【《不同水土保持林土壤水分植被承载力估算计算过程案例》4500字】

不同水土保持林土壤水分植被承载力估算计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u9071不同水土保持林土壤水分植被承载力估算计算过程案例 14681.1不同水土保持林土壤水补给差异 1284071.2水土保持林碳水通量及水利用效率差异 2208671.3不同水土保持林生物量差异 390131.3.1不同植被组分生物量差异 373141.3.2不同水土保持林单株生物量差异 455811.3.3不同水土保持林林分生物量差异 5102611.4不同水土保持林土壤水分植被承载力估算 5116541.4.1不同水土保持林盈余生物量差异 514811.4.2不同水土保持林盈余密度差异 6109891.4.3不同水土保持林承载密度差异 7150171.4讨论 8131011.5小结 91.1不同水土保持林土壤水补给差异不同水土保持林地土壤贮水量最高为刺槐林地，其次为山杏林地、杨树林地、刺槐山桃混交林地和刺槐山杏混交林地。最小为沙棘林地和油松林地占刺槐林地的76.5%。土壤萎蔫含水量的范围为80.2mm、109.6mm。最高为刺槐林地，其次为刺槐山桃林地、山杏林地、沙棘林地和刺槐山杏林地，最小为油松林地和杨树林地。最大值和最小值相差32.9%。土壤萎蔫贮水量的差异为土壤贮水量和土壤萎蔫贮水量的多少决定着林地的增密和减密。所有林地的土壤贮水量大于土壤萎蔫贮水量，不同水土保持林土壤的有效贮水量为土壤贮水量与萎蔫贮水量的差值，不同水土保持林有效贮水量的平均值为50.5mm中杨树林地、刺槐林地最高为63.1mm、57.4mm，其次为山杏林地、刺槐山桃混交林地分别为50.9mm、51.4mm和52.8mm，最小为沙棘林地和油松林地分别为30.8mm、47.1mm。沙棘林地和油松林地的平均有效水量低于杨树林地和刺槐林地的31.4%。图5-1不同水土保持林土壤贮水量及土壤萎蔫贮水量差异Fig.5-1Differencesofsoilwaterstorageandwiltingwaterstorageindifferentsoilandwaterconservationforests1.2水土保持林碳水通量及水利用效率差异不同水土保持林的净初级生产力、蒸散发和水分利用效率如（图5-2）所示。不同水土保持林的净初级生产力的范围为69gC/m2⁓270gC/m2。杨树林、山杏林和刺槐山杏混交林的净初级生产力较大平均为259.9gC/m2，最小为沙棘和油松平均为69gC/m2，两者平均相差2.77倍。不同水土保持林沙棘林和油松林蒸散发较大，其次为其他林地，无明显的显著差异。水分利用效率的结果由Biome-BGC模型模拟的净初级生产力和蒸散发的比值确定。山杏林和杨树林的水分利用效率最高分别为0.8gC/kgH2O和0.84gC/kgH2O。其次为刺槐林、刺槐山桃混交林和刺槐山杏混交林分别为0.46gC/kgH2O、067gC/kgH2O和0.77gC/kgH2O，最后为沙棘林和油松林均为0.19gC/kgH2O，低于山杏林和杨树林的76.8%，各水土保持林地的水分利用效率差异显著。图5-2净初级生产力蒸散发及其水分利用效率Fig.5-2Netprimaryproductivity,evapotranspirationandwateruseefficiency1.3不同水土保持林生物量差异1.3.1不同植被组分生物量差异不通植被各组分生物量如（表4-1）所示，所有水土保持林植被各组分排序总体为树干>根>枝>叶。各水土保持林枝组分生物量差异显著，杨树、刺槐和刺槐山桃混交林、刺槐山杏混交林的刺槐较高，沙棘、油松、刺槐山桃混交林山桃和刺槐山杏混交林山杏较低，两者平均相差1.34倍。山杏纯林高于刺槐山杏混交林枝生物量。刺槐纯林与刺槐山桃混交林的刺槐叶片生物量无显著差异，但明显低于刺槐山杏混交林的刺槐枝生物量的66.8%。各水土保持林叶片生物量中杨树最高，沙棘、油松和刺槐山桃混交林的山桃最低，两者平均相差10.1倍。山杏纯林的叶片生物量小于刺槐山杏混交林山杏的生物量。刺槐纯林的叶片生物量与混交林的刺槐无显著差异。杨树、刺槐的根生物量最大，最小为沙棘、刺槐山桃混交林山桃，山杏纯林与刺槐山杏混交林山杏无显著差异。