黄土高原丘陵沟壑区生态用水资源利用研究

对黄土高原丘陵沟壑区不同植被地连续10a的试验调查发现,人工草地和沙棘、油松林地土壤水分在长系列年内变化上基本一致,1m土层含水量处于100～140mm,生长期土壤水分基本上处于亏缺状态;而荒坡草地土壤含水量年内均比人工草地高约40mm,土壤水分一直处于适宜、稳定的水平。林地沙棘和油松均表现出适应该地气候特点的生长的状况,但从土壤水文循环状况看,土壤水分长时期处于亏缺状态不利于植被的再生长和生态效益的发挥。径流试验研究表明,人工草地、油松林地年内平均径流深分别为1.45mm和1.27mm,径流系数为0.08和0.07;荒坡草地和沙棘林地在年内基本上不发生大的径流,且多为清流。因此,植被恢复在治理措施上应当注重植被的自然修复和保护,并充分利用径流资源补充土壤水分,使其朝着利于植被生长的方向发展。     

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。     

六道沟流域典型坡面不同土地利用方式下土壤水分动态变化研究

以黄土高原水蚀风蚀交错带六道沟小流域典型坡面为研究对象,分析了雨季不同土地利用方式下土壤水分的动态变化。研究结果表明:雨季不同土地利用方式下不同测定时期土壤储水量的变异程度为退耕苜蓿地>荒地>退耕林地>农田,均为弱变异;土壤含水量在垂直剖面方向均存在显著差异,随土层深度的增加都呈现出减小趋势,且变异程度为荒地>退耕林地>退耕苜蓿地>农田;沿坡长方向从坡顶到坡脚土壤含水量和生物量的变化呈波浪状,且生物量波峰基本与土壤水分波谷相对应,这说明较高的植被生产力消耗较多的土壤水分。     

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。     

黄土高原不同退耕还林植被土壤干燥化效应

土壤水分是黄土高原植被恢复的主要限制因子,退耕还林工程在恢复生态环境的同时也造成了区域土壤含水量下降和土壤干燥程度的加剧,土壤干燥化正日益威胁到土壤水资源的持续利用和人工植被建设的成效。选取黄土高原退耕还林试点县吴起境内刺槐、杏树、柠条和沙棘4种分布广泛的退耕植被类型,对照撂荒草地,分析了不同林龄和不同植被类型样地0—500cm的土壤水分特征和土壤干燥化效应,并根据作物耗水量估算土壤干层水分的恢复时间。结果表明:不同退耕还林植被类型样地土壤含水量由表层向深层呈降低趋势,随林龄增加,各植被类型样地土壤含水量、有效储水量逐渐减少。刺槐林土壤含水量较同龄沙棘和柠条林低,而杏树林则较同龄柠条林高。各植被类型样地土壤剖面均不含渗透重力水与极易效水层,随林龄增加,土壤相对湿度及易效水土层厚度占比逐渐减少,中效水、难效—无效水土层厚度逐渐增加。随林龄和土层深度的增加,各植被类型样地土壤干燥化强度、土壤干层厚度逐渐增加,土壤湿度恢复到土壤稳定湿度所需要的时间及难度呈上升趋势。     

黄土丘陵区梯田果园土壤水分特征

在干旱半干旱地区,土壤水分是影响作物生长和植被恢复的重要生态因子。采用土钻法对黄土丘陵区纸坊沟流域坡耕地、 梯田和梯田果园20032010年雨季前后的土壤水分状况进行了连续测定,旨在明确梯田种植果树后对土壤水分的长期动态效应,为黄土丘陵区梯田果园的可持续发展提供指导意义。结果表明, 坡改梯措施可明显减小0300 cm土层土壤储水量增量的年际变异,提高土壤含水量,减小土壤储水亏缺度,增大降雨对100300 cm土层土壤储水亏缺补偿度;梯田果园化后0300 cm土层土壤储水量增量的年际变异呈现较大幅度的波动, 200 cm以下土壤含水量明显减小,土壤储水亏缺度增大,土壤储水亏缺补偿度由20% 降为－10%。由此可见,梯田的蓄水保水量不足以供给果树的蒸腾耗水量,梯田果园化后将导致土壤水分的持续减少,可能导致土壤干层的形成。     

