六盘山森林土壤中的砾石对渗透性和蒸发的影响

为了解山地土壤中的砾石对土壤水文循环的影响,测定了砾石土壤的贮水能力、渗透速率和蒸发速率。结果表明,砾石含量与土壤有效贮水量呈正相关关系,但与土壤最大贮水量无明显相关。在0-40cm土层,当砾石体积含量小于15％～20％时,稳渗速率随砾石含量增加而增大,当砾石体积含量大于15％-20％时,土壤稳渗速率随砾石含量增加而减小;在40cm以下土层,稳渗速率随砾石含量增加而提高。在土壤砾石含量为0～20％时,土壤蒸发速率随砾石含量增加而降低,但在砾石含量超过20％时,土壤蒸发速率基本保持稳定。土壤蒸发速率随砾石粒径增大有升高的趋势。     

六盘山森林土壤的石砾对土壤大孔隙特征及出流速率的影响

石砾广泛分布于山地林区的土壤中,它对土壤的大孔隙及水分运动特征具有重要影响,是还较少研究的与森林水文过程有关的重要因素。基于对田间持水量与饱和含水量之间的土壤孔隙为大孔隙的定义,在宁夏六盘山南侧香水河小流域调查分析了典型植被样地土壤的石砾体积含量和大孔隙特征（半径、密度、面积比）及其之间的关系,并评价了它们对水分出流速率的影响。结果表明,土壤大孔隙的平均半径和密度都对水分出流速率影响显著,特别是半径〉1．4mm的大孔隙密度的影响格外显著,虽然其密度仅占大孔隙总密度的6．86％,但可解释稳定出流速率变异的67．4％;作为综合反映大孔隙半径与密度的参数,土壤断面的大孔隙面积比能更好地解释稳定出流率变化,稳定出流速率随大孔隙面积比增大而线性增加,线性回归关系式的确定系数高达0．8361。石砾含量与稳定出流速率的关系比较复杂,在0～60cm土层内,石砾含量〈15％时,稳定出流速率随石砾含量增大而增加,之后转而减少;但在60～80cm土层,则呈相反的变化趋势。石砾含量增加能导致土壤大孔隙半径增大,特别是半径大于1．4mm的较大大孔隙的密度增大,但对较小半径的大孔隙密度影响较弱,说明石砾在一定程度上通过影响土壤大孔隙的半径和密度特征来影响土壤水分出流速率。土壤稳定出流速率随土层深度而变化,在作为主根系层的0～60cm土层随土壤加深而降低,在〉60cm土层则随土壤加深而提高,这是因为土壤大孔隙和稳定出流速率在主根系层更多地受植物改良土壤作用影响,在深层土壤则更多地受石砾含量增加的影响。     

天山林区不同群落土壤水分入渗特性的对比分析与模拟

土壤入渗特性是影响森林生态水文过程的一个重要环节。为了比较不同群落类型土壤水分入渗特性的差异,在天山中段北坡林区利用环刀法测定天然林、人工林、林窗草地、草地、林缘灌木林、山前灌木林六种群落类型的森林土壤入渗过程,对比分析有机质含量、毛管孔隙度、容重、含水率等土壤理化性质对入渗过程的影响,用三种常用模型进行入渗过程模拟,分析比较这/min之间,稳定min之间,不同群落类型土壤平均入渗率从大到小的排序为:天然林林缘灌木林窗草地草地人工林山前灌木;(2)六种群落类型土壤入渗性能均具有初渗速率平均入渗速率稳定入渗速率的相同趋势;(3)Kostiakov模型对试验六种群落类型土壤入渗过程的拟合精度比较高,适用于描述本研究区域水源涵养林地土壤入渗特征;(4)土壤有机质含量与土壤入渗速率呈正相关,且与初始入渗率达到显著水平;土壤的含水率、土壤毛管孔隙度和土壤容重与土壤入渗能力呈现显著的负相关。通过观测与模拟不同群落类型的土壤水分运动过程,本文可为天山林区生态水文长期定位观测提供有益借鉴。     

