基于农业气象学原理的林地生态需水量估算——以泾河流域为例

从农业气象学原理出发 ,森林植被的生态需水可以理解为林地的蒸散耗水量。根据土壤水分有效性的划分 ,林木暂时凋萎含水量和生长阻滞含水量分别是能保证林木基本生存和正常生长时土壤含水量的下限 ,据此可以作为林地最小生态需水定额和适宜生态需水定额计算的依据 ,其数值通过计算林地的潜在蒸散并利用土壤水分修正系数和林木系数进行订正获得。根据遥感图像资料 ,在 GIS支持下 ,计算了泾河流域现有林地生长季的最小生态需水量和适宜生态需水量 ,分别为 2 0 396 0× 10 4 m3和340 330× 10 4 m3。     

玛纳斯河流域扇缘带不同植被类型下土壤物理性质

对生长在玛纳斯河流域扇缘带上的柽柳、盐穗木、白刺、猪毛菜4种植被类型下的土壤物理性质进行了研究.结果表明:在水平方向上,1m剖面内柽柳土壤pH值、全盐含量、土壤容重最小,分别为8.75、0.97g/kg和1.42g/cm3;土壤有机质、含水率、总孔隙度、毛管孔隙度均最大,分别为9.04 g/kg、16.67％、45.57％和36.18％,表明柽柳能够显著降低土壤盐分,改善土壤结构.沿垂直剖面,4种植被类型在表层0-20 cm土壤盐分均达到最高,出现盐分“表聚”现象而形成“盐霜”;随着土层深度增加,含水率和土壤容重均呈显著性升高,土壤有机质、田间持水量、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度均呈显著性降低(P＜0.05).相关性分析显示,土壤有机质是引起其他土壤物理性质变化的主要原因.相比空裸地,4种植被覆盖类型1 m剖面内土壤有机质、总孔隙度和毛管孔隙度均呈显著性提高,土壤容重显著性降低,有机质分别提高了162.94％、82.94％、85.59％和27.94％,总孔隙度分别提高了44.90％、20.83％、36.06％和15.80％,毛管孔隙度分别提高了58.27％、30.71％、43.48％和25.72％,土壤容重分别降低了18.86％、10.86％、17.14％和7.43％,表明干旱荒漠区盐碱土上生长的不同盐生植物能够显著改善土壤质量.     

阿尔金山自然保护区植物群落生物量和物种多样性的空间格局及其影响因素

以阿尔金山国家级自然保护区的植物群落为研究对象,用样方法调查分析了不同植物群落的物种多样性、生物量的空间格局及其与环境因子间的关系。结果表明:西南高海拔地区主要植被类型为高寒草原,东北低海拔地区主要植被类型为沼泽草甸和高寒草原,西北部中海拔和东南低海拔区域的植被类型则主要为高寒荒漠;植物群落的物种多样性和生物量并未表现出明显的纬度、经度和海拔梯度变化;植物群落的多样性指数与土壤全氮、土壤总碳、土壤有机碳呈显著正相关,与土壤含水量呈极显著正相关;植物生物量与土壤有机碳和土壤含水量呈显著正相关,与土壤全氮呈极显著正相关,与土壤容重呈显著负相关。综上,阿尔金山保护区内植物群落生物多样性与生物量的空间分异是地理因子、土壤因子以及气象条件等综合作用的结果,在保护区尺度上土壤和气象因子对植物群落的影响超过地理因子的影响。     

干热河谷区泥石流滩地不同景观类型土壤与微生物量C、N、P生态化学计量特征

生态化学计量是研究生态系统元素平衡与评价地球化学循环的重要方法,明确泥石流滩地不同景观类型下植物群落与土壤和微生物化学计量特征对揭示泥石流滩脆弱生态系统的物种营建机制与植被生态修复具重要意义。选择泥石流滩地设置撂荒耕地、荒滩地、无水溪沟和有水溪沟4种景观类型,调查其物种组成、植物群落特征以及土壤和微生物量碳(C)、氮(N)、磷(P)及其生态化学计量特征,探讨了泥石流滩地植被分布规律,并通过多样性指数、冗余分析和单因素方差分析等方法对植物群落和土壤因子进行比较分析。研究结果表明：(1)物种数在4种景观类型中表现为荒滩地>无水溪沟>撂荒耕地>有水溪沟,Margalef丰富度指数表现为无水溪沟>荒滩地>撂荒耕地>有水溪沟,Simpson优势度指数表现为撂荒耕地>有水溪沟>无水溪沟>荒滩地,且有水溪沟的植物群落密度、平均高度、盖度以及地上生物量均显著高于其它景观类型。(2)有水溪沟土壤N、P含量显著高于其他景观类型土壤;撂荒耕地土壤C含量最少,显著低于其他景观类型土壤;土壤C∶N、C∶P表现为荒滩地>无水溪沟>有水溪沟>撂...     

