植被发育玄武岩斜坡土体大孔隙尺寸及其主要影响因素

极端异常气候诱发植被发育斜坡发生滑坡灾害的数量逐年攀升,土体大孔隙产生的优先流对其有重要影响.本文结合水分穿透曲线和Poiseulle方程对马卡山植被发育玄武岩斜坡土体大孔隙的半径范围、数量、平均体积进行估算,分析了该区土体大孔隙分布情况及其主要影响因素.结果表明：研究区域主要植被下土体大孔隙半径在0.3~1.8 mm,主要集中在0.5~1.2 mm,1.4~1.8 mm的大半径孔隙相对较少, 而＜1.4 mm的小半径孔隙较多.随着剖面发育,大孔隙表现为上部土层多、下部土层少的特点.大孔隙平均体积决定了稳定出流速率84.7%的变异.在影响大孔隙平均体积大小的诸多因素中,植被根系质量密度与其呈线性关系,相关系数为0.70,土壤有机质含量与其呈线性关系,相关系数为0.64.     

六盘山森林土壤的石砾对土壤大孔隙特征及出流速率的影响

石砾广泛分布于山地林区的土壤中,它对土壤的大孔隙及水分运动特征具有重要影响,是还较少研究的与森林水文过程有关的重要因素。基于对田间持水量与饱和含水量之间的土壤孔隙为大孔隙的定义,在宁夏六盘山南侧香水河小流域调查分析了典型植被样地土壤的石砾体积含量和大孔隙特征（半径、密度、面积比）及其之间的关系,并评价了它们对水分出流速率的影响。结果表明,土壤大孔隙的平均半径和密度都对水分出流速率影响显著,特别是半径〉1．4mm的大孔隙密度的影响格外显著,虽然其密度仅占大孔隙总密度的6．86％,但可解释稳定出流速率变异的67．4％;作为综合反映大孔隙半径与密度的参数,土壤断面的大孔隙面积比能更好地解释稳定出流率变化,稳定出流速率随大孔隙面积比增大而线性增加,线性回归关系式的确定系数高达0．8361。石砾含量与稳定出流速率的关系比较复杂,在0～60cm土层内,石砾含量〈15％时,稳定出流速率随石砾含量增大而增加,之后转而减少;但在60～80cm土层,则呈相反的变化趋势。石砾含量增加能导致土壤大孔隙半径增大,特别是半径大于1．4mm的较大大孔隙的密度增大,但对较小半径的大孔隙密度影响较弱,说明石砾在一定程度上通过影响土壤大孔隙的半径和密度特征来影响土壤水分出流速率。土壤稳定出流速率随土层深度而变化,在作为主根系层的0～60cm土层随土壤加深而降低,在〉60cm土层则随土壤加深而提高,这是因为土壤大孔隙和稳定出流速率在主根系层更多地受植物改良土壤作用影响,在深层土壤则更多地受石砾含量增加的影响。     

连栽桉树人工林土壤大孔隙特征及其对饱和导水率的影响

速生人工林多代连栽容易导致土地水源涵养能力下降。土壤大孔隙以优先流的形式补充地下水,是定量研究土壤水分运动的重要指标。以连栽1-4代桉树人工纯林为研究对象（记录为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）,采用水分穿透曲线法,绘制水分穿透曲线,结合Poiseulle方程计算出大孔隙数量、半径及饱和导水率等指标,对土壤大孔隙特征及其对饱和导水率的影响进行研究。结果表明：（1）桉树人工林土壤的出流速率总体表现先匀速增加后趋于稳定,稳定出流速率总体表现为I > II > III > IV。（2）大孔隙半径范围在0.3-1.5 mm,主要集中于0.4-0.6 mm,随土层深度增加显著减小（P<0.05）。大孔隙数量范围在3.56×10⁴-4.81×10⁵个/m²。随着连栽代次的增加,大孔隙孔径范围变小,同一孔径范围的大孔隙数量减少。土壤容重与大孔隙特征呈极显著负相关关系;有机质含量与大孔隙特征呈极显著正相关关系。（3）各样地土壤饱和导水率范围在0.41-4.50 mm/min,并随着连栽代次增加而降低。将大孔隙的总数量、平均体积与土壤饱和导水率进行线性拟合,拟合方程为：y=ax+b=,（R²>0.66）。综上,随着桉树人工林连栽代次的增加,土壤大孔隙孔径范围缩小、同等半径的大孔隙数量减少,饱和导水率降低,土壤入渗及导水性能减弱,容易造成水土流失。     

干湿交替对红河干旱河谷区土壤优先流形成特征的影响

为明确干旱河谷气候区干湿交替作用对土壤优先流形成的影响,本研究以红河干旱河谷区的荒草地为对象,通过模拟干湿交替的方法,基于染色示踪和水分穿透曲线试验并利用图像处理技术,对比分析模拟前后土壤优先流特征的差异性规律.结果表明:模拟干湿交替条件下基质流发生区在0～10 cm 土层,染色深度高达35 cm,其优先路径的水平宽度...     

