宁夏固原云雾山天然草坡土壤电阻率和含水率的关系及其空间变异

为了解黄土区坡面土壤水分的空间分布,于2010年5月初选择宁夏固原云雾山2个典型草坡上利用多电极电阻仪法(ERT)测定了土壤电阻率的坡面空间分布。分别在长约400m的东南坡向坡面和圆丘坡面的4个长约100m坡向上设置纵向样线,并在样线上多点同步地测定了土壤含水率和电阻率,结果表明:土壤电阻率沿纵向坡面的空间连续性和变异性总体较好,阴坡半阴坡(西北、东北)的土壤电阻率小于阳坡半阳坡(东南、西南),并随土层深度增加而逐渐增大。同时,土壤电阻率随着体积含水率增大而几乎线性降低,其相关关系较好,说明利用土壤电阻仪测定值计算土壤含水率的空间连续发布是定量了解黄土坡面土壤水分空间分布非破坏性的一个适合技术途径。     

电阻率法确定土壤水分特征曲线初探

以取自青岛市郊区的田间土样为研究对象,通过自制的室内土壤电阻率测量装置,测定了土壤的电阻率及对应的含水量,建立了电阻率-含水量关系模型。基于Ku/pF非饱和导水率测量系统测定的土壤水分特征曲线,借助含水量这一中间量,推求出了土壤电阻率-基质吸力关系模型,从而可以根据电阻率计算出对应的土壤基质吸力。耦合土壤电阻率-含水量关系模型与土壤电阻率-基质吸力关系模型,达到了预测土壤水分特征曲线的目的,为电阻率法在区域尺度空间和时间上预测土壤水分特征曲线提供了新的途径。     

黄土区不同土层土壤容重空间变异与模拟

容重(ρ_b)是土壤最基本物理性质之一,是衡量土壤质量和生产力的重要指标,也是土壤碳氮贮量估算的重要参数。为探明黄土区不同土层ρ_b的分布特征并建立预测模型,在黄土区布设243个样点,获取0～10、10～20和20～40 cm土壤ρ_b及环境因子,采用经典统计学与地统计学方法,分析了不同土层ρ_b的空间变异特征,并利用逐步回归和传递函数方程对ρ_b的空间分布进行了模拟。结果表明:黄土区不同土层ρ_b均为中等程度变异,ρ_b随土层深度的增加而增大。不同土层农地ρ_b最大,其次为林地和草地。0～10、10～20和20～40 cm土壤ρ_b半方差函数最佳拟合模型分别为指数模型、指数模型和球状模型,变程为22～780km。粉粒含量、坡度、海拔、多年平均降水量、气温、干燥度和土地利用是影响区域尺度黄土区ρ_b空间分布的重要因素,基于相关因子建立的传递函数模型可以解释0～40cm深度ρ_b变异的38%～52%,且预测效果优于逐步回归方程,可用于田间条件下ρ_b空间分布特征的预测。     

黄土区刺槐林地土壤水分剖面的垂直分层

 为从蒸散耗水角度对黄土区刺槐林地土壤水分剖面进行垂直分层,在山西吉县蔡家川流域刺槐林地布设频域反射仪对0～150cm土层分层连续测定土壤水分,综合利用灰关联分析法和有序聚类法对各土层、不同时间蒸散耗水特性进行研究。结果表明:从蒸散耗水角度,黄土区刺槐林地土壤水分可垂直划分为地表植物蒸散耗水层(0～10cm)、林下灌木蒸散耗水层(10～40 cm)、刺槐蒸散耗水层(40～150cm);灰关联分析法和有序聚类法可以综合应用于土壤水分剖面垂直分层研究。分层方法数学理论基础较严密,取得的分层结果与现有相关研究结果基本一致,因此,有较高可信度,可为黄土区刺槐林地土壤水分研究提供参考。     

