岩溶坡地不同植被类型土壤水分入渗特征及其影响因素

通过野外调查与室内分析,研究了广西平果果化典型岩溶坡地荒地、草地、灌丛、林灌4种不同植被覆盖下土壤水分入渗特征及其影响因素。结果表明:荒地、草地和灌丛土壤的平均初渗速率差异不显著,但均明显低于林灌;土壤初渗速率和稳渗速率均较低,均1 mm·min~(-1);随土层深度的增加,土壤初渗速率和稳渗速率均逐渐降低;荒地、草地和灌丛土壤的渗透系数、累积渗水量差异均不显著,但均明显低于林灌,且随土层深度的增加而降低;稳渗速率、渗透系数与土层深度、土壤容重、粘粒含量、初始含水量呈显著负相关,而与土壤有机碳、非毛管孔隙度、粉(砂)粒、水温呈显著正相关;影响土壤水分入渗性能的主要因素为土壤非毛管孔隙度和土壤中粘粒(0.002 mm)含量。     

长白山北坡阔叶红松林和暗针叶林的土壤水分物理性质

对长白山北坡阔叶红松林和暗针叶林的土壤水分物理性质进行了观测和对比分析.结果表明:两种森林类型的土壤容重和各种孔隙度随土壤深度的变化趋势相同,即随着土壤深度的增加,容重和毛管孔隙度逐渐增加,总孔隙度和非毛管孔隙度逐渐降低;两种森林类型土壤物理性质的差异比较明显,阔叶红松林0～100 cm土层的平均土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分别为1.41 g·cm^-3、52.31%、46.11%和6.20%,暗针叶林地土壤分别为0.98 g·cm^-3、50.65%、40.32%和10.33%;阔叶红松林和暗针叶林地土壤100 cm土层贮水能力相差较大,分别为619.89和1 033.05 t·hm^-2.两种森林类型的土壤水分特征曲线与一般土壤水分特征曲线相一致.     

土壤温度和水分对长白山不同森林类型土壤呼吸的影响

在实验室条件下,将不同含水量的3种森林类型的土柱分别置于0、5、15、25和35℃条件下,进行土壤呼吸测定．结果表明,在0～35℃范围内。土壤呼吸速率与温度呈正相关．在一定含水量范围内(0．21～0．37kg·kg^-1),土壤呼吸随含水量的增加而升高,当含水量超出该范围,土壤呼吸速率则随含水量的变化而降低．土壤温度和水分对土壤呼吸作用存在明显的交互作用．不同森林类型土壤呼吸作用强弱存在显著差异,大小顺序为阔叶红松林>岳桦林>云冷杉暗针叶林．阔叶红松林土壤呼吸作用的最佳条件是土壤温度35℃、含水量0．37kg·kg^-1;云冷杉暗针叶林下的山地棕色针叶林土壤呼吸作用的最佳条件是25℃、0．21kg·kg^-1;岳桦林土壤呼吸作用的最佳条件是35℃、含水量0．37kg·kg^-1。但是．由于长白山阔叶红松林、云冷杉林和岳桦林处在不同的海拔带上,同期不同森林类型土壤温度各不相同,相差4～5℃,所以野外所测的同期山地棕色针叶林土呼吸速率应低于暗棕色森林土呼吸速率,山地生草森林土呼吸速率应高于山地棕色针叶林土的呼吸速率．     

黄土高原不同演替阶段草地植被细根垂直分布特征与土壤环境的关系

研究了黄土区不同演替阶段草地植被细根垂直分布特征与土壤环境的关系,结果表明不同演替阶段草地植被细根生物量、根长密度、表面积、直径和比根长均具有明显的垂直分布特征。细根生物量、根长密度和细根表面积一般随土层加深而逐渐减少,且集中分布于0-40cm土层;随着演替的进行,除20a弃耕地外,0—80cm土层细根生物量、根长密度和细根表面积逐渐增加;除25a弃耕地外,细根直径随演替进行逐渐减小。0～100cm土层土壤含水量随演替进行而增加,不同演替阶段深层土壤水分较表层稳定。土壤容重的变化趋势为9〈4〈15〈20〈25a弃耕地,根系对表层土壤水分和容重的影响较大,而对深层土壤水分与容重影响较少。不同演替阶段细根各参数和土壤水分、容重差异均达到显著水平。各弃耕地细根参数之间,细根参数和土壤环境因子之间存在不同程度的相关关系,土壤含水量在草本植被的不同演替阶段均是影响其细根垂直分布的关键因素。土壤容重在演替早期对草本植被根系的影响较小,随着演替进行其影响作用进一步增强。     

