黄土高原阴/阳坡向林草土壤水分随退耕年限的变化特征

研究地点位于半干旱的黄土高原区,在坡向导致的土壤水分差异的基础上,分析该区域撂荒草地和人工林地土壤水分随退耕年限的变化特征,进而以自然草地为参照,分析不同坡向人工林地土壤水分亏缺程度。结果表明:总体上,阴坡土壤水分显著高于阳坡,撂荒草地、自然草地和林地土壤水分在阴/阳坡之间的差异分别为:3.1%、2.6%、1.5%;可见,人工林地降低了由坡向导致的土壤水分的差异。在阴/阳坡上,撂荒草地土壤水分随退耕年限增加皆呈显著增加趋势,并且,总体上,土壤水分的增加程度随年限增加而增大,尤其在深层的土壤水分。而林地土壤水分在阴坡和阳坡皆呈显著降低的趋势;通过对比阴/阳坡不同土层土壤水分随退耕年限变化趋势,阳坡人工林地上层土壤水分(0—1m和1—2m)随年限增加降低程度有所减少,然而,较深层(2—3m和3—4m)土壤水分在后期降低程度更大,而阴坡土壤水分随年限增加的降低程度呈现与阳坡相反的趋势;人工刺槐林地导致的土壤水分亏缺程度(以自然草地土壤水分为参考)随着年限增加呈增加趋势,且随深度增加呈增加趋势,总体上,阳坡人工林地除0—1m土层的土壤水分亏缺程度高于阴坡,其余土层平均土壤水分亏缺程度在前、中、后期皆低于阴坡。     

黄土高原陕北丘陵沟壑区不同立地条件下刺槐水分生理生态特性研究

对黄土高原丘陵沟壑区不同立地条件下刺槐水分生理生态特性进行了初步研究.结果表明,不同立地刺槐林地0～500cm土壤平均含水量(2003年)分别为阳坡6.96%、半阳坡7.62%、半阴坡8.06%、阴坡8.87%,阴坡、半阴坡与阳坡差异达极显著,与半阳坡达显著水平,半阳坡与阳坡差异显著,而阴坡与半阴坡差异不显著.不同立地条件下刺槐叶片相对含水量和饱和亏与各立地土壤含水量关系密切,阳坡刺槐叶片相对含水量和叶水势始终维持在较低水平,而半阴坡和阴坡尤其是阴坡维持在较高水平.刺槐日蒸腾平均值大小顺序为阴坡(4.07μg·cm^-2·s^-1)＞半阴坡(3.89μg·cm^-2·s^-1)＞半阳坡(3.05 μg·cm^-2·s^-1)＞阳坡(2.70μg·cm^-2·s^-1),各立地刺槐蒸腾出现较大差异的时间在11:00和13:00.不同立地条件除阳坡外其刺槐蒸腾速率均与光照强度显著相关,各立地均与大气相对湿度显著相关,与土壤水分密切相关.阴坡生物量最高(8.50gk·株^-1),高于其他3种立地,阳坡最低(5.79kg·株^-1).     

刺槐和侧柏人工林有效根系密度分布规律研究

通过分层分段挖掘法 ,对 13龄刺槐、侧柏人工林 ,根区有效根长密度和根重密度的空间分布进行了研究 .结果表明 ,尽管刺槐根系分布深度是侧柏的 2倍多 ,但平均有效根长密度只有侧柏的 4 4 .5 % .在垂直方向上 ,两树种有效根系主要分布在 0～ 6 0 cm土层内 ,然而最大有效根长密度却均位于距地表 0～ 30 cm以内 .其中 ,刺槐 0～30 cm区域内有效根长占总有效根长的 5 1.5 8% ,侧柏占 5 8.38% ;刺槐有效根干重占总有效根干重的 6 3.0 1% ,侧柏占 71.0 9% ;两树种根系密度分布均随土层深度增加而呈指数形式递减 .在水平方向上 ,刺槐有效根系密度呈二次抛物线型分布、最大有效根长或根密度以距树干 30～ 90 cm处最大 ;侧柏有效根系密度则随着距主干距离的增大而减小 .非线性参数拟合分析表明 ,采用 RD=EXP A+BX +CZ 函数模型 ,能较好地反映人工林根系密度的空间分布     

