黄土塬区10m深剖面土壤物理性质研究

土壤水分是影响黄土高原植被生长和生态环境建设的主要因素。已有对黄土高原土壤的持水性能、水分有效性能与移动性能、黄土高原环境的旱化与黄土中水分关系等方面的深入研究[1,2],也有小流域内土壤水分物理性状与地形和利用条件之间关系的具体分析[3,4]。但是这些工作所涉及的土壤剖面深度多为2 m或3 m,深层土壤水分物理参数研究还少有报道。而对于具有深厚土层的黄土塬区,高产农田与多年生林草地在土壤深层产生了不同程度的干燥化[5~7],土壤干燥化的深入探讨需要与剖面土壤物理性质相关联。为此,有必要对植物根系伸展范围以至更深层次的土壤质地、容重、水分特征曲线、饱和导水率、田间持水量以及萎蔫湿度等土壤物理性     

黄土区深层土壤干燥化程度的评价标准

黄土高原地区深层土壤干燥化是人工林草植被过度耗水导致土壤水分负平衡的结果。如何定量评价深层土壤的干燥化程度,有助于确定适宜的植被类型和密度,保证人工植被建设的顺利进行。将土壤水分的几个主要指标与水分特征曲线相结合,从能量的角度初步建立了黄土高原地区深层土壤干燥化程度的评价标准,并利用该标准评价了黄土高原沟壑区刺槐林地深层土壤水分的干燥化程度。     

黄土高原苹果园深层土壤干燥化特征

为了评价黄土高原苹果产区深层土壤干燥化特征及其区域分布规律,测定了其半湿润黄土台塬区(Ⅰ)、半湿润易旱黄土旱塬区(Ⅱ)、半湿润偏旱和半干旱黄土丘陵区(Ⅲ)等不同气候和地貌类型区32块苹果园地0～1500cm土层土壤湿度,定量比较和分析了各类型区苹果园地深层土壤含水率、土壤湿度剖面分布及其土壤干燥化特征。结果表明:1)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区苹果园地0～1500cm土层土壤含水率依次为17.53%、13.44%和10.29%,土壤有效贮水量依次为1273.70、973.98和864.05mm,土壤水分过耗量依次为199.93、465.10和362.70mm,年均土壤干燥化速率依次为8.47、26.29和23.44mm/a。人工补灌、树龄、种植密度和地貌类型等因素影响果园土壤湿度和土壤干燥化程度。2)各区有补充灌溉的果园土壤剖面湿度显著高于旱作果园,不存在或部分土层存在干燥化现象;旱作果园土壤剖面均存在深厚的干燥化土层。3)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ区有补充灌溉的苹果园地土壤干燥化指数(SDI)分别为-8%、-11%和-34%;旱作果园土壤干燥化指数(SDI)分别为32%、50%和46%,各类型干层厚度分别达到或超过790、1297和910cm。研究结果为黄土高原苹果园地深层土壤水分可持续利用和苹果生产基地可持续发展提供参考。     

洛川塬土壤水分特征及其对土地利用变化的响应

[目的]揭示洛川塬土壤水分特征及其对土地利用变化的响应,为优化黄土高原土地利用结构和土壤水分管理提供科学依据。[方法]测定农地、荒草地以及8,13,15,24,28和30a果龄的苹果园0—10m剖面的土壤水分,对比分析各样地的土壤含水率、土壤储水量及土壤干燥化特征。[结果](1)0—10m平均土壤水分含量:荒草地农地≈8a果园13a果园≈15a果园24a果园≈30a果园28a果园;≥24a果园土壤水分随深度增加逐渐减小,而其他样地的土壤水分随深度增加逐渐接近田间持水量。(2)以农地为参照,不同果园4—10m土壤水分减少量明显高于0—4m减少量,与农地的差异性随果龄增大而越发显著。(3)农地和荒草地转化为不同年限果园后出现水分亏缺现象,亏缺量占田间持水量的12%~46%。(4)24,28和30a果园分别出现轻度、中度和轻度干燥化现象。[结论]农地和荒草地转变成不同年限果园后,出现不同程度水分亏缺,并导致一定厚度的干层存在。     

