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。     

太湖流域典型土地利用类型土壤水分对降雨的响应

基于太湖流域平原区典型土地利用类型(林地、菜地)不同深度(10,20,40,60cm)土壤水分以及降雨的监测数据,分析2种土地利用类型下土壤水分变化对降雨的响应模式。结果表明:(1)菜地表层土壤水分波动较深层剧烈,而林地不同深度的土壤水分变化模式相似;(2)菜地表层土壤水分对降雨的响应受初始含水量影响显著。初始土壤较干燥时,降雨入渗较快,10cm和20cm土壤水分对降雨的响应时间基本一致,而若初始土壤较湿润,土壤水分对降雨响应的早晚与土壤深度正相关;(3)菜地土壤在40cm深度出现明显分层,降雨入渗到该界面时停止下渗并不断累积而趋于饱和;(4)受冠层截留以及地表枯枝落叶对雨水吸持的作用,中小降雨事件难以引起林地土壤水分的显著变化,当发生较大强度的持续降雨时,林地深层土壤水分容易受到周边侧向壤中流汇水以及土壤大孔隙的优势流影响,而在集中性强降雨过程中,林地深层土壤水分变化则主要受土壤大孔隙的优势流影响。     

晋西黄土残塬沟壑区土壤水分的时空变化研究

干旱半干旱黄土区土壤水分的研究对该区植被恢复与重建具有重要意义,对晋西黄土残塬沟壑区荒草坡、刺槐林地、虎榛子林地的土壤含水量进行时空变化分析后发现:不同降水年份各地类土壤含水量的季节变化和垂直变化差异显著.偏涝年各地类土壤含水量的季节变化呈凹型曲线,正常降水年各地类土壤含水量的季节变化呈W型曲线;无论偏涝年还是正常降水年,各地类生长季内土壤水分一直处于消耗状态;虎榛子林地正常降水年的土壤含水量在垂直剖面上的变化幅度远小于偏涝年,刺槐林地在正常降水年深层土壤水分的亏缺比偏涝年更大.经多重比较得出,荒草坡各层土壤含水量差异不显著,林地表层(0-20,20-40 am)与深层(60-100 cm)土壤含水量差异显著.     

西峰黄土高原土壤含水量干旱指数

某时段的干旱不但与同期降水有关,还与前期降水有密切的关系,土壤水分是表达干旱的重要因子,可以综合反映干旱的变化,为此,利用1989～2004年西峰农业气象试验站的土壤水分、降水资料,分析了降水量随时间的变化,0～100cm土壤水分的垂直分布特征和时间变化规律,对春季、伏期、秋季、初春、春末初夏旱土壤含水量与降水量进行了对比分析,并制定了这几个时段的针对土壤含水量的土壤干旱指标。     

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.     

黄土丘陵区不同土地利用方式土壤水分变化特征

为了探讨黄土丘陵区不同土地利用方式土壤水分的时空变化特征,合理规划土地利用方式与土壤水资源。选择陕西省延安市安塞县墩山上梯田、草地、刺槐林、沙棘灌丛4种土地利用方式,采用土钻法在2019年5月、7月、8月和10月监测了土壤水分。结果表明:4种土地利用方式的土壤含水量表现为明显的时间特征,存在滞后效应;0—300 cm深度平均土壤含水量大小表现为梯田草地沙棘灌丛刺槐林;随土层深度的增加土壤含水量的季节变异系数均逐渐减小,季节变异系数在100 cm以下的土壤深层趋于稳定;土壤含水量由表土层到深土层上为"S"形,含水量先增大后减小,垂直变化特征明显;土壤水分变化相似性表现为梯田沙棘灌丛草地刺槐林。刺槐林和沙棘灌丛需要消耗更多深层土壤水分,容易出现土壤干燥化;梯田和草地的土壤水分条件较好,梯田对土壤水分的调控作用较好,土壤水分在垂直方向上的变化较为平缓。     

黄土高原丘陵区不同植被恢复方式下土壤水分特征——以桥子沟流域为例

为研究黄土高原丘陵沟壑区不同植被恢复方式下的土壤水分特征,以天水典型对比小流域——桥子西沟(自然恢复的荒草地)和桥子东沟(人工恢复的刺槐林地)为例,基于2流域5-8月0～ 100 cm深度土壤质量含水量和氢氧同位素浓度,定量分析不同植被恢复方式下降水和坡向对土壤水分影响.结果表明:以刺槐林地为主的流域土壤含水量低于以荒草地为主的流域(16.72％)约3.70％,对降水量的响应较弱,各土层含水量变异系数较高.土壤水分存在临界变化深度,刺槐林地为主的流域在10 cm以下含水量趋于稳定,最大蒸发深度为55 cm,荒草地为主的流域在30 cm以下含水量开始增加,最大蒸发深度为30 cm.两流域含水量均遵循阴坡＞半阴坡＞半阳坡,δo18的分布不符合这一规律.以刺槐林地为主的流域含水量随坡向变化较小,而以荒草地为主的流域受坡向影响较大,坡向对土壤水分的影响受植被因子的制约.以自然恢复荒草地为主的恢复方式可以较好的增加土壤水库蓄水量,有利于流域生态的可持续发展.     

