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2001—2021年中国植被覆盖对夏季城市热岛效应的影响

生态学报 2024年第24期44卷 11020-11034页

作者：刘宸瑄王丽群许行张守红张志强山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站临汾042200 林木高效生产全国重点实验室北京100083 国家林业和草原局水土保持重点实验室北京100083 北京林业大学水土保持学院北京100083 中咨集团生态技术研究所(北京)有限公司北京100048

研究城市热岛强度和城乡植被覆盖度的时空变化格局,探究城乡植被覆盖对城市热岛效应的影响,是制定基于自然途径缓解城市热岛效应的重要基础。利用MOD11A2地表温度(LST)产品和MOD13A2增强植被指数(EVI)产品,结合Mann-Kendall非参数检验、... 详细信息

研究城市热岛强度和城乡植被覆盖度的时空变化格局,探究城乡植被覆盖对城市热岛效应的影响,是制定基于自然途径缓解城市热岛效应的重要基础。利用MOD11A2地表温度(LST)产品和MOD13A2增强植被指数(EVI)产品,结合Mann-Kendall非参数检验、Theil-Sen斜率估计探究2001—2021年中国311个城市热岛强度和城乡植被覆盖度的时空变化格局,运用Spearman相关分析和线性回归分析探究城市热岛强度(SUHII)和城乡植被覆盖度差值(ΔEVI)的关系。结果表明:(1)夏季白天和夜间城市热岛强度分别以0.05℃/a和0.02℃/a的速率显著增长(slope>0,P<0.05);(2)城市建成区和乡村地区夏季EVI分别以0.0006/a和0.0027/a的速率显著增长(slope>0,P<0.05),城市建成区EVI增长速率小于乡村地区;(3)夏季白天城市热岛强度随着城乡植被覆盖度差值(ΔEVI)的降低而增强,速率为0.48℃/ΔEVI,在全国范围内,城乡植被覆盖度差值(ΔEVI)可解释城市热岛强度变化的34%。(4)中国城市热岛主要增强模式为城市建成区地表温度增长速率快于乡村地区,在这些城市中,56.16%的城市ΔEVI变化模式为EVIurban下降而E_(VIrural)上升,40.41%的城市ΔEVI变化模式为E_(VIurban)和E_(VIrural)均上升。2001—2021年,尽管中国城乡植被覆盖均呈显著增加趋势,但夏季城市昼夜热岛强度均显著增强。因此,在城市化不断演进与气候变化加剧叠加的背景下,加大城乡植被建设力度,特别是扩大城市建成区森林植被面积、增加城市绿量,缩小城乡植被的差异可以有效缓解城市热岛效应。

关键词：城市热岛效应植被覆盖时空变化中国

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滦河流域水文连通性

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北京林业大学学报 2023年第11期45卷 119-127页

作者：王阳阳张杰铭余新晓贾国栋丁兵兵李泽东北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083 北京林业大学水土保持学院首都圈森林生态系统教育部野外科学观测研究站北京100083 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室江苏南京210029

【目的】量化我国海河山区水沙连通的可能性大小,从景观格局角度反映海河主要产水区径流和泥沙输移的状态和空间分布,为海河流域水沙再分配提供依据。【方法】利用通用土壤流失方程的植被因子、归一化植被指数两种方式得到权重因子计算... 详细信息

【目的】量化我国海河山区水沙连通的可能性大小,从景观格局角度反映海河主要产水区径流和泥沙输移的状态和空间分布,为海河流域水沙再分配提供依据。【方法】利用通用土壤流失方程的植被因子、归一化植被指数两种方式得到权重因子计算连通性指数(分别记为IC_(1)、IC_(2)),进一步得到海河山区滦河流域的水文连通性,探讨流域土地利用等因子对水文连通性的影响,及其空间尺度效应。【结果】(1)2019年滦县水文站控制流域IC_(1)和IC_(2)的平均值分别为-1.38和-2.28,水文连通性指数都与流域的年输沙模数和径流深度有良好的正相关关系;(2)不同的土地利用类型水文连通性具有差异,各土地利用类型水文连通性大小顺序依次为水体<湿地<灌木林地<草地<乔木林地<农田<建筑用地<裸地;(3)水文连通性具有显著的尺度效应。流域IC_(1)平均值及其中位数、IC_(2)平均值及其中位数均与流域面积呈对数函数关系。【结论】连通性指数对滦河流域内输沙产流能力表征良好。流域上游整体水文连通性最低,中部连通性高于上游,下游连通性最高。流域内部连通性表现出沟谷大,坡面小,靠近河道大,远离河道小的情况。湿地、灌木林地、草地这3种植被覆盖下的区域超过80%的水文连通性值小于0,具有良好的拦截水沙、保持水土的能力。随着流域面积的增加,流域水文连通性先快速降低,后逐渐趋于平缓,在流域面积超过10000 km2后,连通性趋于一定值。