黄土高原不同降水类型区林地、草地与农田土壤干燥化效应比较

黄土高原人工林草地和旱作农田土壤干燥化问题十分突出,严重威胁着人工植被建设成效和旱作农业可持续发展。通过对黄土高原半湿润区、半干旱区和半干旱偏旱区53类林地、草地和农田深层土壤湿度的观测,分析比较了各类型区各类林地、草地和农田土壤湿度、土壤水分过耗量、土壤干燥化指数、土壤干层厚度等土壤干燥化效应指标。结果表明:(1)林地、草地和农田土壤湿度平均值依次为6.46%～12.57%、6.49%～11.52%和9.32%～16.00%,均以半湿润区最高,半干旱区居中,半干旱偏旱区最低,林地、草地和农田土壤水分过耗量平均值分别为521mm、491mm和30mm,林地土壤水分过耗量以半干旱区最高,草地以半湿润区和半干旱偏旱区最高,农田以半干旱偏旱区最高;(2)林地、草地和农田土壤干燥化指数平均值依次为39%、42%和96%,分别属于严重干燥化、严重干燥化和轻度干燥化强度,林地土壤干燥化程度以半干旱区和半干旱偏旱区最严重,草地以半湿润区和半干旱偏旱区最严重,农田以半干旱偏旱区最严重,林地、草地和农田土壤干层厚度平均值依次为881cm、836cm和336cm,林地土壤干层厚度以半干旱区和半干旱偏旱区最厚,草地和农田以半干旱偏旱区最厚。     

低场核磁探测水稻田改蔬菜地土壤水分的相态变化

为了解水稻土转变为设施蔬菜地后土壤水分的相态变化,该研究在田间土壤调查的基础上,结合低场核磁测氢技术,评价了田间状态的水稻土和不同转化年限设施蔬菜地土壤水分的相态分布情况。结果表明:随着转化时间的延长,耕层土壤大孔隙吸持的自由水比重下降,土壤小孔隙吸持的束缚水比重上升,犁底层土壤水分的相态分布却无明显变化,土壤水分吸持性能在转化时间序列上呈现下降的趋势,但长期施用有机肥可以优化耕层质量,提升土壤大孔隙吸持自由水的能力,改善土壤水分供释性能;水稻土转化为设施蔬菜地土壤2 a后,出现新犁底层,使得原有的耕层土壤变薄,土壤水分吸持性能下降。核磁共振作为一种新的技术手段,可以实现实时、快速、准确地检测土壤水分的相态变化,可为设施农业的可持续管理提供新的技术支持。     

黄土高原旱塬区高产玉米田土壤干燥化与产量波动趋势模拟研究

为研究黄土高原旱作高产玉米田土壤干燥化与产量波动趋势,利用EPIC模型对黄土高原南部旱塬区玉米水分生产潜力和土壤水分动态进行中期(12a)和长期(30a)定量模拟研究。结果表明,在12a实时气象条件下的模拟时段内,旱塬地玉米水分生产潜力随降水量变化呈现波动性降低趋势,3m土层土壤有效含水量也表现为剧烈波动性和逐渐下降趋势,土壤干燥化趋势明显;在30a模拟气象条件下的模拟时段内,旱塬地玉米水分生产潜力呈现明显波动性轻微降低趋势,3m土层土壤有效含水量季节性和年际间波动性剧烈,从长时段看土壤有效含水量呈现略微上升趋势;在降水量减少幅度不显著的情况下,旱塬玉米地土壤干燥化现象只是一种短期过程,通常不会导致长期性土壤强烈干燥化现象发生,但玉米产量随降水量变化的波动性不可避免。     

黄土高原白草塬土壤水分特征及对土地利用变化的响应

[目的]对黄土高原白草塬土壤水分特征及对土地利用变化的响应进行分析,为该区水资源管理和生态建设提供重要的参考依据。[方法]测定并分析白草塬6种利用方式下0—10m的土壤水分,并基于土壤储水量、水分亏缺量及干燥化指数等指标评价土地利用变化的影响。[结果]6种土地利用方式0—10m平均含水量表现为:农地荒草地苜蓿地杏林地杏林柠条间作地杏林苜蓿间作地。土地利用变化对土壤水分的影响深度不同,苜蓿地与荒草地的影响集中在0—5m,而包含杏树的利用方式对土壤水分的影响向深层推进甚至可贯穿整个剖面。0—5m除农地外皆有重度土壤干燥化现象;5—10m包含杏树的利用方式干燥化程度较农地、荒草地和苜蓿地严重。[结论]农地转变为包含杏树的利用方式后对土壤深层水分有显著的影响,造成土壤水分储水量减少和干燥化现象严重。     

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。     

黄土高原林草地覆盖土壤水量平衡研究进展

黄土高原地处干旱半干旱区,水是地区生态环境改善的主要限制因子,严重阻碍了当地的植被恢复和生态重建.黄土高原林草地覆盖土壤蓄水量既有收入,又有支出,始终处于一种动态平衡但相对亏缺的状态.以黄土高原降雨时空变化、林草地土壤水分入渗、土壤水分蒸发蒸腾、土壤干层的形成以及水量平衡模型模拟等几个关键因素为切人点进行详细阐述,对其国内外研究进展进行回顾.提出关于黄土高原土壤水量平衡的研究,应在成熟林草地水源涵养功能及林草地水文生态过程的尺度扩展方面加大力度.     

