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。     

土壤水分植被承载力研究成果在实践中的应用

论文以黄土高原半干旱区柠条林为例,探讨了土壤水分植被承载力研究成果在生产中的应用。结果表明,土壤水分植被承载力不仅是确定森林植被恢复目标、调控植物水关系的理论基础,而且是确定森林植被合理经营方向和利用强度的理论基础。如果人工林密度大于土壤水分承载力,需要对人工林进行疏伐;如果人工林密度小于土壤水分承载力,需要增加密度或改换植被类型。当人工林密度等于土壤水分承载力时,人工林可持续利用土壤水资源。土壤水分承载力时的柠条林可以作为薪炭林和放牧林经营。单位面积结实量与密度关系可用正态分布曲线描述。承载力时的柠条林不仅能有效地保持水土,而且能生产较多的种子,又是良好的蜜源植物,宜作为水土保持林经营。该研究结果可为人工植被恢复和可持续经营提供科技支撑。     

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。     

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.     

华蓥市山区侧柏人工林土壤特性及水源涵养能力对林分密度的响应

为研究林分密度对侧柏人工林土壤特性及水源涵养能力的影响,以华蓥市7种林分密度侧柏林为研究对象,通过固定样地调查及取样分析方法,测定土壤理化性质、枯落物持水量并计算林地贮水能力,并采用方差分析、相关分析等研究了其对林分密度的响应,探讨林分最适留存密度,以期为当地侧柏人工林的可持续经营提供依据。结果显示:侧柏人工林枯落物最大持水率随林分密度增加先变大再减小,有效拦蓄量对林分密度的响应差异显著,中等密度(3 975株/hm~2)侧柏林拦蓄能力最优;林分密度对土壤团聚体分形维数、平均质量直径、平均几何直径都有显著影响,随着林分密度的增加均表现为先增加后减小的趋势,土壤团聚体有机质对林分密度响应差异显著,含量最高的为4 250株/hm~2;林分密度对土壤最大持水量和毛管持水量的影响差异显著,但较浅层土壤在675～5 300株/hm~2密度下土壤持水能力随林分密度变大而增强;综合来看,林下枯落物层是该地区侧柏人工林水源涵养功能的主体,林地有效拦蓄量按林分密度排序为3 975株/hm~21 475株/hm~24 250株/hm~25 775株/hm~25 300株/hm~22 675株/hm~2675株/hm~2,中等林分密度的涵养水源功能最佳。     

西安地区人工林土壤干层与水分恢复研究

为查明西安地区土壤干层和丰水年之后的土壤水分的恢复,利用烘干法研究了人工林地土壤含水量。结果表明,西安地区丰水年极端降水前杨树林,法国梧桐林、中国梧桐林和苹果林地大约1.5～4m深度范围内土壤含水量分别为9.3%、9.0%、9.7%和9.1%,普遍存在土壤干层,干层厚度约2.5m。丰水年之后土壤水分得到了很好的恢复,干层全部消失。经过1a左右的入渗,水分恢复深度可达6m左右。根据丰水年之后土壤含水量的不断消耗确定,西安地区丰水年之后一般经过3～4a左右的时间,人工林地的干层将会再次出现。发育弱的土壤干层并未影响到人工林的正常生长,表明在西安或与西安类似降雨量的黄土高原其他发展人工乔木林是可行的。     

咸阳附近苹果林地土壤水分动态与水分平衡研究

通过样品采集和水分测定,对咸阳庞西村和庞南村10龄、12龄、15龄、17龄苹果林地下0~6m深度范围土壤含水量及其水分恢复、水分平衡进行研究。结果表明,2007年4种中龄苹果林下约4.1~6m土层发育了轻度干层,2.1~4m土层没有干层发育。该区2007年土壤含水量分布深度变化和干层分布深度均具有反常特点。资料表明苹果林地干层恢复的降水量是700mm左右,也表明这样的降水条件已能满足人工林正常生长需要,而过去确定800 mm年降水量才能发育森林的标准明显偏高。从2002到2007年,随着该区年降水量从约400mm到800mm再到500mm再到700mm的变化,土壤水分平衡呈现由负到正再到负再到正的变化,土壤干层呈现从有到无再到有再到无的变化。     

