Effect of rock fragments on the percolation and evaporation of forest soil in Liupan Mountains, China

The water-retaining capacity, percolation and evaporation of stony soil in Liupan Mountains, China, were measured in order to understand the effect of rock fragments on soil hydrological processes. The results indicated that the effective water-retaining capacity of soil is positively related with the volumetric content of rock fragments, but there is no relation between saturated water-retaining capacity and rock fragment content. For the soil layers within 0–40 cm, the steady infiltration rate increases with increasing volumetric content of rock fragments until it reaches the range of 15%–20%, and then it decreases when the rock fragment content further increases. For the soil layers below 40 cm, the steady infiltration rate always increases with increasing rock fragment content. The soil evaporation rate decreases with increasing volumetric content of rock fragments when it varies in the range of 0–20%, while the soil evaporation rate keeps basically stable when the rock fragment content is higher than 20%. The soil evaporation rate shows a rising tendency with increasing size of rock fragments.     

六盘山森林土壤中的砾石对渗透性和蒸发的影响

为了解山地土壤中的砾石对土壤水文循环的影响,测定了砾石土壤的贮水能力、渗透速率和蒸发速率。结果表明,砾石含量与土壤有效贮水量呈正相关关系,但与土壤最大贮水量无明显相关。在0-40cm土层,当砾石体积含量小于15％～20％时,稳渗速率随砾石含量增加而增大,当砾石体积含量大于15％-20％时,土壤稳渗速率随砾石含量增加而减小;在40cm以下土层,稳渗速率随砾石含量增加而提高。在土壤砾石含量为0～20％时,土壤蒸发速率随砾石含量增加而降低,但在砾石含量超过20％时,土壤蒸发速率基本保持稳定。土壤蒸发速率随砾石粒径增大有升高的趋势。     

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。     

Monitoring leaf nitrogen accumulation in wheat with hyper-spectral remote sensing

The water-retaining capacity, percolation and evaporation of stony soil in Liupan Mountains, China, were measured in order to understand the effect of rock fragments on soil hydrological processes. The results indicated that the effective water-retaining capacity of soil is positively related with the volumetric content of rock fragments, but there is no relation between saturated water-retaining capacity and rock fragment content. For the soil layers within 0–40 cm, the steady infiltration rate increases with increasing volumetric content of rock fragments until it reaches the range of 15%–20%, and then it decreases when the rock fragment content further increases. For the soil layers below 40 cm, the steady infiltration rate always increases with increasing rock fragment content. The soil evaporation rate decreases with increasing volumetric content of rock fragments when it varies in the range of 0–20%, while the soil evaporation rate keeps basically stable when the rock fragment content is higher than 20%. The soil evaporation rate shows a rising tendency with increasing size of rock fragments.     

六盘山森林植被碳密度空间分布特征及其成因

深入了解干旱缺水地区森林植被碳密度的空间分布特征是定量评价森林固碳能力、合理协调林水矛盾的重要基础。然而,目前有关干旱缺水地区的植被碳密度的研究仅限于典型样地上的碳储量、碳密度的比较,对区域尺度上森林植被碳密度的空间分布特征了解较少。为此,利用宁夏六盘山自然保护区2005年森林资源一类清查数据,计算了森林植被碳密度,并分析了其与林分结构特征和环境因子的关系。结果表明,六盘山的森林植被碳密度(t/hm2)平均为26.17(0.67—120.63),其中天然次生林为30.2(7.6—120.6),显著高于人工林的15.7(0.67—66.7)。森林植被碳密度随林龄增加而线性增大,天然林和人工林的平均增速分别为1.11和2.48 t hm-2a-1,而且,部分未成熟林的林分植被碳密度已接近甚至超过全国同类森林类型成熟林的植被碳密度平均值。随林分密度增加,森林植被碳密度增大,但在林分密度1000株/hm2后,森林植被碳密度不再增大,达到其最大值,其中,天然林为75.4 t/hm2,人工林为34.6 t/hm2;林冠郁闭度对森林植被碳密度的影响与林分密度相似,森林植被碳密度增长的郁闭度拐点为0.5。水分条件是影响六盘山森林植被碳密度的重要因素,森林植被碳密度(t/hm2)由700 mm以上地点的32.5(7.6—120.6)下降至年降水量500—600 mm地点的10.9(0.67—42.9),而且随年降水量减少,最大森林植被碳密度所对应的海拔高度呈增加趋势,如在年降水量为700、600—700和600 mm的地区,最大碳密度所在海拔高度分别为1900—2100、2100—2300和2300—2500 m。综上所述,研究区森林植被还有较大的固碳潜力,从提高森林固碳功能角度来看,林分郁闭度不宜超过0.5。     

