第一章 文献综述
1.1研究背景
森林能保持水土，涵养水源，可以使 50%~80%的雨水含蓄在植被和枯枝落叶中渗入地下。实验证明，每公顷森林可以含蓄水量 4000 m3~5000m3。这样一万公顷森林所含蓄水量就相当于一个容量为四、五千万立方米的水库，就等于拦蓄了溪水、增加了溪水的来源，这既是开源又是节流（于静洁和刘昌明 1989）。森林是陆地生态系统的主体，是防止水土流失的积极因素。人类活动对森林的破坏，特别是对山区森林的砍伐会破坏原有坡地的相对稳定，引发严重的水土流失（于静洁和刘昌明 1989；孟庆枚 1996）。
长期以来，由于人类对土地和森林资源的过度开垦和滥采滥伐，使森林和草原遭到了严重破坏，水土流失加剧，引发了一系列的生态性灾难和农林牧业的全面衰败（史念海 1985）。近代黄土高原每年土壤侵蚀流失量为 16 亿左右。如按目前的侵蚀速度持续，再1.18 万~5.92 万年的时间，该区黄土将被全部侵蚀。而仅未来 100 年就将有 0.5m 厚的黄土被侵蚀掉（李佩成 2002）。因此加快该地区的水土流失治理和生态环境建设就显得十分重要和迫切。从该地区林草破坏过程与水土流失演变关系可以看出，要改善这一地区的生态环境，促进当地的生产和经济发展，也得从植被建造抓起，通过优化农林牧业的土地利用结构和调整农业经济产业结构，大力发展林草业，增加林草植被覆盖，才能达到有效治理水土流失和改善生态环境的目的。任何一种林分，在发挥其保持水土作用的同时，自身也是一个发展与完善的过程。
以宜川县铁龙湾林场的次生油松林为例，项目初期试验区林场树种包括分布在阴坡和半阴坡的辽东栎(Quercus liaotungensis)、白桦(Betula platyphylla)、天然油松(Pinustabulaeformis)、山杨(Populus davidiana)以及阳坡的狼牙刺(Sophora viciifolia)、山桃(Prunusd avidiana)等灌丛，此外还有铁杆蒿(Artemisia sacrorum)、白羊草(Bothriochloaischcemum)等草本植物，在整个以油松和山杨为优势树种的建群及演替过程中，灌木和草本的种类和数量逐年减少，而且曾经一度作为优势树种的山杨也逐渐被油松林演替。试验区森林群落的这种植被演替不论是在建群初期还是该群落被完全演替后都会对该区的气候、水文、水土保持效益产生一定的影响，而且这种演替的过程对地表水文循环及其水土保持作用的影响程度仍不十分清楚。
人工林演替是森林生态学乃至植物生态学长盛不衰的研究领域。演替理论旨在揭示森林生态系统发展变化过程的模式、原因、速度及可能达到的稳定程度，从而由生态系统的现状推测过去，预见未来。研究森林演替不仅具有重要理论价值、还具有很强的实践意义。尽管国内外对人工林演替中物种多样性的变化进行了许多研究，但人工林群落演替过程中植被变化及其保水、保土关系的研究并不多。因此，开展对人工林群落演替与水土保持关系的研究，通过对松峪沟不同年份森林水文资料以及产流产沙资料的分析以及开展物种多样性的调查，初步探索人工林群落结构特征变化与水土保持的关系。该研究不仅对水土保持的综合治理具有重要的理论指导意义，而且这些问题的解决，对于认识森林群落演替规律和不同植被类型与水土流失的关系以及我国的植被建设具有重要的理论与实际意义。
第二章 研究内容与方法
2.1 研究地区概况
本试验于陕西省宜川县铁龙湾林场森林水文和水土保持效益监测站完成，观测站前期为开展黄土高原飞播造林，对成苗和成林过程进行生态研究而设立的试验基点。该区地处黄龙山林区东侧，地理位置为北纬 35°59′，东经 110°06′，海拔 860～1200m，属干旱半干旱梁状丘陵区。根据宜川县气象站资料，年均气温 9.7℃，≥10℃积温 3500℃，无霜期 180 天，年均降水量 584.4mm，多集中在 6~9 月，约占年降水量的 75.13%。降水年际变化较大，丰水年最多降水量达 843.5mm，枯水年最小降水量为 408.4mm，相对变率 21.0%（吴钦孝等 1992），每年有 1~3 次短历时、高强度（1.0mm/min）的暴雨,为主要的侵蚀性降水。年日照 2436 小时；年均蒸发量 1560mm，约相当于降水量的 3 倍，大气相对湿度 60%。冬季寒冷，夏季温暖，春季风大，偶有尘暴出现，具有明显的大陆性季风气候的特征，土壤为灰褐色森林土。 地带性植被属落叶阔叶林向森林草原带的过渡带，以松、栎林为顶极群落。
2.2 研究内容
2.2.1 人工油松林群落
不同层次的理水机理主要研究林冠层、林下灌草层、枯枝落叶层对降水再分配的影响,探讨人工油松林群落不同层次的理水机理。
