红松阔叶混交林林隙土壤水分分布格局的地统计学分析

以小兴安岭原始红松阔叶混交林林隙为研究对象,采用网格法布点,通过对生长季内林隙各样点土壤含水量的连续观测,利用基本统计学和地统计学的方法分析并揭示了林隙土壤含水量的时空分布格局,旨在为红松阔叶混交林的可持续经营提供基础数据和理论参考。结果表明:林隙土壤含水量不仅存在明显的空间异质性,而且空间异质性的强度、尺度和空间结构组成随时间而改变。浅层土壤水分空间异质性大于深层,林隙0—7.6 cm、0—12 cm和0—20 cm土壤含水量大小顺序均为9月>7月>8月>6月。林隙、郁闭林分和空旷地土壤含水量大小顺序均为0—7.6 cm>0—12 cm>0—20 cm。生长季内6月土壤含水量不同空间样点极差最大,各月变异都属于中等变异程度;基台值和变程大小顺序同样为0—7.6 cm>0—12 cm>0—20 cm;林隙月平均土壤含水量斑块连接度高,形状复杂,0—7.6 cm、0—12 cm和0—20 cm平均土壤含水量最大值均分布在林隙中心及其附近,最小值分布位置不固定;生长季内土壤含水量及其变化程度均为空旷地最大,林隙次之,郁闭林分最小。     

固N树种在混交林中的作用研究Ⅰ．沙棘混交林内根瘤固N与林木生长

研究了沙棘作为下木在混交林中的作用结果表明,沙棘有明显的供Ｎ效应．林冠下生长７ａ的沙棘,年平均固Ｎ量达５４ｋｇ·ｈｍ－２、土壤含Ｎ量比杨树或柳树纯林提高２０～２２％．主林木高生长比纯林提高１８～１９．４％     

黄土丘陵沟壑区林地水文生态效应

根据安塞水土保持试验站1993～2002年林地径流小区的降雨产流产沙的定位观测资料及2002年土壤含水量资料,分析了不同树种对坡面尺度降雨产流产沙及土壤水分的影响.结果表明:场降雨径流小区的产流量、产沙量与降雨量具有较好的相关性;多元回归分析表明,场降雨产流量和产沙量与降雨量和最大30 min 雨强的乘积呈正相关,与植被覆盖度呈负相关,场降雨产沙量回归方程复相关系数为0.253,各处理场降雨产流量回归方程复相关系数的变化范围为0.465～0.723,均达到了极显著的水平(P＜0.01).同时,各树种均具有良好的减流减沙功能,与农地相比,年均产流量和产沙量分别减少4.8%～52.9%和26.8%～86.0%;沙棘纯林及其混交林的减流减沙效益优于油松纯林.同时,沙棘纯林及其各混交林在造林初期就表现出良好的减流减沙效益,随着树龄的增长,其作用更加明显;而油松纯林在造林初期作用不明显,甚至出现产流量和产沙量大于农地的现象,但随着树龄的增长,减流减沙作用逐渐呈现并增大.沙棘纯林及其混交林30 cm 以下土壤含水量在整个生长季中均呈递减趋势,生长季初(4月份)土壤含水量最高,而生长季末(10月份)降到最低值.2002年沙棘纯林的耗水深度为220 cm,而其混交林的耗水深度达到300 cm.同时,在整个生长季节中,沙棘纯林及其混交林整个剖面平均土壤含水量存在着显著的差异,表现为:沙棘×杨树＜沙棘＜沙棘×油松.     

固N树种在混交林中的作用研究I.沙棘混交林内根瘤固N与林木生长

研究了沙棘作为下木在混交林中的作用。结果表明,沙棘有明显的供Ｎ效应。林冠下生长７ａ的沙棘,年平均固Ｎ量达５４ｋｇ·ｈｍ＾－２。土壤含Ｎ量比杨树或柳树纯林提高２０￣２２％,主林木高生长比纯林提高１８￣１９．４％。     

