陕北黄土区陡坡柠条林地雨水转化及土壤水分承载力

为了给陕北黄土区陡坡灌木林地的可持续健康发展提供科学依据,连续3 a对陡坡柠条林地的降雨、冠层截留、地表径流、降水入渗深度和土壤水分进行了定位观测.结果表明:陡坡柠条林地林冠截留总量平均占总降雨量的11.73%;地表径流量占降雨量的16.275%;自然降雨入渗深度为120 cm;陡坡柠条林地降雨量(P)与根层土壤水分补给量(SWS)、根层平均土壤水分补给量(Y补)与密度(D)、土壤水分消耗量与密度均呈线性关系.陡坡地土壤水分可承载的柠条密度为2 852穴/hm2.因此建议陡坡柠条林地建设中适当控制密度,合理利用雨水资源,确保陡坡柠条林地的持续健康发展.     

黄土高原半干旱区水土保持植被恢复限度——以人工柠条林为例

为了确定水资源不足地区植被恢复潜力和水土保持林建设目标,在黄土丘陵半干旱区宁夏固原上黄试区,对相同立地条件的16年生人工柠条林进行疏伐,建立不同密度林地,进行林分密度、森林植被水土保持效益和土壤水分关系的定位实验。结果表明：平均基径随密度的增加而减少,二者为线性关系;盖度随密度的增加而增大,盖度与密度为对数关系;林冠截留随密度的增加而增大,二者为指数关系;地表径流随密度的增加而减少,二者为对数关系;泥沙含量随密度的减少而增加,二者关系可用倒S形曲线描述。虽然密度增加,盖度增加,森林植被水土保持效益增强,但是受土壤水资源的限制,柠条林有一个最大恢复限度。当超过限度时,势必会引发或加剧土壤旱化。     

半干旱区柠条林利用土壤水分深度和耗水量

植物根系利用土壤水分深度和耗水量是研究植物与土壤水关系的基础.以柠条为对象,采用中子仪,对撂荒地和柠条林地土壤水分进行长期定位观测和分析.结果表明,2002年内,随着时间推移,柠条利用土壤水分深度从播种时的2 cm左右,迅速增加到9月1日的90 cm,10月15日的110 cm,11月1日的170 cm,到11月15日柠条利用土壤水分深度为220 cm;除丰水年(2年生)柠条土壤储水量增加了122.8mm外,随着林龄的增加和降雨量等的变化,植物利用土壤水分的深度和耗水量增加,土壤储水量下降.到2004年生长季末,3年生柠条林地100 cm土层出现土壤干层,5年生柠条林地剖面60-300 cm土层出现土壤干层.此时需要采取措施,控制柠条生长、密度和耗水量,实现土壤水资源的可持续利用.     

陕北丘陵区陡坡柠条林地与荒坡土壤水分变化研究

通过定点土壤水分测定与对比分析，研究了陕北丘陵区陡坡柠条林地与荒坡的土壤水分亏缺状况，年际年内动态变化规律，干燥化特征及其自然降水的补偿能力。结果表明，柠条林地与荒坡0-10m土层贮水量仅相当于田间持水量的26．2％～41．2％。荒坡地0-10m土层贮水量相当于田间持水量的39．8％～41．2％。土壤贮水量的分布是阳坡〈半阳坡〈阴坡，上坡位〈下坡位。年际间土壤水分的变异程度随土壤深度的增加而减弱，土壤贮水量的变化主要发生在2m以上土层内。土壤贮水量具有明显的季节变化特征，但滞后于降雨量变化。生长季内，柠条地与荒坡的土壤平均贮水量之间差异显著，土壤越深，其含水量变化程度越小。两种利用方式的土壤剖面都产生了不同程度的干化层。相比而言，柠条林地深层土壤干燥化强度明显大于荒坡地。丰水年柠条林雨水补偿深度仅为1．0m，荒坡也仅为1．2m。柠条林丰水年的雨水补偿深度比干旱年可增加60cm以上，5m土层贮水增量增加3倍以上。     

多年生人工柠条林生长对土壤水分的影响

研究多年生人工柠条林地生长对土壤水分的影响,对水资源紧缺的黄土丘陵区植被重建和生态建设具有重要的意义。以多年生的柠条林为对象,采用中子水分仪对黄土丘陵半干旱区(宁夏固原)多年生的柠条林地及撂荒地土壤水分进行长期定位观测与分析,研究了多年生人工柠条林生长对土壤水分的影响。结果表明:柠条林地和撂荒地各深层土壤容积含水量分别为4.18%～14.67%和2.87%～15.01%,柠条林地各个深度土层的土壤容积含水量普遍低于撂荒地同等深度土层土壤容积含水量。多年生的人工柠条林地同撂荒地二者的土壤容积含水量变异系数区间分别是3.27%～31.12%和7.39%～34.63%,都随土层深度增加而逐渐减小,是该区域土壤容积含水量变异系数所具有的共性。多年生的人工柠条林对200 cm以下深层土壤水分的消耗影响深远。     