沟壁侧面蒸发与黄土高原环境旱化关系初探

 为定量研究沟壁侧面蒸发对加速黄土高原环境旱化的作用,在侵蚀强烈的水蚀风蚀交错带选择典型冲沟,分别在沟岸地（邻近沟缘的沟间地部分）距冲沟沟缘20、100、200、300、400、500、600cm处布设中子管,研究沟岸地土壤水分的垂直分布及其动态变化。结果表明:土壤水分在距沟缘500cm范围内随距离增加而增加,证明了沟壁侧面蒸发作用的客观存在;对距沟缘不同距离0～300cm土层土壤储水量动态变化的研究表明:降雨发生时,不同距离各点的储水增量并无显著差异,但距沟缘20 cm处土壤水分损失最快,而500 cm土壤水分损失最慢,证明了沟壁侧面蒸发通过加速土壤水分蒸发加速黄土高原环境旱化的客观事实。沟岸地土壤储水量与距沟缘距离幂函数关系的确定为定量化研究沟壁侧面蒸发加速黄土高原环境旱化程度奠定了初步基础。     

黄土高原褐土和黑垆土剖面中Rb和Sr分布与全新世成土环境变化

对黄土高原 3个土壤剖面Rb和Sr分布规律的研究表明 ,全新世不同阶段的黄土和土壤中Rb和Sr分布存在明显的差异 ,Rb/Sr比值的变化反映了成土环境和成土作用强度的变化。全新世早期 ,气候比较温和干燥 ,风尘堆积速率降低 ,土壤发育表现为边沉积边成土 ;全新世中期 ,气候温暖湿润 ,沙尘暴很少发生 ,风尘堆积速率极低 ,生物风化成土作用达到最强 ,以至于在黄土高原面发育黑垆土 ,在关中盆地形成褐土。到了 3 10 0多年前 ,气候恶化变干 ,风尘堆积速率加快 ,土壤严重退化。从区域上看 ,冬季风对黄土高原南部的环境效应比夏季风对北部的环境效应要强 ;黄土高原南部季风场强的变化较北部大。     

2000—2019年黄土高原地区土壤保持时空变化及影响因素分析

为揭示全球气候变化背景下黄土高原的生态建设成效,以土壤保持量为评估指标,应用美国修正通用土壤流失方程,评估了黄土高原土壤保持服务功能以及植被、气象等因素对其影响,分析了2000年以来植被和气候变化影响下黄土高原土壤保持量时空动态变化特征。结果表明:2000—2019年黄土高原土壤保持量平均值为109.5 t/hm²,并呈增加趋势,平均每年增加2.0 t/hm²,空间分布黄土高原中部和东部土壤保持量增加较明显。2000年以来黄土高原地区植被NPP呈增加趋势,年平均值为330.5 gC/m²,且平均每年增加7.2 gC/m²; 2000年以来植被覆盖度年平均值为29.2%,且以平均每年0.52%的趋势增加。黄土高原地区2000年以来气温和降水量均显著增加,平均年降水量为469.1 mm,且呈增加趋势,平均每年增加3.1 mm,年平均气温为10.2℃,平均每年增加0.03℃。黄土高原生态恢复措施加强,加之区域“暖湿化”有利气候条件,促进了区域生态建设成效显现,成为黄土高原生态恢复、功能提升的重要因素之一。     

再造一个山川秀美的黄土高原——对黄土高原水土流失治理与生态农业建设的认识

<正>当从《陕西日报》上见到江泽民总书记在姜春云副总理《陕北地区治理水土流失,建设生态农业的调查报告》上的批示后.我所的科技人员心情待别激动.40多年来,我所科技人员坚持以黄土高原为重点开展水土保待科学研究,100余项科研成果获得了省、部级以上的奖励 近10余年来承担黄土高原综合治理国家科技攻关项目科研成果,获国家科技进步一等奖 有些科研成果已在治理工作中得到推广和应用.从科技实践中我们深切地体会到,江泽民总书记的批示完全符合实际、完全正确.我们通过科技攻关建立的安塞纸坊沟等小流域水土保持型生态农业实体示范模型,显示了黄土高原丘陵沟壑区严重退化的生态环境用20年的时间可以恢复,并走上良性循环的轨道.证明了只要依靠科学技术,坚持实施以生态效益为核心,社会和经济效益并举的综合治理方针和可持续发展战略,再造一个山川秀美的黄土高原的愿望一定能实现.     