喀斯特峰丛洼地植被不同演替阶段土壤磷酸酶活性

以桂西北典型喀斯特峰丛洼地为试验对象,研究了4个不同植被演替阶段土壤碱性磷酸酶活性及其与土壤理化性质的关系。结果表明:土壤磷酸酶活性随演替阶段和土层深度变化显著;随坡位变化不显著。不同演替阶段土壤磷酸酶活性表现为原生林次生林≈乔灌林草地;磷酸酶活性随土壤深度的增加而降低,且各层次之间差异显著。相关分析表明:磷酸酶活性与土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷、速效钾、pH值、粉砂、砂粒含量存在显著的正相关;与土壤全钾、容重、粘粒含量呈负相关。典范对应分析(CCA)结果表明:演替阶段和裸岩率对土壤磷酸酶活性影响很大;坡位、坡度和坡向也有一定影响。     

川西亚高山林线过渡带及邻近植被土壤性质

研究了川西亚高山林线过渡带及邻近植被上缘流石滩草甸与下缘冷杉林残积母质土壤物理、化学和生物学特性.结果表明:从流石滩草甸→林线过渡带→冷杉林,土层逐渐增厚,表层土壤(0～30 cm)粉粒、粘粒、物理性粘粒含量、团聚度、结构系数和自然含水量逐渐增高,砂粒含量逐渐降低,阳离子交换量(CEC)、交换性盐基含量、盐基饱和度以及水解性酸含量逐渐增高,pH值逐渐降低,有机质及养分库全P、全K、有效N、有效P和速效K含量逐渐增高,土壤物理结构和化学性质逐步有所改善,但亚高山林线过渡带区域残积母质土壤成土过程缓慢.林线过渡带表层土壤细菌、真菌、放线菌及微生物总量,土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶、中性磷酸酶、多酚氧化酶及过氧化氢酶活性高于邻近植被上缘流石滩草甸与下缘冷杉林,体现了作为生态交错带,林线过渡带比邻近植被土壤具有相对较强的生物学活性.     

黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤水分变化特征

选择黄土丘陵区砖窑沟流域不同土地利用方式为研究对象,在2016年6月至11月对0—300 cm土层土壤含水量进行监测,分析刺槐林、草地、柠条灌木林、小叶杨林、海红林和撂荒地6种土地利用方式下土壤含水量的垂直剖面分布特征、土壤贮水量的季节变异特征。结果表明:(1)土壤含水量随深度的变化自上而下均呈"S"状分布,随着土层深度的增加,土壤含水量呈先增加后减小的趋势,具有明显的垂直变异特征。(2)不同土地利用方式具有不同的土壤湿度剖面,土壤水分活跃层、次活跃层、相对稳定层的深度范围不同。(3)6种土地利用方式下各土层的土壤贮水量均具有明显的季节变化特征,海红林的土壤贮水量最大,为258.21 mm,然后依次为小叶杨林、撂荒地、草地和刺槐林,柠条灌木林样地最小;监测期内土壤贮水量随时间呈增长趋势,在11月达到最大值。土壤含水量的变异系数均随着土层深度的增加逐渐递减,在100 cm以下土壤深层季节变异趋于稳定。研究认为,乔灌林消耗更多深层的土壤水分,柠条灌木林易引起土壤干燥化,海红林的土壤水分条件较好,撂荒地和草地土壤水分条件相对稳定。     