黄土丘陵区沙棘灌木林地土壤水分动态研究

采用生物与工程措施相结合的方法,定位研究了沙棘林地的土壤水分变化动态。结果表明：水平阶、水平沟和鱼鳞坑整地不同立体配置模式土壤水分大幅度提高,0～2．0m沙棘与豆科牧草立体配置的土壤含水量均高于沙棘与禾本科牧草的立体配置;2．0～5．0m沙棘与禾本科牧草立体配置的土壤含水量均高于沙棘与豆科牧草的立体配置。其提高幅度为3％～5％。未采用工程整地措施的沙棘林地,在沙棘生长的第3年,土壤干层的分布深度不甚明显;从第5年土壤干层厚度逐渐加深到1．8m;第7年土壤干层厚度为2．6m;第9年土壤干层厚度为3．1m;第11年土壤干层厚度为2．6m;第13年土壤干层厚度为2．2m。     

辽西半干旱区几种人工林生态系统涵养水源功能研究

从森林生态系统树冠截留降雨、枯落物持水及土壤蓄水3个层次对辽西半干旱区5种人工林生态系统的涵养水源功能进行了定量研究．结果表明,各人工林生态系统树冠对降雨的平均截留率为14．58％～37．19％,依次为沙棘林>油松沙棘混交林>杨树沙棘混交林>油松纯林>杨树纯林;枯落物层厚度为1．6～4．1cm,枯落物贮量为1890．4～6425．2kg·hm^-2,枯落物层厚度和贮量均为沙棘林>油松沙棘混交林>杨树沙棘混交林>油松纯林>杨树纯林,枯落物最大持水量取决于枯落物贮量及其最大持水率,枯落物最大持水量为5957．7～19332．9kg·hm^-2,依次为沙棘林>油松沙棘混交林>杨树沙棘混交林>油松纯林>杨树纯林;各人工林生态系统0～40cm土壤层非毛管蓄水量为23．70～37．85mm,依次为沙棘林>杨树沙棘混交林>油松沙棘混交林>杨树纯林>油松纯林．在5种人工林生态系统中,沙棘林的涵养水源功能最好,混交林较油松和杨树纯林有更好的涵养水源功能．     

黄土丘陵区沙棘群落特性及林地水分、养分分析

为提高沙棘林生产力和合理经营沙棘林,以黄土丘陵区吴旗、安塞试验区多年的观测数据为依据,以沙棘群落特性及林地水分、养分进行了分析,结果表明,沙棘生长迅速,适应性强,4～5年可形成林茂草丰的灌木-草本群落,1～8龄生物量增长迅速。8～11龄生物量增长相对较缓,11龄后通过自然稀疏沙棘能维持较合理的群落结构和较高初级生产量,沙棘对林地土壤水分的利用可分为根系微弱利用层（0～20cm）、根系利用层（20～300cm）、土壤水分补充调节层（300～400cm）和微调节层（400～500cm）,由于沙棘的改土作用及林地估枝、落叶的蓄水作用,沙棘林地1～1.5m,土层土壤水分恢复较好,可超过或接近荒山天然草地、沙棘可通过根瘤固氮及枯枝、落叶等凋落物的分解维持林地养分平衡,6～9龄沙棘,土壤全N量可由农地,草地的0.05%～0.1%提高到0.2%。     

不同土壤水分状况对杨树、沙棘水分关系及生长的影响

在盆栽条件下对杨树、沙棘进行了3种土壤水分处理,研究结果表明：沙棘的叶含水率在同一土壤水分下比杨树高、而水势低,说明沙棘叶的抗旱保水能力强于杨树;沙棘单叶的光合速率能够长时间维持在较高的水平,蒸腾速率却并非如此。杨树无论在生长初期,还是生长中期其单叶WUE均高于沙棘。以新生枝生物量／耗水总量计算的整体WUE在3种土壤水分条件下,杨树的WUE分别是沙棘的2．4倍、2．3倍、2倍,其差异达极显著水平,但在3种土壤水分条件下2个树种都以中度亏缺下的水分利用率最高。整个生长季节处在严重干旱下的杨树和沙棘的生长均受到显著影响,沙棘生长受干旱影响程度小于杨树,从整个生长趋势上看杨树适宜于良好水分下的生长,沙棘在适宜水分和中度亏缺下均可良好生长。     