刺槐纯林与刺槐山桃的刺槐无显著差异平均小于刺槐山杏混交林山杏的59.7%。树干生物量部分杨树>刺槐山杏（刺槐）>刺槐山桃（刺槐）>刺槐>山杏>油松=刺槐山杏（山杏）>刺槐山桃（山桃）>沙棘。山杏纯林大于刺槐山杏混交林山杏19.7%。刺槐纯林与刺槐山桃混交林的刺槐无显著差异小于刺槐山杏混交林山杏的41.3%。表4-1植被不同组分生物量Table4-1Biomassofdifferentcomponentsofvegetation植被类型Vegetationtypes枝Branch叶Leaf根Root树干TrunkAS2.681.622.867.16HR0.210.050.390.52PT1.890.981.811.98PS6.571.8810.2633.16RP4.301.414.9211.13RP+ADRP4.211.394.8412.08AD0.710.560.872.12RP+ASRP12.822.7212.1021.35AS2.201.382.401.981.3.2不同水土保持林单株生物量差异不同水土保持林单株生物量如（图5-3）所示其范围为1.38kg⁓51.86kg。杨树最高，其次为刺槐山杏混交林的刺槐、刺槐山桃混交林的刺槐、刺槐、刺槐山杏混交林的山杏和油松分别为49kg、22.53kg、21.76kg、11.95kg和10.67kg，最小为刺槐山桃混交林的山桃、山杏。最大单株生物量与最小生物量相差18.8倍。其中山杏纯林和刺槐山杏混交林的山杏无显著差异，两者相差2.36kg。刺槐纯林的单株生物量和刺槐山杏混交林山杏的生物量相同均小于刺槐山杏混交林的刺槐，两者平均值小于刺槐山杏混交林刺槐的单株生物量的54.8%。图5-3不同水土保持林单株生物量Fig.5-4Biomassperplantindifferentsoilandwaterconservationforests1.3.3不同水土保持林林分生物量差异不同水土保持林林分生物量如（图5-4）范围为3.04t/hm2⁓41.92t/hm2，各林分生物量差异显著，林地生物量相差14.1倍。各林地生物量最高为杨树林，其次为刺槐林、刺槐山杏混交林、刺槐山桃混交林和山杏林分别为26.11t/hm2、27.99t/hm2、21.92t/hm2和11.02t/hm2，最小为沙棘林。刺槐纯林生物量与混交林刺槐林生物量差异显著，刺槐纯林>刺槐山桃混交林>刺槐山杏混交林，刺槐纯林高于刺槐山杏混交林刺槐林生物量的61.6%。山杏纯林的生物量小于刺槐山杏混交林山杏林的生物量，两者相差0.81t/hm2。图5-4不同水土保持林生物量Fig.5-4Biomassofdifferentsoilandwaterconservationforests1.4不同水土保持林土壤水分植被承载力估算1.4.1不同水土保持林盈余生物量差异不同水土保持林在原有生物量的基础上到达土壤水分最大承载力的生物量见（图5-5）。各水土保持林的盈余生物量为正值，说明各林地土壤水分供给不亏缺。各林地盈余生物量表现为杨树林最高为1057.3kgC/hm2，其次为山杏林、刺槐山杏混交林、刺槐山桃混交林和刺槐林分别为848.41kgC/hm2、778.47kgC/hm2、681.86kgC/hm2和523.34kgC/hm2，最小为沙棘林和油松林分别为117.35kgC/hm2和117.41kgC/hm2。沙棘林和油松林的盈余生物量平均值小于杨树林的86.1%。灌木林的盈余生物量平均值为482.88kgC/hm2，乔木林的盈余生物量平均值为644.48kgC/hm2，两者相差33.5%。图5-5不同水土保持林达到承载力增加的生物量Fig.5-3Biomassofdifferentsoilandwaterconservationforeststoincreasebearingcapacity1.4.2不同水土保持林盈余密度差异不同水土保持林达到土壤水分最大承载力需要种植密度（图5-6）的范围在17~85株/公顷。灌木林山杏、沙棘盈余密度分别为59株/公顷、85株/公顷；乔木林中刺槐山桃、刺槐山杏最高，其次为油松、杨树和刺槐。两者平均相差3.75倍。