雨水资源、土壤水资源与土壤水分植被承载力

在我国北方少雨地区开展雨水资源、土壤水资源与土壤水分植被承载力研究对于防治林草地土壤旱化和林草植被经营具有重要意义。2002年4月以来,在上黄生态实验站对多年生人工林林外和林内降水、地表径流、植物生长和土壤水分动态进行了定位观测,结果表明:次降雨林冠层截留量为0.2～6.47mm,为降水量的3.1%～53.3%,截留总量占降水量的16.9%;地表径流量为0.24～1.5mm,是降雨量的1.6%～6.8%;柠条林地土壤剖面水分垂直变化可分为活跃层、次活跃层和相对稳定层;年内土壤水分胁迫时,植物通过改变叶的颜色,降低自身的含水率、落叶或产生大量落叶来适应干旱的土壤水环境,但不会死亡。土壤水分植被承载力为土壤水分承载植物的最大负荷,是指在较长时期内,当根层土壤水分消耗量等于或小于降雨补给量时,所能维持特定植物群落健康生长的最大密度。     

晋西黄土高原水资源植被承载力分析及对策建议

干旱缺水始终是黄土高原地区林业水资源管理面临的难题. 为了探究造成黄土高原地区林水失衡的主要原因,以2009—2012年晋西黄土高原蔡家川流域油松人工林树干液流量与土壤水分长期连续定位观测数据为基础,采用土壤有效水与单株油松耗水量的比值来衡量该区域水资源植被承载力. 结果表明:①在油松人工林实际密度(1 300株/hm2)下,油松人工林过度耗水是深层土壤干化的主要原因;降水量是决定水资源植被承载力的主要环境因子,降水量越大,油松人工林地的水资源植被承载力就越高. ②根据构建的降水量-水资源植被承载力拟合方程,在当地年均降水量为576 mm条件下,研究区20 a林龄油松人工林地水资源植被承载力为1 084株/hm2,而油松人工林地的实际密度远大于该水资源植被承载力. 在黄土高原地区,人工林密度过高是造成深层土壤干化、植被退化等生态恶化的主要原因. 因此,将人工林密度控制在当地水资源植被承载力范围之内,是减少林地深层土壤水分消耗、调节林地水平衡的重要措施.      

极端强降雨条件下黄土丘陵沟壑区不同植被类型土壤水分特征

为了解黄土丘陵沟壑区极端强降雨条件下土壤水分与植被之间的关系,对2013 年7 月极端强降雨条件下黄土丘陵沟壑区5 种主要植物群落,即刺槐(Robinia psendoacacia)、柠条(Caragana intermedia)、铁杆蒿(Artemisia gmelinii)、长芒草(Stipa bungeana)、白羊草(Bothriochlo aischaemun)群落的土壤水分进行了调查与分析,结果表明:①极端强降雨下,植被是影响土壤含水量的主要因素;②草本群落的土壤水分明显好于人工林,其中长芒草群落的土壤含水量、土壤贮水量和土壤有效贮水量均最高,分别为17.8%、961.2 mm和691.2 mm,郁闭度最大的31 龄林土壤水分最差;③人工林地土壤水分可补充至300 cm左右,草本群落土壤水分可补充至500 cm左右,人工林地深层土壤水分的恢复仍十分困难.     

黄土丘陵区不同植被恢复模式对沟谷地植物群落生物量和物种多样性的影响

对黄土丘陵区3个不同植被恢复模式沟谷地植被群落的生物量和物种多样性特征进行样方调查,统计分析了不同植被恢复模式沟谷地植物群落的盖度、生物量、物种多样性、植物种群相似系数。调查共记录植物82种,隶属32个科;其中,乔木植物5科,6种;灌木植物8科,11种。经过20 a左右的植被恢复重建,不同植被恢复模式沟谷地的植被群落均呈现良好演替趋势;人工植被柠条灌丛和刺槐林恢复模式对沟谷地草本层盖度和群落枯落物盖度及生物量方面作用效果较好;而天然草地对沟谷地草本层生物量方面作用效果较好;沟谷地物种多样性指数表现出人工植被恢复模式效果优于自然恢复,而且人工柠条灌丛植被恢复模式优于人工刺槐林植被恢复模式。柠条灌丛沟谷地不同坡位植物种群相似系数较高,而刺槐林沟谷地和天然草地沟谷地不同坡位植物种群相似系数略低;沟谷地的种群相似系数在沟坡上部略高于沟坡下部和沟底,东坡略高于西坡。人工植被建设可以促进黄土丘陵区沟谷地的植被恢复进程。论文建议在今后黄土丘陵区沟谷地人工植被建设过程中,需要加大乡土树种的引入、提高树种的多样性、合理树种的空间配置和注意灌/乔树种的比例。     

