植物生长与土壤水关系调控起始期

确定植物生长与土壤水关系调控起始期是可持续利用土壤水资源的基础.以柠条为研究对象,采用中子仪对黄土丘陵半干旱区撂荒地,1～5年生柠条林生长和土壤水分进行长期定位观测和分析.结果表明:1a内,随着时间推移,柠条利用土壤水分深度从播种时的表层土壤增加到220cm;随着林龄增加,除丰水年2年生柠条林地土壤储水量增加外,柠条利用土壤水分深度和耗水量增加,林地土壤储水量下降.在2004年生长末期,3年生柠条林地100cm土层的土壤含水量低于萎蔫系数,4年生柠条林地土壤旱化加剧,柠条生长与土壤水关系调控起始期是第5年.此时需要调控柠条生长与土壤水关系,采取措施降低柠条水分耗水量,实现土壤水资源可持续利用.     

半干旱黄土区成熟柠条林地土壤水分利用及平衡特征

选择半干旱黄土区流域尺度不同地形条件下成熟柠条林作为研究对象,并以荒坡草地作为对照,在2009—2011年生长季节对0—210cm土壤含水量进行连续观测,开展了剖面土壤水分变异、动态平衡及影响因素研究。结果显示:土壤水分平均值:30—130cm对照>北坡>东坡>南坡,150—210cm南坡(上、中坡位)>对照>北坡>东坡,南坡和北坡样地上坡位>中坡位>下坡位。土壤水分的季节变化表现为9月﹥8月﹥7月,5、6、10月份最低;不同地形条件下,柠条林地土壤水分极差值和变异系数并没呈现出规律性变化,在垂直尺度上,柠条林地土壤水分极差值和变异系数曲线在0—50cm表现比较活跃,70—210cm则相对稳定;在连续干旱年份土壤储水量并没有连续的降低和亏缺,在第1个欠水年亏缺比较严重,第2个欠水年盈亏量基本平衡,而第3个欠水年则略有盈余。研究认为:小流域尺度下的地形条件差异造成了土壤水分规律性变化,但在特定植被生长发育状态和剖面尺度下,植被因子将会成为土壤水分动态变化的主控因子。柠条林发育至成熟阶段,土壤水分补偿与消减将会保持平衡状态。土壤水分与植被生长的相互关系一方面表现出一定的时间差,另一方面植被对土壤水分也具有一定的适应性。这是因为土壤含水率高促进植物生长,植物生长势增强会进一步加大对土壤水分的消耗,土壤水分含量不足则会抑制植物生长,植物生长势减弱会进一步降低对土壤水分的消耗。     

黄土丘陵半干旱区土壤水资源利用限度

以柠条为对象,采用中子水分仪对黄土丘陵半干旱区人工植被恢复过程中土壤水分与植物生长进行长期定位观测.结果表明:撂荒地播种后,随着时间推移,植物群落保持水能力增强,根系吸收利用水分的土层深度增加、土壤含水量下降.林地土壤出现干层,且干层土壤的深度和厚度逐年增加.植物对土壤水资源的利用限度为干层土壤深度等于最大补给深度时的土壤储水量.在黄土丘陵半干旱区人工柠条林地土壤水资源利用限度是0～290 cm土层的土壤储水量为249.4 mm.当人工林地土壤水资源接近或等于土壤水资源利用限度时,需要采取措施降低土壤水分消耗,或增加土壤水分补给,维持根系吸收利用水资源的相对稳定.     

