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黄土丘陵区刺槐人工林混交改造水文效应研究

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退耕还林(草)工程实施以来,黄土高原以刺槐为主的人工林面积显著增加。然而,刺槐人工林由于树种结构单一,初植密度过高等原因,出现了人工林过早衰退,影响区域生态水文过程。混交改造是人工林结构调整的主要措施,受混交类型的影响,其水文效应不尽相同。尤其是混交林下植被驱动的地面层特征存在显著差异,进而影响生态水文过程。基于此,本研究以吴起县5种刺槐混交林(刺槐×山杏、刺槐×山桃、刺槐×油松、刺槐×沙棘、刺槐×紫穗槐)为研究对象,并选取刺槐纯林作为对照,探究了刺槐混交林林下物种多样性、明确了植被截留特征、构建了枯落物持水-蒸发动态过程,明晰了土壤层水文效应。主要获得以下研究结果: (1)相较于刺槐纯林,混交改造提高了林下草本物种丰富度,降低了林下草本物种均匀度。刺槐×油松Margalef丰富度指数最大(3.491),Pielou均匀度指数最小(0.071)。且刺槐×紫穗槐与刺槐纯林的林下草本群落具有较强的相似性,刺槐×山桃与其他混交类型相比其草本群落物种组成差异较大。 (2)不同刺槐混交林林冠层和林下草本总截留量为1.61~2.06mm,刺槐×山杏最低,刺槐×紫穗槐最高,且林下草本层截留量高达29%及以上。相较于刺槐纯林,混交提高了冠层郁闭度和叶面积指数,进而提升了冠层截留能力,其中刺槐×油松的郁闭度、叶面积指数和累计截留量均最大,分别为78%、3.04、1.36mm。混交降低了草本层盖度和叶面积指数,从而降低了草本层植被截留能力。其中,刺槐与乔木混交(刺槐×山杏、刺槐×山桃、刺槐×油松),其林下草本盖度、叶面积指数、累计截留量均显著低于刺槐纯林及其与灌木混交(刺槐×沙棘、刺槐×紫穗槐)。 (3)不同刺槐混交林持水拦蓄特征及持水-蒸发动态过程不同。其中刺槐纯林最大含水量最大,刺槐×紫穗槐有效拦蓄量最大,最大含水量、有效拦蓄量均呈半分解层>未分解层。连续监测1月,地表枯落物截持降雨量呈半分解层>未分解层,水分蒸发量呈半分解层<半分解层。此外,各林分0-8cm土壤中混入的枯落物蓄积量为0.71~0.91kg/m2,枯落物混入土壤提高了土壤含水率,且土壤含水率随枯落物混入量的增加而增加。 (4)不同刺槐混交林土壤水文效应存在差异。混交改造不仅可促进通气孔隙和毛管孔隙的形成,降低土壤容重,提升饱和含水量、毛管含水量以及饱和导水率,还可显著增加土壤有效水含量,与乡土树种(山杏、山桃)混交最优。此外,土壤含水量随土层深度的增加呈先增加后下降趋势,其中,刺槐×油松土壤含水量最大,刺槐纯林次之,刺槐×山杏最小。 综上所述,本研究明确了刺槐混交林值被截留特征、枯落物水文特征以及土壤水文效应,并进一步分析探讨了枯落物持水-蒸发动态,为深入探究刺槐人工林混交改造对其水文效应的影响,以期为人工林结构改造和植被水土保持功能的稳定发挥提供理论依据和数据支持。

田婧

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刺槐人工林 混交改造 植被截留 土壤水文效应

硕士

水土保持与荒漠化防治

王兵

2024

西北农林科技大学

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