黄土高原刺槐林间伐改造研究

通过对 9年生刺槐 (Robiniapseudoacacia)林以 3种不同保留密度进行间伐改造 ,并对其林内光照、温度和土壤水分环境因子以及林下植被层生物多样性、生产力和林冠层林木的生长情况与原林分进行对比分析 .结果表明 ,间伐改造能改善林木及林下植被层生长发育的环境条件 ,促进林下植被层生物多样性和生物产量的提高 ,增加林木的生产能力 .间伐保留密度达到 1110株·hm-2 时 ,在整个生长季 ,林地土壤水分比原林分提高约 40 %,不仅林下植被层的生物多样性和生物量有大幅度提高 ,而且林冠层林木的生产力达到较高水平 ;如果继续加大间伐强度 ,林下植被层和林木个体的生长已达到最大极限 ,将不再提高 .因此 ,1110株·hm-2 左右的保留密度是可考虑的间伐强度 .     

黄土高原南北样带尺度人工刺槐林对气候响应的敏感性分析

根据黄土高原南北样带尺度的人工刺槐林(Robinia pseudoacacia)的年轮宽度资料,分析了该地区刺槐树木生长趋势,以及刺槐年表对气候响应随降雨梯度变化规律。研究结果表明延安以北的刺槐样点(绥德、神木)年轮指数近期趋于下降,树木有生长衰退现象;而延安以南刺槐样点(延安、富县、宜君、永寿)年轮指数近期趋于上升,树木无生长衰退现象。气候响应结果表明,刺槐年表对气候响应均以延安样点最为敏感,表现年表与温度的负相关关系,以及年表与降雨和干旱指数的正相关关系,而延安以北和以南刺槐样点对气候响应敏感性均较低。黄土高原中部延安地区地处森林草原过渡带,刺槐生长对外界环境变化最为敏感,年表中气候信号也较强;延安以南地区地处森林植被带,气候条件较为适宜刺槐林生长,因而年表中气候信号较弱;延安以北地区地处草原植被带,气候条件比较恶劣,刺槐生长对干旱气候已有一定适应性特征,因而年表中气候信号也较弱。     

黄土高原健康和衰退刺槐林径向生长对气候的响应

全球气候变化导致的区域森林生长衰退和死亡普遍发生,并对森林生态系统结构和组成以及主要生态系统服务功能产生重要影响,然而相关研究在国内还显偏少。根据黄土高原延安羊圈沟小流域人工刺槐林健康和衰退个体分别构建了刺槐健康和衰退树轮年表,并对人工刺槐林健康和衰退年表特征及对气候响应敏感性进行了对比分析。结果表明刺槐衰退年表质量较低,其年表统计参量,包括平均敏感度、样芯间相关系数、信噪比和样本群体代表系数均要低于刺槐健康年表。刺槐衰退年表在生活史早期（1985-2007年）与生长健康年表的波动趋势相类似,而在生活史晚期（2008-2016年）与健康年表指数出现生长分离现象,生长速率明显偏低。年表与气候要素响应分析表明刺槐生长衰退年表对气候要素响应敏感性要低于刺槐生长健康年表,但是两者均含有干旱胁迫气候信号,主要体现在与温度呈负相关关系,与降雨和干旱指数的正相关关系。年表与极端气候年份的时序叠加分析表明,生长健康和衰退年表对极端干旱年份响应敏感性均较高,表明极端干旱胁迫条件对刺槐生长健康和衰退个体均有抑制性影响;生长健康年表对极端湿润年份响应敏感性明显高于衰退年表,表明刺槐健康个体比衰退个体更能有效利用湿润年份有利条件,而具有较高的生长速率。研究揭示出黄土高原健康和衰退刺槐个体生长趋势变化及对气候响应敏感性均存在明显差异性,将为气候变化背景下人工刺槐林生长衰退和死亡预测模型建立提供科学依据,因而对黄土高原人工刺槐林生态恢复和保护及可持续经营具有科学价值。     

