黄土高原粗质地土壤剖面水分运动与浅层地下水补给可能性模拟

黄土高原水土流失严重,生态环境脆弱,水资源短缺,地下水对保障区域社会经济发展和维持生态系统平衡具有重要意义,而该区的地下水转化和补给机制尚不明确。为探究黄土高原水蚀风蚀交错区土壤剖面深层水分运动及降水对浅层地下水补给的可能性,利用六道沟小流域分布的粗质地风沙土样地2013—2016年土壤剖面0~600 cm含水量数据,运用HYDRUS-1D模型对各土层水力参数进行反演和验证,并用于模拟样地土壤深剖面0~1 500 cm水分运移过程。结果显示,在平水年2014年(439 mm)和干旱年2015年(371 mm),0~600 cm土壤含水量生长季末与生长季初持平或略有亏缺;降水充沛年2013年(669 mm)和2016年(704 mm)土壤含水量生长季末远高于生长季初,降水入渗深度超过观测深度(600 cm)。深剖面水分运动模拟显示,2014年和2015年剖面含水量变化不明显,水分向深层运移微弱缓慢;但是,2013年和2016年降水可分别入渗运移至1 100 cm和1 200 cm深度,远超过样地上生长的旱柳根系区域,可能补给浅层地下水。在4年模拟期间,平均土壤蒸发为14.87 cm·a-1,平均植物蒸腾为33.70 cm·a-1,土壤水分主要以植物蒸腾形式损耗。在2个丰水年,得益于较充足的降水和粗质地风沙土壤的高入渗率,降水大量转化为土壤水快速向下入渗运移,模拟显示当年生长季末降水最深运移至1 200 cm,至年末已超过模拟深度(1 500 cm),水分继续运移可能补给浅层地下水。相关研究结果为黄土高原水蚀风蚀交错区地下水来源和补给机制提供理论依据。     

左云县店湾镇春季不同植被条件下土壤含水量研究

为了研究左云县店湾镇春季不同植被条件下0—600 cm深度范围内土壤垂直剖面水分变化特征,分别对该区乔木（白榆和小叶杨）林地、灌木（柠条和沙棘）林地和草地5种不同植被条件下土壤水分进行了研究。结果表明:研究区不同植被条件下土壤剖面含水量变化规律不同。左云县矿区春季各土层平均含水量草地最高,柠条林地次之,白榆林地最少。其中草地各土层平均含水量比柠条林地高0.3%,比白榆林地高3.8%。该区各植被条件下土壤水分主要呈难效水状态。且各植被条件下土壤在200—400 cm深度范围内都存在干层,有轻度干层、中度干层和重度干层发育。该区水循环主要是地表水循环,地下水循环基本不存在,形成了土壤—植物—大气的水分循环模式,属于异常水分循环类型。     

腾格里沙漠沙坡头地区旱季沙层含水量

[目的]研究腾格里沙漠沙坡头地区旱季沙层含水量、水分来源、水分存在形式、水分平衡等问题,为沙漠地区水分合理利用、沙漠化防治、沙地改良以及沙地农业生产提供科学依据。[方法]利用轻型人力钻打孔取样,进行水分测定。[结果]腾格里沙漠沙坡头地区旱季沙层平均含水量为1%~3%,一般具有分为3层的特点;沙层含水量存在明显的空间差异,洼地平均含水量最大,平坦高地和半固定沙丘中部含水量较低,流动沙丘中上部含水量最低;旱季时期沙层水分以薄膜水形式存在;研究区旱季沙层水分仍为正平衡,主要是由沙层的高入渗率和受蒸发影响深度小决定的;研究区有植被发育之处,在根系的吸水作用下沙层剖面中下部的含水量比无植被的剖面含水量低。[结论]研究区旱季沙层含水量低,空间差异较大,沙层水分仍保持正平衡状态。     

黄土丘陵区不同林龄乔灌林地土壤水分及持水性能研究

土壤水分是黄土丘陵区生态恢复过程中的主要制约因素,对该区典型流域不同林龄主要乔灌林地土壤容重、水分特征和持水能力的分析结果表明,表层土壤容重表现出天然灌木林乔木林人工灌木林果园,且容重随林龄的增加而减小,即20a25a30a。下层土壤容重与表层变化规律相似。土壤总孔隙度与土壤容重和非活性孔度变化规律相反,与土壤活性孔度和土壤孔隙比变化基本一致。0-50cm土层土壤含水量变化顺序为果园刺槐柠条狼牙刺,50-500cm土层则是刺槐林地最小,灌木林地在50-200cm土层的变动幅度较大,200-350cm土层柠条小于狼牙刺,350-500cm土层狼牙刺则小于柠条,主要受人工林种植密度和人为干扰措施影响。苹果园经过隔坡梯田整地措施,其林下0-500cm土层土壤水分含量最高。该区提倡"灌木先行"的植被恢复措施是必要的。表层土壤总持水量随林龄增加而增加,土壤总持水量变化顺序为天然灌木林地乔木林地人工灌木林地,有效持水量却表现出与总持水量相反的变化趋势,容重越低,土壤有效持水性越强。20-40cm土层及40-60cm土层的持水特性表现出与表层土壤相似的规律。     

