［目的］土壤密度是最基本的森林土壤水文物理性质参数，为了定量描述土壤密度随坡位的变化和影响因素，研究不同坡面土壤密度的空间异质性。［方法］在宁夏六盘山半湿润区香水河小流域，选择华北落叶松人工林和天然灌丛２个典型坡面，按坡位从上到下设置连续样地。２０１４年进行了森林土壤调查，在样地内掘土壤剖面，采用环刀法，分层测定土壤密度。［结果］在１ ｍ深土层内，土壤密度（Ｙ，ｇ．ｃｍ－３）随土层（Ｘ，ｃｍ）加深呈线性增大，拟合关系式：华北落叶松坡面为Ｙ１＝０．７５５ ５＋０．００７ ７Ｘ（Ｒ２＝０．９９），天然灌丛坡面为Ｙ２＝０．９１９ ５＋０．００４ ７Ｘ（Ｒ２＝０．９８），其原因包括植被根系活动、土壤生．．．

在六盘山香水河小流域选择了一个水平长３９８．２ ｍ和生长３３年生华北落叶松人工林的典型坡面，调查分析了华北落叶松胸径与树高的坡位差异及随坡面水平长度变化的空间尺度效应。结果表明：（１）林分的胸径和树高都存在明显的坡位差异，从坡顶向下均表现为先增加后减小的变化趋势。（２）林分平均胸径、平均树高、优势木平均高均存在坡面尺度效应，即平均胸径的坡面滑动平均值在离开坡顶的０～２００ ｍ和２００～３９８ ｍ的水平距离范围内每增加１００ ｍ时增大０．３３ ｃｍ和减少０．２１ ｃｍ；平均树高的滑动平均值在０～６７、６７～３０５、３０５～３９８ ｍ的水平距离范围内每增加１００ ｍ时分别减少１．１２ ｍ、增大０．．．．

生物量受坡面环境条件变化影响而有坡面变化与尺度效应。本文在六盘山半湿润区的香水河小流域选择了33 a生华北落叶松人工林的一个斜坡长480 m,水平长398 m的典型坡面,在整个坡面上建立了宽30 m的调查样带,均匀分为空间连续的16个样地,在2014年生长季中期调查不同坡位的样地生物量,分析其坡面变化规律。结果表明:生物量存在明显的坡位差异。坡面生物量t·hm-2平均值为118.59,其变化范围为96.19 139.18,变幅为42.99,变异系数为0.12;随着离坡顶距离的增加,生物量总体上呈现先升高后降低的变化趋势,在坡面的中上部(水平坡长为87.71 m)达到最大。生物量存在坡面空间尺度...

[目的]明确森林坡面土壤密度的空间异质性并量化其合理取样数，对于准确理解坡面产流变化机制具有重要意义。[方法]结合传统统计学和地统计学方法，分析了六盘山华北落叶松林坡面0～100 cm土层土壤密度的空间异质性，用Monte Carlo模拟重抽样的方法，量化95%置信区间、10%误差下土壤密度的最少取样数。[结果]华北落叶松林坡面100 cm土层土壤密度变化范围0.99～1.48 g·cm~(-3)；随土层加深，土壤密度逐渐增加。传统统计学表明，0～20 cm土层土壤密度属弱变异，其它土层均为中等变异，石砾含量的空间异质性是导致坡面不同土层土壤密度空间变异的主要因素。地统计学表明，各层土壤密度空间结构均为中等空间自相关性。不同土层土壤密度空间变异程度的不同导致其最少取样数存有明显差异，在95%的置信区间，若要控制坡面100 cm土层土壤密度评估精度在10%误差内，至少需布设10个以上的取样点。[结论]森林坡面土壤密度存有较大空间变异，且其合理取样数的大小取决于空间变异程度，未来应基于土壤密度空间变异程度与合理取样数的关系制定合理、高效的取样策略。

