永定河流域官厅水库南岸典型林分土壤饱和导水率研究

为研究永定河流域官厅水库南岸生态水源保护林土壤饱和导水率(K_(fs))的特征,科学评价水源保护林功能,选取水源保护林典型林分与当地成林和非林地作对比,采用方差分析、相关分析和因子分析的方法研究土壤理化性质对饱和导水率的影响并根据因子得分排名探究土壤通透性最好的林分。结果表明:(1)土壤饱和导水率随土层深度增加而减小,水源保护林中混交林的饱和导水率大于纯林接近于成林,侧柏×山杏混交林的饱和导水率最高;(2)因子分析结果表明,影响饱和导水率最主要的因素为饱和含水量、容重和有机质含量;次重要因子为土壤砂粒、粉粒和粘粒含量,土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度对本区域饱和导水率影响不大;(3)综合因子得分排名分析,以侧柏×山杏混交林的土壤通透性最好,油松×山杏混交林次之。目前生态水源保护林对土壤通透性的改善优势明显,造林颇具成效。     

喀斯特坡面表层土壤含水量、容重和饱和导水率的空间变异特征

表层土壤水分物理性质对深层土壤水分的动态变化具有重要的作用,研究其空间变化特征有助于深入理解坡地降雨入渗及产流规律,实现土壤水资源的合理利用.基于网格(10m×10 m)取样,用地统计学方法研究了桂西北喀斯特地区典型灌丛坡地90 m×120 m(投影长)表层(0~10 cm)土壤含水量、容重和饱和导水率的空间变异特征.结果表明:研究区土壤含水量、容重和饱和导水率均具有明显的空间依赖性和空间结构.土壤水分含量半变异函数用高斯模型模拟较好,土壤容重与饱和导水率用指数模型拟合较好.土壤含水量表现为强烈的空间自相关性,土壤容重和导水率表现为中等的空间自相关性.土壤含水量与饱和导水率空间连续性的尺度范围较小,而土壤容重空间连续性的尺度范围较大.总体上土壤含水量沿坡向下呈递增趋势,土壤容重呈递减趋势,而土壤饱和导水率沿坡面没有明显变化规律,斑块小而多,表现为高异质性.土壤含水量与土壤容重、饱和导水率均呈极显著负相关,而土壤容重与饱和导水率之间没有明显的相关性.     

花岗岩崩岗不同部位土壤饱和导水率特征及其影响因素

崩岗是我国南方花岗岩丘陵区普遍存在的水力-重力复合土壤侵蚀现象。为探究崩岗的土壤水力学性质与侵蚀机理的内在联系及其与影响因素之间的关系,选择桂东南活动型、半稳定型和稳定型3种花岗岩崩岗为对象,研究不同部位土壤饱和导水率的空间变化及其影响因素。结果表明:1)崩岗土壤饱和导水率在不同部位呈波动分异,其中崩壁中部为最小值,崩积堆上部为最大值,其次为洪积扇顶端。2)选取Cosby、Compbell、Julià、Hypre 4种土壤饱和导水率传递函数对该区土壤饱和导水率进行拟合,结果预测值与实测值均存在偏差。3)相关性分析表明,土壤饱和导水率与毛管孔隙度、黏粒含量呈极显著负相关关系,与非毛管孔隙和砂粒含量呈极显著正相关关系。4)通径分析表明,砂粒含量为崩岗土壤饱和导水率的主要影响因素,其次为非毛管孔隙度和土壤容重,其中砂粒含量与非毛管孔隙度对土壤饱和导水率呈正效应,容重呈负效应。研究结果可为揭示崩岗侵蚀机理和防治提供理论依据。     