六盘山森林植被碳密度空间分布特征及其成因

深入了解干旱缺水地区森林植被碳密度的空间分布特征是定量评价森林固碳能力、合理协调林水矛盾的重要基础。然而,目前有关干旱缺水地区的植被碳密度的研究仅限于典型样地上的碳储量、碳密度的比较,对区域尺度上森林植被碳密度的空间分布特征了解较少。为此,利用宁夏六盘山自然保护区2005年森林资源一类清查数据,计算了森林植被碳密度,并分析了其与林分结构特征和环境因子的关系。结果表明,六盘山的森林植被碳密度(t/hm2)平均为26.17(0.67—120.63),其中天然次生林为30.2(7.6—120.6),显著高于人工林的15.7(0.67—66.7)。森林植被碳密度随林龄增加而线性增大,天然林和人工林的平均增速分别为1.11和2.48 t hm-2a-1,而且,部分未成熟林的林分植被碳密度已接近甚至超过全国同类森林类型成熟林的植被碳密度平均值。随林分密度增加,森林植被碳密度增大,但在林分密度1000株/hm2后,森林植被碳密度不再增大,达到其最大值,其中,天然林为75.4 t/hm2,人工林为34.6 t/hm2;林冠郁闭度对森林植被碳密度的影响与林分密度相似,森林植被碳密度增长的郁闭度拐点为0.5。水分条件是影响六盘山森林植被碳密度的重要因素,森林植被碳密度(t/hm2)由700 mm以上地点的32.5(7.6—120.6)下降至年降水量500—600 mm地点的10.9(0.67—42.9),而且随年降水量减少,最大森林植被碳密度所对应的海拔高度呈增加趋势,如在年降水量为700、600—700和600 mm的地区,最大碳密度所在海拔高度分别为1900—2100、2100—2300和2300—2500 m。综上所述,研究区森林植被还有较大的固碳潜力,从提高森林固碳功能角度来看,林分郁闭度不宜超过0.5。     

六盘山典型植被下土壤大孔隙特征

利用水分穿透曲线法和Poiseuille方程研究了六盘山8种典型植被类型下土壤大孔隙的半径与密度特征.结果表明:研究区典型植被下土壤大孔隙半径在0.4~2.3 mm,加权平均半径为0.57~1.21 mm,平均值为0.89 mm;大孔隙密度变化范围为57~1117个.dm-2,平均408个.dm-2;半径>1.4 mm的大孔隙密度较小,其数量仅占大孔隙总数量的6.86%;大孔隙面积与土柱水分出流面积的百分比(简称土壤大孔隙面积比)介于0.76%~31.26%,平均为10.82%.研究区土壤大孔隙密度为阔叶林大于针叶林,亚高山草甸与阔叶林相当,灌丛与针叶林相当;土壤大孔隙面积比为阔叶林高于针叶林,灌丛与阔叶林相当,亚高山草甸与针叶林相当.     

六盘山四种森林生态系统的碳氮储量、组成及分布特征

碳和氮是森林生态系统的重要组成元素,其含量有很大时空差异,并和立地及森林特征关系很大,需做大量的积累性调查才能得到其变化规律,尤其是加强在过去较少研究的西北地区的调查。在宁夏六盘山区选择华北落叶松(Larix principisrupprechtii)人工林、华山松(Pinus armandii)次生林、桦木(Betula platyphylla)次生林和野李子(Prunus salicina)灌丛4种典型森林,测定了乔木层(分不同器官)、灌木层、草本层、枯落物层、根系层(0—100 cm土壤)的碳、氮含量,分析了生态系统的碳、氮储量及成分组成和层次分布特征。结果表明,碳含量在不同乔木树种及其不同器官之间的差异不明显;但氮含量存在显著的树种差别和器官差异,以树叶的最高、树干的最低。灌木层和草本层的碳氮含量均表现为地上部分地下部分。各森林样地的乔木层、灌木层、草本层的碳含量依次降低,但氮含量依次增高;枯落物层的碳含量低于各植被层,但氮含量高于各植被层;根系层土壤的碳、氮含量则随土层增深而递减。包括活植被层、枯落物层和根系层土壤在内的华北落叶松人工林、华山松次生林、桦木次生林、野李子灌丛的生态系统碳储量依次为364.56、450.98、640.02、196.55 t/hm2,氮储量依次为27.86、36.19、47.02、15.99 t/hm2。所有4种森林生态系统的根系层土壤的碳氮储量均占整个生态系统总储量的绝大部分,其比例对碳储量为84.69%—93.92%,氮储量为98.09%—98.64%。从乔木层、灌木层、草本层、枯落物层到根系层(土壤),呈现出C/N比依次减小的趋势;根系层土壤和整个生态系统的C/N比分别为华北落叶松林的11.84和13.12、华山松林的10.76和12.56、桦木林的12.48和13.52、野李子灌丛的11.70和12.29。     

