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     

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。     

黄土高原荒坡与林地土壤水分变化规律研究

为探讨黄土高原有、无林地土壤水分全年变化规律之异同,在黄土高原半湿润区,采用中子水分测定仪定位测定方法,对无林沟坡（荒坡）与林地土壤水分储量变化进行了连续３年的定点测定,结果表明,在０－３２０ｃｍ的测定深度内,阴坡上、下部与阳坡下部荒坡土壤储水增量分别为－１６５．７ｍｍ、－１１５．２ｍｍ和－７４．９ｍｍ;阴坡上部的油松林地,在０－３２０ｃｍ深度内,林地却在林木每年蒸腾消耗大量水分（达３８０ｍｍ以上     

黄土高原刺槐细根生长模型

通过室分析方法建立了细根表面积密度随土层深度变化的房室模型,并根据黄土高原人工刺槐林细根的调查数据,从数值上验证了模型S=Ah~B（C＋Dh＋Eh~2＋Fh~3）是房室模型的简化形式,还进一步建立了黄土高原刺槐细根生长关于土层深度和时间的动态生长模型.经验证,该模型能准确地计算黄土高原不同水分生态区及不同时间和土层的刺槐细根表面积密度,具有很高的应用价值.     

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.     

黄土高原雨水集聚深层入渗(RWCI)系统下山地果园土壤水分时空变异特征

水资源短缺是影响黄土高原雨养农业发展的关键性因素,雨水资源开发是缓解该地区水资源短缺的有效措施.本研究利用管式 TDR 系统监测21年红富士老果园0～300 cm土层土壤含水率变化,分析了雨水集聚深层入渗(RWCI)系统下黄土高原旱作山地果园土壤水分时空分布特征.结果表明: RWCI系统能够显著增加果园土壤含水率,特别是40～80 cm土层(土壤含水率低值区)土壤含水率,在该区域,不同设计深度(40、60和80 cm)RWCI处理(RWCI₄₀、RWCI₆₀和RWCI₈₀)年均土壤含水率分别较鱼鳞坑(CK)处理提高75.3%、85.4%和62.4%,分别较裸露坡地(BS)处理提高39.2%、47.2%和29.1%.RWCI₄₀、RWCI₆₀和RWCI₈₀处理土壤水分入渗最大深度分别为80、120和180 cm,显著深于CK处理(60 cm),其中土壤水分变化幅度最大的土层分别主要发生在0～60、0～100和0～120 cm.在果树整个生育期内,RWCI处理土壤平均含水率(0～300 cm)以RWCI₈₀处理最大,其次是RWCI₄₀和RWCI₆₀处理.总体来看,RWCI系统是黄土高原实现雨水资源化和农业高效用水的有效措施.     

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。     

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.     

黄土高原不同植被恢复方式对土壤水分坡面变化的影响

在黄土高原大规模退耕还林(草)背景下,土地利用变化对土壤水分及其时空结构会产生极大影响。以坡面为研究对象,根据两种植被恢复类型(撂荒草地和人工刺槐林地)土壤水分坡面变化趋势的差异,探究不同植被恢复方式对土壤水分坡面空间结构影响。结果表明:所调查的两个区域(延安羊圈沟和长武烧盅湾)皆表现为人工刺槐林地坡平均土壤含水量显著低于撂荒草地坡;且人工刺槐林地坡的土壤水分的坡面差异性皆比撂荒草地坡低。虽然两种恢复类型的土壤水分沿坡底到坡顶皆呈现降低的趋势,但是该降低趋势在两种恢复类型间存在一定差异:撂荒草地坡土壤水分沿坡面的变化趋势随深度增加有加强的趋势,且总体上,长武烧盅湾撂荒草地坡土壤水分沿坡面变化趋势比延安羊圈沟更明显;相比之下,人工刺槐林地坡土壤水分沿坡面的变化趋势随深度增加有变弱的趋势,且该趋势明显比撂荒草地坡弱;两个地区刺槐林地坡土壤水分沿坡面变化趋势不存在明显差异。综上所述,虽然不同降雨背景下土壤水分会表现出一定差异,但土壤水分的坡面变化趋势及不同恢复方式对其影响是相似的,即人工刺槐林地坡对土壤水分的过度消耗不仅会导致土壤水分亏缺,而且削弱了土壤水分的坡面变化趋势;而撂荒草地对土壤水分及其空间结构的维持有相对积极的意义。通过分析不同植被恢复方式对土壤水分坡面变化趋势的影响,能够更深入的了解不同植被恢复方式的土壤水文效应,同时可为以坡面为单元的退耕还林中植被科学配置提供一定的参考。     

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.     

