黄土高原地区植被稀疏、生态环境恶化、水土流失严重。为了改善生态环境,近50 年以来,开展了大面积植树造林工作,取得了重大进展。在多年生林草地出现了以土壤旱化为主要特征的土壤退化现象。如何合理利用水土资源,确保人工林生态系统健康已成为林草植被建设的重大科学问题之一。本项研究针对林草植被建设中的土壤水资源问题,在黄土高原半干旱地区的宁夏固原生态站上黄试区,以典型植被群落人工柠条林为例,对人工林冠层截留、地表径流、土壤水分和植物生长等进行野外定位观测,研究了土壤水分植被承载力,主要结论如下:1、柠条林冠截留量变化在 0.25 mm(2003 年 5 月 31 日)—18.52mm(2003 年 8月 25 日到 26 日)之间,平均截留量为 2.25 mm (2002 年 6 月 20 日-10 月 30 日)-2.41 mm (2003年4月13-10月30日);林冠截留率为2.2%-83.82%,年平均为20.9%。林冠截留随降水量的增加而增加、而林冠截留率降低,它们二者的相关系数较低。 2、柠条林密度大,林冠郁闭程度高,地表径流量占降雨量的比率变动在 1.1%—6.8 %。地表径流(Run)与林外降雨量(P2)关系为 Run=0.01P2 +0.18。林地降雨的最大入渗深度 170cm(偏旱年)—210cm(丰水年)。土壤水分补给量(SWS)与林外降雨量(P2)的关系为:SWS =0.79* P2+0.15。3、柠条林平均高(H)和平均基径(D)随时间(t)变化符合 Logistic 方程: H = 109 . 79 D = 8 . 831 + e ( ? 0 . 0234 t ? 1 . 7466 ) 1 + e( ? 0 . 0331 t ? 2 . 2073 )通过对高、基径与生物量和叶量实测结果的单因素和双因素比较分析,采用双因素 Allometry方程来描述柠条林生长和生物量关系效果较好。16 年生柠条林根量(Wr)随深度(Z)的变化为:Wr = 2.3409e?1 .122Z,二年生根径(Dr)随深度(Z)变化可用Dr = 61.464Z?1.1022来描述。 4、一年内柠条林生长与土壤水分相互关系大致可以分为四个阶段:第一阶段为柠条开始萌发到大量展叶进入速生前这段时间,在研究区时间大致在 4 月中旬到 6 月中、下旬。在这一阶段柠条生长消耗水分较少,对土壤水分胁迫反映不敏感。第二阶段为速生阶段,柠条生长对土壤水分变化敏感期,从植物完全展叶(6 月底)到 8 月底。这一阶段是林木大量耗水期,土壤水分一般不能满足林分生长的需要,柠条生长表现不良。第三阶段为林木进入落叶期到完全落叶,即 9 月到 10 月这段时间。第四个阶段为不敏感期,从柠条落叶后到第二年柠条萌生前,此时土壤水分对柠条生长的影响很小。 5、林地土壤水分消耗与补给量的变化主要发生在降水最大渗深以内。偏旱年随<WP=9>郭忠升博士学位论文:黄土丘陵半干旱区土壤水分植被承载力 iv着林分生长并进入速生阶段,需水量较大,4-8 月土壤储水量连续出现负平衡。柠条出现大量落叶后,林生长不良,土壤水分消耗量减少。此时就需要对柠条林冠结构进行调控以减少林冠截留和土壤水分消耗,增加土壤水分补给。丰水年林地土壤储水量增加 121mm。 6、偏旱年一年生柠条林出现不同程度旱化,高密度小区(播种量为 2.0 公斤/100m2)土壤储水量下降了 72.3mm,1.5 小区下降了 51.3 mm,撂荒地下降了 53.7mm,低密度的 1.0 小区和 0.5 小区分别下降了 42.8mm 和 22.8mm。如果以撂荒地土壤水分储量降低值作为正常值,则只有高密度出现土壤旱化。2003 年为丰水年,不同密度二年生柠条林地土壤水分增加,这说明影响土壤旱化的主要因素为降雨,其次为林分密度和林龄。7、防治土壤旱化,必须针对形成土壤干层的两个重要方面,要么以需定水,即采用灌溉补充土壤水分以满足植物生长发育需要;要么以水定需,按照现有雨水资源和土壤水分状况,加强林分抚育管理,调整土壤水分与植物生长关系。由于黄土高原人工林草植被多为生态林,而且面积较大,应该采用以水定需防治土壤旱化。 8、以水定需的措施较多,可分为密度调控措施和非密度调控措施。非密度调控措施会影响林冠截留、地表径流、降水入渗、土壤蒸发等,从而影响到土壤水分的补给量和消耗量、土壤水分平衡状况。但是非密度调控措施只能缓解土壤水分与植物生长的关系。密度调控就是通过调整林分密度来调节林分生长与土壤水分的关系,其理论依据是土壤水分植被承载力,就需要进一步研究土壤水分植被承载力。9、土壤水分植被承载力是水分制约型植被承载力,是土壤水分承载植物的最大负荷。它是指在较长时期(1~多年)内,在现有的条件下,当植物根系可吸收和利用土层范围内土壤水分消耗量等于或小于土壤水分补给量时,所能维持植物群落健康生长的最大密度,即雨水资源中补给土壤的部分水量所能维持植物健康生长的最大数量。一年内土壤水分植被承载力称为临时土壤水分植被承载力,多年平均值为稳定土壤水分植被承载力。同一地区(或区域)不同立地条件下土壤水分植被承载力的集合构成了该地区(或区域)土壤水分植被承载力。在表示土壤水分植被承载力时,除传统的承载力用密度表示外,还应说明地理位置和年份。为了便于生产上的合理利用,还应该说明立地条件,植被类型及其生长发育阶段,生物量及其构成。10、一定时期内不同密度林地土壤水分补给和消耗关系比较复