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。     

子午岭林区山杨-辽东栎混交林的生理生态效应

研究了黄土高原子午岭次生林区山杨林、辽东栎林和山杨-辽东栎混交林3种林分的土壤物理特性和叶片光合特性.结果表明,山杨林地在0～300 cm土层的土壤含水量最大,而在200 cm土层以下,山杨 辽东栎混交林的土壤水分明显改善,并优于辽东栎林;在0～60 cm土层内,山杨林地土壤容重最大、土壤孔隙度最小,而山杨-辽东栎混交林的土壤容重最小、土壤孔隙度最大,且均优于纯林,说明混交林地有深层土壤水分可供利用,同时土壤理化特性得到改善.山杨林和辽东栎林的叶绿素含量较高,且均明显高于山杨-辽东栎混交林.辽东栎林的光合速率和气孔导度最大,其次为山杨林, 二者均明显高于山杨-辽东栎混交林.从叶片水分利用效率来看,辽东栎林>山杨-辽东栎混交林辽东栎>山杨-辽东栎混交林山杨>山杨林.山杨-辽东栎混交林中辽东栎的PSⅡ最大光化学转换效率(F_v/F_m)和PSⅡ潜在活性(F_v/F_o)值均较大,但与辽东栎林的F_v/F_m和F_v/F_o值差异不显著,而混交林中山杨的F_v/F_m和F_v/F_o值均相对小于山杨林,且与山杨林的F_v/F_m差异显著,山杨林和辽东栎林的荧光光化学猝灭系数和非光化学猝灭系数值均大于混交林地.因此,子午岭林区辽东栎林更趋于稳定且生长优于其混交林,而山杨林群落将逐步被替代,与纯林类型相比较,其混交林类型可能较不利于山杨的生长.     

子午岭林区白桦-辽东栎混交林光合生理生态特征研究

对黄土高原子午岭次生林区白桦林、辽东栎林和白桦-辽东栎混交林3种林分的土壤物理特性和叶片光合特性进行了研究。结果表明:(1)白桦-辽东栎混交林地的土壤水分明显改善,其土壤容重最小、土壤孔隙度最大,且均优于纯林,即混交林地有深层次的土壤水分可供利用,并改善了土壤的物理结构;(2)辽东栎林的光合速率和气孔导度最大,其次为白桦-辽东栎混交林,水分利用率(WUE)为混交林白桦>混交林辽东栎>辽东栎林>白桦林;(3)混交林中白桦、辽东栎的Fv/Fm和Fv/Fo值均较大,与纯林差异不显著;白桦林和辽东栎林的qP和NPQ值均大于混交林。     

典型新建绿地上海辰山植物园土壤水库特征及其影响因子

研究不同植被类型、压实方式和土壤基本理化性质对典型新建绿地上海辰山植物园土壤水库的影响.结果表明:相对自然林地,植物园土壤总库容、滞洪库容、有效库容均较低,但死库容较大,占总库容的60.6%,这导致绿地蓄洪排涝能力减弱.植物园不同植被类型土壤总库容和滞洪库容大小依次为灌木地﹥乔木地﹥草地﹥竹林地﹥裸地,有效库容以灌木和乔木较高,而裸地和竹林地相对较低,裸地和竹林地死库容占总库容的比例最大,分别为65.5%和67.6%.灌木地总库容、滞洪库容和有效库容与裸地差异显著,植被能显著提高土壤的蓄水持水能力,但机械压实和人为践踏显著降低土壤总库容、滞洪库容和有效库容.土壤容重、饱和导水率、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、总孔隙度、黏粒和有机质含量显著影响土壤水库,改善土壤理化性质能显著提高城市绿地土壤水库库容.     

不同土地利用方式对黄河三角洲土壤物理特性的影响

黄河三角洲是我国成土最快的河口三角洲之一,探索其土地利用过程中不同土地利用方式对土壤物理性质的影响,对该区土壤肥力保持和土地资源的持续利用具有重要意义。选择黄河三角洲棉田、麦田、苇地、碱蓬地和裸地等5种不同的土地利用方式,通过野外调查与室内分析,研究不同土地利用方式下土壤主要物理特性的变异特征及影响因素。结果显示,与裸地土壤相比,有植被土地利用方式土壤容重降低,土壤孔隙度、团聚体水稳性、饱和含水量与毛管含水量也有相应的提高;土壤有机碳和速效氮、有效磷含量均有显著增加,土壤总盐分含量呈显著降低趋势。在所研究土壤中,土壤物理性质依麦田-棉田-苇地-碱蓬地-裸地的次序从最佳向最差过渡。逐步回归分析和相关分析表明土壤容重、团聚体平均重量直径和毛管孔隙度是土壤毛管含水量的主要影响因子,团聚体水稳性主要由大于0.25 mm水稳性团聚体含量和毛管孔隙度决定,土壤总盐分含量影响土壤饱和导水率;大于0.25 mm水稳性团聚体含量分别与土壤有机碳含量(r=0.8323)、速效氮含量(r=0.7558)和有效磷含量(r=0.9049)具有正相关关系。因此,黄河三角洲地区土地利用应以增加有机质的投入,提高土壤水稳性团聚体形成为基础,促进土壤良好结构形成。这些结果为该区土壤肥力提高和土壤资源可持续利用提供参考依据。     

