黄丘区野外坡面土壤水分变化对次降雨过程的响应

土壤水分的垂直变化与空间变异特征对坡面降雨入渗和产流过程有重要影响。为了研究黄丘区降雨-土壤水分响应关系,在天水罗玉沟流域建立野外坡面小区,利用野外水分动态观测和人工模拟降雨试验,研究天然状态和90 mm/h降雨强度下的土壤水分变化规律。结果表明:天然状态下,土壤剖面土壤水分的垂直变化可以划分为速变层(0~20 cm)、活跃层(20~30 cm)、次活跃层(30~40 cm)和相对稳定层(40~100 cm),土壤水分的垂向分布存在分层现象,坡向分布存在显著的坡位差异(P0.05)。降雨过程中,降雨能明显增强土壤水分的活跃性,主要表现在0~30 cm土层范围内,随土层深度的增加,降雨对土壤水分活跃程度的影响逐渐减弱。0~30 cm土层土壤水分随降雨时间变化表现为3段式,即快速上升期、稳定期、略微下降期,深层次土壤水分在垂向的变化中表现为不均匀性,存在梯度性差异;除0~30 cm土层外,降雨仅增加各土层中的土壤水分,对各层间土壤水分在整体土层范围中土壤水分的占比影响较小,雨中坡位间土壤水分的分布差异更为显著(P0.01)。随着0~30 cm土层的土壤水分含水率的增加,产流速率呈增加并趋于稳定的趋势,产沙速率的变化趋势为产沙量达到高峰后逐渐减小并趋于稳定。     

黄土丘陵区采煤塌陷裂缝对坡面土壤水分的影响

通过研究采煤塌陷裂缝对坡面土壤水分分布的影响,以及不同坡向上的裂缝周边土壤水分状况,以期找出坡面及不同坡向上的裂缝对土壤水分的影响机制。结果表明:不同坡向上的土壤水分状况阴坡>坡底平地>坡顶>阳坡;坡面下部水分状况比上部好,坡面上的采煤塌陷裂缝对裂缝上坡位土壤水分的影响大于下坡位;裂缝对裂缝处土壤水分影响最大,在不同土壤层次上土壤水分含量均是20—40 cm>10—20 cm>0—10 cm。     

陕北黄土区浅沟土壤水分空间分布特征

以陕北黄土区吴起县合沟流域浅沟土壤水分为研究对象,通过对研究区不同深度、不同坡向、不同坡位的浅沟土壤水分空间分布特征进行研究。结果表明:(1)根据浅沟与原状坡油松生长量关系,将浅沟划分为深浅沟(40 cm≤浅沟深度)和浅浅沟(20 cm≤浅沟深度40 cm);(2)研究区浅沟土壤水分高于原状坡;浅沟土壤水分在0—60 cm土层聚集,原状坡则在0—40 cm土层聚集;(3)浅沟不同土层土壤水分变异程度不同,阳坡土壤水分变异性较阴坡小;20—60 cm土层中,浅沟土壤水分变异系数较大,土壤水分较活跃,其他土层变异系数较小,土壤水分较稳定;(4)不同坡位、不同坡向和不同深度的浅沟土壤水分存在显著差异;在浅浅沟中,土壤水分表现为下坡位上坡位中坡位;深浅沟则为上坡位下坡位中坡位;在浅沟内,阴坡在中、下坡位土壤水分显著高于阳坡,阳坡上坡位土壤水分则高于阴坡;原状坡阴坡土壤水分显著高于阳坡。     

