黄土高原和六盘山区的林水协调多功能管理

【目的】面对实施黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略、推进“山水林田湖草”系统治理的国家要求,黄土高原等旱区的林业发展和植被恢复必须改变传统方式,增加考虑水资源的限制和对水资源的影响,关注森林的多种功能优化,探索如何克服长期存在的忽视水资源承载力、造林成活率低和生长不良、减少河川径流危及区域供水安全、整体功能低下等问题,实现森林多功能性的整体提升。【方法】针对深入理解林水关系和进行森林多功能管理的科技需求,自2000年以来在黄土高原的泾河流域和作为黄土高原区域重要水源地的六盘山土石山区,围绕“结构”、“格局”、“过程”、“耦合”、“尺度”等关键内容,在从单株到区域的多个空间尺度上,采用观测对比、统计分析、模型模拟等多种手段,长期开展旱区森林生态水文和多功能管理研究。【结果】1)林业高质量发展的本质是森林多功能优化的定量精准管理,为此需深入理解和准确量化立地环境与林分结构对多种功能形成的影响,在考虑多种功能的相互作用和供需关系基础上明确各功能的重要性差异,通过科学设计和合理调控森林的数量、质量(结构)和空间格局而权衡优化相互竞争的多种功能,在保证森林本身稳定的前提下尽可能同时满足对主导功能及其他功能的需求。2)提出了旱区林水协调多功能管理的实现途径,即在管理决策时除继续考虑可造林土地面积、立地质量、可用造林苗木等限制外,增加水资源管理及多功能管理的决策内容,并嵌入到传统的森林单功能经营决策过程中,这涉及流域森林覆盖率(造多少?)、森林空间分布(在哪造?)、植被类型和树种组成(造什么?)、林分结构(怎么管?)4个决策层。3)按决策层梳理总结了相关技术成果,在确定黄土区流域合理森林覆盖率方面,将仅考虑年降水量限制的潜在森林覆盖率提升为同时考虑降水量与产流要求限制的合理森林覆盖率,这可藉助于有关统计关系及率定过的流域水文模型模拟;在确定流域内的森林合理空间分布方面,提出相关决策需增加考虑立地类型的产流差别及其造林响应,这可借助于分布式流域水文模型模拟结果或研发的区域植被承载力计算系统;在林分尺度的森林多功能管理方面,提出了5个决策步骤,即进行立地质量分类、确定各地类的主要功能及优先性、调查现有林分结构特征、诊断现有林分的结构与功能、编制面向结构与功能的管理计划;为给森林多功能管理提供参照和目标,提出了不同详细程度的多功能水源林理想结构,包括表示为“3×0.7+X”的一般化理想结构(郁闭度0.7左右,0.6~0.8;地表覆盖度0.7以上;林木高径比0.7 m/cm以下,至少不超过0.9;X表示其他要求)、通过权衡多种功能和林分稳定的需求而确定的华北落叶松中龄林多功能合理密度、基于主要功能的变化规律和重要性排序而确定的不同海拔和林龄时的华北落叶松林多功能合理密度。【结论】本文证实了林水协调多功能管理的理论先进性和技术可行性,是旱区林业高质量发展的可行途径。通过深入认识和定量分析森林多种功能的变化规律,结合应用本文提出的管理技术,就可以科学设计和合理调节森林的数量(覆盖率)、质量(结构)和分布格局,整体提升森林的多种功能,更好地满足社会发展需求。但是,现有成果还有局限性,仍需针对各地情况开展更多理论与技术研究,助力“山水林田湖草”生命共同体治理及黄河流域生态保护和高质量发展。

晋西南黄土区刺槐油松林地耗水规律的研究

该文应用水量平衡法和波文比－能量平衡法，研究得出刺槐和油松林土面蒸发、蒸腾、林冠截留蒸发的季节变化规律，耗水各分量的比例关系．耗水各分量占总耗水量的比例：林木蒸腾量为５７．７％～６０．２％，林地土面蒸发量为１３．２％～２２．８％，林冠截留量为１７．０％～２８．２％．其中６，７，８三月的蒸腾耗水量占全年的８０％．不同林分生长季耗水量有差异，其规律为：其它条件相同时，丰水年，阴坡耗水大于阳坡；少水年，阴坡耗水稍大于阳坡；密度大的林分耗水量也大．

