晋西黄土区典型森林植被耗水规律与环境因子关系研究

森林植被耗水规律是森林植被对水文过程影响机理研究的基础与核心。以典型黄土区山西省吉县蔡家川流域为研究区域,依托国家级森林生态系统定位观测站,对研究区典型森林蒸散耗水及其环境因子进行定量监测,定量分析蒸腾、蒸发等各蒸散的强度与环境因子的关系,分析研究区典型森林植被结构对植被耗水特征的影响。土壤蒸发实验运用称重法,树木蒸腾实验采用热扩散式茎流计法,并结合环境因子调查,对观测结果进行研究分析, 结果表明:土壤的蒸发量与地表植被状况以及土壤温度有关;树木蒸腾耗水与土壤含水量、降雨量、冠幅、树龄的线性关系显著。综合分析可知,影响森林耗水最直接的因素就是土壤水分的变化,若土壤含水量较小,则森林植被首先满足自身对水分的需求。在造林时,可以根据不同苗木的水分需求以及当地的土壤水分含量对林木种类进行选取,可以有效减少当地森林水分的消耗。      

甘肃小陇山林区不同森林类型土壤水分动态

以小陇山林区栎类阔叶混交林、锐齿栎林、日本落叶松林、油松林及无林地5种森林土壤为研究对象,通过2011年对9个样点土壤水分长期定位观测,研究不同森林类型土壤水分动态变化规律.结果表明:大气降水和蒸散量是引起土壤含水量变化的主要因素,土壤含水量季节性变化趋势十分明显;坡位对林区不同森林类型土壤含水量无显著影响;不同层次土壤含水量差异显著,土层深(H)O≤H＜20 cm的土壤含水量变化较为剧烈,但总体上其含水量大于20 cm≤H＜60 cm的土壤含水量;各个时期阔叶混交林、锐齿栎林土壤平均含水量较高,具有较强水土保持能力和显著水源涵养作用.     

麦田水热传输的控制效应及非线性特征分析①

利用波文比-能量平衡法测定了太行山山前平原冬小麦农田生态系统辐射平衡各分量,并计算了波文比、农田蒸散。结果表明,土壤水分对波文比具有控制性效应,波文比与0～60　cm土层土壤相对含水量呈线性负相关。农田生态系统的蒸散量随作物的生长发育而呈上升趋势,净辐射是控制农田蒸散的热力驱动因子。农田生态系统的净辐射、潜热通量和显热通量为典型的非线性过程,随时间序列具有自相似的变化趋势。     

麦田水热传输的控制效应及非线性特征分析

利用波文比－能量平衡法测定了太行山山前平原冬小麦农田生态系统辐射平衡各分量,并计算了波文比、农田蒸散。结果表明,土壤水分对波文比具有控制性效应,波文比与０￣６０ｃｍ土层土壤相对含水量旦线性负相关。农田生态系统的蒸散量随作物的生长发育而呈上升趋势,净辐射是控制农田蒸散的热力驱动因子。农田生态系统的净辐射、潜热通量和显热通量为典型的非线性过程,随时间序列具有白相似的变化趋势。     

基于数值方法的农田土壤零通量面的模拟

零通量面能够反映土壤水分运动情况,定量计算土壤水分的入渗和蒸散量。采用Richards方程描述了降雨和蒸发边界条件下的一维土壤水分运移,通过土壤传递函数估算得到Van-Genuchten水分特征曲线参数,借助参数化Hydrus-1D模型计算得到一维土壤空间不同层的土壤含水量和基质势的数值解,并采用田间实测数据对数值解进行了验证,根据不同层的水势梯度和水流通量的值判断零通量面出现位置以及零通量面类型,最后分别设置5个不同的降雨和蒸发强度,模拟分析了土壤零通量面的空间位置和类型。研究结果表明:(1)采用Hydrus-1D可以准确模拟降雨和蒸发条件下的一维土壤水分运移;(2)在降雨和入渗条件下,零通量面位置随之降低;(3)蒸发强度增加时,零通量面上部土水势降低,土壤吸力增大,使其位置上升。结果证明该方法可行,能够模拟零通量面的动态变化。     