旱区经营人工植被对土壤干化过程的调控

人工植被在北方旱区具有重要的意义,但在干旱少雨的条件下开展建设,必须讲求水分平衡。基于此,作者通过考察长期的经营实践,从土壤水分角度讨论人工植被与环境之间的耦合匹配问题。阐述了普遍发生的人工植被作用下的土壤干化对植被自身的不利影响以及其可调控性,并进一步对调控途径和措施进行了分析。表明人为采取措施可以将土壤干化现象加以调节和控制,如局部带状或团块状种植、疏伐、轮作、休闲、灌溉等。在贯彻适地适种原则的基础上,还需选择耗水量少的抗旱节水植物和可维持土壤水库水平的密度或盖度,这是保证人工植被稳定持久值得重视的又一重要方面。预防土壤干化是首要的,需多途径相互结合进行调控。对土壤干化过程的调控实际上就是有效经营人工植被。需要结合经营目标评定人工植被的稳定性。     

长沙地区樟树林土壤水稳定同位素特征及其对土壤水分运动的指示

为研究长沙地区林地土壤水分运动规律,基于2017年3月-2018年2月长沙地区樟树林土壤水分及0~130 cm土壤水、地下水和降水中稳定同位素监测数据,分析了土壤水中稳定同位素特征及其与降水中稳定同位素的关系.结果表明:①土壤水分季节变化表现为丰水期（3-6月,土壤蓄水量大而稳定）、耗水期（7-10月,土壤水分以消耗为主）、补水期（11月-翌年2月,土壤水分以补给为主）3个阶段,土壤含水量由表层至深层呈增加趋势,稳定性增强,土壤含水量的垂向差异依次为耗水期 > 补水期 > 丰水期.②受到冠层截留和地表枯枝落叶吸持的影响,林地的有效降水为降水量（P）>3.3 mm,并且LMWL_{P > 3.3 mm}（降水量>3.3 mm时的当地大气水线）较LMWL的斜率和截距显著增加,与各深度SWL（土壤水线）更接近.③由表层至深层,土壤水稳定同位素受降水入渗、新旧水混合和蒸发的影响减小,0~40 cm土壤水中δ18O均表现为丰水期 > 补水期 > 耗水期,而40~130 cm土壤水中δ18O的季节变化不显著.④观测期间不同水体中lc-excess（δD与LMWL的差值）的平均值依次为降水（0） > 地下水（-2.80‰） > 土壤水（-5.00‰）,土壤水中lc-excess随深度的增加而增大.研究显示:土壤水下渗时新旧水混合是一个持续累积的过程,旧的土壤水逐渐被降水替代;受土壤结构、质地等性质的差异及不同降水事件的影响,土壤水分的补给在剖面上存在时滞.      

黄土高原土壤水资源与植树造林

论文在对黄土高原土壤水分资源的赋存条件和土壤水分循环与平衡分析基础上，讨论了人工林系统的土壤水文效应、土壤干燥化──土壤干层的形成与植树造林问题。     

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。     

1961—2019年黄土高原植被潜在蒸散及影响因子

研究潜在蒸散对于深刻了解区域的生态环境问题及水文循环过程具有重要的理论与现实意义.该研究基于Penman-Monteith模型对1961—2019年黄土高原潜在蒸散的时空变化特征进行了分析,再结合土地利用数据探究了各植被类型潜在蒸散的差异及其影响因素.结果表明:①1961—2019年黄土高原区域呈暖干化趋势,其中平均最高温度、平均最低温度与平均温度均呈显著增加趋势;平均相对湿度、平均风速、日照时数均呈显著降低趋势;降水量非显著减少.②在空间分布格局上,黄土高原区域年均、生长季、春季、夏季和秋季潜在蒸散均呈南北高、东西低的分布特征;1961—2019年春季潜在蒸散以0.41 mm/a的速率显著增加(P < 0.05).③1981—2019年黄土高原区域潜在蒸散平均变化趋势为1.35 mm/a,其中62.98%的区域呈显著增加趋势(P < 0.05),多分布在东部和西部地区.④1961—2019年黄土高原区域各植被类型潜在蒸散变化均表现为不显著上升趋势,多年平均潜在蒸散大小表现为草原>农田>针叶林>草甸>阔叶林>灌丛,其中,1981—2019年各植被类型潜在蒸散增加趋势大小表现为阔叶林>针叶林>灌丛>农田>草甸>草原.⑤影响黄土高原区域各植被类型潜在蒸散的主要气象因子为平均风速与平均相对湿度,其次为日照时数.潜在蒸散随着平均风速和日照时数的增加而增加,随着平均相对湿度的增加而减小.研究显示,各植被类型潜在蒸散的增加与区域降水的减少可能会加剧水资源短缺态势,建议黄土高原地区在开展植被恢复工作时,应优先考虑耗水较少的树种,优化群落植被结构,充分利用光水热资源,修建蓄水设施,支撑区域生态环境的可持续发展.      