黄土丘陵区不同林地土壤水分动态变化

研究黄土丘陵区不同林地的土壤水分变化,对于改善黄土高原生态环境建设有着重要的意义。采用定点监测的方法,对陕西省吴起县不同林地土壤水分动态变化进行了研究。结果表明:不同林地在生长季中土壤蓄水量具有显著差异,其顺序为:沙棘林>河北杨林>油松林>山杏林;林地的土壤蓄水量变化具有明显的季节性,根据生长季内土壤蓄水量的变化,可以将土壤水分变化分为3个时期:土壤水分恢复期、土壤水分消耗期、土壤水分补充期;各林地0-200cm土层土壤水分变异系数从小到大为:山杏林>河北杨林>沙棘林>油松林;在雨水入渗、蒸发、蒸散的共同作用下山杏林地在0-60cm土层含水量的变化明显大于其它林地。研究结果揭示了不同林种对土壤水分消耗和补给的影响,为当地造林结构配置和植被恢复与重建工作提供一定参考依据。

黄土高原地区造林土壤水分生态分区研究

通过对黄土高原地区土壤水分背景、地带性和非地带性因素的综合分析，采用逐步判别分析法，定量地分析了多种因素的作用，同时结合经验的定性分区方法，将整个黄土高原地区划分为六个土壤水分生态区。此外，就人工林对土壤水分生态环境的影响进行了讨论。

黄土地区防护林生态系统土壤水分条件的分析与评价

从土壤水分变化特征、土壤水分有效性、影响土壤水分的林分因子综合分析等几个方面对黄土地区防护林生态系统土壤水分条件进行了分析与评价。研究表明，黄土地区防护林生态系统土壤水分的垂直变化可分为：土壤水分弱利用层、土壤水分利用层、土壤水分调节层三个作用层次；林地土壤水分的季节变化可分为：土壤水分消耗期、补偿积累期、消退期、稳定期四个时期；根据土壤水分对植物的有效性，将土壤水分划分成易效水、中效水和难效水三种状态。在时间和深度上，阴坡土壤的有效性要好于阳坡，乔木地土壤难效水出现的机率明显高于灌木林地和荒地。通过对影响土壤水分的林分因子的综合分析，得到刺槐和油松林地含水量和难效水的机率与林分因子之间的多元回归方程。

青海省东部黄土丘陵区主要林型土壤理化性质

以青海省黄土丘陵区16种林分类型为研究对象,通过对主要植被和林型土壤物理性质(土壤容重和孔隙度)和化学性质(有机质、氮、磷、钾)的测定与分析,研究了其林下土壤持水能力和土壤肥力状况变化。结果表明,混交林林下土壤容重的平均值最小,而林下土壤毛管孔隙度的平均值最大,说明混交林林下土壤表层疏松多孔,具有较高的水源涵养和水土保持功能。各植被类型土壤有机质、氮、磷、钾分布规律基本一致,均表现为:混交林>针叶林>阔叶林>灌木林>荒山荒坡,不同林分类型中华北落叶松林下土壤的氮元素含量最高,而磷钾含量相对偏少,青杨林林下土壤的磷元素含量最高,而氮钾含量相对偏少,白桦—糙皮桦—祁连圆柏—云杉混交林(5∶2∶2∶1)林下土壤的钾元素含量最高,而氮磷含量相对偏少。综合比较而言,混交林能很好地促进有机质、氮、磷、钾含量的增加,改善土壤养分状况,有利于土壤肥力的持续。

晋西黄土丘陵区不同人工林枯落物持水特性研究

为了定量评价森林枯落物的水文功能，通过野外观测和浸水法实验，调查了晋西黄土丘陵区不同人工林枯落物的蓄积量，分析了枯落物的持水能力与过程，并对枯落物持水量、吸水速率与浸泡时间的相互关系进行了研究。结果表明，枯落物蓄积量为6．81～56．64t／hm2，由大到小表现为：落叶松×白桦〉落叶松〉侧柏〉油松×刺槐〉油松〉白桦〉柠条〉刺槐；不同森林类型的枯落物最大持水量为10．08～100．78t／hm2，最大持水率变化范围为146．54％～203．74％，最大拦蓄量为9．41～88．65t／hm2，有效拦蓄量为7．90～73．53t／hm2；枯落物浸水实验结果表明，枯落物持水量与浸水时间存在对数曲线关系，而枯落物吸水速率与浸泡时间呈反函数关系，在浸泡最初的0．5h持水量迅速增加，随后增幅减小，在12h以后枯落物吸水基本达到了最大值，持水量趋于动态平衡。表明落叶松×白桦混交林林下枯落物是8种林地中持水性最优的，刺槐纯林枯落物持水特性最差。