梯田埂坎立地植物根系分布特征及其对土壤水分的影响

在标准株选择的基础上,采用整株挖掘法研究活性根的特征,采用旱季0～200cm土层土壤水分定点观测的方法观测土壤含水量,并籍此计算土壤水分相对亏缺值来描述梯田埂坎附近土壤水分的变化。研究显示,4个植物种在根系深度、生物量和根长分布、对土壤水分的影响方面具有不同的特征。柽柳根系深达757cm,根系生物量和根长在0～100cm土层范围内均匀减少。但粗根在整个根系中占支配地位,细根的生物量和根长主要集中在0～40cm土层中。杞柳根系分布在0～40cm土层中,占全部根系生物量的86．0％。但粗根占绝对优势。40cm以下土层中(杞柳根系分布的最大深度为305cm)根系生物量和根长逐渐下降,但细根长度超过粗根。杞柳的部分根系分布高于着生平面,而且这部分根系中细根占绝对优势。柠条的根系分布特征与杞柳相似,但粗根的比例大于杞柳。新疆杨根系分布较浅,最大深度仅为136cm。在0～40cm土层中,新疆杨根系生物量占总根系生物量的77．2％。60cm土层以下根系生物量急剧下降,根长在80cm以下同样急剧减少。在新疆杨的整个根系分布层中,虽然粗根在生物量上占优势,但细根长度远大于粗根。研究结果还显示,栽植不同植物种的埂坎附近水平范围内存在明显的土壤水分亏缺。柽柳埂坎、杞柳埂坎、拧条埂坎、新疆杨埂坎的水分亏缺范围分别为230cm,437cm,274cm和399cm。垂直范围内,在4个测点均有一个土壤水分从表层往下增加的土层,该层在30～70cm范围内变化,只是随距埂坎的距离和植物种不同而不同。增加层以下,土壤水分开始持续下降至70cm到200cm土层,具体的下降深度也因植物种和距埂坎的距离不同而不同。建议,(1)根系深、对土壤水分影响较小的柽柳是黄土高原地区较为理想的农林复合树种;(2)杞柳应栽植在梯田软硬埂的结合部,约在梯田埂坎高度的1／3到2／3处,并且采取及时平茬和秋粮作物配置的方法调控系统的竞争关系;(3)柠条可采取与杞柳相似的栽植和调控办法;(4)根系分布浅、对水分影响较大的新疆杨,除栽植在埂坎顶部外成活比较困难,不是合适的埂坎栽植树种。     

刺槐和侧柏人工林有效根系密度分布规律研究

通过分层分段挖掘法,对13龄刺槐、侧柏人工林,根区有效根长密度和根重密度的空间分布进行了研究。结果表明,尽管刺槐根系分布深度是侧柏的2倍多,但平均有效根长密度只有侧柏的44．5％。在垂直方向上,两树种有效根系主要分布在0～60cm土层内,然而最大有效根长密度却均位于距地表0～30cm以内。其中,刺槐0～30cm区域内有效根长占总有效根长的51．58％,侧柏占58．38％;刺槐有效根干重占总有效根干重的63．01％,侧柏占71．09％;两树种根系密度分布均随土层深度增加而呈指数形式递减。在水平方向上,刺槐有效根系密度呈二次抛物线型分布、最大有效根长或根密度以距树干30～90cm处最大;侧柏有效根系密度则随着距主干距离的增大而减小。非线性参数拟合分析表明,采用RD=EXP(A BX CZ)函数模型,能较好地反映人工林根系密度的空间分布。     