黄土区果农复合系统种间水分关系研究

选择黄土区7种典型果农复合类型,进行野外实验布设。利用土钻取样和烘干称重法进行土壤含水量的测定,研究了不同果农复合类型土壤水分含量的水平方向变化与垂直剖面变化规律,分析了黄土区果农复合类型种间水分竞争关系。研究表明,在水平方向上,果农复合类型土壤水分含量的变化与林带的方位、距离有关,果农复合对水分竞争并不显著,树木对光遮蔽作用的强弱,才是影响土壤水分水平变化的主要因素。在垂直方向上,根系对土壤水分的竞争区域主要在0-60cm土层范围内。同单作作物土壤水分的比较得出,苹果和其它农作物的复合有助于土壤水分的保持;核桃、桃与其它农作物的复合,则表现为不同的影响,即对玉米的协助大于竞争,对花生的竞争大于协助。     

土地利用格局对半干旱黄土区土壤水分的影响

半干旱黄土区不同土地利用的土壤水分效应是农业生产、植被恢复和土地合理利用的重要依据.通过对孙家岔流域不同土地利用格局实测土壤水分资料分析,结果表明,梯田区阴坡的土壤含水率高于阳坡;梁峁顶区封闭荒地不同累积深度的土壤含水率均高于农地;缓坡区(＜15°)农地土壤平均含水率高于荒地;灌木林地表层(0-80 cm)土壤含水率高于荒地,而较深层(80-180 cm)低于荒坡;松树林地平均土壤含水率高于杏树林地.说明在半干旱黄土区,梯田的保水效益最好;杏树林相对于松树林耗水量更大,不适宜在无灌溉条件的半干旱黄土区大面积种植;柠条灌木林改善地表土壤水分状况的效应明显,并且能充分利用较深层的土壤水分;缓坡区种植农作物比荒地更有助于土壤水分的改善.     

电阻率成像法监测人工梭梭林土壤水分

土壤水分是影响干旱半干旱沙区植物生长发育的主要限制因素。快速、准确地监测土壤水分时空动态可为干旱半干旱区植被建设与生态恢复提供科学依据。以乌兰布和沙漠东北部人工梭梭固沙林土壤为研究对象,在林内、外(根际、冠中、冠缘、行间、林外)设置了5条监测样线,分别于一次强降雨后的第2天、第15天、第55天用多电极电阻仪定位测定了土壤电阻率,同步采取土样用烘干法测定了土壤实际含水率,建立了土壤含水率与土壤电阻率之间的相关关系,并对二维剖面土壤水分空间分布特征进行了分析。结果表明:1)土壤含水率与土壤电阻率之间为极显著负相关关系(P0.01),可用幂函数表示。2)5条测线的土壤电阻率在3次监测时均随土层深度增加而减小,而土壤含水量随土层深度增加而增大,根际冠中冠缘行间林外。强降水后的不同时间内,由于受土壤属性、树冠对水分再分配、树干径流、根系吸收水分等影响,二维剖面上土壤水分空间分布格局有明显变化。随着雨后干旱时间的延长,0～51 cm水分含量由于受蒸发、植物吸收利用的影响而明显降低。3)电阻率成像技术在野外能快速准确,长期定位监测土壤水分含量;对地表扰动小,实现了非破坏性测量;保证测定精度的同时,还能提供尺度较大的土壤水分空间分布的详实数据,可高效快速地获取连续的土壤水分分布信息。     