黄土高原不同降雨量条件下梯田与坡地土壤水分变化特征

[目的]研究不同降雨量下黄土高原坡地和梯田土壤水分的运移及分布情况。[方法]以黄土高原陕西乾县为试验区,通过田间试验,研究不同降雨量条件下梯田与坡地土壤含水量变化情况。[结果]梯田和坡地土壤含水量空间垂直变化分为4个层次:1土壤水分速变层(10~40 cm)。该层梯田土壤含水量大,坡地土壤含水量小。该层受水文气象、耕作措施、冠层覆被等多种因素的影响较大,土壤水分变化较大。2土壤水分缓变层(40~80 cm)。该层土壤水分受诸多因素的影响相对小,土壤水分变化幅度小。该层梯田土壤含水量大,坡地土壤含水量小。3土壤水分过渡层(80~100 cm)。该层坡地土壤水分变化缓慢,而梯田土壤水分变化迅速,即开始由大向小快速突变。4土壤水分相对稳定层(100 cm以下)。该层梯田土壤含水量小,坡地土壤含水量大。[结论]初步掌握了黄土高原乾县的土壤水分变化特征。     

湘南丘陵红壤持水特征及水分状况的研究

在湘南丘陵坡地第四纪红壤上连续定位测定土壤含水量,研究了湘南丘陵红壤的周年土壤水分状况。采用压力膜技术,测定了实验区红壤的土壤水分特征曲线,分析了红壤的持水和保水特征。结果表明：湘南丘陵第四纪红壤,质地粘重,水稳性微团聚体发育,持水性强,释水力差;湘南丘陵红壤区,降水丰富且季节性变化大,土壤含水量季节性变化明显。坡地红壤的土壤水分状况可划分为四个土壤水分时期：土壤潮湿期（冬-春季）、土壤水分耗损期（夏初）、土壤干旱期（夏季-秋初）和土壤水分补充恢复期（秋末）。湘南坡地红壤普遍存在季节性土壤干旱,多表现为夏秋连旱,对作物生产危害很大。文中还提出了旱地农业土壤水分调控原则。     

黑龙江省东部山地灌木林土壤水分动态变化

对东部山地绣线菊灌丛、胡枝子灌丛、接骨木灌丛、珍珠梅灌丛和榛子灌丛几种次生演替灌木林的土壤水分动态进行了研究。结果表明：在整个生长季节内，大气降水是土壤含水量变化的重要控制因子，土壤含水量随大气降雨的分布而变化的趋势十分明显。土壤水分的季节变化可分为土壤水分消耗期（5月～6月）、土壤水分积累期（7月～8月）、土壤水分稳定期（9月～10月）、土壤水分消退期（10月份以后）；根据土壤深度及土壤含水量变化趋势，各林地土壤水分的垂直变化大体分为土壤水分速变层（0—20cm）、土壤水分活跃层（20～40cm）和土壤水分稳定层（40cm以下）。     

土壤温度与水分对昆明城市绿地土壤呼吸时间动态的影响

为探明土壤温湿度对城市绿地土壤呼吸时间动态的影响,采用Li-6400-09土壤呼吸室,连续定位测定了昆明城市森林与草坪等2种绿地类型土壤呼吸速率的时间动态特征。结果表明:2种绿地类型土壤呼吸速率存在极显著差异（P＜0.01）,城市草坪的年均土壤呼吸速率是城市森林的1.37倍;森林与草坪土壤呼吸速率具有明显的时间变化,其中城市草坪土壤呼吸波动（1.08～7.77 μmol·m^-2·s^-1）显著高于森林（0.95～4.76 μmol·m^-2·s^-1）;土壤水分与土壤温度是影响城市绿地类型土壤呼吸时间动态的主要影响因子,但土壤水分对土壤呼吸速率的贡献率显著高于土壤温度。土壤温度只能分别解释城市森林与草坪土壤呼吸的66.2%及67.1%,而土壤水分能够解释城市森林土壤呼吸的87.8%及城市草坪的75.8%。因此,西南地区近年来的严重干旱导致土壤含水率的减少,已成为调控昆明城市绿地土壤呼吸速率时间动态的主要影响因子。     

鄂东南红壤水分运动参数与红壤性质的相关性

研究了鄂东南５种母质发育的红壤水分特征曲线、土壤水分扩散率，推导了土壤非饱和导水率。对试验资料进行了回归分析，得出了土壤水吸力（ψ）与土壤含水量（θ）、土壤水分扩散率（Ｄ）与土壤水饱和度（Ｇ）、土壤非饱和导水率（Ｋ）与土壤水饱和度（Ｇ）的经验公式，并将参数与土壤性质进行了相关分析，ψ－θ、Ｄ－Ｇ之间的参数与土壤性质关系很密切。实测的土壤饱和导水率与土壤通气孔隙度关系密切。     

