黄土高原土壤旱化研究综述

由于半干旱区降水稀少、植被过度耗水、土壤水分蒸发强烈导致土壤长期严重缺水,形成干层。土壤干层一旦形成,极难恢复,并将严重制约该地区的生态发展与经济建设。对土壤干层形成的原因进行了分析,并综述了土壤干层的定义、量化评价方法以及土壤旱化缓解的研究进展,指出当前土壤干燥化定量评价研究中的不足。建议今后应将基于影响植物生长的土壤旱化定量评价指标的建立作为研究方向,并加强基于土壤水分安全承载下的植被构建强度研究,以避免人为加剧土壤旱化的趋势。     

土壤干化的水文生态效应

应用土壤-植被-大气传输模型(SVAT-model)——CoupModel,对黄土丘陵沟壑区农地(马铃薯)、林地(刺槐林)、采伐迹地(刺槐被砍伐)和荒草地(天然灌草)的土壤水分变化进行了模拟。分析了不同植被覆盖条件下土壤干化程度、气候干旱和植被耗水对土壤干化的贡献率以及土壤干化的水文生态效应。研究结果表明:农地不存在土壤干化现象,刺槐林地、采伐迹地和荒草地均存在明显的土壤干层,以刺槐林地最为严重;气候干旱和植被过度耗水对土壤干化的贡献率分别为70.74%和29.26%,气候干旱是导致土壤干化的主要原因;土壤干化可以导致土壤剖面水分交换深度变浅,土壤剖面水分的移动性变差,使土壤水库丧失77.58%~93.55%的调节能力,形成土壤水分循环的隔离层,增加植被生长对年度降水的依赖性。总之,土壤干化恶化了陆地土壤水文循环环境,影响植被的正常生长,不利于黄土丘陵沟壑区的生态环境建设。     

南方红壤丘陵区退耕还林还草工程土壤保持效应评估

以南方红壤丘陵区为研究对象，应用修正通用土壤流失方程，根据2000年、2005年、2010年、2015年土地利用数据，识别出了近15年南方红壤丘陵区退耕还林还草的空间范围，并估算了退耕还林还草实际发生区的土壤保持效应。结果表明，2000—2015年，南方红壤丘陵区退耕还林还草面积约2 052.61 km²。期间土壤保持量增加9.18×10⁸ t，单位面积土壤保持量变化量为447 327.54 t/km²，土壤保持效应整体显著提升，但仍有部分区域出现负效益。此外，对提升土壤保持功能而言，将裸地转换为林地是效果最显著的土地利用变化方式。退耕还林还草的实施提高了区域的土壤保持功能。研究结果对南方红壤丘陵区退耕还林还草工程的实施及管理具有指导意义。     

土壤干层量化指标初探

土壤干层是黄土高原一种常见的土训物理现象。近年来,以林草地地力衰退为特征的人工林草地土壤干化日益严重,其直接后果就是形成土壤干层,导致土地退化,植被生长速率减缓,群落衰败以至大片死亡,严重地威胁到我国北方地区特别是黄土高原地区的生态环境建设,由此土壤干层及其危害才逐渐受到了人们的重视。根据影响水分性质地因素及水分动脉分布规律,初步探讨了土壤干怪的量化指标和分级,以便今后系统深入研究和解决黄土高原的土壤干层问题。     

略论土壤干化层的判定问题

针对干旱半干旱地区广泛存在的土壤干化问题,在深入分析植物萎蔫过程及其与土壤干化之间关系的基础上,提出了初始萎蔫湿度(IWP)的概念,作为界定土壤干化层的定量判定指标。以该指标为基础,提出了土壤干化层发生与否及其发生类型的判定方法,并就指标的实验测定等问题进行了探讨。最后以黄土高原为例,应用该判定系统对黄土高原典型地区的土壤干化层分布情况进行了研究。研究成果对干旱半干旱地区土壤干化层的识别、类型判定、评价及其数量描述以及植被建设具有重要的指导意义。     