黄土高原刺槐林生长与土壤水分关系研究进展

从林地土壤水分、刺槐生长、土壤水分与刺槐生长关系、土壤水分与根系分布的研究四个方面介绍了近十几年来黄土高原刺槐林生长与土壤水分关系研究的最新进展。     

气候变化驱动下黄土高原刺槐林气候适宜性和脆弱性

刺槐是黄土高原乡土树种,具有优良的水土保持和固碳功能。黄土高原生态恢复实践中实施了大规模的植树造林,刺槐林面积占沟壑丘陵区人工植树造林面积90%以上。由于种植时没有考虑刺槐的气候适宜性,一些地区的刺槐林出现了退化现象。采用最大熵模型,在0.5km×0.5km空间精度上分别模拟了1961—1990、1966—1995、1971—2000、1976—2005、1981—2010,以及2100年(典型浓度路径RCP4.5和RCP8.5气候情景下)黄土高原刺槐的气候适宜性和敏感性。模拟结果显示：黄土高原刺槐分布及其动态变化主要受到最冷月温度、极端低温、降水量、年辐射量等气候因子影响,低温(最冷月温度、极端低温)是影响刺槐的最关键因子。黄土高原西北和北部广大地区,自然环境条件不适合刺槐林生长;黄土高原东南部(关中平原和山西南部)比较适合刺槐生长。相对1961—1990年,1961—2010年期间刺槐林适宜区分布格局基本没有改变,RCP4.5和RCP8.5气候情景下刺槐林适宜区分布格局也没有显著改变。图层叠加分析发现,刺槐的气候适宜度(即存在概率)发生了明显改变。黄土高原西部和北部属于不适宜刺槐生...     

黄土高原残塬沟壑区坡地刺槐不同皆伐更新幼林地土壤水分动态

坡地刺槐林成熟后便须进行伐更新,更新方式可采取萌芽更新和带状混交更新两种方式,分析了刺槐林更新改造后要地土水分动态和空间变异规律及林地耗水特征的变化,结果表明,刺槐林皆伐更新促进了２００ｃｍ以下深层土壤不分向根层的补给,导致更新幼林地土壤湿度较未更新林地明显提高,而其林耗水总量却较未更新林地并未减少,甚至增加,表出现富足型的耗水特征,此外,刺槐林更新改造后不会因迳流量的增加而引起新的水土流失,保证     

北京人工刺槐林化学元素含量特征

 31年生人工刺槐(Robinia pseudoacacia)林内各种植物的化学元素含量以C素最高,尤以刺槐树干中C含量多。N和Ca在刺槐叶片中含量大。丛生隐子草(Cleistogenes caespitosa)地上部分含K量高于林内其他植物。Fe在荆条(Vitex negundo var．heterophylla)叶片中含量较多。Al和Na在植物细根中含量为大。酸枣(Zizyphus jujuba var．spinosa) 叶中含有较高的Mg和Mn。 刺槐林的乔木、灌木、草本层化学元素积累量以C>Ca>N> K>Mg>P>Fe>Al>Na>Mn>Cu>Zn为序。灌木层化学元素积累量除C和Ca以外,均高于乔木层。对比地表枯枝落叶层化学元素总量与人工林元素的积累量,以Na的比值最高,Ca、Mn、Fe、Zn比值次之,元素归还量都较大。P比值较低,归还量较少。刺槐林土壤化学元素贮存量是以Ca>N>Mg>Fe>K>P>Na>Mn>Al>Zn>Cu为序。植物对土壤中化学元素的富集系数以K、Al和P较高。人工林元素积累量与土壤元素贮存量之比,亦以K、P、Al比值较高。可见土壤中的K、P和Al相对是不足的。     

黄土高原不同气候区刺槐林恢复年限对水、碳及植物多样性的影响

分析植被恢复对黄土高原人工林生态系统服务的影响,对黄土高原新一轮植被恢复和可持续发展有重要意义。通过文献搜索对已发表的92篇文献中的241组对照试验结果运用整合分析方法,以黄土高原不同气候区内不同恢复年限的刺槐林为代表,选取土壤水分、碳和植物多样性三个指标评价黄土高原刺槐林的生态系统服务变化。结果表明:与对照相比,种植刺槐林后整体上显著提高了土壤碳储量和植物多样性,相对增长率分别为81.30%和32.60%(P<0.05),而土壤储水量显著下降,相对变化率为-35.58%(P<0.05);半湿润地区土壤储水量相对变化率(-22.98%)(P<0.05)和植物多样性相对增长率(149.1%)(P<0.05)显著高于半干旱地区,土壤碳储量相对增长率(57.21%)(P<0.05)低于半干旱地区;刺槐林土壤储水量、碳储量和植物多样性的相对变化率随恢复年限增加依次为-27.57%、-41.80%、35.92%,16.84%、78.58%、156.27%和51.38%、26.37%、27.56%。     