京津冀地区城市化对植被覆盖度及景观格局的影响

定量研究了2000—2010年,京津冀地区植被覆盖度及其景观格局的动态变化,揭示了城市化进程对植被景观的干扰过程及生态质量的影响。结果表明:(1)2000—2010年,城市化进程显著是京津冀城市群土地变化的一大特点,人工表面面积从2000年的1.79×10~4km~2增加至2.16×10~4km~2,增幅高达21.16%;(2)京津冀平均植被覆盖度呈增加趋势但不显著(P=0.46),存在明显的时空动态差异。在覆盖度结构上形成了以中低和中植被覆盖度为主导的格局;(3)从景观空间格局变化来看,中低、高覆盖度区域植被景观更加破碎,而低、中等覆盖度区域的植被面积增加,景观破碎度减小;尤其是低植被覆盖度为主的城市区域,景观格局变化幅度大,表现为绿地面积有所增加,景观破碎化程度降低,生态质量有所改善;(4)在整个研究区范围,城市化对区域植被覆盖度存在负面影响,表现为城市化程度与区域平均植被覆盖度存在负相关(P=0.08);但是在低植被覆盖度的区域(主要为城市区域),城市化程度与植被覆盖面积呈显著正相关(P0.001),表明城市区域在城市化进程中植被覆盖面积有所提高,生态质量有所改善,与城市化过程中,日益重视城市绿地的建设有关。     

黄河流域植被时空变化及其对气候要素的响应

在气候变化和人类活动的双重作用下,黄河流域生态环境不断发生变化。探讨植被生长动态对于实施生态保护政策至关重要。利用Advanced Very High Resolution Radiometer(AVHRR) Leaf Area Index(LAI)遥感资料,结合气候要素数据,分析1981—2017年黄河流域植被覆盖的时空分布特征,探讨气候要素对其变化的影响及贡献率。研究结果表明：(1)时序上,黄河流域植被覆盖呈显著增长趋势,夏季植被覆盖的增长幅度和年际波动最大,冬季植被覆盖呈缓慢平稳增长,波动最小。(2)空间上,植被覆盖显著提高的区域占整个区域的52.1%,主要分布在中东部平原;显著降低的区域占4%,主要分布在北部和西部高原山地;生态脆弱的区域植被覆盖率大多有不同程度的提高,但生态环境良好的部分区域植被覆盖率降低。(3)时序上,黄河流域植被覆盖与气温具有显著的正相关关系。春夏冬三季的植被覆盖与气温呈显著正相关,与降水呈不显著关系;秋季的植被覆盖与气温和降水量均呈显著正相关;春秋冬三季的植被覆盖与太阳辐射呈不显著负相关,夏季的植被覆盖与太阳辐射呈不显著正相关。春夏秋冬四季的气温对植被覆...     

希拉穆仁草原近自然恢复状态下植被-土壤响应特征

通过对内蒙古阴山北麓围封区域草原近自然状态下植被群落特征及其土壤颗粒物理特性的研究,探讨草地群落与土壤颗粒物理特性在自然风蚀条件下的特征。结果表明:(1)草地全覆盖时以羊草、赖草为优势种,当草地盖度下降为40%以下时以指示草地退化的冷蒿为优势种;且随着植被盖度的降低,草地植物群落生物量呈降低趋势,Shannon-Wiener指数、Simpson指数均呈现出先升高后降低的趋势;(2)草地植被覆盖度对地表土壤颗粒分形维数有显著影响(P0.05),随着盖度的降低,其地表土壤颗粒分形维数呈显著降低趋势,地表土壤颗粒粗化明显;(3)在近自然状态下,草地植被覆盖较低时,地表0—1 cm土壤颗粒粗粒化现象尤为显著,粒度累计差异达到1 mm,垂直结构上表现为由3—5 cm、1—3 cm土层至0—1 cm土层,土壤颗粒粗粒化程度加重,粗颗粒粒度累积差异分别出现在0.1、0.25、1 mm;(4)在近自然状态下,随着草地植被盖度增加,表层土壤受植物遮蔽,得到有效保护,土壤颗粒逐渐细化,容重也缓慢下降。在近自然状态下,草地及土壤环境发生有层次且多样性的变化,草地植被的斑块状变化使得希拉穆仁围封区草原在近原始状态下出现自然风蚀现象成为可能。     