2.2.2 人工油松林群落结构变化与水土保持关系
以农地为对照，主要研究自然油松林、油松林林下去枯枝落叶层、油松林采伐乔木层后3种不同处理条件下油松林地的产流、产沙量变化与降水量及林分生长之间的关系，分析人工油松林生长发育过程对产流产沙量的影响，揭示人工油松林群落结构变化与水土保持的关系。
第三章 松林群落理水机理研究 ...............................25-32
3.1油松林群落林冠截留作用.............................. 25-28
3.2油松林树干茎流研究 ..............................28
3.3油松林群落枯枝落叶截留研究 ..............................28-30
3.4 小结..............................32
第四章 人工油松林群落结构与水土保持.............................. 32-38
4.1 人工油松林地水土保持效益.............................. 32-34
4.1.1人工油松林地土壤侵蚀量年变化 ..............................32-33
4.1.2人工油松林地径流含沙量年变化.............................. 33-34
4.1.3人工油松林地径流量年变化.............................. 34
4.2 次降雨对水土保持效益的影响.............................. 34-37
4.3 小结..............................37
4.4 讨论 ..............................37-38
第五章 人为干预对松林群落的影响.............................. 38-46
5.1 不同处理小区的物种组成 ..............................38-42
5.1.1 不同小区灌木层物种组成 ..............................38-40
5.1.2 不同小区草本层物种组成 ..............................40-42
5.2 不同处理小区物种多样性特征分析.............................. 42-45
5.2.1 灌木多样性特征分析 ..............................42-43
5.2.2 草本多样性特征分析.............................. 43-45
5.3 小结.............................. 45
5.4 讨论 ..............................45-46
结论
黄土丘陵沟壑区是我国水土流失最严重及生态环境最脆弱的地区，而植被是影响生态环境质量的基本要素，且对保持水土具有举足轻重的作用。
本文通过对松峪沟不同年份森林水文资料以及产流产沙资料的分析以及开展物种多样性的调查，初步探索了人工油松林群落结构特征变化与水土保持的关系。该研究不仅对水土保持的综合治理具有重要的理论指导意义，而且这些问题的解决，对于认识森林群落演替规律和不同植被类型与水土流失的关系以及我国的植被建设具有重要的理论与实际意义。
本研究采用 1988 年到 2010 年降雨特征值以及径流、泥沙含量、土壤侵蚀量、物种多样性等长序列资料，通过在野外建立人工径流小区，并对其进行不同处理：自然油松林、去除枯枝落叶层保留灌草层和上层乔木林地、采伐上层乔木林地以及开垦为农地，采取野外观测的方法，并结合当地大气降雨条件，研究了各不同处理径流小区径流量泥沙量以及灌木、草本植物多样性的变化规律以及人为干扰对人工油松林群落演替进程中水土保持作用的影响，从而主要得出以下结果：
（1）人工油松林群落林冠截留量月变化：林冠截留量随大气降水量的增加而增加，年内呈单峰曲线变化规律，而截留率变化规律与其相反。
（2）人工油松林群落林冠截留量季变化：冬季林冠截留量最小，夏季最大，春、秋两季居于冬、夏之间，这与降雨量的季节变化一致；而林冠截留率冬季最大，夏季最小。
（3）在人工油松林群落的不同生长阶段，由于油松自身的生长发育，郁闭度的变化，使得人工油松林林分结构趋于完整，截留作用逐年递增。
（4）人工油松林树干茎流量一般只占大气降水量的 2.5%，占林内降水量的 9.5%。
（5）人工油松林群落枯枝落叶层截留作用的变化趋势与林冠层的基本相似。