辽西半干旱区几种人工林生态系统涵养水源功能研究

从森林生态系统树冠截留降雨、枯落物持水及土壤蓄水3个层次对辽西半干旱区5种人工林生态系统的涵养水源功能进行了定量研究．结果表明,各人工林生态系统树冠对降雨的平均截留率为14．58％～37．19％,依次为沙棘林>油松沙棘混交林>杨树沙棘混交林>油松纯林>杨树纯林;枯落物层厚度为1．6～4．1cm,枯落物贮量为1890．4～6425．2kg·hm^-2,枯落物层厚度和贮量均为沙棘林>油松沙棘混交林>杨树沙棘混交林>油松纯林>杨树纯林,枯落物最大持水量取决于枯落物贮量及其最大持水率,枯落物最大持水量为5957．7～19332．9kg·hm^-2,依次为沙棘林>油松沙棘混交林>杨树沙棘混交林>油松纯林>杨树纯林;各人工林生态系统0～40cm土壤层非毛管蓄水量为23．70～37．85mm,依次为沙棘林>杨树沙棘混交林>油松沙棘混交林>杨树纯林>油松纯林．在5种人工林生态系统中,沙棘林的涵养水源功能最好,混交林较油松和杨树纯林有更好的涵养水源功能．     

黄土高原油松林地产流产沙及其过程研究

通过对径流小区的多年观测和人工模拟降雨试验,利用自制的径流自动记录装置,研究了油松林地不同处理的产流产沙及其动态过程。研究结果表明,油松林地、林地去枯枝落叶层和采伐林地上层林木等３种处理与农地比较,分别减少径流量８８．０％、２７．０％和８７．８％,减少产沙量９９．９％、９８．０％和９９．８％。产沙量与坡度和雨强关系密切,随坡度和雨强增加而迅速增加,以雨强的效应更甚。油松林地开始产流的降雨量一般在１     

宁夏大罗山4种主要植被类型的细根生物量

采用根钻法,分析了宁夏大罗山4种主要植被类型(青海云杉纯林、油松纯林、落叶灌木和荒漠草原)0～40 cm土层的细根生物量、土壤含水量和土壤容重,并对50 a、70 a和100 a 3种树龄的青海云杉纯林细根生物量进行了研究.结果表明: 4种植被类型的细根生物量集中分布在0～20 cm土层,大小顺序为油松纯林>青海云杉纯林>落叶灌木>荒漠草原,其中油松纯林显著高于其他3种植被类型;不同树龄青海云杉纯林细根生物量表现为70 a > 100 a > 50 a,且其活细根和死细根生物量分配比例无显著性差异;4种植被类型下0～40 cm土壤含水量的大小表现为:青海云杉纯林>油松纯林>落叶灌木>荒漠草原;土壤容重则呈相反的规律,并与细根生物量呈极显著负相关.     

山西岚县皇姑梁小流域人工植物群落生态

应用双向指示种分析法（TWINSPAN）和除趋势对应分析（DCA）等数量分析方法,对山西岚县皇姑梁小流域人工植物群落生态关系进行研究,将该人工植被划分为12个群丛,分别位于不同的海拔高度和坡向。分类结果很好地反映了人工植物群落类型及优势种的分布与环境因子的关系,并在DCA二维排序图上得到了较好的验证。DCA排序轴反映了群落土壤含水量、坡向、海拔高度、人工植被恢复时间和物种多样性的梯度变化,表明土壤含水量、坡向、海拔高度、物种类型及其配置模式是影响人工植物群落分布和变化的主要环境因子,不同物种配置模式对群落演替和物种多样性变化有重要影响,油松＋华北落叶松．沙棘、小叶杨＋油松、油松-沙棘、油松-柠条锦鸡儿等组成的乔灌混交林的物种多样性高于柠条锦鸡儿灌木纯林,并且油松＋华北落叶松-沙棘混交林的物种多样性高于小叶杨＋油松混交林,混交林的生态恢复效果优于纯林,并且对该小流域的生态恢复作用明显。华北落叶松适合在该小流域海拔较高的梁坡顶、半阳坡、半阴坡和阴坡生长,小叶杨适合在其海拔较低的沟底、半阳坡和半阴坡生长,而油松、沙棘、柠条锦鸡儿的生态适应性强,可在其不同海拔和坡向生长。人工植物群落的演替进程,遵循地带性植物群落演替规律。随着群落演替,野生植物不断侵入,油松、华北落叶松、小叶杨等人工林郁闭度增加,沙棘、柠条锦鸡儿等逐渐退化,油松、华北落叶松、小叶杨等出现枯枝、死株现象,这是自然稀疏的结果,亟待加强管理。     

