半干旱黄土丘陵区不同人工植被恢复土壤水分的相对亏缺

土壤水分是制约半干旱黄土丘陵区植被恢复和生态建设的关键因子。而缺乏科学指导的人工植被恢复会加剧土壤水分耗竭,造成土壤水分亏缺,从而严重阻碍该区生态系统恢复和脆弱生境的有效改善。本研究以典型半干旱黄土丘陵区甘肃定西龙滩流域为例,对比不同植被恢复模式下土壤储水状况,并通过构建土壤水分相对亏缺指数CSWDI（Compared Soil Water Deficit Index）和样地土壤水分相对亏缺指数PCSWDI（Plot Compared Soil Water Deficit Index）进行定量化分析与评价,发现各人工植被均存在不同程度的土壤水分亏缺。其中,柠条、油松、山杏林地PCSWDI分别达到0.65、0.62、0.62,土壤水分亏缺严重,尤其是100 cm以下土层;山毛桃林地和苜蓿草地PCSWDI分别为0.38和0.17,在100—200 cm土层有一定程度的水分亏缺,但相对较轻;侧柏林地土壤水分的亏缺主要集中在20—100 cm这一层次,100 cm以下则随深度增加而降低;0—200 cm土层内,杨树林地、撂荒草地和马铃薯农地无显著水分亏缺,且在0—100 cm内土壤水分有一定的补充。CSWDI和PCSWDI能有效反映不同层次和样地土壤水分相对亏缺状况,可用于同一地区不同植被恢复模式土壤水分响应的定量化分析与评估。     

半干旱黄土区成熟柠条林地土壤水分利用及平衡特征

选择半干旱黄土区流域尺度不同地形条件下成熟柠条林作为研究对象,并以荒坡草地作为对照,在2009—2011年生长季节对0—210cm土壤含水量进行连续观测,开展了剖面土壤水分变异、动态平衡及影响因素研究。结果显示:土壤水分平均值:30—130cm对照>北坡>东坡>南坡,150—210cm南坡(上、中坡位)>对照>北坡>东坡,南坡和北坡样地上坡位>中坡位>下坡位。土壤水分的季节变化表现为9月﹥8月﹥7月,5、6、10月份最低;不同地形条件下,柠条林地土壤水分极差值和变异系数并没呈现出规律性变化,在垂直尺度上,柠条林地土壤水分极差值和变异系数曲线在0—50cm表现比较活跃,70—210cm则相对稳定;在连续干旱年份土壤储水量并没有连续的降低和亏缺,在第1个欠水年亏缺比较严重,第2个欠水年盈亏量基本平衡,而第3个欠水年则略有盈余。研究认为:小流域尺度下的地形条件差异造成了土壤水分规律性变化,但在特定植被生长发育状态和剖面尺度下,植被因子将会成为土壤水分动态变化的主控因子。柠条林发育至成熟阶段,土壤水分补偿与消减将会保持平衡状态。土壤水分与植被生长的相互关系一方面表现出一定的时间差,另一方面植被对土壤水分也具有一定的适应性。这是因为土壤含水率高促进植物生长,植物生长势增强会进一步加大对土壤水分的消耗,土壤水分含量不足则会抑制植物生长,植物生长势减弱会进一步降低对土壤水分的消耗。     