黄土丘陵区人工沙棘林水土保持作用机理及效益

沙棘是我国半干旱地区用于水土保持造林的主要生态 经济型树种,在“三北”地区生态环境建设中发挥重要作用.对野外试验资料分析表明,7～10龄沙棘林冠年平均截留率为8 5 % ,6～10龄沙棘林地枯落物层单次可截留0 89mm降水;沙棘林通过改善土壤理化性质,具有提高土壤入渗和抗冲性能作用,其中土壤中毛根数量是决定土壤抗冲能力的主要指标.沙棘林的水土保持作用随林龄变化明显,幼林(2～3龄)阶段的作用很小,降水特性是决定林地产流产沙量的主要因素;成林(4～5龄)阶段,产流产沙量受降水和林分生长的共同影响;成林后(6～12龄)阶段,降水特性的影响很小,林地产流产沙量维持相对稳定,年径流深与侵蚀模数分别为0 3～3 4mm、0～6 75t·km-2 .幼林至成林(2～5龄)阶段,径流含沙量急剧减少,成林后(6～12龄)阶段,径流含沙量趋于稳定,含沙量变化在0～5 0 9kg·m-3 .

晋西黄土区不同密度林分的水土保持作用研究

利用小型人工降雨器 ,以渗透量、稳渗速率、初损雨量、初损历时、产流量、产沙量等为指标 ,对不同密度林地的水土保持作用进行了对比分析 .研究得出 ,刺槐林地、油松林地的稳渗速率随林分密度的增加而增大 ,产流量和产沙量随密度的增加大幅度减少 .在该地区利用刺槐和油松营造水土保持林时密度应该以 30 0 0株 hm2 为宜 .

滇中高原山地防护林体系水土保持效益研究

以小流域为单元 ,根据山地防护林体系配置的特点 ,采取定位和半定位研究方法 ,分层次对山地防护林体系蓄水保土功能进行监测分析。研究结果表明 :不同地类及用地方式 ,不同森林类型保持水土效益差异较大 ,在滇中高原 ,裸地和坡耕地是流域产沙的主要来源 ,农耕地侵蚀量是林地的 18.7～ 36 .0倍 ,裸地侵蚀量远大于坡耕地 ,高达林地的 10 0倍左右 ;营建防护林体系后 ,防护效益显著 ,土壤侵蚀模数随森林覆盖率的增加而减少 ,流域森林覆盖率由 18.6 %上升到 42 .4%时 ,土壤侵蚀模数减少 36 % ;坡地造林后 ,地表径流减少 79.44 %～ 96 .9% ,泥沙削减 87.8%～ 99.9% ;要使山地小流域水土流失得以控制 ,森林覆盖率必须达到 30

晋西黄土区坡面水土保持林地产流产沙的观测分析

以径流小区的观测资料为依据，对晋西黄土区坡面水土保持林地降雨、径流、泥沙进行了分析，该地区产生地表径流的基本降雨条件为最大雨强在１０ｍｍ／ｈ以上，降雨量在１０ｍｍ以上；该地区能够造成土壤侵蚀的主要降雨形式为降雨量在３０ｍｍ以上的降雨。该文还建立了计算地表径流量的回归模型。

黄土半干旱区刺槐林地土壤蒸发特性研究

对黄土半干旱区刺槐林内的土壤蒸发状况,进行比较系统的试验研究。试验采用微型蒸发器（Micro-lysimeters,MLS）,人为控制土壤水分梯度,对不覆盖、枯枝落叶物覆盖和苔藓覆盖3种处理的林地土壤蒸发进行了分析。结果表明,在不同土壤水分条件下,利用枯落物覆盖减小林地土壤蒸发效果晴天好于多云天,枯落物覆盖、苔藓覆盖与无覆盖相比,分别减少了20.15%～52.46%和11.11%～36.72%的土壤蒸发,枯落物覆盖效果好于苔藓;林地土壤蒸发量随土壤水分的增加呈上升趋势,当土壤含水量增加到一定临界值以后,林地土壤蒸发量由上升变为下降,表现出土壤水分对林地土壤蒸发具有明显的阈值反应,土壤含水量的临界值分别为14.2%（枯落物覆盖）和16.8%（不覆盖）;基于林地土壤蒸发量（E1）与水面蒸发量（E0）的观测数据,利用STATISTICA软件统计分析,建立林地土壤蒸发模型,可用于林地土壤蒸发量的估算,为林地土壤水分管理提供理论依据。