鼎湖山3种演替阶段森林土壤C、N、P现状及动态

为探讨森林演替过程中土壤C、N、P的变化,通过测定鼎湖山3种演替阶段的森林土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)含量,对他们的化学计量进行分析。结果表明,鼎湖山3种森林土壤SOC和TN随演替阶段而增加,演替中后期表层土壤(0~20 cm)与演替初期的差异达到显著水平(P0.05),在土壤剖面上的分布都呈现显著的表层富集现象,且表层土壤与其他土层均有显著差异(P0.05)。土壤TP含量随演替阶段没有呈现出有规律的变化,不同演替阶段间也没有显著差异,但不同演替阶段土壤TP在土壤剖面上的分布表现不同,演替前期土壤TP含量随着土层深度增加而增加,演替后期土壤TP随土层深度的增加而降低,而演替中期土壤TP含量在各土层间没有显著差异。土壤C∶N不受土层深度和演替进程的影响,而土壤C∶P和N∶P均表现为随演替阶段而增加,随土层加深而降低。这些揭示了森林土壤SOC、TN和TP含量随演替进展及其在土壤剖面上的分布取决于土壤C、N、P的来源方式。     

土壤有机质对土壤水分保持及其有效性的控制作用

如何基于常规测定因子评估森林在土壤水分保持方面的生态效益, 并建立森林固碳效益与水文效益的联系等科学问题, 在综合评估森林生态效益方面有着重要意义。该文以南亚热带地区的3种不同演替阶段的森林生态系统(人工恢复的马尾松针叶林(Pinus massoniana coniferous forest, PF)、马尾松针阔叶混交林(mixed Pinus massoniana-broad-leaved forest, PBF)和季风常绿阔叶林(monsoon evergreen broad-leaved forest, MBF))为研究对象, 通过分析其土壤有机质及土壤水分状况在林内及林型间的分布格局差异, 探讨土壤有机质对土壤水分保持的控制作用。结果表明: 由PF至地带性顶级群落MBF的3种林分虽然相距很近且有关环境因子一致, 但0-30 cm土层的土壤含水量差异显著, MBF的最高, PBF其次; 3种林型林内土壤水分分布格局迥异, MBF的土壤水分随土层加深而递减的趋势明显, PBF土壤各层水分较为均一, PF则土壤表层水分含量较低, 与土壤有机质的状况一致。土壤水分特征曲线显示, 0-40 cm土层在相同基质吸力条件下的土壤水分含量: MBF > PBF > PF, MBF的保水性最好。进一步分析发现, 土壤孔隙度对土壤含水量的影响最大, 饱和含水量、土壤有机质次之, 同时, 考虑到土壤孔隙度和土壤饱和含水量对土壤有机质的高度依赖性, 我们认为土壤有机质控制着土壤含水量及其有效性( p= 0.014)。作为常规测定指标的土壤有机质, 不仅是森林固碳效益的关键指标, 而且可用来量度土壤水分保持及其有效性, 可以作为评价森林生态系统服务功能的一个综合指标。     

长白山主要类型森林土壤大孔隙数量与垂直分布规律

利用张力入渗仪测量和计算了长白山自然保护区中4种主要类型土壤(暗棕色森林土、棕色针叶林土、山地生草森林土和山地苔原土)中半径范围分别在≥0.5mm、0.25～0.5mm和0.1～0.25mm的大孔隙数量与分布,并探讨了大孔隙的存在对土壤饱和渗水量的影响.结果表明:暗棕色森林土中大孔隙数量随土壤深度的增加而减少,自地表向下至40cm以内土层的变化较快,在40cm以下土层内的变化较慢;棕色针叶林土和山地苔原土中大孔隙数量随土壤深度的增加而增加;山地生草森林土中大孔隙数量随土壤深度的变化不大.大孔隙占土壤体积的比例虽然很小,却对土壤饱和渗水量的传导起到了重要作用.     