黄土高原刺槐叶片-土壤生态化学计量参数对降雨量的响应特征

以黄土高原10个典型样点的20年刺槐人工林为研究对象,测定了样地中刺槐叶片碳（C）、氮（N）、磷（P）含量,以及0-10 cm和10-20 cm土层土壤的主要理化指标,探讨了黄土高原刺槐叶片-土壤生态化学计量特征参数随水分梯度的变化规律。研究结果发现：①随着降水量增加,刺槐叶C、N含量呈增加趋势,叶片P含量无一致性规律。② 0-10 cm土层中土壤SOC、TN、TP、铵态氮含量以及C ∶ P和N ∶ P均随降雨量增加呈逐渐增加趋势,而C ∶ N比变化不明显。③刺槐叶片C、N、P及其化学计量比与土壤化学计量比相关性较弱,但叶片N、P与土壤铵态氮、速效磷等速效养分含量呈显著正相关（P<0.05）。本研究叶片N ∶ P>16,说明黄土高原刺槐生长主要受P元素限制,且随着降水的增加,土壤P养分的限制加强。     

黄土区不同林龄刺槐人工林细根的衰老生理特征

以黄土高原刺槐人工林为研究对象,采用手工挖掘法,配合完整土块法获取根系样品,分析幼龄(11a),中龄(22a),成熟(34a)刺槐人工林细根活力、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和细胞膜透性等细根衰老生理指标的差异,为深入了解刺槐细根的生长和衰老机制提供参考。结果表明:(1)在生长季节,刺槐细根活力表现为,幼龄林成熟林中龄林,可溶性糖含量、可溶性蛋白含量随着林龄增大而增加,而细胞膜透性则随林龄的增加而减小。(2)随着根序增加,根活力和可溶性糖含量增加,而可溶性蛋白含量和细胞膜透性则呈波动式降低。这表明,在生长季节幼龄林细根较中龄林和成熟林更容易出现衰老,刺槐不同根序衰老具有顺序性,衰老先从1级根开始,然后是2级根和3级根。     

黄土高原中西部刺槐人工林生态系统碳密度及其影响因子

为阐明黄土高原中西部刺槐人工林碳密度区域分布特征及其主要影响因子,基于野外样地调查和室内样品分析估算了黄土高原中西部4个栽培区域的刺槐人工林生态系统碳密度及其分布特征,并利用相关性分析和主成分分析分析了影响生态系统碳密度的主要因子(林分、地形、土壤和气候等)。结果表明:调查区5个林龄的刺槐人工林生态系统生物量为34.13—133.08t/hm~2,不同区域之间各组分生物量存在显著性差异。植被层平均碳含量为221.93—454.67 g/kg,总体上表现为乔木层平均碳含量高于灌、草层,枯落物层平均碳含量最低,不同区域乔木、灌木、草本平均碳含量均存在显著性差异。刺槐人工林生态系统碳密度均值为106.86 t/hm~2,其中土壤层碳密度占刺槐人工林生态系统总碳密度的64.09%,是刺槐人工林生态系统碳密度的主要组成部分。植被层碳密度为38.68 t/hm~2,其中乔木层碳密度(33.88 t/hm~2)占植被层碳密度的87.58%,灌木、草本、枯落物所占比例依次为1.98%(0.77 t/hm~2)、2.00%(0.77 t/hm~2)、8.43%(3.26 t/hm~2)。不同区域土壤、生态系统碳密度均存在显著性差异。相关性分析和主成分分析表明,刺槐人工林生态系统碳密度与林龄、降水量呈显著正相关关系,与林分密度、平均气温、海拔和坡度的相关关系不显著,上述林分因子、地形因子和环境因子转化的主成分方差累积贡献率为91.07%,其中林龄和降水量是影响刺槐人工林生态系统碳密度的主要因子,方差贡献率为37.22%。     

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%。     

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...     

