北京山区侧柏林坡面土壤水分时空动态及其影响因素

研究基于自然坡面土壤水分高密度观测方法,明确北京山区侧柏林自然坡面土壤水分动态变化特征、时间稳定性及其影响因素,提升对北京山区坡面土壤水分时空动态及其影响因素的认识,为华北土石山区生态恢复对水文水资源影响评估提供依据。研究以北京鹫峰国家森林公园人工侧柏林地坡面(40 m×50 m)为研究对象,用Diviner 2000测量该自然坡面中30个测点,于2014年8月至2016年3月对坡面观测砾石层以上的土壤含水量(SWC)进行了观测。结果表明:观测期间土壤蓄水量(SWS)具有明显的季节变化特征且与降水量的变化趋势基本保持一致;不同土层SWC均处于中等变异,SWC较高时,SWC的变异性较低;研究区的土壤水分在整个观测期间都具有较高的时间稳定性,位于上坡水平阶的2号测点最能代表研究区的平均土壤水分;随着离树距离的增加SWS逐渐增加,春、夏、秋季离树距离0.5 m与1.5 m处SWS差异显著(P<0.05);水平阶SWS显著大于陡坎(P<0.05),夏、秋季下坡位土壤SWS显著低于上坡位(P<0.05),水土保持工程措施对坡面SWC的分布格局有重要的影响。

河北坝上地区防护林土壤性质特征

为探明河北坝上不同植被类型防护林土壤性质差异及土壤性质内在联系。以河北坝上地区的5种不同类型植被为对象,探讨土壤性质的变化规律以及各土壤性质的相关关系。结果表明:研究区共有砂土、壤质砂土、砂质壤土等3种土壤质地类型,土壤中砂粒含量为(74.10±5.78)%;5种不同植被类型0~160 cm土层土壤密度差异不显著,防护林对土壤密度的改善程度不明显;各植被类型土壤性质的差异性主要存在于樟子松与草地之间,樟子松土壤有机碳质量分数、砂粒质量分数与草地相比分别显著增加49.79%、21.40%(P<0.05),其土壤颗粒的分形维数显著低于草地(P<0.05);土壤颗粒分形维数与黏粒、粉粒质量分数呈极显著正相关(P<0.001),与砂粒呈极显著负相关(P<0.001);黏粒质量分数与土壤密度呈显著正相关(P<0.05)。4种不同植被类型防护林中,樟子松防护林土壤稳定性更强,对土壤性质的改善效果明显。土壤分形维数可以作为判断土壤质地差异的重要指标,黏粒质量分数变化是土壤性质变化的重要原因。

河北坝上地区不同植被类型土壤持水性能研究

以河北坝上地区不同植被类型土壤为研究对象,使用离心机法测定不同土层深度不同吸力下的土壤含水率,利用Van Genuchten模型拟合土壤水分特征曲线,分析土壤水文特征。研究表明:①研究区土壤为砂土,土壤容重为1.59 g/cm^(3),土壤水分特征曲线呈现“迅速下降–缓慢下降–稳定”的形态,不同植被类型土壤水分特征曲线相似;②农地的持释水能力最强,杨树样地的持水能力最差,柠条样地的释水能力最差,研究区内非农地的土壤凋萎系数平均为8.69%,随着土层深度的增加,土壤的持水能力、释水能力和凋萎系数都逐渐减小(P<0.05)。③坝上地区应逐步减少高耗水乔木,建立起可持续发展的乔灌草防护体系。本研究可以为确定张北地区土壤凋萎系数和土壤干层,并合理选择种植植被提供理论依据。

河北坝上地区植被恢复的土壤碳水效应

坝上地区植被恢复影响土壤水分和土壤有机碳含量,从而影响区域水源涵养和土壤固碳能力。为了保证植被恢复的可持续性,确定该地区土壤水分和有机碳对植被的响应对于维护生态系统的稳定具有重要意义。以林地、灌木、农地、草地为研究对象,研究0—200 cm土壤水分和有机碳的垂直分布特征,并确定影响其变化的驱动因素。结果表明:(1)与草地相比,植被恢复导致深层土壤水分亏缺,林地和灌木深层(120—200 cm)土壤水分亏缺效应分别为-0.23±0.08和-0.16±0.05;(2)与草地相比,植被恢复增加固碳效应,且随着土层深度的增加而增加;(3)对照草地的碳水耦合协调度始终显著高于其他植被类型(p<0.05),且始终属于碳水平衡状态;而林地和灌木浅层土壤(0—60 cm)属于碳水协调状态,但深层(120—200 cm)碳水耦合协调度仅分别为0.54±0.03和0.57±0.04,处于失调状态。(4)土地利用对深层(120—200 cm)土壤有机碳和土壤水分的变化更加重要,而土壤质地是影响整个土壤剖面变化的稳定因素。研究认为该区域植被恢复固碳效应的增加是以深层土壤水分亏缺为代价,碳水失调影响区域生态恢复的可持续性。