不同林龄刺槐林下植物群落物种组成及功能多样性差异分析

群落物种组成与功能多样性动态变化反映了种群的现状及未来群落的演替趋势。本文选取不同林龄刺槐(Robinia pseudoacacia L.)林的林下草地植被为研究对象,通过群落特征调查和功能性状测定,分析不同林龄刺槐林林下植物的群落物种组成及功能多样性的差异与动态变化。结果显示：(1)林下草地植物群落主要以菊科、蔷薇科多年生杂类草为主,随林龄的增加,以菊科为主的植物群落逐渐演替为以禾本科为主的植物群落,双子叶植物数目逐渐减少,单子叶植物数目逐渐增加。(2)除群落总盖度外,林下植物群落各数量特征随林龄的增加而增加。(3)Rao二次熵指数随林龄的增加而逐渐降低,功能丰富度指数、功能均匀度指数和功能离散度指数随林龄的增加呈先增加后降低的趋势,功能多样性动态变化主要归因于群落地上生物量及植物叶片面积和质量的改变。     

黄土高原刺槐林地土壤水分垂直分布特征及其动态模型的建立

以位于黄土高原半干旱丘陵沟壑区的陕西省安塞县和半湿润残塬沟壑区的甘肃省泾川县为代表,研究了不同水分生态区刺槐林地土壤水分垂直分布特征;并在原有林地土壤水分入渗平衡模型的基础上,建立了林地土壤水分随时间、土壤深度变化的动态模型。结果表明:(1)不同水分生态区林地土壤水分垂直变化规律具有明显区别,泾川的土壤含水量峰值出现在20~40cm土层深处,后随着土层深度的增加逐渐降低,在200cm土层深度土壤含水量趋于稳定(11%左右);安塞的土壤含水量峰值出现在约60cm左右的土层,并在220cm深度土壤含水量趋于稳定(5.5%左右);说明泾川的土壤含水量高于安塞,安塞的降雨和林木根系耗水对土壤水分的影响程度和深度均大于泾川,且两地深层土壤水分含量不受降水和林木根系耗水等的影响。(2)利用降水在土壤中的入渗平衡模型能够很好地拟合黄土高原两地(泾川、安塞)刺槐林地的土壤水分垂直分布;并通过引入参数t(月份)建立了林地土壤水分随时间和土壤深度变化的动态模型,经验证该模型能够准确地刻画黄土高原不同水分生态区刺槐林地土壤水分的动态变化。     

黄土高原刺槐人工林幼林生态系统碳吸存

为了解黄土高原生态林的固碳作用,以刺槐人工林幼林（8年生）和对照荒地为研究对象,比较了两种土地利用方式下,土壤、凋落物和植物各部分的有机碳密度(OCD)和生态系统碳吸存的变化.结果表明:刺槐人工林林地土壤OCD比荒地减少0.26 kg·m^-2,其中0～10 cm层土壤OCD显著提高,10～30 cm土层降低,而在30～80 cm层土壤中则变化不明显.与荒地相比,刺槐人工林林地凋落物、植物根系和植物地上部分的OCD分别增加了121.1%、202.0%和656.7%,每年总有机碳吸存率增加3.3%,说明黄土高原营造刺槐人工林具有明显的碳吸存效应.     

黄土丘陵区刺槐树干液流动态分析

2009年4月14日—10月10日,利用热扩散式液流探针(thermal dissipation probe,TDP)对延安市燕沟流域刺槐生长期树干边材液流进行连续监测,并同步监测光合有效辐射、气温、空气相对湿度、风速和降雨量等气象因子.结果表明:刺槐树干液流流速日变化呈单峰曲线,且不同季节液流的日动态变化存在明显差异.叶芽期(4月)液流启动时间在12:00左右,液流达到峰值的时间为18:00左右;5—8月液流启动时间提前到5:30—7:30,液流达到峰值的时间提前至15:00左右;9月以后,液流启动时间在8:00左右,液流达到峰值的时间提前至11:30—13:00.树干液流流速月平均值总体上呈"低-高-低"趋势,其中,4月的平均液流流速最小,为0.000549cm.s-1,8月最大,为0.002610cm.s-1.树干液流速率与气象因子密切相关,其相关性程度依次为:温度水汽压亏缺光合辐射强度相对湿度风速,且可用光合辐射强度和水汽压亏缺线性表达式来估测,其多元线性回归模型达到极显著水平(P0.001).     