晋西黄土区人工林细根与土壤水碳的耦合关系

以晋西黄土区山西离石典型人工林刺槐、侧柏、核桃为研究对象,研究其深剖面（0-500 cm）细根参数、土壤水分和有机碳的分布特征,并以农地为对照,评价各人工林土壤水分亏缺和有机碳积累效应,在此基础上探讨三者的耦合关系。结果表明：（1）3种人工林土壤浅层（0-70 cm）细根累计生物量占整个土层的56%-71%,具有明显表聚性。（2）3种人工林土壤深层（70-500 cm）土壤水分亏缺效应均显著高于浅层（P < 0.05）,与农地相比,其亏缺值表现为：侧柏 > 核桃 > 刺槐。（3）3种人工林深层土壤有机碳密度占整个土层的77%-86%;与农地相比,侧柏和核桃土壤有机碳积累效应总体为正向积累作用,刺槐则相反。（4）在土壤浅层,细根参数与土壤水分和有机碳密度均有显著相关性,而在深层,细根主要与有机碳密度显著相关,与土壤水分的相关性仅在刺槐样地显著。晋西黄土区不同人工林深层细根分布有很大差异,且已对其深层土壤水分和有机碳的分布产生影响。综合来看,刺槐的细根分布已造成深层土壤水分亏缺,同时也不利于深层有机碳的积累。     

油茶-鼠茅草复合系统细根空间分布及地下竞争

采用田间分层挖掘法和图像扫描分析法,研究油茶-鼠茅草复合系统中油茶与鼠茅草细根生物量及形态空间分布,并用Levins提出的生态位重叠公式计算了油茶与鼠茅草种间的地下竞争指数。结果表明:油茶和鼠茅草细根(≤1 mm)的平均生物量分别是0.52和0.38 mg·cm-3,油茶细根生物量是鼠茅草的1.37倍;在水平方向上,油茶细根生物量整体趋势随着距树干距离增加而下降,而油茶细根的根长密度与比根长随着距树干距离的增加而升高;鼠茅草的细根生物量整体趋势随着距树干距离增加先升高后下降,根长密度及比根长都分布比较均匀;不同水平距离鼠茅草的根长密度均大于油茶,除距树干90 cm外,油茶细根生物量与竞争指数均大于鼠茅草;在垂直方向上,油茶细根生物量是随着土层加深先升高再下降,根长密度随着土层的加深而升高,比根长分布均匀;鼠茅草的细根生物量及根长密度均随着土层的加深而下降,而比根长则随着土层深度增加而上升;除0~10 cm土层外,油茶细根生物量与竞争指数均大于鼠茅草。在油茶-鼠茅草复合系统中,油茶根系遭遇鼠茅草根系的竞争,作为生存策略,为了避开这种竞争,最大限度地获取土壤中的资源,其根系产生了各种可塑性反应。     

黄土高原不同立地条件下人工刺槐林土壤水分变化规律研究

对黄土高原不同立地类型、年生长季中不同生长时期的11龄人工刺槐林地土壤含水量变化规律进行了研究。结果表明,尽管黄土高原土壤水分属于亏缺型,但不同立地条件之间,在年生长季中,从生长初期到生长末期,人工刺槐林地土壤含水量是有差异的,其含水量从大到小为：半阴坡＞半阳坡＞阳坡。不同土层深度之间,0-40cm、40—100cm、100—220cm三个土层土壤含水量容易受立地条件、年生长时期的影响。在年生长季中,从生长初期到生长末期,各立地类型除0-40cm土层土壤含水量有回升外,其它土层土壤含水量都有所下降,而并未得到补偿。年生长季内,不同生长时期,土壤含水量变化的速度不同,生长初期和生长旺季的规律饱似,但速度出现负的最大和正的最大所在的土层深度不同,速度递增和递减所在的土层深度也不同,生长末期速度均为正值,表层最大,随土层深度的加深,速度递减,但到460-600cm处速度略有增加。     

