六盘山典型植被类型土壤水文生态功能研究

通过对土壤的水文物理性质、持水能力及渗透性的测定,分析了宁夏六盘山南坡典型森林植被类型的持水性能和渗透能力。结果表明,六盘山典型植被的最大贮水能力486.5 604.8 mm,有效贮水能力61.0 292.1 mm,砾石体积含量的大小是影响土壤有效贮水能力的关键因素。典型植被土壤表层(0 10 cm)的初始入渗速率4.0024.99 mm.min-1,稳定渗透速率1.18 15.17 mm.min-1。利用Kostiakov方程、Horton方程和Philip方程模拟了土壤渗透过程,表明Horton方程是较好的模拟形式,土壤非毛管孔隙度对土壤水分渗透起到关键作用,而砾石含量是通过影响土壤非毛管孔隙度而影响土壤水分渗透作用。     

六盘山香水河小流域典型坡面的土壤电阻率空间变异

为了解坡面土壤水文特征的空间分布,采用多电极电阻仪法(ERT),于2009年5月初在宁夏六盘山香水河小流域一个长约600 m的华北落叶松人工林典型坡面上,设置了从坡顶至坡底的1条纵向样线及处于不同坡位的水平分布的3条横向样线,多点测定了多层土壤的电阻率值并分析其空间变异特征。结果表明,土壤电阻率在纵向样线上总体有较好的空间连续性及一定的空间变异性,随着坡位下降,电阻率呈现出由坡上至坡中上逐渐减小和然后又恢复性增大的过程。由于局部特殊的土壤特征、地貌及植被分布差异,使土壤电阻率沿坡面纵向变异程度大于不同坡位的横向变异程度。在土层垂直方向上,由于石砾含量和岩石比例随深度逐渐增多,电阻率表现为随深度增加逐渐增大。电阻率与土壤总孔隙度和体积含水率相关最紧密,尤其与体积含水率相关较好,说明通过测定坡面电阻率推求土壤水分等土壤特性的坡面变化是可行的。     

六盘山华北落叶松林坡面的土壤含水量时间稳定性

在宁夏六盘山选择华北落叶松林坡面,利用TRIME-PICO土壤水分测定仪,在2015年5—11月对48个测点分12次测定了不同厚度土层(0—20,0—40,0—60cm)的体积含水量的时间动态,并采用累积概率函数、相对偏差及Spearman秩相关系数等方法,分析评价了坡面土壤体积含水量的时间稳定性。结果表明:土壤体积含水量在时间和空间上均存在中等变异,且变异程度随土层加厚而逐渐降低,表现为0—40,0—60cm土层体积含水量的累积概率在干旱和湿润2种极端条件下的变化均小于0—20cm土层。0—20,0—40,0—60cm土层体积含水量的平均相对偏差的变化范围分别为(-43.5%)~(47.9%),(-42.9%)~(49.9%)和(-46.9%)~(40.0%);平均相对偏差的标准差(SDRD)呈现出随土层加厚而逐渐降低的变化趋势,在0—20,0—40,0—60cm土层依次为11.1%,8.3%,7.8%。在整个研究期间,Spearman秩相关系数在不同土层厚度条件下始终保持较高水平(0.7以上),且呈极显著相关,坡面上不同土层的体积含水量具有较高的时间稳定性。基于土壤含水量的时间稳定性特征,确定了研究坡面上不同土层厚度的体积含水量平均值的代表性测点,可利用这些代表性测点的土壤体积含水量测定值估计相应土层厚度的坡面平均值。     

干旱半干旱地区主要树种叶片水分利用效率研究综述

树种选择是干旱、半干旱地区森林植被恢复与重建的关键环节, 而水分利用效率(WUE)是表征树种抗旱性和水分利用特征的基本生理参数, 是目前树种选择研究中的一个热点和难点问题。文中在介绍树木叶片WUE概念和研究方法的基础上, 从树木叶片WUE在树种和生活型之间的差异和时空变化规律及其对光照、水分、温度、CO₂和O₃浓度等环境因子的响应等方面阐述了干旱、半干旱地区主要树种叶片WUE研究的进展情况, 指出目前树木叶片WUE研究中存在的问题及今后研究展望。     