黄土高原水蚀风蚀交错区植被间土壤水分竞争

通过对黄土高原水蚀风蚀交错区4 种相邻植被条带（撂荒地、柠条地、苜蓿地、农地）0~4m土壤剖面含水量和地上生物特征的测定分析,研究不同植被之间的水分竞争关系。结果表明：水平方向上,撂荒地和农地土壤含水量随着靠近柠条地和苜蓿地呈下降趋势,且柠条对临近撂荒地土壤水分影响的水平距离至少有6 m。而深根性植物柠条和苜蓿相邻处测点的土壤含水量在所有测点中最低。此外,通过对地上生物特征分析,临近农地的苜蓿和临近撂荒地的柠条有较高的生物指标,证明这两种深根系植物吸收利用了相邻地块的土壤水分。因此,柠条和苜蓿对土壤水分竞争激烈,不宜搭配种植,而深根-浅根植物搭配扩大了深根系植物根系吸水空间,有利于其生长。     

红壤丘陵区不同森林恢复类型土壤种子库特征研究

研究采用野外取样和室内萌发相结合的方法对湖南红壤丘陵区4种森林恢复类型下土壤种子库进行了比较研究。主要结论为:①草本植物是4种森林类型土壤种子库物种组成和个体数量的主要组成部分,其比例分别达61.9％-86.67％和49.82％-87.27％。4种植被类型种子库密度大小为:杉木林>湿地松林>油茶林>天然次生林;②天然次生林的灌木和乔木植物种子种类与数量多于人工林;③湿地松人工林和杉木人工林的人工抚育导致部分种子埋藏在土壤较深层,土壤8-20cm中种子数分别占种子库的33.09％和26.64％;④对于土壤种子库的物种多样性,天然次生林显著大于人工林,干扰少的油茶林大于干扰较多的湿地松林和杉木林,天然次生林最有利于该区域植物物种多样性的维持与保护;⑤不同森林恢复类型下种子库中种子来源不一致,湿地松林和杉木林土壤种子库中的物种与地表植物物种较一致,共有物种比例达69.2％和43.8％,而油茶林和天然次生林种子库中的物种与地上植被的种类组成差异较大,共有物种比例仅为26.7％和33.3％。研究结果表明,从物种丰富度与群落结构复杂性来看,我国南方红壤丘陵区森林恢复类型以自然恢复最优。对人工林的抚育方式,该区域采用的“全抚”将增加种子库的损失,不利于植被的恢复。     

黄土高原人工林土壤水分效应的地带性特征

为提高黄土高原人工植被建设成效,依据天然植被呈地带性分布的规律,对比分析不同地带人工林与天然植被对土壤水分利用的差异。结果表明:不同植被地带的人工林下均存在一定程度的水分亏缺和干化层现象,其严重程度为森林带<森林草原带<典型草原带。森林带的水分条件可满足林木成材对水分的需求,林木采伐后土壤水分可得到很好恢复;森林草原带可满足10龄以下林木生长对水分需求,10龄以上林分的水分亏缺严重,林木采伐后土壤水分恢复进程缓慢;典型草原带不能满足人工林生长对水分需求。在此基础上,提出了与地带性水分条件相适应的人工林草植被建设模式。     

黄土高原植被演替不同阶段植物系数的变化与适应性评价

用4年长期定位试验资料,利用植物系数、蒸散量、土壤含水量和土壤水分对植物的有效性等指标,研究了黄土高原植被群落不同演替阶段(草本群落→灌木群落→早期森林群落→顶级群落)的耗水特性与生态适应性。结果表明:不同演替阶段,群落实际蒸散量主要受降水控制,群落间差异不显著(P＞0.05);土壤含水量是早期森林群落明显高于其它群落,草本群落明显高于灌木群落(P＜0.05);植物系数是灌木群落＞草本群落＞乔木群落,而顶级群落大于早期森林群落;土壤水分对植物的有效性是早期森林和顶级群落明显高于草本和灌木群落(P＜0.05)。因此,进行植被建设不但要考虑植物系数还要考虑土壤水分对不同植物的有效性。     