放牧干扰下高原鼢鼠栖息地选择因素

以祁连山东段高寒草甸栖息的高原鼢鼠(Myospalax baileyi)为研究对象,探讨放牧干扰下高原鼢鼠适合栖息地选择的影响因素,为合理控制草原鼠害和保护生物多样性提供科学依据。在5个不同放牧强度小区中,连续3年监测高原鼢鼠相对种群密度变化,同时获取植被和土壤的变化数据。分析高原鼢鼠相对种群密度、植被(盖度、高度、频度、植被生物量、植被均匀度、丰富度、多样性和地下根系生物量)和土壤(紧实度、容重、水分)之间的关系。中度放牧干扰下,高原鼢鼠相对种群密度最低,不利于对栖息地的选择,轻度、次轻度放牧区的高原鼢鼠相对种群密度高于重度、次重度放牧区的;轻度放牧干扰的草地有利于高原鼢鼠种群数量的增加。高原鼢鼠相对种群密度与土壤紧实度、容重呈显著负相关(R=﹣0.921、﹣0.883,P0.05);与土壤水分呈显著正相关(R=0.879,P0.05);高原鼢鼠相对种群密度与地下根系生物量呈极显著正相关(R=0.982,P0.01),与植被丰富度呈显著正相关(R=0.921,P0.05),与地上植被总盖度呈显著正相关(R=0.909,P0.05),与地上生物量、均匀度、多样性呈不显著正相关(P0.05)。在草地放牧干扰系统中,非生物因素土壤紧实度、水分可能是高原鼢鼠栖息地选择的首要选择因素,食物资源也许是次要选择因素。     

生境因子对岩质边坡生态恢复过程中植被多样性的影响

通过对舟山市已生态恢复的岩质边坡进行植物群落调查,记录了36个不同生境条件下边坡样地中的植物种及生境因子,计算了4个植物物种多样性指数,利用广义线性混合模型分析了生境因子与边坡植被多样性交化的关系,以揭示生境因子对岩质边坡生态恢复植被的影响.结果表明:从1 a到7 a的岩质边坡生态恢复过程中,坡位对边坡植被多样性的影响最显著(P＜0.05),不同坡位的Shannon-Wiener指数、Margalef指数、物种丰富度差异明显,其变化呈现一致的趋势为下坡＞中坡＞上坡;坡向与Margalef指数显著相关(P＜0.05),从阳坡、半阳坡、半阴坡到阴坡,植被多样性呈总体上升趋势;随着边坡恢复年限的延长,边坡植被多样性逐渐增加,但没有表现出统计学意义上的差异(P＞0.05);坡度、海拔、土壤厚度对边坡植被多样性的变化无明显影响(P＞0.05);Pielou均匀度指数与各个生境因子均无显著关系,在边坡植被恢复过程中基本保持稳定的状态.因此,坡位、坡向是影响岩质边坡生态恢复过程中植被多样性最重要的因子;Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数是岩质边坡生态恢复过程中植物群落变化的主要指示因子.     

祁连山区典型草地生态系统土壤抗冲性影响因子

为探索祁连山区典型草地生态系统土壤抗冲性的影响因子及其效应,采用野外实地放水冲刷法,以一定体积的冲刷水流含沙量为指标,对土壤抗冲性进行了研究,并调查了海拔、坡度、植被高度、植被覆盖度、地上生物量、根系密度、生物多样性、土壤质地等因子,利用通径分析研究了各因子与土壤抗冲性的关系。结果表明:(1)土壤抗冲性与海拔、植被覆盖度、根系密度和土壤砂粒体积分数呈极显著正相关(P0.01),而与坡度和土壤粉粒体积分数呈极显著负相关(P0.01),与地上生物量和物种丰富度呈显著正相关(P0.05),与植被高度不具备显著相关性;(2)通径分析结果显示,植被覆盖度和根系密度是影响祁连山区典型草地生态系统土壤抗冲性的主导因素,植被覆盖度对土壤抗冲性的影响主要表现为强烈的直接作用(0.660),而根系密度对土壤抗冲性的直接作用相对较小(0.286),有较大一部分影响表现为间接作用(0.174);(3)径流含沙量随植被覆盖度和根系密度的增加明显减少,植被覆盖度与径流含沙量间的关系可用指数或对数形式表达,根系密度与径流含沙量间的关系可用指数形式表达。研究显示,在祁连山区典型草地生态系统,与海拔、坡度、地上生物量、植物多样性、土壤质地等因素相比,植被覆盖度和根系密度对土壤抗冲性的影响作用更突出,提高植被覆盖度与根系密度能够有效增强土壤抗冲性。该研究可为祁连山区的土壤侵蚀规律研究及效益评价提供依据。     

