三江源区高寒草甸退化对土壤水源涵养功能的影响

三江源区是我国重要的水源涵养区,研究草地退化对土壤水源涵养功能的影响,可为三江源区水源涵养功能的科学评估与合理监测提供科学依据。以实地采样与室内测试分析相结合的方法研究了三江源区内不同土壤类型高寒草甸生物量特征、土壤水文物理性质及土壤水源涵养量。结果表明:高寒草甸在重度退化阶段地上生物量、地下生物量、毛管孔隙度、总孔隙度、自然含水量、最大持水量、土壤水源涵养量显著低于未退化和中度退化阶段(P<0.05)。随着高寒草甸退化程度加剧,土壤容重逐渐增大,且非毛管孔隙度规律不显著。未退化、中度退化、重度退化草甸的土壤水源涵养量范围分别为1884.32—1897.44t/hm2、1360.04—1707.79t/hm2、1082.38—1550.10t/hm2。中度退化草甸土壤水源涵养量比未退化草甸低9.37%—10.35%,重度退化草甸低18.31%—27.82%。草甸退化进程中土壤总孔隙度与毛管孔隙度的降低是影响土壤水源涵养量下降的直接原因,而草甸退化进程中地上生物量与地下生物量的减少则是间接原因。度量三江源区高寒草甸土壤水源涵养功能时应着重考虑毛管孔隙度的蓄水作用。研究表明高寒草甸地上生物量与土壤水源涵养量之间存在显著的正相关关系(P<0.05),该结果能够推动水源涵养功能评估向空间化、精细化发展,为探索利用遥感技术监测三江源区水源涵养功能提供参考依据。     

土地利用变化对海南土壤水源涵养功能的影响

热带地区已有大量原始林转变为其他土地利用类型,影响了陆地生态系统的水源涵养功能.为了明确热带原始林转变为其他土地类型对土壤水源涵养功能的影响,在海南中部山区选择4种典型土地利用类型,包括林龄大于100年的原始林(VF)、10年生次生林(SF)、12年生槟榔林(AF)和35年生橡胶林(RF),评估土地利用变化对土壤持水性能和水源涵养功能指数(SWI)的影响.结果表明: 与原始林相比,表层土壤(0～10 cm)中,其他土地类型土壤持水性能指标均降低,12年槟榔林各土层指标均最低.土壤含水量和最大持水量与植被郁闭度、土壤有机质和土壤容重显著相关,表明郁闭度、土壤有机质和紧实度的改变是土壤持水性能变化的重要原因.与原始林相比,次生林、槟榔林和橡胶林土壤水源涵养功能分别减少27.7%、54.3%和11.5%,不同土层的差异各异,橡胶林仅表层土壤水源涵养功能显著降低.植被郁闭度、土壤有机质和土壤容重可解释土壤水源涵养功能变量的83.3%.土地利用转变显著改变了土壤持水性能和土壤水源涵养功能,相比12年槟榔林,35年橡胶林能更好地保持土壤水分,土地管理中增加土壤有机质和减少土壤紧实度可改善土壤持水性能及水源涵养功能.     

北京市森林生态系统的水源涵养功能

以北京市森林资源第6次二类调查数据为基础,采用区域水量平衡法和土壤蓄水能力评估了森林水源涵养的功能,并重点分析了不同类型和区位条件下森林涵养水源功能的差异。结果表明：2004年北京市森林生态系统涵养水源1.26&#215;10^9m^3;其中,怀柔区、延庆县、密云县、门头沟区和房山区的森林是水源涵养功能的主要贡献者（累积贡献率63.3%）;从森林类型来看,阔叶林和灌木林是水源涵养的主体（累积贡献率80.8%）;位于不同海拔高度的森林对水源涵养功能的贡献不同,其中位于海拔〈100m、100～500m和500～800m森林的贡献率分别为29%、30.7%和23.3%;而且位于不同坡位的森林涵养水源的贡献也不同,其中平地和全坡的森林最高,贡献率分别为37.12%和40.7%。     

