疏伐对黄土丘陵区刺槐林蒸腾的影响

黄土高原地区植被建设已达到土壤水分承载力的阈值,需要对现有林分进行结构优化并提升其生态功能。不合理的林分密度是导致黄土丘陵区刺槐林土壤干化、生长衰退的主要原因之一。疏伐可以优化林分结构,并能够通过控制蒸腾耗水来调控土壤水分,是促进刺槐林可持续生长的有效手段。疏伐对黄土丘陵区刺槐林蒸腾有何影响,目前并不清楚。研究基于树干液流法估算了4个不同疏伐强度（样地1：52%、样地2：48%、样地3：35%、样地4：未疏伐）下刺槐单株尺度的液流速率与林分尺度的日平均蒸腾量,并分析了不同时间尺度下液流速率与环境因子的关系,以阐明疏伐对黄土丘陵区刺槐林蒸腾的影响。结果表明：（1） 单株尺度刺槐蒸腾速率（即液流速率）随疏伐强度减小（林分密度增大）呈现下降趋势（样地1：0.53 kg cm^-2 d^-1、样地2：0.41 kg cm^-2 d^-1、样地3：0.31 kg cm^-2 d^-1、样地4：0.33 kg cm^-2 d^-1）;（2） 观测期林分尺度日平均蒸腾量随疏伐强度减小呈现上升趋势（样地1：0.90 mm/d、样地2：1.18 mm/d、样地3：1.04 mm/d、样地4：1.44 mm/d）;（3） 在半小时尺度与日尺度上,各样地液流速率与环境因子的关系没有显著差异,半小时尺度单株液流速率均与太阳辐射相关性最高（相关系数0.883-0.908）,液流速率日变化过程与环境因子日变化过程存在时滞现象;日尺度单株液流速率与饱和水汽压亏缺相关性最高（相关系数0.843-0.913）,样地间日尺度单株液流速率的差异性随着饱和水汽压亏缺增大而增大。研究结果初步反映了疏伐导致的林分密度变化对刺槐蒸腾的影响,将为黄土丘陵区刺槐林的结构改造、功能提升和土壤水分调控提供理论支持。     

陕北黄土丘陵沟壑区坡沟立地环境下幼苗的存活特征

幼苗是植被恢复演替的基础, 在生态系统中具有非常重要的作用。为了探索黄土丘陵沟壑区坡沟立地环境下幼苗的存活特征, 在陕西省安塞县宋家沟和纸坊沟流域设置15个固定样地进行定点动态监测, 运用单因素方差分析法和系统聚类分析法对不同立地环境下的幼苗密度和幼苗存活率进行了分析。结果表明: 1)不同坡沟立地环境下, 幼苗存活特征差异明显, 整体表现为阳坡幼苗密度较小而存活率较高, 阴坡幼苗密度较大但存活率较低。2)细裂叶莲蒿(Artemisia gmelinii)、菊叶委陵菜(Potentilla tanacetifolia)、阿尔泰狗娃花(Heteropappus altaicus)等物种具有较高的幼苗存活率, 在生存竞争中幼苗是以“质”取胜; 而猪毛蒿(Artemisia scoparia)、中华苦荬菜(Ixeris chinensis)、阴行草(Siphonostegia chinensis)等物种具有较高的幼苗密度, 在生存竞争中是以“量”取胜。3)同一物种在坡沟立地环境下表现出不同的存活曲线, 不同物种在不同立地环境下也可呈现同一存活曲线; 细裂叶莲蒿、菊叶委陵菜、长芒草(Stipa bungeana)、阿尔泰狗娃花、兴安胡枝子(Lespedeza davurica)等物种, 幼苗不仅在雨季存活能力强且具有较强的越冬能力; 猪毛蒿、香青兰(Dracocephalum moldavica)、臭蒿(Artemisia hedinii)等物种在雨季前幼苗存活能力较强, 但冬季存活能力弱。4)坡面不同微环境下幼苗存活特征也存在差异, 即微环境的改变在一定程度上影响着幼苗的生长、存活和越冬。因此, 在黄土丘陵沟壑区应根据物种幼苗存活特性对幼苗进行适当的抚育管理, 这将有利于幼苗的建植和植被更新。     

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     

基于多源数据的黄土高原陆地水循环结构变化分析

近几十年间,黄土高原的水循环进程在人类活动与气候变化的影响下已产生了剧烈的变化。为加深对水循环结构变化的了解与认识,利用1982-2010年的降水、蒸散发、径流、土壤储水量和社会经济用水等数据,运用Mann-Kendall趋势检验和线性回归分析方法,对黄土高原的水量平衡进行评估,且细化了组成水循环的12种水文变量,并分析了水循环各分量的变化趋势及其结构的演化规律。由于网格化的社会经济用水数据（1982-2010年）对本研究产生了较大的时间限制,因此本文注重于探究这29年间黄土高原各水文变量的变化趋势及水循环结构的演化规律。结果表明：在自然系统中,蒸散发以1.97 mm/a的速率上升（P<0.01）,径流、降水和土壤储水量分别以1.01 mm/a（P<0.01）、0.77 mm/a和0.46 mm/a的速率下降。在社会系统中,社会经济用水以0.50 mm/a的速率上升,其中主要由于生活、制造业、发电和采矿用水分别以0.22、0.23、0.30 mm/a和0.01 mm/a的速率增加所导致。此外,灌溉和牲畜用水分别以0.25 mm/a（P<0.05）、0.01 mm/a（P<0.01）的速率减少。就水循环结构而言,多年平均蒸散发和社会经济用水占水循环的平均比例分别为80.95%、15.27%,并以每年0.16%、0.06%的速率逐渐升高。径流、土壤储水量的变化占水循环的平均比例分别为4.00%、-0.24%,并以每年0.24%（P<0.01）、0.02%的速率逐渐下降。随着社会经济的发展和人口的增加,区域水资源供需矛盾将进一步加剧,本研究对黄土高原水资源的科学调控与可持续利用有重要参考意义。     