六盘山小流域地形、植被特征与土壤水文物理性质的关系

利用多元统计方法,分析了六盘山分水岭沟小流域107个样地的地形、植被特征与土壤水文物理性质的关系。结果表明:饱和持水量、总孔隙度、毛管持水量、容重、石砾体积含量、非毛管孔隙度可作为土壤水文物理性质类型划分的6项重要指标,同时土壤毛管持水量还是一个敏感指标。将所有调查样地划分为土壤物理性质组间差别较大但组内接近的3组样地,发现各组样地的植被类型相近。土壤水文功能最好的第III组是以桦树和山杨为主的天然阔叶次生林样地,其主要分布在阴坡、中坡位;华北落叶松人工林为第Ⅱ组,其土壤水文功能次之;土壤水文功能最差的第Ⅰ组多是位于陡坡悬崖的华山松天然林及杂灌丛样地。土壤孔隙性受到地形和植被特征的共同影响,影响显著的地形特征主要是相对高程、坡向和坡位;植被特征主要是胸径、乔木高度和灌木层盖度。     

宁夏六盘山人工林和天然林生长季的蒸散特征

为了系统地认识森林生态系统结构对蒸散特征的影响,2009年5-10月,应用热扩散技术和传统水文学方法,对六盘山香水河小流域华北落叶松人工林和华山松天然林的蒸散及分量进行对比研究.结果表明: 华北落叶松人工林生长季总蒸散量为518.2 mm,是同期降雨量的104.6%,远高于天然林蒸散量420.5 mm.两种林分总蒸散量在其垂直层次上的分配比例相近,表现为冠层蒸腾量>草本+土壤层蒸散量>灌木蒸腾量,但林分各组成分量占总蒸散量的比例明显不同.其中,人工林冠层月均截留量和蒸腾量为19.6和25.2 mm,分别是天然林的1.2和1.9倍;人工林灌木层月均蒸腾量为 4.4 mm,占天然林的23.4%;人工林草本+土壤层月均蒸散量为37.1 mm,是天然林的1.8倍.采用Penman-Monteith方程对林分的实测蒸散量进行对比检验,两种方法对林分蒸散量的估计值基本接近.
     

长白山森林土壤真菌区系研究

本研究对长白山自然保护区不同海拔、林型、土壤剖面的森林土壤真菌进行分离鉴定,从而为建立森林真菌资源库提供种质资源,并为森林生物资源管理提供科学依据。在该地区6个不同林型中,采用“之”形路线及土壤剖面取样法多点采集土壤样品,按照标准方法初步分离鉴定出真菌28个属,其中包括1个中国新纪录属,即球壳属(Sphaerodes)。研究结果表明,土壤真菌区系与森林(植被)类型、土壤剖面层次密切相关:美人松落叶松林、红松阔叶林和红松云冷杉林土壤真菌的种类明显多于鱼鳞云冷杉林、岳桦林和高山苔原带;土壤不同剖面层次上的真菌种群数量高低依次为落叶层>腐殖质层>土壤层;同一林型下不同土壤层面上优势菌属的组成也具有一定的差异,且不同层面上也存在着其特有的优势菌属。     

甘肃水土流失区防护效益森林覆盖率研究

以甘肃长江流域、黄河流域及内陆河源头地区的祁连山地等三大流域为对象 ,就水土流失区最佳防护效益森林覆盖率进行了研究。指出 :( 1 )甘肃的这三大流域生态环境恶化的主要表现为水力侵蚀形成的水土流失。一日或一次性大暴雨至特大暴雨过程是造成土壤侵蚀的主要原动力。这种侵蚀力的强度受平均雨强的大小、林地面积多少、林分类型的空间分布格局等因素影响。 ( 2 )土壤的总孔隙度是承载降水的主要蓄水库 ;土壤的总孔隙度决定了暴雨降水量下渗和形成地表径流的比重 ,因而也间接地决定了暴雨对土壤的侵蚀强度 ;土壤的总孔隙度又受土壤表面生长的植被类型及其覆盖度、内涵质量、空间分布格局等影响。林地是各种植被类型的地类中对这种侵蚀的抵抗力最优的地类之一。 ( 3)林地具有明显阻滞地表径流的作用。若一个流域或更大范围内的森林类型、层次、结构、长势等森林内涵质量、分布格局均处于最优状态 ,则森林的面积或森林覆盖率将发挥出最佳防护效益 ,此时的森林覆盖率称为最佳防护效益森林覆盖率。 ( 4 )生态环境对森林防护能力的影响是通过不同森林防护类型能力的差异反映出来的。 ( 5 )应用降水量与土壤饱和蓄水量之间水量平衡原理 ,进行最佳防护效益森林覆盖率的计算。土壤饱和蓄水量可用土壤的总孔隙     