东灵山林区不同森林植被水源涵养功能评价

森林植被发挥着涵养水源的作用,主要表现在以下几个方面:对降水的截留与再分配;调节河川径流,调节林内小气候,减小林内地表蒸发,改善土壤结构,减少地表侵蚀等. 通过对几种林分各层拦蓄降水和保土功能指标定性评价的基础上,用综合评定法对不同林分水源涵养和保土功能进行综合评价,选择出综合功能最好的林分,以期为北京山区的生态环境建设、植被恢复与保护提供一定的依据。在测定东灵山4种森林植被林冠层、枯枝落叶层和土壤层蓄水和土壤保持功能指标的基础上,采用综合评定法对4种森林植被水源涵养和土壤保持功能进行了评价。结果表明:各植被类型的林冠层截留各不相同,在雨季(6-9 月份) 辽东栎林的截留率最大,华北落叶松的最小;枯落物最大持水深以辽东栎林的最大,油松的最小;土壤水文特性各异,0-80 cm 土层平均容重以落叶阔叶林的最小,华北落叶松的最大;稳渗速率以落叶阔叶林的最大,油松的最小,初渗速率以辽东栎林的最大,油松的最小。不同林分水源涵养和土壤保持综合能力由大到小顺序为落叶阔叶混交林、辽东栎林、华北落叶松林、油松林。常绿阔叶灌丛水源涵养和土壤保持综合能力评价值(0.1039) 比其它植被类型少3个数量级,说明其水源涵养和土壤保持功能明显优于其它植被类型。由此可见,树种组成丰富、林下灌草盖度高、枯落物储量多的落叶阔叶混交林水源涵养和土壤保持能力最强,优于单一的阔叶林,而油松林最差。     

基于水源涵养参照系的中国生态系统水源涵养功能优劣评估

为解决水源涵养优劣评估结果空间可比性差的问题,在拟合1990—2018年中国生态系统水源涵养动态数据基础上,构建基于参照系的水源涵养功能优劣等级评估方法体系,从全国和分区尺度揭示中国生态系统水源涵养功能优劣格局与演变规律,阐明该方法的优越性。结果表明：(1)2015年中国全国生态系统水源涵养功能以差级别占主导,约占总面积的44.8%,主要分布于西北、青藏高原、华北平原和东北平原。1990—2018年中国生态系统水源涵养功能中等级面积极显著降低,差等级面积显著增加,其余类型呈波动变化。(2)各气候区生态系统水源涵养优劣等级构成因气候、生态系统构成等差异而不同,一般为气候区愈湿润,其优良等级比重愈高。1990—2018年,共有10个气候区的优、良、中、低或差等级面积发生了显著变化,主要为优、良、中等级以显著降低为主,差等级全显著增加。(3)与其他方法相比,基于参照系的生态系统水源涵养功能优劣评估法因引入分区分类评估思想,评估结果更科学,空间可比性显著提高。     

若尔盖高原生态系统水源涵养功能时空变化特征

若尔盖高原具有重要的水源涵养功能。基于气象和遥感数据,利用水量平衡法,模拟研究2001—2017年若尔盖高原水源涵养量的时空变化特征,探究土地利用和气象因子变化的影响。结果表明:若尔盖高原水源涵养量的空间差异性较大,整体上呈从北向南逐渐增加趋势,研究区2000—2017年平均单位面积水源涵养量<100、100～200、200～300、300～400、400～500和>500 mm的面积比例分别为15.43%、63.66%、18.66%、2.22%、0.03%和0; 17年平均水源涵养总量为阿坝藏族羌族自治州>红原县>若尔盖县>玛曲县>碌曲县;研究区2001—2017年单位面积平均水源涵养量总体表现出微弱的上升趋势,水源涵养量显著减少、中等减少、轻微减少、几乎不变、轻微增加、中等增加和显著增加区域所占的面积比例分别为50.64%、16.81%、11.64%、5.20%、4.52%、7.31%和3.88%;阿坝藏族羌族自治州和若尔盖县呈增加趋势,其他三县(玛曲、碌曲和红原县)呈减少趋势;降雨量和高程是影响研究区水源涵养量时空变化特征的主要因子。     