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。     

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。     

南方红壤丘陵区樟树林土壤水分动态变化

为了解南方红壤丘陵区樟树林地土壤水分变化规律,对0—100 cm不同深度的土壤水分与温度以及相应气象要素连续l年的观测,并基于土壤水分平衡法计算蒸散量,研究土壤水分的时空变化、蒸散量变化和对降水的响应。结果表明:(1)观测期土壤水分的季节变化可划分为丰水期(3—6月)、耗水期(7—10月)和补水期(11月—次年2月);(2)土壤体积含水量由浅至深表现为增长型,稳定性增强,且垂向变化具有显著季节差异;(3)非降水日林地蒸散量的季节变化表现为耗水期(3.28 mm/d)丰水期(1.83 mm/d)补水期(1.0 mm/d),蒸散量日内变化呈现白天强、夜间弱的特征,日蒸散量与日均气温、VPD、太阳辐射均呈极显著正相关;(4)土壤水分干季比湿季对降水响应更强烈,湿季9 mm、干季3 mm的降水使最大下渗深度达10 cm,土壤水分开始接受补给。林地土壤水分受降水和蒸散发影响,具有显著时空分异。     

祁连山区不同土地覆被类型下土壤水分变异特征

结合土壤、植被、地形等要素,建立黑河上游土壤水文观测体系,收集代表黑河上游区域特征的36个定位观测点土壤水分数据和12个气象站的降水数据,采用经典统计方法揭示祁连山区区域尺度上7种土地覆被类型下的土壤水分变异特征。结果表明,降水和植被特征是影响生长期土壤水分的主要因素。降水量大的土地覆被类型上土壤水分值较高。同时土壤水分值越低,降水补给和蒸散发消耗所引起的相对波动就越大,导致其变异性越大。由于植被根系对土壤水分的显著影响,高盖度草地、低盖度草地的土壤水分值在剖面各层变化不大,而农田、草甸、灌丛、林地和裸地土壤水分值随深度变化较明显。草甸、灌丛、裸地土壤水分整体均在夏季最高、秋季次之、春季最低。农田和高盖度草地土壤水分均呈现秋季最高、夏季次之、春季最低。土壤水分变异程度除灌丛外,存在春季变异最大,夏季次之和秋季最小的规律。降水是导致土壤水分值和变异系数在夏、秋季变化的主要因素,而土壤冻融过程则是导致其在春季变化的主要因素。总而言之,祁连山区土壤水分具有明显的空间分布差异与季节变化特征,与不同土地覆被类型的降水条件、植被特性和人工影响都有着密切的关系。     

2001—2020年黄土高原干旱时空动态及其对气候变化的响应

为实现对黄土高原区域范围内旱情动态监测,基于MODIS NDVI和LST数据计算了温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI),并基于TVDI时序数据探究了黄土高原2001—2020年TVDI时空动态、未来持续状态及降水、气温对TVDI的影响。结果表明:(1)20 a间黄土高原TVDI以0.000 2/a的速率增加,2005年、2007年大范围呈现重旱。春季TVDI增加速率小(增长速率=0.000 2/a,R²=0.000 3),夏季TVDI的增加速率为0.001 2/a,秋季TVDI的增加速率最大(增长速率=0.004 4/a,R²=0.283 6),冬季TVDI呈减小趋势。(2)春、夏两季将来一段时间内黄土高原大部分区域TVDI将呈减小趋势,秋季TVDI在将来一段时间内大部分像元数将呈变小趋势,将来一段时间冬季TVDI持续增加,尤在陕西中部地区的这种趋势更为明显。(3)除夏季TVDI与降水以正相关性为主外,其他三季均以负相关为主。春、冬季气温与TVDI以负相关为主; 夏、秋季以正相关性为主。综上,黄土高原未来一段时间内干旱程度可能会有所减小,但不同季节的干旱差异性较大,因此未来黄土高原生态恢复工程应综合考虑当地的水资源实现生态可持续发展。     