宁夏东部荒漠草原灌丛引入对土壤水分动态及亏缺的影响

全球气候变化背景下,荒漠草原人工灌丛引入加速其灌丛化进程,对草原土壤水分产生重要影响。为了解宁夏东部荒漠草原灌丛引入过程中土壤水分动态及亏缺现状,选取了封育草地、放牧草地、不同年限(3a、12a、22a)和间距(40 m、6 m、2 m)灌丛柠条(Caragana korshinskii)地进行土壤水分测定,并利用土壤水分相对亏缺指数(compared soil water deficit index,CSWDI)、样地土壤水分相对亏缺指数(plot compared soil water deficit index,PCSWDI)对土壤水分亏缺进行定量分析。结果表明:灌丛引入过程中不同年限、间距灌丛地0—200 cm土层土壤含水量均显著低于封育草地与放牧地(P0.05);各样地季节动态均表现为春季返潮、夏季消耗、秋季蓄积的季节规律,但不同年限、间距灌丛地表现为春季返潮微弱,土壤含水量仅为7.80%—10.90%,显著低于封育草地和放牧地(11.90%—16.09%);灌丛引入过程中各灌丛地0—100 cm有效储水量(-16.98—18.69 mm)均低于封育草地(34.67 mm),虽在种植22a灌丛地和2 m间距灌丛地略有升高,仍不足20.00 mm。土壤水分相对亏缺量(除封育草地外)为6.69—97.16mm;灌丛引入过程中各样地不同土层CSWDI值呈波动变化,除封育草地各土层无显著的亏缺外,其他样地均存在亏缺,亏缺值为0.03—12.10,PCSWDI值均随着灌丛引入年限和密度的增加呈增大趋势。荒漠草原灌丛引入过程产生土壤水分过度利用,使得土壤水分亏缺,并加剧其深层土壤水分的消耗。     

水蚀风蚀交错区典型植被土壤水分消耗和补充深度对比研究

研究了黄土高原水蚀风蚀交错区六道沟小流域8种植被类型条件下植物消耗土壤水分深度与降水对应的补充深度。结果表明:裸地、农地、撂荒地、人工草(灌)地(苜蓿地、柠条地、沙打旺地)、当地典型草地(荒草地、长芒草地)在平水年及干旱年,土壤水分均表现为负平衡;丰水年部分样地土壤水分得到补充。平水年以及干旱年(2010—2011年)植物耗水深度依次为:柠条地撂荒地沙打旺地苜蓿地≈长芒草地≈荒草地农地裸地,降水补充深度为农地裸地撂荒地荒草地长芒草地沙打旺地苜蓿地柠条地。丰水年(2012年)裸地、苜蓿地、荒草地与沙打旺地土壤水分并未显示出明显负平衡过程,但柠条地耗水深度依然达到260 cm,其它样地依次为撂荒地农地长芒草地;降水入渗深度排序:农地裸地撂荒地=柠条地荒草地=苜蓿地长芒草地沙打旺地。水蚀风蚀交错区土壤蒸发(裸地蒸发)以及降水补充深度一般为0—120 cm范围内,丰水年土壤水分能得到恢复。农地的土壤水分消耗与补充深度略有增加。农地撂荒后耗水深度与撂荒地植被类型有密切联系,随植被盖度与丰度的增加,耗水有进一步加深的趋势,撂荒地土壤水分补充深度小于等于消耗深度。农地退耕还草所种植的深根性植被(苜蓿、沙打旺、柠条等)不仅会迅速消耗当季降水,同时会进一步消耗土壤深层储水,致使120 cm以下观测土层土壤含水量较低,造成土壤水分消耗深度较浅的假象。除撂荒地外,高生物产量的人工草(灌)耗水量高,耗水深度也深,因此在退耕还林(草)过程中,应该充分考虑不同植被类型的年度水分交换深度,采取措施降低消耗深度,增加入渗深度。     

黄土丘陵半干旱区柠条林密度对土壤水分和柠条生长的影响

研究密度对土壤水分和植物生长的影响对森林植被恢复和生态建设具有重要的意义。以黄土丘陵半干旱区人工柠条为研究对象,对相同立地条件下不同密度柠条林生长与林地土壤水分进行了长期定位观测和分析。研究表明,1—5年生柠条不同密度林地土壤水资源量差异显著,从第3年开始,土壤水资源量随着密度增加而增加;10—12年生柠条密度越低土壤水资源量越高(Treatment4除外,T4),不同密度之间水资源量差异不显著。1—3年生柠条密度越高会促进其株高生长;从第四年开始,柠条密度过高会抑制其株高生长;1—5年生柠条密度越高基径生长越快,不同密度生长差异不显著;10—12年生密度过高(Treatment1,T1)或过低(T4)均会抑制柠条株高与基径生长。在柠条播种后第5年,高密度试验小区(T1和Treatment2,T2)柠条林地最大入渗深度土壤水资源量降到水资源利用限度,此时需要依据土壤水分植被承载力通过平茬来降低林分密度,以达到减少土壤水分消耗和可持续利用土壤水资源之目的。     

