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.     

黄土丘陵沟壑区水分的植被生产力模型——以陕西清涧县为例

针对半干旱区水分的植被生产力问题,以黄土丘陵沟壑区典型地陕西清涧的人工刺槐林为研究对象,对植被生长量的成因进行理论假定和分析,结合该地刺槐的解析木分析资料和相对应的同期降水数据,研究了清涧地区刺槐生长与水分的关系,建立了该区水分一刺槐生长的半理论／半经验模型。结果表明：黄土丘陵沟壑区刺槐的材积生长率与水分的变化率具有较好的线性关系。     

黄土丘陵沟壑区退耕草地土壤质量演变

以黄土丘陵沟壑区土壤的主要功能为依据,选取12个代表性土壤指标,采用因子分析方法析取控制土壤质量的公共因子,分析退耕草地土壤质量的演化机理.结果表明,退耕草地土壤质量的主要影响因子依次为土壤腐殖质因子、水土保持因子和力学因子.永久草地和退耕20a荒坡草地的表层（0～10cm）土壤质量最佳,且均随土层深度的增大而降低.农地40～50cm和0～10cm土层土壤质量最差,但其成因不同,前者主要是腐殖质条件差引起的,而后者主要在于较差的水土保持和力学性能.与农地相比,草地坡面的土壤质量和水土保持性能均显著增强,且荒坡草地的水土保持性能和0～10cm土层土壤质量均随退耕年限的延长而提高.退耕年限（3a）相同的荒坡草地土壤质量显著优于人工草地,但在水土保持性能上前者显著差于后者,这表明人工营造牧草植被不失为控制该区水土流失的一种有效途径.     

黄土丘陵沟壑区退耕地土壤养分因子对植被恢复的贡献

为了探求各土壤养分因子对植被恢复贡献的大小．利用因子分析(Factor analysis)对黄土高原丘陵沟壑区退耕地植被恢复中的土壤养分进行了多元统计分析,定量研究了土壤养分环境对植被恢复的作用。结果表明：住所选取的6个土壤养分因子中,土壤有机质、有效N、全P和速效P对植被恢复的贡献较大．是限制该地区植被恢复的主导因素,其它养分因子的贡献相对较小。根据土壤养分因子间的相关系数,土壤有机质与全N和有效N呈显著相关。因此,在评价土壤养分因子对植被恢复贡献大小时．选取土壤有机质、氮和磷的含量作为评价指标,不但节省了时间和财力,而且有助于植被恢复的快速评价。     

黄土丘陵沟壑区不同植被区土壤生态化学计量特征

以黄土丘陵沟壑区3个植被区(森林区、森林草原区、草原区)不同坡向土壤作为研究对象,对土壤有机C、全N、全P、全K含量及其化学计量特征进行了研究.结果表明,不同植被区、坡向和土层土壤养分含量及其化学计量特征均有明显不同.土壤有机C、全N变异性较大,全P、全K变异性较小.表层土壤养分含量显著高于底层土壤;同一土层之间有机C、全N含量变异性较大,全P、全K含量变异性较小.不同坡向之间养分含量不同,阴坡最大,阳坡最小.土壤养分含量受植被类型及植被盖度的影响,森林区＞草原区＞森林草原区.土壤C/N、C/P、C/K、N/P、N/K比都较稳定,C/N比的变化范围为5.65-12.57,平均值为9.44; C/P比的变化范围为3.62-17.32,平均值为8.15;C/K比的变化范围为0.10-0.55,平均值为0.26;N/P比的变化范围为0.43-1.38,平均值为0.86; N/K比的变化范围为0.01-0.05,平均值为0.03;P/K比值较稳定,为0.03.土壤有机C和全N极显著正相关,全N和全P极显著正相关.     