六盘山四种森林生态系统的碳氮储量、组成及分布特征

碳和氮是森林生态系统的重要组成元素,其含量有很大时空差异,并和立地及森林特征关系很大,需做大量的积累性调查才能得到其变化规律,尤其是加强在过去较少研究的西北地区的调查。在宁夏六盘山区选择华北落叶松(Larix principisrupprechtii)人工林、华山松(Pinus armandii)次生林、桦木(Betula platyphylla)次生林和野李子(Prunus salicina)灌丛4种典型森林,测定了乔木层(分不同器官)、灌木层、草本层、枯落物层、根系层(0—100 cm土壤)的碳、氮含量,分析了生态系统的碳、氮储量及成分组成和层次分布特征。结果表明,碳含量在不同乔木树种及其不同器官之间的差异不明显;但氮含量存在显著的树种差别和器官差异,以树叶的最高、树干的最低。灌木层和草本层的碳氮含量均表现为地上部分地下部分。各森林样地的乔木层、灌木层、草本层的碳含量依次降低,但氮含量依次增高;枯落物层的碳含量低于各植被层,但氮含量高于各植被层;根系层土壤的碳、氮含量则随土层增深而递减。包括活植被层、枯落物层和根系层土壤在内的华北落叶松人工林、华山松次生林、桦木次生林、野李子灌丛的生态系统碳储量依次为364.56、450.98、640.02、196.55 t/hm2,氮储量依次为27.86、36.19、47.02、15.99 t/hm2。所有4种森林生态系统的根系层土壤的碳氮储量均占整个生态系统总储量的绝大部分,其比例对碳储量为84.69%—93.92%,氮储量为98.09%—98.64%。从乔木层、灌木层、草本层、枯落物层到根系层(土壤),呈现出C/N比依次减小的趋势;根系层土壤和整个生态系统的C/N比分别为华北落叶松林的11.84和13.12、华山松林的10.76和12.56、桦木林的12.48和13.52、野李子灌丛的11.70和12.29。     

六盘山小流域地形、植被特征与土壤水文物理性质的关系

利用多元统计方法,分析了六盘山分水岭沟小流域107个样地的地形、植被特征与土壤水文物理性质的关系。结果表明:饱和持水量、总孔隙度、毛管持水量、容重、石砾体积含量、非毛管孔隙度可作为土壤水文物理性质类型划分的6项重要指标,同时土壤毛管持水量还是一个敏感指标。将所有调查样地划分为土壤物理性质组间差别较大但组内接近的3组样地,发现各组样地的植被类型相近。土壤水文功能最好的第III组是以桦树和山杨为主的天然阔叶次生林样地,其主要分布在阴坡、中坡位;华北落叶松人工林为第Ⅱ组,其土壤水文功能次之;土壤水文功能最差的第Ⅰ组多是位于陡坡悬崖的华山松天然林及杂灌丛样地。土壤孔隙性受到地形和植被特征的共同影响,影响显著的地形特征主要是相对高程、坡向和坡位;植被特征主要是胸径、乔木高度和灌木层盖度。     

天山林区不同群落土壤水分入渗特性的对比分析与模拟

土壤入渗特性是影响森林生态水文过程的一个重要环节。为了比较不同群落类型土壤水分入渗特性的差异,在天山中段北坡林区利用环刀法测定天然林、人工林、林窗草地、草地、林缘灌木林、山前灌木林六种群落类型的森林土壤入渗过程,对比分析有机质含量、毛管孔隙度、容重、含水率等土壤理化性质对入渗过程的影响,用三种常用模型进行入渗过程模拟,分析比较这/min之间,稳定min之间,不同群落类型土壤平均入渗率从大到小的排序为:天然林林缘灌木林窗草地草地人工林山前灌木;(2)六种群落类型土壤入渗性能均具有初渗速率平均入渗速率稳定入渗速率的相同趋势;(3)Kostiakov模型对试验六种群落类型土壤入渗过程的拟合精度比较高,适用于描述本研究区域水源涵养林地土壤入渗特征;(4)土壤有机质含量与土壤入渗速率呈正相关,且与初始入渗率达到显著水平;土壤的含水率、土壤毛管孔隙度和土壤容重与土壤入渗能力呈现显著的负相关。通过观测与模拟不同群落类型的土壤水分运动过程,本文可为天山林区生态水文长期定位观测提供有益借鉴。     