陕北黄土区雨季后山地枣林土壤水分动态变化研究

选取陕北延川县齐家山红枣试验基地枣林地、苹果林地和撂荒草地为研究对象进行土壤水分动态变化研究，结果表明：①不同坡位、不同坡向和不同整地方式的枣林地土壤水分存在显著差异；其中，研究区下坡位土壤水分最高，为14.19%；阴坡土壤水分最高，为14.19%；水平阶整地枣林土壤水分显著高于原状坡。②研究区不同植被类型间土壤水分垂直变化趋势基本一致。枣林地土壤水分最高，为11.49%；不同植被类型0~100 cm土壤贮水量依次表现为枣林地（144.76 mm） > 苹果林地（124.19 mm） > 撂荒草地（72.20 mm）。③不同植被类型土壤贮水亏缺度存在差异。雨季前，0~20 cm土层亏缺度最小，平均亏缺度表现为撂荒草地 > 枣林 > 苹果林；雨季后，土壤水分亏缺度表现为撂荒草地 > 苹果 > 枣林，除枣林地外均高于雨季前土壤水分亏缺度。④雨季后，研究区3种植被类型0~20 cm土层土壤水分亏缺加剧；20~100 cm土层中，枣林土壤贮水补偿度为正值，土壤水分得到补偿，但最高仅为22.95%，枣林土壤水分仍处于亏缺状态并未完全恢复；苹果林地土壤贮水补偿度则为负值，表明土壤水分亏缺进一步加剧；撂荒草地土壤水分补偿度基本维持在0左右，土壤水分亏缺没有持续恶化。     

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。     

陕北黄土区陡坡地人工植被的土壤水分生态环境

通过定点土壤水分测定与对比分析,研究了陕北黄土区35～45°陡坡地人工植被的土壤水分亏缺状况、年际、年内动态变化规律、干燥化特征及其补偿恢复特征.结果表明:陡坡地多年生人工植被的土壤水分亏缺极为严重,贫水年0～10m土层贮水量仅相当于田间持水量的26.2%～42.0%,丰水年贮水量也仅占田间持水量的27.0%～43.3%;亏缺次序为:柠条>刺槐>苜蓿>侧柏>杨树>油松>荒坡>杏>枣>农地.年际间同一植被土壤水分含量的变化主要发生在200cm以上土层内, 变异程度随土壤深度的增加而减弱.同一生长季,各种植被0～120cm土层含水量的变异系数都较大,但植被间差异较小;120cm以下土层,变异系数较小,但植被间差异较大.陡坡地多年生植被均有永久干层存在,但深层土壤干燥化强度因植物种类和生长年限而存在明显的差异.雨季土壤水分的补偿和恢复深度为1.0～1.4m,但不同植被的土壤贮水增量和补偿度有较大差异.同一植被丰水年的雨水补偿深度比干旱年可增加60cm以上,5m土层贮水增量增加3倍以上.在自然降雨条件下,陡坡地多年生人工植被的土壤贮水亏缺状况不能得到改善, 土壤干化现象也不可能有所缓解.     

荒漠草原区柠条人工固沙林生长过程中地表植被-土壤的变化

研究荒漠草原区柠条人工林生长过程中土壤-植被系统演变特征,对于揭示柠条人工固沙林对沙化草地生态系统恢复产生的生态效应具有重要的科学意义.以6、15、24和36年生柠条人工林为对象,通过调查每个样地的土壤性质和地表植被特征,分析了荒漠草原区柠条人工林生长过程中土壤-地表植被的变化.结果表明:随着柠条人工林的发育,柠条的冠幅、树高、分枝数和基径极显著增加,土壤粗沙粒和细沙粒含量显著降低,极细沙和粘粉粒含量显著增加,土壤有机碳、全N和全P含量呈现线性增加,而土壤pH值则显著下降;地表植被物种数和密度显著增加,地表植被盖度和高度均表现为24年生＞15年生＞6年生＞36年生林地,相关分析表明,土壤质地、容重、土壤养分与pH值是影响柠条林地地表植被物种数、个体数和盖度分布的主要因素.在荒漠草原区,柠条人工固沙林发育过程有利于土壤条件改善和地表植被恢复,促进沙化草地生态系统的恢复.     