滨海盐碱地刺槐(Robinia pseudoacacia)混交林土壤水盐动态

以固氮树种刺槐与绒毛白蜡、榆树、臭椿三树种的混交林及其纯林为研究对象,研究了刺槐与不同树种混交对土壤水分、盐分年动态变化的影响.研究结果表明:(1)刺槐与3个树种混交,刺槐臭椿混交林生长最好,均高于各自纯林.(2)混交林一定程度改善了土壤含水量及层次分布,土壤含水量整体趋势均表现出0～60 cm表层土中含水量高于各自纯林,而深层土壤含水量低的特点,只有8月份纯林和混交林的土壤含水量没有显著差别.不同树种在具体层次上略有差异;(3)混交林降低了土壤含盐量,改变了土壤盐分层次分布和年变化规律.不同月份间土壤含盐量随土壤深度、混交树种的变化而变化.深层土壤含盐量高,表层土壤含盐量低,混交林含盐量低于纯林且存在树种差异.混交林与纯林含盐量均雨季低,旱季高;但在某一具体月份各层次含盐量差别不大;不同土层含水量、含盐量与天然降水之间有明显的相关性,天然降水是混交林及纯林土壤水分的主要来源.     

栽培模式对沙棘人工林土壤微生物群落结构和参与氮循环功能基因的影响

以沙棘×油松混交林、沙棘×侧柏混交林、沙棘×刺槐混交林、沙棘纯林的土壤为研究对象,对其土壤微生物种群结构、参与氮循环功能基因丰度进行了检测.结果表明: 沙棘与油松或侧柏混交能显著增加林地土壤总磷脂脂肪酸(总PLFA)、细菌脂肪酸(BPLFA)和革兰氏阳性菌脂肪酸(G⁺PLFA)含量,而真菌脂肪酸 (FPLFA)含量无明显变化.两种混交林地土壤的nifH、amoA、nirK和narG基因丰度明显高于沙棘纯林土壤.土壤总PLFA、G⁺PLFA、革兰氏阴性菌生物量(G^-PLFA)和4种功能基因的丰度均与土壤pH、土壤有机碳、总氮、NH₄⁺-N、速效钾呈显著正相关.不同栽培模式人工林土壤微生物群落和基因丰度的差异主要与土壤理化特性有关.沙棘与油松或侧柏混交为当地2种较好的栽培模式,能有效地改善土壤质量.     

滨海盐碱地刺槐(Robinia pseudoacacia)混交林土壤水盐动态

以固氮树种刺槐与绒毛白蜡、榆树、臭椿三树种的混交林及其纯林为研究对象,研究了刺槐与不同树种混交对土壤水分、盐分年动态变化的影响。研究结果表明：（1）刺槐与3个树种混交,刺槐臭椿混交林生长最好,均高于各自纯林。（2）混交林一定程度改善了土壤含水量及层次分布,土壤含水量整体趋势均表现出0～60 cm表层土中含水量高于各自纯林,而深层土壤含水量低的特点,只有8月份纯林和混交林的土壤含水量没有显著差别。不同树种在具体层次上略有差异;（3）混交林降低了土壤含盐量,改变了土壤盐分层次分布和年变化规律。不同月份间土壤含盐量随土壤深度、混交树种的变化而变化。深层土壤含盐量高,表层土壤含盐量低,混交林含盐量低于纯林且存在树种差异。混交林与纯林含盐量均雨季低,旱季高;但在某一具体月份各层次含盐量差别不大;不同土层含水量、含盐量与天然降水之间有明显的相关性,天然降水是混交林及纯林土壤水分的主要来源。     