黄土丘陵区不同林龄乔灌林地土壤水分及持水性能研究

土壤水分是黄土丘陵区生态恢复过程中的主要制约因素,对该区典型流域不同林龄主要乔灌林地土壤容重、水分特征和持水能力的分析结果表明,表层土壤容重表现出天然灌木林<乔木林<人工灌木林<果园,且容重随林龄的增加而减小,即20a>25a>30a。下层土壤容重与表层变化规律相似。土壤总孔隙度与土壤容重和非活性孔度变化规律相反,与土壤活性孔度和土壤孔隙比变化基本一致。0-50cm土层土壤含水量变化顺序为果园>刺槐>柠条>狼牙刺,50-500cm土层则是刺槐林地最小,灌木林地在50-200cm土层的变动幅度较大,200-350cm土层柠条小于狼牙刺,350-500cm土层狼牙刺则小于柠条,主要受人工林种植密度和人为干扰措施影响。苹果园经过隔坡梯田整地措施,其林下0-500cm土层土壤水分含量最高。该区提倡"灌木先行"的植被恢复措施是必要的。表层土壤总持水量随林龄增加而增加,土壤总持水量变化顺序为天然灌木林地>乔木林地>人工灌木林地,有效持水量却表现出与总持水量相反的变化趋势,容重越低,土壤有效持水性越强。20-40cm土层及40-60cm土层的持水特性表现出与表层土壤相似的规律。

水分平衡基础上的小流域水土保持林配置模式探讨

就山西西南部黄土残塬沟壑与丘陵沟壑区小流域水土保持林体系配置问题进行探讨。在遵循以小流域为设计对象单元,针对水土流失影响因子因害设防,层层设防的防护林体系配置的理论基础上,提出从林地和流域的水分平衡出发,小流域防护林体系应采取合理的配置模式、促进天然植被恢复与人工造林促进植被恢复形成合理的林分结构,防护林体系应基于小流域的水分生态环境合理分布,在不同地貌部位的合理配置应遵循不同立地可承载生物量的极限值,适度造林,作到林水平衡,达到合理的植物配置模式和稳定林分结构,形成良性的水文生态环境,保证水土保持功能持续稳定。研究地区试验流域在森林覆盖率达到34%时,分布合理,侵蚀沟在封育状况好时,均可达到产流量小于允许侵蚀量。疏林地、林草间作林地、带状绿篱、未破坏的天然灌木和天然草地,稀疏林地就能够使产沙量小于允许值,并且林地具有较好的水分状况。

黄土残塬沟壑区坡度和坡长对土壤侵蚀的影响分析

该研究以黄土区坡地的坡长与坡度对于土壤侵蚀的影响为研究内容 ,旨在为因害设防 ,更好的治理水土流失 ,对黄土高原坡地综合治理提出理论依据和切实可行的实践指导 .根据在山西省吉县黄土残塬沟壑区长期定位水土流失观测与调查资料 ,并结合以往关于黄土区的研究成果分析了坡长和坡度与侵蚀的关系 ,研究表明 :随坡长和坡度的增大 ,径流增大 ,侵蚀量越大 ,侵蚀模数增大 ;年侵蚀模数与坡长呈正相关关系 ;随着坡长增大 ,细沟侵蚀和浅沟侵蚀明显增强 ;坡耕地坡长最好小于 15m .

黄土地区防护林生态系统水量平衡研究

根据黄土地区防护林生态系统水分循环的特征，提出了防护林生态系统水量平衡方程。通过对１９８８～１９９２年刺槐、油松、沙棘、虎榛子林地、草地和裸地６种生态系统水量平衡的分析，结果表明降雨是防护林生态系统主要的水分输入量，刺槐和油松林根际层以下土壤水分的上升补给，也是重要的水分输入项，特别是春季的４～６月份，更是防护林生态系统极为重要的水分来源，刺槐林和油松林平均根际区下层土壤水分上升补给量占降雨量的６．３２％～１１．５５％。蒸发散和林冠截留是防护林生态系统主要水分输出项，在比较干旱季节或月份，蒸降比出现大于１．０情况，大气降雨不能满足林木生理蒸腾和土壤蒸发的要求，地表径流量一般比较小，主要发生在７、８、９三个月，地表径流量仅占同期降雨量的１．５１％～３．８７％。根际区土壤存在着一个比较稳定的含水量范围，其值为８．１％～９．８％，相应于根际区内有效土壤水分贮量为１２０～２００ｍｍ，据此确定出在研究地区正常年份，目前防护林经营状况条件下，土壤水分只可供刺槐林正常生长１０～１６ａ，油松林正常生长５～８ａ。经水量平衡强度系数计算，得到刺槐林和油松林水量平衡强度系数平均为４８．２０％～５０．１９％，属于分类的差级，沙棘和?