蚯蚓粪覆盖对降雨后黄土区土壤水分影响的室内模拟研究

通过室内模拟试验研究蚯蚓粪覆盖对降雨后黄土区土壤水分的影响,以蚯蚓粪覆盖厚度和雨强为试验变量,试验处理设置如下:降雨强度设置为大雨、中雨、小雨;蚯蚓粪覆盖厚度分别为1 cm、2.5 cm、4 cm,覆盖面积为土柱表面积的90%,以裸土作为对照。分别测定降雨完成后10 h内的湿润锋迁移过程和48 h内0～5 cm(上层),5～10 cm(中层)和10～15 cm(下层)的土壤含水率变化情况。结果表明:蚯蚓粪覆盖对降雨后黄土区土壤水分分布具有一定影响,降雨入渗结束后,覆盖蚯蚓粪处理的土壤含水率在较短时间内低于裸土,但5～15 cm土层含水率不断增加,并逐渐高于裸土,表明蚯蚓粪覆盖能够延缓降雨入渗,并影响黄土区土壤水分再分配过程,对降雨后表层以下的水分增加具有促进作用,有利于提高黄土区降水的利用率。     

荒漠绿洲过渡带土壤饱和导水率的空间变异特征

土壤饱和导水率(saturated hydraulic conductivity,Ks)是影响土壤水文过程的重要参数,反映了土壤的入渗性能与持水能力。为探究荒漠绿洲过渡带土壤Ks的空间分布特征及影响因素,基于网格法(2 km×2 km)在黑河中游荒漠绿洲过渡带不同景观类型布设27个样点,获取0—30 cm土层基本物理性质,并利用Hood-IL 2700入渗仪测定土壤Ks。采用经典统计学和地统计结合的方法分析土壤Ks空间分布特征及其影响因素,建立Ks的土壤传递函数。结果表明:(1)土壤Ks变异系数为1.21,属强变异,Ks和土壤水分(SW)、有机质、黏粒(clay)、粉粒含量呈极显著负相关(P0.01),与容重(ρ_b)、砂粒含量呈极显著正相关(P0.01)。(2)土壤水分半变异函数最佳拟合模型为指数模型,容重、黏粒含量均为球状模型,容重、土壤水分和黏粒的最佳采样距离分别为0.38～0.77,1.86～3.72,1.41～2.83 km。(3)建立的传递函数为log Ks=-2.914+2.772ρ_b-0.09SW+0.068clay,容重、土壤水分和黏粒含量可作为模拟区域饱和导水率空间分布状况的预测变量。研究结果为荒漠绿洲过渡带土壤水分运移及模拟提供重要的数据支撑。     

水分对苹果园土壤呼吸季节性与年际变化的影响

[目的]了解果园土壤呼吸的季节和年际变化及其影响因素,为退耕还果条件下黄土高原地区土壤碳源汇功能变化研究提供依据。[方法]在长武农田生态系统国家野外站,以盛产期果园为对象,利用土壤碳通量监测系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)连续3 a原位监测了土壤呼吸、土壤水分和温度变化,分析了土壤呼吸的季节性和年际间的变化及其与水分、温度变化之间的关系。[结果]土壤呼吸具有明显的季节和年际变异特征:最高值出现在雨季(7—9月),3 a分别为3.14,3.98,4.71μmol/(m~2·s),最低值出现在11月后,3 a依次为0.99,0.88,0.69μmol/(m~2·s);年际间累积呼吸量变异约21%。土壤呼吸与温度呈显著指数关系,而不同水分状况下土壤呼吸及温度敏感性(Q_(10))不同,当土壤水分含量11.12%时,土壤呼吸为2.01μmol/(m~2·s),当土壤含水量变化于11.12%～23.63%之间时,土壤呼吸为2.24μmol/(m~2·s),当土壤含水量23.63%时,土壤呼吸则为1.38μmol/(m~2·s);相应地不同水分条件下Q_(10)值分别为1.57,1.63和1.38。[结论]土壤水分显著影响黄土区苹果园土壤呼吸和Q_(10),研究结果为黄土区果园生态系统碳汇功能的估算提供了依据。     