水力侵蚀对砒砂岩区土壤有机碳空间变异性的影响

以侵蚀剧烈的砒砂岩区为研究对象，应用地统计学Kriging插值法准确描述水力侵蚀下土壤有机碳空间动态迁移过程来探究侵蚀与碳平衡的关系并为有效治理砒砂岩区坡面水土流失提供科学的参考。结果表明：（1）降雨前后各土层有机碳均随着土层增加而减少，表现为中等变异、空间自相关均为正相关且0—10 cm土层自相关性最大。降雨后0—20 cm土层有机碳含量减少而20—40 cm土层增加，且各土层变异程度均较雨前减弱。（2）降雨前后土壤有机碳分别与高斯模型，球状模型较为拟合，且变程值均随土层增加而增大。降雨前后0—10 cm土层表现均为强烈空间相关性且雨后结构比增大，而10—40 cm均为中等相关性雨后结构比减小。（3）降雨后空间异质性减弱斑块面积变大，总体表现为同一土层坡上侵蚀坡下沉积，而不同土层下0—20 cm土层表现为侵蚀，20—40 cm土层表现为沉积。（4）降雨前后土壤有机碳均与黏粒呈现较显著正相关，其中降雨前0—10 cm土层有机碳与黏粒为极显著正相关，降雨后各土层相关性增强均为极显著正相关。但降雨前后土壤有机碳与粉粒相关性均较小且不显著，与砂粒则基本表现为负相关。     

云南干热河谷不同坡面整地方式强化降雨入渗的效益

通过对云南元谋干热河谷典型坡面上改造于2001年的水平台、水平沟及对照自然坡面的土壤水分进行动态监测,分析计算不同坡面整地方式在集中降雨条件下湿润峰运移情况、土壤水分通量及土壤持水量,结果表明:集中降雨后,缓坡上水平台整地在0—200 cm土层范围内湿润峰运移较明显;陡坡上的水平沟整地在0—100 cm土层范围内湿润峰运移较快,由于侧渗损失较大,100 cm以下土壤水分改善不明显;自然坡面在降雨前后只有0—40 cm土层范围内土壤水分有明显变化,40 cm土层以下湿润峰下移趋势不明显。实施水平台和水平沟整地后,强化了天然降雨入渗,分别能将89%和83%的降雨转化为土壤水分,在时空上对降雨重新进行了分配,而自然坡面只有22%的天然降雨能转化为土壤水分。水平沟和水平台整地能将拦截入渗的降雨转化为0—200 cm土层土壤水分,0—200 cm土层持水量最大增幅分别可达57.67、56.93 mm,并能使入渗的水分长时间蓄存在土壤中。     

金沙江下游季节性干旱区紫色土坡耕地土壤水分变化特征

土壤水分是季节性干旱区农业生产的限制因子,研究紫色土坡耕地土壤水分变化特征有助于解决坡耕地的生态水文型干旱问题。以金沙江下游季节性干旱区紫色土坡耕地为研究对象,使用PR2/6土壤剖面水分测定仪在雨季对5°、10°、15°、20°、25°、30°坡面10、20、30、40、60、100 cm土层的土壤体积含水量进行连续监测,分析紫色土剖面含水量变化特征。结果表明:坡耕地土壤水分随时间的变化特征可分为四个阶段:6月初至6月底为土壤水分恢复期,7月初至8月中旬为土壤水分快速补充期,8月中旬至8月底为土壤水分消耗期,9月初至9月底为土壤水分回升期。土体剖面含水量自上而下呈现逐渐增加的趋势,且各层含水量都具有显著的差异性和相关性。6个监测点最大含水量均出现在100 cm处,为19.67% ~ 33.82%,最小含水量大多出现在20 cm处,为3.07% ~ 11.71%。土壤含水量变异系数自上而下逐渐降低,10 cm处土壤含水量变异系数最大,为8.67% ~ 56.28%,100 cm处最小,为0.68% ~ 14.76%;土壤含水量随着坡度的增加总体上呈减小趋势,在0 ~ 60 cm土层,10°监测点的土壤含水量最高,为12.20% ~ 20.40%,在0 ~ 100 cm土层,25°监测点的土壤含水量较低,为4.28% ~ 19.22%。降雨和坡度对土壤含水量均有显著影响,二者对土壤含水量的影响随土层深度的增加而减弱。研究结果对紫色土坡面水资源高效利用及提高农业生产力具有重要意义。     