黄土高原水蚀风蚀复合区人工植被土壤水分状况

采用烘干法及WP4水势仪对黄土高原水蚀风蚀复合区人工林下土壤重量含水量及水势进行测定,从土壤水分数量和能量两方面分析该区土壤水分时空分布和动态变化特征,并且通过实测数据对不同树种土壤水分特征曲线进行拟合,旨在为该区今后植被建设及生态用水提供理论参考。结果表明,各树种在0-300 cm土层土壤含水量随深度增加而逐渐降低,并趋于稳定。0-30 cm土层土壤含水量变化剧烈,30 cm以下土层土壤含水量逐渐降低,并趋于稳定在3.00%~5.00%。土壤水分受降雨量及其分配影响显著,观测期内土壤储水量盈余26.7 mm。土壤水势与土壤含水量变化规律一致,土壤水分特征曲线拟合结果较好。在丰水年,降雨只对浅层土壤水分起到补给作用,深层土壤水分亏缺严重,存在土壤干层。在特殊降水年份对该区土壤水分进行研究具有重要意义。     

黄土高原不同林型对土壤腐殖质组成及胡敏酸性质影响的研究

不同林型下土壤腐殖质研究表明:(1)当年枯枝落叶及表层土壤C/N值均以油松林地最大,沙棘林地最低;表层土壤C/N值与林龄、枯枝落叶C/N呈正相关,与枯枝落叶灰分含量呈负相关。(2)剖面中腐殖酸、胡敏酸、富里酸各平均值为白桦林地>辽东栎林地>辽东栎×山杨林地>山杨林地>沙棘林地>油松林地,即阔叶乔木林地>灌木林地>针叶林地;胡敏素平均值大小顺序与此完全相反。(3)表层土壤胡敏酸芳构化程度在子午岭的为:白桦林地>辽东栎林地>辽东栎×山杨林地>山杨林地>油松林地>沙棘林地;六盘山为:山杨林地>辽东栎林地。剖面芳构化程度为:三层>二层>一层。     

山西榆次不同植被土壤水分有效性与干燥化效应

为了对山西省山区土壤干旱程度和水资源利用情况进行研究,通过称重法研究了山西榆次区不同植被(樱桃林地、耕地、枣树林地和杨树林地)及撂荒地土壤剖面水分变化特征、水分有效性及干燥化效应。结果表明:土壤平均含水量从小到大依次为杨树林地(8.10%)、枣树林地(9.94%)、撂荒地(10.70%)、樱桃林地(14.47%)和耕地(14.53%)。各植被下土层均有不同程度的干层发育,其中耕地和樱桃林地土壤为轻度干层,撂荒地主要为中度干层,而枣树林地与杨树林地则发育了中重度干层。杨树林地各土层均为无效水,枣树林地以无效水为主,撂荒地以无效水与难效水为主,耕地和樱桃林地受灌溉补给,以难效水与中效水为主。各植被中除杨树林地外,土壤水分含量均随土层深度增加先减后增。其中樱桃林地和枣树林地土壤水分都在0—3 m内呈递减趋势,3—5 m土壤水分迅速升高。耕地和撂荒地土壤含水量先减后增,均在2—2.5 m深度土层为含水量低值拐点。杨树林地土壤水分在0—3.5 m保持平稳,3.5—5 m水分呈下降趋势。     