六盘山典型植被下土壤大孔隙特征

利用水分穿透曲线法和Poiseuille方程研究了六盘山8种典型植被类型下土壤大孔隙的半径与密度特征.结果表明:研究区典型植被下土壤大孔隙半径在0.4~2.3 mm,加权平均半径为0.57~1.21 mm,平均值为0.89 mm;大孔隙密度变化范围为57~1117个.dm-2,平均408个.dm-2;半径>1.4 mm的大孔隙密度较小,其数量仅占大孔隙总数量的6.86%;大孔隙面积与土柱水分出流面积的百分比(简称土壤大孔隙面积比)介于0.76%~31.26%,平均为10.82%.研究区土壤大孔隙密度为阔叶林大于针叶林,亚高山草甸与阔叶林相当,灌丛与针叶林相当;土壤大孔隙面积比为阔叶林高于针叶林,灌丛与阔叶林相当,亚高山草甸与针叶林相当.     

宁夏六盘山人工林和天然林生长季的蒸散特征

为了系统地认识森林生态系统结构对蒸散特征的影响,2009年5-10月,应用热扩散技术和传统水文学方法,对六盘山香水河小流域华北落叶松人工林和华山松天然林的蒸散及分量进行对比研究.结果表明: 华北落叶松人工林生长季总蒸散量为518.2 mm,是同期降雨量的104.6%,远高于天然林蒸散量420.5 mm.两种林分总蒸散量在其垂直层次上的分配比例相近,表现为冠层蒸腾量>草本+土壤层蒸散量>灌木蒸腾量,但林分各组成分量占总蒸散量的比例明显不同.其中,人工林冠层月均截留量和蒸腾量为19.6和25.2 mm,分别是天然林的1.2和1.9倍;人工林灌木层月均蒸腾量为 4.4 mm,占天然林的23.4%;人工林草本+土壤层月均蒸散量为37.1 mm,是天然林的1.8倍.采用Penman-Monteith方程对林分的实测蒸散量进行对比检验,两种方法对林分蒸散量的估计值基本接近.
     

六盘山半湿润区华北落叶松树干半径变化特征及其影响因素

在2016年生长季,利用树干径向生长测量仪监测了六盘山半湿润区华北落叶松的树干半径变化,研究其昼夜和生长季的变化格局,确定主要生长期并分析期间环境因素对半径变化的影响,以期准确理解短时环境变化对树木生长的影响。结果表明: 在昼夜时间尺度,树干半径呈白天收缩、夜间恢复并增长的变化格局;在生长季时间尺度,树径变化呈相对稳定、持续增大、涨缩波动3个阶段的格局。在本研究特定的气象、土壤湿度和地形条件下,华北落叶松树干半径的主要生长期为5月14日—7月31日,最大半径生长速率出现在6月8日。影响树干半径日收缩量的环境因子在不同时段(收缩阶段、日、循环周期)基本一致,主要为温度(空气/土壤温度)、太阳辐射强度、饱和水汽压差和土壤含水量,且温度的贡献率最大(50.3%～71.0%)。而影响树干半径日增长量的因子存在时段差异,在增长阶段是降水量(贡献率86.9%)和最高气温(13.1%),在循环周期是降水量(50.3%)、饱和水汽压差(29.9%)、相对空气湿度(12.7%)和太阳辐射强度(7.1%),在整日阶段仅是降水量和太阳辐射强度。树径增量的环境响应在循环周期比在日时段更敏感。     

哀牢山亚热带常绿阔叶林内外地温分布特征

地温是森林气候重要的环境因素之一,与植物生长密切相关,对地温的深入研究有助于揭示森林生态系统功能和评估森林环境效益。本文利用哀牢山亚热带常绿阔叶林林内和林外旷地(气象站)地温数据,分析发现:哀牢山亚热带常绿阔叶林林内外的地温均呈单峰型日变化,与林外相比,林内地温具有明显日变化的深度较浅(仅在20cm深度以上);林内平均地温具有显著日变化的深度在春季和秋季(20cm)要大于夏季和冬季(15cm);与林外相比,林内各层地温均小于同层的林外地温,并且林内地温的日变幅和年变幅也小于同深度的林外地温。总体来看,林外地温的年变幅和日变幅大于林内。     