鼎湖山不同演替阶段森林土壤水分时空变异研究

土壤水分作为森林生态系统水分蓄库的主体,森林土壤水分储量及其时空动态与变异对揭示区域植被恢复与气候变化背景下的森林生态系统水文过程响应与服务功能变化机制具有重要意义。本研究以南亚热带地区典型森林植被演替序列马尾松人工林（Pinus massoniana coniferous forest,PF）-马尾松针阔叶混交林（mixed Pinus massoniana/broad-leaved forest,MF）-季风常绿阔叶林（monsoon evergreen broad-leaved forest,MEBF）为研究对象,依托中国生态系统研究网络森林样地建设与监测统一规范对鼎湖山森林生态系统定位站站区内分布的上述森林类型土壤水分的长期定位观测（2005-2015年）,通过分析各演替阶段森林土壤不同土层（0-15、15-30、30-45、45-60、60-75和75-90 cm）土壤体积含水量观测数据,探究该区域森林植被恢复过程中的土壤水分变化及其时空变异。结果表明：在雨热同期且干湿季明显的南亚热带地区,鼎湖山森林土壤储水量及其时间动态受降雨量的影响显著,森林土壤层对降雨具有强烈的调蓄和稳定作用,伴随PF→MF→MEBF自然演替进程,调蓄水分能力逐步增强。林型间,由初期阶段PF到顶级群落MEBF,森林土壤水分储量逐渐提高,且演替后期林型相对于早期林型,土壤储水量均呈现为较小的年际与年内变幅。干、湿季而言,干季时林型间的土壤储水量差异大于湿季,干季时MEBF和MF土壤含水量分别是PF的1.33倍和1.11倍。从土壤含水量的干、湿季期间变异来看,不同林型各土层土壤含水量的变异系数大小均表现为干季大于湿季;垂直剖面方向上,突出表现为无论干湿季MEBF各层土壤含水量变异均比其他两种林型较为缓和,充分体现了MEBF优越的土壤水分时空调配能力。整体上,伴随PF→MF→MEBF自然演替进程,土壤水分储量及其稳定性逐步提升。     

浑善达克沙地无芒雀麦(Bromus inermis)空间分布格局

通过西北-东南和东北-西南方向两条宽5m×长3km的样带和一块4m×4m的样方调查,研究了浑善达克沙地无芒雀麦、植被、土壤水分及土壤盐分的空间变异特点及其相互关系。结果表明,样带内植被盖度、无芒雀麦盖度、土壤水分和土壤盐分的空间变化格局相似,然而,在不同的空间方向上,它们具有不同的空间变化;样方内无芒雀麦地上部生物量、分株数和土壤盐分具有相似的空间变化格局,但却不同于植被地上部总生物量和土壤水分的空间变化格局。相关分析表明,样带内植被盖度、无芒雀麦盖度与土壤水分和土壤盐分之间均具有显著的正相关关系。土壤水分和土壤盐分也具有显著的正相关。样方内无芒雀麦地上部生物量、分株数及植被地上部总生物量与土壤水分均具有显著的正相关关系,但与土壤盐分没有显著的相关关系。无芒雀麦地上部生物量、分株数和植被地上部总生物量三者之间,以及土壤水分和土壤盐分之间也均具有显著的正相关关系。研究结果表明了植被与土壤之间的相互关系依赖于空间尺度。     

黄土高原水土保持林对土壤水分的影响

黄土高原植被恢复的限制因素主要是土壤水分,植被与土壤水分关系的研究对黄土高原植被恢复具有重要意义.2008年7月1日至2009年10月31日间采用EnviroSMART土壤水分定位监测系统以每30min监测1次的频度,对晋西黄土区刺槐人工林地、油松人工林地、次生林地的土壤水分变化进行了研究.研究得出:次生林地0-150 cm土层中平均蓄水量为331.95mm,刺槐人工林地为233.85 mm,有整地措施的油松人工林地为314.85mm,刺槐人工林比次生林多消耗的98.10mm土壤水分主要来源于80 cm以下土层.次生林主要消耗0-80 cm土层的水分,而人工林不但对0-80 cm土层水分的消耗量大于次生林,对深层土壤的消耗也较次生林大,这将有可能导致人工林地深层土壤的“干化”.在土壤水分减少期(11-1月)刺槐人工林土壤水分的日均损耗量为0.86mm、油松人工林为0.82 mm、次生林为0.84 mm.土壤水分缓慢恢复期(2-5月)刺槐人工林地土壤水分的恢复速度0.90mm/d,油松人工林地为0.53 mm/d、次生林地为0.79 mm/d.土壤水分剧烈变化期(5-10月)刺槐人工林地土壤水分含量的极差为95.71mm,油松人工林地为179.1mm,次生林地为72.03mm.在干旱少雨的黄土高原进行植被恢复时,应多采取封山育林等方式,依靠自然力量形成能够与当地土壤水资源相协调的次生林,是防止人工植被过度耗水形成“干化层”、保障水土保持植被持续发挥生态服务功能的关键.     