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。     

陕北黄土高原丘陵沟壑区植被覆盖变化及其对气候的响应

利用1982～2007年GIMMS、SPOT VEGETATION两种NDVI数据集和气候资料对陕北黄土高原丘陵沟壑区植被覆盖变化趋势及其与气候的关系进行了分析,结果显示:(1)近26年来该区的植被覆盖总体上处于上升趋势,大致经历了3个阶段: 1982～1998年植被覆盖在波动中缓慢增加,1999～2001年植被覆盖处于一个相对的低谷,2003～2007年植被覆盖快速增加.(2)四季植被活动增强,以秋季NDVI增加最为显著;NDVI的年平均标准差在波动中逐年减小,高覆盖植被面积所占的比例在增加,植被覆盖状况趋于转好.(3)研究区内14个县(区)年平均NDVI线性倾向值都为正值,说明植被覆盖都在增加,但增加的显著性和幅度不同.(4)近26年来陕北黄土高原丘陵沟壑区年平均温度呈极显著(P<0.001)的上升趋势,年降水量具有减少的趋势;春季NDVI与温度之间存在着明显(P<0.10)正相关关系,夏季NDVI与温度之间存在着显著(P<0.05)负相关关系;夏季NDVI与降水量之间存在着极显著(P<0.01)正相关关系,同时夏季NDVI与春季降水量之间存在着显著(P<0.05)正相关关系,且夏季各月降水量对植被覆盖的影响具有滞后效应.研究表明,春季升温和退耕还林(草)生态建设工程是植被增加的主要原因,夏季水分状况是该区植被生长的制约因素.     

黄土丘陵沟壑区植被对不同空间尺度水沙关系的影响

根据晋西离石试验站的观测结果和相关文献的数据,研究了黄土丘陵沟壑区植被对坡面小区、全坡面、小流域及中大流域4个空间尺度水沙关系的影响。对梁峁坡坡面小区言,由于植被提高了土壤抗蚀性,因此植被不仅通过减水来减沙,也通过改变水沙关系来减沙。但在全坡面尺度,土壤侵蚀以沟蚀为主,由于植被措施难以改变沟道的各种水利参数,也难以有效控制切沟沟壁的重力侵蚀,导致水流进入沟道后仍然可以获取充足的泥沙,因此认为植被不会改变全坡面尺度的水沙关系。同样对于各级流域,由于植被措施难以改变沟道的输沙能力和黄土丘陵沟壑区流域泥沙来源充沛的特点,因此植被措施也不会改变其水沙关系,植被的减沙效应仅通过减水来实现。对离石试验站的一对水土保持对比沟的研究表明,即使在沟道已有茂密植被生长的情况下,高含沙水流的输沙能力也没有改变,这使得两者的水沙关系统计上可以认为完全一致。由于大流域水沙关系主要取决于沟道或河道的特性,而植被等坡面措施很难改变沟道或河道特性,因此认为流域尺度越大,植被越难以改变其水沙关系。     

黄土丘陵沟壑区典型流域土地利用/土地覆被变化水文动态响应

以黄土高原第三副区桥子东、西沟流域为例,分析了土地利用／土地覆被变化的水文动态响应。研究结果表明：土地利用／土地覆被对年径流有显著影响,治理流域较未治理流域在丰水年、平水年和枯水年的径流系数分别减少约50％、85％和90％;流域土地利用后期（1995～2004年）较前期（1986～1994年）多年平均径流系数下降73．6％,且随降雨增多,土地利用与植被变化对径流的响应增强。土地利用／土地覆被变化对径流量的影响具有季节性特征,治理与非治理流域多年平均最大月径流系数减少时期与流域最大地表覆盖期具有一致性,即5月份径流系数减少值最大;同一降水条件下流域两期土地利用的产流量仅在生长季具有明显的差异。流域洪水径流量与场降雨量和30min最大雨强有较好的相关关系,场降雨量与30min雨强对治理流域洪水流量的影响要强于非治理流域;暴雨在达到一定强度后,对比流域的洪峰流量差异减小,即森林植被对洪水的影响减弱。经洪水频率分析,认为流域前后两期土地利用若具有相同频率的降雨强度,则一定频率范围内洪峰流量对土地利用与植被变化产生明显响应。     