植物生长与土壤水关系调控起始期

确定植物生长与土壤水关系调控起始期是可持续利用土壤水资源的基础.以柠条为研究对象,采用中子仪对黄土丘陵半干旱区撂荒地,1～5年生柠条林生长和土壤水分进行长期定位观测和分析.结果表明:1a内,随着时间推移,柠条利用土壤水分深度从播种时的表层土壤增加到220cm;随着林龄增加,除丰水年2年生柠条林地土壤储水量增加外,柠条利用土壤水分深度和耗水量增加,林地土壤储水量下降.在2004年生长末期,3年生柠条林地100cm土层的土壤含水量低于萎蔫系数,4年生柠条林地土壤旱化加剧,柠条生长与土壤水关系调控起始期是第5年.此时需要调控柠条生长与土壤水关系,采取措施降低柠条水分耗水量,实现土壤水资源可持续利用.     

黄土高原阴/阳坡向林草土壤水分随退耕年限的变化特征

研究地点位于半干旱的黄土高原区,在坡向导致的土壤水分差异的基础上,分析该区域撂荒草地和人工林地土壤水分随退耕年限的变化特征,进而以自然草地为参照,分析不同坡向人工林地土壤水分亏缺程度。结果表明:总体上,阴坡土壤水分显著高于阳坡,撂荒草地、自然草地和林地土壤水分在阴/阳坡之间的差异分别为:3.1%、2.6%、1.5%;可见,人工林地降低了由坡向导致的土壤水分的差异。在阴/阳坡上,撂荒草地土壤水分随退耕年限增加皆呈显著增加趋势,并且,总体上,土壤水分的增加程度随年限增加而增大,尤其在深层的土壤水分。而林地土壤水分在阴坡和阳坡皆呈显著降低的趋势;通过对比阴/阳坡不同土层土壤水分随退耕年限变化趋势,阳坡人工林地上层土壤水分(0—1m和1—2m)随年限增加降低程度有所减少,然而,较深层(2—3m和3—4m)土壤水分在后期降低程度更大,而阴坡土壤水分随年限增加的降低程度呈现与阳坡相反的趋势;人工刺槐林地导致的土壤水分亏缺程度(以自然草地土壤水分为参考)随着年限增加呈增加趋势,且随深度增加呈增加趋势,总体上,阳坡人工林地除0—1m土层的土壤水分亏缺程度高于阴坡,其余土层平均土壤水分亏缺程度在前、中、后期皆低于阴坡。     

黄土高原北部人工灌草植被土壤干燥化过程研究

黄土高原北部水蚀风蚀交错区是典型的生态脆弱区,人工灌草植被土壤干燥化发生频繁。土壤干化层的形成影响生物小循环并削弱水文大循环,严重制约植被建设成效和区域生态稳定。为阐明人工灌草植被土壤干燥化过程,并确定适宜的种植年限,选择该区典型人工灌草植被—柠条和苜蓿为研究对象,分析两种植被土壤水分和地上生物量随生长年限的变化特征。结果表明:2—8年生柠条和1—7年生苜蓿对剖面土壤水分消耗强烈,并随生长年限呈快速下降趋势,9—12年生柠条和8—11年生苜蓿1.0—4.0 m剖面含水量分别降低至8.2%—9.0%和8.5%—10.5%之间,并处于相对稳定状态。4—5年生柠条地1—1.4 m开始产生干层,6年生柠条地干层深度达2.4 m,干层厚度为1.4 m;9—12年生柠条地干层深度超过4.0 m。2—4年生苜蓿地无干燥化;5年生苜蓿生长季末土壤干层深度达3.6 m,干层厚度为2.6 m,且7年生以后土壤干层的深度超过4.0 m。因此,为调控土壤干层,减少深层土壤干化的发生,建议柠条和苜蓿的生长年限分别不要超过6年和5年,其对应的地上最大干生物量分别为5050 kg/hm~2和1980 kg/hm~2。研究结果可为黄土高原北部生态脆弱区人工灌草植被管理与土壤干层调控提供科学依据。     

