黄土丘陵半干旱区人工柠条林地土壤水分承载力研究

在我国黄土高原地区多年生人工林草地出现的大面积以土壤旱化为主要特征的土壤退化问题，说明人工植被过度利用土壤水分，土壤水资源出现超载。探索植被恢复过程中土壤水资源可持续利用途径，已成为黄土高原地区以水土保持为中心的生态建设中急待解决的基础性科学问题之一，土壤水分植被承载力的研究就显得尤为重要。本研究以黄土丘陵半干旱区人工柠条林为研究对象，在相同立地条件直播的不同密度柠条林地建立固定样地，采用适当的组织和时空尺度，利用中子水分仪等仪器，定位观测不同密度林冠截留、地表径流、土壤水分和植物生长等，系统地研究密度变化过程中林地土壤水分补给、存储、消耗和林分生长的动态变化机理，建立适宜初植密度确定方法，完善土壤水分植被承载力理论，确定柠条林适宜初植密度和土壤水分承载力。研究成果对于揭示SVAT系统土壤水分与植物生长的辩证关系、合理利用土壤水资源和可持续经营森林植被提供理论依据和科技支撑。

在水资源紧缺的黄土高原地区多年生人工林草地，以土壤旱化为主要特征的土壤退化，植物群落衰败现象广泛分布，严重威胁国家生态安全体系。按照项目安排，2011-2013年在黄土丘陵半干旱区人工柠条林地测定了降雨逐日变化，1-3年生不同播种密度柠条生长和0-380cm土层土壤水分，不同保存密度柠条林地地表径流，柠条生长与0-860cm土层土壤水分，雨前和雨后剖面土壤水分，研究了不同初植密度柠条生长和土壤水分，密度与土壤水分补给和消耗的关系，确定10-12年生柠条林地土壤水分承载力及其年变化。结果表明，在水资源紧缺地区应该以相同立地条件同时期撂荒地土壤水资源下降值作为标准，小于或等于撂荒地土壤水资源下降值时的最大造林密度即为适宜初植密度，柠条林适宜初植密度为6500株/100 m2；保存密度（D）与土壤水分补给量（Y1）为线性关系，Y1=0.8308D-62.039，与土壤水分消耗量（Y2）为抛物线型关系，Y2 = -0.0169D2 +4.1626D -221.33。与生长季初或年初相比，当生长季或年末最大试验密度剖面土壤水资源出现盈余时，该最大密度即为土壤水分植被承载力，当生长季或年末最小试验密度剖面土壤水资源出现亏缺时，该最小试验密度即为该年的土壤水分承载力。2011年10年生柠条林地土壤水分承载力为４８00株／１００ｍ2。2012年和2013年为4200株/100m2。.以经典Logistic 方程为基础，添加了生长阻力因素，建立了柠条林生长的改进模型：H=Kexp(-ct)/(1+exp(a-bt))，式中，参数K，a为常数，b为内禀生长率，c为生长阻力因子，t为时间，H为柠条株高。改进模型较Logistic 方程具有更高的拟合度和相关系数。完善了次降水入渗深度和入渗量（补给量），最大入渗深度的确定方法；未平茬和平茬柠条林地降雨补给量(R1,R2)同降雨量(P)显著正相关。降雨耗损量为林冠截留量和地表径流之和，降雨耗损量占降雨量的百分比为降雨耗损率, 未平茬林地降雨损耗率(L1) 和平茬柠条林地降雨损耗率(L2)分别与其降雨前0-20cm土层含水量(S1,S2)呈明显指数关系: L1 = 2.54exp(0.22S1), L2 = 2.40exp(0.27S2)。平茬减小了林地最大降雨入渗深度；平茬短时间(2个月左右) 内林地20- 160 cm 土层含水量增加,