毛乌素沙地几种灌木生长季土壤水分动态特征

土壤水分是影响沙漠植物生长的主要因素之一,该文以毛乌素沙地3种灌木为研究对象,分析了其生长季土壤水分变化特点,并采用Brownl-Forsythe检验方法比较几种灌木覆盖下土壤表层(0-20 cm)水分含量与裸沙地的差异.结果表明:土壤水分的变化受到根系深度和降雨特征的影响较大.不同灌木地下30-50 cm处土壤水分含量波动明显,是由于根系吸水导致.2004年灌木地土壤含水量在8月最大,而2005年为7月底最大,是由于降雨特征不同导致.油蒿与裸沙地土壤表层含水量差异显著(sig=0.04<0.05),而沙地柏、杨柴与裸沙地土壤表层含水量差异不显著(Sig值分别为0.239和O.308,均大于0.05),即油蒿对保持沙地土壤表层水分含量效果显著.     

民勤沙井子典型固沙植被区土壤水分动态与降水再分配研究

利用智能中子水分仪定时测定土壤水分的方法,在2006-2007年测定并分析了不同固沙灌木林地0-200cm深土壤共10个层次的水分时空变化特征和降水人渗再分配,结果表明:(1)民勤沙井子不同固沙灌木林地土壤水分季节变化表现为消耗期(6-7月);积累期(8-9月和4-5月),消退期(10月)-稳定期(11月-翌年3月).(2)土壤水分垂直变化为20cm土层含水量最低,60cm土层最高; 120-200 cm土层含水量随林地的不同而呈现减少、增加或保持稳定,(3)生长季节,土壤有效储水量0-40cm土层变化最频繁; 5种灌木林地0-200cm土层有效储水量.固定白刺沙包最高,97.9 mm.固定柽柳沙包最低,66.8mm.(4)降水在土壤中人渗深度和入渗历时不但取决于降水量,而且取决于降水强度,1.7 mm/h雨强平均湿润锋深度是0.7 mm/h的1.8倍,说明降水量相近,强度较大的降雨有利于水分向深层渗透.(5)降雨后水分在林地表层土壤中入渗增加,同时较深层的水分却表现为消耗,土壤水分的储存与消耗随着降水量和林地的不同而有差异.     

黄土丘陵沟壑区不同退耕草地土壤水分研究

为了研究黄土丘陵沟壑区不同退耕方式、不同深度土壤水分含量的变化规律。以陕西省安塞县纸坊沟流域水平阶草地和自然草地两种退耕草地为研究对象,通过野外定位连续观测资料,研究了两种草地0—500 cm土层内的土壤含水量变化。结果表明:降水对土壤水分的影响比较明显,且水平阶退耕草地土壤含水量(13.38%)自然退耕草地(13.21%);水平阶退耕草地和自然退耕草地浅层土壤含水量的年内变化趋势基本相同;200 cm深度以下水平阶退耕草地普遍高于自然退耕草地;在不同生长周期土壤水分在不同深度具有明显差异,以生长期为例,0—100 cm深度平均土壤含水量自然退耕草地(12.46%)水平阶退耕草地(11.58%),100 cm深度处自然退耕草地(14.02%)水平阶退耕草地(14.44%);次降雨对不同深度土壤含水量的影响不同,对表层土壤含水量影响最大。研究结果表明:在退耕还草基础上应该适当采取一些水土保持措施来提高退耕地植被恢复的效果。     