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。     

祁连山排露沟流域典型植被类型的水源涵养功能差异

土壤水分是"绿水"重要的储存,连接植被与水文系统的纽带。水源涵养功能是山地生态系统重要的生态系统服务,这种功能主要体现是生态系统将水分保持在系统内的过程和能力,并受多种因素的影响(如植被类型、土壤类型和地形)。通过对祁连山排露沟流域的土壤属性、土壤温湿度和降雨2个生长季的野外调查与观测,以及计算水源涵养功能指标来评估3种典型植被类型土壤水分涵养能力的差异。研究结果:(1)灌丛和青海云杉林下有机质、粉粒和砂粒含量、田间持水量、饱和持水量和孔隙度等土壤属性值高于草地,而土壤容重和粘粒含量低于草地;(2)青海云杉林的根区土壤累计入渗量高于灌丛和草地,草地土壤水分损失较灌丛和青海云杉林更快;(3)整个生长季内青海云杉林和灌丛土壤湿度明显高于草地湿度,青海云杉林的水源涵养功能指标值多大于1。这些结果表明青海云杉林较灌丛和草地具有更强的水源涵养能力。因此,研究结果能为国内干旱区山地生态系统的流域生态系统管理与可持续发展提供科学参考。     

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。     

黄土高原白羊草、沙棘和辽东栎细根比根长特性

以黄土高原地区典型草本（白羊草）、灌木（沙棘）和乔木（辽东栎）为对象,研究了3种植物细根比根长在不同土层的分布状况以及与其它细根参数和土壤物理因子之间的相关性。结果表明,3种植物细根比根长的变化范围为6～55ram／rag。在0,80cm土层,白羊草、沙棘和辽东栎细根比根长变化范围分别为18—55mm／mg,14—4JDmm／mg,6—33mm／mg。3种植物0--80cm土层平均细根比根长从大到小依次为白羊草〉沙棘〉辽东栎。3种植物0-10cm土层细根比根长依次为沙棘〉辽东栎〉白羊草,10-80cm依次为白羊草〉辽东栎〉沙棘,表明3种植物细根比根长不仅在这两土层中的分布不具一致性,而且与0-80cm土层平均比根长也不具有一致性,进一步说明3种植物沿土壤剖面的生物量分配策略不同。相关分析表明,3种植物细根比根长与其它细根参数之间的相互关系各不相同,制约程度存在差异。与土壤物理因子的相关分析表明,3种植物细根比根长均随土壤含水量的增加而减少。土壤各级水稳性团聚体和土壤颗粒对3种植物细根比根长并无一致的影响。     