秦岭西部山地次生林和人工林大型土壤动物群落结构特征

人类对次生林生态系统的长期扰动必然会对地下生态过程产生深刻影响,而土壤动物群落结构和功能多样性对地下生态过程的演变有重要的指示意义.本文以小陇山林区恢复近30年的次生林和栽植近30年的油松、日本落叶松、欧洲云杉和粗枝云杉林为对象,通过对5种林型土壤动物群落密度调查,采用PCA排序和方差分析等方法,探讨了不同林型土壤动物群落结构特征和营养结构.结果表明:油松林和日本落叶松林土壤动物群落密度是次生林的3.0和2.1倍;油松和日本落叶松人工林土壤动物群落中消费者/分解者比值明显高于次生林,油松林和日本落叶松林消费者/分解者的比值显著高于欧洲云杉林和粗枝云杉林;不同人工林土壤动物群落结构存在明显差异,油松林和日本落叶松林土壤动物群落密度是粗枝云杉林的4.5和3.1倍,而油松林土壤动物群落类群丰富度是欧洲云杉林和粗枝云杉林的1.5倍.     

Edge influence on herbaceous plant species,diversity and soil properties in sparse oak forest fragments in Iran

伊朗稀疏橡木林片段对草本植物物种多样性和土壤特性的边缘影响 温带和热带森林中的森林边缘现象已经得到了很好的研究,但在稀疏的橡木林片段中的相关研究却较为缺乏。本文研究了稀疏橡木林片段对植物物种多样性和土壤特性的边缘影响。本研究沿着伊朗克尔曼沙赫省3个小型(<10 ha)和3个大型(>10 ha)橡木林片段的3个横断面收集了从边缘到内部的相 关数据,测量了0(森林边缘)、25、50、100和150 m处的草本植物(高度<0.5 m)和土壤特性。使用香农指数量化了物种多样性,使用稀疏标准化方法比较了两个大小不同片段中的物种丰富度,并应用了非度量多维测度排序研究了物种组成的变化。通过随机化测试估算了边缘影响的距离,并利用Tukey HSD事后检验法的广义线性混合模型评估了距边缘距离和片段大小对多样性和土壤特性的影响。研究结果表明,大小片段边缘具有较高的物种丰富度、多样性和均匀度,而大片段边缘的土壤氮和有机碳含量则较内部更低(边缘50 m范围内的变化最大)。大小片段的物种组成、土壤有机碳和氮总量都存在显 著差异。本研究关于这些稀疏森林对草本植物和土壤特性产生显著边缘影响的发现,对于边缘研究,尤其是边缘和草本植物的相关研究具有重大贡献。     

积雪对长白山阔叶红松林土壤温度的影响

2004-2007年对长白山阔叶红松林林地进行遮雪试验,观测了有雪、无雪覆盖的森林土壤温度和气温.结果表明:积雪对土壤温度变化有明显的缓冲作用,有雪覆盖减缓了土壤温度的变化; 积雪对浅层（0～20 cm）土壤有较好的保温作用,随雪深的增加,保温作用增大,雪深从10 cm 增至20 cm时保温作用的增幅最大,当雪深超过30 cm时,保温作用的增幅不明显; 融雪期土温经历0 ℃左右的恒温期后缓慢上升,恒温期的持续时间主要由冬季的雪深及其时间分布所决定.     

Investigation of nitrification in forest soils with soil percolation columns

Soil percolation columns in which a pF of 2 could be maintained were developed to study nitrification in soils and litter of an acid and a calcareous forest soil location. High nitrification rates were observed in the calcareous soil. In the acid soil nitrification was much slower. A column filled with leaf litter gave a low nitrification rate at the start of the experiment, but a high rate was found after 60 days of percolation with an ammonium-containing medium of pH 4. In this leaf litter high numbers of autotrophic bacteria were just present at the beginning of the experiment, whereas at the end only low numbers were detected. Results indicate that autotrophic bacteria from acid soils are sensitive to a pH increase.     