晋西黄土区典型森林植被耗水规律与环境因子关系研究

森林植被耗水规律是森林植被对水文过程影响机理研究的基础与核心。以典型黄土区山西省吉县蔡家川流域为研究区域,依托国家级森林生态系统定位观测站,对研究区典型森林蒸散耗水及其环境因子进行定量监测,定量分析蒸腾、蒸发等各蒸散的强度与环境因子的关系,分析研究区典型森林植被结构对植被耗水特征的影响。土壤蒸发实验运用称重法,树木蒸腾实验采用热扩散式茎流计法,并结合环境因子调查,对观测结果进行研究分析,结果表明:土壤的蒸发量与地表植被状况以及土壤温度有关;树木蒸腾耗水与土壤含水量、降雨量、冠幅、树龄的线性关系显著。综合分析可知,影响森林耗水最直接的因素就是土壤水分的变化,若土壤含水量较小,则森林植被首先满足自身对水分的需求。在造林时,可以根据不同苗木的水分需求以及当地的土壤水分含量对林木种类进行选取,可以有效减少当地森林水分的消耗。

黄土高原水土流失区森林资源价值核算

概述了目前常用的森林资源价值核算方法,较系统、全面地核算了黄土高原水土流失区森林资源环境价值(包括涵养水源价值、保育土壤价值、固碳制氧价值、景观游憩价值和净化环境污染价值)和实物价值(包括林地价值、林木和果品价值)的现值,并且分析了不同贴现率时森林资源价值的差异,指出基于可持续发展的需要,应取低贴现率进行森林资源价值核算。同时计算结果表明,森林资源环境价值是森林资源价值的主要部分,充分说明了森林环境价值的重要性,应该引起人们的高度重视。

晋西黄土丘陵沟壑区油松刺槐混交林蒸腾耗水

为了研究黄土丘陵沟壑区主要造林树种和林分蒸腾耗水规律,以位于山西省吉县蔡家川流域内密度为2 450株/hm2的16 a油松刺槐混交林为对象,在2008年7—10月,应用热扩散探针技术(TDP)对油松和刺槐4个径阶共17株样木进行蒸腾液流野外实地定位连续观测,同时对环境因子进行同步连续动态观测。结果表明:典型晴天条件下,油松和刺槐树干液流速率在液流启动时间、达到峰值时间、开始快速下降时间和峰值波动范围上有较为显著的差异;2树种不同径阶单木日均蒸腾量的大小排序为油松12 cm>10 cm>6 cm>8 cm,刺槐12 cm>8 cm>6 cm,呈现出日蒸腾量随胸径增加而增加的趋势;太阳辐射和水汽压差是影响油松和刺槐树木冠层蒸腾的主要因子;2008年7—10月油松刺槐混交林月蒸腾耗水量分别为30.8、24.1、26.3和18.4 mm,总蒸腾量小于同期降雨量。

黄土丘陵半干旱区典型人工林土壤水分特征

在黄土丘陵区选取不同林龄典型人工乔木林刺槐,灌木林沙棘、柠条,并以经过30a多自然演替形成的荒坡草地作为对照,研究了人工林地土壤水分特点。结果表明,(1)人工林地总体持水能力较差,不同类型林地土壤持水能力顺序:刺槐林>沙棘林>柠条林,随着林分的生长,土壤持水能力均有增强的趋势;(2)土壤的导水能力随着林龄的增加有明显提高,林龄较接近时,刺槐林较沙棘林和柠条林饱和导水率大;(3)随着林分生长,林地土壤饱和含水量值增大,林地蓄水能力增强;(4)与荒坡对照相比,人工林改善土壤持水、导水能力的效果不一定有生态系统自我修复作用形成的植被群落好。