晋西黄土区不同密度刺槐林下植物多样性评价

【目的】分析晋西黄土区不同林分密度刺槐人工林下植物的多样性特征及其差异,为确定刺槐人工林的合理林分密度及其健康可持续经营管理提供理论依据。【方法】以山西吉县蔡家川流域5种不同密度(675,1025,1575,2175和2500株/hm^(2))刺槐人工林为研究对象,对其林下灌、草植物的种类、数量及盖度进行调查分析,计算不同林分密度刺槐林植物多样性指数。确定了10项评价指标,采用主成分分析法对各个林分密度刺槐人工林植物多样性进行综合评价。【结果】(1)刺槐人工林群落内灌木和草本植物主要为菊科、蔷薇科及禾本科,重要值较高的植物种主要为黄刺玫(Rosa xanthina)、杠柳(Periploca sepium)、茅莓(Rubus parvifolius)和艾蒿(Artemisia argyi)。(2)随着刺槐人工林密度的增大,林下植物多样性指数呈先增大后减小的趋势,密度适中(1575和2175株/hm^(2))时的刺槐林下植物多样性指数最大,林分密度为1575株/hm^(2)的刺槐林灌木层Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数与密度为675和2500株/hm^(2)刺槐林间均存在显著差异(P<0.05),林分密度为1575株/hm^(2)的刺槐林草本层Simpson多样性指数、Shannon-Wiener指数与密度为675和2500株/hm^(2)的林分之间差异显著(P<0.05)。(3)对不同密度刺槐林下植物多样性的综合评价结果表明,密度为1575株/hm^(2)时刺槐林的植物多样性综合评价值最高。【结论】晋西黄土区刺槐人工林的适宜林分密度为1185~1785株/hm^(2),该密度刺槐人工林下灌、草植物较为丰富多样,该林分密度可以作为当地刺槐人工林造林及可持续经营的参考。

晋西黄土区不同林分类型和密度条件下林下灌草组成及多样性特征

【目的】研究晋西黄土区刺槐Robinia pseudoacacia人工林、油松Pinus tabulaeformis人工林、刺槐-油松人工混交林、山杨Populus davidiana-栎类Quercus spp.天然次生林的植物组成及植物多样性指标,探讨不同林分类型、不同密度条件下灌草植物多样性,为晋西黄土区植被建设和功能提升提供理论基础。【方法】通过野外调查,对低密度(800~1200株·hm^(−2))、中密度(1200~1600株·hm^(−2))、高密度(1600~2000株·hm^(−2))条件下22~25年生的4种林分林下灌草植物组成与植物多样性进行分析。【结果】①4种林分灌草植物共87种,隶属36科69属,其中灌木植物46种,隶属22科36属,草本植物41种,隶属17科33属。4种林分林下灌木和草本植物种数均在中密度时最多,表现为山杨-栎类天然次生林最多,油松人工林最少,刺槐-油松人工混交林的灌木层植物种数处于较高水平,刺槐人工林草本层植物种数较刺槐-油松人工混交林丰富。②4种林分灌草植物随林分密度增大呈现由阳生向中生、阴生植物过渡的变化规律。主要优势灌木分别为黄刺玫Rosa xanthine、连翘Forsythia suspensa,主要优势草本是薹草Carex spp.、沿阶草Ophiopogon bodinieri。③不同林分类型灌木层和草本层植物多样性指数存在一定差异,山杨-栎类天然次生林和刺槐-油松人工混交林在中密度时的植物多样性优于人工纯林,且随林分密度增大,灌木层和草本层植物多样性指数整体上呈现先增大后减小的变化趋势。【结论】研究区山杨-栎类天然次生林和刺槐-油松人工混交林在中密度时植物组成复杂且具有较高的植物多样性。建议通过人工抚育调整林分密度,并向中密度刺槐-油松人工混交林或近自然林进行改造,为黄刺玫、连翘等灌木植物及薹草、沿阶草等草本植物建立良好生长条件,同时保护研究区的山杨-栎类天然次生林,以促进植被恢复,强化其水土保持功能。图1表4参26。