六盘山主要树种叶片稳定性碳同位素组成的时空变化特征

为了认识树种叶片水分利用效率的种内和种间差异及随水分生境条件和季节的变化特征,2010年6—9月份,在宁夏六盘山香水河小流域(半湿润区)和叠叠沟小流域(半干旱区),测定了两种不同水分生境内主要树种的叶片稳定碳同位素组成(δ13C)。结果表明:同一树种叶片δ13C值存在着明显的冠层部位差异,但各树种表现各异,其中华北落叶松(Larix prin-cipris-rupprechtii)、白桦(Betula platyphylla)和油松(Pinus tablaeformis)表现为上部>中部>下部,而华山松(Pinus arman-dii)和辽东栎(Quercus liaotungensis)为下部>上部>中部。各树种叶片的δ13 C值表现出明显的季节变化特征,但其变化随水分生境条件而异。在半湿润区,各树种的δ13 C值在生长季初期较高,但随生长季的持续而降低;在半干旱区,各树种的δ13C值呈现出"高—低—高"的变化态势。在两种不同水分生境下,华北落叶松和沙棘(Hippophae rhamnoildes)叶片的δ13 C值存在着明显的种内个体差异:旱季,同一树种在半干旱区树木叶片的δ13C要大于半湿润区;但雨季两地树木叶片的δ13C差异不大,说明这种季节差异受当地降雨量的季节分配格局影响较大。     

六盘山南部华北落叶松人工林土壤有机碳含量

研究造林措施和林龄对宁夏六盘山南部不同坡向华北落叶松人工林土壤有机碳的影响。结果表明:造林后,各坡向的土壤有机碳含量均呈现先下降、后上升的变化过程,其对造林干扰的敏感程度随土层加深而减弱;在阳坡半阳坡,造林10年后的幼龄林0～45cm土层土壤有机碳密度(96.33t·hm-2)仍低于灌丛(122.12t·hm-2),造林20年后的中龄林(189.27t·hm-2)已高于灌丛,说明土壤碳库已得到恢复;在阴坡半阴坡,幼龄林和中龄林的土壤碳密度分别为192.37和222.03t·hm-2,均低于天然次生林(256.64t·hm-2),说明造林20年后土壤碳库仍未恢复;阳坡半阳坡林地在造林后第8年0～45cm土层有机碳含量降至最低,相对阳坡灌丛(32.13g·kg-1)的降幅为3.72g·kg-1,需在造林后第16年才能恢复到造林前的灌丛水平;阴坡半阴坡林地在造林后第16年降至最低,相对阴坡次生林(66.30g·kg-1)的降幅为22.77g·kg-1,需在造林后第32年才能恢复到造林前次生林水平;阴坡造林后,其土壤有机碳比阳坡损失量大,损失期长,恢复较慢,但阴坡土壤碳库的绝对值在任何林龄阶段都高于阳坡,说明阴坡森林土壤的碳储存能力高于阳坡;在阳坡半阳坡灌丛采用扰动较弱的稀植造林时,造林后第10年0～45cm土层有机碳含量平均为31.05g·kg-1,虽仍低于灌丛(35.55g·kg-1),但却远高于扰动较强的全面整地后常规密度造林(23.17g·kg-1)。     

六盘山主要森林类型枯落物的水文功能

为了定量评价森林枯落物的水文功能,该文通过浸水法和野外观测,调查了宁夏六盘山主要森林类型的枯落物蓄积量,研究了持水能力与过程, 并对辽东栎与少脉椴混交林分的枯落物进行了截留及蒸发研究。结果表明:六盘山主要森林类型的枯落物蓄积量达4.87～30.86 t/hm2,其中针叶林阔叶林灌丛; 各植被类型的最大持水率相差较大,一般介于177.68%～387.42%,不同植被类型枯落物层的最大持水量为0.9～7.6 mm,最大拦蓄量为0.36～4.96 mm,有效拦蓄量为0.23～3.82 mm,均表现为针叶林阔叶林灌丛。浸水实验表明:枯落物的持水量随浸泡时间的增加呈对数曲线增长,吸水速率与浸泡时间呈反函数关系。2005年6月19日—7月26日,辽东栎与少脉椴混交林枯落物层的截留量占同期降水的比率为1.98%,平均日蒸发速率为（0.12±0.058） mm,占林分总蒸散量的8.28%;枯落物层的蒸发速率随含水率增加呈S形曲线增长。      