青海湖西侧石乃亥附近土壤水分研究

通过对青海湖西侧石乃亥乡土壤的打钻取样、颗粒分析以及含水量的测定,研究了土壤含水量变化特点、土壤干层与土壤水库等问题。结果表明,青海湖西侧土壤剖面水分分布特殊,含水量变化范围很大,上部0.6m深度范围内水分丰富,并有较多重力水存在,这是2009年该区降水量明显增加造成的。土壤0.6m深度以下含水量较低,有些剖面有轻度干层和中度干层发育,代表了正常年土壤水分含量特点。青海湖西侧土壤主要为粉砂土,土层厚度较小,土壤蓄水量较少,土壤水库的调蓄功能较差,在干旱年易于出现土壤缺水。研究得出,该区适于发展耗水少的草原植被和消耗水分少的农作物,不适于发展人工林。青海湖西侧在丰水年土壤上部水分尚未达到饱和状态,正常年降水量较少,该区大气降水通过土壤径流和地表径流补给湖水的可能性很小。     

不同植被覆盖类型黑土水分动态变化特征

采用中子水分仪定位监测方法,研究黑土区平水年大豆地、草地和裸地3种覆盖类型土壤水分变化特征.结果表明:土壤水分空间垂直动态变化随深度增加而降低,基于变异系数(CV)将土壤水分垂直变化分为4层,即水分速变层、活跃层、次活跃层和相对稳定层.不同覆盖类型下,土壤水循环深度依次为大豆地>草地>裸地,土壤水循环强度依次为草地>大豆地>裸地;3种覆盖类型的土壤剖面含水量在作物生长季节内呈增长型变化特征,裸地0～20 cm土层各时段土壤含水量均高于草地和大豆地;30 cm土层以下土壤水分含量依次为草地>裸地>大豆地.该区土壤储水量主要受降雨调控,3种植被覆盖类型下,土壤水分的总蒸散量依次为草地>大豆地>裸地.     

陕西省靖边县不同土层含水量与干层差异研究

根据野外考察和土层含水量的测定，研究了靖边县沙地土层和黄土层土壤含水量。结果表明，靖边几个研究点的沙地土层平均含水量小于3%，杨树林地黄土层平均含水量为7％左右；沙地土层含水量远低于黄土层含水量，杨树林沙地和沙柳沙地已经出现了严重的土壤干层，杨树林地黄土层出现了发育中等的土壤干层，干层发育深度都已超过6m。干旱气候是引起干层发生的主要因素，人工灌木和树种消耗水分较多也促进了干层的发育。沙地区应以发展耐旱草灌为主的植被，黄土分布区也应发展草灌为主的植被，但在黄土分布的洼地区和有外来水源的地区可以发展耐旱的乔、灌、草相结合的植被。在靖边县这一土壤干层发育较严重的地区，造林一般不能带来良好的环境效益与经济效益，反而会导致深部土壤水分的过量消耗等不良后果，因此该区是不适于造林的地区。     

荒漠草原不同土地利用类型土壤水分对降水的响应

降水是荒漠草原生态系统重要的水分来源,也是不同时空尺度上各种生物过程的重要驱动因子.为了解荒漠草原土壤水分对降水的响应,以3种典型土地利用方式(天然草地、灌木地和沙地)为研究对象,研究荒漠草原降水事件对不同土地利用类型土壤水分的影响.结果表明:研究期内降水量以＜5 mm的小降水事件为主,发生次数占总事件的72％;从降水...     

采煤扰动下潜水位及包气带水分变化特征

为更好地了解采煤扰动下潜水位及包气带水分变化规律,在陕北典型矿区开展了降雨、潜水位、包气带土壤含水率等水循环要素的野外原位观测试验,基于观测数据,采用Spearman秩相关系数检验、小波分析等方法,分析了未开采区及采空区潜水位和包气带水分的变化特征。结果表明：未开采区地下水位对于降水的响应明显且时间上存在4、5个月的滞后,采煤扰动后,地下潜水位持续下降,与降水响应关系微弱;在垂向上,未开采区较大降水可对100 cm以下埋深的土壤含水率产生影响,采空区土壤含水率总体减小,且同降水的响应程度不显著,含水率最大值相对于未开采区出现时间提前,50 cm以下埋深的土壤含水率对小强度降水无响应。采煤扰动潜水位下降后造成包气带增厚,包气带损耗的水量增加,随之造成降雨入渗补给地下水减少,进一步加剧了潜水位下降。     

基于颗粒模型的风积砂层降雨入渗深度计算及验证

为了研究沙漠干旱区降雨对砂层非饱和带水分的贡献,该文对风积砂层水分入渗过程中的水分存在形式和运移机理进行了理论和力学分析。通过以触点水为主要储水单元的立方布局颗粒模型推导出水分入渗过程中湿润深度的解析表达式,并进行验证。物理和力学分析表明,砂颗粒表面很难形成较厚的薄膜水,砂层非饱和带水分大部分以触点水的形式存在。模型计算结果表明,水分入渗的湿润深度与入渗水量和触点水湿润角有关。模型验证表明,水分入渗湿润深度的解析表达式在风积砂层入渗深度计算中具有一定的适用性,但触点水湿润角与砂颗粒粒径的函数关系还有待进一步研究当设定触点水湿润角为π/4时,比例常数为11.5。该研究可为干旱区农业规划提供依据。     

