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晋西黄土区沟谷不同部位植物多样性

北京林业大学学报 2024年第6期46卷 20-27页

作者：江姗魏天兴范德卉于欢叶小曼谢宇李世杰北京林业大学水土保持学院山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站北京100083

【目的】为了对黄土丘陵沟壑区小流域沟谷进行更精准的保护和修复,从植物多样性和生态位宽度等方面,对沟谷不同地貌部位(沟底、沟阳坡和沟阴坡)的自然恢复能力进行了研究。【方法】通过在山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站进... 详细信息

【目的】为了对黄土丘陵沟壑区小流域沟谷进行更精准的保护和修复,从植物多样性和生态位宽度等方面,对沟谷不同地貌部位(沟底、沟阳坡和沟阴坡)的自然恢复能力进行了研究。【方法】通过在山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站进行野外实地调查,分析不同部位植物的群落生长特征及其多样性,比较不同地貌部位植物群落间的相似性。【结果】(1)研究区灌草植物共有40科76属98种,其中灌木17科27属34种,草本29科51属64种。灌木层科属种总数表现为沟阳坡>沟阴坡>沟底,草本层为沟底>沟阴坡>沟阳坡。(2)灌木层优势种为:黄刺玫、荆条、木蓝。草本层优势种为:芦苇、黄花蒿、披针薹草。在灌木层,沟底黄刺玫和杠柳的生态位宽度较大,沟阳坡和沟阴坡中荆条和木蓝的生态位宽度较大。在草本层,沟底芦苇和白莲蒿的生态位宽度较大,沟阳坡和沟阴坡中披针薹草的生态位宽度较大。(3)在沟底、沟阳坡和沟阴坡间Margalef指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数并未表现出显著差异(P> 0.05)。各群落间Jaccard系数0.50≤q 沟阴坡>沟底。沟谷不同地貌部位优势种不同,从沟阳坡到沟阴坡再到沟底,随着光照的减少和水分的增加,优势种由耐旱喜阳植物发展为耐阴植物。

关键词：植物多样性生态位水土保持沟谷

干旱胁迫下环境与生理因子对晋西黄土区刺槐人工林树干液流的影响

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北京林业大学学报 2024年第4期46卷 127-140页

作者：王彪陈立欣吴应明胡旭付照琦高雅洁葛艳灵田沁瑞林峰北京林业大学水土保持学院山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站北京100083

【目的】探究干旱胁迫对晋西黄土区刺槐人工林蒸腾耗水的影响,揭示干旱胁迫下环境和生理对刺槐蒸腾耗水的调控机制,为晋西黄土区刺槐人工林的经营和水分管理提供理论依据。【方法】以晋西黄土区刺槐人工林为研究对象,通过降雨拦截试验(... 详细信息

【目的】探究干旱胁迫对晋西黄土区刺槐人工林蒸腾耗水的影响,揭示干旱胁迫下环境和生理对刺槐蒸腾耗水的调控机制,为晋西黄土区刺槐人工林的经营和水分管理提供理论依据。【方法】以晋西黄土区刺槐人工林为研究对象,通过降雨拦截试验(整个生长季减雨50%),连续监测刺槐的树干液流变化,并同步监测环境因子和水分生理变化,分析环境和水分生理对树干液流的影响。【结果】(1)干旱处理显著降低了刺槐的液流速率(Js),干旱处理下平均Js(0.92 g/(cm^(2)·h))显著低于对照处理下的平均Js(1.87 g/(cm^(2)·h)),但其变化规律相似。(2)干旱处理影响了刺槐的枝、叶相对含水量,且随着干旱处理时间的延长,枝、叶相对含水量降低。不同处理条件下,刺槐枝、叶水势和水容均呈“V”字型变化,干旱处理下的枝、叶片水势(-1.22 MPa、-0.72 MPa)低于对照处理(-1.15 MPa、-0.60 MPa)。干旱处理下枝、叶水容降低,分别为0.52 g/(cm^(3)·MPa)和1.05×10^(-2)g/(cm^(2)·MPa)。(3)刺槐树干液流的变化受气象因子、土壤水分条件和水分生理因子的共同影响,不同处理条件下蒸散的主控因子均为太阳总辐射,干旱处理下枝、叶水容对刺槐树干液流速率的影响减弱,表明相较于干旱处理,对照条件下刺槐更依赖于组织水容储水来满足蒸腾耗水。【结论】研究揭示了干旱胁迫显著降低了刺槐液流速率,但未改变其液流活动规律。刺槐人工林树干液流变化受多种因子的共同影响,主导因子依次为气象因子、土壤水分和水分生理因子。研究结果有助于深入理解干旱条件下人工林的蒸腾耗水过程的变化特征,对评估气候变化条件下黄土区人工林生态系统的稳定性和生态水文过程具有重要意义。