鄂尔多斯高原北部沙区生长季土壤水分特征分析

土壤水分是沙地植被稳定性的决定因素之一。在鄂尔多斯高原北部沙区选择地形或植被类型各异的24块样地进行生长季土壤水分监测与分析。结果表明，研究区土壤水分具有极高的时空异质性，不同样地、不同层之间的土壤体积含水量在0．7％～39．4％之间变化，且多数样地存在0～10cm厚的干土层；0～70cm厚度土层的平均水分含量大于10％的样地的等值线图具有极大的相似性，小于10％的样地差异较大却分布了研究区的主要植被类型；土壤水分对降水有明显的响应作用，在三维等值线图上表现出典型的凹陷（干季）和凸起（雨季）。进一步探究该区域以土壤水分为主的自然植被分布格局、人工植被配置、生态水文过程转变、人工生态系统的演替等问题，将有助于完善该区域的生态安全格局。     

保水剂对干湿循环的响应及对稀土尾砂土壤水分状况的影响

【目的】南方地区离子型稀土尾矿区的生态环境脆弱，强烈的干湿交替条件加剧了土壤水分亏缺。保水剂由于吸水持水能力强，研究其在稀土尾矿区的应用对于提升土壤水分条件、促进尾矿区生态恢复具有重要的实践意义。【方法】通过模拟土壤吸水和蒸发过程，分析了6次干湿循环条件下保水剂粒径（1.0～2.0 mm、0.45～1.0 mm、<0.18 mm）及浓度（0.2%、0.4%、0.6%）对尾砂土保水和持水能力的影响，为开展保水剂田间应用提供理论依据。【结果】（1）稀土尾砂区土壤水分条件差，其土壤饱和含水量（SWC）显著低于未采矿区自然土（36.21%<39.85%），自然条件下土壤水分蒸发快、完全干旱时间较短；添加保水剂能显著改善尾砂土壤水分状况，尾砂土SWC提升了0.12～0.91倍，通过抵御土壤水分蒸发，土壤完全干旱时间延长了0.67倍，土壤保水持水能力得到提升。（2）保水剂应用效果主要受到土壤干湿循环因素的影响，经历6次干湿循环后添加保水剂的尾砂土SWC从54.87%降至39.33%，土壤完全干旱时间缩短，土壤中的保水剂吸水倍数（SC）从47.19 g/g降至18.01 g/g；削弱效应...     

层状土壤水分入渗与溶质运移研究进展

层状土壤质地和孔隙状况的不均匀性使得水力特性在土层界面处发生突变,因而其土壤水分运动和溶质运移明显不同于均质土壤。论文对层状土壤水分入渗和溶质运移过程和模型模拟的研究现状进行了归纳总结。在此基础上,提出了层状土水分和溶质运移研究今后研究急需解决的科学问题,主要包括土壤层状结构的定量化及其对土壤水分和溶质运移的影响机理、建立考虑土层界面边界条件影响的水分和溶质运移定量模型。此外,层状土指流形成机制及其环境效应将是未来研究的重点。在气候变化背景下,开展层状土壤结构对坡地土壤水文过程影响及其调控对策研究,将是土壤水文领域长期面临的科学问题之一。     

一维非均质条件下农田土壤水分运移模拟及应用

为了定量化描述一维非均质条件下土壤水分的运移过程,采用Richards方程的基质势形式阐述了一维多层质地下土壤水分的运移过程,根据田间实际情况设定了土壤水分运移模型模拟方程的定解条件,以各层粒径组成和容重为输入参数借助传递函数给出了模型参数的初始值,利用数值差分法求解了模型的数值解,最后采用田间实测的各层土壤含水量与参数敏感性分析对模型参数进行了校正和模拟效果评价。结果表明,模型参数敏感性主要受土壤水力特征参数α和n的影响,参数α值越大,土壤进气值越低,含水量越少;n值减小,土水势降低,土壤吸力增大,含水量增加;在调整数值模型精度时,α和n引起的误差范围为10%～30%;模拟值和测量值的变化过程比较吻合,表明研究构建的基质势方程能够实现对田间一维多层质地土壤水分运移过程的准确模拟。     

银川北部平原土壤水分运动状态类型及水盐运移机理研究

根据银北平原江南村盐碱地改良试验工作中取得的包气带-地下水系统的土壤水势、土壤含水量、土壤溶液浓度、土壤含盐量、潜水埋深等动态资料,分析研究了试验区土壤水分运移基本类型及水盐运移机理。结果表明,在试验区内,种植区的土壤水盐运移主要受灌溉和蒸发的制约,土壤水盐运移特征呈灌溉-蒸发型,荒地区的土壤水盐运移主要受降水和蒸发的制约,土壤水盐运移特征呈降水-蒸发型。在此基础上,重点分析了种植区在一个年度内的2个大的脱盐阶段和2个大的积盐阶段的土壤水盐运移机理,即春灌前、灌期、秋季和冬灌等阶段水盐运移机理及荒地土壤水盐运移机理。     