煤矿复垦区土壤水动力学特性对下渗过程的影响

煤矿复垦区土壤水对植物生长、溶质运移以及土壤环境的变化起着至关重要的作用。定量揭示煤矿复垦区土壤水下渗过程是亟待诠释的关键科学问题。本研究通过测定典型矿区不同深度土壤非饱和导水率、容重、总孔隙度和粒径等水动力学参数,结合染色示踪试验,刻画矿区非饱和带土壤水运移过程。染色示踪结果显示30、60 L和90 L这3种实验下渗水量条件下,水流沿X方向侧向扩散的最大距离分别为10、30 cm和35 cm,沿Y方向侧向扩散的最大距离分别为10、25 cm和30 cm。互相关函数显示随着下渗水量增大,水流扩散作用也在加强,但过多水量并没有明显增加下渗深度和扩散距离。吸力大于300 hpa时,0.01—0.05 mm土壤粒径含量和非饱和导水率呈负相关关系;吸力和非饱和导水率采用指数函数拟合效果较好(r~20.9),对拟合参数a、b和土壤容重(x)进行回归分析:a=0.0015x~2-0.00499x+0.0004,b=0.0583x~2+0.1234x-0.072。同一吸力下土壤容重大的土样非饱和导水率较小;吸力值为300 hpa是非饱和导水率的转折点;非饱和导水率和土壤容重呈现负相关关系,和总孔隙度呈现正相关关系,且二者的相关性随吸力的增加而降低。     

三峡库区森林土壤大孔隙特征及对饱和导水率的影响

土壤大孔隙是土体内孔径较大能优先传导水分的根孔、洞穴或裂隙,大孔隙内优先流的产生是土壤水分运动研究由均衡走向非均衡的标志。利用原状土柱的水分穿透试验,对三峡库区山地不同林型覆盖下土壤的大孔隙结构进行了研究,分析了温性阔叶林棕壤、针阔混交林黄棕壤、暖性针叶林黄壤及弃耕草地剖面内大孔隙的剖面分布特征及其对土壤饱和导水率的影响。结果表明:研究区内森林土壤的大孔隙当量孔径在0.3—3 mm之间,占土壤总体积的0.15%—4.72%。大孔隙中孔径0.3—0.6 mm的大孔隙密度最大,占大孔隙总数量的72.2%—90.4%;而孔径1 mm的孔隙仅占大孔隙总数量的1.26%—8.55%。土壤大孔隙密度和大孔隙面积比的顺序为:温性阔叶林棕壤针阔混交林黄棕壤针叶林黄壤弃耕坡地。各孔径段的大孔隙密度在不同样点均呈现A层-B层-C层逐渐减小的趋势,大孔隙密度与有机质含量呈显著正相关关系。土壤饱和导水率与不同孔径大孔隙的密度、面积比均成显著正相关关系,孔径1mm的大孔隙仅占大孔隙总数量的1.26%—8.55%,但决定了饱和导水率84.7%的变异。此外,森林土壤饱和导水率与各土壤层的有机质含量成显著正相关关系,有机质的增多有利于改善土壤的入渗性能。     

长白山北坡两种类型森林土壤的大孔隙特征

运用亮蓝溶液染色示踪法和图像分析技术,对长白山北坡棕色针叶林土和暗棕色森林土大孔隙特征及分布进行研究,探讨影响2种类型土壤大孔隙形成的因素．结果表明：由水平剖面染色面积随土层深度的变化情况,可间接得出大孔隙在垂直土壤剖面上的变化规律;随着土层深度的增加,2种土壤的染色面积均呈减少趋势;在24h内,棕色针叶林土较暗棕色森林土大孔隙流的运移深度多10～20cm,且其大孔隙流路径多,相同面积上,前者达6条,后者只有1条;大孔隙流的存在可以使水分在土壤中的运移速度增加2～3倍;生物因素是2种土壤大孔隙形成的主要因素,由土壤动物运动形成的大孔隙数量较多,直径多为2～4mm．     