【目的】面对实施黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略、推进“山水林田湖草”系统治理的国家要求，黄土高原等旱区的林业发展和植被恢复必须改变传统方式，增加考虑水资源的限制和对水资源的影响，关注森林的多种功能优化，探索如何克服长期存在的忽视水资源承载力、造林成活率低和生长不良、减少河川径流危及区域供水安全、整体功能低下等问题，实现森林多功能性的整体提升。【方法】针对深入理解林水关系和进行森林多功能管理的科技需求，自2000年以来在黄土高原的泾河流域和作为黄土高原区域重要水源地的六盘山土石山区，围绕“结构”、“格局”、“过程”、“耦合”、“尺度”等关键内容，在从单株到区域的多个空间尺度上，采用观测对比、统计分析、模型模拟等多种手段，长期开展旱区森林生态水文和多功能管理研究。【结果】1）林业高质量发展的本质是森林多功能优化的定量精准管理，为此需深入理解和准确量化立地环境与林分结构对多种功能形成的影响，在考虑多种功能的相互作用和供需关系基础上明确各功能的重要性差异，通过科学设计和合理调控森林的数量、质量（结构）和空间格局而权衡优化相互竞争的多种功能，在保证森林本身稳定的前提下尽可能同时满足对主导功能及其他功能的需求。2）提出了旱区林水协调多功能管理的实现途径，即在管理决策时除继续考虑可造林土地面积、立地质量、可用造林苗木等限制外，增加水资源管理及多功能管理的决策内容，并嵌入到传统的森林单功能经营决策过程中，这涉及流域森林覆盖率（造多少？）、森林空间分布（在哪造？）、植被类型和树种组成（造什么？）、林分结构（怎么管？）4个决策层。3）按决策层梳理总结了相关技术成果，在确定黄土区流域合理森林覆盖率方面，将仅考虑年降水量限制的潜在森林覆盖率提升为同时考虑降水量与产流要求限制的合理森林覆盖率，这可藉助于有关统计关系及率定过的流域水文模型模拟；在确定流域内的森林合理空间分布方面，提出相关决策需增加考虑立地类型的产流差别及其造林响应，这可借助于分布式流域水文模型模拟结果或研发的区域植被承载力计算系统；在林分尺度的森林多功能管理方面，提出了5个决策步骤，即进行立地质量分类、确定各地类的主要功能及优先性、调查现有林分结构特征、诊断现有林分的结构与功能、编制面向结构与功能的管理计划；为给森林多功能管理提供参照和目标，提出了不同详细程度的多功能水源林理想结构，包括表示为“3×0.7+X”的一般化理想结构（郁闭度0.7左右，0.6～0.8；地表覆盖度0.7以上；林木高径比0.7 m/cm以下，至少不超过0.9;X表示其他要求）、通过权衡多种功能和林分稳定的需求而确定的华北落叶松中龄林多功能合理密度、基于主要功能的变化规律和重要性排序而确定的不同海拔和林龄时的华北落叶松林多功能合理密度。【结论】本文证实了林水协调多功能管理的理论先进性和技术可行性，是旱区林业高质量发展的可行途径。通过深入认识和定量分析森林多种功能的变化规律，结合应用本文提出的管理技术，就可以科学设计和合理调节森林的数量（覆盖率）、质量（结构）和分布格局，整体提升森林的多种功能，更好地满足社会发展需求。但是，现有成果还有局限性，仍需针对各地情况开展更多理论与技术研究，助力“山水林田湖草”生命共同体治理及黄河流域生态保护和高质量发展。

采用小区漫流法研究叠叠沟小流域内4种典型植被下的土壤稳渗速率及其影响因子。结果表明:不同植被类型的土壤稳渗速率平均值表现为天然草地>虎榛子灌丛>沙棘灌丛>华北落叶松林地。坡向影响土壤稳渗速率表现为阴坡>半阴坡>阳坡,坡位对土壤稳渗速率的影响表现为中坡位>下坡位>上坡位,坡度对土壤稳渗速率的影响表现为中坡>陡坡>缓坡,当坡度小于25°时土壤稳渗速率随坡度增大而增大,当坡度大于25°时土壤稳渗速率随坡度增大而减小。因此,以坡度25°为分界点,找到了影响土壤稳渗速率的主导因子,并经多元逐步回归得到土壤稳渗速率与主要影响因素的分段函数。

立地水分条件决定的植被承载力是干旱缺水地区森林合理经营的重要依据。考虑到干旱缺水地区的森林蒸散耗水在水分输出中占据绝对主导地位,其大小直接与叶面积指数(LAI)相关,将林冠LAI在生长季一段时间内的最大值(LAImax)作为植被承载力(LAIc)的量化指标,利用冠层分析仪(LAI-2000),在六盘山香水河小流域和叠叠沟小流域的44个华北落叶松人工林样地,实测了冠层LAI的季节动态变化,研究了生长季内LAImax与林分断面积、郁闭度、平均树高、密度等常用林分结构指标的关系。结果表明:LAImax与林分不同结构指标均呈幂函数关系,其决定系数(R2)依次为0.84、0.82、0.56、0.47,说...

2005年6—10月,在宁夏六盘山北侧叠叠沟小流域的不同坡面设置了93个调查样点,研究了土壤物理性质随土层深度、坡向、坡位及植被类型的变化。结果表明:(1)随土深增加,土壤密度和石砾含量逐渐增大,而土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、土壤饱和持水量、毛管持水量和田间持水量却逐渐减小,但非毛管孔隙度在100cm以下土层时因石砾含量加大却随土深增加而增大;(2)各项土壤水文物理性质基本上均是阴坡优于半阴半阳坡和阳坡,半阴半阳坡与阳坡差别不大;(3)随着坡位下降,土壤厚度、土壤密度、石砾含量、非毛管孔隙度逐渐增大,总孔隙度和毛管孔隙度逐渐减小,各种持水量指标基本上也是程度不同地减小,但上坡的持水...