四面山阔叶林土壤大孔隙特征与优先流的关系

为研究土壤大孔隙数量、分布特征与优先流发生之间的关系,在使用亮蓝染色法划分林地优先流发生区域基础上,利用穿透曲线理论方法,对重庆四面山典型亚热带阔叶林土壤剖面染色和未染色区域内的土壤大孔隙进行了量化分析.结果表明：研究林地土壤剖面内大孔隙半径多在0.3～3.0 mm,大孔隙率为6.3%～10.5%,随着土壤深度的增加,大孔隙呈现出聚集态的分布特征.各孔径范围内,染色区域的土壤大孔隙数量较未染色区域高出约1个数量级.半径＞0.3 mm,尤其是半径＞1.5 mm的大孔隙数量,是影响林地优先流发生的主要通道.森林土壤0.3～3.0 mm孔径范围内,大孔隙数量与其对应的土壤水分稳定出流速率呈显著的正相关关系,其中在0.7～1.5 mm和1.5～3.0 mm孔径范围内大孔隙数量与稳定出流速率相关程度最大,相关系数分别为0.842和0.879.发生优先流的染色区内大孔隙联通状况优于未染色区,两区中1.5～3.0 mm孔径范围内的联通大孔隙数量差异最大,相差78.3%.染色区内大孔隙数量随土壤深度的增加逐渐减少,“漏斗”状的孔隙分布特征可以形成有效的水压梯度,有利于水分优先运移.     

三峡库区森林土壤大孔隙特征及对饱和导水率的影响

土壤大孔隙是土体内孔径较大能优先传导水分的根孔、洞穴或裂隙,大孔隙内优先流的产生是土壤水分运动研究由均衡走向非均衡的标志。利用原状土柱的水分穿透试验,对三峡库区山地不同林型覆盖下土壤的大孔隙结构进行了研究,分析了温性阔叶林棕壤、针阔混交林黄棕壤、暖性针叶林黄壤及弃耕草地剖面内大孔隙的剖面分布特征及其对土壤饱和导水率的影响。结果表明:研究区内森林土壤的大孔隙当量孔径在0.3—3 mm之间,占土壤总体积的0.15%—4.72%。大孔隙中孔径0.3—0.6 mm的大孔隙密度最大,占大孔隙总数量的72.2%—90.4%;而孔径1 mm的孔隙仅占大孔隙总数量的1.26%—8.55%。土壤大孔隙密度和大孔隙面积比的顺序为:温性阔叶林棕壤针阔混交林黄棕壤针叶林黄壤弃耕坡地。各孔径段的大孔隙密度在不同样点均呈现A层-B层-C层逐渐减小的趋势,大孔隙密度与有机质含量呈显著正相关关系。土壤饱和导水率与不同孔径大孔隙的密度、面积比均成显著正相关关系,孔径1mm的大孔隙仅占大孔隙总数量的1.26%—8.55%,但决定了饱和导水率84.7%的变异。此外,森林土壤饱和导水率与各土壤层的有机质含量成显著正相关关系,有机质的增多有利于改善土壤的入渗性能。     

大气降尘沉积对塔克拉玛干沙漠腹地土壤水盐运移的影响

利用微型蒸渗仪(MLS)对不同粒级和不同厚度大气降尘沉积条件下塔克拉玛干沙漠腹地土壤水分蒸发和盐分运移进行了模拟试验.结果表明：不同粒级和不同厚度大气降尘沉积均对研究区土壤水分蒸发和盐分运移有显著影响;在相同的沉积厚度和相同的初始含水量条件下,细粒物质（粒径<0.063 mm）沉积可促进土体蒸发、加速下层土体的干旱和盐分的表聚,而粗粒物质（粒径0.063～2 mm）沉积则抑制了土壤水分蒸发、降低了深层土壤水分的损失和盐分的表聚;研究区土壤水分蒸发抑制效率在0.20 mm粒径处出现拐点,粒径在0.063～0.20 mm时,蒸发抑制效率随粒径增大而增大,当粒径>0.20 mm时,蒸发抑制效率则随粒径增大而减小.在相同粒级和相同的初始含水量条件下,不同厚度大气降尘沉积对土壤水分蒸发具有抑制作用,且土壤水分蒸发抑制效率随着沉积厚度的增大而增大,蒸发抑制效率与沉积厚度呈对数关系;沉积厚度越大,盐分向表层积聚越困难.降尘的加入可能导致干旱荒漠区生态系统的不稳定.     