关键词：水文连通性滦河土地利用尺度效应 IC指数

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晋西黄土区不同林分类型和密度条件下林下灌草组成及多样性特征

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浙江农林大学学报 2023年第3期40卷 569-578页

作者：云慧雅毕华兴焦振寰王宁崔艳红赵丹阳王珊珊兰道云刘泽晖北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站北京100083 北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083 北京林业大学北京市水土保持工程技术研究中心北京100083 北京林业大学林业生态工程教育部工程研究中心北京100083 北京市昌平区水文水质监测中心北京102200

【目的】研究晋西黄土区刺槐Robinia pseudoacacia人工林、油松Pinus tabulaeformis人工林、刺槐-油松人工混交林、山杨Populus davidiana-栎类Quercus spp.天然次生林的植物组成及植物多样性指标,探讨不同林分类型、不同密度条件下灌... 详细信息

【目的】研究晋西黄土区刺槐Robinia pseudoacacia人工林、油松Pinus tabulaeformis人工林、刺槐-油松人工混交林、山杨Populus davidiana-栎类Quercus spp.天然次生林的植物组成及植物多样性指标,探讨不同林分类型、不同密度条件下灌草植物多样性,为晋西黄土区植被建设和功能提升提供理论基础。【方法】通过野外调查,对低密度(800~1200株·hm^(−2))、中密度(1200~1600株·hm^(−2))、高密度(1600~2000株·hm^(−2))条件下22~25年生的4种林分林下灌草植物组成与植物多样性进行分析。【结果】①4种林分灌草植物共87种,隶属36科69属,其中灌木植物46种,隶属22科36属,草本植物41种,隶属17科33属。4种林分林下灌木和草本植物种数均在中密度时最多,表现为山杨-栎类天然次生林最多,油松人工林最少,刺槐-油松人工混交林的灌木层植物种数处于较高水平,刺槐人工林草本层植物种数较刺槐-油松人工混交林丰富。②4种林分灌草植物随林分密度增大呈现由阳生向中生、阴生植物过渡的变化规律。主要优势灌木分别为黄刺玫Rosa xanthine、连翘Forsythia suspensa,主要优势草本是薹草Carex spp.、沿阶草Ophiopogon bodinieri。③不同林分类型灌木层和草本层植物多样性指数存在一定差异,山杨-栎类天然次生林和刺槐-油松人工混交林在中密度时的植物多样性优于人工纯林,且随林分密度增大,灌木层和草本层植物多样性指数整体上呈现先增大后减小的变化趋势。【结论】研究区山杨-栎类天然次生林和刺槐-油松人工混交林在中密度时植物组成复杂且具有较高的植物多样性。建议通过人工抚育调整林分密度,并向中密度刺槐-油松人工混交林或近自然林进行改造,为黄刺玫、连翘等灌木植物及薹草、沿阶草等草本植物建立良好生长条件,同时保护研究区的山杨-栎类天然次生林,以促进植被恢复,强化其水土保持功能。图1表4参26。

关键词：晋西黄土区林分类型林分密度灌草植物组成植物多样性

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毛乌素沙地典型固沙植物黑沙蒿和赖草叶片氮分配对最大净光合速率的影响