黄土区植被恢复对土壤物理性质的影响

以黄土区延河流域为研究区域,研究了近40a来植被恢复对土壤容重、孔隙度和饱和导水率等13个土壤物理性质指标的影响.结果表明：随着植被恢复年限增加,土壤容重降低,而土壤孔隙度、>0.25mm团聚体含量、持水性和入渗性能等增大.但在40a内对土壤质地无显著影响.植被恢复对土壤物理性质的影响随恢复年限的增加而增强,随着土层深度的增加而减弱.土壤的容重、>0.25mm团聚体含量和饱和导水率可作为植被恢复生态效应评价的主要物理指标.由于水分等条件的限制,该区柠条林和草地对土壤物理性质的改善优于刺槐林,建议该区植被恢复应以营造次生灌木林和草地为主.     

贵州喀斯特区植被恢复的理论和实践

从生态环境建设,特别是从森林植被营造、恢复重建的角度,提出并分析了贵州喀斯特区环境的4个重要特点,即环境因子的利弊兼客性、生境的多样性和严酷性、水分亏缺的异质性和派生性、环境的脆弱性和改造的艰难性。据此提出了应采取的相应对策。论证了森林植被恢复是喀斯特区生态环境建设的根本。特别强调在扩大森林面积,增加森林总量的同时,要非常注意森林质量的提高,要强化内涵的增长。以贵州省保留的原生性较强的喀斯特森林、残存林片、石山人工造林的成功为例,从生态学理论上进行了论述,阐明了喀斯特区森林生态系统建设的可能性,提出了植被恢复的途径,人工造林和植被自然恢复的关键技术。     

冀北山地绣线菊灌丛的土壤种子库特征

为了了解冀北山地退化植被--绣线菊（Spiraea pubescens）灌丛的生态恢复潜力,采用种子萌发法对其可萌发土壤种子库进行了研究,并与其他群落类型进行了比较。结果表明,绣线菊灌丛种子库的种子密度为4 013.33 粒/m²,低于华北落叶松（Larix gmelinii）人工林（4 646.67 粒/m²）,但高于榛子（Corylus heterophylla）灌丛（1 713.33 粒/m²）和天然次生白桦（Betula platyphylla）林（746.67 粒/m²）;绣线菊灌丛土壤种子库以草本植物为主,没有发现乔木和灌木种子。各群落类型土壤种子库的种子密度有随土壤深度的增加以及坡位的上升而下降的趋势。绣线菊灌丛土壤种子库的物种组成与其他3 种群落类型具有一定的相似性,但低于其他三种群落之间的相似程度。由此得出结论,绣线菊灌丛具有数量庞大的草本植物种子库,群落草本层恢复潜力巨大,但木本植物,尤其是乔木较少,这是限制绣线菊灌丛向森林群落演替的主要限制因素,需要通过人工的方法引入乔木树种,加速群落的演替,促进森林植被的恢复。     

黄土丘陵沟壑区小流域植被恢复对土壤稳定入渗的影响

经过20多年的退耕还林还草和封禁措施,纸坊沟流域植被得到良好恢复,并对土壤产生正面影响。流域内11种主要植物群落下以及不同生活型下土壤稳定入渗速率均有显著差异,其中灌木和草本群落下土壤稳定入渗速率较大,乔木林下较小。土壤稳定入渗速率与其影响因子之间存在相关关系,其中土壤稳定入渗速率与土壤容重、土壤总孔隙度及土壤活性孔隙度存在极显著的相关关系;与枯枝落叶层厚度也有一定的相关关系;还与土壤水稳性团聚体重量百分含量、土壤有机质含量有一定的相关关系。结果表明,黄土丘陵沟壑区进行植被建设选择灌草群落较好,天然群落可优先选择铁杆蒿、茭蒿、长芒草和白羊草等,人工灌木群落可优先选择柠条等。由于该区属森林向草原的过渡区,尽管也能种植刺槐等乔木树种,但营造乔木林应考虑林灌草隔带混交和垂直配置,并注意微地形的影响。     