不同林分类型土壤理化特征及其对土壤入渗过程的影响

利用双环入渗法对黄土残塬沟壑区主要林分类型(刺槐林、油松林、刺槐×油松混交林、山杨栎类天然次生林)进行土壤入渗试验,分析4种林分类型土壤理化特征及其对土壤入渗过程的影响。结果表明:(1)研究区不同林分类型土壤理化特征存在一定差异,山杨栎类天然次生林的土壤理化性质总体最好,刺槐×油松混交林优于刺槐林和油松林;(2)0~90 min测试时间内,不同林分类型的土壤入渗速率随时间的变化规律均表现为迅速递减(0~5 min)、逐渐递减(5~60 min)和趋于稳定(60~90 min)的过程;4种林分的土壤初始入渗速率、稳定入渗速率和平均入渗速率由大到小依次为山杨栎类天然次生林、刺槐×油松混交林、刺槐林、油松林;(3)4种常见土壤入渗模型(Kostiakov模型、Horton模型、Philip模型和通用经验模型)中,通用经验模型对研究区不同林分类型土壤入渗过程拟合效果最好,拟合精度均在0.990以上;(4)相关性分析结果表明,不同林分类型的土壤入渗指标与土壤容重呈现极显著负相关(P<0.01),与非毛管孔隙度、>0.25 mm水稳性团聚体含量、砂粒含量以及有机质含量呈现极显著正相关(P<0.01);通过通径分析并计算主要影响因子的决定系数表明,对土壤初始入渗速率影响程度最大的因子是土壤容重(0.309),对土壤稳定入渗速率影响程度最大的因子是>0.25 mm水稳性团聚体含量(0.251),对土壤平均入渗速率影响程度最大的因子是有机质(0.408)。研究结果为研究区营造水土保持林树种的选择与水土保持功能评价提供一定参考。

晋西黄土残塬沟壑区刺槐林土壤入渗特征及影响因素分析

【目的】研究晋西黄土残塬沟壑区刺槐林在不同林龄和密度条件下土壤入渗特征及其影响因素,为林分结构精准提升提供功能导向的调控依据。【方法】在野外采用双环法测定不同林龄(15、25和35年)以及不同密度(800、1200、1600、1800和2200株/hm2)刺槐林的土壤入渗过程,并测定了土壤理化性质,分析了土壤孔隙度、土壤密度、有机质含量等土壤理化性质与土壤渗透速率的相关性。【结果】(1)在一定程度上,稳渗速率在同一密度条件下随林龄的增大而增大;在同一林龄条件下,随着密度的增大而增大;初始入渗速率和平均入渗速率随林龄增大而增大;(2)对不同林龄及不同密度刺槐林的土壤入渗过程模拟发现常用的4种模型(Horton模型、Kostiakov模型、Philip模型和通用经验模型)对该研究区刺槐人工林的模拟效果均较好,其中通用经验模型的平均回归系数(0.977)>Horton模型的平均回归系数(0.958)>Kostiakov模型的回归系数(0.953)>Philip模型的回归系数(0.945),即认为通用经验模型拟合效果更好;(3)通过主成分和相关性分析可知,土壤入渗性能与土壤密度、有机质含量和水稳性团聚体呈极显著相关性;土壤初始含水量是影响初始入渗速率的主要因子;1~2 mm水稳性团聚体、土壤密度和毛管孔隙度是影响稳渗速率的主要因子;影响平均入渗速率主要因子是土壤初始含水量和0.5~1 mm水稳性团聚体。【结论】在一定林分密度范围内(800~2200株/hm2),随着刺槐林林龄和林分密度的增加土壤结构不断改善,土壤入渗性能逐渐提升,且在相同林分密度条件下35年刺槐人工林土壤入渗性能更好。

