【摘 要】
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黄土丘陵沟壑区是我国生态恢复的重点区域,经过长期的水土保持综合整治,土壤侵蚀得到了有效治理,但水资源不足与植被生长耗水的矛盾成为影响水土保持林持续恢复的重要限制因素。因此,为揭示水土保持林水分利用效率及其影响机制,本研究于陕北丘陵沟壑区五里湾流域,横向对比选择了2000年种植的山杏、沙棘、油松、杨树、刺槐、刺槐山桃混交的不同类型人工林地,纵向演变选取了恢复20～45a的柠条林和恢复14～45a的刺
【基金项目】
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陕西省水利科技计划项目“陕北丘陵沟壑区坡面水土保持林水分高效利用配置模式研究”（编号:2018slkj-7）； 国家林业和草原局林草科技创新发展与研究项目“黄土丘陵区水土保持林水土资源高效利用配置模式与管理研究”（编号:2020132111）； 陕西省自然科学基础研究计划重点项目“陕北固沙林植被恢复过程土壤次生无机碳源汇效
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黄土丘陵沟壑区是我国生态恢复的重点区域,经过长期的水土保持综合整治,土壤侵蚀得到了有效治理,但水资源不足与植被生长耗水的矛盾成为影响水土保持林持续恢复的重要限制因素。因此,为揭示水土保持林水分利用效率及其影响机制,本研究于陕北丘陵沟壑区五里湾流域,横向对比选择了2000年种植的山杏、沙棘、油松、杨树、刺槐、刺槐山桃混交的不同类型人工林地,纵向演变选取了恢复20～45a的柠条林和恢复14～45a的刺槐林地作为研究对象,基于稳定碳同位素法和气体交换法测定分析了不同水土保持林水分利用效率及同期植被、土壤因子的变化特征与差异,并进一步采用相关分析、冗余分析等统计方法探究了影响水土保持林水分利用效率的关键影响因子,以期为水土保持林高效利用水资源与持续稳定恢复提供科学依据。取得的主要研究结果如下:（1）通过稳定碳同位素法测得不同类型及不同恢复年限水土保持林的水分利用效率大小有显著差异。其中,不同类型水土保持林植被水分利用效率介于73.93～113.29μmol·mol-1之间,油松、混交林中刺槐及沙棘的水分利用效率较高,杨树最低;不同年限的水土保持林中,恢复45a的柠条水分利用效率比20a降低了19.9%,刺槐水分利用效率则先降低后升高,恢复30a时为最低,为70.60μmol·mol-1,45a时最高,为104.22μmol·mol-1。通过气体交换法计算了不同水土保持林的瞬时水分利用效率,各类型林地范围为2.26～6.39μmol·mmol-1,瞬时水分利用效率表现为油松和混交林中刺槐较高,山杏和杨树较低,最高的油松为最低的山杏的2.8倍;不同年限的柠条和刺槐水土保持林瞬时水分利用效率范围为2.13～4.91μmol·mmol-1,恢复45a的柠条比20a降低了43.5%,刺槐则表现为14a>20a>45a>30a。且两种方法所得水分利用效率呈极显著相关关系,稳定碳同位素法可以表示一段时间内植被的水分利用效率,气体交换法则为试验测定时刻叶片的状况,具有一定的局限性。（2）不同类型及不同恢复年限水土保持林植被光合生理特性差异显著。不同类型水土保持林中,沙棘和杨树光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度均较高,叶片含水率各类型植被差异较小,叶片叶绿素SPAD值沙棘最高,为60.4,山杏最低,为24.0。不同年限水土保持林中,柠条光合速率、蒸腾速率和气孔导度随年限的增加而降低,胞间CO2浓度则先降低后增加,叶片含水率则无显著差异;不同年限刺槐光合速率差异不显著,但蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度刺槐30a显著高于其他样地,总体上叶片含水率刺槐高于柠条,叶绿素SPAD值则表现相反。（3）水土保持林的种植可以改善土壤水分状况及渗透性能。不同类型样地0～100cm土层土壤贮水量油松林地最大,达188.4 mm,沙棘最小,为169.6 mm;不同年限样地中则为柠条30a刺槐14a最大,分别为181.1 mm和191.3 mm。不同水土保持林土壤饱和导水率差异显著,油松和混交林0～10 cm饱和导水率分别达0.76和0.67mm/min,显著高于其他类型林地;不同年限样地中,45a和30a柠条林分别比20a饱和导水率提高了3.1倍和1.4倍,刺槐45a则比14a提升了45.7%。随着土层深度的加深,不同水土保持林间的土壤含水率和饱和导水率差异减小。（4）水土保持林的持续恢复明显改善了土壤结构与养分含量。不同类型样地累积土壤碳氮组分、提升全磷含量及调节p H效果不同,总体上,刺槐和刺槐山桃混交林可以较好的提升土壤碳氮含量。混交林土壤全磷含量最高,为0.62 g/kg,土壤p H杨树和混交林最高,平均为8.33,山杏最低,为7.80。随恢复年限的延长,土壤累积碳氮养分的含量呈增大的趋势,恢复45a后,土壤全磷含量柠条和刺槐林均较20a时提升了8.7%,土壤p H变化则无明显规律。不同类型水土保持林中沙棘和杨树0～20 cm土壤容重较低,分别为1.10和1.11 g/cm~3,土壤孔隙度分别为58.4%和58.0%;不同年限柠条林土壤容重均值为1.14 g/cm~3,30a时最大,为1.22 g/cm~3,土壤孔隙度介于54.0%～58.7%之间,不同年限的刺槐林土壤容重介于1.14 g/cm~3～1.29 g/cm~3之间,20a时最大,土壤孔隙度平均为54.5%。（5）通过对各植被、土壤指标进行相关分析和冗余分析得出,多种指标间存在显著相关关系,说明植物在利用水分生长过程中多种植被及土壤因素相互影响与关联;通过对水分利用效率影响因素进行排序和筛选得出,本研究中叶片光合速率、气孔导度,土壤p H、有机质、铵态氮含量及饱和导水率、容重分别为影响植物水分利用效率的植被及土壤因素。综上分析,油松和沙棘水土保持林有较高的水分利用效率,适合在较干旱的环境种植,且混交造林会使得刺槐的水分利用效率提高。植被的光合生理特性、土壤的养分与水分性质及不同林龄等多方面因素会对水分利用效率产生影响,需要从多方面对水土保持林的水分利用及健康恢复进行评价与保护。
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