不同密度林分土壤水动态及模拟研究

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土壤含水量(Soil water content,SWC)是水文过程和植被生长不可或缺的重要因素;尤其是在干旱和半干旱地区,土壤水是植被恢复和农业生产的一个主要的限制因子。本研究以北京市八达岭林场作为研究区域,以不同密度结构和不同立地条件的油松林为对象,分别在丰水年和平水年两个不同的水文条件下,采用野外定位监测、水文模型分析相结合的技术手段探讨土壤含水量。研究旨在揭示不同立地条件对土壤水的影响,并运用模型的手段分析可能的原因和植被用水过程,从而为区域森林经营模式提出合理化建议。研究主要结论如下:  (1)不同密度的油松中,阴坡各密度不论在丰水年(2013年)或平水年(2014年)SWC差异均不显著(P>0.05);而在阳坡,低密度样地(SUL)SWC较高,且与中、高密度的SWC差异显著(P<0.05),这种差异在平水年表现更为明显;中、高密度仅在平水年SWC与其他密度呈现出显著差异。说明密度对土壤含水量的影响在水分条件较好时不明显,只有当水分条件较差时(如阳坡,或干旱年),密度对SWC的影响才会有一定体现。  (2)密度对水分的影响受坡向的影响,不同坡向土壤水随密度变化的趋势不同:在阴坡,表层(0-20cm)SWC随着密度的升高而降低;在次表层(20-40cm)与深层(40-60cm),部分由于用水竞争而导致植被根系分布呈现动态变化,向更深层次发展,故该层土壤水受密度影响较小,SWC随着密度增大而增大。在阳坡,随着植被密度的升高各层SWC均降低。  (3)高密度往往具有更低的STD值,也即土壤含水量更为稳定,并且在阳坡这种规律更加明显。结合样地平均SWC与其时间稳定性指数(ITS)关系:在低密度样地,SWC越高,ITS值越大;而在中、高密度样地ITS值与SWC的相关性不明显,这部分与长期干旱水分环境条件下植被形成的自身用水调节机制相关。  (4)研究建立了土壤含水量模拟模型,该模型基本可较好模拟表层(0-10cm)的土壤含水量。在土壤表层,阴坡土壤含水量随叶面积指数增加呈现先减小后增大的趋势,而阳坡土壤含水量随密度的增加而减小。研究认为阴坡低密度和阴坡中密度的土壤水分条件相对较好,在阴坡高密度由于密度高而产生较高水平的植被耗水,部分导致了该样地土壤含水量低。而在阳坡各密度条件下可能普遍存在水分胁迫,表层土壤含水量和叶面积指数的关系比较明显,也即随着叶面积指数增高土壤含水量降低。  研究总结认为:在华北土石山区说明高密度和阳坡样地中,土壤含水量水平较低且稳定性较强(降水脉冲很难提高土壤含水量),说明该样地种植植被长期受到土壤水分胁迫,不利于植被生长。为促进森林生态服务功能,该区域不宜种植较高密度植被。
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