东灵山油松纯林和油松-辽东栎针阔混交林土壤氮素矿化/硝化作用研究

利用PVC顶盖埋管原位培育法测定了北京东灵山地区一个油松纯林和一个油松-辽东栎落叶阔叶混交林生态系统土壤无机氮库、氮素净矿化/硝化速率的季节动态以及年度净矿化/硝化量。结果发现：1）两个生态系统的土壤无机氮库和氮素净矿化/硝化速率都存在比较明显且比较一致的季节动态,但个别时期也存在较大差异;2）纯林与混交林土壤NH+4-N浓度在各月都没有显著差异,而NO-3-N浓度,除了1995年11月和1996年8月纯林显著高于混交林外,其它月份也都差异不显著;3）无论是年度净矿化总量（纯林,22.7kg.hm-2;混交林,55.5kg.hm-2）及其占总全N量的百分比（纯林,0.694%;混交林,2.128%）,还是年度净硝化总量（纯林,26.7kg.hm-2;混交林,44.6kg.hm-2）及其占总全N量（纯林,0.815%;混交林,1.707%）的百分比,油松针阔混交林生态系统均显著大于油松纯林,高达后者的两倍左右,而净硝化氮占净矿化氮的百分比则相反,油松纯林（100%）显著高于油松-辽东栎混交林（80.2%）。上述结果表明：油松-辽东栎针阔混交林生态系统土壤的氮素有效性（即土壤的供氮能力）以及维持土壤中植物可利用氮素的能力都显著高于油松纯林。物种构成及在其影响下所产生的林下微生境和人为干扰活动可能是造成这种差异的主要原因。     

辽西两种油松混交林土壤及油松叶片C∶N∶P化学计量特征

为研究混交林对油松生长养分限制因子的影响,选择油松-蒙古栎和油松-侧柏两种辽西地区典型混交林,以油松纯林为对照,测定油松叶片及土壤C、N、P含量并分析化学计量特征。结果表明:油松-蒙古栎混交林改良土壤能力更强,油松-蒙古栎混交林较纯林可显著提高土壤C、N、P含量,同时降低土壤C∶N和C∶P,提高N和P的有效性;油松-侧柏混交林对土壤化学计量特征的影响与油松-蒙古栎混交林相似,但未达到显著水平;油松纯林叶片N∶P大于16,表明油松生长受到P限制,油松-蒙古栎和油松-侧柏混交林中油松叶片N∶P分别比降到14.88和14.02,混交改善了P对油松生长的限制;混交并未显著改变油松叶片P浓度,但显著降低了叶片N浓度,且叶片C∶N及N∶P与叶片N浓度间显著相关,表明混交林对油松叶片化学计量改变的原因不仅在于混交改变了土壤P供应,而且在于改变了油松对N的利用效率。     

黄土高原不同植被类型区人工林地深层土壤干燥化效应

人工林地土壤干燥化正在日益严重的威胁着黄土高原人工植被建设成效.在黄土高原3个植被类型区广泛观测苹果、刺槐、油松、辽东栎、狼牙刺、沙棘和柠条等23种不同立地和树龄林地深层土壤湿度基础上,比较和分析了各类林地土壤含水量、土壤湿度剖面分布和土壤干燥化强度,定量评价了各类林地深层土壤干燥化效应.研究结果表明:(1)23种林地0～1000 cm土层土壤湿度、土壤贮水量和土壤有效含水量平均值依次为10.84%、1409.8 mm和446.6 mm,明显低于荒草地土壤湿度和当地土壤稳定湿度值,各类林地平均土壤水分过耗量超过500 mm,每年多消耗土壤水分36.8 mm.林地土壤水分过耗量和耗水速度以中部半干旱森林草原区最高,南部半湿润森林区相对较低.林地土壤干燥化速度为:柠条和狼牙刺林地＞油松林地＞刺槐和沙棘林地＞苹果园地和辽东栎林地;(2)除林龄较短的苹果、沙棘和柠条林地外,各类林地在300 cm以下深层土壤湿度明显低于荒草地土壤湿度和土壤稳定湿度值,林地深层土壤湿度表现为阳坡低于阴坡、坡地低于平地,最大耗水深度接近或超过1000 cm.随林龄增长,林地深层土壤湿度逐渐降低,土壤干层逐渐加深和加厚;(3)23种林地土壤干燥化指数平均值为51.6%,达到中度(偏重)干燥化强度,林地土壤干层厚度达到或超过800 cm,随着降水量从半湿润区向半干旱偏旱区趋势性减少,林地土壤干燥化强度趋于强化,土壤干层厚度趋于增加.土壤干燥化强度和土壤干层厚度表现为:油松、辽东栎、狼牙刺和柠条林地＞刺槐林地＞苹果和沙棘林地.     