Predicting interactions between wetland vegetation and the soil-water and surface-water environment using diversity, abundance and attribute values

This study investigated the response of freshwater wetland vegetation to hydrological driving factors by assessing collective vegetation variables, traits of dominant plant populations and hydrological and hydrochemical variables, repeat-sampled within wetland sites across Scotland and northern England. Sampling was conducted at 55 permanent sample stations located along 11 independent transects. Eco-hydrological interactions were investigated using a regression-based modelling approach. Facets of the water-table dynamic (e.g., level of drawdown, level of fluctuation), along with vegetation abundance (e.g., biomass, stem density) and diversity (e.g., species richness) values, were used to build predictive models. Of the models predicting vegetation characteristics, the greatest predictive power was R ² = 0.67 (p < 0.001) for a model predicting stem density (m⁻²). Conversely, vegetation variables proved useful for predicting characteristics of the water-table environment. In this instance, the greatest predictive power was R ² = 0.79 (p < 0.001) for a model predicting minimum water table level (i.e. maximum level of drawdown). The models were tested using data collected during 2000 from repeat sites and independent sites. This approach might be successfully applied for the purposes of integrated eco-hydrological management and monitoring of freshwater wetland vegetation.     

Hydraulic properties of sphagnum peat moss and tuff (scoria) and their potential effects on water availability

The importance of macrostructure to root growth of ryegrass (L. perenne) seedlings sown on the soil surface was studied in two soils in which the macrostructure had resulted mainly from root growth and macro-faunal activity. Sets of paired soil cores were used, one of each pair undisturbed and the other ground and repacked to the field bulk density. Undisturbed and repacked soils were first compared at equal water potentials in the range −1.9 to −300 kPa. At equal water potential, the undisturbed soil always had the greater strength (penetration resistance), and root growth was always greater in the repacked soil with no macrostructure than it was in the soil with macrostructure intact. At equal high strength (low water potentials) it appeared that root growth was better when soils were structured. When strength was low (high water potentials), root growth was better in the unstructured soil. Soils were then compared during drying cycles over 21 days. The average rate at which roots grew to a depth of 60 mm, and also the final percentage of plants with a root reaching 60 mm depth, was greatest in repacked soils without macrostructure. The species of vegetation growing in the soil before the experiment affected root growth in undisturbed soil; growth was slower where annual grasses and white clover had grown compared with soil which had supported a perennial grass. It appears that relatively few roots locate and grow in the macrostructure. Other roots grow in the matrix, if it is soft enough to be deformed by roots. Roots in the matrix of a structured soil grow more slowly than roots in structureless soil of equal bulk density and water potential. The development of macrostructure in an otherwise structureless soil, of the type studied, is of no advantage to most roots. However, once a macrostructure has developed, the few roots locating suitable macropores are able to grow at low water potential when soil strength is high. The importance of macrostructure to establishing seedlings in the field lies in rapid penetration of at least a few roots to a depth that escapes surface drying during seasonal drought. ei]{gnB E}{fnClothier}     

冻融条件下生物结皮覆盖对土壤饱和导水率的影响

生物结皮(BSC)是广泛分布的地被物,每逢冬春季节,受冻融交替作用影响,结皮土壤的理化性质和水文学特征明显改变且与裸土差异显著,从而影响该地区土壤可蚀性评估和土壤侵蚀防治。采用室内模拟实验,以蓝藻结皮土壤为对象,研究不同冻融交替次数和初始含水量下,土壤三相对温度变化的响应特征并定量分析结皮覆盖土壤在此条件下饱和导水率(Ks)的变化趋势和突变点。结果表明:初始含水量对Ks无显著影响(P>0.05),冻融交替次数对Ks有极显著影响(P<0.01),冻融条件下裸土的平均Ks为1.941 mm/min,结皮覆盖土壤平均Ks为0.325 mm/min,两者具有极显著差异(P<0.01),且随交替次数增加,Ks差异逐渐增大,并在10次时达到最大值为10.13倍。不同冻融含水量下的结皮土壤的Ks在冻融10—20次时趋近,平均值为0.219mm/min。冻融作用显著改变土壤结构,且在冻融7次时土壤结构变化较明显,冻融过程中<0.1 mm的土壤颗粒显著变化。试验条件下,Ks受因子影响程度大小为:冻融交替次数>土壤结构>结皮厚度>结皮容重>下层土壤容重>...     