黄土丘陵区小流域植被建设的土壤水文效应

以纸坊沟流域为研究对象,研究了植被恢复后不同植被对土壤水分的影响情况,得出如下结论:①草地土壤水分含量大于灌木林地,灌木林地土壤水分含量大于乔木林地;②选用乡土树种油松造林对土壤的干化程度较轻,选用刺槐造林时要考虑立地条件和造林密度,林草隔带种植可以减轻土壤干化程度;③灌木林下阴坡土壤干层并不比阳坡干层程度轻。土壤干化程度和植被种类直接相关。此外,受种植密度及人为干扰影响;④和以前人们的认识不同,天然草本植被也会形成土壤干层,其中白羊草和长芒草形成有利于自身群落稳定的干层,但茭蒿形成的干层则对自身稳定不利,在植被建设上应引起足够重视。     

中亚热带5种类型森林土壤微生物群落特征

采用PLFA(phospholipid fatty acids,磷脂脂肪酸)分析法研究江西省九连山国家级自然保护区杉木纯林、马尾松纯林、杉木阔叶混交林、马尾松阔叶混交林与天然常绿阔叶林的土壤微生物群落结构特征,探讨植被特征和土壤理化特征对土壤微生物群落的影响. 结果表明:①杉木阔叶混交林土壤细菌、放线菌和总微生物生物量最高,分别为7.77、1.74和18.21 nmol/g,而马尾松纯林均最低. ②针阔混交显著提高了土壤微生物生物量及其丰富度. 土壤微生物生物量及其丰富度均与土壤含水率、w(AN)(AN为有效氮)、w(TC)、w(TN)呈显著正相关(R为0.426~0.701),而与C/N〔w(TC)/w(TN)〕呈显著负相关(R分别为-0.447、-0.518). ③w(AN)对土壤微生物群落结构的解释率达55.8%. 尽管林下灌木、草本层生物量对土壤微生物生物量影响不大,但对微生物群落结构有一定影响,解释率分别为5.5%和6.3%. 灌草层丰富度与土壤微生物生物量及其丰富度呈显著正相关(R为0.369~0.452). 可见,阔叶树种和林下灌草层能够显著影响土壤微生物群落组成.      

陕西大柳塔煤矿复垦地植被群落与土壤因子的关系

以陕北风沙区大柳塔煤矿的复垦地为研究对象,通过样方调查与土壤采集,调查复垦地人工植被的种类与多样性,并运用典范对应分析(CCA)探讨了物种分布与土壤因子之间的关系。结果表明:(1)研究区内共发现植被11科20属21种。草本植被在区内占优势,其中豆科、菊科和藜科植被占种数的47.63%;草本植被以多年生为主,占调查种数的52.38%。(2)物种多样性测度表明,Simpon多样性指数、Shannon-Wiener指数与Pielou均匀度指数均是草地>灌丛>林地;Simpon优势度指数的变化则是林地>灌丛>草地,说明人工草地的物种多样性最高,其次为灌丛,林地最低。(3)CCA排序结果显示,土壤有机质和粗沙含量是制约研究区人工植被分布的主要因子。此外,土壤中0~20 cm粘粉粒含量影响草本植被的分布;而40~60cm的土壤含水量对乔、灌木的分布影响显著。     

黄土丘陵区自然恢复与人工修复流域生态效益对比分析

论文以陕西吴起县柴沟和合家沟为例,通过样地的植被和土壤调查,在小流域尺度上分析了退耕10 a后人工修复和自然恢复方式生物多样性、生物量、群落特征和土壤物理性质的差异。结果表明:两者草本群落结构相近,相似性系数为0.925。人工修复区乔灌草三层的层盖度和为99.03%,三层的物种数和为85,草本层的株均高为0.41 m,还有该层的物种丰富度指数、多样性指数、均匀度指数均高于自然恢复区;而平均生物量、群落密度、土壤含水率、土壤容重和毛管孔隙度分别为5.890 t.hm-2、8.11×105株.hm-2、8.8%、1.251 g.cm-3和48.9%,均低于自然恢复区。两区土壤指标的变异系数变化较为复杂。