长期不同施肥对褐土持水性质的影响

为了评价长期不同施肥对褐土土壤物理性状和土壤持水性质的影响,依托山西省寿阳旱地农业生态系统国家野外科学观测研究站长期进行氮磷肥与有机肥配合施用定点定位试验的褐土农田,设置不施肥（CK）、单施氮磷肥（NP）、氮磷肥与有机肥配施（NPM）和单施高量有机肥（M）等4个处理,并测定其土壤容重、孔隙度、紧实度、饱和导水率以及土壤水分特征曲线等指标。结果表明,与CK相比,NPM和M处理显著降低了土壤容重和紧实度,提高了土壤孔隙度和饱和导水率,同时水分累计入渗量也分别提高了20.00%和47.62%;土壤水分特征曲线表明,不同处理土壤持水能力从高到低为M>NPM>NP>CK;Van Genuchten模型拟合结果表明,M处理下田间饱和含水量（θs）和剩余含水量（θr）均最高,而CK最低。与CK相比,NPM和M处理田间持水率分别提高了11.97%和40.27%,土壤有效含水率分别提高了15.11%和21.35%。综上,长期施用高量有机肥（M）以及氮磷肥与有机肥配施（NPM）配合施用可以提高土壤持水能力,是褐土区较为适宜的施肥措施。     

采煤塌陷对土壤水分损失影响及其机理研究

摸清采煤塌陷对土壤水分作用是塌陷区退化生态系统恢复、重建的前提。根据相似可比原则,应用空间对比法研究毛乌素沙地东南缘井工矿——补连塔0～100 cm层土壤含水量对采煤塌陷的响应,探索半干旱风沙区采煤塌陷地土壤水分的空间变化,为困难立地土地复垦提供理论指导。试验结果如下：煤矿井工开采形成的裂缝（隙）加剧了土壤水分损失,造成塌陷区含水量明显降低,3个试验样地的土壤水分损失量顺序：2005年塌陷区〉2004年塌陷区〉未塌陷区。试验样地土壤含水量垂直变化表现为塌陷后0～60 cm层含水量明显下降（P〈0.01）;空间变化表现为塌陷后坡底和丘间低地含水量明显下降（P〈0.01）。开采塌陷加剧土壤水分损失主要是由于塌陷造成土壤非毛管孔隙增多,促进了土壤水分垂直蒸发;塌陷裂缝（隙）的发育增大了土壤水分侧向蒸发;同时塌陷错落面的形成也增大了土壤水分蒸发量。     

节点渗灌条件下土壤水分运动规律的研究

通过在室内土槽中的渗灌试验,研究了节点渗灌条件下土壤中的水分运动规律,主要包括灌水过程中土壤水分的入渗过程和灌水结束后土壤水分再分布过程,即土壤水湿润锋的运移及湿润区内的土壤含水率分布状况。根据试验结果,对湿润体的形状及其动态变化、横断面及纵断面上的湿润锋的运移速度和土壤含水率的分布及其动态变化进行了描述,并且探讨了灌水量对土壤湿润状况的影响。     

银川北部平原土壤水分运动状态类型及水盐运移机理研究

根据银北平原江南村盐碱地改良试验工作中取得的包气带-地下水系统的土壤水势、土壤含水量、土壤溶液浓度、土壤含盐量、潜水埋深等动态资料,分析研究了试验区土壤水分运移基本类型及水盐运移机理。结果表明,在试验区内,种植区的土壤水盐运移主要受灌溉和蒸发的制约,土壤水盐运移特征呈灌溉-蒸发型,荒地区的土壤水盐运移主要受降水和蒸发的制约,土壤水盐运移特征呈降水-蒸发型。在此基础上,重点分析了种植区在一个年度内的2个大的脱盐阶段和2个大的积盐阶段的土壤水盐运移机理,即春灌前、灌期、秋季和冬灌等阶段水盐运移机理及荒地土壤水盐运移机理。     

利用中子水分仪测定棉田土壤水分含量

研究利用中子仪对棉田土壤水分含量进行了测定。结果表明：随着土壤深度的增加，土壤水分含量逐渐增加。在棉花生产期间，0－60cm土壤层次含水量变化大。其变异系数为15．88－74．4％，含水量（容积％）为3．12－25．36；60－120cm土壤层次含水量变化小。变异系数为9．43－44．87％，含水量（容积％）为16．15－28．84％。另外，两种土壤剖面类型土壤在保水上也存在着差异。结果也表明：0－20cm土层的含水量明显低于20－40cm土层。