油松林、杨树林、刺槐林、刺槐山桃混交林和刺槐山杏混交林需种植的密度为17株/公顷、19株/公顷、24株/公顷、42株/公顷和37株/公顷，刺槐山桃混交林中刺槐林需要种植的密度为28株/公顷，山桃林为14株/公顷，刺槐山桃混交林中刺槐林需要种植的密度为9株/公顷，山杏林为28株/公顷。灌木林地山杏林比沙棘林需要种植的密度低30.6%。乔木林最大为刺槐山桃混交林，最低为油松，两者相差1.41倍。乔木林盈余平均密度为27.61株/公顷比灌木林平均低61.9%。图5-6不同水土保持林达到承载力增加的密度Fig.5-6Densityofdifferentsoilandwaterconservationforestswithincreasedmaximumbearingcapacity1.4.3不同水土保持林承载密度差异不同水土保持林的土壤水分植被承载力估算年份为2019年。各水土保持林土壤水分植被承载力（图5-7）的范围在841~2285株/公顷。其中，灌木林沙棘的承载力密度最大为2285株/公顷，山杏林土壤水分植被承载力为829株/公顷小于沙棘林承载力的63.7%；乔木林油松林的承载力最大为1833株/公顷，其次为刺槐山桃混交林、刺槐山杏混交林和刺槐纯林，三者刺槐山桃混交林最大为1375株/公顷，刺槐山桃的混交比为2:1，即刺槐林为917株/公顷，山桃林为458株/公顷，刺槐山杏混交林林仅次于刺槐山桃混交林为1357株/公顷，刺槐山杏的混交比为1:3即刺槐林承载力为339株/公顷，山杏林为1018株/公顷，最小为刺槐纯林为1224株/公顷，所有林地承载力中杨树林最低为841株/公顷。各乔木林土壤水分植被承载力最大相差1.17倍。图5-7不同水土保持林土壤水分植被承载力Fig.5-7Soilmoistureandvegetationcarryingcapacityofdifferentsoilandwaterconservationforests1.4讨论不同水土保持林的土壤水分植被承载力是通过土壤和植物分别为载体和被承载的对象，通过植被增加植被的密度或者减少植被的密度来确定研究区域土壤水分植被承载力（郭忠升2011），而研究区林地植被的增密和减密则需要，当地的土壤水资源的补给和消耗来确定（郭忠升和邵明安2009）。本研究土壤水的供给概况是通过当地含水量的测定，安塞区土壤萎蔫系数（王云强2010）以及Biome-BGC模型模拟的1m有效深度土层经过林地蒸散发的消耗后的土壤贮水量之间的关系公式来确定研究区域土层有效贮水量，主要依据土壤贮水量和土壤萎蔫贮水量的差值。（王延平2012）。土壤水分植被承载估算除了确定土壤水源的供给量之外即土壤有效贮水量，还需要通过Biome-BGC模型模拟不同林地的净初级生产力与蒸散发的关系，确定水分利用效率。其原理为盈余的植被生长过程的蒸发量、蒸腾量与土壤的蒸腾量将土壤的有效贮水量全部消耗。通过水分利用效率直接求得盈余林地的净初级生产力，经过含碳系数与不通植被单株生物量的换算得出，研究区域的不同水土保持林的盈余密度，通过与原有林地的实际密度的加和确定，不同水土保持林地土壤水分植被承载力。此方法与王焕成（2001）通过测定土壤自然含水率与植物凋萎系数计算出土壤有效水量，再利用植被的单株耗水量，估测出植被的承载力的方法相似。但是上述方法只是结合了植被个体的单株耗水量，并没有考虑到研究区域植被和土壤表层的蒸发量对有效水量的消耗。土壤水水分植被承载力的影响因素有很多，就植被对土壤水分消耗量而言受土壤的质地和地形的影响。同时小区域的地理位置、降水的强度，降水量、气候因素、植被的发育阶段以及不同林地的管理措施和人为因素的干扰都会使影响着土壤水分承载力的评价（郭忠升和邵明安2003）。目前关于黄土高原的土壤水分植被承载力的研究很多，但研究的植被类型较少，较多研究关于灌木和草地以及单种类型的乔木。刘丹一等（2012）在黄土高原毛乌素沙地布设了密度分别为2500株/公顷、4000株/公顷、10000株/公顷和40000株/公顷的沙棘林地实验，沙棘的最适密度为2500株/公顷。王宁等（2019）通过土壤水分检测系统、利用TDP技术计算了林地的耗水量经过土壤水分植被承载力模型估算了黄土高原19年刺槐纯林的土壤水分植被承载力为1224株/公顷，其结果与本研究一致。武思宏（2008）研究了2003年黄土高原油松的土壤水水分植被承载力为1500株/公顷，而本研究油松的承载力稍高原因可能为，土壤水分植被承载力的研究年限为2019年