半干旱黄土丘陵区沙棘和柠条水分利用与适应性特征比较

对半干旱黄土丘陵区坡地多年人工沙棘(Hippophae rhanvnoides)与柠条(Caragana korshinskii)林的土壤水分状况、生产力月动态以及光合生理和水势日变化特征进行比较．结果表明,沙棘与柠条深层土壤均存在不同程度的旱化现象,沙棘林在季节性土壤水分补偿深度和对深层低土壤水分的利用能力方面要强于柠条林．沙棘林的年度生产力大于柠条林．沙棘能够随着土壤水分条件的改善,而提高水分利用效率;柠条具有高光合特别是高蒸腾的光合生理特征,叶片水分利用效率较沙棘低．沙棘与柠条均兼具有御旱性与耐旱性,但沙棘对干旱的适应方式更积极主动．     

黄土丘陵沟壑区坡面尺度土壤水分空间变异及影响因子

土壤水分空间分布特征及其影响因子是土壤前期含水量模拟和小流域产流机制研究的重要内容,也是半干旱地区进行生态建设的重要参考。通过对黄土高原典型坡面雨季前后100 cm深度内土壤含水量进行观测,分析地形、植被和雨季对土壤水分空间分布的影响。基本统计分析显示,土壤水分的空间异质性在上层(<20 cm)较小,在下层(>40 cm)较大。坡面尺度上,土壤含水量的空间差异主要表现在不同植被类型之间,而不是坡位之间。各覆被类型的土壤含水量相对大小为荒草地>8年生刺槐林>20年生刺槐林>沙棘林。即使沙棘林和刺槐林位于更利于获取土壤水分的地形条件下,其土壤含水量仍然明显低于荒草地。地形对土壤水分的影响被植被类型的影响所掩盖。上述规律在雨季前后都有明显表现。因此,完全基于地形指数的土壤水分预测模型在黄土高原应该慎用,植被类型应该作为土壤水分空间预测的一个重要参数。雨季使土壤含水量整体提高,但是土壤水分空间分布格局并没有根本改变,高处仍高,低处仍低,各样点处的土壤含水量在雨季前后达到显著相关水平,说明土壤水分空间格局并不是瞬时状态,而具有明显的时间稳定性。     

黄土丘陵区人工沙棘林水土保持作用机理及效益

沙棘是我国半干旱地区用于水土保持造林的主要生态经济型树种,在“三北”地区生态环境建设中发挥重要作用.对野外试验资料分析表明,7～10龄沙棘林冠年平均截留率为85%,6～10龄沙棘林地枯落物层单次可截留089mm降水;沙棘林通过改善土壤理化性质,具有提高土壤入渗和抗冲性能作用,其中土壤中毛根数量是决定土壤抗冲能力的主要指标.沙棘林的水土保持作用随林龄变化明显,幼林(2～3龄)阶段的作用很小,降水特性是决定林地产流产沙量的主要因素;成林(4～5龄)阶段,产流产沙量受降水和林分生长的共同影响;成林后(6～12龄)阶段,降水特性的影响很小,林地产流产沙量维持相对稳定,年径流深与侵蚀模数分别为03～34mm、0～675t·km^-2.幼林至成林(2～5龄)阶段,径流含沙量急剧减少,成林后(6～12龄)阶段,径流含沙量趋于稳定,含沙量变化在0～509kg·m^-3.     

陕北黄土区雨季后山地枣林土壤水分动态变化研究

选取陕北延川县齐家山红枣试验基地枣林地、苹果林地和撂荒草地为研究对象进行土壤水分动态变化研究，结果表明：①不同坡位、不同坡向和不同整地方式的枣林地土壤水分存在显著差异；其中，研究区下坡位土壤水分最高，为14.19%；阴坡土壤水分最高，为14.19%；水平阶整地枣林土壤水分显著高于原状坡。②研究区不同植被类型间土壤水分垂直变化趋势基本一致。枣林地土壤水分最高，为11.49%；不同植被类型0~100 cm土壤贮水量依次表现为枣林地（144.76 mm） > 苹果林地（124.19 mm） > 撂荒草地（72.20 mm）。③不同植被类型土壤贮水亏缺度存在差异。雨季前，0~20 cm土层亏缺度最小，平均亏缺度表现为撂荒草地 > 枣林 > 苹果林；雨季后，土壤水分亏缺度表现为撂荒草地 > 苹果 > 枣林，除枣林地外均高于雨季前土壤水分亏缺度。④雨季后，研究区3种植被类型0~20 cm土层土壤水分亏缺加剧；20~100 cm土层中，枣林土壤贮水补偿度为正值，土壤水分得到补偿，但最高仅为22.95%，枣林土壤水分仍处于亏缺状态并未完全恢复；苹果林地土壤贮水补偿度则为负值，表明土壤水分亏缺进一步加剧；撂荒草地土壤水分补偿度基本维持在0左右，土壤水分亏缺没有持续恶化。     