六盘山华北落叶松林的结构随林龄变化及其水文影响

目的 探讨林分结构随林龄的变化及其所带来的水文影响,为六盘山半干旱区森林植被建设和经营管理提供理论依据。 方法 在六盘山半干旱区叠叠沟小流域,以主要人工林类型—华北落叶松人工林为研究对象,基于1993—2002年的日气象数据,应用林分结构耦合模型和BROOK90生态水文模型,通过情景模拟,得到植被结构（平均树高、胸径、郁闭度、LAI）随林龄的变化,及其对水分平衡分量（截留量、蒸腾量、土壤蒸发量、产流量）的影响。 结果 华北落叶松林随林龄的增加可分为快速生长期（林龄5～15 a）、缓慢生长期（林龄15～40 a）和稳定期（林龄大于40 a）。在快速生长期,林分平均树高、平均胸径、郁闭度和冠层LAI均随林龄的增加而快速增大,年均增长率分别为0.48 m·a−1、0.54 cm·a−1、0.03、0.19;在缓慢生长期,林分平均树高、平均胸径和郁闭度呈缓慢增大趋势,而冠层LAI则呈先增大后减小的趋势;在稳定期,林分结构基本稳定。在快速生长期,年均截留量和蒸腾量随林龄增加而快速增大,年均增长率分别为1.91、24.13 mm·a−1;年均土壤蒸发量和产流量随林龄增加快速减小,其年均减小速率为10.58、14.88 mm·a−1。在缓慢生长期,年均蒸腾量、土壤蒸发量和产流量随林龄的变化减慢,并在林龄30 a时趋于稳定,其年均变化率分别为0.62、−0.75、−0.76 mm·a−1。 结论 六盘山半干旱区华北落叶松人工林在林龄小于30 a,特别是林龄小于15 a时,林分结构不断变化,显著影响人工林的生态水文功能。在林龄30 a后,林分结构稳定,水分平衡分量也趋于稳定,在林水综合管理中可不必再考虑林龄的影响。     

黄土高原和六盘山区森林面积增加对产水量的影响

[目的]定量评价黄土高原地区造林对流域产水量的影响,指导林水协调的林业发展和森林管理。[方法]综合分析多年在黄土高原、泾河流域、六盘山区开展的森林产流影响的多尺度研究结果。[结果]在黄土高原区域尺度,林地平均年径流(16 mm)比非林地(39 mm)减少59%;在典型流域尺度(泾河干流上游流域),森林年均产水量(76 mm)比自然草地减少51%,其中,半湿润土石山区的森林年均产水量(88.8 mm)比自然草地减少58%;在典型小流域尺度(半湿润的香水河小流域),完全覆盖森林后的年均产流比无森林覆盖情景减少59%。森林增加导致的年产流减幅在干旱地区和干旱年份会更大,并可能超过100%,如年降水量低于450 mm的黄土流域、半干旱的泾河上游黄土区的林地及半干旱的叠叠沟小流域的坡面乔木林分样地,其年产水量常为零或负值,即需消耗土壤水分和坡上汇入径流等维持生存。低度间伐不能显著减少森林蒸散耗水。[结论]在黄土高原研究的小流域、流域和区域空间尺度内,造林减少年产流量的平均幅度都在50%~60%以上,且随干旱程度的增加可达到100%,并因消耗降水外的其他水源而出现负产流。需依据水分承载力合理选择待恢复植被类型和确定森林覆盖率,这是保障区域供水安全和实现林水协调管理的基本途径。     

宁南山区华北落叶松林枯落物水文特征研究

森林枯落物层具有重要的生态水文功能,对六盘山北侧叠叠沟小流域华北落叶松林下枯落物吸水速率、释水速率和截留降雨动态变化及其影响因素进行了研究.结果表明,枯落物吸水速率与浸泡时间呈对数函数关系,释水速率与时间呈幂函数关系.枯落物饱和持水能力较强,可达到自身重量的4倍.对生长季内枯落物持水量动态变化的观测表明,当长时间无雨时,持水量显著下降;当降雨发生时,持水量迅速增加,这种动态过程随着降雨发生而不断重复.此外,由于林冠下穿透降雨分布不均匀和前期枯落物干燥,有时可出现枯落物透过雨量大于降雨量的现象.对枯落物持水量与环境因子的相关分析表明,持水量与林内降雨量呈显著正相关(P<0.01),而与林内气温、太阳辐射、风速、大气水势和饱和水汽压差呈显著负相关(P<0.01).