泾河流域上游土石山区和黄土区森林覆盖率变化的水文影响模拟

泾河流域上游是黄土高原的重要水源地和退耕还林工程区,在较大空间尺度上定量评价区内森林覆盖增加的水文影响对科学指导林业生态环境建设、保障区域水安全和可持续发展均有重要意义。为了在尽量排除地形、土壤、气候等作用的基础上定量评价森林的影响,将泾河上游划分为土石山区和黄土区,分别制定了多种森林恢复情景,利用分布式流域生态水文模型(SWIM)模拟评价了森林覆盖率及其空间分布变化对流域年蒸散量、年产流量、年地下水补给量、年土壤深层渗漏量及日径流洪峰的影响。土石山区模拟结果表明,增加森林覆盖将增加流域蒸散和减少流域产流,如现有森林覆盖(占全流域面积比例为13.8%)情景与现有森林变为草地(占全流域面积比例为0)情景相比时,流域年蒸散量从445.4 mm变为427.7 mm(减少了17.4 mm和4%);年产流量从42.4 mm变为53.5 mm(增加了11.1 mm和26.3%),年地下水补给量从61.6 mm变为76.9 mm(增加了15.3 mm和24.8%),年深层渗漏量从72.9 mm变为88.3 mm(增加了17.7 mm和24.3%);平均森林覆盖率每增加10%,导致流域年蒸散量增加12.8 mm,年产流量减少8.0 mm,年地下水补给量减少11.1 mm。在比较干旱和土层深厚的黄土区,增加森林覆盖将同样增大流域蒸散和减少流域产流,但变化幅度明显小于降水相对丰富和土层浅薄的土石山区,平均森林面积增加10%导致流域年蒸散量增加9.0 mm,年产流量减少4.5 mm,年地下水补给量减少8.8 mm;此外,在较缓坡面造林的水文影响大于较陡坡面造林。从森林水文影响的年内变化来看时,森林覆盖率升高的水文影响在土石山区和黄土区也有差别,如土石山区5—7月份的蒸散显著增加,5—10月份的深层渗漏均有减少;而黄土区是蒸散量在5—10月均有增加,深层渗漏在7—10月份显著减少。另外,土石山区森林覆盖率增加对日径流峰值的影响不显著,而黄土区则能明显削弱,这可能主要是因土石山区的高石砾含量土壤的渗透性能明显高于黄土区的黄土,而黄土区的森林能够明显改善土壤入渗性能和减少地面径流形成。     

宁夏罗山自然保护区3种典型林分凋落物和土壤层水源涵养能力综合评估

森林凋落物层和土壤层是森林生态水文效应中的主要贡献层,对森林生态系统水土保持功能和水源涵养能力有重要影响。对比宁夏罗山自然保护区3种典型林分类型凋落物和土壤层水文效应的变化规律和水源涵养能力大小,为该地区的森林生态水文、水土保持和森林管理提供科学依据。以该自然保护区青海云杉纯林、油松纯林和青海云杉油松混交林为研究对象,运用称量、室内浸泡、环刀法和回归分析法对凋落物和土壤层的水文效应进行测定和拟合,并使用熵权法对二者的水源涵养能力进行评估。结果表明：（1）青海云杉油松混交林凋落物的总厚度和总储量显著高于青海云杉纯林和油松纯林（P<0.05）,3种林分类型的半分解层的厚度和储量高于未分解层。（2）凋落物层最大持水量范围为63.29-95.08t/hm²,最大持水率范围为335.97%-353.85%,有效拦蓄量范围为34.09-63.92t/hm²,三者均为青海云杉油松混交林>云杉纯林>油松纯林。（3）3种林分类型的凋落物持水量（Q）与浸泡时间（t）呈对数函数关系,吸水速率（V）与浸泡时间（t）呈幂函数关系。（4）从3种林分类型的土壤物理性质和持水特性得出,3种林分类型的土壤层水文效应的等级排序为云杉油松混交林>油松纯林>青海云杉纯林。（5）凋落物层和土壤层的水源涵养能力大小为青海云杉油松混交林（0.43）>油松林（0.3）>青海云杉林（0.27）。综合来看,青海云杉油松混交林的凋落物层和土壤层的水源涵养能力最优,其次是纯林,说明混交林在水土保持和水源涵养方面比纯林更具优势。     