黄土区典型小流域包气带土壤水同位素特征

通过野外调查与室内试验相结合的方法,对王茂沟流域降水及5种土地利用类型土壤剖面稳定氢氧同位素特征进行对比分析,为黄土区土壤水分运移机制、模型参数识别及生态保护与重建提供科学依据。结果表明:(1)降水与5种土地利用方式下土壤水中δD和δ~(18) O的变化范围分别为(-118.08‰)~(-14.37‰),(-16.13‰)~(1.41‰)和(-92.36‰)~(-34.98‰),(-12.48‰)~(-5.01‰),平均值分别为-37.36‰,-5.65‰和-60.18‰,-7.81‰。(2)不同土地利用类型的土壤水氢氧同位素变化存在显著性差异,土壤通透性草地梯田林地坝地坡耕地,表层土壤水分的蒸发分馏程度梯田草地坝地坡耕地林地。(3)林地和草地"优先流"现象明显,草地"优先流"程度最大,林地能显著延伸"优先流"发生路径。(4)草地、林地和梯田分别在160,200,200cm土层及以下氢氧同位素值相对稳定,坝地和坡耕地可能对地下水水质与补给造成较大影响。     

黄土区梯化坡地不同土地利用方式对土壤理化性质的影响

[目的]研究覆膜作物、牧草地和撂荒地模式下梯化坡地不同土地利用方式对土壤理化性质的影响,为黄土区梯化坡地优化农业生产管理提供科学依据。[方法]以黄土区甘肃省陇西县梯化坡地为研究对象,选择5种土地利用方式(玉米地、苜蓿地、撂荒地2 a,撂荒地4 a和荒草地)按不同坡位(挖方段、中间段、填方段)进行土壤取样,对0—40 cm土层土壤理化性质进行研究。[结果]在5种土地利用方式下,土壤含水量、容重均随土层深度增加而增大,其中玉米地土壤含水量最高,容重最小;土壤机械组成均表现为:细砂粒黏粒粉粒粗砂粒;土壤含水量、容重、黏粒和粉粒均表现为:挖方段中间段填方段,而粗砂粒、细砂粒、有机碳、速效钾和水解性氮则呈现相反的趋势。土壤pH值均值变化为苜蓿地最大,撂荒地最小,且方差分析差异不显著(p0.05)。土壤有机碳、速效钾和有效磷均值均表现为玉米地最大,水解性氮均值表现为:苜蓿地玉米地撂荒地2 a荒草地撂荒地4 a。[结论]覆膜玉米地表现出对土壤含水量、容重及养分的促进作用均优于其他土地利用方式,且填方段的土壤更加肥沃,耕作中应注重加强对挖方段的施肥。     

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。     

黄土高原小流域土壤水分及全氮的垂直变异

为了研究黄土高原土壤中水分及全氮垂直分布及变异情况,对陕北神木县六道沟小流域中苜蓿地、荒草地、农地、柠条地以及油松地5种不同植被类型下0～800 cm土层中土壤含水率和土壤全氮进行了测定和分析。土壤含水率在垂直方向上呈现出干湿交替的层状分布。植被类型影响土壤水分含量的垂直剖面分布;各植被类型下相对高湿层和低湿层出现的深度不同;不同深度土层平均土壤含水率不同。农地及退耕荒草地土壤水分涵养较好,垂直方向上含水率变化较大;人工植被苜蓿、柠条消耗土壤水分较多,土壤含水率变化相对平缓;油松地平均土壤含水率及变化幅度居中。研究区域中,土壤全氮含量水平较低,表层发生陡降后,在20 cm以下土层中仍以很小的变幅降低,变化平缓。柠条地土壤全氮含量高于其他植被类型。     

晋西黄土区坡面尺度土壤水分分布规律研究

采用定位观测方法对晋西黄土丘陵沟壑区坡面土壤水分的分布规律进行研究。结果表明,坡向、坡度、坡位是坡面尺度土壤水分分布的重要影响因素。得出了不同立地条件土壤水分的剖面变化与时间动态规律。在此基础上对不同立地条件进行聚类,给出了坡面尺度下不同立地条件的分类结果。通过分类,可以用立地因素代替土壤水分状况,为黄土高原植被建设提供科学的土壤水分依据。     