关键词：树干液流水分生理干旱处理结构方程模型刺槐人工林

黄土高原不同土地利用类型区浅层滑坡侵蚀特征分析——以蔡家川滑坡事件为例

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干旱区研究 2024年第4期41卷 697-705页

作者：王鑫盈马超吕立群张岩北京林业大学水土保持学院北京100083 山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站山西吉县042200

近年来,黄土高原极端暴雨引发的滑坡、泥流等剧烈水土流失引起了广泛关注。2021年10月3—6日,山西省吉县蔡家川一带强降雨诱发了大面积浅层滑坡灾害。本文利用灾前灾后无人机影像和遥感图像、降雨数据及现场调查数据,对本次降雨过程、... 详细信息

近年来,黄土高原极端暴雨引发的滑坡、泥流等剧烈水土流失引起了广泛关注。2021年10月3—6日,山西省吉县蔡家川一带强降雨诱发了大面积浅层滑坡灾害。本文利用灾前灾后无人机影像和遥感图像、降雨数据及现场调查数据,对本次降雨过程、浅层滑坡起动条件和侵蚀特征进行了分析。结果表明:本次降雨为典型的“长历时、低雨强”类型,滑坡发生前的前期降雨历时达72 h,累积雨量达121.8 mm,滑坡集中发生时段的雨强达33.2 mm·(6h)^(-1)。与“短历时、高雨强”暴雨激发的滑坡相比,滑坡流动性相对较高。前期降雨是影响群发性滑坡灾害发生与流动性的重要因素。不同土地利用类型区滑坡起动地形条件差异显著,所需坡度与汇水面积均表现为:封禁林区>人工林区>农地区;地层岩性的渗透性也影响着浅层滑坡的起动,相同降雨量条件下,渗透性更好的林区发生浅层滑坡需要更高的面积坡度阈值。不同土地利用类型区,滑坡点密度、面密度与侵蚀强度的大小均表现为:农地区>人工林区>封禁林区,说明土地利用类型会在一定程度上影响滑坡的侵蚀程度,以乔木为主的林区更不利于滑坡发生。

关键词：极端暴雨植被恢复浅层滑坡黄土高原

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重庆缙云山马尾松和润楠径向生长的酸雨响应

林业科学 2024年第1期60卷 58-67页

作者：郑永林王云琦徐晓晓王玉杰李耀明北京林业大学水土保持学院重庆三峡库区森林生态系统教育部野外科学观测研究站北京100083 北京林业大学水土保持学院重庆缙云山三峡库区森林生态系统国家定位观测研究站北京100083

【目的】探究南方典型酸雨区树木生长的酸雨响应,为明晰酸雨对森林生态系统的影响提供科学依据。【方法】以重庆缙云山优势树种马尾松和润楠为研究对象,采用树轮气候学方法,分别采集马尾松40株和润楠35株建立树轮宽度年表,计算胸径断面... 详细信息