黄土高原南北样带刺槐林土壤碳、氮、磷生态化学计量特征

为了解黄土高原南北样带刺槐林土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）化学计量特征,采集了黄土高原南北样带上12个典型样点的刺槐林土壤,测定了土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）含量并分析其生态化学计量特征。结果表明：刺槐林土壤SOC、TN、TP含量均随降水量降低而降低,且土壤SOC与TN的空间变化具有一致性;土壤SOC、TN、TP及其生态化学计量比与降雨量呈显著正相关（P < 0.05）,且TN、C：P、N：P与土壤含水量也呈显著正相关（P < 0.05）。     

黄土丘陵区刺槐与油松人工林生态系统生态化学计量特征

为阐明不同人工林生态系统间生态化学计量特征的差异,采用野外采样与室内分析相结合的方式分析了陕北黄土丘陵区落叶阔叶树种刺槐和常绿针叶树种油松人工林乔木、灌草、枯落物和土壤(土层深度0—100cm)C、N、P化学计量特征。结果表明:1)刺槐乔木各器官(叶、枝、干、皮、根)C含量显著低于油松,但N和P含量显著高于油松。因此,油松的C∶N和C∶P显著大于刺槐,而N∶P小于刺槐。2)刺槐林下枯落物N和P含量显著高于油松,但C含量显著小于油松。此外,油松林下枯落物C∶N(70.21)大于刺槐林下枯落物C∶N(19.71),说明油松林下枯落物分解较慢,有利于养分的存储。3)刺槐和油松人工林土壤C、N含量均随土壤深度增加而减少,P含量则基本保持不变。刺槐人工林土壤中C含量低于油松,N、P含量在两者之间无显著差异。4)刺槐人工林内乔灌草叶、枯落物与土壤C、N、P及其计量比的相关性多集中在10—20、20—30cm土层,而油松林中各组分与土壤营养元素的相关性相对较小,其中20—30cm土层中无显著相关性,说明相比刺槐人工林而言,油松人工林内土壤层N、P供应量对植物叶片N、P含量影响不显著。本研究为深入了解黄土丘陵区生态系统养分耦合循环机制奠定了基础,同时也为黄土丘陵区的植被恢复工作提供了一定的指导意义。     

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...     

基于刺槐年轮重建黄土丘陵区小流域年径流输沙研究

刺槐是广泛分布于黄土高原的典型水土保持植物。以黄土丘陵区甘肃天水吕二沟小流域为研究区,分析了刺槐径向生长过程及其对气候因子的响应,并开展了利用刺槐年轮估算小流域年径流量、年输沙量的适用性评估。研究表明：(1)吕二沟刺槐人工林的径向生长随林龄呈明显的下降趋势,在幼龄林阶段(1—10 a)刺槐处于快速径向生长期((4.17±0.74)mm/a),之后逐渐下降,中龄林、成熟林、过熟林阶段(11—40 a)平均生长速率为(2.31±0.41)mm/a,较前期下降了44.60%。刺槐胸高断面积增量(BAI)在1—10 a平均以(5.46±2.13)cm²/a的速度生长,在11—40 a仍保持上升趋势但年际间生长波动较大,生长速率平均为(10.80±1.95)cm²/a,流域刺槐生长并未发生明显衰退。(2)刺槐的径向生长与温度多呈负相关,与降水、相对湿度及帕默尔干旱指数(PDSI)多呈正相关。其中刺槐径向生长与上年8月、9月(P<0.05)及当年7月均温、最高温呈显著负相关(P<0.01),与当年5月最低温呈显著正相关(P<0.05);...     

模拟降雨减少对刺槐人工林土壤养分和微生物群落的影响

降雨是黄土高原地区土壤水分的最主要来源。为探明降雨减少对黄土高原半湿润区土壤养分和土壤微生物群落的影响,以刺槐人工林为研究对象,通过搭设透光遮雨板将部分穿透雨导流至样地外,实施了4年减少总降雨输入约47%的处理,测定了在不同降雨条件下林地的土壤养分含量、土壤微生物多样性及群落结构特征,分析了土壤养分和土壤微生物对降雨减少的响应。结果表明：减雨处理4年后(1)处理样地土壤有机碳、全氮、全磷含量均低于对照样地,全氮含量差异达到显著水平(P<0.05)。(2)对照样地生长季和非生长季土壤微生物多样性差异不显著,减雨处理样地非生长季的细菌均匀度显著低于处理样地生长季和对照样地非生长季(P<0.05);降雨减少对细菌和真菌的群落结构有显著影响(P<0.05),降雨减少显著降低了酸杆菌门(Acidobacteria)的相对丰度,提高了放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、子囊菌门(Ascomycota)和被孢霉门(Mortierellomycota)的相对丰度(P<0.05)。(3)土壤有机碳、全氮含量与部分细菌相对丰度显著相关,土壤...