黄土高原不同植被坡地土壤微生物区系特征

应用稀释平板法对黄土高原不同植被覆盖下坡地土壤0～5cm和5～20cm土层的细菌、真菌和放线菌的分布特征进行了研究;结果表明:(1)该区域不同植被下土壤中细菌、真菌和放线菌总体比较丰富,数量差异较大,柠条土壤中微生物数量最多,苜蓿地中的最少.同一植被下各类菌群数量排序为细菌>放线菌>真菌.(2)放线菌和真菌随土层深度的增加而呈明显的减少趋势,而细菌的不明显.(3)天然荒坡的微生物数量高于人工草地的,人工灌木林微生物数量高于人工乔木林的,人工乔草复生果树林的微生物数量高于人工纯生乔木林、纯生草地和纯生果树林的.     

黄土丘陵区植被恢复对深层土壤有机碳储量的影响

以黄土丘陵区不同恢复年限的人工刺槐林、人工柠条林和自然撂荒地为对象,以0～100 cm(浅层)土壤为对照,研究了不同植被类型下100 ～ 400 cm(深层)土壤有机碳(SOC)储量的剖面分布特征和累积动态.结果表明:随土壤深度增加,浅层SOC储量显著降低,深层SOC变化趋势不明显,但储量很高,约占0～400cm剖面SOC的60％.80 ～ 100 cm土层的SOC储量与深层100～200和200 ～ 400 cm的SOC储量呈显著线性相关,是0～100 cm5个土层中与深层SOC储量变化相关性最强的一层,可用以估算深层SOC储量.人工刺槐林、柠条林、撂荒地表层(0 ～ 20 cm) SOC储量显著高于坡耕地,而深层SOC储量在不同利用类型间差异不显著.随植被恢复年限的增加,深层SOC储量呈上升趋势,人工刺槐林和人工柠条林100 ～400 cm SOC平均累积速率分别为0.14和0.19t·hm-2·a-1,人工柠条林与浅层SOC累积速率相当.在估算黄土丘陵区植被恢复的土壤固碳效应时,应考虑深层土壤有机碳累积量,否则会严重低估植被恢复的土壤固碳效应.     

不同龄阶梭梭根区土壤水分时空变化特征

土壤水是荒漠植被发育最主要的制约因子。不仅影响植物的生长和发育,还限制着植被的种类、数量和分布。梭梭作为北方荒漠区重要的固沙植物,研究梭梭林地土壤水分动态对其植被生存或恢复以及群落稳定性维持具有重要意义。鉴于少有学者研究过不同龄阶梭梭根区的土壤含水率差异,于2014年2月至2014年11月,采用中子仪法和烘干法对0—400 cm沙层土壤含水率进行了原位观测,分析了不同龄阶梭梭根区土壤水分的时空变化规律。结果表明:(1)梭梭根区土壤水分时间变化可分为4个阶段:2月下旬—3月下旬是土壤水分快速补给期,4月上旬—5月下旬是土壤水分均衡期,6月上旬—10月下旬是土壤水分耗损期,11月上旬—次年2月中旬是土壤水分稳定期;(2)梭梭根区0—50 cm土层,受降雨、融雪水入渗补给和蒸发的影响较大,土壤水分变异系数较大且随深度增加迅速减小,50 cm以下土层变异系数较小且随深度变化微小;(3)不同龄阶梭梭根区剖面平均土壤含水率全年与春、夏、秋季均表现为:枯树成熟梭梭中龄梭梭裸地;(4)随距梭梭树干距离的增大(0—5 m范围内),土壤含水率整体呈减小趋势;降雨前后,梭梭根区浅层(0—10 cm)土壤含水率增量大于裸地土壤含水率增量。     