延安试区土壤干层现状分析

近年来,以林草地地力衰退为特征的人工林草地土壤退化日趋严重,其中以土壤水分严重亏缺为特征的土壤干化现象愈益引起了人们的重视。土壤干化的直接后果是形成土壤干层,导致土壤退化,植物生长速率减缓,群落衰败以至大片死亡,严重地威胁到中国中北方地区特别是黄土高原地区生态环境的建设。因此,研究和解决土壤干层问题已成为黄土高原植被建设的迫切任务。根据现有土壤水分资料,初步分析了延安试区植被下的土壤干层现状,对不     

生物干化污泥对马尼拉草坪生长性状和环境效应的影响

为使城市生活污泥得以无害化、资源化综合利用,研究了经无害化处理的生物干化污泥对马尼拉草坪生长状况和土壤效应的影响。结果表明,随着生物干化污泥施用量的增加,马尼拉草叶绿素含量和生物量逐渐提高,但施用量超过1 250 g.m-2后,对马尼拉草的促进作用不再显著。生物干化污泥对马尼拉草坪具有较好的培肥效应,草坪土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性显著提高。施用生物干化污泥还可提高土壤全氮、全磷、无机氮和速效磷含量,施用后不会造成土壤重金属污染。在园林绿地草坪使用,只要将施用量控制在1 250 g.m-2以下,是基本安全的,这为生物干化污泥在园林草坪上的推广应用提供科学依据。     

黄土高原土壤干层研究述评

从土壤干层的定义及土壤干层形成的气候、土壤、植被和人为因素等4个方面综述了黄土高原土壤干层研究的现状和问题,并指出了需要进一步加强的研究领域.     

黄土高原土壤干层评定指标的改进及分级标准

土壤干层是黄土高原普遍存在的特殊土壤水文现象,研究其现状、成因、防治、调控措施等对科学认识区域植被承载力、土地生产力以及低效林草改造和可持续植被建设等有重要理论与生产指导意义,而合理通用评判指标与分级标准是开展土壤干层研究的基础。目前黄土高原土壤干层尚无统一评判指标与分级标准,给区域土壤干层研究带来困难。本文在已有研究成果的基础上,提出用土壤有效水饱和度/不饱和度作为土壤干层评判指标,并给出其分级标准。该评判指标计算简单,具通用性和可比性,可望成为土壤干层的通用评判指标。     

青海湖南侧江西沟土壤水分研究

根据含水量和粒度测定,对青藏高原东部的青海湖南侧土壤水分含量特征、土壤干层与草原发育的适宜性和土壤水库等问题进行了研究。结果表明,青海湖南侧土壤含水量随深度增加呈现减小的趋势,在土壤1.0 m左右深度以下有长期性土壤干层发育;从上向下土壤干层发育强度呈现加重趋势,由轻度干层变为中度干层,这主要与气候暖干化和降水量少有关。虽然该区丰水年土壤剖面上部的水分明显升高,但还没有使土壤干层中的水分得到全部恢复。青海湖南侧土壤是与黄土相似的粉沙土,但该区土层较薄,土壤水库的调蓄能力较小。土壤干层的发育和较弱的土壤蓄水能力指示该区不适于植树造林,适宜发展消耗水分较少的草原植被。     