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。     

渭北旱塬不同龄苹果细根空间分布特征

以渭北旱塬3龄、10龄、15龄和20龄苹果树为对象,采用根钻法,沿3等分园半径方向(径向)、距树干1.0、1.5m和2 0m处设置采样点,研究了不同树龄的细根空间分布特征.结果表明,3龄苹果细根主要分布于径向1.5m以内和垂向0.5m以上,15龄和20龄苹果细根分布超出径向2.0m和垂向1.4m,10龄细根分布范围大于3龄,与15龄和20龄接近.在根系主要分布区内3龄和10龄细根分布稀疏,15龄和20龄细根分布密集;细根空间分布演化过程可分为3个阶段,即3～10龄为细根范围扩张阶段,10～15龄为细根密度扩张阶段,15～20龄为细根密度退化阶段;苹果细根空间分布无明显方向性差异;10龄、15龄和20龄苹果表层(0～20cm)平均根长密度低于下层(20～40cm),高峰值一般出现在40～80cm,此深度以下根长密度随深度递减,3龄苹果表层平均根长密度高于下层;在径向2.0m内随径向距离增大,3龄、15龄和20龄平均根长密度逐渐降低,而10龄根长密度逐渐增加.根长密度在径向变化上存在局部变异现象.     

黄土丘陵区微地形对草地植物群落结构组成和功能特征的影响

对黄土丘陵区微地形(阳坡坡上、中、下部,坡顶,阴坡坡上、中、下部)条件下草地植物群落进行群落组成调查和地上、地下生物量测定,分析微地形对草地植物群落结构组成和功能特征的影响.结果表明： 研究区内草地植物群落主要由菊科、禾本科和豆科物种组成.群落地上和地下生物量以及根系年生长量分别为164.12 g·m^-2、1044.87 g·m^-2、731.77 g·m^-2·a^-1.群落地上和地下生物量以及根系年生长量在不同坡向的大小均为：阴坡>阳坡>坡顶.在阴坡,群落生物量和根系年生长量的大小为：坡下部>坡中部>坡上部>坡顶部,阳坡群落生物量在不同坡位的大小顺序与阴坡不同.根系生长主要集中在0～20 cm土层,且从上到下逐渐减小.根系周转率的平均值为0.75 a^-1,在不同微地形条件下不同土层内大小不同.     

喀斯特退化天坑阴坡阳坡壳斗科植物的功能性状特征

喀斯特退化天坑的负地形生境中阴坡和阳坡的局域环境具有显著差异,导致植物群落类型差异明显。本研究以云南沾益退化天坑深陷塘为例,探究退化天坑阴坡与阳坡壳斗科植物功能性状特征,有助于揭示天坑的物种多样性保护库价值。结果表明: 阴坡土壤营养物质含量高于阳坡,阴坡壳斗科植物的叶面积、比叶面积和叶干重显著大于阳坡,叶厚度显著小于阳坡,叶干物质含量小于阳坡;阴坡壳斗科植物功能性状的主要环境影响因子是土壤全钾和土壤含水量,全磷是阳坡的主要环境影响因子。阴坡的叶功能性状变异程度小于阳坡,主要是以改变叶干重增加植物体内光合速率和碳积累能力的方式适应阴坡生境;阳坡通过保持较小比叶面积,增加叶面积变异程度来获得更多的资源。退化天坑深陷塘阴坡植物群落演替速度明显快于阳坡,壳斗科植物优势在阴坡逐渐减小,在阳坡仍是优势建群种。     

