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。

晋西黄土区典型林地土壤水分变化特征

选择晋西黄土区蔡家川流域5种典型林地(山杨×辽东栎天然次生林、人工油松×刺槐混交林、人工油松林、人工刺槐林、人工侧柏林)作为研究对象,在每块样地中心布设1个土壤水分观测点,采用TRIME-TDR土壤水分测定仪定位观测2016—2018年1—12月的土壤体积含水量,测定深度为200 cm,每20 cm为1个测层,每月分上、中、下旬进行土壤水分含量观测,分析不同林地类型土壤水分年内变化规律和土壤水分垂直变化规律。结果表明:(1)研究区不同林地土壤水分年内变化可以划分为稳定期(1—3月)、波动期(4—6月)、增长期(7—9月)和消耗期(10—12月)4个时期,5种林分类型的年平均土壤储水量按照从大到小的排序为天然次生林地(338.68 mm)>人工油松林地(319.74 mm)>人工侧柏林地(314.15 mm)>人工油松×刺槐混交林地(303.37 mm)>人工刺槐林地(292.03 mm),刺槐林地耗水量最大。(2)在雨季末,研究区5种林分类型林地土壤水分均得到了正向补充,且土壤水分的恢复能力大小排序为次生林地>针叶林地>混交林地>刺槐纯林。(3)研究区土壤水分垂直变化可划分为土壤水分含量速变层和土壤水分含量相对稳定层2个层次;随着土层深度增加,不同林地类型剖面平均含水量总体上先增大后减小。不同林地类型表层土壤水分含量为侧柏林地>次生林地>油松林地>油松×刺槐混交林地>刺槐林地;土壤水分的补充深度为天然林地>针叶林地>油松×刺槐混交林地>刺槐纯林。

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。

不同林龄刺槐林植被与土壤养分变化特征

为探究晋西黄土区人工刺槐林恢复过程中林下植被与土壤养分的变化特征,以晋西黄土区18、22、26、31和36 a刺槐人工林地为对象,采用空间代替时间的方法,阐明刺槐林生长、林下植被和土壤养分随林龄的变化特征。结果表明:1)随着刺槐林龄增大,树木平均胸径和树高逐渐增大,平均冠幅先增大后减小;2)不同林龄刺槐林地土壤养分含量均具有表聚性,林地土壤养分含量随土层深度增加而减小,0~10 cm土层含量显著高于30 cm以下土层(P<0.05),其中有机质含量和全氮含量的空间垂直分布规律和随着林龄的变化规律具有相似性;随着刺槐林龄增大,林地土壤有机质、全氮和全磷含量均呈先增大后减小的趋势,土壤速效氮含量增加趋势不明显,土壤速效磷含量减小;3)随着刺槐林龄增大,林下植被的物种数增多,高度和盖度先减小后增大,林下植被的生长状况受刺槐的生长特征和土壤养分的影响。结果可为研究区低效刺槐林的改造和经营管理提供科学依据。

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。