晋西北黄土区人工林土壤水分动态的定量研究

本文根据１９８８－１９９０年在定位观测资料,对晋西北黄土丘陵区河北杨林、刺槐林和柠条藻木林的土壤水分动态规律进行了定量分析。依次就水分分布分层、水分剖面特征、水分季节动态、水分循环模式与水分循环水分等问题进行了探讨。本文采用的新的分析途径和方法将有助于对黄土区不同植被类型土壤水分生态研究的进一步深化。     

Importance of soil-water relations in assessing the endpoint of bioremediated soils

This study was conducted to investigate water movement in hydrocarbon contaminated soils. Three soils were studied, a hydrocarbon contaminated soil, the same soil after 3 years of bioremediation, and a control soil from the same site. There was a critical soil water content around 18% (bioremediated soil) and 20% (contaminated soil), above which the sorptivity of the contaminated soil was near that of the control soil. For soils with water contents below this value, there was a strong divergence in sorptivity between contaminated and control or bioremediated soils. Results suggest that water availability in contaminated soils will be highly dependent on soil water properties as water potential approaches the permanent wilting point (-1.5 MPa matrix potential).Infiltration of water into air dry (2% m.c. w/w) hydrocarbon contaminated soils was up to three orders of magnitude slower than for the control soil. For air dried soils, the infiltration rate of the contaminated and bioremediated soils was constant with time. This was in contrast to the control soil where infiltration rate was a function of the reciprocal of the square root of time.     

液态地膜覆盖对土壤水分有效性的影响

采用田间微区试验方式,观测和分析了液膜地表覆盖下土壤含水量、花生植株伸长速率、叶面积指数、叶片光合速率、水分利用效率及产量等指标,并利用隶属函数法进行数值转换后,对液膜覆盖的土壤水分有效性进行了分析.结果表明,液膜覆盖提高土壤含水量103％ ～ 167％,且随液膜浓度的增大有效性提高;不同土层间,花生耗水量差异显著,其中以土层深度为20 ～ 40 cm差异最大;液膜覆盖也明显提高了光合速率,增幅为1.9％～15.6％;叶面积指数提高0.3％ ～26.4％,改善了植株光合形态.综合全部指标表明,液膜类型为3号,液膜浓度为高水平时,覆盖效应最为明显.     

沙丘多枝柽柳灌丛根层土壤含水量变化特征与根系水力提升证据

分析干旱区深根型荒漠植物的根层土壤水分是揭示荒漠植物与土壤水分关系机理的重要方面。在黑河中游一片风沙侵蚀区域的多枝柽柳(Tamarix ramosissima)人工林地中, 对表层0.3 m到3 m深的土壤不同深度的含水量进行了连续的动态观测。结果显示, 多枝柽柳根系层土壤含水量可以分为明显不同的3层: 浅层(0.2-1.7 m深)相对湿润层、中间(1.7-2.7 m深)相对干层和深层(2.7 m以下)有效含水层。在多枝柽柳生长盛期, 浅层相对湿润层土壤含水量呈现明显的昼夜变化特征, 同时, 在晚上植物根系与浅层土壤之间存在正水势梯度, 这说明存在根系水力提升现象。水力提升是干旱气候下根层浅层土壤含水量保持相对湿润的主要原因, 并因此维系浅层根系的发育, 也为多枝柽柳具备的防风固沙功能提供了可能的解释。据初步估算, 多枝柽柳根系水力提升占每天耗水量的5%-8%, 耗水的主要水分来源仍然是充足的土壤深层有效含水层。     