基于气象因子的金华市土壤墒情预测模型

利用金华2007—2008年土壤墒情资料和相关气象资料,分析了土壤湿度的基本变化规律,对土壤湿度与相关气象因子进行了灰色关联度分析,找出关键气象影响因子,建立了基于关键气象影响因子的土壤墒情预测模型并进行了试报和验证。结果表明：金华市冬季、春季土壤较为湿润、变化较为平稳,夏季、秋季土壤相对较干、变幅较大;5mm降水与蒸发的差为影响土壤相对湿度变化的首要因子;基于关键因子的土壤墒情预测模型试报2008年夏季的10cm、10—20cm、20—30cm土层相对湿度的平均误差分别为15．75％、6．89％、8．21％,该模型预测的土壤湿度状况基本能反映旱情发展的动态趋势。模型可为准确预测土壤墒情的变化状况,为农业生产合理用水和防灾减灾提供参考。     

黄土丘陵区沙棘人工林土壤养分及酶活性季节变化

为分析不同年限沙棘人工林的土壤养分和酶活性的时空变化规律,采用时空互代法,以志丹县金丁镇不同种植年限沙棘人工林(20年生沙棘林、15年生沙棘林、5年生沙棘林)为研究对象,以谷子地作为对照,研究了土壤养分和酶活性季节变化、空间分布及其相关关系。结果表明：随着种植年限的增加,沙棘人工林显著地增加了土壤有机质、碱解氮、有效磷、有效钾和酶活性。土壤养分和酶活性具有表聚性,随着土层加深含量在下降且土层间差异显著。沙棘人工林和谷子地土壤养分和酶活性均有明显的季节变化特征。0—30 cm土层土壤有机质表现为春季和秋季较高,夏季和冬季较低。碱解氮和有效磷均为春季最高,秋季最低,而有效钾为冬季最高,夏季最低。土壤脲酶季节变化规律为春夏较高,秋冬季较低。蔗糖酶活性春冬季较高,夏秋季较低。过氧化氢酶呈现出与脲酶和蔗糖酶不同的响应特征。土壤养分与土壤酶相关性密切,土壤脲酶和蔗糖酶可以作为评价土壤肥力的指标。综上,在陕北黄土丘陵区,营造沙棘林年限越长,提高土壤养分和酶活性效果越明显。     

渭北黄土高原核桃林地的土壤水分特征

 水分是制约黄土高原地区生态环境恢复和经济发展的主要限制因子。研究黄土高原土壤水分变化规律,有着极其重要的科学和实际意义。采用随机设计,实地试验的方法,对渭北黄土高原核桃林下土壤水分状况及其变化规律进行了研究。结果表明:黄土高原核桃林地土壤蒸发量与月均温呈正相关关系。土壤含水量随时间的变化,主要受降水量和土壤蒸发与植被蒸腾耗水的影响。黄土高原核桃生长期的土壤水分季节变化,分为3个阶段:春末夏初土壤水分强烈消耗期(5—6月)、雨季土壤水分补充期(7—10月)和冬春土壤水分缓慢积累期(11月至翌年4月)。土壤含水量的季节性变化,与降水量的季节性变化密切相关。核桃林下的土壤贮水量,以8月份最大,6月份最小;耗水量在7月份最大,4月最小。4—7月处于水分亏损状态,而8—10月随降雨量增加,土壤水分便得到补充。水分调控不仅能不同程度地提高土壤贮水量,而且对水分亏损有一定缓解。各灌水处理下的土壤耗水量均有一定程度增大,而覆膜、覆草和修剪下的土壤耗水量,则有一定程度的降低。综合起来可以看出,覆膜、覆草、中等以上程度修剪、4月和6月分别灌水225kg和225kg等5种处理效果较佳,尤其是覆膜效果最好,不仅显著提高了土壤含水量和降低了土壤耗水量,促进了果实的生长发育,而且成本低廉,易于获得,使用方便。建议在黄土高原经济林丰产栽培中推广作用。     

典型岩溶区不同土地利用类型土壤CO2浓度时空变化特征及影响因素分析

为揭示典型岩溶地区不同用地类型下土壤CO₂的时空变化特征及其影响因素,于2018年1月 ~ 2019年8月对白云岩分布的贵州绥阳双河洞地区6种典型用地的5、20、40和60 cm深度土壤CO₂浓度进行了为期一年的监测、采样和室内实验。并运用数理统计分析方法对各指标进行综合分析,进一步探究影响土壤CO₂时空变化的主要影响因子。结果表明:不同用地类型下土壤CO₂各深度平均浓度均表现出明显的夏秋高、冬春低的季节性变化特征,年平均浓度最高出现在10月,浓度值为23276 ppm,最低在1月,浓度值为6602 ppm;不同用地类型下土壤CO₂浓度表现为旱地（19967 ppm） > 灌草地（17098 ppm） > 灌丛地（15054 ppm） > 有林地（11494 ppm） > 退耕还林地（10529 ppm） > 撂荒地（6147 ppm）,且除有林地土壤CO₂随着深度加深,表现出先减小后增加的特征外,其余五种用地类型下土壤CO₂均表现出随土层深度增加而增加的趋势;土壤温度、土壤含水量、有机碳含量、孔隙度与土壤CO₂浓度均成正相关关系,相关系数分别为0.406、0.252、0.382、0.703。相关性分析表明土壤温度、土壤孔隙度对土壤中CO₂的产生和保存具有显著影响。     