三峡库区茶园坡面土壤水分空间分布特征及对降雨补给的响应

利用高频率(5 min)的土壤水分探针和自动气象站监测三峡库区典型茶园坡面与林地坡面的土壤水分变化过程及其对降雨的响应，明确了林地和茶园土壤水分变化的规律，揭示了土地利用方式和微地形对土壤水分和降雨储蓄的影响机制。结果表明：(1)在时间上，茶园和林地土壤含水率随降雨量的变化而改变，土壤含水率随土层深度呈现“W”型和“S”型变化。土壤含水率年内变异系数随着土层深度的增加而降低，表层土壤(10 cm)含水率为中等变异水平(10%相似文献   

黄土区退耕封育草地微生境土壤水分变化规律

干旱、半干旱地区土壤水分亏缺是影响植被恢复与重建的限制性因子,探讨不同微生境0—60 cm土层土壤含水量的变化规律对指导植被恢复具有重要现实意义。按照机械布点原则,采用烘干法测定了土壤含水量。分析结果表明,（1）0—60 cm土层土壤含水量平均值表现为：半阴坡〉半阳坡〉阳坡;（2）同坡向不同微生境类型（峁坡坡面、峁坡坡面浅沟、峁坡坡面小切沟、大切沟沟底、大切沟阳坡或半阳坡、大切沟阴坡或半阴坡、沟坡坡面）之间0—60 cm土层土壤含水量差异极显著,其含水量的大小主要取决于局部地形和植被生长状况,局部小地形主要影响降水和日照的再分配,植被主要影响降水截留和蒸腾;（3）根据含水量的大小,将3个坡向21个微生境类型划分为3个类群,其含水量依次为11.68%,8.68%和5.77%。     

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。     

东北黑土区农田土壤水分剖面分布与大气降水关系的研究

东北黑土区属于雨养农业,大气降水是土壤水分的主要来源,大气降水的强度和频率是影响水分在剖面分布的重要因素。以中国科学院海伦农田生态系统野外科学观测研究站内水分平衡观测场的自然降水条件下的0~170 cm土体为研究对象(三次重复),2011~2016年的每年5月25日~9月10日利用中子仪测定0~170 cm土层土壤含水量,其中0~10 cm、10~20 cm和160~170 cm土层深度间隔10 cm,40~160 cm间隔为20 cm。研究结果表明:观测期内64.35%以上的降水发生在7月5日~8月20日,0~170 cm不同土层的平均含水量在24.71%~37.23%之间(体积含水量),随着剖面深度的增加不同深度土层间土壤含水量差异逐渐减弱;受降水、地面蒸发和作物耗水的影响,土壤含水量变化最大的层次为0~10 cm土层。当单次降水量达到178.20 mm时,0~170 cm各层土壤含水量均增加,但49.30%的降水储存在0~40 cm土层;而在作物生长季节持续15 d无降水时,0~170 cm各层次土壤水分均呈亏缺状态,其中消耗水量的47.38%~58.80%来自0~40 cm土层。因此,东北黑土区农田0~40 cm土层对于容纳大气降水、满足作物需水具有重要作用,应通过耕作和有机物料还田等措施进一步改善这一土层土壤物理性质以增强其蓄水、保水和供水的能力。     

水平沟整地措施对黄土丘陵区草原土壤水分动态平衡的影响

三峡水库消落带是库区水域与周边陆地环境的关键过渡地带,周期性反季节干湿交替使其具有强烈的物质交换特征。辨析消落带泥沙及其吸附的颗粒态磷的来源对消落带土壤污染防治和环境效应评估以及三峡水环境保护具有重要意义。以三峡库区汝溪河支流不同高程（145～155、>155～165、>165～175 m）消落带为研究对象,运用复合指纹技术查明,消落带泥沙中颗粒态磷的主要来源是长江干流悬移质和汝溪河上游悬移质。淹水期间长江干流江水顶托引起的泥沙沉积是颗粒态磷的主要来源,在>165～175 m高程带对颗粒态磷的贡献达到最大（54.5%）。雨季初期支流上游悬移质对145～155 m高程消落带的颗粒态磷贡献最大（51.6%）,而随高程的增加贡献率减少。消落带上方的土壤侵蚀产沙主要堆积在>155～165和>165～175 m高程范围内,导致消落带上方土壤对泥沙和颗粒态磷的贡献率都随高程的增加而增加。     