坡向对毛竹林土壤养分及其生态化学计量特征的影响

采集浙江省龙游县境内毛竹林地不同坡向(阴坡和阳坡)的土壤样品进行对比分析,研究坡向对毛竹林地土壤养分及其生态化学计量特征的影响.结果表明: 土壤养分受坡向和土层深度的影响,采样区内土壤的养分水平呈阴坡＞阳坡、表层土壤＞底层土壤的变化趋势.阴坡土壤的阳离子交换量、总有机碳、全氮、碱解氮、速效磷、全钾和速效钾含量显著高于阳坡,分别高43.7%、103.8%、92.0%、75.5%、22.4%、89.4%和240.7%,而阴坡和阳坡土壤的全磷含量并无显著性差异.0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm 3个土层中,无论是阴坡还是阳坡,其土壤C/N差异均不显著,而阴坡土壤C/P显著高于阳坡,分别高180.8%、42.0%和54.3%;各土层中,阴坡和阳坡土壤的C/K和N/K之间的差异不显著,而阴坡和阳坡土壤的C/K和N/K在3个土层间存在极显著性差异.采样区域内阴坡土壤有机碳与全氮、全磷和全钾之间呈极显著的正相关关系,并且与各速效养分间也均呈极显著的正相关关系.总体而言,毛竹林阴坡的土壤养分及其生态化学计量特征优于阳坡.     

青海湖流域季节性冻土区坡面土壤有机碳分布特征及其影响因素

以高寒半干旱区青海湖流域季节性冻土为研究对象,通过调查采样和室内分析,研究了坡向和坡位对不同深度土壤有机碳含量分布的影响。结果表明：阴、阳坡有机碳含量均随土壤深度增加而下降,但阳坡下降的幅度（64%）明显高于阴坡（44%）。阴坡土壤有机碳平均含量为81.99 g/kg,大于阳坡（61.84 g/kg）;不同坡位,土壤有机碳分布特征因坡向而异,其中阴坡土壤有机碳平均含量表现为坡下（89.60 g/kg）＞坡中（86.52 g/kg）＞坡上（69.87 g/kg）,而阳坡土壤有机碳平均含量表现为坡上（65.71 g/kg）＞坡下（61.42 g/kg）＞坡中（58.39 g/kg）。此外,坡位对不同深度土壤有机碳的影响程度在不同坡向也存在差异。阴坡坡位因子对深层土壤有机碳影响显著,而阳坡坡位因子对浅层土壤有机碳影响显著。一般线性模型结果表明,坡面土壤有机碳含量主要受土层和坡向的影响,可解释74.52%的变异性。     

渭北黄土高原主要造林树种根系分布特征的研究

采用土钻法研究了油松、刺槐、樟子松、华山松、侧柏和山杏6个树种的垂直根系分布特征.结果表明,立地条件对刺槐根系分布特征有明显的影响,林地土壤水分状况的差异是造成这种影响的关键所在;土壤种类、结构等对刺槐根系的分布特征也有很大影响;油松在幼年期(8年生)即可达到根系分布的最大深度,但根系密度却随着林龄的增大呈明显的增大趋势;不同树种在根系垂直分布特征方面存在着很大差异,其中刺槐根系分布最深.根据各树种根系垂直分布特征,在黄绵土阳向立地上各树种生产力的大小次序为:刺槐>山杏>油松>樟子松>华山松>侧柏.     

黄土丘陵区油松水土保持林生长过程与直径结构

应用标准木树干解析法,研究了黄土丘陵沟壑区阴坡和阳坡两种21年生(密度为2 222株·hm^-2)油松林分的生物量、林木生长过程和直径结构.结果表明：两种林分树高、林木直径和材积生长过程明显不同,阴坡林分的生物量、生长状况和直径结构优于阳坡林分.两种林分树高速生期出现在9～13年生之间,13年生以后,阴坡林分的生长量明显高于阳坡林分(21年生时,前者的连年生长量约在0.26 m·a^-1,后者在0.1 m·a^-1左右).两种林分的胸径生长量在13年生以后明显降低,但阴坡林分的降幅明显小于阳坡林分;17年生以后,前者的连年生长量明显大于后者(21年时,前者约在0.46 cm·a^-1,后者只有0.27 cm·a^-1左右).两种林分单株材积生长量在13年生之前差异较小,13年生之后,阴坡林分的连年生长量明显大于阳坡林分(21年生时,前者为0.0023 m³·a^-1,后者只有0.0015 m³·a^-1).两种林分直径分布都呈现顶峰左偏(林分密度偏大)的现象,但阴坡林分的偏度系数(SK为0.75)小于阳坡林分(SK为1.03)、而峰度系数(K为1.05)大于阳坡林分(K为0.94),说明阳坡林分密度偏大的程度大于阴坡林分.     