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植物生态学报 2025年第3期49卷 460-474页

作者：赵洪贤刘鹏史曼英徐铭泽贾昕田赟查天山北京林业大学水土保持学院宁夏盐池毛乌素沙地生态系统国家定位观测研究站北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083 林木资源高效生产全国重点实验室北京100083 陇南市武都区林木种苗管理站甘肃陇南746099 自然资源部重庆典型矿区生态修复野外科学观测研究站(重庆地质矿产研究院) 重庆401120 中国农业大学资源与环境学院北京100080

探究气候变化背景下物种的适应机制是植物生理生态领域研究热点,研究半干旱区优势物种叶片氮分配对植物光合能力的影响,有利于理解气候变化背景下荒漠植物的适应能力。该研究于2021年5-10月,以宁夏盐池毛乌素沙地的主要建群种黑沙蒿(俗... 详细信息

探究气候变化背景下物种的适应机制是植物生理生态领域研究热点,研究半干旱区优势物种叶片氮分配对植物光合能力的影响,有利于理解气候变化背景下荒漠植物的适应能力。该研究于2021年5-10月,以宁夏盐池毛乌素沙地的主要建群种黑沙蒿(俗名:油蒿,Artemisia ordosica)和赖草(Leymus secalinus)为研究对象,通过测定黑沙蒿和赖草的光响应曲线、CO_(2)响应曲线和叶性状参数,计算叶片不同组分中的氮分配比例,结合同步观测的环境数据,探究两种固沙植物叶片氮分配相关参数对最大净光合速率(Amax)的影响。结果显示:在观测期内,黑沙蒿和赖草的单位质量叶片氮含量(Nmass)均值都为0.02 g·g^(-1),黑沙蒿Amax和叶氮在光合系统中的分配比例(Pp)均值分别为22.44μmol·m^(-2)·s^(-1)和42.9%,赖草Amax和Pp观测期内均值分别为11.99μmol·m^(-2)·s^(-1)和27.5%,相比黑沙蒿较低。在土壤水分亏缺的生长季中期,黑沙蒿Amax和Pp降低,而赖草的Amax和Pp并没有明显变化。相比于赖草,黑沙蒿Amax受叶片氮分配的影响更大,Pp和叶氮在羧化系统中的分配比例(Pc)分别是影响黑沙蒿和赖草Amax季节变异的主要叶片氮分配参数。在干旱胁迫期间,黑沙蒿和赖草叶片Nmass均降低,黑沙蒿叶片氮分配比例对土壤水分变化的敏感性较大,其光合氮利用效率(PNUE)降低,且投资更多的氮到非光合机构中来抵抗干旱,而赖草的叶片氮分配比例和PNUE的变化相对稳定,其Amax并没有显著下降。总之,黑沙蒿叶片对光合系统投入的氮比例相对较高,其光合能力在观测期内仍大于赖草。该研究表明,不同沙地物种对其生境的适应性存在差异,在未来干旱增加的条件下,该区域植被可能趋于以沙地灌木黑沙蒿为主的植被群落。

关键词：半干旱区叶片氮分配光合氮利用效率最大净光合速率黑沙蒿赖草

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宁夏六盘山半湿润区华北落叶松人工林蒸腾特征及其影响因子

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西北林学院学报 2025年第2期40卷 9-19页

作者：刘璇郭建斌付高冉韩炎穆于澎涛北京林业大学水土保持学院北京100083 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091

林分蒸腾是森林生态系统中水循环的重要环节,占森林总蒸散量的40%~70%,直接影响着区域小气候及下游用水安全。预测变化环境下的林分蒸腾量(T),分析林分蒸腾的影响因子及其对这些因子的响应,对于森林水分调控和林水综合管理有着重要意义... 详细信息