黄土高原草地土壤水分和物种多样性沿降水梯度的分布格局

研究土壤水分、生物多样性的空间变异性是认识陆地生态系统对降水变化的响应特征及适应机制的有效途径。论文利用黄土高原自东南向西北的天然降水梯度,采用样带研究方法对47个草地0~3 m土壤水分和物种多样性进行测定,系统分析了草地土壤水分和植物物种多样性在降水梯度上（250~550 mm）的空间分异及二者之间的权衡关系。结果表明：降水自东南向西北递减是控制黄土高原草地0~3 m土壤水分和物种多样性空间异质性的关键因素。随降雨减少,土壤水分呈线性递减趋势,其中浅层土壤水分（0~1 m）与年降水量相关系数最大。物种丰富度指数和物种多样性指数随降水减少呈显著的线性递减趋势,物种均匀度指数在降水梯度上没有明显变化。370 mm年均降水量是物种多样性和土壤水分权衡关系的转折点,转折点以上二者存在协同关系,即土壤水分和物种多样性沿降水梯度以相同速率变化。370 mm年均降水量以下,物种多样性和土壤水分的权衡增大,意味着维持物种多样性以消耗土壤水分为代价。     

甘肃亚高山云杉人工林土壤特性及水源涵养功能对林分密度的响应特征

定量分析不同密度云杉（Picea asperata）人工林的土壤特性及水源涵养功能,为人工林可持续经营提供理论依据。以28块7种不同密度梯度的云杉人工幼龄林为研究对象,采用样地调查及取样分析方法,测定土壤理化性质、枯落物持水量以及林地贮水性能等。结果表明：1）林分密度对云杉人工林的土壤容重、孔隙度、有机质含量、土壤持水量、枯落物蓄积量和持水量都具有显著影响,随着林分密度的增加,土壤孔隙度、土壤养分、枯落物蓄积量、枯落物持水量、土壤持水量表现为先增加后减小,而土壤容重则表现为先减小后增加。密度为1 550 株/hm²时林分土壤容重最小（1.09 g/cm³）,总孔隙度较大（58.99%）,有机质含量最高（9.12%）,枯落物总蓄积量最多（44.41 t/hm²）,最大持水量较高（166.67 t/hm²）,是密度为3 000 株/hm²林分的4.49倍,土壤持水性能较好（3 898.93 t/hm²）。2）根据林地总贮水量评价的涵养水源功能依次为林分密度1 550 株/hm²（4 068.36 t/hm²）>密度1 750 株/hm²（3 945.32 t/hm²）>密度1 350株/hm²（3 698.39 t/hm²）>密度1 060 株/hm²（3 484.10 t/hm²）>密度2 300 株/hm²（3 157.60 t/hm²）>密度850 株/hm²（2 915.03 t/hm²）>密度3 000 株/hm²（2 820.81 t/hm²）。3）在该研究的林分密度范围内,密度为1 550 株/hm²时林分的土壤特性及水源涵养功能最佳。     

黄土高源沟壑区流域土壤干层的分布特征

以长武王东沟小流域为研究对象，从土壤干层的量化指标、分级评述和分布特征等3个方面初步探讨了黄土高原沟壑区小流域的土壤干层问题，并就小流域内的植被建设中的一些问题提出了几点看法。结果表明：在王东沟小流域内，土壤干层已成为一个普遍存在的水分现象，不同程度地影响植物生长和植被的恢复，并具有如下特点：①土壤干层的干燥化程度和干层厚度都表现为林地大于果园，果园大于草地，农地最小；②同一种植被类型由于密度、生物量、树龄、坡度、坡向以及坡位不同，其土壤干层的干燥化程度和深度也不相同。     