寒温带针叶林土壤CH4吸收对模拟大气氮沉降增加的初期响应

N沉降作为驱动因子会改变森林土壤－大气界面CH4净交换通量和方向。然而,对引起北方森林土壤CH4吸收发生转变的大气N沉降临界负荷及其响应机制知之甚少。为此,本研究以我国大兴安岭北方寒温带针叶林土壤作为研究对象,参照大兴安岭站实际大气N沉降通量,构建了低剂量、多形态和高频率的大气N沉降模拟增加控制实验,研究了2010年6-10月生长季土壤CH4吸收通量及其驱动因子对增N的初期响应。研究表明：整个生长季,大兴安岭寒温带针叶林土壤作为大气CH4净汇,CH4平均吸收通量为51.5?4.70 ugm-2h-1,主要受0-10cm土壤水分驱动。短期内,0-10cm矿质土壤NH4 -N含量对增N响应敏感;0-10cm矿质土壤NO3--N含量则受NO3--N输入影响较为明显。相反,0-10cm矿质土壤pH对增N的响应不敏感。总体上,低剂量的N输入对大兴安岭寒温带针叶林生长季土壤－大气界面CH4净交换通量影响不显著,而不排除NO3--N 输入尤其是低N处理情形所呈现出促进土壤CH4氧化的趋势。大兴安岭寒温带针叶林土壤CH4吸收对增N的响应敏感程度可能和土壤CH4活性氧化区域,土壤NH4 -N、NO3--N含量空间分布格局和相对比例有关。未来长期低水平的大气N沉降是否会改变大兴安岭北方森林土壤氧化大气CH4趋势,有待研究。     

北京山区侧柏-荆条系统水分来源对降雨事件的响应

分析了北京鹫峰山区侧柏、荆条枝条水及其潜在水分来源的氢氧同位素特征,运用IsoSource模型解析侧柏、荆条系统水分利用来源的季节变化及其对降雨事件的响应.结果表明:旱季初期(4月)研究区0～20 cm土层富集土壤水¹⁸O值,20 cm以下该值则随着土层深度增加逐渐减小,侧柏主要利用前2～3 d降雨补充的0～30 cm层土壤水;旱季末期(6月)侧柏和荆条分别利用当天雨水补充的0～10和10～30 cm层土壤水;雨季(7月)侧柏利用前期降水补给的0～40 cm层土壤水(59.3%)和近期降水(12.5%),荆条则利用近期降雨供给的0～30 cm层土壤水;侧柏的土壤水分来源逐月加深,至生长季末(11月)其主要利用60～80 cm层土壤水(前2～3 d降雨补给),而荆条枝条水δ¹⁸O值远离各水分来源δ¹⁸O值.两物种对水分的竞争压力小,适应本区域气候特征,尤其在应对特大暴雨等极端天气时,植物系统垂直分布的水分来源能够有效分流洪峰,减小暴雨瞬时破坏力.     