秦岭火地塘林区油松林土壤呼吸时空变异

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的关键生态过程,土壤呼吸的时空变异及其影响因子已成为生态学研究的主要内容之一。采用红外线开路气室法和便携式微气象站,连续测定了秦岭火地塘林区天然次生油松林地不同部位土壤呼吸速率和不同土层深度土壤温度和土壤体积含水率,结果表明:(1)植物生长季,试验地上部与中部、中部与下部,土壤呼吸日均值间存在显著差异。植物休眠季,全坡面土壤呼吸日均值差异不显著。同一观测部位植物生长季与休眠季,土壤呼吸日均值差异显著。观测期内全样地土壤呼吸日均值为(38.64±6.43)gm-2d-1;(2)同一地形部位不同观测月中和不同地形部位同一观测时间,土壤呼吸月均值大多存在显著差异,植物生长季和休眠季,全样地土壤呼吸均值分别为(46.98±2.21)gm-2d-1和(35.94±1.01)gm-2d-1,全样地土壤呼吸月均值为(1.18±0.20)kgm-2月-1,休眠季土壤日均呼吸约为整个观测季的43.34%;(3)当土壤温度9.0℃时,土壤温度与土壤呼吸速率间均存在显著的指数关系。回归模型的决定系数均大于0.87,均方差根不超过0.21,模型有效性系数不小于0.85,残差系数的绝对值不超过0.007。(4)植物生长季0-5cm和5-10cm土层及植物休眠季0-5cm土层,土壤呼吸日累积值均值与相应土层深度土壤体积含水率均值间存在三次函数关系,回归模型的决定系数分别为0.456,0.513和0.143;植物休眠季5-10cm土层,土壤呼吸日累积值均值与土壤体积含水率均值间存在幂函数关系,回归模型的决定系数为0.650。     

西双版纳热带季节雨林林下土壤蒸发的稳定性同位素分析

利用2002年1月～2003年12月在西双版纳热带季节雨林样地测定的大气降雨、林冠穿透雨、林冠滴落雾水、溪流水水量及其氢、氧稳定性同位素比率δD和δ18O的测定结果,分析了热带季节雨林林下土壤的蒸发率.结果表明,热带雨林在雨水偏多的2002年和雨水偏少的2003年的蒸发散分别为1186 mm和987 mm,明显低于世界其它湿润热带雨林的蒸发散值;雾水的稳定性同位素比值明显重于雨水,表明雾水中包含区域再循环的蒸发水汽;由于森林林冠和林下土壤的蒸发作用,穿透雨水和溪水的稳定性同位素值又明显重于雨水的相应值.根据溪流水和穿透水（穿透雨水＋滴落雾水）的同位素差值,利用平衡状态下的瑞利蒸馏方程计算的森林土壤蒸发率表明,这两年的森林总蒸发散中分别有5.1%和3.1%来自林下土壤的蒸发.分析认为,持久、浓重的辐射雾是导致西双版纳地区热带雨林蒸发散和土壤蒸发率较低的重要因子.     

森林与空旷地空气温湿度及土壤温度的长期对比研究

森林对温湿度的影响是其生态功能的基础,为了探讨森林的这种小气候效应,本文采用小气候对比观测的方法,根据2005 -2007年观测资料,对长白山阔叶红松林与附近空旷地温度、湿度等小气候要素进行了差异性研究.结果表明,林内近地表层空气温度白天低于林外空旷地,晚间高于林外空旷地,因而具有较低的日较差.非生长季二者的月平均值差异不显著,但生长季差异明显,月平均气温最高差值出现季节与森林叶面积指数最大值出现时间一致.气温年较差的平均值林内小于空旷地,差值可达6.3℃.年均森林与空旷地土壤温度全年均表现出明显差异,以0℃为界,0℃以上,林内土壤温度低于空旷地,0℃以下高于空旷地,其中2005年1月5 cm深处土壤温度差值达到了5.3℃.空气相对湿度生长季差异较大,其中以7、8月份差异最为明显,2006年7月差值最大,达7.0％.     

哀牢山亚热带常绿阔叶林森林土壤温湿特征及其对温度升高的响应

为把握土壤温度对未来全球气候变暖的响应程度,评估气候变暖对亚热带森林土壤呼吸的影响,利用在哀牢山亚热带常绿阔叶林中设置的土壤增温和土壤呼吸人工控制实验2011—2013年的实测数据,通过分析,得到如下结果:环境温度的升高不会改变林内的近地层气温、土壤温度和土壤含水量的年变化和日变化规律;冬季和夜间增温效应大于夏季和昼间;增温会导致土壤含水量降低,雨季的效应大于干季;增温导致的升温效应和降低土壤水分效应具有一定的年变化,但是基本没有日变化;所设置的人工增温控制实验的年平均增温在2.0℃左右,所设置人工控制实验可以达到5 cm土壤增温2.0℃的设计要求,可为其后探讨土壤呼吸对温度升高的响应提供良好的基础保证。