【目的】探究南方典型酸雨区树木生长的酸雨响应,为明晰酸雨对森林生态系统的影响提供科学依据。【方法】以重庆缙云山优势树种马尾松和润楠为研究对象,采用树轮气候学方法,分别采集马尾松40株和润楠35株建立树轮宽度年表,计算胸径断面积增长量,分析马尾松和润楠的生长趋势及其对酸雨因子的响应。【结果】1)马尾松和润楠标准年表的样本总体代表性分别为0.942和0.869,马尾松标准年表的样本总体代表性、平均敏感度、一阶自相关和第一主成分解释量均大于润楠;2)1961—2020年马尾松和润楠生长均曾受酸雨抑制,其中马尾松生长受抑制时间长于润楠,但均在2010年后出现生长恢复;3)缙云山酸雨类型从硫酸型过渡到硫酸-硝酸混合型,平均气温和降水量不是近20年树木生长的主要限制因子;马尾松和润楠径向生长与降雨pH呈显著正相关(P研究酸雨对树木生长的影响具有很大潜力。

关键词：酸雨马尾松润楠树轮硫酸根生长抑制

晋西黄土小流域土壤有机碳空间分布特征及其影响因素

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生态学杂志 2024年第5期43卷 1373-1380页

作者：左启林于洋查同刚北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站北京100083

植被恢复影响土壤有机碳(SOC)空间分布。为阐明黄土丘陵沟壑小流域SOC的空间变异特征及其影响因素,以晋西蔡家川流域内的4个典型子流域(南北窑农地流域、北坡人工林流域、柳沟封禁流域、人祖山天然次生林流域)为研究对象,通过野外调查... 详细信息

植被恢复影响土壤有机碳(SOC)空间分布。为阐明黄土丘陵沟壑小流域SOC的空间变异特征及其影响因素,以晋西蔡家川流域内的4个典型子流域(南北窑农地流域、北坡人工林流域、柳沟封禁流域、人祖山天然次生林流域)为研究对象,通过野外调查与室内测定SOC含量,采用经典统计学和地统计学方法,分析流域尺度0~100 cm SOC的分布规律及其与环境因子的关系。结果表明:不同子流域SOC含量不同,柳沟封禁流域>天然次生林流域>北坡人工林流域>南北窑农地流域;相对于人工恢复,自然恢复能累积和储存更多的SOC;空间上,SOC呈自西向东逐渐降低的趋势,随深度增加,SOC的分布格局更具均一性;植被类型、土地利用方式、地形特征等因素影响小流域尺度SOC空间分布格局;灌草地SOC含量最高(14.43±8.91 g·kg^(-1)),其次是林地(13.11±6.98 g·kg^(-1)),农地SOC含量最低(8.48±2.98 g·kg^(-1));较之农地,灌草地和林地SOC含量分别提高70.2%和54.6%;在0~20 cm土层,坡度为15°~25°时SOC含量出现最大值;在0~20 cm土层,不同坡向对SOC含量大小排序为阴坡(15.82±7.63 g·kg^(-1))>半阴坡(12.94±7.53 g·kg^(-1))>半阳坡(11.48±6.28 g·kg^(-1))>阳坡(11.1±6.19 g·kg^(-1))。研究结果为评价黄土流域植被恢复的土壤生态效应提供依据。在植被恢复和重建过程中,要注意人工林天然化、对应的天然林进行封禁管理。

关键词：黄土高原小流域土壤有机碳空间分布地统计学

晋西黄土区8种典型林分降雨再分配特征与影响因素

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应用生态学报 2024年第6期35卷 1553-1563页

作者：胡旭付照琦王彪田沁瑞葛艳灵林峰高雅洁张志强陈立欣北京林业大学水土保持学院北京100083 山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站山西吉县042200

为揭示黄土区冠层降雨再分配的潜在分配特征,本研究以晋西黄土区8种典型林分(油松林、刺槐林、侧柏林、油松-刺槐混交林、侧柏-刺槐混交林、辽东栎林、山杨林和辽东栎-山杨混交林)为研究对象,探究降雨再分配过程并利用增强回归树(BRT)... 详细信息