种植年限及密度对渭北旱塬苹果园深层土壤干燥化的影响

为探究种植年限及密度对苹果园土壤干燥化变化的影响,以渭北旱塬洛川县不同种植年限和密度的果园为研究对象,采用烘干法测土样,2008年及2015年分别2次测得不同果园15 m深土层含水量,以自然条件下农田为对照,分析其干燥化变化规律。结果表明:1)2008年测定5、10、15、20、25 a果园的土壤干燥化指数分别为6.46%、32.68%、37.65%、63.33%和62.81%,2015年测定当年果园经过7 a后的12、17、22、27、32 a果园的土壤干燥化指数分别为35.98%、59.65%、42.21%、75.06%和70.09%,随着树龄增大,土壤干燥化指数整体增大,干燥化程度加剧;5 a生苹果幼园土壤干燥化轻微,程度接近自然条件下农田;树龄15 a后的果园土壤干燥化波及深度达11 m左右的古土壤蓄水层,至17 a后渭北旱塬古土壤层的缓冲作用已经丧失,果园产量及果实品质受限于当年降雨。2)研究中株行距密度从3 m×4 m变为4 m×6 m的22、25和32 a果园,干燥化进程得到控制,干燥化速率大幅下降,降低果园密度可以缓解因苹果树树龄增长造成的果园干燥化加剧,间伐措施后的果园降雨有所盈余,可以改善土壤干燥化现状;但在亏水年,间伐后的果园在充分利用降雨时,还需深层土壤水分的弥补,在树龄大的果园尤为常见,单靠间伐措施只能延迟土壤干层的形成。因此,要控制和减缓土壤干燥化的发展,应在干燥化影响波及古土壤层前采取措施,也即种植12 a左右,果园处于中度干燥化程度时采取相应对策最佳。     

黄土旱塬集雨保墒措施对苹果发育和土壤水分变化的影响

为了有效缓解黄土旱塬区苹果园深层干燥化,保证苹果产业的可持续发展,该文选取甘肃镇原盛果期苹果园,连续6 a定位测定了黑色地膜覆盖和黑色地膜覆盖+立体化入渗对苹果产量、新梢生长量和土壤含水量等指标。分析了6 a不同处理苹果产量、形态指标和不同生育期果园0~500 cm土壤相对水分亏缺指数的变化,研究结果表明:黑色地膜覆盖+立体化入渗较对照平均增产16.49%,优果率增加8.91%;300~500 cm土壤含水量较对照增加0.50~2.63百分点,降水入渗深度达到了480 cm,在60~500 cm水分相对亏缺指数为-0.05~-0.12,最大补偿区域为200~300 cm,水分补偿为春季花期和收获期。因此,黑色地膜覆盖+立体化入渗技术提高了果树产量与优果率,改善了果园深层水分状况,缓解土壤深层干燥化。     

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。     

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。     

长武旱塬草粮轮作田土壤水分可持续利用模式模拟

采用实地观测和计算机模拟相结合的方法,以长期定位试验数据为基础,通过对不同草粮轮作模式的模拟研究,分析了长武旱塬草粮轮作田的土壤水分恢复效应,以期探索出适合该地区的土壤水分可持续利用的草粮轮作模式。验证结果表明：草粮轮作田0～2 m土层土壤贮水量模拟值和观测值间的相关系数为0.97;0～5 m土层土壤湿度的模拟值和观测值间相关系数在苜蓿草地、冬小麦田和马铃薯田分别为0.94、0.93和0.87,均达到了极显著水平。模拟结果表明：苜蓿翻耕后,种植马铃薯和糜子均有利于土壤水分的恢复。在土壤干燥化程度较严重时,种植冬小麦或者春玉米能够在一定程度上缓解土壤干燥化;在无干燥化或者干燥化程度较轻时,种植冬小麦和春玉米会导致土壤含水率的下降。在长武旱塬,“马铃薯-糜子-春玉米-马铃薯-糜子-冬小麦”的粮食轮作模式有利于苜蓿地土壤水分恢复,持续种植9～12 a后可以再次种植苜蓿。     

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。     

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。     

花岗岩坡地土壤侵蚀强度分级参考指标探讨

根据实测资料建立了花岗岩坡地土壤侵蚀强度模型,并对土壤侵蚀强度分级标准进行了讨论,认为2OOt/km²为土壤允许侵蚀量较合适。在此基础上建立了土壤侵蚀强度分级参考指标系统。该指标是以侵蚀量为基础的,且各指标在野外获取容易,所以该土壤侵蚀强度分级参考指标可以在条件相似的广大南方花岗岩地区推广试用。