黄土丘陵缓坡风沙区不同土地利用类型土壤水分变化特征

为研究黄土丘陵缓坡风沙区不同土地利用类型下的土壤水分变化规律,采用时域反射仪TDR在山西省五寨县分别对玉米农地、柠条林地、苜蓿草地0-100 cm土层进行连续3年的土壤水分观测,掌握不同土地利用类型土壤含水量的季节变化规律和垂直分布特征。结果表明:(1)农林草地土壤水分随时间的变化曲线基本呈"M"形分布,三者季节变化规律相似,但土壤含水量差异达到极显著水平(P<0.01),表现为苜蓿草地>柠条林地>玉米农地;(2)玉米农地与柠条林地土壤含水量随土层深度的增加呈"S"形分布,苜蓿草地的变化趋势与两者完全相反,玉米农地仅土壤表层0-20 cm含水量与降水存在显著相关性,柠条林地和苜蓿草地0-60 cm土壤含水量均与降水显著相关;(3)土壤含水量具有明显的垂直分布特征,在0-100 cm土层层中,随着土层深度的增加,玉米农地CV先逐渐降低后保持稳定,柠条林地CV始终持续降低,苜蓿草地CV先呈现波动变化后明显降低,三者整体表现为表层土壤含水量变异系数大于深层;(4)0-100 cm范围内,玉米农地的土壤层自上而下依次可划分为速变层、活跃层2个层次,柠条林地和苜蓿草地的土壤层划分为速变层、活跃层和次活跃层3个层次。本研究结果表明林地和草地在涵养土壤水分方面优于农田,林地和草地为黄土丘陵缓坡风沙区适宜的土地利用方式,为该区域土壤水分管理及水土资源的合理开发利用提供理论依据。     

黄土丘陵区深层干化土壤中节水型修剪枣树生长及耗水

黄土丘陵区人工林地深层土壤干层是否影响后续植物的生长是众多学者关心的热点。该文在砍伐23 a生旱作山地苹果园地后休闲4 a又栽植枣树,连续3 a观测干化土壤中枣树的生长及土壤水分变化,研究采用节水型修剪的再植枣林的生长及耗水情况。结果表明,前期23 a生苹果园地已使0~1 000 cm深土壤干化,休闲4 a后0~300 cm土层水分得到恢复,300~500 cm范围为中度偏重亏缺,500~700 cm为中度亏缺,700~1 000 cm为轻度亏缺;3龄枣树时开始采取节水型修剪,0~300 cm土层有效水分被消耗34.97%,至4龄时0~300 cm范围内前期恢复的土壤水分已消耗殆尽;在此情况下采取节水型修剪的枣树仍可保持良好生长,产量及其水分利用效率均高于相同水分条件下的常规修剪枣树,产量可达正常水分条件下枣树的1.39倍以上,产量水分利用效率可达1.52倍以上。研究结果证明节水型修剪是半干旱区深层干化土壤中枣树克服雨量不足和土壤水分亏缺的一条有效途径。     

科尔沁地区不同类型沙地土壤水分的时空异质性

应用半干旱区科尔沁沙地2006-2010年5-9月份土壤水分定点观测资料,研究农田、沙质草地和固定沙丘土壤水分的时空变异性。结果表明:2006年5月-2010年9月,(1)农田、沙质草地和固定沙丘土壤水分都在7月份最高;农田7月份土壤水分与5、6月份的差异显著,沙质草地7月份的与8、9月份的差异显著,而固定沙丘7月份的与生长季其他月份的都有显著差异;(2)3个样地土壤水分随年份有逐渐增加的趋势;(3)农田、沙质草地和固定沙丘0-160cm平均土壤含水量分别为20.69%,7.63%,3.61%,农田土壤水分明显高于沙质草地和固定沙丘,而且3种样地间土壤水分差异显著;(4)3个样地土壤水分随土层厚度增加呈"先增加后减少,最后又增加"的趋势;农田0-20cm土壤水分与20-40cm,40-60cm,120-140cm及140-160cm的差异显著;沙质草地0-20cm土壤水分除与140-160cm有显著差异外,与其他土层均无显著差异;固定沙丘土壤水分只有100-120cm与140-160cm的差异显著;(5)研究区降雨的季节分配极不均匀,主要集中在4-10月的生长季,占全年降雨量的92.58%;0～5mm降雨占全年降雨事件的73.29%,但其降雨量只占全年降雨量的25.1%;降雨间隔期以0～10d为主,占全年无降雨期的37.6%;0～10d降雨间隔期出现的频数最高,占全年间隔期频数的86.9%;(6)当土壤水分较高时,其变异性会随着土壤水分的增加而减小,而当土壤水分较低时,其变异性随土壤水分的增加而增加。     