元阳梯田水源区旱冬瓜水分来源

旱冬瓜(Alnus nepalensis)是元阳梯田水源区的优势树种之一,其作为一种速生树种被发展为当地居民重要的薪炭林和经济林,树种的生长发育和地理分布受到水分制约,其吸收水分和水分利用的变化将会直接影响森林生态系统的水循环。该研究于2014年5－11月间进行,研究时段内累计降雨1262 mm,地下水δD 值在－71‰~－53‰范围,δ18 O 在－10.6‰~－7.0‰范围,受环境因子的影响很小,基本上保持常年稳定。土壤水是可供树种直接吸收利用的水源,基于氢氧稳定同位素技术,对比元阳梯田水源区旱冬瓜树种茎干水δD 和其林地不同深度土壤水δD 的同位素组成情况,结合不同深度土壤含水量,定性分析判断旱冬瓜对土壤水的利用,结果表明旱冬瓜旱季利用的土壤水主要分布在40 cm 土层附近,而雨季利用的土壤水范围较广,分布在0~60 cm 的土层。利用多元线性混合模型 IsoSource 软件定量分析旱冬瓜对土壤水和地下水的利用,结果表明：旱冬瓜水分来源分布较广,各土层土壤水和地下水均有贡献,雨季旱冬瓜主要利用0~60 cm 深土壤水,其中雨后旱冬瓜绝大部分水分来源于0~10 cm 的土壤水分,利用比例为66％~73％;其它时间主要利用40~60 cm 的土壤水,贡献率高达73％;旱季旱冬瓜的绝大部分水分来源于地下水,对地下水的利用比例为18％~68％,同时,40~60 cm 的土壤水也是其重要的水源。从不同时间尺度考察旱冬瓜对土壤水和浅层地下水的需求,更加准确地认识元阳梯田水源区不同森林类型优势树种的水分来源,为梯田森林生态系统经营与维护以及梯田的可持续发展提供了理论依据。     

黄土旱塬区苹果园土壤水分动态

选取黄土旱塬区盛果期果园,于2009-2013年对0～500 cm土层土壤含水量进行连续监测,了解其土壤水分动态变化规律.结果表明： 平水年,苹果园耗水主要发生在0～300 cm土层;年降水量小于400 mm时,果树主要消耗300 cm以下土层土壤水分;受年降水量和苹果耗水的共同影响,200～300 cm土层是土壤水分的最大波动层;苹果园4-6月底季节性干旱明显,土壤水分的蓄积主要发生在7-10月中旬,该期的土壤蓄水能有效缓解下一年的春季干旱.     

黄土丘陵区不同土地利用类型土壤水分变化特征

土壤水分是制约黄土丘陵区生态建设和土地可持续利用的关键因子,认识不同土地利用类型的土壤水分状况对该地区植被恢复和土地资源的有效利用具有重要的理论和实际意义.本研究采用EC-5土壤水分传感器,对黄土高原园则沟流域坡耕地、梯田、枣园和草地生长季内(5—10月)0~160 cm土壤剖面含水量进行连续监测,探讨这4种典型土地利用类型的土壤水分变化特征.结果表明:在降水常态年和干旱年,不同土地利用方式土壤水分的季节变化、蓄水特征及垂直分布均存在差异.在2015年干旱年,梯田表现出良好的蓄水保墒效果,0~60 cm土层生长季平均土壤含水量分别比坡耕地、枣园和草地高2.6%、4.2%、1.8%(P<0.05),0~160 cm土层储水量分别比坡耕地、枣园和草地高43.90、32.08、18.69 mm.在2014年常态年,枣园0~60 cm土层生长季平均土壤含水量分别比坡耕地、梯田和草地低2.9%、3.8%、4.5%(P<0.05);在干旱年,0~160 cm土层有效水储量仅占土壤总储水量的35.0%.不同土地利用方式下均是表层(0~20 cm)与中层(20~100 cm)土壤水分的灰色关联度较大,且土壤水分变化态势的相似程度表现为梯田>草地>坡耕地>枣园.对于试验区内的坡耕地,可考虑改造为梯田,以提高雨水资源的有效利用、促进生态农业建设;而针对黄土丘陵区旱作枣园土壤缺水严重的现象,需采取适当水分管理措施以降低枣树自身耗水和其他无效耗水,实现枣园可持续发展.     