为揭示黄土区冠层降雨再分配的潜在分配特征,本研究以晋西黄土区8种典型林分(油松林、刺槐林、侧柏林、油松-刺槐混交林、侧柏-刺槐混交林、辽东栎林、山杨林和辽东栎-山杨混交林)为研究对象,探究降雨再分配过程并利用增强回归树(BRT)模型量化林分结构和气象环境因子的相对贡献,并根据BRT模型提取的最具影响力的因素进行多元回归,同时利用挖掘数据进行模拟验证预测模型。结果表明:研究区8种典型林分的穿透雨、树干茎流和冠层截留占降雨量的比例分别为24.5%~95.1%、0~13.6%和0.7%~55.7%;产生穿透雨的单次降雨阈值中,针叶林(3.06±1.21 mm)显著高于阔叶林(1.97±0.52 mm),但与针阔混交林无显著差异(3.01±0.98 mm);产生树干茎流的单次降雨阈值中,不同组成林分中无显著差异。BRT模型中,对于穿透雨和树干茎流,林分结构因子的影响占比较小,而对于冠层截留,林分结构因子则占主导地位;降雨量是决定穿透雨和树干茎流最重要的因素;树高是决定冠层截留最重要的因素,降雨量、冠幅面积、胸径和林分密度分列其后。对比一般线性函数和幂函数,本研究建立的BRT预测模型对穿透雨和树干茎流的预测效果有所提升,对冠层截留的预测仍需探究。综上,BRT模型可较好定量化评估林分结构和气象环境因子对降雨再分配各组分的影响,且所建预测模型模拟效果良好,可为制定林木配置优化策略提供科学依据。

关键词：穿透雨树干茎流冠层截留增强回归树相对影响

土壤含水量对探地雷达探测植物根系构型精度的影响

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干旱区研究 2024年第3期41卷 456-466页

作者：王勃张建军赖宗锐赵炯昌胡亚伟杨周李阳卫朝阳北京林业大学水土保持学院北京100083 山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站山西吉县042200

根系是评价植被生态服务功能的关键基础要素,但快速、精确、无损确定根系的测量技术和方法是目前生态系统评估中的瓶颈。探地雷达是一种高效无损的地球物理学技术,可以在无损状态下获取土壤中的根系信息。但是探地雷达检测和识别根系的... 详细信息

根系是评价植被生态服务功能的关键基础要素,但快速、精确、无损确定根系的测量技术和方法是目前生态系统评估中的瓶颈。探地雷达是一种高效无损的地球物理学技术,可以在无损状态下获取土壤中的根系信息。但是探地雷达检测和识别根系的精度受土壤含水量、根系含水量、根径大小、根系埋藏深度等诸多因素影响,导致其在野外根系探测中适用性受限,为了探究土壤含水量对探地雷达探测根系精度的影响,本研究采用野外预埋根系的控制实验,根据探地雷达波速、振幅和根点反射系数的变化,分析了不同土壤含水量条件下根点识别率及根点距离均方根误差。结果表明:(1)根系探测中,探地雷达波速和振幅是判断土壤含水量变化的重要参数;(2)随着土壤含水量的增大,探地雷达波速减小,雷达振幅趋于平缓;(3)不同土层深度上随着根系直径的增大,探地雷达波速增大,雷达振幅趋于激烈;(4)根点识别率与土壤含水量成负相关(P研究表明探地雷达可以作为植物根系生物量无损和快速测定、评估的方法,但在利用探地雷达测定土壤中根系时,应在土壤含水量相对较低的时间段进行。

关键词：探地雷达根系土壤含水量无损探测晋西黄土区

基于氢氧同位素示踪的黄土区不同植被类型小流域降雨⁃径流分割

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应用生态学报 2024年第2期35卷 399-406页

作者：左玉珠潘成忠马勇星马岚北京师范大学北京100875 北京林业大学山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站北京100083

流域径流过程及其组分来源识别是水资源合理利用的前提。为明确植被类型对流域径流组分的影响与定量贡献,本研究以山西吉县蔡家川主沟流域及5个不同植被类型小流域为研究对象,监测2场典型降雨产流过程及其氢氧同位素时空变化特征,探讨... 详细信息