基于遥感的黄土高原植被物候监测及其对气候变化的响应

为了分析黄土高原地区植被物候特征,该文基于AVHRR传感器获取的陆地长期数据记录(land long term data record,LTDR)V4 NDVI数据,对黄土高原1982-2011年间植被物候的时空变化进行分析,并借助偏相关分析方法对物候与气温和降雨的关系进行量化分析。结果表明:黄土高原近30 a间春季物候提前显著(0.54 d/a,P0.001),主要集中在北部草地和灌木植被;秋季物候推迟显著(0.74 d/a,P0.001),主要分布在甘肃、陕北、内蒙古和山西北部等地。不同植被的春秋物候稍有差异,稀疏灌木林春季物候提前趋势最多(1.31 d/a),常绿针叶林最小(0.19 d/a);秋季物候推迟最多的为乔木园地(1.18 d/a),最少的是水田(0.17 d/a)。黄土高原植被物候主要受气温影响,降雨的变化也会对物候产生一定影响。冬季和前年秋季气温上升是春季物候提前的主要驱动因子;夏季和秋季降雨则对秋季物候休眠期延迟起着重要作用。该研究可为黄土高原生态环境评价及气候变化预测模型提供一定依据。     

滨海盐碱地白蜡人工林的小气候效应

以滨海盐碱地白蜡人工林为研究对象,以旷野裸地为对照,采用定位观测的方法,研究白蜡人工林的动力、热力和水文等小气候效应,以期为滨海盐碱地人工造林的生态影响评价提供参考.结果表明：林内太阳辐射、风速、土壤温度、土壤湿度明显低于旷野;空气相对湿度林内显著高于旷野;而林内空气温度春季高于旷野,夏秋季则低于旷野.林带防风效应和遮荫效应在夏季发挥最好,分别可达77.87％和67.50％,气温最高可降低0.40℃,空气相对湿度可增加7.59％ ～ 18.61％.林内不同小气候因子间极显著相关,且气温和土温的相关性最好.     

近20年内蒙古干旱时空动态及其对气候、蒸散发变化的响应

为实现对内蒙古旱情的动态连续监测,基于温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI),采用趋势分析、R/S分析方法,探究了内蒙古2001—2020年TVDI时空变化特征及降水、气温、蒸散发对TVDI的影响。结果表明:(1)20 a间内蒙古TVDI以每年0.000 9速率减小,且在2007年、2010年和2013年大范围出现重旱。春、夏、秋、冬季TVDI分别以每年0.000 5,0.001 8,0.001 3,0.000 07速率减小。(2)春、夏、冬季未来一段时间大部分区域TVDI将呈增加趋势,秋季大部分区域将呈减小趋势。(3)春、夏、秋季TVDI与降水和气温均以负相关为主; 冬季TVDI与气温、降水均以正相关为主。春、冬季ET与TVDI为正相关性; 夏季TVDI与ET从西南向东北相关性从正逐渐过渡为负; 秋季TVDI与ET以负相关为主。研究表明近20 a内蒙古干旱程度有所缓解,但未来干旱程度减缓趋势变小或增加。因此,后期研究应进一步分析月尺度干旱、蒸散发的时空动态,对进一步测量和预测季节性蒸散发和干旱如何联合影响内蒙古生态环境和经济发展具有重要意义。     

人工毛竹林生态水文过程对气候变化的响应

为揭示生态水文过程与气候变化的关系,以广西猫儿山典型流域人工毛竹林为研究对象,利用Hydrus-1D模型模拟了毛竹林土壤水分及其他水文要素,在此基础上,针对设定的不同气候变化情景,分析了人工毛竹林对气候变化的响应。结果表明:Hydrus-1D模型可满足人工毛竹林生态水文分析,人工毛竹林蒸散发量占总降水量的28.40%,径流以基流为主。在不同气候变化情景下,气温升幅控制蒸发和蒸腾的增幅,且冬季增幅大于夏季增幅。径流对降水变化更敏感,降水变化会更多地影响夏季径流,而气温则更易影响冬季径流。降水对夏季土壤储水量影响大于冬季,气温则更多地影响冬季土壤储水量。气温降水耦合情况下,土壤储水量对降水减少气温升高时敏感性最明显,总体表现为冬季土壤储水量更易受影响。研究结果可为区域生态规划、水资源开发利用等提供参考依据。