岷江上游干旱河谷岷江柏的光合与水分生理特征干湿季对比研究

岷江柏（Cupressus chengiana）是干旱河谷地区的重要生态恢复物种,为探讨岷江柏对干旱河谷环境的适应策略,以生长于岷江上游干旱河谷自然生境中的岷江柏为研究对象,研究分析了其在湿季（7月）和干季（11月）的水分生理特征和光合生理特征。结果表明：（1）水分生理方面,相较于湿季,干季岷江柏的脯氨酸（Pro）、可溶性糖（SS）、过氧化物酶（POD）显著增加（P<0.05）,比叶重（LMA）、黎明水势（Ψ_pl）、正午水势（Ψ_ml）则显著下降（P<0.05）;（2）光合生理方面,相较于湿季,岷江柏在干季的气孔导度（G_s）、蒸腾速率（T_r）、饱和光下最大净光合速率（P_nmax）、初始羧化效率（CE）、光合能力（A_max）、CO₂补偿点（Γ）、光呼吸速率（R_p）、最大羧化速率（V_cmax）、最大电子传递速率（J_max）、磷酸丙糖利用率（TPU）、J_max/V_cmax、光能捕获效率（F_v''/F_m''）、PSII实际光化学效率（Ф_PSII）、光化学猝灭系数（qP）、电子传递效率（ETR）均显著下降（P<0.05）,而暗呼吸速率（R_d）、水分利用效率（WUE）、非光化学猝灭系数（NPQ）则显著上升（P<0.05）。干季,岷江柏采取增加水分获取能力并降低水分散失的水分利用策略、增加光合产物消耗策略、增加热耗散的光合器官保护策略等,以适应干季干旱、低温等环境胁迫,进而表现出较强的环境适应性。     

模拟水分胁迫对水曲柳光合速率及水分利用效率的影响

经过3年人工模拟水分胁迫,研究了不同水分处理下水曲柳光合特征及其水分利用效率的变化.结果表明,在中度水分胁迫(MW)下,水曲柳的光合速率和水分利用效率比对照组均有所提高,而在重度水分胁迫(LW)下则分别降低了7.26%和1.13%.长期的中度水分胁迫使水曲柳的光合潜力得到充分发挥,其适应性也好于重度水分胁迫.对照组水曲柳的光合速率日变化呈单峰曲线,MW组和LW组则均呈"双峰"曲线;对照组水曲柳水分利用率的日变化呈现双峰曲线,而MW组和LW组则呈现波动趋势,无明显的波峰和波谷.这与水曲柳在不同水分处理下的生理特性和环境因子的日进程密切相关.     

秦岭火地塘林区土壤大孔隙分布特征及对导水性能的影响

大孔隙广泛分布于森林土壤中,是定量研究与土壤水分运动有关的重要因素,其研究可深化森林涵养水源机理的认识。基于田间持水量到饱和含水量之间的土壤孔隙作为大孔隙的标准,利用土壤水分穿透曲线和Poiseulle方程研究了秦岭火地塘林区森林土壤大孔隙分布特征及其对土壤饱和导水率的影响。结果表明,林区土壤大孔隙当量孔径主要分布在0.3—3.8 mm之间;当量孔径1.5 mm的大孔隙密度较小,其数量仅占大孔隙总数量的5.37%;各当量孔径的大孔隙密度随土层分布基本呈现为上层大、下层小的特点,且垂直分布差异显著,其与有机质含量分布有极显著的相关性。0—60 cm土层大孔隙平均面积比顺序为:针阔混交林油松林落叶阔叶林华山松林。不同当量孔径的大孔隙密度与饱和导水率呈显著正相关关系,当量孔径大于1.5 mm的大孔隙密度决定了饱和导水率84%的变异;大孔隙率平均在1.6%—13.3%之间,当其小于5%时,饱和导水率随着大孔隙率增大而增大。     