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。     

黄土区不同土地利用方式坡面土壤含水率的空间变异性研究

为掌握不同土地利用方式下坡面土壤含水率的空间分布特征及其变异规律，利用经典统计学方法对黄土高原水蚀风蚀交错带草地和农地坡面土壤含水率的空间变异性进行了对比研究。结果表明：草地和农地的土壤含水率均值在同一土层深度下差异极显著，但二者在垂直方向、坡长方向的变异程度均为中等变异程度；草地和农地坡面土壤含水率的垂直变化特征不同，前者为降低型，后者在100 cm以上为波动型，以下为稳定型；草地和农地坡面土壤含水率均随坡长的增加呈波浪式变化规律，整体上有增加趋势；将坡面划分为5个坡长或将土层划分为4层以后，草地和农地坡面土壤含水率沿垂直方向、坡长方向的总体变化趋势均没有改变，但由于尺度的扩展获得了一些较大尺度上的水分信息。     

黄土高原小流域不同坡地利用方式的水土流失特征

坡地是黄土高原水土流失的主要来源,坡地利用方式与水土流失的关系研究是黄土高原水土流失综合治理与植被恢复中的重要基础科学问题。在陕北神木县六道沟小流域内,选择谷子地、黑豆地、退耕撂荒地、荒草地和柠条地等5种利用方式修建标准径流小区,观测了产流产沙状况,分析比较其水土流失特征。结果表明：观测期内谷子、黑豆、退耕撂荒、荒草和柠条等5个小区的产流量分别为2.1、2.2 、1.5、1.2和0.9 m3,径流系数分别为4.1%、4.6%、2.9%、2.4%和1.9%,产流量大小顺序为黑豆＞谷子＞退耕撂荒＞荒草＞柠条,最大产流量为最小值的2.4倍。谷子、黑豆、退耕撂荒、荒草和柠条等5个小区的侵蚀产沙量分别为196.6、228.6、27.2、23.3和10.4 kg,其大小顺序为黑豆＞谷子＞退耕荒草＞天然荒草＞柠条,最大土壤流失量为最小值的22.0倍,表明草灌木等植被类型在保持水土的作用方面要明显高于坡耕地,为评价流域植被恢复的水土环境效应和水土流失治理模式选择提供了基础数据参考。     

Land use effects on the dynamics of soil C, N and microbes in the water-wind erosion crisscross region of the northern Loess Plateau, China

The water-wind erosion crisscross region of the northern Loess Plateau in China is under constant pressure from severe erosion due to its windy and dry climate and intensive human activities. Identifying sustainable land use patterns is key to maintaining ecosystem sustainability in the area. Our aim was to appraise the impacts of different land use regimes on the dynamics of soil total organic C(TOC), total N(TN), and microbes in a typical watershed in the northern Loess Plateau to identify sui...     

典型黑土区农业小流域不同坡向和坡位的土壤水分变化特征

土壤水分变化受地形地貌、土壤质地、土地利用方式等多种因素的影响.为了分析东北典型黑土区土壤水分变化规律,以该区农业小流域为研究对象,采用野外实验的方法,从坡向和坡位出发,系统分析土壤水分在不同坡向和坡位的变化特征.结果表明：1）半阴坡平均土壤含水量低于阳坡和半阳坡;各坡向土壤水分剖面变化趋势不同,坡向仅对0 ～ 35 cm深度范围内土壤含水量变化有显著影响.2）3坡向（阳坡、半阳坡和半阴坡）土壤含水量均为下坡位＞上坡位＞中坡位,各坡向不同坡位土壤含水量剖面变化呈现不同趋势,坡位对测量范围内的阳坡和半阴坡,以及25 ～ 100 cm范围内的半阳坡土壤水分变化有显著影响,但对半阳坡0～ 25 cm土壤水分影响不显著.研究结果可对该地区小流域农作物合理配置及农田土壤水分管理提供科学依据.