陕北刺槐林木生长及林下植被与土壤水分对种植密度的响应特征

以陕西省安塞县2000年左右退耕栽植的5种不同密度(830~3 330株/hm~2)刺槐林地为研究对象,分析不同栽植密度对刺槐林木生长、林下植被及土壤水分的影响,为黄土高原丘陵沟壑区刺槐人工林合理栽植密度的确定以及可持续经营提供理论依据。结果表明:(1)阳坡中不同密度间刺槐林木的胸径、树高、冠幅均差异显著;阴坡中2 500株/hm~2的刺槐林木平均胸径、树高与两个低密度林的差异显著,且平均冠幅与1 670株/hm~2差异显著,与2 000株/hm~2差异不显著。(2)当栽植密度为1 670株/hm~2时,刺槐林地水分含量相对较高,林下植被平均盖度及物种多样性也较高。(3)各栽植密度刺槐林地0~500cm土壤含水量均低于该地区土壤稳定湿度(12%)。(4)阳坡中3 330株/hm~2的林地0~500cm土层含水量仅为4.5%,土壤干旱化严重,而830株/hm~2的刺槐林地土壤水分为7.8%;阴坡中栽植密度为1 670~2 000株/hm~2的刺槐林地土壤含水量较高,为7.5%~8.2%。研究表明,在陕北黄土高原丘陵沟壑区,刺槐初始造林密度不宜超过1 670株/hm~2(株行距2m×3m),在进入刺槐生长高峰期后,应采取间伐管理以调整林分密度,使其维持刺槐人工林林地的稳定性与可持续性。     

黄土丘陵区荞麦引种试验研究

以解决黄土丘陵区荞麦品种老化问题为主题,通过1995-1997年3年对239个荞麦品种的试种,鉴定,筛选,选择出了5个适应黄土丘陵区生态条件且高产,稳产的荞麦品种,并提出了该区荞麦品种的生态类型。     

黄土丘陵区燕沟流域典型植物叶片C、N、P化学计量特征季节变化

以黄土丘陵区燕沟流域为例,分析了流域8种典型植物叶片C、N、P化学计量特征的季节变化。结果发现,8种植物叶片C含量分布范围在370.2-566.9 mg/g,N含量在9.2-39.0 mg/g,P含量在0.81-2.35 mg/g,C:N在10.5-52.9,C:P在186.8-667.5,N:P在5.7-23.0。叶片平均C、C:N和C:P在5月小于7月和9月(P<0.05),而在7月和9月差异不显著;N在5月大于7月和9月(P<0.05),7月和9月差异不显著;P在7月小于5月和9月(P<0.05),5月和9月差异不显著;N:P在9月明显小于5月和7月(P<0.05),5月和7月差异不显著。叶片C含量受季节因素影响显著,而在物种间差异不显著;叶片N、P、C:N、C:P、N:P受物种和季节因素影响均显著。因此,8种植物中沙棘、黄刺梅和虎榛子采用防御性的生活史策略;刺槐、柠条和狼牙刺采用竞争性生活史策略,铁杆蒿和茭蒿的生活史策略介于上述二者之间;尽管叶片N:P随生长季节发生明显变化,但研究区植物生长的限制性元素未随生长季节变化而改变。     

黄土丘陵沟壑区自然恢复草被对浅沟侵蚀的影响

浅沟侵蚀是黄土高原丘陵沟壑区的一种重要侵蚀类型.以往研究多侧重于农地浅沟,有关自然恢复草被对浅沟侵蚀影响的研究甚少.本研究采用野外原位冲刷试验,以裸地浅沟为对照,探究放水流量为5、10、15、20和25 L·min^-1条件下草地浅沟的径流产沙特征及侵蚀机理.结果表明: 与裸地相比,草地浅沟平均流速、稳定径流率、雷诺数、弗劳德数分别减小25.4%～67.3%、8.4%～26.6%、54.9%～80.5%、18.6%～65.1%,阻力系数增大0.09～7.18倍.草地浅沟最大产沙率、稳定产沙率和平均产沙率较裸地浅沟分别减小55.1%～90.9%、61.8%～95.4%和64.8%～92.4%;5～25 L·min^-1放水流量下,自然恢复草被的减沙效益可达65.9%～88.8%,且随放水流量增大,减沙效益呈减小趋势.与裸地相比,草地浅沟的平均径流功率和平均径流剪切力分别减小54.9%～80.5%和12.4%～51.1%,临界径流功率增大1.43倍,临界剪切力增大33.7%;草地和裸地浅沟平均产沙率与平均径流功率、平均径流剪切力均呈显著线性相关.自然恢复草被显著增加了浅沟抗蚀性能,降低了浅沟径流侵蚀能力.     