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。     

黄土丘陵沟壑区土壤水分环境及植被生长响应——以燕沟流域为例

调查了黄土丘陵沟壑区燕沟流域刺槐(Robinia pseudoacacia)林地、辽东栎(Quercus liaotungensis)林地、荒草地、农地等不同植被类型条件下7种地类的土壤水分环境,分析不同植被类型对水分环境的生长响应.结果认为,各地类均存在一定程度的水分亏缺,亏缺量由大到小依次为:阳坡刺槐林地991.57mm、阳坡荒草地941.21mm、阴坡刺槐林地866.53mm、阳坡辽东栎林地815.89mm、阴坡荒草地790.27mm、阴坡辽东栎林地745.20mm、农地325.55mm.土壤水分的交换深度农地达320cm,阴坡荒草地为240cm,阴坡辽东栎林地为200cm,阴坡刺槐林地和阳坡辽东栎林地均为160cm,阳坡荒草地为140cm,阳坡刺槐林地为120cm.试验期间,林地、荒草地和农地分别约有10%、14%、30%的降水储存于土壤中,林地、荒草地600cm深土壤水库可利用水量62.6～309.0mm,与农地728.6mm相比土壤水库的调节能力很有限.受林木耗水量和土壤供水能力的双重影响,阳坡刺槐林枯梢现象严重,有整株枯死林木;阴坡刺槐林有明显的枯梢,但没有整株枯死的林木;辽东栎林也存在枯梢现象,但较刺槐林轻微,林木生长仍然十分旺盛.人工林地植被较高的截留和蒸腾耗水是造成土壤干燥化的主要原因,在植被建设中应遵循区域植被的演替规律,以水定植,尽量选择低耗水的适生乡土树种,采取自然修复为主、人工栽植为辅的措施,同时实施好水土保持措施.黄土丘陵区天然辽东栎林是当地植被演替的顶级群落,林地土壤的干燥化是黄土高原气候整体趋于旱化造成的,并不是人为干扰导致植被过度耗水造成的,这种土壤干燥化不宜归属于干层的范畴.判别土壤干层应以当地稳定天然植被群落的生物量水平和土壤水分状况为基准.     

土壤侵蚀与土地利用方式对黑土地土壤水气传输特性的影响

土壤侵蚀是东北黑土退化的主要原因之一,了解不同土地利用方式下土壤水气传输性质的差异,可以为黑土区水土资源的高效利用和保护提供科学依据。本研究选取东北黑土区典型的3种土地利用方式(农地、林地、撂荒地)进行0~5 cm土层原位土壤饱和导水率、导气率和相对气体扩散率的测定,探讨土壤侵蚀和土地利用方式对土壤水气传输性质的影响。结果表明:不同侵蚀程度农地之间以及不同土地利用方式之间土壤水气传输性质差异显著。重度侵蚀农地容重显著高于其他样地,未侵蚀农地容重显著低于其他样地。与未侵蚀农地相比,轻度、中度和重度侵蚀农地容重分别增加12.7%、17.6%和39.2%,饱和导水率分别降低84.4%、53.7%和12.7%,导气率分别降低94.6%、64.4%和14.0%,相对气体扩散率分别降低91.3%、82.6%和4.3%。松林地饱和导水率、导气率和相对气体扩散率较未侵蚀农地分别降低86.5%、83.0%和91.3%。沙棘林地饱和导水率、导气率和相对气体扩散率较未侵蚀农地分别降低51.7%、45.6%和82.6%,撂荒地饱和导水率、导气率和相对气体扩散率较未侵蚀农地分别降低16.2%、1.4%和73.9%。可以利用测得的土壤导气率、相对气体扩散率估算土壤饱和导水率。土壤侵蚀和土地利用方式显著影响黑土地土壤水气传输特性。     

黄土高原水蚀风蚀交错区植被地上生物量及其影响因素

采用野外调查的方法,于2009年9月下旬测定了六道沟小流域不同土地利用方式下的地上生物量以及土壤水分含量和养分含量,研究了水蚀风蚀交错区典型小流域植被地上生物量水平及其影响因素.结果表明:六道沟小流域主要植被地上干生物量在177～2207g·m-2;其中,玉米、谷子、弃耕地、人工草地、天然草地和灌木地的地上干生物量分别为2097～2207、518～775、248～578、280～545、177～396和372～680 g·m-2.农田平均土壤含水量(0～100 cm土层)最高,达14.2%,灌木地最低,为10.9%;弃耕地土壤水分含量的变异系数最大,为26.7%,说明弃耕地土壤水分有很强的空间异质性.土壤平均储水量大小顺序为:农田>人工草地>弃耕地>天然草地>灌木地,苜蓿地和柠条地出现土壤干化现象.植被地上干生物量与0～100 cm土层土壤储水量存在显著正相关关系(r=0.639,P<0.05),地上鲜生物量与植被的株高呈极显著正相关,较高植被的地上生物量可以间接控制水蚀风蚀交错区土壤侵蚀.植被地上生物量与土壤水分、养分具有很高的相关性,但与海拔、坡度、坡向、容重等的相关性不显著.