坡面尺度林地植被对地表径流与土壤水分的影响初步研究

通过定位观测以及对两个天然坡面有林地径流场和无林地径流场进行对比,以2003年、2004年实测的降雨、径流数据分析研究区域内降雨特性、地表径流产生的过程和机制,并结合1996～1998年相关数据,初步研究了林地植被对地表径流的影响.结果表明:无论是有林地还是无林地,地表径流系数随降雨量增大而增大.有林地径流系数小于对应的无林地径流系数.植被对地表径流有不同程度的削减作用,径流削减率与降雨量大小并不是单一的线性(递增、递减)关系:当降雨量小于73.04mm时,植被对地表径流系数的削减率随降雨量增加而增加,当降雨量大于73.04mm时,植被对地表径流系数削减率随降雨量增加降低.植被能够削弱地表径流的峰值,延缓峰值出现的时间,使得径流历时加长.植被对地表径流削减率的大小和降雨量大小关系不是单一的线性(递增、递减)关系:当降雨量小于73.04mm时,植被对洪峰的削减率随降雨量增加而增加,当降雨量大于73.04mm时,植被对洪峰的削减率随降雨量增加而呈总体下降趋势.以2004年为例,比较有林地与无林地在三种相同坡位情况下的土壤含水量大小关系,结果:坡上位土壤水分有林地大于无林地,而坡下、坡中无林地土壤水分大于有林地.说明林地植被能够拦蓄、调节径流,起到涵养水源、在空间和时间上合理配置土壤水分、提高生态效益的作用.     

降水增加对黄土高原深层土壤水分的影响

为了解降水增加情况下,黄土高原土壤储水量是否增加以及深层土壤水分的变化趋势,2018年对陕西省绥德境内的油松林和柠条林土壤水分进行了测定,并将其与2001年和2006年的同一样地土壤水分数据进行对比分析,结果表明:研究区近20年降水量呈增加趋势,2009～2018年该区域年平均降水量比1999～2008年的平均降水量增加了156 mm。油松和柠条林地深层土壤水分呈波浪形变化,且深层土壤总储水量呈现2018年> 2001年> 2006年,这种变化与1999～2018年降水变化趋势相一致。深层土壤储水量年际变化与植被类型有关,即油松林地深层土壤水分年际变化显著,柠条林则不显著。短时间尺度内(<6年)的降水对深层土壤储水量有影响,影响深度大约为0～5.0 m,长时间尺度(> 5年)的降水对深层土壤储水量的影响深度会随时间加深,并且长时间尺度的降水可能会导致土壤水分"高湿层"下移现象出现。     

黄土高原西部丘陵区不同降水条件下植被分布与土壤水分关系研究

研究了黄土高原西部丘陵区降水及植被空间分布特征,分析了不同降水条件下人工柠条林、混合灌木林、人工侧柏林、青杄林和人工落叶松林等5种植被类型0~100 cm土壤剖面中土壤水分含量及季节性变化。研究结果表明,0~100 cm的土壤储水量次序为青杄林人工落叶松林侧柏林混合灌木林柠条林。黄土高原西部丘陵区森林草原过渡带降水量无法完全补偿人工侧柏林生长季土壤水分消耗量,该地区选择侧柏进行人工林建设需要注意种植密度。黄土高原西部丘陵区草原地带降水量基本可以补偿人工柠条林生长季土壤水分消耗量,但随着柠条林林龄的增加,可能会出现植被水分亏缺。     

荒漠草原区不同土地利用方式下土壤水分相对亏缺

以典型荒漠草原区(宁夏盐池县柳杨堡乡杨寨子村)作为研究对象,采用土壤水分相对亏缺指数(CSWDI)、样地土壤水分相对亏缺指数(PCSWDI)、土壤有效储水量(ESWS)、土壤水分相对亏缺量(DSWS)、变异系数(CV)5个指标来衡量旱地、天然草地、柠条林地3种土地利用方式下土壤水分的亏缺程度。研究结果表明:(1)旱地、天然草地、柠条林地的土壤储水量和土壤有效储水量与降雨量的变化趋势相同。且降雨对剖面土壤水分的影响程度随土层深度的增加而减弱。(2)土壤水分亏缺状况表现为旱地柠条林地天然草地。天然草地土壤水分不亏缺,旱地、柠条林地土壤水分呈亏缺状态。(3)天然草地土壤水分蓄积效应最强,土壤水分亏缺主要集中在表层。旱地土层越深土壤水分越亏缺土壤水分亏缺。柠条林地0-100cm土层土壤水分不亏缺,100-200cm土层土壤水分亏缺。(4)旱地、天然草地、柠条林地土壤水分剖面变化分别呈现波动型、增长型和稳定型。     