雅鲁藏布江中游河岸交错带沙地土壤水分的空间异质性

土壤水分是制约西藏高寒河谷风沙化土地植物群落自然演替和人工促进植被恢复的重要因子之一,准确把握沙地土壤水分的分布状况,对指导正在进行的沙地植被恢复与重建具有重要实践意义。该文采用地统计学与GIS相结合的方法,以雅鲁藏布江中游河谷风沙化土地为对象,研究了河岸交错带沙地土壤水分的空间分布及不同类型沙地和沙丘部位的差异性。结果表明:1)试验地不同深度土壤含水率平均值为6.14%～14.20%,随着湿沙层深度的增加,土壤含水率平均值随之增大。各层土壤含水率均表现为强变异性。2)除0～20cm土壤含水率具有强烈的空间相关性外,其它各层土壤含水率具有中等的空间相关性。随着土层深度的增加,空间相关性减弱。不同深度土壤含水率的空间分布格局存在着较强的相关性,以20～40cm和40～60cm相关性最高。3)流动沙丘迎风坡和河滩地土壤含水率明显高于背风坡、沙砾地、沙丘顶。雅鲁藏布江河水丰枯变化、微地形和风沙运动则是造成不同类型沙地、沙丘部位土壤含水率差异的主要原因。     

珠江源头区占马地小流域不同用地水土保持作用研究

 对珠江源头区占马地小流域灌木林地、疏林地、耕地及荒草地4类不同用地的土壤含水量、理化性状、土壤侵蚀特性等进行测定分析,结果表明:1)在土层60 cm深度范围内,随着土层的加深,灌木林地和疏林地的土壤水分含量呈下降趋势,而耕地和荒草地则呈上升趋势。2)土壤在持水能力、通透性能等方面排列顺序是灌木林地>荒草地>疏林地>耕地;土壤有机质含量以荒草地最高,为2.34%,分别是灌木林地、疏林地和耕地的1.08、1.89和3.46倍;全氮含量顺序是荒草地>灌木林地>疏林地>耕地;全磷和全钾含量顺序是疏林地>荒草地>灌木林地>耕地。3)不同用地的初渗速率、稳渗速率与渗透系数均为灌木林地最大,荒草地最小,灌木林地的稳渗速率、渗透系数分别是耕地、疏林地、荒草地的1.142、.06和2.7倍。4)不同用地的土壤最大持水量,在020cm土层,排列顺序为耕地>灌木林地>疏林地>荒草地;在2060cm土层,则为疏林地>灌木林地>荒草地>耕地。5)在坡度相同的情况下,不同用地的降雨产流时间为荒草地>疏林地>灌木林地>耕地;地表径流量为荒草地>疏林地>灌木林地>耕地;土壤侵蚀量以耕地最大,分别是灌木林地、疏林地和荒草地的2.51、2.26和1.32倍。研究结果可为珠江源头区土地合理利用提供理论依据。     

黄丘区典型灌木和荒草地土壤含水量变化对降雨的响应

为了研究不同土地利用方式下土壤水分的变化特征及其对降雨的响应,以黄丘区辛店沟流域坡面径流小区灌木和荒草地为研究对象,利用多探头土壤水分监测仪对研究对象0—50 cm土层土壤水分进行了连续定位观测,对不同下垫面下土壤水分的变化特征进行了系统的分析和研究。结果表明:(1)不同土地利用方式土壤水分表现出明显的季节变化特征,观测期内荒草地的平均土壤含水量为0.099,大于灌木地0.091,荒草地的土壤含水量总体要高于灌木地。(2)不同土地利用方式土壤含水量垂直变化趋势相似,总体上随着土层深度的增加而减少,具有明显的垂直变异性,灌木地对深层土壤含水量的消耗比荒草地多。(3)土壤含水量在垂直方向上对降雨的响应程度随着土层深度的增加而减小,灌木地和荒草地垂直方向上0—30 cm土层与30—50 cm土层对降雨响应表现为相反的规律。研究认为相比荒草地,灌木地土壤水分消耗更严重,且深层土壤水分受降雨补给有限,易引发土壤干层。