湖南乌云界自然保护区典型生态系统的土壤持水性能

土壤持水性能是决定生态系统水源涵养能力的关键,是自然保护区生态服务功能的重要方面。以湖南省乌云界自然保护区为研究区域,选取森林、灌丛、竹林和草地4个典型生态系统,采用野外调查采样和室内分析的方法研究了土壤的物理性质和持水性能。结果表明,乌云界4种典型植被下表层0—20cm土壤有机质含量普遍较高(>76 g/kg)、容重较低(<0.85 g/cm3)、团聚体稳定性较强(>5mm水稳性团聚体达22.7%—52.3%),表明保护区土壤的结构发育总体上较好。森林和竹林土壤具有较多的大孔隙和较高的饱和导水率,有利于天然降水向地下水的转化,而灌丛和草地土壤毛管孔隙度则相对较高,其土壤中能够保持更多的有效水分。乌云界自然保护区4个典型生态系统0—40cm土层土壤重力水容量为:森林(83.5 mm)>竹林(79.2mm)>灌丛(66.9 mm)>草地(43.8 mm),有效水容量为:草地(128.7 mm)>灌丛(111.6 mm)>森林(95.9 mm)>竹林(83.9mm)。在明晰土壤总蓄水容量(>0 MPa)、重力水容量(0—0.01 MPa)、有效水容量(0.01—1.5 MPa)、无效水容量(>1.5 MPa)等概念的基础上,建议用重力水容量和土壤有效水容量两个指标来评价生态系统土壤的水源涵养功能,其中土壤重力水容量可以反映生态系统补充地下水和调控河川径流量的能力,而土壤有效水容量可以反映生态系统本身保蓄水分的潜力,这些指标均可以通过土壤水分特征曲线进行求算。乌云界自然保护区森林和竹林土壤对于补充地下水和调控河川径流量的能力较强,而灌丛和草地土壤保蓄水分的能力较强。     

Water uptake profile response of corn to soil moisture depletion

The effects of soil moisture distribution on water uptake of drip‐irrigated corn were investigated by simultaneously monitoring the diurnal evolution of sap flow rate in stems, of leaf water potential, and of soil moisture, during intervals between successive irrigations. The results invalidate the steady‐state resistive flow model for the continuum. High hydraulic capacitance of wet soil and low hydraulic conductivity of dry soil surrounding the roots damped significantly diurnal fluctuations of water flow from bulk soil to root surface. By contrast, sap flow responded directly to the large diurnal variation of leaf water potential. In wet soil, the relation between the diurnal courses of uptake rates and leaf water potential was linear. Water potential at the root surface remained nearly constant and uniformly distributed. The slope of the lines allowed calculating the resistance of the hydraulic path in the plant. Resistances increased in inverse relation with root length density. Soil desiccation induced a diurnal variation of water potential at the root surface, the minimum occurring in the late afternoon. The increase of root surface water potential with depth was directly linked to the soil desiccation profile. The development of a water potential gradient at the root surface implies the presence of a significant axial resistance in the root hydraulic path that explains why the desiccation of the soil upper layer induces an absolute increase of water uptake rates from the deeper wet layers.     