干旱半干旱区退化草地土壤水分变化及其对降雨时间格局的响应

降雨是干旱半干旱地区的主要水分来源,降雨量、降雨时长和降雨强度等共同影响降雨入渗,进而影响降雨对地表下不同土层的补充。研究干旱半干旱区退化草地生态系统不同土层土壤水分对不同量级降雨时间格局的动态响应变化,对于揭示水土关键要素、草地荒漠化防止及应对气候变化的影响均具有重要意义,基于2018年连续对锡林郭勒盟正镶白旗额里图牧场的降雨及地表下5,15,30,60,100 cm的土壤体积含水率数据的观测,探讨了各土层土壤水分变化及其对降雨事件大小的响应。结果表明:对于干旱半干旱区草地而言,降雨可以显著影响5-60 cm的土层土壤水分;随着土层加深,相同降雨过程引起的土壤水分增量呈降低趋势,0-10,10-20 cm土层土壤水分增量明显,小于3,6,20,50 mm的降雨不能到达地表以下5,15,30,60 cm土层;高降雨强度、降雨前较高的土壤含水率有利于雨水的下渗,5-60 cm土层的土壤水分增量与降雨强度、土壤初始含水率以及二者交互作用均呈显著或极显著线性关系,100 cm土层的土壤水分增量与降雨强度、土壤初始含水率以及二者交互作用均无显著线性关系,且30,60 cm土层土壤水分增量只在无雨日间隔极短且降雨量很大的情况下有明显波动。     

黄土丘陵区柠条人工林土壤水分动态变化特征及降雨特征对其影响

明确黄土丘陵区降雨对土壤水分影响，对准确评估降雨格局变化对生态系统结构和功能的影响具有重要意义。以陕北黄土丘陵区退耕地栽植后自然撂荒23年的柠条人工纯林为研究对象，通过土壤湿度传感器监测不同土层土壤体积含水量，探讨不同土层土壤水分补充增量对降雨特征(降雨量、降雨历时和降雨强度)的响应。结果表明：(1)土壤水分消耗和补充主要集中于0-500 cm土层，其月变化在垂直剖面呈“双峰”(4—5月)、“单峰”(6月)和“双峰”(7—10月),随土层深度增加变化率减弱；(2)当降雨量>4 mm时表层土壤水分得到有效补充，当其超过142.8 mm时补充深度可到达200 cm土层，其中长历时强降雨较短历时强降雨对土壤水分补充增量小，但其补充深度较深，达到峰值时间长，但小降雨长历时则土壤水分补充增量较小；(3)降雨特征对土壤水分影响随土层深度增加而减弱，其中降雨量和降雨历时对土壤水分影响主要在0—50 cm土层，而降雨强度对其影响主要在0—30 cm土层。降雨量(降雨历时)和土壤水分补充增量对数拟合最优，而降雨强度与其则表现为幂函数拟合最优，其可分别解释土壤水分补充增量的39%～76%(降雨量)、...     

不同降雨等级下杉木林土壤含水率和侧向流变化特征

为了探究不同降雨等级对林下不同深度土壤含水率和侧向流变化的影响,探究南京城郊杉木林各层土壤含水率、侧向流变化对降雨事件的响应,分析土壤含水率变化量与累计降雨量和侧向流的关系,初步探讨杉木林的水源涵养机制。选取南京市铜山林场46年生杉木林,在大、中、小3种降雨等级下,采用ECH₂O土壤水分监测系统对土壤剖面0—5,5—15,15—30,30—60 cm的土壤水分含量进行了实时连续监测。结果表明:（1）0—5,5—15 cm土层土壤含水率变化曲线和降雨量变化曲线具有同步性,15—30,30—60 cm土层含水率达到峰值时间滞后1～1.5 h;（2）小雨条件下,只有0—5,5—15 cm土层变化趋势较明显,侧向流主要发生在5—15 cm土层;（3）中雨条件下,雨强在8 mm/h和15.2 mm/h时,土层含水率出现2次明显的响应,侧向流主要发生在15—30 cm土层;（4）大雨条件下,累计降雨量22.8 mm时,5—15,15—30,30—60 cm土层出现峰值,侧向流主要发生在30—60 cm土层;（5）小雨、中雨、大雨过程中产生的最大侧向流分别为1.55,13.88,94.77 mm,随着降雨量的增加,侧向流有增加的趋势。土壤水分入渗为非饱和入渗,随着土层深度的增加,含水率峰值逐渐增大,侧向流增加较明显。土壤含水率变化和降雨量有较好的线性关系且相关性较强,随着降雨量的增加,土壤含水率和降雨量的相关性越来越差。土壤含水率变化量与累计降雨量和侧向流三者间互有显著相关性,最大侧向流与累计降雨量呈指数关系,y=0.7614e^0.2238x。     