陕北黄土区不同林地土壤干燥化效应

退耕还林还草工程虽然取得显著成效,但是加剧了区域土壤水分亏缺与土壤干燥化程度,同时制约着植被构建。选取陕西省吴起县金佛坪流域山杏、油松、刺槐、小叶杨和沙棘5种植被类型,对照荒草地。采用人工土钻法取样,分析不同植被类型0—10 m的土壤湿度特征和土壤干燥化效应。结果表明:各植被类型浅层和深层土壤水分均存在显著差异;与荒草地相比,各类林地均出现土壤水分过度消耗,其中刺槐林过耗量最大,山杏林最小;各林地均出现土壤干层,其中刺槐林、小叶杨林和山杏林土壤干层都已达到10 m以下,植被是深层土壤水分的主要影响因素。5类林地的土壤干燥化指数平均值39.26%,都远高于荒草地-9.57%。土壤干燥化强度为小叶杨(80.19%)刺槐(78.03%)沙棘(55.38%)山杏(37.94%)油松(32.34%),这是树种、林木大小和密度、林分生物量、树龄等生长指标综合作用的结果。在今后植被恢复中,应注意根据当地土壤水分条件,合理选择节水树种和合理设计林分结构,尽量避免或减轻土壤干化,维持较高的植被稳定性。     

古尔班通古特沙漠原生梭梭根区土壤水分变化特征

研究原生梭梭根区土壤水分动态变化对深入理解古尔班通古特沙漠水文过程与植被的相互作用具有重要意义.2007年8月至2008年7月,利用TDR土壤水分测定系统测定古尔班通古特沙漠南缘梭梭林地的土壤体积含水量,分析梭梭根区土壤水分时空分布及其变化规律.结果表明:梭梭根区土壤存在湿岛效应,根区60 cm土层水分储量是裸地的1.49倍,这种差异夏季比春季、降雨后比降雨前明显.春季积雪融化后,古尔班通古特沙漠土壤水分最丰富,而冬季的土壤水分含量最低.土壤水分年内变化可分为春季(3—5月)土壤水分迅速补充-消耗期、夏秋(6—9月)土壤水分缓慢消耗期和秋冬(10月至次年2月)土壤水分稳定期.经小波计算,根区和裸地土壤水分含量分别出现43 d、40 d的小周期和110 d、103 d的大周期.树冠的遮荫和自集水效应,以及根区土壤良好的渗透性是梭梭根区土壤水分相对丰富的主要原因.     

黄土区防护林主要造林树种水分供需关系研究

通过3年的定位观测,分析了晋西黄土区护林主要造林树种刺槐和油松寺地供水与耗水关系,油松和刺槐林地4－6月林地水分消耗大于供给,供耗矛盾突出;雨季水分供应充足,土壤贮水增加;相同条件下密度大的林分耗水量较大,在干旱季节和年份,相同条件下,密度大的林分林地有效供水较少,林地水分亏损较为严重;不同坡向的水分缺量大小顺序为阳坡＞半阳坡＞阴坡,本文引入耗水特性系数来表示林分耗水的大小和需水量的满足程度,研究表明,用耗水特性系数表示林木规律和水分供耗关系是适合的衡量指标。     

黄土丘陵半干旱区柠条林密度对土壤水分和柠条生长的影响

研究密度对土壤水分和植物生长的影响对森林植被恢复和生态建设具有重要的意义。以黄土丘陵半干旱区人工柠条为研究对象,对相同立地条件下不同密度柠条林生长与林地土壤水分进行了长期定位观测和分析。研究表明,1—5年生柠条不同密度林地土壤水资源量差异显著,从第3年开始,土壤水资源量随着密度增加而增加;10—12年生柠条密度越低土壤水资源量越高(Treatment4除外,T4),不同密度之间水资源量差异不显著。1—3年生柠条密度越高会促进其株高生长;从第四年开始,柠条密度过高会抑制其株高生长;1—5年生柠条密度越高基径生长越快,不同密度生长差异不显著;10—12年生密度过高(Treatment1,T1)或过低(T4)均会抑制柠条株高与基径生长。在柠条播种后第5年,高密度试验小区(T1和Treatment2,T2)柠条林地最大入渗深度土壤水资源量降到水资源利用限度,此时需要依据土壤水分植被承载力通过平茬来降低林分密度,以达到减少土壤水分消耗和可持续利用土壤水资源之目的。     