祁连山北麓山体垂直带土壤碳氮分布特征及影响因素

以祁连山北麓自然垂直带(2600～3600 m)阴、阳坡为研究对象,研究了表层(0～20 cm)土壤有机碳和全氮分布及与海拔、地形、植被和土壤特性的关系.结果表明：阴坡土壤的有机碳和全氮含量(101.2和6.6 g·kg^-1)显著高于阳坡(61.3和5.9 g·kg^-1),且随海拔上升呈增加趋势.不同植被类型下土壤有机碳含量为:高山灌丛草甸>青海云杉林>高山草甸>祁连圆柏林;全氮含量为:高山灌丛草甸>高山草甸>青海云杉林>祁连圆柏林.土壤有机碳含量与海拔、土壤含水量、土壤全氮和年均降水量呈显著正相关关系,与土壤pH值和年平均气温呈显著负相关关系.整个垂直带土壤碳氮比在6.7～23.3,有利于有机质矿化过程中养分的释放.年均气温、年均降水量和土壤含水量是影响土壤有机碳含量的第1主成分,土壤碳氮比是第2主成分,累计解释率为71%,说明气候因子对有机碳和全氮在垂直带上的空间分布起决定作用.     

色季拉山急尖长苞冷杉林不同坡向土壤养分及肥力研究

以色季拉山不同坡向急尖长苞冷杉(Abies georgei var.smithii)天然林为研究对象,采用单因素方差、化学计量比及内梅罗指数等方法对不同坡向0—100 cm土壤的pH和7种养分含量及肥力状况进行研究,以期为色季拉山急尖长苞冷杉的经营管理提供理论依据。结果表明:(1)色季拉山急尖长苞冷杉林土壤pH7,为酸性。0—100 cm土层中除土壤全钾含量外,其他各养分含量及变异系数的均值均表现为:阳坡阴坡,且均属于中等变异程度。除全磷、全钾含量较低外,其他指标均处于"中等"及以上水平。(2)土壤有机质、全氮、碱解氮随土层的增加而降低,总体上表层与深层差异显著(P0.05),其他土层之间差异不显著(P0.05);其他养分随土层变化规律不一致,各土层之间差异不显著(P0.05)。(3)阳坡各土壤化学计量比总体上表现为随土壤深度增加而降低,阴坡呈波动性变化,除C∶N外,阳坡C∶P、C∶K、N∶P、N∶K、P∶K均小于阴坡。(4)阴坡的土壤肥力指数(1.44)大于阳坡(1.32),不同坡向土壤肥力均属于"中等"水平。坡向通过影响多种因素使土壤理化性质具有一定差异性,阴坡的土壤养分含量及肥力状况优于阳坡,全钾是第一限制因子,全磷是第二限制因子。     

陇中黄土高原主要造林树种细根生物量分布

以2 mm为粗、细根的划分界限,采用根钻法对黄土高原安家沟流域油松、白杨、山杏、刺槐、沙棘和柠条6个主要造林树种细根分布进行研究,并测定不同林地下土壤含水率和土壤理化性质.结果表明： 在水平方向上,油松细根生物量呈先增大后减小的二次多项式分布,其他5个树种细根生物量均呈对数分布,水平根系发达,细根主要分布在冠幅半径2~3倍的范围内,表明各植被通过水平扩展来获取更多的土壤水分.在垂直方向上,随着土层深度的增加,细根生物量均呈减小趋势.6种植被细根生物量与土壤水分、容重呈显著负相关,与有机质、全N含量呈显著正相关.