新构造运动对黄土高原环境变迁的影响

新构造运动是黄土高原区域环境变迁的主导性因素。2．5Ma以来青藏高原的阶段性强烈隆升，导致了东亚季风气候的形成和加强，黄土高原乃至整个西北地区气候倾向干旱化趋势演化。黄土高原及其周边地区的阶段性隆升或沉隆与气候演化的共同作用，导致了黄土堆积沉积的跳跃式阶段性扩展。黄土高原地貌演化可以黄河水系的诞生为界限（1．67－1．43MaB.P)划分为二个阶段：古湖泊低地阶段和高原河流阶段。     

黄土高原塿土覆盖层与黏化层的土壤水文效应

黄土高原(土娄)土在《中国土壤系统分类(修订方案)》中属土垫旱耕人为土类的相应亚类,其土壤水分状况是诊断表层所属人为表层类堆垫表层(覆盖层)和诊断表下层(黏化层)的重要诊断特征。以土壤持水性能、蒸发性能和水分移动性能为切入点,对(土娄)土覆盖层和黏化层的土壤水文效应进行研究论证,以期对土垫旱耕人为土类及其亚类的诊断层与诊断特征获取更深层的认识。     

黄土高原水蚀风蚀交错区藓结皮覆盖土壤的蒸发特征

土壤蒸发是地表水分平衡及能量交换的组成部分,是干旱和半干旱区水文循环的关键环节。为探究黄土高原水蚀风蚀交错区生物结皮对土壤蒸发的影响,以风沙土和黄绵土上发育的藓结皮为研究对象,通过模拟蒸发试验和自然蒸发试验,测定了不同蒸发条件下藓结皮覆盖土壤和无结皮土壤的蒸发强度,分析了藓结皮覆盖土壤的蒸发特征及其与无结皮土壤的差异。结果表明:(1)模拟蒸发试验中,藓结皮对土壤蒸发过程的影响表现出明显的阶段性,与无结皮土壤相比,藓结皮使土壤蒸发强度在大气蒸发力控制阶段降低了3.04%～15.46%(0.21～1.05 mm/d),在土壤导水率控制阶段增加了32.26%～187.07%(0.58～2.54 mm/d),在水汽扩散控制阶段增加了12.91%～87.73%(0.05～0.34 mm/d);土壤累积蒸发量大小表现为藓结皮覆盖土壤无结皮土壤。(2)自然蒸发试验中,6月16日至9月3日,无降雨时藓结皮覆盖土壤和无结皮土壤的蒸发速率均较低,藓结皮覆盖土壤的日平均蒸发量是无结皮土壤的1.12～1.42倍,自然降雨后二者的蒸发速率快速增加,降雨后土壤蒸发量是降雨前的2.20～8.55倍;在8月10—22日观测期内,藓结皮在雨后增加了土壤含水量,并对土壤蒸发起到促进作用,藓结皮覆盖土壤的累积蒸发量显著提高了19.22%～64.09%(F=21.85,P0.01)。研究表明,藓结皮覆盖增加了风沙土和黄绵土的水分蒸发强度,可能会对黄土高原水蚀风蚀交错区土壤水分保持产生不利影响。     

Formation and movement of groundwater in the thick loess-palaeosol sequences of the Chinese Loess Plateau

Permeability and water-bearing space are important hydrological characteristics of the loess strata. In this study a systematic experiment was conducted to measure the magnetic susceptibility, grain size, porosity, and infiltration rate of the loess and palaeosol layers on a loess tableland of the central Chinese Loess Plateau, in order to investigate the differences in hydrological conditions between the loess and palaeosol layers. The magnetic susceptibility of the loess layer was lower than that of the palaeosol layer, but the average quasi-steady infiltration rate was about 0.31 mm min~(-1) higher, the coarse silt and very fine sand contents were about7.1% greater, and the porosity was about 5.7% higher. These differences were mainly due to pedogenesis, which was affected by the Quaternary climate. The pedogenesis differences between the loess and palaeosol layers resulted in hydrological property differences in terms of permeability and water-bearing space. The loess layer had a higher permeability and more water-bearing space than the palaeosol layer, which meant that the loess layer is more likely to form aquifers and the palaeosol layer is more prone to form aquitards.The groundwater in the loess strata had a multilayered characteristic, which depended on the relative impermeability of palaeosol layer and the alternate deposition of loess-palaeosol layers. The hydrological characteristics of the loess strata demonstrated that the Quaternary climate had an important control function on the formation and movement of groundwater. This knowledge provides a reliable theoretical basis for water resource development and utilization on the Chinese Loess Plateau, and this study extends the application of Quaternary climate change theory to hydrological systems in loess deposits.     

黄土高原地区森林与黄土厚度的关系

气候较干旱的黄土高原地区的植被类型和黄土高原厚度关系密切。森林植被分布于基岩山地和薄层黄土区。黄土有效水孔隙度高，水分入渗浅，土壤蒸限消耗水分较多，厚层黄土区的土壤水分条件不能满足森林植被的需要，因此厚度黄土区无森林植被分布。基岩山地和薄层黄土区的植被恢复可以林木为主，厚层黄土分布区应以 浅根草灌为主。     

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。