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).     

不同土壤水分下刺槐和油松的生理特征

在适宜土壤水分(70%θf)、中度干旱(55%θf)和严重干旱(40%θf)3种土壤水分条件下研究了黄土高原常见造林树种刺槐(Robinia pseudoacacia L.)和油松(Pinus tabulaeformis Carr.)的生长及水分利用特性.结果表明:干旱胁迫使2树种的成活率、干物质累积和光合速率均显著下降.在适宜水分下刺槐的单叶水分利用率(WUE)最高,严重干旱下最低.刺槐和油松的枝条快速生长期主要集中在3-6月,在中度干旱条件,2个树种均可良好生长;在严重干旱下2个树种的生长均受到显著抑制,但刺槐受影响较大,油松受影响较小.在3种土壤水分条件下刺槐耗水量、生物量及水分利用率均显著高于油松.2树种在中度干旱下的总WUE最高,严重干旱下最低.刺槐属于高耗水树种,油松属于低耗水树种,油松的耐旱性强于刺槐.研究结果表明,刺槐在黄土高原缺水地区不适宜大面积栽植,只能用于水分条件较好的立地条件下造林.油松应尽可能在含水量较高的阴坡或沟坡地带造林.     

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。     

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     

渭北黄土高原人工刺槐林植物多样性动态

以陕西省永寿县人工刺槐林为研究对象,采用"空间序列代替时间序列"法,研究了人工刺槐林下植物群落的物种多样性特征.结果表明:(1)渭北黄土高原人工刺槐林下植被的演变依次经历了艾蒿(水蒿)、葎草、葎草+糙苏3种主要类型;主要建群种表现为一年生向多年生、低级向高级的演变趋势.(2)Patrick、Shannon-Wiener、Simpson和Pielou指数随刺槐林龄级的增加均呈现二次函数变化,说明该地区刺槐林林下植被通过自然恢复可达到相对稳定的状态,但该过程比较缓慢.(3)阴坡的各个多样性指数明显大于阳坡,说明阳坡生态修复的自然条件(主要是土壤水分条件)更差,植被自然恢复的速率更缓慢.研究表明,渭北黄土高原阳坡的生态修复应以选用耐旱植物或者以保护和恢复草本群落为主,仅在水分条件较好、能够满足乔木或灌木生长的小地形内进行适当比例的乔、灌、草复合配置,以丰富群落层次结构,优化群落生态功能.     

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 .     

刺槐林水分生态研究

 本文以定位观测资料为基础,对晋西北黄土丘陵沟壑区人工刺槐林的水分生态特点进行了研究。结果表明,在年生长期中,刺槐林地水分条件严酷、土壤有效水分少。生长期刺槐的蒸腾强度为0.1140g·g-1·h-1±0.0586(平均值±标准差);蒸腾强度日变化与光照强度日变化的关系最为明显;与气温日变化的关系次之;但与相对湿度日变化的关系则不明显。生长期刺槐的水势为1.759-Mpa±0.457(平均值±标准差)。水势的日变化与气温日变化的关系最为明显,与相对湿度日变化的关系次之;而与光照强度日变化的关系最不明显。刺槐的蒸腾强度季节变化与土壤水分含量季节变化的关系不够显著;水势的季节变化与土壤水分含量季节变化的关系显著;但它们的季节变化与光照强度、气温和相对湿度季节变化的关系均不够显著。刺槐的蒸腾耗水量,林分总蒸散量分别占同期降水量的16.3%和68.0%,     

不同供水条件下侧柏和刺槐幼树的蒸腾耗水与土壤水分应力订正

采用旱棚人工控水,对侧柏、刺槐不同水量全生长期均衡供水条件下,2～3年生幼树的生理需水规律、蒸腾耗水与土壤水分的关系进行了研究.结果表明,刺槐蒸腾耗水量随土壤供水能力的增大而增加.其中以生长前期和生长盛期耗水为主,约占年蒸腾耗水量的80.5%;刺槐年均生理需水量是侧柏的5.13倍.侧柏蒸腾耗水量在土壤相对含水率为40%～100%有一峰值.当土壤相对含水率≤87.84%时,蒸腾耗水量随土壤相对含水率增加而增大;反之则减小.侧柏蒸腾耗水量以生长盛期最大,约占年蒸腾量的46.27%,生长后期次之,生长前期较小.并求出了两树种蒸腾耗水的土壤水分应力订正函数及在非充分供水条件下实际蒸腾耗水的时间-水分函数.     