林分蒸腾是森林生态系统中水循环的重要环节,占森林总蒸散量的40%~70%,直接影响着区域小气候及下游用水安全。预测变化环境下的林分蒸腾量(T),分析林分蒸腾的影响因子及其对这些因子的响应,对于森林水分调控和林水综合管理有着重要意义。于2019年生长季(5-10月),在宁夏六盘山半湿润区香水河流域,选取1块林龄38 a、林分密度为746株/hm^(2)、平均胸径19.94 cm、平均树高17.54 m的华北落叶松纯林,通过观测其树干液流,经尺度上推得到林分蒸腾量,并对生长季内的潜在蒸散量(ET_(o))、土壤水分相对可利用度(RSWC)以及冠层叶面积指数(LAI)进行监测。研究表明,生长季内林分蒸腾变化范围为0.031~1.191 mm/d,呈现出先增后减的波动趋势,平均值为0.572 mm/d。利用外包线法确定的林分蒸腾单因素响应规律表明,T与ET_(o)之间为二次函数关系,阈值为1.191;T与RSWC之间为饱和指数函数关系,阈值为1.094;T与LAI之间为线性增长关系。基于单因素响应函数研究,进一步构建了T的多因素耦合模型,且得到了良好的拟合效果(R^(2)=0.85,NSE=0.83,P<0.01)。通过T模型计算各主要影响因素的贡献率发现,无雨日ET_(o)是T变化的主要贡献因素(13.35%),LAI次之(-4.63%),RSWC最小(-0.03%);有雨日LAI是T变化的主要贡献因素(6.95%),RSWC次之(0.05%),ET_(o)最小(-23.60%)。对T随各主要因素动态变化的研究表明,在高ET_(o)、RSWC和LAI水平下,T的变化幅度最大。研究确定了T对潜在蒸散量、土壤水分相对可利用度的单因素响应关系以及T与叶面积指数的关系,并构建了多因素T模型,可用于评估和预测林分蒸腾量,量化各因素的影响。

关键词：林分蒸腾华北落叶松潜在蒸散量土壤水分相对可利用度叶面积指数

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不同密度油松林地土壤水碳分布特征及其耦合关系

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应用生态学报 2025年第1期36卷 50-58页

作者：郭艳杰毕华兴赵丹阳刘泽晖林丹丹韩金丹黄浩博北京林业大学北京100083 林木资源高效生产全国重点实验室北京100083 山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站北京100083 水土保持国家林业和草原局重点实验室/北京市水土保持工程技术研究中心/林业生态工程教育部工程研究中心(北京林业大学) 北京100083

本研究以晋西黄土区1000、1800、2700、3600和4500株·hm^(-2)5个林分密度的油松人工林为对象,测定0~5 m土层土壤总碳、有机碳、无机碳和土壤水分含量,分析不同土壤层次土壤水、碳对林分密度的响应,并利用改进的耦合协调度模型,量... 详细信息

本研究以晋西黄土区1000、1800、2700、3600和4500株·hm^(-2)5个林分密度的油松人工林为对象,测定0~5 m土层土壤总碳、有机碳、无机碳和土壤水分含量,分析不同土壤层次土壤水、碳对林分密度的响应,并利用改进的耦合协调度模型,量化水碳权衡/协同强度对林分密度的响应。结果表明:土壤有机碳含量呈现表聚性(0~20 cm),之后随着土壤深度而逐渐减少;土壤无机碳随土壤深度呈先增加后减少趋势,但整体变化不显著。随林分密度的增大,土壤有机碳含量逐渐增加,而土壤无机碳呈先增后减趋势,密度拐点为2549株·hm^(-2)。土壤水分随林分密度呈现先减少后增加的趋势,密度拐点为3268株·hm^(-2)。土壤总碳与水分以及有机碳与水分的耦合协调度均随林分密度增加而先降低后升高,在1000~1800株·hm^(-2)密度区间处于协同发展水平,在1800~3600株·hm^(-2)区间处于过渡调和水平,在3600~4500株·hm^(-2)处于协同发展水平,即呈“协同-权衡-协同”的变化。土壤无机碳与土壤水分的耦合协调度随林分密度增加而降低,在1000~2700株·hm^(-2)密度区间处于协同发展水平,在2700~4500株·hm^(-2)区间处于过渡调和水平,即呈“协同-权衡”的变化。油松林林分密度小于1800株·hm^(-2)时,可减少林木耗水量并增加碳汇,实现土壤固碳与水源涵养的协同发展。

关键词：林分密度水碳耦合权衡与协同晋西黄土区

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坡向对六盘山人工华北落叶松林径向生长⁃气候关系的影响

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生态学报 2024年第16期44卷 7290-7300页

作者：王巍樾万艳芳白雨诗王冬梅于澎涛王彦辉刘亚玲李宗善北京林业大学水土保持学院水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室北京100083 中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091 中国科学院生态环境研究中心北京100085