黄土高原退耕地的生态恢复

在刈割干扰下,黄土高原退耕地恢复进程中植被从沙蓬（Agriophyllum arenarium)单优群落向以达乌里胡枝子（Lespedeza davurica)为优势种的群落演替。物种增加速度初期快,后期慢,退耕后恢复初期的新增物种主要是沙蓬和白草（Pennisetum flaccidum);中前期主要是茵陈蒿（Artemisia capillaris),可成为群落的次优势种;中后期新增物种主要是多年生豆科植物,只是群落的伴生种,群落中1年生和多年生植物地上生物量分别以8.8%的年平均速率减少或增加,豆科植物地上生物量及所占比例上升,在退耕地恢复过程中,上层土壤中植物地下生物量比例与变化幅度增加,表现出浅层化趋势,退耕地恢复演替1-7年,土壤粘粒和粉粒减少,砂粒增加,7年后变化趋势相反,退耕地0-100cm土壤含水量在恢复期间呈逐渐上升趋势,中期增幅显著,全N和速效N在恢复前期减少,后期增加,在刈割利用下,退耕地恢复过程中土壤全P,速效P和有机C持续衰竭,退耕地恢复到当前稳定的群落所需时间分别为优势种群8-9年,群落9-11年和土壤11-12年。     

覆膜对春小麦农田微生物数量和土壤养分的影响

研究了黄绵土区不同覆膜时期对旱作麦田土壤微生物数量及其与土壤碳、氮、磷含量的关系。丰水的 1 999年 ,土壤微生物数量增长早 ,延续时间长 ,覆膜 60 d微生物数量最高 (3 3 .93 8× 1 0 6 /g dry soil) ,其次为全程覆膜 (3 2 .2 5 9× 1 0 6 ) ;干旱的 2 0 0 0年微生物平均数量只有 1 999年的 3 6.5 % ,在后期有一定降水后微生物数量才出现高峰 ,以全程覆膜数量最高(1 4.83 6× 1 0 6 ) ,覆膜 60 d次之 (1 1 .5 2 9× 1 0 6 )。 1 999年各类群微生物数量同土壤有机碳之间均呈显著或极显著负相关。2 0 0 0年相关系数几乎全面下降 ,氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌 ,甚至微生物总量同土壤有机碳之间都已不再显著相关。 1 999年土壤全氮同氨化细菌、硝化细菌、亚硝化细菌、解磷细菌及微生物总量均呈显著或极显著负相关 ,2 0 0 0年只与氨化细菌、亚硝化细菌、微生物总数显著负相关。土壤速效磷含量在 1 999年与解磷细菌显著负相关 ,而在 2 0 0 0年相关已不再显著。两年试验结束后 ,全程覆膜处理有机质下降 2 1 .2 % ,覆膜 60 d处理下降 1 7.2 % ,覆膜 3 0 d和不覆膜处理下降相对较小 (4 .3 %和 6.7% )。由于施用化肥 ,土壤全氮有明显升高。速效磷在 1 999生长季和随后的休闲期都有升高 ,在干旱的 2 0 0 0     

黄土丘陵沟壑区典型人工林下土壤微生物功能多样性

对典型黄土丘陵沟壑区陕西延安羊圈沟小流域刺槐(Robinia pseudoacacia)、沙棘(Hippophae reamnoides)和杏树(Prunus armeniaca)人工林下土壤微生物功能多样性进行监测研究,旨在揭示不同的人工林对土壤微生物生物量及多样性的影响.研究结果如下:(1)3种人工林中刺槐林土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量显著高于其他两种林地;(2)表征土壤微生物代谢活性的平均颜色变化率(AWCD)与微生物生物量碳的高低表现一致,依次为刺槐林>沙棘林>杏树林,相关分析表明其与微生物生物量、总氮及土壤水分等存在显著相关性;(3)土壤微生物的功能多样性3种人工林间未见显著差异,Shannon-Winner多样性指数(H′)表现为刺槐林>杏树林>沙棘林,与土壤理化性质和微生物生物量间均未见显著相关性.总之,3种人工林相比较,种植刺槐林与其它两种人工林相比更有利于提高微生物的量及代谢活性,微生物的功能多样性受不同树种的影响较小.     

黄土高原半干旱区云雾山封禁草原30年植被恢复对气候变化的响应

植被是区域气候与环境的综合反映,研究特定地区草地植被与气候变化的关系,寻找影响植被变化的关键因子,是植被重建和生态环境恢复的前提。利用1957-2008年的气候数据和1982-2008年的植被定位监测资料,分析了黄土高原半干旱区的宁夏云雾山植被动态变化规律及其与温度和降水的关系。结果表明:51a来,该区年平均温度明显升高,而年平均降水量总体呈减少趋势,显示黄土高原地区气候暖干化趋势明显。统计分析表明,研究区年平均温度对植被的重要值年际变化有极显著影响(P0.01),而年降水量与植被的重要值呈极显著正相关(P0.01),表明气候持续干旱化对该区植被的生长有较大影响,该区降水的多寡是直接影响植被生长优劣的决定性因子,改善区域水分状况和封禁是推进植被恢复与重建的主要措施。     

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。     

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.