晋西黄土区不同密度油松人工林保育土壤功能评价

研究晋西黄土区不同密度油松林保育土壤功能变化规律及差异性,评价其保育土壤功能,以加强林分管理和生态恢复建设。以山西吉县蔡家川流域4种不同密度(925,1325,1750,2250株/hm^(2))油松人工林为研究对象,对其土壤容重、孔隙度等物理性质、有机质等化学性质以及坡面径流泥沙量进行测定和分析,确定了12项评价指标,采用熵权法(EWM)对各密度油松林地的保育土壤功能进行综合评价。结果表明:(1)4种林分密度的油松人工林,土壤容重、总孔隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度、全氮、全磷、氨氮、硝氮和速效磷均存在显著差异(P<0.05);(2)林分密度变化会不同程度地改变油松林土壤物理性质、土壤养分和径流泥沙量等12项指标,其中土壤容重、径流量、泥沙量均随林分密度增大呈现先下降后上升的趋势;土壤有机质、全氮、全磷、硝氮、速效磷,随林分密度增大呈先增加后减少的趋势;(3)不同密度油松林地的土壤物理结构、土壤肥力和产流产沙均随密度变化呈现一定的变化规律,随着林分密度增大,土壤结构改良状况和土壤肥力呈现先上升后下降的趋势;径流泥沙量表现为先减小后增大地趋势;(4)对不同密度油松人工林保育土壤功能评价表明,4种密度油松林中,随着油松林林分密度的增加,保育土壤功能呈现先增强后减弱的趋势。密度为1750株/hm^(2)的油松林地保育土壤功能相对较好。从保育土壤角度出发,建议将1750株/hm^(2)作为晋西黄土区油松人工林经营密度,该密度油松林能较好保持水土,改善林地土壤质量。

生长季刺槐树干液流昼夜变化特征及其对气象因子的响应

【目的】研究刺槐Robinia pseudoacacia生长季树干液流昼夜变化规律,探究气象因子对刺槐蒸腾的影响,为估算林木耗水和林分水资源管理提供理论依据。【方法】在山西省吉县蔡家川流域刺槐样地选择8株样树,于2021年5—9月采用热扩散探针(TDP)对样树树干液流进行连续观测,并同步监测太阳辐射、气温、土壤温度、风速、相对湿度等气象因子,并采用随机森林与逐步线性回归法分析气象因子对树干液流的影响。【结果】(1)生长季各月昼间树干液流速率从小到大依次为9月、5月、6月、8月、7月,昼间树干液流速率对整日树干液流速率的贡献率为88%~93%;夜间树干液流速率从小到大依为9月、5月、8月、7月、6月,夜间树干液流速率对整日液流速率的贡献率为7%~12%。(2)影响昼间树干液流速率的主导气象因子在各月基本一致,主要为太阳辐射和气温;影响夜间液流速率的主导气象因子在各月存在差异,5、6月主要为土壤温度、水汽压亏缺,7月主要为气温,8月主要为水汽压亏缺、相对湿度,9月主要为风速与水汽压亏缺。(3)采用随机森林回归法构建的各月昼夜树干液流速率模型拟合度优于逐步回归法。【结论】昼夜树干液流速率在各月存在明显差异,夜间树干液流对刺槐耗水的影响不可忽视,气象因子对昼夜树干液流速率的影响程度不同,在根据气象因子模拟树木蒸腾耗水时应该区分昼间和夜间。图3表6参24。

晋西黄土区典型林分枯落物层水文生态特性研究

选择山杨栎类次生林(以下简称次生林)、刺槐林、侧柏林、油松林为研究对象,通过样地调查,结合室内浸泡方法,对比分析枯落物(未分解层、半分解层)的水文特征指标,研究典型林分枯落物层水文生态特性。结果表明:(1)枯落物厚度为3.93~4.95 cm,刺槐林最大,油松林最小;蓄积量为次生林最大(19.28 t/hm^2),侧柏林(18.03 t/hm^2)和刺槐林(17.57 t/hm^2)次之,油松林最小(14.73 t/hm^2),未分解层蓄积量小于半分解层。(2)枯落物最大持水量(率)为30.92~61.31 t/hm^2(197%~320%),次生林最大,依次为刺槐林、侧柏林,最小为油松林。(3)枯落物有效拦蓄存在显著差异(P>0.05),表现为次生林(31.29 t/hm^2)>刺槐(22.20 t/hm^2)>侧柏(18.19 t/hm^2)>油松(13.94 t/hm^2),有效拦蓄率为107%~173%。(4)在浸水2 h内,枯落物持水量和吸水速率变化以次生林与刺槐林最为迅速,半分解层较未分解层变化迅速;持水过程中,两者与时间分别呈对数函数(R 2>0.89)和幂函数关系(R 2>0.99)。在4种林地中,次生林林下枯落物水文生态潜力最优,油松纯林最差,表现为次生林>刺槐>侧柏>油松。刺槐是除次生林外的3种人工林中最优林种。建议研究区内合理优化恢复树种配置,以提高水文生态功能。