黄土高原半干旱地区人工林生长受水分和温度影响显著,坡向作为重要的立地因子,在水热条件再分配中起到了决定性的作用。利用树木年轮学方法测定了1995—2020年六盘山叠叠沟小流域阴坡、半阴坡和阳坡的华北落叶松(Larix gmelinii ***⁃rup... 详细信息

黄土高原半干旱地区人工林生长受水分和温度影响显著,坡向作为重要的立地因子,在水热条件再分配中起到了决定性的作用。利用树木年轮学方法测定了1995—2020年六盘山叠叠沟小流域阴坡、半阴坡和阳坡的华北落叶松(Larix gmelinii ***⁃rupprechtii)人工林优势木逐年树轮宽度,建立树轮宽度标准年表(STD)和差值年表(RES)分析不同坡向林木生长特征及对气候响应的敏感性差异。研究结果表明:(1)各坡向优势木年表质量表现为阴坡最好、阳坡最差。(2)阴坡树木受最高气温和最低气温抑制作用显著(上年6、11月和当年7月);半阴坡树木与当年7月平均气温显著负相关;阳坡树木与平均气温的相关性低。(3)不同坡向树木均与上年8月降水量显著正相关,且阳坡树木对降水量的响应敏感性高于阴坡和半阴坡;半阴坡树木还受当年7月相对湿度的促进作用。(4)阳坡树木对干旱胁迫的响应敏感性高于半阴坡和阴坡,其中气象因素对阴坡树木径向生长变化的解释率最低。综上所述,六盘山半干旱区华北落叶松对气候响应的敏感性较高,且阳坡主要受降水量影响,阴坡受最高气温和最低气温影响较大,半阴坡则受温度和降水的共同调节。若发生干旱事件,阳坡树木径向生长下降幅度要远高于阴坡和半阴坡。结果为黄土高原土石山区华北落叶松人工林保护和可持续经营提供科学依据。

关键词：树木年轮年表气候响应华北落叶松黄土高原

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北京松山林下典型灌木绣线菊光、水利用效率的季节动态及其对环境因子的响应

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水土保持研究 2023年第3期30卷 301-309页

作者：李满乐范雅倩王可蒋燕李鑫豪田赟李润东徐铭泽郝少荣查天山北京林业大学水土保持学院北京100083 北京林业大学、水土保持国家林业局重点实验室北京100083 北京松山国家级自然保护区管理处北京102100 上海勘测设计研究院有限公司上海200335

[目的]植物资源利用效率是反映植物对环境条件适应性的重要指示指标,是气候变化生态学领域的研究热点,因此对林下灌木物种光能利用效率(LUE)和水分利用效率(WUE)的环境调控机理需进一步明晰。[方法]以北京松山天然阔叶林下典型灌木绣线... 详细信息

[目的]植物资源利用效率是反映植物对环境条件适应性的重要指示指标,是气候变化生态学领域的研究热点,因此对林下灌木物种光能利用效率(LUE)和水分利用效率(WUE)的环境调控机理需进一步明晰。[方法]以北京松山天然阔叶林下典型灌木绣线菊(Spiraea salicifolia)为研究对象,于2019年6月至9月完全展叶期开展原位叶片光合测定和同步环境因子的连续观测,分析了绣线菊LUE和WUE的变化特征及其对环境因子的响应。[结果]LUE和WUE具有较为明显的季节变化特征,其中LUE随着光合有效辐射(PAR)和空气温度(Ta)的变化呈现逐渐增大的趋势,季节平均为0.03 mol/mol;WUE随PAR和空气饱和水汽压差(VPD)的变化呈现先增大后减小的趋势,季节平均为8.32μmol/mmol。PAR和Ta是影响LUE变化的主要因子,分别为指数和线性负相关;PAR和VPD是影响WUE变化的主要因子,均与WUE呈线性负相关,其中VPD通过影响气孔导度(gs)限制叶片蒸腾,从而影响WUE;LUE、WUE的季节变化和土壤含水量(SWC)均无显著相关性。LUE与WUE对环境因子存在趋同响应关系。[结论]研究初步确定光合有效辐射、空气温度和空气饱和水汽压差是研究区林下灌木绣线菊资源利用效率的主要限制因子,而非土壤水分;林下灌木绣线菊在有限资源条件下呈现资源保守策略,具体表现为在光能受限的条件下能够最大限度地使用光能进行光合作用,从而具备较高的光能利用效率。