宁夏荒漠草原不同林龄人工柠条林地土壤优先流研究

土壤优先流作为土壤中常见的水分流动方式,会造成土壤水分流失、地下水污染及坡面土体稳定性降低等问题。以位于宁夏盐池县的典型荒漠草原为研究区域,通过土壤水分入渗染色法、CT扫描法、图像处理技术相结合的分析方式,选取人工营造9、14、24、35年的柠条灌丛林地,以空白草地作为对照,探究不同恢复年限人工柠条林土壤优先流特征及其与土壤大孔隙与根系的关系。结果表明：(1)不同林龄柠条林地土壤优先流特征及大孔隙度具有显著差异,表现为随着种植年份的增加,土壤大孔隙度逐渐升高,土壤入渗染色深度随之加深,同时染色面积比随着柠条林林龄的增加而增大。(2)土壤基质流深度表现为随着种植年份的增加而增大,人工柠条林地的土壤优先流程度显著高于草地。(3)随着人工柠条林龄的增加,土壤根系数量增加,而灌丛生长发育过程中的根系活动使得灌丛林地土壤具有更多迂曲度低、连通性强的大孔隙,这些大孔隙是导致土壤水分优先迁移的主要因素。因此,植物根系和土壤大孔隙变化是影响荒漠草原人工柠条恢复过程中土壤水分分布的关键因素,合理配置人工林以改善根系及土壤结构特征,或可有效提高荒漠草原地区的土壤水分利用效率。     

黄土丘陵区植被恢复的土壤碳水效应

黄土高原大规模植被恢复显著影响了这一区域土壤水分和有机碳(SOC),从而影响其承载的土壤水源涵养和固碳服务。明确深层土壤水分和有机碳对植被恢复的响应特征是当前黄土高原地区生态水文与生态系统服务研究的一个重要科学问题,其中植被类型以及生长年限是这一过程的重要影响因素。然而,目前关于深层土壤有机碳和土壤水分对植被恢复的响应及二者关系的研究较少。通过对陕北典型黄土丘陵区不同植被类型和生长年限下0—5 m土壤水分与有机碳的监测,分析了深层土壤水分和有机碳对植被恢复的响应及其特征。研究发现:(1)植被恢复后0—5 m土层均出现水分亏缺,土壤水分亏缺在表层1 m最低,2—3 m最高;对于不同恢复方式,林地土壤水分亏缺在恢复至21—30a时显著高于前一阶段(11—20a),而在恢复31a后水分开始恢复,而灌木、草地土壤水分亏缺程度则随恢复年限延长不断增加。(2)林地、灌木、草地0—5 m平均土壤有机碳含量为1.97、1.77、1.72 g/kg;林地土壤固碳量随恢复年限的增加而增加,并且在恢复20a时固碳量与对照农田相比出现净增;灌木土壤固碳量随恢复年限先增加后降低;草地土壤固碳量则随退耕年限增加呈下降趋势并且低于对照农田。(3)表层0—1 m土壤水分随恢复年限增加变化不显著,深层土壤水分则随恢复年限增加显著降低;相比而言,随恢复年限增加,土壤有机碳随年限的变化在各层土壤中均不显著。深层土壤水分与土壤有机碳呈现显著的正相关,且土壤有机碳的增加速率低于土壤水分,研究认为,深层土壤固碳与土壤水分关系密切,且深层土壤固碳需要充足水分参与。深层土壤水分亏缺可能限制植被细根的发展,使深层土壤有机碳输入减少。     

黄土高原丘陵沟壑区小流域植被净第一性生产力模型

构建了机理性植被净第一性生产力模型(Vegetation—Soil—Integrated—Model,VSIM)。该模型将土壤水分动态过程与植被生长过程相耦合,用以分析黄土高原丘陵沟壑区土壤水分对植被生产力的影响。模型考虑了叶片尺度上气孔导度对净光合过程和蒸腾过程的影响,在此基础上通过考虑植被冠层结构和地形因素的影响对模型进行尺度转换,并以位于黄土高原丘陵沟壑区纸坊沟流域的观测数据对模型进行参数化和验证。结果表明对于生物量的模拟草本和半灌木比乔、灌木好．主要植被类型LAI的季节变化与观测结果具有很好的一致性,模型能够反映出流域降雨一产流过程,并且基本上也能够反映土壤水分的时空变化范围。模拟结果表明,刺槐林和苹果林属于高光合一低蒸腾类型,农作物、白羊草群落和达乌里胡枝子群落属于高光合一高蒸腾类型,铁杆蒿群落和茭蒿群落属于低光合一低蒸腾类型,而沙棘灌丛和柠条灌丛的净第一性生产力居中,但蒸腾量较高。流域内土壤水分在多年序列上基本平衡,而在不同的水文年表现出失衡。其中刺槐林、苹果林和沙棘灌丛的多年平均土壤水分在年内存在少量亏缺,铁杆蒿群落和茭蒿群落略有增加,而其它植被类型基本保持平衡。丰水年不同植被类型土壤含水量都明显高于欠水年,土壤水分含量的变化在丰水年表现为盈余,而在欠水年表现为明显的亏缺。     