黄土高原沟壑区不同植被对土壤水分分布特征影响

为探讨黄土高原不同植被类型下土壤水分分布特征,揭示其生态水文效应,以长武县王东沟小流域定位监测小区为研究对象,于2013年5月—2014年4月使用中子仪法对坡面4种植被覆盖类型(草地、沙棘、油松、沙棘油松混交林)下0—500cm深剖面上土壤水分进行了完整水文年的实际观测。结果表明:(1)草地平均土壤含水量显著高于沙棘、油松、沙棘油松混交林地(p0.05)。草地小区平均土壤水分含量随深度呈增加趋势,而沙棘、油松和沙棘油松混交林地表现为增加—减少—增加的倒"S"型;(2)500cm剖面上,草地和油松林地土壤水分变异系数小于沙棘和油松沙棘混交林地。4种植被覆盖类型下土壤水分都表现出春、冬积累和恢复,夏、秋消耗的季节性规律;(3)降雨量对0—200cm的土壤水分贮量具有明显影响,200—500cm土壤贮水量较为稳定,植被类型的不同增加了土壤储水量的差异。可见,草地土壤水分含量相对较高,变异性小;其他乔灌木植被类型土壤含水量相对较低,变异性大。降雨量的输入和温度的变更使土壤含水量的变化无论在剖面上还是随着时间进展具有一致性,而植被类型的影响则是在这种一致性基础上增大土壤含水量对降雨和温度的响应。     

子午岭次生林区土壤持水力及其与土壤有机碳的关系

通过野外调查和室内分析,就子午岭次生植被辽东栎、山杨、沙棘、狼牙刺、白羊草的土壤持水力及其与土壤有机碳含量的关系进行研究.结果表明,①植被间土壤持水力为:辽东栎＞山杨＞狼牙刺＞白羊草＞沙棘,除沙棘外,各植被土壤持水力和供水力随植被的正向演替而提高.②土壤比水容量即释水能力表现为乔木林大于灌木林和草地.③土壤水分特征曲线Gardner模型参数A、土壤有效水、土壤无效水含量与土壤有机碳含量有很好的相关性,相关系数分别达到0.83,0.80,0.79.     

大青山主要植被类型土壤物理特性的研究

对大青山5种主要植被类型土壤物理特性进行了研究.结果表明,在0-10 cm土层范围内,土壤石砾含量(粒级≥1 mm)、土壤容重均随土层深度增加而增加;土壤总孔隙度、田间持水量和最大持水量均随土层深度增加而减小.除辽东栎一虎榛子混交林外,乔木林地土壤石砾含量、土壤容重较灌木林地小,土壤总孔隙度、田间持水量和最大持水量较灌木林地大.土壤饱和导水率平均值排序为:虎榛子灌丛林＞山杨天然林＞白桦天然林＞油松人工林＞辽东栎-虎榛子混交林.0-60 cm土层饱和蓄水量山杨天然林最大达3 550.36 t/hm~2,辽东栎一虎榛子混交林和虎榛子灌丛林较小,分别为2 319.85 t/hm~2和2 271.87 t/hm~2.     

子午岭北部不同植被类型土壤水分特征研究

研究了子午岭北部黄土区次生植被演替过程中形成的不同植被类型对土壤水分特征的影响。结果表明:土壤含水量与土壤吸力之间关系符合幂函数θ=aSb,且相关系数达极显著。参数a值也随着植被类型的不同,呈现出有规律的变化,辽东栎群落>白桦林群落>山杨林群落>狼牙刺群落>虎榛子群落>铁杆蒿群落。在同一吸力段范围内,土壤含水量由高到低的次序为:辽东栎林群落、山杨林群落、白桦林群落、虎榛子群落、狼牙刺群落、白羊草群落、铁杆蒿群落、撂荒地。在低吸力段,不同群落0～20cm土壤平均含水量的差异明显,乔木林土壤的含水量最高,灌木林高于草地土壤,撂荒地土壤最低。在20～50cm土层中,随着土壤吸力的增高,各植被类型之间土壤含水量差异逐渐缩小。在中吸力段,乔木林地0～20cm土壤含水量最高,但草地土壤含水量超过了灌木林地。20～50cm土壤含水量的变化趋势与上层土壤相似。植被类型主要是通过提高土壤有机质含量,改善土壤结构,降低土壤容重和增加土壤毛管孔隙度等土壤物理特性对土壤的蓄水和持水性能产生作用。     