黄土高原水蚀风蚀交错带沟岸灌木林地土壤水分变化

选择黄土高原水蚀风蚀交错带典型切沟,采用人工取样和中子仪测定研究了柠条坡地不同坡位土壤水分变化,明确了切沟对沟岸柠条林地土壤水分的影响范围,建立了土壤储水量与距沟沿不同距离之间的关系。结果表明：在黄土高原雨季(7～10月),天然降水对柠条坡地下位的补给深度达到了220 cm,对坡地上位和中位的补给深度分别为180 cm和160 cm。在土壤剖面200 cm深度范围内,坡下位土壤水分含量始终高于坡上位和坡中位,200 cm深度以下,坡地上、中、下位土壤水分趋于一致。切沟对柠条林地土壤水分影响水平宽度达到3～4 m,垂直深度达到6 m以下。沟岸柠条坡地距沟沿不同距离土壤剖面储水量与沟沿距离间的关系可以用线性函数来表达。研究沟岸地距沟沿不同距离的土壤水分变化规律对沟岸地植被的恢复具有重要的科学意义。     

黄土高原水土保持与雨水资源化

在分析黄土高原水土保持工作难度的基础上,进一步研究区域水土保持的科学内涵,以及水土保持与雨水资源化的关系。认为：黄土高原水土保持的关键与核心在于如何实现雨水资源化;降雨径流调控与利用不仅可实现雨水资源化,而且可以同步解决制约该区发展的干旱缺水与水土流失并存2大难题。在此基础上,提出了黄土高原水土保持亟待研究的科学问题与技术问题,并初步构建了黄土高原水土保持与雨水资源化的技术体系框架。     

黄土高原水蚀风蚀区坡地土壤水分季节变化及水分利用效率

通过建立径流小区对黄土高原水蚀风蚀交错区3种典型植被措施下水量平衡进行定位观测研究,分析3种植被措施对土壤水分的季节变化与水分利用效率的影响。结果表明,整个生长季节内3种植被措施下土壤表层5cm温度显著低于空气温度;土壤表层0-6cm水分季节性波动受到降雨的强烈影响。3种植被措施对剖面土壤水分季节变化产生显著影响,5-7月份为土壤水分消耗期,8-10月份为土壤水分补偿期。土壤垂直剖面含水量从表层到深层表现为先增加后减小再增加的趋势。3种植被措施对相同地形部位土壤水分所造成的差异不同,同一植被的土壤水分在不同地形部位也有差异。坡耕地(当年种植绿豆)径流系数为0.238,显著高于撂荒地与苜蓿地。3种植被措施下生物产量、水分利用效率均达到显著差异水平(p<0.05)。紫花苜蓿水分利用效率分别是绿豆、绿豆籽粒水分利用效率的1.9倍和8.3倍。坡耕地退耕还草或者建设人工植被等措施增强了对径流的拦蓄作用,具有较好的水土保持效应,同时提高了植物水分利用效率。     

雨水滤清净水系统的设计与试验验证

针对黄土高原发展坡地高效农业面临的缺水及水源水质差而传统微型沉沙池效率低,清淤困难等问题,基于调控降雨径流,高效利用水土资源的理念,根据生物与物理净化的不同特点,设计出一套生态环保型高效滤清净水系统并进行了试验验证。结果表明,能源牧草柳枝稷作为植被过滤带与滤清池组合系统,对泥沙和总磷最大拦截效果分别达到98.62%和93.6%,对化学需氧量(COD)的最大拦截效果达到56%,说明柳枝稷植被过滤带对泥沙和污染物的拦截效果明显。并在此基础上再铺设不同粒径砂石的滤清池,只需拦截植被过滤带下来的柴草,使布置大幅简化,造价大幅降低。该系统可广泛应用于黄土高原坡地高效农业水源净化系统。     