岷江上游地区近30年森林生态系统水源涵养量与价值变化

根据岷江上游地区自然地理环境条件的差别,将该区森林植被划分为暗针叶林、其它针叶林、阔叶林和灌木林等4个类型,利用年降雨量、林冠截流量数据、径流系数以及"影子价格"等方法,计算和评述了该区森林生态系统水源涵养效益;并利用遥感4期影像分析了岷江上游地区森林生态系统水源涵养量的变化原因.结果表明:2000年岷江上游森林生态系统年水源涵养量最高,为1.3892×1010 m3,经济价值为93.07亿元.去除降雨量的影响后,在各时期年降雨量为705 mm的情况下,岷江上游地区1986年的水源涵养量最高,为1.3348×1010 m3,经济价值为89.43亿元;1995年水源涵养量下降,为1.2320×1010 m3,经济价值为82.54亿元;2000年水源涵养量及经济价值与1995年基本持平.造成这一现象的主要原因是20世纪90年代岷江上游森林景观受到人为的严重破坏,而随后实施的"天然林保护工程"与"退耕还林还草"政策,加强了人工植被恢复建设,改善了森林生态系统,使森林生态系统水源涵养量有所恢复.     

岷江上游森林景观边界效应

应用地理信息系统和遥感技术对岷江上游森林景观在景观尺度上的边界效应进行了分析.结果表明:人工形成的林-农边界较清晰、其植被过渡明显,林地边缘的生物量低于林地内部,影响域为60m,农田边缘的生物量高于农田内部,边界效应范围为60～90m;自然形成的林-草边界过渡缓和,林地边缘的生物量低于林地内部,而草地边缘的生物量高于草地内部,边界效应对林地的影响范围为60m、对草地的影响范围为45～75m;林-灌边界的边界效应类似林-草边界,对林地影响域为60m,对灌木林地的影响域在45～75m之间.     

岷江上游小流域景观格局对土壤侵蚀过程的影响

以GIS为平台,利用泥沙输移分布模型模拟了岷江上游黑水流域和镇江关流域的流域侵蚀量、产沙量的空间分布,将模拟结果与土地利用图相结合,分析了各土地利用/覆被类型方式对侵蚀、产沙过程的影响,并利用景观空间负荷对比指数分析了土地利用/覆被类型随空间要素的配置、贡献权重和组成比例对土壤侵蚀的影响.结果表明:不同土地利用方式的土壤侵蚀模数不同,依次为裸岩>居民点>草地>农田>灌木林>林地;不同土地利用/覆被类型的产沙模数没有明显差异.2个流域土地利用/覆被类型随坡度的空间配置较优,随相对高度、相对距离和运移距离的空间配置较差;2个流域土地利用/覆被类型随着空间元素的配置各有优势,考虑土地利用/覆被类型的贡献权重后,镇江关流域的格局优势增加,当进一步考虑土地利用/覆被类型的组成比例时,镇江关流域的格局则优于黑水流域;只有综合考虑空间配置、贡献权重和组成比例,才能全面度量流域景观格局对土壤侵蚀的影响.坡度的景观空间负荷对比指数的构造不能准确地表现土地利用/覆被类型的贡献权重、组成比例对土壤侵蚀的影响,还需进一步改进.     

岷江上游半干旱河谷区3种林型土壤氮素的比较

比较研究了岷江上游半干旱河谷区辐射松人工林、油松人工林与邻近灌丛0-20cm、20-40cm、40-60cm土层土壤氮素和氮循环过程相关酶的特征,包括土壤有机碳、全氮、碳氮比、硝态氮、铵态氮、无机氮、微生物量氮含量及蛋白酶、脲酶、硝酸盐还原酶活性。结果表明,辐射松林和油松林各土层土壤有机碳含量、碳氮比和硝酸盐还原酶活性无显著差异,油松林土壤无机氮含量和脲酶活性显著高于辐射松林土壤,而辐射松林土壤微生物量氮含量是3种林型土壤中最高的,灌丛0-20cm土层土壤有机碳、全氮含量最高。此外,有机碳、全氮含量、脲酶活性随土层深度增加而降低;而硝酸盐还原酶活性却随土层深度的增加而增强;同时,各土层间蛋白酶活性差异较小。因此,植被类型对土壤氮素转化有一定影响,而从目前的土壤氮素状况来看,油松林土壤中植物可直接吸收利用的氮素高于辐射松林和灌丛;辐射松林土壤微生物固持的氮素含量最高。区域3种植被类型土壤氮素状况还受到半干旱气候因素的强烈影响。     