Pines influence hydrophysical parameters and water flow in a sandy soil

Pines, used for sand dune stabilization, can influence the hydrophysical parameters and water flow in an aeolian sandy soil considerably, mainly due to soil water repellency. Two sites, separated by distance of about 20 m, formed the basis of our study. A control soil (“Pure sand“) with limited impact of vegetation or organic matter was formed at 50 cm depth beneath a forest glade area. This was compared to a “Forest soil” in a 30-year old Scots pine (Pinus sylvestris) forest. Most of the hydrophysical parameters were substantially different between the two soil surfaces. The forest soil was substantially more water repellent and had two-times the degree of preferential flow compared to pure sand. Water and ethanol sorptivities, hydraulic conductivity, and saturated hydraulic conductivity were 1%, 84%, 2% and 26% those of the pure sand, respectively. The change in soil hydrophysical parameters due to soil water repellency resulted in preferential flow in the forest soil, emerging during a simulated heavy rain following a long hot, dry period. The wetting front established in pure sand exhibited a form typical of that for stable flow. Such a shape of the wetting front can be expected in the forest soil in spring, when soil water repellency is alleviated substantially.     

长白山阔叶红松林不同演替阶段土壤团聚体粒径组成及有机碳含量变化

阔叶红松林是我国东北重要的原生群落,其土壤团聚体在森林生态系统碳固定中具有重要作用.本研究采用空间代替时间的方法,选取白桦幼龄林、白桦中龄林、白桦成熟林、阔叶红松成熟林和阔叶红松过熟林5个不同演替序列,通过湿筛法研究长白山天然针阔混交林群落恢复演替中土壤团聚体粒径组成及有机碳含量的变化.结果表明: 土壤团聚体粒径组成受演替过程影响较大,不同演替阶段下土壤团聚体各粒级所占比例差异显著.团聚体平均质量直径随演替的进行表现为先升高再降低的单峰形式,且最高点出现在白桦成熟林阶段.土壤中不同粒级的团聚体内有机碳含量随着演替的进行呈先增加后略有下降的趋势,且团聚体内有机碳含量最大值出现在阔叶红松成熟林阶段.在同一演替阶段下,0～5和5～10 cm土层(除演替末期的阔叶红松过熟林外)中的各粒径团聚体内有机碳含量都随着粒径的减小而增加,而10～20 cm土层中的各粒径团聚体内有机碳含量都随着粒径的减小而减小.从演替初期的白桦幼龄林到演替末期的阔叶红松过熟林,每个样地内的同一粒径团聚体内有机碳含量均具有明显的垂直分布特性,均随着土层深度的增加而显著降低.     

Estimating hydraulic conductivity of a sandy soil under different plant covers using minidisk infiltrometer and a dye tracer experiment

The objective of this study was to estimate the hydraulic conductivity of sandy soil under different plant cover at the locality Mláky II at Sekule (southwest Slovakia). Two sites were demarcated at the locality, with mainly moss species at glade site, and pine forest at forest site. The estimation of unsaturated hydraulic conductivity was conducted by (a) minidisk infiltrometer and (b) the analysis of a dye tracer total resident concentration. The latter approach assumed the applicability of the stochastic—convective flow theory in the sandy soil. In the dye tracer experiment, two plots (1 × 1 m each) were established in both sites, and 100 mm of dye tracer (Brilliant Blue FCF) solution was applied on the soil surface. Similar results were obtained in both plots, with more than 70 % area of horizons stained in the depth of 30–50 cm. In some cases, the predicted and measured hydraulic conductivity were found within an order of magnitude, thus revealing similar impact of different plant cover on hydraulic properties of sandy soil studied. In contrast to sandy soils used for agriculture, the influence of the plant/surface humus and topsoil interface extended in the form of a highly heterogeneous matrix flow to the depth of 50–60 cm, where it was dampened by horizontal layering.     

森林流域非饱和土壤水与饱和土壤水转化研究进展

阐述了森林流域几种土壤水分运动方式(入渗、潜水蒸发、潜水补给以及壤中流)中非饱和土壤水与饱和土壤水之间转化的研究进展,并对土壤水分运动参数中的土壤水分特征曲线、非饱和导水率和饱和导水率的研究现状作以简要介绍,最后提出了未来的发展方向.     

