毛乌素沙地不同覆被类型土壤水分动态及其对降水的响应

[目的]分析不同覆被类型下土壤水分时空变化特征及对降雨的响应,探讨覆被类型对土壤水文的重塑过程,为优化毛乌素沙地植物覆盖类型和提高土壤水分的植被承载力提供科学依据。[方法]以陕西榆林市毛乌素沙地典型覆被类型草地、沙柳地和裸地为研究对象,通过全年原位试验监测和经典统计学分析相结合的方法,分析0—150 cm土壤水分动态及其对降水的响应。[结果](1)在全年尺度,受植被根系分布和耗水差异的影响,典型覆被类型土壤水分可分为稳定期(12月至次年2月)、积累期(3—5月)、消耗期(6—8月)和恢复期(9—11月),降水补给土壤水分主要发生在积累期和恢复期。土壤剖面水分表现出明显的空间分异,草地在20 cm较高,沙柳地在50 cm和150 cm处较高。草地主要利用深度0—50 cm的土壤水,沙柳主要利用50—100 cm的土壤水。(2)沙柳地和草地的土壤水分在浅层(0—50 cm)对降水的响应比裸地慢,深层(50—150 cm)则比裸地快。(3)降水补给深度与降水量呈显著正相关,而响应滞后时间与降水历时呈显著正相关(p<0.05)。[结论]植被类型、降水历时、降水强度、冻融过程影响着土壤剖面水分再分配,主导植被类型在降水格局变化下的演替。

毛乌素沙地南缘樟子松树干液流特征及其对环境因子的响应

树木边材液流是实时反映水分利用过程的重要变量。分析液流与环境因子尤其是与土壤水分间的关系,进而明确树木对水分胁迫的响应机制,是认识树木适应环境变化机制的重要内容。文中以毛乌素沙地南缘樟子松人工固沙林为研究对象,采用热扩散式液流计连续监测了树干边材液流速率,分析了液流变化与环境因子间的关系。结果表明:毛乌素沙地樟子松生长季中边材液流速率(J_(s))平均为4.91±1.25cm·h^(-1),最大值为18.75±2.99cm·h^(-1),其中夜间液流速率平均为1.42±0.38cm·h^(-1),最大值为7.47±1.92cm·h^(-1)。J_(s)与环境因子间的主成分分析结果显示,前3个主成分的累积方差贡献率达86.2%,分别解释了方差的54.5%、20.6%、11.1%。其中第一主成分主要包含大气水分亏缺(VPD)、大气温度(T_(a))、太阳辐射(R_(a))等因子,归为蒸发需求因子;第二主成分主要包含风速(W_(s))等因子,为大汽水热散失动力因子;第三主成分主要包含土壤含水率(θ)等因子,为土壤水分供给因子。在第一主成分的因子中,VPD对J_(s)的影响具有明显的阈值效应,当VPD升高到接近于1.43 kPa时,日间液流速率趋于最大值16.15 cm·h^(-1);类似地引起夜间液流阈值效应的VPD值约在0.78 kPa水平。土壤干旱对沙地樟子松日间液流表现出较明显的抑制作用,随着土壤水分亏缺的加剧,夜间液流在全天液流通量中的占比趋于提升,反映出沙地樟子松通过补偿树体水分应对干旱变化的策略与能力。

樟子松固沙林林水关系研究进展及对营林实践的指导

中国有着世界上最大面积的人工林,如何维持人工林的可持续性已成为气候变化背景下需要面对的重大挑战。樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)以其抗旱、抗寒、耐贫瘠等优良特性成为中国北方生态治理中最主要的常绿针叶树种之一,近70年来发挥了巨大的防风固沙与生态固碳功能。然而,随着林分的生长与气候变化,樟子松人工固沙林正经历着越来越严峻的环境胁迫,部分地区出现了林分“早衰”或死亡的现象,引起了人们对樟子松固沙林适应与应对气候变化能力的担忧。该文在回溯樟子松基本生物学特征与引种推广历史,系统总结近年来樟子松林林水关系研究新成果的基础上,全面分析了樟子松固沙林林水关系存在的主要矛盾,并提出了基于林水关系相协调的林分经营措施的调整:由倡导防护功能为主的单一目标向包含林分稳定性、生态固碳功能、可持续发展等多目标平衡方向调整;由以沙地森林景观培育为主向以良好土壤生境培育为主的方向调整;由倡导天然更新为主向以人工造林与天然更新相结合的世代更新方向调整。在立足于北方沙地脆弱生境与气候变化客观现实的基础背景下,应坚持樟子松在固沙林生态系统演化过程中的先锋种与建群种地位,基于“以水定绿”原则,采取“隔行带伐+再造林”等方式开展林分密度动态调控,促进林分向异龄林结构演化,促进樟子松固沙林生态服务的优质化和生态固碳功能的最大化。

不同起源樟子松林水分利用的差异及机制

明确同一树种不同起源林分(天然林与人工引种林)间水分利用特征的差异,对于指导林分的可持续经营具有重要意义。本研究以樟子松这一“三北”工程中重要的造林树种为例,选择2种起源的林分为试验林,利用热扩散技术监测了试验林生长季树干边材液流速率(Js),分析樟子松水分传输过程及其与环境因子间的关系。结果表明:在整个生长季的典型晴天下,樟子松人工林的日液流速率(J_(s-daily))显著高于樟子松天然林,二者J_(s-daily)平均值分别为132.98和114.86 cm·d^(-1),樟子松人工林表现出了更高的水分传输潜力。在樟子松天然林中,大气水分亏缺(VPD)对树木水分利用过程主要表现为驱动效应,而在樟子松人工林中出现了明显的阈值效应,VPD拐点约在1.91 kPa,此时液流速率(J_(s-hour))边界函数值接近最大值17.88 cm·h^(-1)。观测期间,2种起源樟子松林受大气驱动的蒸腾潜力(J_(s-hour)/VPD)随土壤干旱的加剧而下降,但樟子松人工林对干旱的敏感性比樟子松天然林更高,反映出这一树种对水分利用过程较强的调控能力。