都江堰市水源涵养功能空间格局

水源涵养是生态系统的重要服务功能之一.识别水源涵养重要区对于制定水源保护规划,落实陆域-水域综合保护,防治水体污染,保障区域用水安全具有重要意义.以2008年四川都江堰市为研究范围,采用生态系统服务功能综合权衡工具-Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs(InVEST)中的水源涵养模型对县域生态系统的水源涵养功能进行了空间制图,然后采用综合指数法将水源涵养功能与植被减洪能力和水源地保护区进行叠加计算水源涵养重要性指数.结果表明:尽管汶川地震导致都江堰市域部分地区水源涵养功能降低,但都江堰市水源涵养功能整体仍然较高,部分地区多年平均水源涵养量超过200mm/a.都江堰市的水源涵养极重要区面积为421km2,占全市总面积的34.9％,远大于目前县域的水源保护区面积,未来应进一步加强对这些极重要区的保护,以保证本市以及成都平原的供水安全.水域涵养功能及其重要性都存在较明显的空间分异,大致呈现由西北向东南减少的趋势,水源涵养重要性与水源功能的分布密切相关,但又不完全一致.因此,在县域尺度上采用服务功能空间化评估结果进行重要性评价能够比较精细地反映生态系统水源涵养重要性的空间差异.但该方法还需要将人类用水需求进行空间表达,与本文的方法进行结合,以更准确反映水源涵养重要性的空间分异.     

北京市4种城市功能区森林植被涵养水源功能评价及价值估算

本研究对北京市首都功能核心区、城市功能拓展区、城市发展新区和生态涵养发展区进行林分涵养水源功能评价及价值估算,旨在探究提升城市功能区森林水源涵养功能较优林分配置模式。结果表明：（1）北京市森林植被面积2009年为4.00×10⁵ hm²,2014年为4.59×10⁵ hm²,北京市NDVI平均值2009年为0.331,2014年为0.708,北京市森林植被面积总体呈增加趋势。北京市2014年林地绿化调节水量较2009年降低了近1/3,2014年水源涵养功能价值量较2009年分别减少了22.08%和8.24%。（2）生态涵养发展区水源涵养功能年平均能力最强（2.88×10⁸ m³/a）,城市发展新区水源涵养功能年平均能力次之（1.72×10⁸ m³/a）,而首都功能核心区水源涵养功能年平均能力相对最弱,仅1.05×10⁶ m³/a。在针叶林、阔叶林和混交林三种林分类型中,2014年混交林水源涵养功能价值量较2009年增加5.13%,而阔叶林和针叶林分别减少34.93%和55.55%。（3）培育纯林,提高森林覆盖率,对于调节水土资源和保护生态环境具有非常重要的生态意义,而从森林水源涵养功能实物量和价值量考虑,认为混交林比纯林具有更强的水源涵养功能和较优的经济价值。在城市特定的条件下,建立生态与景观相协调的人工植物群落使城市土地资源的利用达到生态、社会、经济三大效益的最佳结合,是提高城市绿地质量的关键所在。     

中国东部森林样带典型森林水源涵养功能

通过对我国东部森林样带四个森林生态系统定位研究站（长白山站、北京站、会同站和鼎湖山站）的九种森林类型水源涵养监测数据的分析,研究了水热梯度下不同森林生态系统水源涵养功能。结果表明：在生长季的5-10月份,各森林类型的水源涵养特性表现出较大差异。林冠截留率的大小依次为：阔叶红松林＞杉木林＞常绿阔叶林＞针阔混交林＞季风常绿阔叶林＞落叶阔叶混交林＞马尾松林＞落叶松林＞油松林,最高的长白山站阔叶红松林的截留率是最低的北京站油松林的2.2倍。森林降雨截留量与林外降雨量呈显著的正相关,林冠截留率与降雨量呈显著负相关。枯落物最大持水深（5-10月份）以北京站落叶阔叶林最大,为6.0mm;鼎湖山站的季风常绿阔叶林最小,为1.0mm。0-60cm土层蓄水量最大的是会同站的人工杉木林,为247mm;最小的是北京站的落叶松林,仅为45.5mm;林分总持水量依次为：杉木林＞阔叶红松林＞常绿阔叶林＞针阔混交林＞季风常绿阔叶林＞落叶阔叶混交林＞马尾松林＞落叶松林＞油松林。各林分总持水量主要集中在土壤层,占总比例的90%以上。     