岷江上游本地种油松和外来种辐射松造林对土壤磷的影响

通过测定岷江上游16年生本地种油松和外来种辐射松人工林下不同土壤层次中各形态磷素含量以及磷酸酶活力,阐述两种林分对土壤磷素含量及其分布的影响.结果表明,在各个土层中,两种林分下的土壤含水量、pH值、有机碳的含量以及微生物生物量磷均无显著差异.在0～20cm土层中,油松林与辐射松林土壤全磷、Al-P、Fe-P、Ca-P含量以及磷酸酶活力均无显著差异,而油松林土壤有效磷和有机磷显著高于辐射松林;在20～40cm土壤中,油松林土壤全磷、有效磷、有机磷、Al-P、Fe-P含量与辐射松林差异不显著,油松林土壤Ca-P含量、酸性磷酸酶和中性磷酸酶活力显著高于辐射松林;在40～60cm土壤中,油松林土壤除中性磷酸酶活力与辐射松林的差异不显著外,其余各形态磷素含量和酸性磷酸酶活力变化与20～40cm土壤中的一致.此外,随土壤深度的增加,两种人工林土壤各形态磷素含量、磷酸酶活力都呈降低的趋势.单从土壤磷的状况看,油松林土壤中磷素含量高于辐射松林.     

岷江上游林农边界网络的生态效应

应用地理信息系统软件从遥感影像中提取出岷江上游的农田边界类型图,结合坡面尺度上林农边界效应的分析结果,对林农边界效应在景观尺度上的影响进行了研究。结果表明:研究区的农田边界共有5种类型,分别是农田与林地、灌木林地、草地、水体、建筑用地之间的边界,其中林农边界长2473.68km,占农田边界的37.57%,广泛分布在岷江干流及其支流的河谷中,在很大范围上影响着农田的土壤水分和生物多样性,对林地的影响相对较小;边界效应使林地边缘和农田边缘的土壤水分低于其内部,研究区有2103hm2的农田和371hm2的林地的土壤水分受到边界网络影响,分别占研究区农田面积和林地面积的2.33%和0.03%。由于土壤水分是制约研究区植物生长的限制性因子,且岷江上游的农田斑块面积较小且分布零散,因此应避免农林复合景观中边界密度进一步增加。     

岷江上游花椒地/林地边界土壤水分影响域的定量判定

在岷江上游干旱河谷区,选取典型的花椒地/林地边界,利用TDR仪测定干旱条件下、雨后和每月0～15 cm土层水分含量,并用移动窗口法判定土壤水分的边界影响域.结果表明,若用移动窗口法对土壤水分的边界影响域进行判定,当窗口宽度为8～12时,边界影响域较易判定.年内土壤水分随时间变化而变化.这种变化可分为土壤水分上升期、高峰期和消退期3个时期.干旱条件下土壤水分的边界影响域较小,其宽度约从花椒地6 m到林地2 m;雨后土壤水分的边界影响域有较大增加,其宽度约从花椒地12 m到林地2 m;年内土壤水分的边界影响域宽度约从花椒地10 m到林地2 m之间变化.不同季节土壤水分的边界影响域不同,并随着季节的变化呈动态变化.从生态学意义上讲,岷江上游地区目前进行的将花椒地退耕成林地、栽植树苗的措施是不可取的,该区退耕还林的最好方法应该是退耕,使其灌木林或草本植物自然生长.     

GIS支持下岷江上游土壤侵蚀动态研究

利用TM数据,采用3S技术和通用土壤侵蚀方程(RUSLE)研究岷江上游地区3个典型时期的土壤侵蚀动态,并对影响侵蚀的主要因子进行初步分析.结果表明,研究区3个时期侵蚀面积分别占研究区总面积的1.2%、1.4%和1.70%;年平均侵蚀模数分别为32.64、1 04.74和1 362.11 t·km^-2,以微度侵蚀、轻度侵蚀为主,伴有少量的中度侵蚀.侵蚀面积比较小,侵蚀程度比较轻.侵蚀与坡度呈显著正相关,侵蚀大多发生在＞25°的区域,196年占总侵蚀量的93.65%,1995年为93.1%,2000年为92.71%;在海拔上,中山、亚高山、高山以及干旱河谷是侵蚀发生的主要地带,1986年占总侵蚀量的9.21%,1995年为97.63%,2000年为99.27%;不同类型的植被直接影响到侵蚀的发生,灌木林地以及新退耕的疏林地是3个时期侵蚀的主要发生地,过度放牧导致草场退化,也产生了微度侵蚀;侵蚀的发生和土壤类型密切相关,燥褐土、石灰性褐土最易发生侵蚀,是控制侵蚀的重点区域;人口的增长、户数的增加是侵蚀发生的驱动因子,人口与户数增长导致资源需求压力的增大,侵蚀呈线性增加.