黄土高原油松和刺槐叶片光合生理适应性比较

以黄土高原地区由南向北分布的杨凌、永寿、富县、安塞、米脂、神木等县为研究地点，研究不同地区油松和刺槐的光合特性与叶结构性状间的关系.结果表明，不同地区油松针叶和刺槐叶片的净光合速率（P_n）、光合氮利用效率（PNUE）、水分利用效率（WUE）、比叶质量（LMA）、氮含量（N_mass）和叶绿素相对含量（Chl）差异均达极显著水平（P＜0.001）,说明不同地区油松和刺槐的光合能力和叶结构性状参数差异很大.由南向北，油松的P_n、WUE和PNUE呈略微增加趋势，而刺槐则呈显著降低趋势，表明油松在干旱生境下仍能维持较高的光合能力，而刺槐光合能力明显受到抑制；油松和刺槐的LMA均呈略微上升趋势，而N_mass和Chl均呈略微下降趋势，且刺槐的变化幅度高于油松，说明油松从生理代谢和叶结构性状上对干旱环境的适应能力均强于刺槐.相关分析表明，不同地区油松和刺槐的LMA与N_mass整体上呈极显著负相关；P_n、PNUE与LMA、N_mass相关不显著，与Chl呈极显著正相关；WUE与LMA呈显著负相关（P＜0.05），与N_mass呈显著正相关.     

刺槐叶片可塑生长的密度依赖性

为了探明刺槐叶片性状对种植密度的依赖性,通过刺槐田间栽培试验,研究了刺槐叶片可塑生长的密度依赖性以及主要叶片性状因子之间的关系.结果表明,不同种植密度条件下刺槐叶片厚度均无显著差异,但叶面积、叶绿素含蜃、叶片干重、比叶面积、叶干物质含量和叶片N含量差异显著,表明不同种植密度条件下刺槐叶性因子参数的变异较大,刺槐叶片性状对密度的依赖性较强.叶干重、叶厚度和叶片干物质含量均随种植密度的降低而呈增加趋势,叶片干物质含量与种植密度的相关性达到显著水平(P<0.01),而叶干重、叶厚度与种植密度的相关性不显著(P>0.05).比叶而积和叶片N含鼍均随种植密度的降低而降低,表明刺槐各叶性因子之间对种植密度的依赖性差异明显.对刺槐各叶性因子的相关分析表明,不同种植密度条件下各叶性因子之间的相关性及其强弱均存在差别,表明种植密度是影响刺槐叶性因子变异及叶性因子之间关系的因素之一.叶性特征对种植密度响应存在差异的主要原因是叶性因子之间的协同变化、刺槐生长微环境的差异和刺槐间竞争强度的差异,刺槐不同叶性因子之间的协调平衡和对种植密度响应程度与方向的差异表明了刺槐对其生长环境的适应.     

黄土高原半干旱区刺槐生长盛期树干液流动态

通过研究树干液流速率与气象因子的关系,可以定量地分析树木生长与群落蒸腾耗水的相互关系,揭示黄土高原半干旱区刺槐水分利用动态及其适应环境因子的内在机理,为当地生态环境建设提供理论依据。应用热扩散式树干茎流计(TDP)于2008年7月1日至7月26日,在黄土高原半干旱区安塞县对刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林生长盛期树干液流速率进行了连续测定,并对周围气象、土壤水分等指标进行了同步测定。刺槐生长盛期树干液流速率晴天日变化呈宽峰形曲线,在测量时期液流速率日平均值为0.00133cm·s–1;刺槐树干单位边材面积的液流速率与光合有效辐射、大气温度、水汽压差呈极显著正相关关系,与相对湿度呈负相关关系。其相关程度绝对值顺序为光合有效辐射大气温度水汽压差相对湿度风速;刺槐边材面积与胸径之间存在着显著的线性相关关系,相关系数为0.878,单位边材面积的液流速率随树干胸径的增大而减小。     