华南热带区不同恢复阶段人工林土壤持水能力研究

选择华南热带区小良试验站中光裸地、桉树林、阔叶混交林和村边次生林4种不同恢复阶段的植被类型,测定不同层次的土壤容重、持水量、孔隙度等参数。结果表明：光裸地土质结实,容重在1.5 g cm-3以上;种植桉树后如果长期人为去除地表枯落物,其地表更为板结,土壤持水能力极差。桉树林改造为阔叶混交林后,0~40 cm土层的容重均低于1.3 g cm-3,土壤总孔隙度为46.1%~51.4%,非毛管孔隙度15.0%~22.7%,土壤持水能力明显优于光裸地和桉树林。混交林土壤0~40 cm层次的最大蓄水量达到1892 t hm-2,比光裸地和桉树林分别多269 t hm-2和418 t hm-2。村边次生林土壤容重最低,表层(0~10 cm)仅1.07 g cm-3,土壤总孔隙度为58%,土壤最大持水量可达538 g kg-1,均明显优于阔叶混交林。光裸地在26年间容重下降了27.7%,但其容重仍较大,阔叶混交林土壤由于系统功能的整体改善,土壤也变得更疏松,土壤持水能力有较大幅度提高,而桉树林土壤长期保持板结状态,土壤持水能力变化不大。建立种类多样、结构复杂的人工林可以显著增强地表水的入渗能力和土壤持水能力。     

黄土高原水土保持林对土壤水分的影响

黄土高原植被恢复的限制因素主要是土壤水分,植被与土壤水分关系的研究对黄土高原植被恢复具有重要意义.2008年7月1日至2009年10月31日间采用EnviroSMART土壤水分定位监测系统以每30min监测1次的频度,对晋西黄土区刺槐人工林地、油松人工林地、次生林地的土壤水分变化进行了研究.研究得出:次生林地0-150 cm土层中平均蓄水量为331.95mm,刺槐人工林地为233.85 mm,有整地措施的油松人工林地为314.85mm,刺槐人工林比次生林多消耗的98.10mm土壤水分主要来源于80 cm以下土层.次生林主要消耗0-80 cm土层的水分,而人工林不但对0-80 cm土层水分的消耗量大于次生林,对深层土壤的消耗也较次生林大,这将有可能导致人工林地深层土壤的“干化”.在土壤水分减少期(11-1月)刺槐人工林土壤水分的日均损耗量为0.86mm、油松人工林为0.82 mm、次生林为0.84 mm.土壤水分缓慢恢复期(2-5月)刺槐人工林地土壤水分的恢复速度0.90mm/d,油松人工林地为0.53 mm/d、次生林地为0.79 mm/d.土壤水分剧烈变化期(5-10月)刺槐人工林地土壤水分含量的极差为95.71mm,油松人工林地为179.1mm,次生林地为72.03mm.在干旱少雨的黄土高原进行植被恢复时,应多采取封山育林等方式,依靠自然力量形成能够与当地土壤水资源相协调的次生林,是防止人工植被过度耗水形成“干化层”、保障水土保持植被持续发挥生态服务功能的关键.     

林地土壤水源涵养多因素复合模拟研究——以苕溪流域为例

为了研究不同植被覆盖度、不同林相及不同林种林下土壤水源涵养的特性,以浙江省苕溪流域上游区为例,采用野外不同林种土壤持水能力定时定点实测取样、室内不同植被覆盖度(0,15%,30%,45%,60%,75%,90%)、不同林相(上层覆盖、下层覆盖、上下层覆盖)的物理模型人工模拟降雨试验方法,通过不同深度土壤水分含量测试、产汇流和入渗系数计算,探索了林地不同经营管理方式下土壤涵养水源的特性,结果表明:(1)地表入渗系数随植被覆盖度的增加而增大,随坡长增加入渗系数的增长比率增加,降雨过程中植被覆盖度对入渗系数的影响比坡长的影响大。(2)不同林相的模拟试验结果表明,地表入渗系数排序为上下层覆盖>上层覆盖>下层覆盖>裸地。随着产流历时增加,林下土层的蓄水量呈线型增加,与裸坡比较,累积蓄水量增加百分数为:上层覆盖为23%,下层覆盖为29%,上下层覆盖为37%。(3)通过监测不同林地不同深度土壤含水率的变化,并与裸地进行对比得出不同林地涵养水源能力的强弱。其蓄水能力排序分别为板栗林>茶园>竹林。研究结果为林地管理、林相培育和林下土壤持水能力的提高具有科学方法论上的支撑和生...     