云南松林次生演替阶段土壤细菌群落的变化

土壤细菌多样性是维持森林生态系统功能的关键因子,森林演替是影响其动态变化的重要因素。研究云南松林不同演替阶段土壤细菌群落结构及其多样性的变化规律,有助于深入理解森林生态系统恢复过程的驱动机制。本研究以云南省永仁县皆伐后形成的针叶林、针阔混交林和常绿阔叶林为对象,基于Illumina Hiseq高通量测序技术,分析森林演替过程中土壤细菌群落组成、结构、多样性及其影响因子的变化。结果表明: 土壤细菌的种群分类单元、Ace指数、Chao1指数和Shannon指数均随着演替进行呈减少趋势,演替早期阶段土壤的细菌总数、菌群丰富度及复杂程度最高。不同演替阶段细菌群落结构存在显著差异,其中,针阔混交林的差异最大,变形菌门和酸杆菌门为各演替序列共有的优势类群,放线菌门、绿弯菌门和Patescibacteria是演替早期的优势类群,且随着演替进行呈现减少趋势;变形菌门和WPS-2相对多度随演替进行呈增加趋势。土壤pH和乔木层物种丰富度是驱动次生演替过程中土壤细菌群落组成变化的关键因子。随着演替的进行,土壤细菌多样性减少,群落组成差异加大。     

三峡山地不同类型植被和坡位对土壤水文功能的影响

土壤层下渗和贮蓄水分的水文功能是森林保持水土、涵养水源的基础。以三峡山地大老岭林区为研究区,采集常绿林、落叶林和草地覆盖下不同坡位的原状土样,测定其饱和导水率和水分特征曲线,分析植被类型和坡位对土壤水分参数和库容的影响。结果表明:常绿林地的入渗性能最好,饱和导水率为7.80—322.81 cm/d,大于落叶林地(0.33—137.03 cm/d)和草地(0.84—115.80 cm/d);坡位间差异表现为上坡高于下坡。不同样地的饱和含水量差异较小,但毛管持水量和田间持水量差异明显,草地最大,为20.77%—50.39%;不同坡位比较表现为下坡高于上坡。不同样地土壤水库容量差异较大,由田间持水量得到的库容量占总库容量的百分比以草地最大(63.25%),其次是落叶林地,常绿林地最小;坡位上表现为下坡的田间持水库容大于上坡。饱和导水率与土壤总孔隙度、有机质含量呈显著正相关,与容重呈显著负相关;饱和含水量、毛管持水量、田间持水量均与土壤总孔隙度、有机质含量和粉粒含量呈显著正相关,与容重、砂粒含量呈显著负相关。综合以上,草地持水性能最强,利于保蓄水分,常绿林地最弱,更利于水分入渗,补给地下水,下坡位的持水性能强于上坡位。     

秦岭火地塘林区土壤大孔隙分布特征及对导水性能的影响

大孔隙广泛分布于森林土壤中,是定量研究与土壤水分运动有关的重要因素,其研究可深化森林涵养水源机理的认识。基于田间持水量到饱和含水量之间的土壤孔隙作为大孔隙的标准,利用土壤水分穿透曲线和Poiseulle方程研究了秦岭火地塘林区森林土壤大孔隙分布特征及其对土壤饱和导水率的影响。结果表明,林区土壤大孔隙当量孔径主要分布在0.3—3.8 mm之间;当量孔径1.5 mm的大孔隙密度较小,其数量仅占大孔隙总数量的5.37%;各当量孔径的大孔隙密度随土层分布基本呈现为上层大、下层小的特点,且垂直分布差异显著,其与有机质含量分布有极显著的相关性。0—60 cm土层大孔隙平均面积比顺序为:针阔混交林油松林落叶阔叶林华山松林。不同当量孔径的大孔隙密度与饱和导水率呈显著正相关关系,当量孔径大于1.5 mm的大孔隙密度决定了饱和导水率84%的变异;大孔隙率平均在1.6%—13.3%之间,当其小于5%时,饱和导水率随着大孔隙率增大而增大。