Variation of soil fertility and carbon sequestration by planting Hevea brasiliensis in Hainan Island, China

The development of rubber industry depends on the sustainable management of rubber plantation. To evaluate the environmental effects of planting Hevea brasiliensis on a subsystem of tropical forest ecosystem, the variation of soil fertility and carbon sequestration under rubber plantation within 30-year life period were investigated in Hainan Island. Results showed that （1） with the increase of stand age of rubber plantation, soil fertility decreased all along. From 1954 to 1995, soil organic matter, total N, available K and available P decreased by 48.2%, 54.1%, 56.7% and 64.1%, respectively. （2） If the complete return of litters was considered without additional fertilizer application to the soil of the rubber plantations, the consumption periods for P, N, K, Mg were only 825 years, 329 years, 94 years and 65 years, respectively~ To improve soil fertility is essential for rubber plantation development. （3） The C sequestration of rubber trees per hectare accounts for 272.08 t within 30-year life period and 57.91% of them was fixed in litters. In comparison with C sequestration by rain forest （234.305 t/hm^2） and by secondary rain forest （150.203 t/hm^2）, rubber forest has more potentials for C fixation. On the base of above results, the following measures would benefit the maintenance of soil fertility and the development of rubber industry, including applying fertilizer to maintain the balance of soil nutrients, intercropping leguminous plant to improve soil fertility, reducing the collection of litters, optimizing soil properties to improve element P availability such as applying CaCO3. The information gathered from the study can be used as baseline data for the sustainable management of rubber plantation elsewhere.     

黄土高原地区1961—2000年间土壤水分变化模拟与分析

论文应用Vrsmarty水量平衡模型模拟黄土高原地区的土壤水分对全球气候变化的响应。该模型综合考虑了土壤、植被、高程、温度、太阳辐射、水汽压、风速和降雨等因子对土壤水分的影响。模型运行的结果表明,黄土高原地区土壤水分在1961—2000年期间是一种逐渐减小的变化趋势:该地区6月的平均土壤水分从1960s的42.3 mm降低到了1990s的38 mm;10月的土壤水平均值从1960s的93.9 mm降低到了1990s的56.7 mm,这种变化的原因是降雨量不断减少,年平均降水从1960s的443 mm降低到了1990s的406 mm,同时潜在蒸发量也在不断减少,月最大潜在蒸发量从1960s的190 mm降低到了1990s的142 mm。     

Analysis and improving ways for water condition in winter wheat field of dryland in subhumid areas of the loess plateau

Based on the soil moisture data from the locating experiments from 1986-1990, and using the water balance method, the water supply and demand state in the field of winter wheat, and the ways for improving water condition in dryland of subhumid by dry area of the Loess Plateau were studied. The results suggested that a low precipitation satisfying ratio of 42.9%-58.8% appears in the growing period of winter wheat, and the yield, to a great extent depends on the water that was stored in deep soil layer in the previous rainy season. The filed trial results showed that tillage in the summer fallow period,straw cover, soil moisture regulation with adequate fertilization, crop rotation and proper croppingsystem could be the efficient ways for improving the water condition,and for the exploitation and utilization of natural water resources(both precipitation and soil water) in the winter wheat field of dryland.     

黄土高原植被重建对小流域水循环的影响

在黄土高原,植被重建是减少水土流失改善区域生态环境的有效措施,因而植被重建对水分循环的影响成为黄土高原地区生态环境问题研究的核心。论文利用流域对比分析法,以位于甘肃省西峰市南小河沟流域的一条森林小流域和一条荒坡草地小流域为对象,通过对1956～2000年水文要素的监测和分析,得出:44年内森林植被累积减少地表径流37％;前15-20年内植被减流作用随树龄的增长而增加,后24～30年植被的减流作用几乎保持不变;月径流量的减少主要集中在6-9月份;森林小流域相对于对比小流域,44年内土壤含水量累积减少约222mm,平均每年减少5mm;而蒸散量相对荒坡草地流域累积增加了620mm,平均每年多蒸散14mm。