不同土地利用方式下次降雨对土壤含水量深层变化的影响

[目的]黄土高原地区水资源短缺,探究不同土地利用方式下次降雨对土壤含水量变化的影响对区域水资源优化配置理论探索具有重要意义。[方法]基于甘肃省庆阳市南小河沟径流场自然降雨条件下的实测数据资料及4种土地利用方式(农、林、草、裸)覆盖下的降雨前后观测数据,分析了不同土地利用方式下5种不同次降雨等级的土壤含水量深层变化特征。[结果](1)土壤含水量的动态变化与土地利用方式关系较为密切。在4种土地利用方式中,林地比裸地的蓄水能力好,但裸地的土壤含水量在不同等级降雨影响下的波动最大。随着土层深度的增加,表层土壤含水量对降雨的响应比较明显,中间层和深层具有一定的滞后性。(2)特定降雨条件下,土壤不同深度的水分交换存在明显的水分活跃层分界点。大雨和暴雨条件下,在40 cm土层深度处出现明显的水分活跃层分界点;中雨条件下,除了农地雨后含水量差异较大之外,其他土地利用方式下,从60 cm处开始土壤含水量出现明显的水分活跃层分界点。(3)不同土地利用方式下降雨特征因子与表层土壤含水量的关联性都最小,与中间层和深层土壤含水量的关联性都较高;4种土地利用方式中相对于裸地,林地、草地和农地对土壤水分的调控作用较...     

人工模拟降雨供水水质对坡面产流产沙的影响

利用黄土高原2种典型的土壤类型(黄土和塿土),在2个降雨强度(45.5,95.5mm/h)和2个坡度(8.7%,25.9%)条件下进行了人工模拟降雨试验,研究了3种水质(去离子水、自来水、盐水)对坡面产流、产沙过程的影响。结果表明,2种土壤类型的产流过程差异显著,黄土条件下去离子水最先产流,但产流速率小于自来水与盐水;而塿土条件下去离子水的产流速率始终最大,自来水与盐水由于离子数量相当,产流速率差异较小。水质主要通过地表结皮的形成与发育影响径流,以总降水量45.5mm为例,径流深随供水电导率的增大而减少,与去离子水相比,黄土条件下自来水和盐水的径流分别减少了5.7 mm和1.5mm,而塿土条件下分别减少了7.2mm和9.8mm。受产流过程的影响,不同供水水质条件下产沙过程不一,产沙速率与产流速率变化同步。2种土质条件下产沙量均是去离子水最大,与去离子水相比,自来水和盐水分别减少了45.9%,35.8%(黄土)和65.6%,68.3%(塿土),结果显示模拟降雨水质会显著影响坡面产流产沙过程,为保证试验数据的准确性和可对比性,建议在进行人工降雨相关试验时均采用去离子水。     

黄土区荒草地土壤水平衡的数值模拟

林草植被深层土壤干燥化是黄土高原地区生态环境建设过程中面临的重大科学问题。采用人工降雨的试验方法,对黄土高原沟壑区荒草坡地不同水文年土壤水平衡进行了数值模拟,结果表明:当植被覆盖率较高时,WAVES模型可以应用于荒草坡地土壤水平衡的模拟;土壤储水量的模拟结果与实测值趋势很吻合,但有关参数的取值还有待于进一步研究;荒草地土壤水分收支基本平衡所需的雨季降雨量和年总降雨量分别为507.0mm和747.6mm,分别高于黄土高原地区多年平均的雨季降雨量和年总降雨量,预示黄土高原地区干旱年和平水年土壤水分易收支负平衡,从而形成土壤干层。     

晋西黄土区刺槐人工林林冠截留模拟

为探讨晋西黄土区刺槐人工林生态水文过程和影响机制,以2007和2008年7-10月的19场降雨和气象及林分结构资料,用修正的Gash林冠截留模型,对刺槐人工林林冠截留进行模拟.结果表明:刺槐人工林林冠持水能力和树干持水能力分别为0.55和0.1091 mm,使林冠达到饱和的降雨量为0.75 mm,使树干达到饱和所必需的降雨量为8.70 mm;修正的Gash模型可以较好地模拟晋西黄土区刺槐人工林的林冠累计截留量,林冠累计截留量相对误差最小值为0.76％,最大值为12.60％,平均林冠累计截留量相对误差为6.40％,林冠累计截留量模拟值小于实测值,截流率比实测值低2.64％.     

太原市水土保持与水资源系统保护关系探讨

植物措施对地表水资源的调节是通过其对天然降水分配性质的改变而实现的 ,森林林冠截留的降水量约占降水量的 10 %～ 40 %。植物能通过改变降雨的分配性能 ,有效提高其对降水的涵蓄能力和对降水资源的有效利用。坡地修梯田消除了产生水土流失的条件 ,蓄水池、旱井、水窑提高了对地表水资源的利用率 ,淤地坝具有蓄洪水、削洪峰、拦泥沙、涵养水源的作用。太原地区实行以水为中心的水土保持综合治理 ,能够协调降水、地表水和地下水资源的相互转化