不同疏伐强度下黄土丘陵区刺槐林的水分利用特征

造林是生态恢复的重要措施,但由于种植密度过高,导致土壤干燥化,林木生长衰退,严重制约其生态功能的提升。疏伐是人工林改造的重要手段,水分利用特征是确定适宜疏伐密度的关键因素,但目前缺少疏伐对人工林水分利用特征影响的系统研究。基于此,以黄土丘陵区刺槐林为研究对象,设置疏伐55%(P1)、28%(P2)、16%(P3)和对照(P4)四个处理,通过0—500 cm深度的土壤水与茎秆水δ²H和δ¹⁸O、叶片δ¹³C的采样分析并利用MixSIAR模型,比较了不同疏伐强度下刺槐林水分来源和水分利用效率的差异,建立了水分来源比例与叶片δ¹³C的定量关系。结果表明：(1)疏伐样地在不同深度的土壤含水量均高于对照样地,表明疏伐对缓解土壤水分胁迫具有重要作用。(2)随着疏伐强度的增大,浅、中层(0—100 cm、100—300 cm)土壤水对刺槐的贡献比例呈增加趋势(P1:80.4%;P2:78.1%;P3:76.3%;P4:67.8%),而深层土壤水分(300—500 cm)的贡献比例相对降低,表明疏伐促进了刺槐对浅层...     

黄土丘陵区不同恢复年限人工刺槐林土壤水分时空动态及其时间稳定性

以空间代时间的方法研究不同恢复年限对人工刺槐林土壤水分时空动态及其时间稳定性的影响,对于了解人工刺槐林在生态恢复过程中的土壤水分动态特征具有重要意义。基于长期定位观测,选取黄土丘陵沟壑区15、20、30、35 a等4个恢复年限人工刺槐林,自2014年5月至2018年10月每年生长季（5-10月）开展土壤水分自动观测。研究结果如下：（1）不同恢复年限刺槐林土壤水分差异显著,刺槐林土壤储水量随恢复年限增加呈现先增加后降低的趋势,排序依次为30 a（184.9 mm） > 20 a（184.6 mm） > 35 a（150.8 mm） > 15 a（128.8 mm）;不同恢复年限刺槐林土壤水分的时空分布特征差异明显,土壤水分变异性随土层增加而降低,但不随恢复年限而有规律的变化;土壤水分主要受到降水以及植被生长的影响,其变异性的时空格局也说明随土壤深度增加土壤水分的稳定性随之增加;（2）通过相对差分分析不同恢复年限刺槐林土壤水分时间稳定性,确定15、20、30、35 a的代表深度分别为80、100、80、150cm土层,都属于与100cm相近的土壤深度;（3）Spearman秩相关分析显示,上土层与下土层的土壤水分的时间稳定性特征差异明显;（4）线性回归与纳什系数结果表明通过相对差分与时间稳定性指数得到土壤水分代表深度的结果是可接受的,其中15 a恢复年限刺槐林的结果最好,决定系数R²和纳什系数NSE分别可达0.91和0.82,但总体结果仍存在误差,在区域土壤水分模拟时需考虑这一不确定性。（5）灰色关联分析表明,土壤质地（砂粒）,土壤总氮、土壤容重、土壤有机碳、土壤总孔隙度以及坡度是不同恢复年限刺槐林土壤水分时间稳定性主要影响因素。     

黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤水分变化特征

选择黄土丘陵区砖窑沟流域不同土地利用方式为研究对象,在2016年6月至11月对0—300 cm土层土壤含水量进行监测,分析刺槐林、草地、柠条灌木林、小叶杨林、海红林和撂荒地6种土地利用方式下土壤含水量的垂直剖面分布特征、土壤贮水量的季节变异特征。结果表明:(1)土壤含水量随深度的变化自上而下均呈"S"状分布,随着土层深度的增加,土壤含水量呈先增加后减小的趋势,具有明显的垂直变异特征。(2)不同土地利用方式具有不同的土壤湿度剖面,土壤水分活跃层、次活跃层、相对稳定层的深度范围不同。(3)6种土地利用方式下各土层的土壤贮水量均具有明显的季节变化特征,海红林的土壤贮水量最大,为258.21 mm,然后依次为小叶杨林、撂荒地、草地和刺槐林,柠条灌木林样地最小;监测期内土壤贮水量随时间呈增长趋势,在11月达到最大值。土壤含水量的变异系数均随着土层深度的增加逐渐递减,在100 cm以下土壤深层季节变异趋于稳定。研究认为,乔灌林消耗更多深层的土壤水分,柠条灌木林易引起土壤干燥化,海红林的土壤水分条件较好,撂荒地和草地土壤水分条件相对稳定。     

黄土高原丘陵区生物结皮土壤的斥水性

采用滴水穿透时间法和酒精溶液入渗法,研究了黄土高原丘陵区浅色藻结皮、深色藻结皮、藻+少量藓结皮、藓+少量藻结皮、藓结皮5种不同发育阶段的原状生物结皮土壤的斥水性及其与土壤含水量的关系.结果表明: 生物结皮增加了土壤的斥水性,其斥水强度和持久性均显著增加.生物结皮土壤的斥水性随生物结皮的演替逐渐降低,当生物结皮中藓类植物盖度在20%以上时,斥水持久性显著低于藻结皮.生物结皮土壤的斥水性与土壤含水量及优势种密切相关,藓类生物结皮土壤的斥水性随着含水量的降低逐渐增加,藻类生物结皮土壤的斥水性随含水量的变化呈双峰曲线.     

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。     

黄土半干旱区刺槐和侧柏林地土壤水分有效性及生产力分级研究

采用LI-6200型植物光合测定系统和LI-1600型稳态气孔计,对黄土半干旱区刺槐、侧柏的净光合速率、羧化效率、蒸腾速率、水分利用效率、气孔导度、气孔阻力、胞间CO2浓度和气孔限制值与土壤含水量的关系进行研究;并对林地土壤水分有效性及生产力进行分级与评价．结果表明,刺槐与侧柏林地土壤含水量分别在4．5％和4．0％以下为“无效水”;土壤含水量在4．5％～10．0％和4．0％～8．5％阈值内属于“低产低效水”;在10．0％～13．5％和85％～11．0％阈值内为“中产高效水”;在13．5％～17．0％和11．0％～16．0％阈值内属于“高产中效水”;在17．0％～19．0％和16．0％～19．0％阈值内为“中产低效水”;土壤含水量在19．0％以上也属于“低产低效水”。     

黄土高原不同土地利用类型土壤含水量的地带性与影响因素

通过对黄土高原南北样带大面积(北纬34°05'—40°75'、东经107°14'—111°09')土壤含水量(0—500 cm剖面)测定和相应植被类型调查,研究了黄土高原农田、草地、灌木林地和乔木林地4种土地利用类型土壤含水量的空间变化及它们之间的差异性。结果表明:黄土高原4种土地利用类型的土壤含水量皆呈现南北向地带性变化,自南向北土壤含水量有明显递减趋势,与多年平均降雨量、潜在蒸散量、土壤质地等的分布具有一致性;同一地点不同土地利用类型下土壤水分含量具有显著差异(农地草地灌木和乔木林地),不同植被类型根系分布、蒸散耗水量的不同是造成含水量差异性的原因。植被建设应遵循土壤水分分布规律,研究结果对黄土高原植被恢复建设具有一定参考价值。     