流域径流过程及其组分来源识别是水资源合理利用的前提。为明确植被类型对流域径流组分的影响与定量贡献,本研究以山西吉县蔡家川主沟流域及5个不同植被类型小流域为研究对象,监测2场典型降雨产流过程及其氢氧同位素时空变化特征,探讨小流域径流过程差异及其组分来源。结果表明:在中雨条件下,事件水对各个流域河道流量的贡献率为封禁森林(94.3%)>蔡家川主沟(83.1%)>农牧复合(64.3%)>人工⁃次生林(52.4%)>农地(0.3%)>次生林(0.0%);而在小雨条件下,人工⁃次生林(52.4%)>封禁森林(58.5%)>农地(40.6%)>次生林(15.8%)>农牧复合(12.5%)>蔡家川主沟(9.3%),次生林、封禁森林小流域事件水对径流贡献率大于人工林,次生林具有更强的径流调蓄能力。封禁森林、农牧复合流域在中雨强度条件下事件水的贡献率大于小雨强度条件,而农地、人工⁃次生林、次生林流域则相反。事件水对林地小流域径流贡献率大于农地小流域,可能与农地小流域沟口建有淤地坝有关。本研究结果可为晋西黄土区水源涵养和径流变化归因分析提供科学依据。

关键词：氢氧同位素二元混合模型径流分割蔡家川小流域

晋西黄土区2种典型森林树种夜间液流特征及对环境因子的响应

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植物生态学报 2024年

作者：付照琦胡旭田沁瑞葛艳灵周红娟吴小云陈立欣北京林业大学水土保持学院山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站

了解晋西黄土区典型森林树种夜间水分利用对准确评价流域水循环和碳循环至关重要。但目前对于晋西黄土区典型森林树种的夜间液流的变化特征及对夜间环境因子的响应尚不明晰。为了探究该地区典型树种的夜间液流分配特征及对环境因子的响... 详细信息

了解晋西黄土区典型森林树种夜间水分利用对准确评价流域水循环和碳循环至关重要。但目前对于晋西黄土区典型森林树种的夜间液流的变化特征及对夜间环境因子的响应尚不明晰。为了探究该地区典型树种的夜间液流分配特征及对环境因子的响应,于2021年6–10月,采用热扩散探针（TDP）对山西省吉县蔡家川小流域刺槐（Robinia pseudoacacia）人工林和蒙古栎（Quercus mongolica）天然林中树木树干液流、土壤水分和小气候进行连续监测,利用时间序列模型（ARMAX model）区分夜间液流中夜间蒸腾（Tn）和茎干补水（Re）。利用机器学习模型XGboost和SHAP解释框架分析夜间液流量(QNightime)与夜间环境因子的关系。结果表明:生长季刺槐和蒙古栎夜间蒸腾量占比(Tn/QNightime)分别为73.97%和30.12%,茎干补水占比(Re/QNightime)分别为26.03%和69.88%。机器学习XGboost模型结果表明夜间饱和水汽压差（VPD）和夜间土壤水分含量（SWC）是分别影响刺槐和蒙古栎夜间液流的主导因子。VPD、夜间气温（Ta）、夜间相对湿度（RH）和整日液流（QDaily）分别达到0.30 kPa、19.84℃、85.3%和339.11 kg·h–1后对刺槐夜间液流起促进作用。VPD达到1.5 kPa后对蒙古栎夜间液流起抑制作用, Ta和夜间风速（WS）分别达到23.11℃和0.58 m·s–1后促进蒙古栎夜间液流。SWC对刺槐和蒙古栎夜间液流的影响具有一致性,即SWC在0–12.9%范围内会促进夜间液流。因此构建夜间液流模型时应考虑环境因子的影响。刺槐夜间液流主要用于夜间蒸腾作用,而蒙古栎夜间液流主要用于茎干补水。夜间VPD和SWC分别是影响刺槐和蒙古栎夜间液流的主导因子。该研究揭示了晋西黄土区2种典型树种夜间液流分配特征及与环境因子的响应,这对于准确理解气候变化下黄土区典型森林树种的稳定性具有重要意义。

关键词：夜间液流环境因子夜间蒸腾黄土地区机器学习模型