晋西黄土区不同密度刺槐林土壤入渗特征及其影响因素

为研究林分密度对土壤入渗性能的影响,以晋西黄土区5种密度(1075,1300,1575,1800,2150株/hm^2)刺槐(Robinia pseudoacacia Linn.)林为研究对象,采用双环入渗法测定其土壤入渗过程,并对入渗特征指标与土壤理化性质的相关性进行分析。结果表明:(1)不同密度刺槐林土壤入渗过程的变化规律一致,均经过瞬间入渗(0~5 min)、缓慢入渗(5~40 min)和稳定入渗(40 min后)阶段。(2)土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、平均入渗速率和累积入渗量在不同林分密度下差异显著(P<0.05),不同密度刺槐林土壤入渗能力表现为1075~1800株/hm^2,随林分密度增大,土壤入渗能力增强,在密度>1800株/hm^2后有减弱的趋势。故从林地土壤入渗能力角度,建议今后研究区刺槐林的经营密度以1800株/hm^2为宜。(3)采用Kostiakov模型、Horton模型、Philip模型和通用经验模型对不同密度刺槐林的土壤入渗过程进行模拟,从决定系数R 2来看,通用经验模型的R 2最大(0.990),故拟合效果最好,可作为晋西黄土区刺槐林土壤入渗过程的预测模型。(4)土壤入渗与土壤理化性质密切相关,不同密度刺槐林的土壤入渗性能与土壤容重呈极显著负相关(P<0.01),与有机质和>0.25 mm水稳性团聚体含量呈极显著正相关(P<0.01),与孔隙状况和质量含水率也有一定正相关性。

晋西黄土区不同密度刺槐林土壤抗蚀性关键指标及特征研究

【目的】研究晋西黄土区16年生刺槐林土壤抗蚀性的关键评价指标,探讨林分密度对土壤抗蚀性的影响,为实现功能导向型林分结构定向调控提供参考依据。【方法】以5个密度梯度(1025、1300、1575、1800、2150株/hm^(2))刺槐林为研究对象,基于野外采样和室内试验,选取5大类、12个土壤抗蚀性指标进行单独分析与综合评价。【结果】(1)应用主成分分析对12个土壤抗蚀性指标进行筛选,可知土壤密度(因子载荷量为−0.776)、有机质含量(0.864)、>0.25 mm水稳性团聚体质量分数(0.747)、平均质量直径(0.960)、几何平均直径(0.779)、土壤分形维数(−0.736)和分散系数(−0.873)是评价晋西黄土区刺槐林(16年生)土壤抗蚀性强弱的关键指标;(2)同一林分密度下,刺槐林表层土壤抗蚀性优于深层土壤,土壤抗蚀性综合指数为0~10 cm(0.548)>10~20 cm(−0.070)>20~30 cm(−0.477);同一土层内,刺槐林土壤抗蚀性随林分密度的增大(1025~1575株/hm^(2))逐渐增强,在密度大于1575株/hm^(2)后逐渐减弱;(3)以刺槐林分密度为x轴,以土壤抗蚀性综合指数为y轴建立了开口向下的抛物线函数关系:y=−2.683×10^(−6)x^(2)+0.009x−6.375(R^(2)=0.77),据此预测刺槐林分密度为1590株/hm^(2)时,土壤抗蚀性最强,综合指数为0.403。【结论】研究区中密度刺槐林分的土壤抗蚀性较强,从土壤抗蚀性角度,建议刺槐林(16年生)的经营密度以1590株/hm^(2)为宜,对于密度过低或过高的林分,在满足林业生产的同时及时进行科学补植或间伐,还应注意保护表层土壤,以充分发挥林地的水土保持功能,有效控制土壤侵蚀。