平茬柠条的土壤水分动态及生理特征

平茬作为荒漠草原区柠条林优化管理的重要手段之一,深入探究平茬复壮阶段的土壤水分的恢复状况及其对生理特征的影响具有十分重要的意义。通过设置对比试验,研究了不同平茬年限柠条的土壤水分的时空分布及其周期性变化规律,并分析了其对净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率等光合作用生理特征的影响,结果表明:(1)生长季年内变化,PC1a—PC5a柠条在对土壤水分的保持能力均高于WPC柠条;对比不同平茬年限柠条土壤水分,PC3a增长迅速,PC4a水分条件最优,PC5a土壤水分消退逐渐向WPC柠条的土壤水分接近;土壤垂直剖面上,PC1a—PC4a柠条根系活跃区的土壤水分随着平茬年份的增加,深层的土壤水分得到有效改善,到PC5a时开始回落。(2)不同平茬年限土壤含水量变化剧烈程度分别为PC4aPC5aWPCPC2aPC3aPC1a,且平茬措施对非根系活跃区的深层土壤水分影响不大,平茬后,对0—180cm土层深度的影响显著,且以平茬PC4a和PC5a的土壤水分周期性变化最长,振动强度变化最明显。(3)平茬早期(PC1a—PC2a)的土壤水分并未迅速提高,此阶段柠条的光合作用受自身性状的影响大于对土壤水分的影响;平茬中期(PC3a—PC4a)的土壤水分对光合作用的影响大于柠条的补偿生长作用;平茬后期(PC5a),平茬柠条光合作用减弱及性状几乎不发生变化,土壤水分状况也开始接近WPC柠条。因此,对于荒漠草原平茬复壮阶段的柠条林的科学有效管理,PC5a柠条可作为饲草资源进行利用的最佳时段。     

黄土高原典型植被恢复过程土壤与叶片生态化学计量特征

为揭示黄土高原典型人工植被恢复过程中植物叶片与土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)元素变化特征及其交互作用,以延安庙咀沟流域恢复20—40a的刺槐(Robinia pseudoacacia)、柠条(Caragana korshinskii)、草地和坡耕地(对照)为研究对象,分析了各样地植物叶片和土壤C、N、P化学计量的变化特征及相互关系。结果表明:从20a到40a的恢复过程中,3种植被叶片C含量均显著增加,草地叶片P含量显著升高,而刺槐、柠条叶片N和P含量则显著降低。刺槐、柠条及草地土壤C、N、P含量随着恢复年限的延长而增加,比耕地分别增加了70%—349%、27%—202%、13%—62%(P0.05),其中刺槐的增幅最大。从增速来看,刺槐和柠条林土壤表层C、N增速表现为前期(0—20a)大于后期(20—40a),而草地则相反。在20—40a的恢复过程中,刺槐、柠条叶片C∶N、C∶P均显著增加,草地叶片C∶P、N∶P则显著降低。恢复过程中,土壤C∶P在刺槐和草地中显著增加,而土壤N∶P仅在草地中显著增加,土壤C∶N则没有显著变化。相关性分析显示叶片C和土壤C、N、P显著正相关,叶片N、P和土壤N显著正相关,叶片和土壤N∶P显著正相关,叶片P、C∶P与土壤C、N增速显著相关,表明叶片P可以指示土壤C、N增速的变化,而N∶P可以将植物和土壤联系起来。植被恢复过程中,叶片和土壤C、N、P含量及增速均发生显著变化,且存在密切的联系,这种变化的趋势在刺槐、柠条和草地中有所不同。