华北山区典型人工林土壤水势动态和水分运移规律

大规模植树造林工程有效缓解了我国北方水土流失等问题,但伴随植被生长和降水格局变化,水循环过程发生明显改变。土壤水分运动是水循环的关键过程,研究变化环境下人工林植被土壤水分运移规律,对植被生态恢复具有重要意义。基于2014-2018年多时间尺度（半小时、天、月和年）华北山区崇陵流域典型人工侧柏林和荒草土壤剖面水势监测数据,阐明不同植被覆盖下土水势动态变化规律,提出土壤水分运移和植被水分利用模式。研究结果表明：侧柏林土壤水势日变幅显著低于荒草植被,但土水势日变幅随土壤深度增加而减小的速率90 a侧柏依次大于60 a侧柏和荒草;月、年尺度侧柏林不同深度土水势变化对降水的响应大于荒草地,其中60 a侧柏林年均土水势与年降雨量显著线性相关（P<0.05）。由水势梯度和零通量面多年平均变化可知,90 a侧柏林0-50 cm土壤水呈下渗趋势,根系水力提升促使50-100 cm土壤水向上蒸散;60 a侧柏林0-20 cm、70-100 cm以及枯水年30-70 cm土壤水均以蒸散为主,根系可同时吸收利用表层和深层土壤水分;荒草地0-20 cm土壤水分蒸发强烈,且为根系主要吸水深度,20-100 cm土壤水稳定下渗。相比60 a侧柏林和荒草,90 a侧柏林的土壤调蓄能力增强,与荒草互被可减少植被间水分竞争,充分利用土壤水,从而减少流域内地表径流和土壤侵蚀量。     

子午岭次生植被下土壤蓄水性能及有效性研究

通过土壤水分特征曲线的测定,研究了子午岭北部黄土丘陵区不同次生植被群落类型下土壤蓄水性能及水分有效含量的变化。结果表明：撂荒地的土壤蓄水量最小,草地和灌木地的土壤蓄水量有所提高,增幅为17％～65％,而乔木林地土壤蓄水量最大,分别较撂荒地和草地、灌木地增加明显,其增加幅度分别达68％～79％、41％～50％和15％～20％;土壤田间持水量在0～20cm土层从撂荒地、草地、灌木林地到乔木林地,土壤田问持水量逐步提高,而20～50cm土层则变化不大;土壤有效水含量在两个土层中的变化均随着植被的进展演替呈现增加的趋势。讨论了植被与土壤互动关系中应进一步研究的问题。     

黄土丘陵沟壑区不同植被类型土壤有效水和持水能力

以黄土丘陵沟壑区坊塌流域不同植被类型为研究对象,在野外调查的基础上,利用离心机法测定不同植被类型0—10、10—20 cm土层不同吸力下的土壤含水率,并利用Van Gennuchten模型对土壤水分特征曲线进行拟合,对比分析了不同植被类型不同土层土壤水分特征曲线、土壤水分有效性和持水性。结果表明:随着植被恢复的进行,不同植被类型土壤水分特征曲线出现了明显的差异,但是其斜率基本不变且不同植被类型0—10、10—20 cm土层土壤水分特征曲线都呈近似的"S"型;不同植被类型0—10、10—20 cm土层土壤有效水范围分别为22.65%—26.80%、23.97%—28.13%,除白羊草群落和刺槐林外呈现出多年生蒿禾类群落低于灌木群落而高于一年生草本群落的变化趋势;不同植被类型土壤持水能力在0—10 cm土层没有显著性差异,在10—20 cm呈现出多年生蒿禾类群落低于灌木群落而高于一年生草本群落,其中白羊草群落最大,刺槐林最低。刺槐林有效水分和土壤持水能力都较低,建议适当采取间伐并促进其近自然化恢复来实现土壤水分的可持续利用,尽量避免在阳坡缺水地区种植刺槐。对于研究地区土壤水分的可持续利用、植被恢复和科学合理的进行植被配置具有重要意义。     

黄土高原丘陵区生物结皮土壤的斥水性

采用滴水穿透时间法和酒精溶液入渗法,研究了黄土高原丘陵区浅色藻结皮、深色藻结皮、藻+少量藓结皮、藓+少量藻结皮、藓结皮5种不同发育阶段的原状生物结皮土壤的斥水性及其与土壤含水量的关系.结果表明: 生物结皮增加了土壤的斥水性,其斥水强度和持久性均显著增加.生物结皮土壤的斥水性随生物结皮的演替逐渐降低,当生物结皮中藓类植物盖度在20%以上时,斥水持久性显著低于藻结皮.生物结皮土壤的斥水性与土壤含水量及优势种密切相关,藓类生物结皮土壤的斥水性随着含水量的降低逐渐增加,藻类生物结皮土壤的斥水性随含水量的变化呈双峰曲线.