[目的]定量评价黄土高原地区造林对流域产水量的影响,指导林水协调的林业发展和森林管理。[方法]综合分析多年在黄土高原、泾河流域、六盘山区开展的森林产流影响的多尺度研究结果。[结果]在黄土高原区域尺度,林地平均年径流(16 mm)比非林地(39 mm)减少59%;在典型流域尺度(泾河干流上游流域),森林年均产水量(76 mm)比自然草地减少51%,其中,半湿润土石山区的森林年均产水量(88.8 mm)比自然草地减少58%;在典型小流域尺度(半湿润的香水河小流域),完全覆盖森林后的年均产流比无森林覆盖情景减少

六盘山区位于黄河中上游,是黄土高原西部天然生态屏障和水源涵养区,在中国生态环境建设中具有重要战略地位。本区土地资源丰富,生态环境洁净,旱作农业潜力大,草畜业兴旺。六盘山生态经济圈规划了4个功能区和7大特色农业基地产业,以六盘山国家自然保护区为中心,加大退耕造林种草与管护力度,到2015年基本修复六盘山区受损的森林生态系统和灌丛草原植被;以旱作农业技术体系为支撑,建立高效可持续发展的生态农业系统和绿色农牧产品基地,为经济社会发展和新农村建设提供良好的生态环境和农业基础。

基于退耕还林引起的土地利用变化的基础上,采用参与式农村评估的方法,对其生态系统服务变化和农户福祉的变化进行分析,并探讨了二者的关系。主要结论如下:退耕还林以来宁武县土地生态系统服务因子均发生变化,提供食物产品服务明显降低,消遣和生态旅游服务明显提高;研究区农户福祉处于较低水平,各村庄存在明显的空间异质性;各福祉要素中,健康状况、资源安全和环境安全三项福祉要素的空间分异较小,其他要素空间分异较大;2001-2011年,研究区农户福祉从36.61增长到40.40,增长率为10.35%,各要素中变化最显著的是收入水平和生产资料满意度,其中收入水平呈现正增长,生产资料满意度呈现负增长;对农户福祉影响较...

土壤水是黄土高原生态环境的主控因素,进行土壤水时空分布的模拟对黄土丘陵区农业生产、植被恢复和土地合理利用及配置具有重要的指导意义。从水量平衡的角度出发,采用GIS软件Arc/Info的GRID数据结构,对定西县安家沟小流域影响土壤水分时空分布的要素:降雨、径流和蒸散(发)进行了空间分布的模拟,并利用实测土壤水分数据进行检验,合格率达到83.146%。结果表明,利用水量平衡原理并对参数进行一定的化简进行黄土高原土壤水分的模拟是可行的。

选择具有黄土丘陵沟壑区典型特征的杏子河流域为研究区域,在分析流域土地利用现状的基础上,基于GIS的栅格模型将累积土壤水分补给量模型、土壤侵蚀模型和多目标非线性优化模型结合起来,建立了黄土丘陵沟壑区土地利用空间优化模型,并应用此模型探讨了杏子河流域在综合治理过程中的一些特点和规律。研究表明,经济效益随着治理程度的增加而持续增加,生态效益在治理程度达到30%后明显减小。由于综合考虑了土壤水分的空间分布,优化后的经济效益明显增加,生态效益差别不大,但是退耕还林的效果更好。

应用RS/GIS技术和景观生态学研究方法,利用通用土壤流失方程(USLE)分析了黄土高原马莲河流域2000年和2007年的景观格局变化与水土流失。结果表明:马莲河流域的景观格局和水土流失方面近8 a发生了重要变化:①建设用地、水域、中高盖度草地以及林地面积增加,低盖度草地、耕地等面积减少,其中超过50%的低盖度草地补充为中高盖度草地;②斑块数量、斑块密度以及多样性指数在减小,说明斑块破碎化程度减小,生态系统趋于稳定化,生态功能逐渐增强;③土壤侵蚀总量减小12 506.76 t,水土流失明显减弱,其变化原因与当地植被恢复、人类活动、人口城镇化、建设用地增加等因素密切相关,尤其是世行项目和国家退耕...

【目的】定量研究宁夏六盘山地区华北落叶松人工林的植被碳密度特征并揭示主要影响因子,以期为合理经营森林增强森林的碳汇等服务功能提供科学依据。【方法】在半湿润的香水河小流域和半干旱的叠叠沟小流域,设立不同坡位、密度、林龄的林分样地进行野外调查,并结合宁夏六盘山森林生态定位站多年积累的样地调查数据。根据经验方程,依据林分生长特征计算林分的生物量及其组成,利用各种生物量的碳含量计算得到植被碳密度。【结果】六盘山华北落叶松林植被碳密度为0.70~74.10 t·hm-2,平均为30.96 t·hm-2;对调查林分的各生长指标(密度、树高、胸径、郁闭度、林龄)而言,碳密度都是在一定范围内随结构指标增加而升...