黄土高原陕北丘陵沟壑区不同立地条件下刺槐水分生理生态特性研究

对黄土高原丘陵沟壑区不同立地条件下刺槐水分生理生态特性进行了初步研究.结果表明,不同立地刺槐林地0～500cm土壤平均含水量(2003年)分别为阳坡6.96%、半阳坡7.62%、半阴坡8.06%、阴坡8.87%,阴坡、半阴坡与阳坡差异达极显著,与半阳坡达显著水平,半阳坡与阳坡差异显著,而阴坡与半阴坡差异不显著.不同立地条件下刺槐叶片相对含水量和饱和亏与各立地土壤含水量关系密切,阳坡刺槐叶片相对含水量和叶水势始终维持在较低水平,而半阴坡和阴坡尤其是阴坡维持在较高水平.刺槐日蒸腾平均值大小顺序为阴坡(4.07μg·cm^-2·s^-1)＞半阴坡(3.89μg·cm^-2·s^-1)＞半阳坡(3.05 μg·cm^-2·s^-1)＞阳坡(2.70μg·cm^-2·s^-1),各立地刺槐蒸腾出现较大差异的时间在11:00和13:00.不同立地条件除阳坡外其刺槐蒸腾速率均与光照强度显著相关,各立地均与大气相对湿度显著相关,与土壤水分密切相关.阴坡生物量最高(8.50gk·株^-1),高于其他3种立地,阳坡最低(5.79kg·株^-1).     

晋西黄土区刺槐林耗水特征

应用TDP热扩散探针技术对晋西黄土区刺槐进行了一个生长季(2011年4-10月)的野外实地定位观测,结合同步测定的大气温度、日照时数、风速等气象因子,根据相应经验公式计算了刺槐林的蒸腾耗水量和大气蒸发力,并在此基础上进行了刺槐树干液流速率与刺槐林地大气蒸发力相关性研究.结果表明:5月和8月,刺槐林地大气蒸发力和刺槐树干液流速率均具有相似的连日变化规律,夜间值均明显小于白天,晴天和雨天表现出一定的昼夜变化规律,雨天波动幅度较晴天小,阴天基本无波动.在刺槐的整个生长季(4-10月),刺槐林地大气蒸发力和刺槐树干液流流速相关性在6、7、8三个月份达到显著水平,其余月份相关性不显著,该相关性在刺槐的整个生长季呈对称性分布;刺槐林各月平均蒸腾耗水量基本呈对称分布,最小值出现在4月,最大值出现在7月,刺槐林地大气蒸发力最小值出现在10月份,4月份与其大小相当,最大值出现在6月份;刺槐林在4-10月的最大可能蒸发量是刺槐林实测蒸腾耗水量的4.45倍.     

Effects of Robinia pseudoacacia on the undergrowth of herbaceous plants and soil properties in the Loess Plateau of China

刺槐对黄土高原林下草本植物及土壤性质的影响 外来物种刺槐(Robinia pseudoacacia)的引入会对林下草本植物、土壤性质及二者之间的相互关系产 生一定影响,且这种影响可能与植被带有关。然而,在黄土高原较大面积范围内,关于刺槐对林下草本植物和土壤影响的研究依然很少。我们以黄土高原草原带、森林草原带和森林带作为研究区,选择了两种冠层植物类型：刺槐林分和相邻的原生植被。我们测定了5个叶片功能性状：叶片碳含量、叶片氮含量、叶片磷含量、比叶面积和叶组织密度,并计算了群落功能多样性、物种多样性和群落加权性状值。研究结果表明,(1)与原生植被相比,3个植被带内林下草本植物群落的叶氮、叶磷和比叶面积的群落加权性状值均显著提高,而叶碳和叶组织密度的群落加权性状值显著降低。(2)物种多样性、功能多样性和群落生物量在草原带内呈下降趋势,在森林带内呈上升趋势,在森林草原带内差异不显著。(3)与原生植被相比,土壤有机碳和土壤全氮仅在森林带内显著减少。(4)林下草本植物群落特性与土壤之间的关系是受刺槐和植被带所依赖的。总的来说,刺槐对林下草本植物和土壤性质的影响与植被带密切相关。该研究结果对黄土高原人工植被恢复与重建的规划具有重要指导意义。     

黄土高原剌槐水土保持林防护成熟与更新研究

在分析乔木水土保持林防护机理的基础上 ,通过对渭北黄土高原剌槐水土保持林调查、分析 ,确定该区剌槐水土保持林在常规密度下的初始防护成熟龄为 11～ 16年 (平均为 12年 ) ;最大防护成熟龄为 2 5年 ;更新龄为 4 2年 ;防护成熟期 (更新龄与初始防护成熟龄之差 )为2 6～ 31年。以防护成熟龄为基础 ,确定剌槐水土保持林的三个经营阶段 :成熟前期、防护成熟期和更新期。这些结果将为水土保持林的合理经营提供参考。