北京八达岭林场人工林净碳交换及其环境影响因子

2011年11月-2012年10月,采用涡度相关法对北京市八达岭林场4年生针阔混交人工林的碳交换特征进行了连续观测.结果表明： 观测期间,该森林生态系统在7、8月为碳汇,其余月份均为碳源,净碳释放量与吸收量分别在4月和7月达到最大.生态系统净生产力为(-256±21) g C·m^-2·a^-1,其中生态系统呼吸为(950±36) g C·m^-2·a^-1,总初级生产力为(694±17) g C·m^-2·a^-1.生态系统呼吸与10 cm深度土壤温度呈较好的指数关系,其温度敏感性系数(Q₁₀)为2.2.在5-9月,白天生态系统净碳交换对光合有效辐射的响应符合直角双曲线方程,表观量子效率呈明显的季节变化(0.0219～0.0506 μmol CO₂·μmol^-1),生态系统最大光合速率和白天平均生态系统呼吸强度与光合有效辐射和温度的季节变化趋势相似.此外,7、8月饱和水汽压差与土壤含水量对白天生态系统净碳交换有显著的影响.
     

意杨苗木耗水特征与水分利用效率

研究杨树耗水量的变化特征、水分利用效率及其影响因子对杨树生理生态研究、造林树种的选择和林业生态工程建设具有重要的指导价值。以意杨(Populus euramevicana cv.‘I-214’)为研究对象进行盆栽试验,设定了4个处理组,分别为T1处理组(种植意杨,密封处理),T2处理组(种植意杨,非密封处理),T3处理组(不种植意杨,非密封处理),C处理组(不种植意杨,密封处理),定量分析了意杨耗水规律、水分利用效率及土壤蒸发量与植株生理特性、气象环境因子之间的关系。结果表明:(1)4个处理组耗水量变化曲线均呈"单峰型",且在7月份达到最大值,2月份降到最低值。(2)栽植意杨的土壤水分蒸发量占总耗水量的15.9%,全年波动状态稳定,本底流失量占30.4%。(3)在地表覆盖物下的意杨蒸腾耗水量占总耗水量的53.7%,年变化曲线为单峰型;栽培意杨的土壤水分总流失量是不栽培意杨土壤总流失量2.77倍;在裸地上种植意杨的土壤水分总蒸发量仅比没有意杨的裸地土壤多流失7.9%水分。(4)在有地表覆盖物下和裸地上的意杨叶面平均蒸腾强度分别为30.8 g cm~(-2)a~(-1),9.5 g cm~(-2)a~(-1);平均每克生物量耗水量为39.61 g。综上所述,意杨具有很强的蒸腾耗水能力,种植意杨可能会造成造林地区土壤水分大量流失,使该地区深层土壤干燥化,不利于土壤储水调节作用的发挥。     

青藏高原东北缘黄土区典型立地人工林分土壤水分特性研究

为探讨青藏高原东北缘黄土区典型立地人工林分的土壤水分特性及耗水特性,本研究以青海云杉林地和祁连圆柏林地作为研究对象,对其土壤持水特性、土壤渗透特性、土壤水分动态和土壤耗水特性进行综合分析。研究结果表明:(1)在相同土壤水吸力作用下,青海云杉林地的持水性比祁连圆柏好,荒草地的持水性比林地差。(2)青海云杉林地的土壤渗透性总体优于祁连圆柏,荒草地的土壤渗透性最差。相同坡向,上坡位的土壤渗透性小于下坡位。(3)青海云杉林地土壤水分条件总体优于祁连圆柏,而荒草地土壤水分条件优于林地;半阴坡林地土壤含水量随坡位由上至下逐渐升高。(4)生长季期间,青海云杉林地平均耗水量大于祁连圆柏,而荒草地耗水量远小于林地。综上,青海云杉林地的土壤水分特性整体优于祁连圆柏林地,且二者的土壤水分状况都比较好,并未出现土壤干层、土壤水分过度消耗等现象,青海云杉和祁连圆柏在研究区的配置是合理的,可以作为当地的水源涵养树种。     