六盘山叠叠沟小流域典型坡面土壤水分的植被承载力

确定土壤水分的植被承载力是我国北方半干旱地区合理调控土壤水分和植被生长关系、科学恢复林草植被的核心问题。我国北方半干旱地区的土壤水分主要来自大气降水, 作为土壤水分限制型生态系统的坡面植被, 植物种类和植被密度等结构特征与降水量紧密相关。根据六盘山石质山区的特点, 基于水量平衡原理, 建立了阴坡华北落叶松(Larix principis-rupprechti)和阳坡草地的土壤水分植被承载力数学模型, 即由4~10月的生长季降雨量(P)计算得到可承载的叶面积指数(Leaf area index, LAI)公式: LAI_tree= exp((0.773 1×P-186.12)/146.46)和LAI_grass= exp((0.511 2×P-345.93)/227.89), 并提出了考虑坡面水分再分配影响的不同坡位的土壤水分植被承载力计算方法。阴坡华北落叶松的植被承载力(用LAI表示)从坡顶的1.45升高到坡中的4.83, 然后稳定在3.0~3.3。对于阳坡草地, 土壤水分可承载的LAI从坡顶的0.37上升到坡中的0.46, 然后在0.41~0.47之间变动, LAI的计算值与实测值较为接近, 计算结果比较合理。     

哀牢山亚热带常绿阔叶林内外地温分布特征

地温是森林气候重要的环境因素之一,与植物生长密切相关,对地温的深入研究有助于揭示森林生态系统功能和评估森林环境效益。本文利用哀牢山亚热带常绿阔叶林林内和林外旷地(气象站)地温数据,分析发现:哀牢山亚热带常绿阔叶林林内外的地温均呈单峰型日变化,与林外相比,林内地温具有明显日变化的深度较浅(仅在20cm深度以上);林内平均地温具有显著日变化的深度在春季和秋季(20cm)要大于夏季和冬季(15cm);与林外相比,林内各层地温均小于同层的林外地温,并且林内地温的日变幅和年变幅也小于同深度的林外地温。总体来看,林外地温的年变幅和日变幅大于林内。     

毛乌素沙地生物结皮覆盖区土壤水分收支变化特征

探究半干旱生态系统生物土壤结皮对土壤水文过程的影响,并量化生物结皮覆盖下土壤水分收支状况,可为荒漠地区植被恢复与重建提供理论依据。本研究基于2018—2020年生长季(5—10月)对毛乌素沙地不同类型生物结皮(如藻类和苔藓)覆盖区土壤水分的连续观测,以裸沙为对照,分析了生物结皮对0～40 cm土壤水分收支的影响。结果表明: 与裸沙相比,藻类结皮和苔藓结皮显著降低了降雨对40 cm以下土壤水分的补充,增加了土壤水分的蒸发损失。在相对湿润年份(2018年),裸沙和不同类型生物结皮覆盖土壤的水分支出量(渗漏量+蒸发量)均低于降雨量,土壤水分状况为收入;在相对干旱年份(2019和2020年),藻类结皮和苔藓结皮覆盖土壤的水分支出量高于降雨量,土壤水分产生亏缺,但是裸沙相反。可见,生物结皮导致其下覆0～40 cm土壤水分收支不平衡,在相对干旱年份出现了水分亏缺,这可能驱动该区域植被群落向浅根系植物演替。     

长白山阔叶红松林退化生态系统的土壤呼吸作用

选择处于全球变化中国东北样带东部典型生态系统的长白山阔叶红松林作为研究区,采用动态气室-CO₂红外分析法测定了森林生态系统不同退化阶段的土壤呼吸作用.结果表明：在生长季,长白山阔叶红松林不同退化阶段的土壤呼吸动态变化呈单峰型曲线,在7-8月达到最大值;不同退化阶段林地土壤呼吸大小顺序为：杨桦林＞蒙古栎林＞阔叶红松林＞硬阔叶林＞裸地.其中,杨桦林和蒙古栎林样地的碳释放量分别为对照阔叶红松林的1.4和1.3倍,硬阔叶林和裸地的碳释放量分别为对照阔叶红松林的88%和78%.     

六盘山半湿润区华北落叶松树干半径变化特征及其影响因素

在2016年生长季,利用树干径向生长测量仪监测了六盘山半湿润区华北落叶松的树干半径变化,研究其昼夜和生长季的变化格局,确定主要生长期并分析期间环境因素对半径变化的影响,以期准确理解短时环境变化对树木生长的影响.结果 表明:在昼夜时间尺度,树干半径呈白天收缩、夜间恢复并增长的变化格局;在生长季时间尺度,树径变化呈相对稳定...