晋西北黄土丘陵区不同林龄柠条林地土壤干燥化效应

开展晋西北黄土丘陵区土壤干燥化效应研究对该区域植被恢复重建具有重要的现实意义。以晋西北五寨县张家坪林场3种不同林龄的人工柠条林为研究对象,对照撂荒地,分别对其2013年生长季(4—10月)0—600cm深层土壤水分进行了测定分析。结果表明:研究区内的不同林龄柠条林及撂荒地均发生了不同程度的土壤水分亏缺及土壤干燥化现象。(1)不同林龄柠条林及撂荒地由于降雨的入渗补充,除部分土层剖面土壤储水量有少量亏缺外,其余均呈不同程度的盈余状态,土壤储水量总体变化情况为:20a柠条10a柠条35a柠条撂荒地;(2)不同林龄柠条林0—600cm土层的土壤干燥化强度达轻度至中度干燥化强度,平均土壤干层厚度达447cm,并且随着林龄的增长,土壤干燥化的强度逐渐加强,各强度土壤干燥层厚度、总干层厚度及干化深度均呈增加趋势。而对照撂荒地的土壤干燥化指数SDI值为78%,并以轻度和中度干燥层居多;(3)综合考虑各降水年型,不同林龄柠条林及撂荒地剖面土壤干层水分恢复所需年限随着林龄的增加而逐渐增加,土壤湿度恢复难度呈增加趋势。     

晋北风沙区人工林土壤水分及粒度特征

以位于晋北风沙区右玉县贾家窑6种人工林地(11 a油松林、21 a油松林、23 a华北落叶松林、17 a油松+柠条混交林、柠条林和沙棘林)为研究对象,通过测定土壤含水量及粒度、计算粒度参数等分析比较不同林地土壤水分和粒度的变化及分布。结果表明:1)在0~100 cm深度,6种林地平均土壤含水量由大到小依次为:沙棘林11 a油松林柠条林17 a油松+柠条混交林23 a华北落叶松林21 a油松林;0~20 cm土层土壤含水量相对较低,较深土层土壤水分受植物蒸腾耗水、根系分布深度及密度等因素影响;2)6种林地的粒度组成以极细砂和粉粒为主。7个粒级中,柠条林和沙棘林粉粒占比最大,其他林地极细砂含量占比最大;3)在0~100 cm深度,6种林地土壤平均粒径大小依次为:23 a华北落叶松林11 a油松林21 a油松林17 a油松+柠条混交林沙棘林柠条林;4)沙棘林和柠条林有较强的水土保持能力,在晋北风沙区植被恢复过程中可以优先选择沙棘和柠条进行造林;5)研究区经过多年植被恢复,人工林耗水量增加。认为有必要根据土壤水分状况结合植被耗水特性和生长阶段开展人工林的科学管护,如适当调整植被盖度,加强林下草本和枯落物保护。     

黄土丘陵区不同林地土壤水分动态变化

研究黄土丘陵区不同林地的土壤水分变化,对于改善黄土高原生态环境建设有着重要的意义。采用定点监测的方法,对陕西省吴起县不同林地土壤水分动态变化进行了研究。结果表明:不同林地在生长季中土壤蓄水量具有显著差异,其顺序为:沙棘林>河北杨林>油松林>山杏林;林地的土壤蓄水量变化具有明显的季节性,根据生长季内土壤蓄水量的变化,可以将土壤水分变化分为3个时期:土壤水分恢复期、土壤水分消耗期、土壤水分补充期;各林地0-200 cm土层土壤水分变异系数从小到大为:山杏林>河北杨林>沙棘林>油松林;在雨水入渗、蒸发、蒸散的共同作用下山杏林地在0-60 cm土层含水量的变化明显大于其它林地。研究结果揭示了不同林种对土壤水分消耗和补给的影响,为当地造林结构配置和植被恢复与重建工作提供一定参考依据。     