哀牢山中山湿性常绿阔叶林土壤呼吸季节和昼夜变化特征及影响因子比较

 由于受到多种生物和非生物因素的影响,土壤呼吸在不同时间尺度上的动态变化可能不一致。对不同时间尺度的土壤呼吸动态变化的研究有助 于深入了解土壤呼吸变化的机理,也有利于精确推算土壤碳的排放。采用红外CO₂分析法测定哀牢山中山湿性常绿阔叶林季节间(2004年4月～ 2005年3月)和昼夜间 (2004年7、9和11月及2005年1、3和5月共6次)的土壤呼吸。哀牢山中山湿性常绿阔叶林中土壤呼吸的季节变化显著,其中 湿季(5～10月)的土壤呼吸高于干季(11月～翌年4月),全年土壤呼吸的平均值为0.442 g CO₂&;#8226;m^－2&;#8226;h^－1。6 次测定的土壤呼吸日变化模式并不 相同,7和9月、翌年1和3月夜间土壤呼吸大于昼间土壤呼吸,11月和翌年5月则相反;5、7和9月昼夜间的土壤呼吸最大值与最小值的差异比11 月、翌年1和3月的测定结果大。季节间土壤呼吸与土壤温度(p=0.000)和土壤含水量(p=0. 007) 均有显著的指数相关,土壤温度可以解释土壤 呼吸变化的56.1％,土壤含水量可以解释土壤呼吸变化的11.1％。不同季节测定的土壤呼吸日变化与土壤温度、气温和土壤含水量则没有显著 的指数相关。由土壤呼吸与土壤温度拟合的指数方程计算Q₁₀值,在温度为 5.9～16.6 ℃内,全年土壤呼吸的Q₁₀值为4.53,在温度为5.9～ 11.0 ℃内,干季土壤呼吸的Q₁₀值为7.17,在温度为10.3～16.6 ℃内,湿季土壤呼吸的Q₁₀值为2.34。在不同时间尺度上,生物和非生物因素 对哀牢山中山湿性常绿阔叶林的土壤呼吸表现出不同的影响。土壤呼吸的季节变化主要受非生物因子温度和水分变化的调控,而土壤呼吸的昼 夜变化则可能主要受植物的生理活动周期性等生物因素的影响。通过温度的指数函数关系,用土壤呼吸的瞬时值来推算土壤呼吸的日通量和年 通量时,需要考虑温度和水分外的其它生物因子的影响。     

Climate and vegetation in China III water balance and distribution of vegetation

Distributions of 29 vegetation types in China as a function of climatic humidity or aridity were analysed using Thornthwaite's system, by employing meteorological records from 671 stations in China. The annual potential evapotranspiration and the humidity/aridity indices were calculated for every station, and distribution maps of water deficiency, water surplus and moisture index (Im) were constructed. The Im map showed that arid areas (Im<0) occupied about 56% of the country. The effect of the difference in soil water storage capacity on Thornthwaite's indices was examined, and Im values were found to differ little, although some differences were observed in actual annual evapotranspiration, water deficiency and water surplus values. Correlations between Im values and distributions of 29 vegetation types, identified from a vegetation map with a scale of 1/4000000, were investigated. The distributions of desert, steppe, woodland, deciduous forest and evergreen forest corresponded to Im values of below −40, −40–−20, −20-0, 0–60 and over 60, respectively. In addition, climatic factors delimiting the northern distribution of evergreen broadleaf forest were investigated, and it was clarified that the northern limit was restricted by combined hydrothermal conditions, and not by the low temperature in winter.     