垄沟集雨对紫花苜蓿草地土壤水分、容重和孔隙度的影响

在旱作条件下, 将垄沟集雨措施应用于紫花苜蓿种植, 研究沟垄宽比和覆膜方式对2年龄紫花苜蓿草地土壤水分状况、土壤容重及孔隙度的影响。结果表明: 全越冬期, 膜垄和土垄处理0~120 cm土壤水分平均散失量分别低于CK(平作)28.43 mm和13.61 mm。膜垄处理整个集雨期的蓄墒增加率为59.03%~99.27%, 产流效率为53.43%~91.72%; 2009年集雨前期(4月上旬~6月上旬)土垄处理的蓄墒增加率、产流效率分别为1.92%~2.74%和1.71%~2.55%, 2009年集雨中后期(6月中旬~9月下旬)土垄处理的蓄墒增加率、产流效率较集雨前期显著升高, 分别为8.85%~36.77%和8.01%~35.82%; 膜垄和土垄处理的蓄墒增加率、产流效率均随垄面宽度增加而显著增加, 且膜垄的蓄墒增加率、产流效率显著高于土垄处理。垄沟集雨种植能够显著降低0~40 cm土壤层容重, 且0~20 cm土壤层容重降幅表现为膜垄大于土垄。垄沟集雨种植也能够显著增加0~40 cm土壤层孔隙度, 且0~20 cm土壤层孔隙度增幅表现为膜垄大于土垄。     

紫色土坡耕地生物埂土壤抗剪强度对干湿作用的响应

生物埂土壤水分在次降雨中存在"干-湿-干"变化过程,这对生物埂土壤抗剪强度具有削弱作用。该文以紫色丘陵区花椒埂(HJ)和桑树埂(SS)为研究对象,通过根系现场挖掘法和土壤物理、力学性质测定等综合方法,研究生物埂土壤水分及抗剪强度在天然降雨干湿作用下的衰减-恢复效应。结果表明:1)生物埂土壤含水率随干湿作用表现出"急剧增加-急剧降低-稳定波动"趋势,小雨条件下生物埂0~20 cm土壤含水率变化明显;而在大雨和暴雨条件下,生物埂0~30 cm土壤含水率均变化明显,且分别在3种降雨发生后第5、7、9天土壤含水率趋于稳定;2)生物埂土壤黏聚力和内摩擦角均呈现"急剧衰减—相对稳定—逐渐恢复"趋势,小雨条件下生物埂对土壤黏聚力和内摩擦角具有增强效应且随垂直深度呈降低趋势;3)花椒埂、桑树埂在暴雨条件下能显著削弱干湿作用对土壤抗剪强度的劣化效应,2种生物埂的土壤黏聚力劣化率较对照埂分别降低44.03%、65.05%,而内摩擦角劣化率分别降低42.47%、45.70%。研究结果可为紫色丘陵区坡耕地生物埂措施设计和坡耕地耕层水土资源保护利用提供技术支持。     

黄土丘陵区水平梯田保水保土效益分析

水平梯田是防止水土流失的一种有效方式。在韭园沟流域的支沟——王茂沟流域分别选取梯田和坡耕地进行土壤采样,测定土壤含水量,结合¹³⁷Cs示踪,对比分析了梯田长期的保水保土效益。结果表明:梯田土壤水分变化分为土壤水分剧变层（0—20 cm）、土壤水分活跃层（20—30 cm）和土壤水分调节层（30 cm以下）;梯田不同深度土壤含水量均表现为内侧（第一级） > 中部 > 外侧（第五级）;坡向对梯田土壤水分的影响并不是十分显著;梯田0—20 cm土壤蓄水量高于坡耕地7.2%;0—40 cm平均土壤蓄水量高出坡耕地1.8 mm;研究流域坡耕地与梯田侵蚀程度分别属于极强度侵蚀和强度侵蚀,梯田平均水土保持效益为53%。建议在该地区修建梯田时,提高梯田的设计标准,对梯田田面、田埂认真维护,实现梯田长期的水土保持效益。     