黄土高原不同密度刺槐（Robinia pseudoacia）林地水分生产力与土壤干燥化效应模拟

应用WinEPIC模型模拟研究了1957～2001年期间黄土高原半湿润区长武和半干旱区延安不同密度刺槐(Robinia pseudoacia)林地水分生产力演变规律和深层土壤干燥化效应.结果:(1)长武和延安高密度(6000株/hm2)、中高密度(4500株/hm2)、中低密度(3000株/hm2)和低密度(1500株/hm2)等4种处理刺槐林地逐年生物量模拟值均呈现快速增加、达到最大值后又逐年波动性降低的变化趋势,林地密度越高早期逐年生物量越高,后期逐年生物量差异缩小,两地均以低密度处理逐年生物量平均值和累积生物量模拟值最高;(2)4种密度处理45年生刺槐林地年均耗水量值基本相等,长武和延安分别为603mm和566mm,但生长前期年耗水量明显高于后期,并高于同期年降水量,林地密度越高前期耗水量越高,中期以后各密度处理耗水量基本接近且波动趋势基本一致,林地密度越高干旱胁迫程度越重;(3)模拟生长初期,4种密度处理刺槐林地0～10m土层逐月土壤有效含水量均呈现强烈的波动性降低趋势,长武各密度处理刺槐林地分别在7～23年生、延安分别在7～17年生之后逐月土壤有效含水量均在0～200mm较低水平上随降水量变化而波动;(4)4种密度处理林地0～10m土层土壤湿度剖面分布年度变化剧烈,土壤湿度逐年降低且土壤干层逐年加厚,密度越高土壤干层加厚速度越快,长武在26年生、延安在17年生时低密度处理刺槐林地土壤干层厚度均已超过10m,此后2～10m土层土壤湿度保持相对稳定的干燥化状态;(5)长武和延安刺槐林地适宜种植密度分别以1500～3000株/hm2和1500株/hm2为宜,刺槐林地土壤水分可持续利用最大年限分别为26a和18a.     

黄土高原半干旱和半湿润地区刺槐林地生物量与土壤干燥化效应的模拟

 黄土高原人工刺槐(Robinia pseudoacacia)林地深层土壤干燥化现象普遍发生, 日益严峻地威胁着人工植被建设成效。分析和比较半干旱和半湿润地区刺槐林地生物量演变趋势、深层土壤干燥化发生规律和区域分布特征差异, 能够为黄土高原因地制宜地营造刺槐林提供科学依据。在WinEPIC模型气象、土壤和作物参数数据库组建与模拟精度验证的基础上, 应用WinEPIC模型模拟研究了1957–2001年黄土高原半湿润地区洛川和长武、半干旱地区延安和固原等地1–45年生刺槐林地生物量演变规律和深层土壤干燥化效应。结果表明: 洛川、长武、延安和固原的刺槐林地连年净生产力模拟值在5–8年生时达到最大值后, 随着降水量年际波动呈现出明显的波动性降低趋势, 其平均值分别为5.33 × 10³、4.56 × 10³、4.03 × 10³和3.35 ×10³ kg·hm^–2·a^–1; 1–7年生刺槐林地年耗水量高于同期年降水量, 导致林地0–10 m土层土壤强烈干燥化, 洛川、长武、延安和固原刺槐林地年均土壤干燥化速率分别为164.3、165.7、187.1和190.0 mm·a^–1, 8–45年生刺槐林地有效含水量在0–250 mm的较低水平上随降水量变化而波动; 1–9年生刺槐林地0–10 m土层土壤湿度剖面分布变化剧烈, 土壤湿度逐年降低且土壤干层逐年加厚, 7–9年生时土壤干层厚度已经超过10 m, 8–45年生刺槐林地2–10 m土层土壤湿度保持相对稳定的干燥化状态; 洛川和长武刺槐林地水分生产力较高且相对稳定, 刺槐林地生长期可以超过45年; 而延安和固原刺槐林地水分生产力较低且稳定性差, 刺槐林稳定生长期不超过40年。