陕北黄土区坡面微地形生境与林分结构关系研究

【摘要】：20世纪80年代以来,黄土高原人工造林根据立地类型划分尺度,沿等高线按照一定的等株距等行距布置栽植点,部分栽植点布设在了土壤水分等生境条件较差的位置上,导致坡面人工植被成活率和保存率均较低,甚至形成了“小老树林”,即忽略了坡面微地形及其带来的生境差异。因此,本研究以陕北黄土区坡面微地形及林分为研究对象,选择陕西省延安市吴起县为试验研究区,通过采用三维激光测量、高分辨率遥感影像解译等高技术手段,结合野外实地调查林分数据以及土壤水分、养分数据,利用ArcGIS、标准化降水指数、Mann-Kendall趋势检验以及Ripley's K函数等空间分析方法,揭示坡面微地形的分布规律,微地形土壤水分养分特征及对近56年来该区域干旱演变特征的响应,最后探讨了微地形对林分生长特征及空间分布格局的影响。结果表明： (1)浅沟、切沟、塌陷、缓台以及陡坎等微地形面积分布差异显著,从大到小依次为：切沟缓台浅沟陡坎塌陷,其分布规律受坡度、坡向以及土地利用类型的影响较大。 (2)雨季,切沟、缓台、塌陷等微地形土壤的集水能力约为陡坎和原状坡土壤的2倍；生长季,陡坎、原状坡的土壤水分对大气降水的依赖性最大,切沟、缓台、浅沟的依赖性居中,塌陷的依赖性最小。 (3)切沟、塌陷及缓台等林地的土壤含水量在0-120cm土层变化范围为15%-18%,陡坎林地的土壤含水量在0-80cm土层变化范围为13%-16%；缓台、切沟及塌陷等林地土壤含水量比陡坎微地形出现土壤干层深约40cm。 (4)人工林地土壤的速效氮、速效磷、速效钾、全效氮以及有机质等养分含量在不同微地形的变化差异较大,且缓台、切沟、塌陷以及浅沟的土壤养分表聚现象比陡坎的弱。 (5)阴坡树种的生长指标与坡位指数呈显著正相关,与坡度指数呈显著负相关；阳坡树种的树高、枯落物厚度与坡度指数呈显著负相关。同一树种在不同微地形上的生长差异显著,林分树种树高随胸径生长速度由大到小依次为：切沟内的刺槐、柳树以及小叶杨塌陷内的山杏陡坎上的榆树。 (6)微地形内林分单种空间格局的最大聚集半径介于20-30m。均匀坡面在0-l00m空间尺度内,种间空间关联性为显著负相关；在含有微地形的坡面上,刺槐-杜梨、刺槐-山杏、刺槐-小叶杨、刺槐-榆树,以及河北杨-榆树等种间在0-30m空间尺度内为显著负相关变化到60-100m空间尺度内的显著正相关关系,而杜梨-河北杨、杜梨-山杏、杜梨-小叶杨、杜梨-榆树、河北杨-山杏、河北杨-小叶杨以及山杏-榆树等种间则表现为无空间关联性。 (7)阴坡造林陡坎以榆树、缓台以山杏、切沟以刺槐为宜,缓台可混交小叶杨、杜梨等树种,切沟可混交河北杨,阳坡造林缓台以刺槐、切沟以榆树为宜。