南京城市公园绿地不同植被类型土壤呼吸的变化

子2007年10月-2008年9月,利用Li-6400便携式光合作用仪配合土壤呼吸气室对南京中山植物园内草坪、疏林和近自然林3种植被类型的土壤呼吸速率的季节变化及其影响因子进行了测定.结果表明:不同植被类型土壤呼吸速率具有明显的季节变化,夏季(8月)较高,近自然林、疏林和草坪类型分别为3.28、4.07和7.58 μmol·m~(-2)·s~(-1),冬季(12月)最低,近自然林、疏林和草坪类型分别为0.82、0.99和1.42 μmol·m~(-2)·s~(-1);不同植被类型的年均土壤呼吸速率有显著差异(P＜0.05),平均土壤呼吸速率大小排序为草坪>疏林>近自然林;不同植被类型的土壤呼吸速率与土壤温度呈显著性指数相关关系,与土壤含水率无显著相关关系;Q_(10)值均随着土层深度的增加而增加;不同植被类型的Q_(10)值存在一定程度的差异,近自然林类型的Q_(10)值大于草坪和疏林类型的Q_(10)值.研究表明,城市如果大量发展草坪可能增加土壤CO_2的排放.

Abstract：

By using Li-6400 portable photosynthetic apparatus connected to soil chamber,the soil respiration rate under three vegetation types(lawn,open woodland,and close-to-nature forest)in Nanjing Zhongshan Botanical Garden was measured from October 2007 to September 2008,with related affecting factors analyzed.The soil respiration rate had obvious seasonal fluctuation,being the highest in summer(August)and the lowest in winter(December).For the close-to-nature forest,open woodland,and lawn,their soil respiration rate in summer was 3.28,4.07,and 7.58μmol·m~(-2)·s~(-1),and that in winter was 0.82,0.99,and 1.42μmol·m~(-2)·s~(-1),respectively.The annual mean soil respiration rate differed significantly with vegetation type(P＜0.05),which was in order of close-to-nature forest＜open woodland＜lawn.The soil respiration rate had significant exponential correlation with soil temperature,but no correlation with soil moisture.The Q_(10) value increased with increasing soil depth,and was larger in close-tonature forest than in open woodland and lawn.Our results indicated that the rapid development of lawn in urban green space could increase the urban soil CO_2 emission.     

黄土旱塬区冬小麦土壤水库动态

土壤水库是旱作农业区粮食稳产和可持续发展的基础.本文结合长期田间定位试验,通过对黄土高原南部长武旱塬2012—2015年冬小麦土壤水分变化的研究,分析了土壤水库的年际与年内变化特征和动态规律.结果表明: 研究区冬小麦田间平均土壤含水量垂直分布曲线均呈“双峰双谷”形,第1处峰点在10～20 cm土层,第1处谷点在50 cm左右,第2处峰点在100 cm左右,第2处谷点在280 cm左右.无论何种降水年型下,土壤水库对降水的响应滞后且滞后的程度一致.降水年型对土壤水库的年际与年内动态变化影响较大.与丰水年相比,枯水年、平水年土壤水库对大气干旱的调节能力降低,表现为主要供水层上移;枯水年、平水年降水量虽少,但对土壤水分的补充作用较丰水年明显;丰水年土壤水库有较大盈余(84.2 mm),水分平衡出现正补偿,枯水年土壤水库稍有亏缺(1.5 mm),水分平衡出现负补偿,平水年土壤水库稍有盈余(9.5 mm),水分平衡出现正补偿.长武旱塬冬小麦田间土壤水分动态可分为4个时期:苗期耗水期、缓慢消耗期、大量消耗期、收获期,整体蒸散耗水大小顺序为:大量消耗期>苗期耗水期>收获期>缓慢消耗期.     

Sandstone vegetation pattern in the Jim Jim Falls region,Northern Territory,Australia

Analysis of 58 floristic quadrats from two areas near Jim Jim Falls on the Arnhem Land Plateau revealed seven plant communities: wetland; monsoon forest; Allosyncarpia forest; broadleaf woodland; shrubby Eucalyptus woodland; Eucalyptus arnhemensis woodland; and sandstone scrub. The communities inter-grade with each other and form a complex mosaic. The patterning of vegetation is related to topography, rockiness, degree of fire protection and moisture supply. Surface soil nutrient concentrations were similar in all the communities with the exception of the monsoon forest which was substantially more fertile. We suggest that moisture supply is the primary determinant of vegetation and soil fertility patterns. Fire in the preceding dry season stimulated some herbaceous species, while a long unburnt shrubby Eucalyptus woodland was invaded by some monsoon forest seedlings. Conservation of the present mosaic of vegetation presents a major challenge to land managers because of this variable impact of fire.