关键词：绣线菊光能利用效率水分利用效率环境因子

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气候变化和人类活动对锡林郭勒草原植被覆盖度的影响

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干旱区研究 2021年第3期38卷 802-811页

作者：屈莹波赵媛媛丁国栋高广磊北京林业大学水土保持学院水土保持国家林业局重点实验室北京100083

基于遥感、气象及统计数据,采用线性趋势法和残差分析法,在不同时空尺度上监测1982-2018年锡林郭勒草原草地植被覆盖度动态,量化气候变化和人类活动对植被变化的贡献率。结果表明:1982-2018年,锡林郭勒草原植被覆盖度及变化具有明显的... 详细信息

基于遥感、气象及统计数据,采用线性趋势法和残差分析法,在不同时空尺度上监测1982-2018年锡林郭勒草原草地植被覆盖度动态,量化气候变化和人类活动对植被变化的贡献率。结果表明:1982-2018年,锡林郭勒草原植被覆盖度及变化具有明显的空间异质性,草甸草原覆盖度呈显著增加趋势(P<0.01),荒漠草原覆盖度呈显著减少趋势(P<0.01)。2000年为旗县草地覆盖度变化的主要节点。人类活动是锡林郭勒草原植被动态的主导因素,研究区多年人类活动因素的综合贡献率为65.06%。中东部和南部部分区域植被在人类积极作用下得到了显著改善,但西部和北部荒漠草原区的植被仍然呈现退化趋势。建议加大荒漠草原区生态政策实施力度以保障草地生态系统的可持续性。

关键词：植被覆盖度气候人类活动残差分析贡献率锡林郭勒草原

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黄土高原刺槐人工林土壤有机质含量的影响因子及其响应

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生态学报 2024年第24期44卷 11206-11219页

作者：张梦棋王冬梅王彦辉云慧雅张莹莹王宇张鹏李志鑫刘亚玲北京林业大学水土保持学院水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室北京100083 中国林业科学研究院森林生态环境与自然保护研究所国家林业和草原局森林生态环境重点实验室北京100091 甘肃省平凉市泾川县官山林场泾川744306

探究黄土高原刺槐人工林土壤有机质含量变化的主要影响因子和响应关系,为研究刺槐林土壤碳汇功能提供科学依据。从1994—2022年发表的136篇有关黄土高原刺槐人工林土壤有机质含量的国内外期刊和学位论文中收集了共330块样地数据,利用外... 详细信息

探究黄土高原刺槐人工林土壤有机质含量变化的主要影响因子和响应关系,为研究刺槐林土壤碳汇功能提供科学依据。从1994—2022年发表的136篇有关黄土高原刺槐人工林土壤有机质含量的国内外期刊和学位论文中收集了共330块样地数据,利用外包线法及地理探测器法分析主要因子对土壤有机质含量的影响。外包线分析表明:黄土高原刺槐人工林土壤有机质含量受到多个因子的非线性影响,随海拔高度、年均气温和林龄增加均呈先增后减的变化,随土层深度增加呈先快速降低后缓慢降低,随年均降水量增大呈先快速增加后逐渐缓慢增加,随坡度增加呈线性降低。地理探测器模型分析表明:对土壤有机质含量变化的单因子贡献率依次为:海拔高度>年均降水>年均气温>土层深度>林龄>坡度,任何两个因子间交互作用的土壤有机质含量变化解释力均大于单一因子的解释力,其中海拔高度与土层深度的交互作用增加效应最大。综合来看,黄土高原刺槐人工林土壤有机质含量受到多个因子的非线性影响,其中区域环境因子(海拔高度、年均降水、年均气温)的影响大于局地因子(土层深度、林龄、坡度)的影响,需要考虑主要影响因子间的交互作用。

关键词：黄土高原刺槐土壤有机质含量影响因子

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