樟子松固沙林土壤水分动态对降雨入渗的响应

[目的]分析樟子松固沙林土壤水分动态对降雨入渗过程的响应,为深入研究沙地人工林土壤水分管理提供科学依据。[方法]采用Watchdog土壤水分自动监测系统测定了浑善达克沙地2个生长周期内沙地樟子松林和流动沙丘0—120cm土层水份含量的动态,并选择3种降雨事件探讨樟子松林土壤水分对降雨入渗的响应过程。[结果]在降雨量19.4mm时,樟子松林地降雨入渗到达20cm所需要时间为4h,而流动沙丘为5h;降雨量30.2mm时,樟子松林地降雨入渗到达40cm所需要时间为13h,而流动沙丘为9h;降雨量47.1mm时,樟子松林地降雨入渗到达80cm所需要时间为27h,而流动沙丘为24h。降雨19.4~47.1mm时樟子松林地降雨入渗深度可达80cm,而流动沙丘在降雨19.4mm时降雨入渗深度则超过80cm,降雨30.2mm或47.1mm时,降雨入渗深度则超过120cm。[结论]不同降雨事件对樟子松林不同土层降水入渗进程和降水入渗深度有明显影响。     

石羊河尾闾黏土质夹层结构土壤对降雨入渗的响应

为探明该种土壤结构如何影响降雨在土壤中再分配及其影响效果,采用自然降雨背景下的人工试验方法开展了黏土质夹层对降雨入渗影响效果的试验研究。结果表明:(1)降雨后经过相同时间水分再分布后的土壤末期含水率主要受控于降雨初期含水率、降雨入渗所能达到的最高含水率及其黏土夹层厚度;(2)黏土质夹层表层沙土土壤含水率在降雨条件下经过长期水分再分布后表现出黏土层厚度越小,表层含水率越低的特征;黏土层及黏土层下部的沙土层初始含水率越高,在降水初期水分增加量、增加速度以及水分流失量、流失速度与初始含水率具有一定的正相关关系。因此,黏土质夹层结构土壤阻滞水分入渗到植物难以利用到的深层,将水分固持于黏土层及黏土层上下部,在表层覆沙20 cm情景下,10,20,30 cm厚度的黏土质夹层以10 cm处理总体水分保持效果最好。     

干热河谷冲沟沟床土壤水分时空分异特征

为探究干热河谷冲沟沟床土壤水分时空分异特征,选取了元谋干热河谷1条典型冲沟,对其不同分段(沟头、上游、中游、下游)下10,20,30,40,60,100 cm土层的土壤水分开展定位监测。结果表明：(1)沟床不同分段各土层(除100 cm土层外)含水量整体变化趋势一致,均表现为明显的干湿季特征;湿季(5—10月)土壤水分相对较高(7.64%～28.91%),受降雨影响大;干季(11—次年4月)则长期处于较低水平(6.11%～11.97%)。(2)沟床土壤水分从沟头至下游沿程变化在干湿季有明显差异,湿季表现为先减小后增加,下游(17.36%)显著高于沟头(15.46%)和上游(12.19%);干季则是先减小后增加再减小,沟头(10.64%)显著高于上游(6.74%)和下游(9.10%)。不同土层深度上,浅层(10—20 cm)和深层(60—100 cm)土壤水分含量在干湿季均较高,水分最小值出现在30—60 cm土层,其中干季30 cm土层水分亏缺严重。(3)沟床土壤水分最高日期通常出现在7日内累积降雨达76.1 mm以上的年最大降雨月当月;最低日期通常出现在持续无降雨条件下,如干季末期,...