宁南山区不同乔木林地土壤干层分布及干燥化特征

以宁南山区典型坡面不同人工林地为研究对象,分层采集0~600 cm土样,分析杏树(Armeniaca vulgaris)、杨树(Populus simonii)、榆树(Ulmus pumila)、刺槐(Robinia pseudoacacia)和松树(Pinus sylvestris var.mongolica)及农田(对照)土壤含水量垂直剖面分布特征,采用干燥化指数(SID)、土壤水分相对亏缺指数(CSWDI)、干层起始深度(DSLFD)、干层厚度(DSLT)和干层内平均含水量(DSL-SWC)等指标对土壤干燥化强度和干层分布特征进行分析,利用冗余分析(RDA)确定相关环境因子对土壤干燥化和干层的影响,为黄土高原山区植被合理利用水土资源和生态恢复等提供数据支撑。结果表明:(1)杏树、杨树、榆树、刺槐、松树土壤水分均属中等变异,且0~600 cm平均土壤含水量与对照农田相比分别降低了31.17%、24.15%、23.19%、29.67%和18.35%。(2)不同人工林地干层起始深度、干层厚度及垂直剖面土壤水分分布明显不同,杏树、杨树、榆树、刺槐、松树和农田土壤干层起始深度分别为90、160、140、140、160和600 cm,干层厚度分别为510、460、480、480、460和0 cm。(3)杏树、杨树、榆树、刺槐和松树0~600 cm平均土壤干燥化指数分别为63.48%、91.88%、95.17%、73.97%和111.91%,土壤水分相对亏缺指数分别为0.68、0.59、0.52、0.63和0.41,其土壤水分干燥化强度及亏缺程度由高到低依次为杏树>刺槐>杨树>榆树>松树。(4)RDA分析结果表明,乔木类型、黏粒含量和地形条件是影响土壤干燥化的重要因素。     

小兴安岭5种林型土壤呼吸时空变异

原始阔叶红松林、谷地云冷杉林、阔叶红松择伐林、次生白桦林、人工落叶松林是小兴安岭乃至东北地区的重要森林类型。采用红外气体分析法比较测定了这几种森林类型的土壤呼吸及其相关环境因子,分析探讨了这几种森林类型土壤呼吸的时空变异。结果表明:各林型土壤呼吸与5 cm深土壤温度(T5)呈显著的指数相关,并且土壤呼吸与土壤温度、土壤湿度及其相互作用的回归模型可以解释各林型土壤呼吸约71%的季节变异。生长季平均土壤呼吸速率为次生白桦林(3.59μmolCO.2m-.2s-1)>谷地云冷杉林(3.52μmolCO.2m-.2s-1)>阔叶红松择伐林(3.44μmolCO.2m-.2s-1)>原始阔叶红松林(2.58μmolCO.2m-.2s-1)>人工落叶松林(2.29μmolCO.2m-.2s-1),说明土壤呼吸对原始阔叶红松林人为干扰的响应是不同的。各林型Q10值介于1.84(人工落叶松林)—2.32(次生白桦林)之间。在整个生长季,各林型之间土壤呼吸的变异系数变化幅度为19.74%—37.39%,而各林型内土壤环间其变化幅度为32.13%—60.20%,显著大于样地间的变化幅度14.28%—35.70%(P<0.001),说明土壤呼吸在细微尺度上的差异更大。土壤湿度可以解释各林型(阔叶红松林除外)内部土壤呼吸15.8%—33.5%的空间异质性。     

干旱区膜下滴灌条件下土壤深层水对棉花根系生长、分布及产量的影响

在土柱栽培条件下研究膜下滴灌土壤深层水对棉花根系生长的影响及与植株地上部生长的关系,设置土壤(60～120 cm)有深层水和无深层水2个处理,每处理设2个生育期间灌溉处理,分别为田间持水量70%和55%.结果表明：棉花总根质量密度、40～120 cm土层根长密度、根系活力等与地上部干质量间均具有显著的相关关系.生育期间耕层70%田间持水量条件下,土壤有深层水处理的总根质量密度与无深层水处理无明显差异,但40～120 cm土层的根长密度增加,根系活力增强,提高了土壤贮备水消耗量,增加了地上部干质量,最终获得较高的经济产量及水分利用效率.土壤有深层水条件下,生育期间耕层55%田间持水量处理的根冠比较大,40～120 cm土层根长密度和80～120 cm土层根系活力相对较高,土壤贮备水消耗量大幅提高,但仍无法弥补生育期间水分亏缺对根系及地上部生物量造成的负面影响,导致经济产量显著低于70%田间持水量处理.综上,充足的土壤深层水配合生育期间耕层65%～75%田间持水量,可促进棉花根系向下生长,有利于实现膜下滴灌棉花节水高产高效生产.