连栽措施对桉树人工林结构及持水性能的影响

以海南岛4代连栽桉树人工林为研究对象,对比分析了不同连栽措施间,桉树人工林的结构、组成及其林下凋落物和土壤持水性的变化规律,探讨了桉树连栽措施对林地生态系统结构和水文调节功能的影响.结果表明,在桉树林生长特征上,第4代比第1代桉树林在胸径、树高和生物量上分别降低了43.4%、33.7%和42.7%;在生物多样性方面,桉树林下植物种类的数量随着连栽代次增加而呈下降趋势(p<0.05);在凋落物持水性能上,第1代桉树林下凋落物蓄积量和最大持水量最大,要比第4代高30.0%以上,但是最大持水率在不同连栽代次间差异不显著(p>0.05);在土壤持水特征上,随连栽代次增加,桉树林下土壤容重提高,而孔隙度、渗透速率以及持水量明显降低,其中1代桉树和3、4代间存在显著差异(p<0.05).连栽措施明显改变了桉树人工林群落结构特征及其持水功能.     

广东白盆珠水库水源林土壤水源涵养能力研究

通过对广东省白盆珠水库水源林土壤类型调查及土壤水分物理性质的测定,结果表明:库区水源林水平地带性土壤属赤红壤,山地土壤垂直带谱明显,分布有赤红壤、山地红壤、山地黄壤和山顶灌丛草甸土4个类型。土壤容重约为1.338g·cm^-3,随海拔升高土壤砂粒含量增加。土壤总孔隙度在45%～50%,非毛管孔隙度在5%～9%之间,毛管孔隙度35%～50%。不同森林类型土壤的最大持水量在30%～50%,即50～60mm,变化不大;蓄水容量有较大区别,范围在500～850t·hm^-2,灌丛草甸土最大,针阔混交林次之,沟谷阔叶林最小;排水能力约在130～180t·hm^-2,并以灌丛草甸土为最大,次生阔叶林为最小。该库区水源林土壤的排水和蓄水容量分别为62.69万t、316.29万t,消洪补枯能力明显。但水源林土壤非毛管孔隙度较小,蓄水量小于广东各种有林地森林类型平均蓄水量,所以该库区的水源林还需加强保育,以提升土壤的水源涵养能力。     

低效柏木纯林不同改造措施对水土保持功能的影响

川中丘陵区是四川乃至长江上游水土流失最为严重的区域之一.为水分涵养和遏制土壤流失,20世纪60年代开始,该区域内营建了大量以桤柏混交为主的人工林.随着桤木的消退,桤柏混交林林快速发展为柏木纯林;林分树种单一、结构不合理,天然更新不良、稳定性差,水源涵养、水土保持等生态服务功能降低等问题突显;严重威胁着长江下游生态安全,亟需进行林分改造.为了寻求有效的林分改造措施,从2005年开始,课题组在川中丘陵区开展了以不同带宽强度的带状采伐和采伐带补阔的林分改造试验.以2005年改造林分为对象,研究不同改造措施对林分水土保持功能的影响,为下一步大面积林分改造提供依据.研究结果表明:(1)林分改造总体降低了林分的林冠截留,截留量大小表现为:对照＞10m带宽改造林分＞8m带宽改造林分＞6m带宽改造林分＞4m带宽改造林分.(2)林下灌草生物量鲜重和截留量8m改造林分最大,其次6m改造林分＞10m改造林分＞4m改造林分＞对照林分.(3)枯落物量和持水均以对照高于改造林分,但总体数值较小;各改造林分间无显著性差异.(4)改造林分土壤孔隙度与贮水量均显著性高于对照林分;并以8m和10m改造强度林分数值最大.(5)照林分地表总径流深极显著性低于各带宽改造强度林分;总产沙量则对照(产沙总量达1262.52kg/hm2)极显著性高于改造林分(499.25-484.95kg/hm2),不同改造强度林分间的产沙量没有显著性差异.从改造林分水土保持综合功能看,8m改造林分最好.