干旱荒漠区煤矸石山覆土区土壤水分物理性质的空间异质性

基于网格取样(20m×20m),采用经典统计学和地统计学相结合的方法,研究了干旱荒漠区煤矸石山表层(0～5 cm)土壤水分物理性质的空间异质性和分布格局.结果表明:研究区土壤容重、毛管孔隙度、毛管最大持水量、总孔隙度、饱和含水量表现为弱变异,土壤含水率表现为中等变异.除土壤容重的最佳拟合模型为高斯模型外,其余指标的最佳...     

皇甫川流域柠条林地水分动态模拟——坡度、坡向、植被密度与土壤水分的关系

在皇甫川流域,随着林草覆盖度的增加,植被与水的矛盾日益突出,其中一个重要的问题就是植被密度与土壤水分之间的矛盾。土壤水分的降低影响了植被的生长,甚至导致了部分植被的死亡,因此对土壤水分与植被密度之间的关系进行研究非常重要,有助于合理造林密度的确定。在已有研究及实验观测的基础上,建立了柠条(Caragana intermedia)林地土壤水分动态模拟模型,模型考虑了主要的土壤、植物过程,包括土壤性状、降雨入渗、植物蒸腾、地表蒸发等;模拟了从1971至2000年,30年里各种立地条件(不同盖度、坡向和坡度)下的柠条林地土壤水分、蒸腾和蒸发等的日动态过程。通过比较不同立地条件下的土壤水分动态,研究了皇甫川流域典型柠条林地土壤水分与植被盖度、坡向和坡度之间的关系,并得出了它们之间的关系式。由得到的平地上柠条的适宜密度,同时结合上述关系式,得出了不同坡度、坡向的适宜密度。坡度小于10°时,适宜造林密度对坡度反应敏感,在10°~30°时,适宜盖度对坡度反应不敏感。对于小于10°的坡地,植被建设时要特别注意设计合理的植被密度。     

黄土高寒区典型植被类型土壤入渗特征及其影响因素

为了研究黄土高寒区典型植被在不同坡位下土壤入渗性能差异及其影响因素,采用恒定水头法测定了不同植被类型的土壤入渗过程,并分析了土壤孔隙状况、机械组成、水稳性团聚体等与渗透速率的相关性。结果表明:(1)初渗速率和稳渗速率均表现为青海云杉祁连圆柏华北落叶松荒草地,且差异性显著;同一植被类型的土壤入渗速率沿坡面向下逐渐增大,但差异性不显著;(2)对不同植被类型的土壤入渗过程模拟发现Horton模型拟合效果最好,决定系数均在0.8以上,通用经验模型拟合精度较差,决定系数在0.614—0.982之间;(3)土壤入渗性能与孔隙状况、水稳性团聚体质量分数、有机质含量均有极显著相关性;0.25 mm团聚体质量分数是影响稳渗速率的主要决策因素;总孔隙度是影响初渗速率的最主要的决策因素,而毛管孔隙度是主要的限制因子。为高寒地区土壤入渗模拟以及植被配置等提供了科学依据。     

Water balance and pattern of root water uptake by a Quercus coccifera L. evergreen srub

Summary The water balance of a Quercus coccifera evergreen scrub was studied over 7 consecutive years. This scrub grows on hard limestone. Soil water content was measured with a neutron meter. Calibration curves were calculated from (1) the thermal neutron macroscopic cross-sections of soil (<2-mm fraction) and rock samples, and (2) the profile of wet bulk density measured with a subsurface gamma-ray gauge. The annual and seasonal patterns of actual evapotranspiration and of deep drainage were calculated using field-measured drainage characteristics. The soil water content data were used to compute water uptake rates and pattern for the root zone over a 4-month drying period. The 906 mm of mean annual precipitation yielded 603 mm of actual evapotranspiration (AET) and 296 mm of drainage. No drainage occured with precipitation less than 578 mm. The average AET values for the months from April to September were 57, 74, 89, 96, 70, and 42 mm respectively. It was found that Quercus coccifera consumed considerable quantities of water from the soil-rock complex. Roots could extract 270 mm of water in the first 470 cm of soil. The results showed a gradual downward shift of the zone of maximum root water uptake as the soil dried.     

沙地葡萄需水规律研究

利用土壤水动力学原理和水量平衡计算方法,在5年生沙地葡萄园,通过建立观测场,在群体条件下研究葡萄需水规律。观测场埋设中子管和负压计,监测水分动态和水势变化,求出地下水位值。得出了群体条件葡萄需水量为644.5mm。春季（3－5月)需水量为126.5mm,夏季（6－8月）为343.8mm,秋季（9－11月）为142.7mm,冬季（12月、1月、2月）为31.5mm。埋土防寒期需水量最小为0.5mm/d,6月需水量最大为4.2mm/d。生长期平均需水量为2.6mm/d。