黄土丘陵区紫花苜蓿生长与土壤水分变化

研究了黄土丘陵区紫花苜蓿生物量变化规律和土壤水分过耗与恢复特征.结果表明,紫花苜蓿在退耕地生长年限一般为10年,生长的高峰期为第4年～第5年,到第6年,由于土壤水分过耗严重,生物量开始逐年下降,草地开始衰败.紫花苜蓿茎叶生物量的垂直变化,在距地面0～35cm之间,茎生物量远大于叶生物量,茎叶比为1.7:1;在40cm高时茎叶比相等,在45～90cm之间叶生物量远大于茎生物量,叶茎比为1.42:1.紫花苜蓿土壤干层在生长的前两年不甚明显,随着生长年限的延长,干层厚度不断增大,由第3年的110cm扩大到第7年的260cm,含水量仅为4.6%～6.2%,土壤水分严重亏缺.紫花苜蓿退化草地土壤水分的自然恢复过程一般需5年,且随着恢复年限的延长,土壤水分逐年提高.     

内蒙古鄂尔多斯黄土丘陵沟壑区茭蒿群落种间关系

对内蒙古鄂尔多斯黄土丘陵沟壑区不同群落中茭蒿种群格局及茭蒿生态位宽度和生态位重叠进行研究,结果表明:茭蒿种群在梁顶生境中随着撂荒恢复演替的进行,分布格局由随机分布转向小尺度聚集分布再转变为较大尺度聚集分布,与此同时种群空斑面积显著增加,种群领地减小;在沟谷生境中茭蒿种群则呈现典型的随机分布,种群空斑面积显著低于梁顶各群落,种群领地显著高于梁顶各群落.梁顶-沟谷生境梯度上,茭蒿的生态位宽度最大,表明其具有较强的资源利用能力,对环境的适应能力较强,可以广泛分布在梁顶和沟谷各种生境中;生态位重叠分析表明,茭蒿属于一个演替前期物种.     

黄土丘陵沟壑区坡沟系统不同降雨类型的土壤入渗特征

黄土高原退耕还林草生态建设改变了区域覆被格局和下垫面环境条件,对流域地表水文过程产生了重要影响。研究黄土丘陵沟壑区坡沟系统不同降雨类型下的土壤水分入渗特征,对揭示植被恢复驱动下的降雨-入渗机制变化具有重要的科学意义。基于坡沟系统土壤水分入渗过程的定位监测,阐明了坡沟系统土壤水分入渗特征对不同降雨类型的响应,并采用Horton、Mezencev、Kostiakov、USDA-NRCS模型进行土壤水分入渗过程模拟,筛选特定降雨类型下最佳的入渗模型。结果表明：（1）0-60 cm是降水-入渗过程响应的关键层次,沟坡总入渗蓄存量较坡面高约42.67%;（2）坡沟系统土壤水分入渗量与深度成反比,且沟坡土壤水分入渗量较坡面平均高约9.75%;（3）不同降雨类型下坡面湿润锋深度均小于沟坡,且以极端暴雨、长历时小雨强降雨最深,短历时中雨强次之,短历时小雨强降雨最浅;（4）坡沟系统各降雨类型土壤水分入渗量对降雨的响应表现出一定的滞后性,沟坡响应快于坡面,沟坡湿润锋深度平均较坡面深约5-10 cm;（5） Mezencev入渗模型对四种不同降雨类型入渗量的模拟均具有较高精度（Adj-R²>0.96;NSE>0.92）,Horton模型可用于模拟极端降雨类型（NSE>0.98）,而Kostiakov模型、USDA-NRCS模型适于模拟短历时中强度降雨和短历时低强度降雨类型。     

黄土高原沟壑区生态环境状况遥感动态监测——以陕西省富县为例

基于主成分分析耦合植被指数、湿度指数、地表温度和裸土指数4个遥感评价指标,对黄土高原丘陵沟壑区陕西省富县1995—2014年的生态环境质量进行评价.结果表明: 基于主成分分析确定权重的遥感生态指数能客观定量揭示区域生态环境的变化;富县生态环境现状整体上属于良好级别,植被覆盖度较高,生物多样性较丰富;1995—2014年,富县生态环境总体上得到了较大改善,生态环境质量综合指数由3.17上升到3.53,牛武镇的生态环境质量整体状况最好,全县由西北方向到东南方向,生态环境质量改善的幅度逐渐递增,其中,交道镇和南道德乡变化最大;研究期间,生态环境质量等级下降地区的面积占全县总面积的16.7%,生态质量等级提高的面积占富县总面积的42.7%,生态环境等级提高的地区主要分布在县域中部的高塬和丘陵沟壑地、县东北部的土石低山区、西南的子午岭自然保护区.