刺槐林地土壤水分与林下植物生物量的关系

对比研究了安塞县不同林龄刺槐林地及撂荒地土壤水分年际变化特征及样地生物量特征.结果表明,刺槐林地土壤水分含量及储水量随林龄增长降低,过熟林的剖面含水率接近凋萎湿度;0-140 cm土层生长季土壤水分变异系数遵循过熟林>成熟林>幼龄林>撂荒地的规律,而140-500 cm土层则基本与上述规律相反.成过熟刺槐林下植被地上部生物量略高于同期撂荒地,土壤水分与地上部生物量仅存在微弱的负相关关系.说明刺槐生长虽然消耗了大量土壤储水,并未降低林地生产力.将刺槐作为先锋树种用于研究区的植被恢复有助于迅速形成植被覆盖,林下植被的健康发育足以保证刺槐衰退后的生态系统持续稳定地发挥其生态功能.     

刺槐林地土壤水分与林下植物群落生物量的关系

通过样地调查,对比研究了不同林龄刺槐林地和撂荒地土壤水分年际变化特征及样地生物量特征。结果表明,刺槐林地土壤水分含量及储水量随林龄增长降低,过熟林的剖面含水率接近凋萎湿度;0—140 cm土层生长季土壤水分变异系数遵循过熟林>成熟林>幼龄林>撂荒地的规律,而140—500 cm土层则基本与上述规律相反。成过熟刺槐林下植物群落地上部生物量略高于撂荒地,土壤水分与地上部生物量仅存在微弱的负相关关系。说明刺槐生长虽然消耗了大量土壤储水,但未显著降低林下植物群落的生产力。研究表明,将刺槐作为先锋树种用于黄土高原森林草原区的植被恢复有助于迅速形成植被覆盖,发挥刺槐林的水土保持功能。同时,林下植物群落的健康发育可以保证刺槐衰退后的生态系统持续稳定地发挥其生态功能。     

晋西黄土丘陵沟壑区人工林下草本植物生物多样性研究

以长武王东沟小流域径流小区为试验点,研究了于黄土高原高塬沟壑区坡面表层土壤水分特征,分析了降雨量、植被覆盖度对地表土壤水分的影响,旨在为该区植被恢复和水土流失治理提供科学的理论依据。研究结果表明,0—30cm土层土壤含水量呈现中等变异。15°阳坡土壤含水量小于35°半阳坡土壤含水量。土壤水分的变化趋势与降雨量的变化趋势基本一致,0—10cm土层土壤含水量与降雨量具有良好的同步性,而10—20cm土层和20—30cm土层土壤含水量的同步性较差。植被覆盖度越高,其土壤平均含水量就越高,植被覆盖度达到40%时,中坡和下坡的剖面各层土壤含水量随深度增加而减少的趋势更加明显。土壤平均含水量从坡顶到坡底逐渐增加。0—30cm土层土壤含水量随深度增加而减少。     

晋西北黄土丘陵区人工林地土壤水分亏缺评价

[目的]定量评价半干旱黄土丘陵区人工林地土壤水分亏缺现象,为科学指导该区域合理配置植被和生态恢复建设提供理论依据。[方法]以地处晋西北的五寨县为目标研究区域,通过构建土壤水分亏缺定量评价模型,对柠条林(Caragana korshinskii)、小叶杨林(Populus simonii)、油松林(Pinus tabuliformis)土壤水分相对亏缺指数和样地土壤水分相对亏缺指数进行计算。[结果]3种人工林地均有不同程度的土壤水分相对亏缺现象,小叶杨林和柠条林在0—200cm有轻微土壤水分亏缺,小叶杨林在200—600cm深度内没有土壤水分亏缺,柠条林在200cm深度以下土壤水分亏缺值随土层深度增加而升高;油松林在0—200cm土层深度内,土壤水分亏缺严重,在200cm深度以下土壤水分亏缺值随土层深度增加而有所降低;3种林地的样地土壤水分相对亏缺指数分别为0.16,-0.12和0.31,油松林的土壤水分亏缺程度高于另外2种林地;3种人工林地均有不同程度的干层分布,以轻度和中度干层为主,油松林在浅层土壤有重度土壤干层发育。[结论]晋西北黄土丘陵区3种人工林地中,油松林土壤水分亏缺最为严重。