多年生人工柠条林生长对土壤水分的影响

研究多年生人工柠条林地生长对土壤水分的影响,对水资源紧缺的黄土丘陵区植被重建和生态建设具有重要的意义。以多年生的柠条林为对象,采用中子水分仪对黄土丘陵半干旱区(宁夏固原)多年生的柠条林地及撂荒地土壤水分进行长期定位观测与分析,研究了多年生人工柠条林生长对土壤水分的影响。结果表明:柠条林地和撂荒地各深层土壤容积含水量分别为4.18%～14.67%和2.87%～15.01%,柠条林地各个深度土层的土壤容积含水量普遍低于撂荒地同等深度土层土壤容积含水量。多年生的人工柠条林地同撂荒地二者的土壤容积含水量变异系数区间分别是3.27%～31.12%和7.39%～34.63%,都随土层深度增加而逐渐减小,是该区域土壤容积含水量变异系数所具有的共性。多年生的人工柠条林对200 cm以下深层土壤水分的消耗影响深远。     

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。     

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。     

荒漠草原区不同土地利用方式下土壤水分相对亏缺

以典型荒漠草原区(宁夏盐池县柳杨堡乡杨寨子村)作为研究对象,采用土壤水分相对亏缺指数(CSWDI)、样地土壤水分相对亏缺指数(PCSWDI)、土壤有效储水量(ESWS)、土壤水分相对亏缺量(DSWS)、变异系数(CV)5个指标来衡量旱地、天然草地、柠条林地3种土地利用方式下土壤水分的亏缺程度。研究结果表明:(1)旱地、天然草地、柠条林地的土壤储水量和土壤有效储水量与降雨量的变化趋势相同。且降雨对剖面土壤水分的影响程度随土层深度的增加而减弱。(2)土壤水分亏缺状况表现为旱地柠条林地天然草地。天然草地土壤水分不亏缺,旱地、柠条林地土壤水分呈亏缺状态。(3)天然草地土壤水分蓄积效应最强,土壤水分亏缺主要集中在表层。旱地土层越深土壤水分越亏缺土壤水分亏缺。柠条林地0-100cm土层土壤水分不亏缺,100-200cm土层土壤水分亏缺。(4)旱地、天然草地、柠条林地土壤水分剖面变化分别呈现波动型、增长型和稳定型。     

围栏封育对荒漠草原灌丛草地土壤优先流的影响研究

为探究围封对灌丛草地土壤优先流的影响,以宁夏吴忠市盐池县典型荒漠草原区为研究区,通过野外入渗染色试验、图像处理分析等方法,对围封荒漠草原灌丛草地土壤优先流的影响进行评价。结果表明:(1)围栏封育与放牧管理样地土壤水分入渗特征存在差异,在围栏封育样地,草地、天然柠条林地、人工柠条林地的入渗染色图像分别在0—125,0—115,0—105 cm呈现均匀分布,而在125—240,115—150,105—140 cm呈现染色分支,在放牧管理样地,草地、天然柠条林地、人工柠条林地入渗染色图像分别在0—80,0—70,0—80 cm呈现均匀分布,围栏封育导致土壤优先流发生深度更大;(2)土壤剖面染色面积比表现为围栏封育草地＞围栏封育天然柠条林地＞围栏封育人工柠条林地＞放牧管理人工柠条林地＞放牧管理天然柠条林地＞放牧管理草地,土壤染色深度表现为围栏封育草地＞围栏封育天然柠条林地＞放牧管理草地＞放牧管理天然柠条林地＞围栏封育人工柠条林地＞放牧管理人工柠条林地,围栏封育管理会导致土壤剖面染色面积比及染色深度增大;(3)土壤优先流变异系数表现为放牧管理天然柠条林地＞放牧管理人工柠条林地＞围栏封育天然柠条林地＞放牧管理草地＞围栏封育人工柠条林地＞围栏封育草地,放牧管理导致土壤优先流程度增加,而围栏封育降低灌木林地及草地的优先流程度。因此,在荒漠草原等干旱半干旱地区,围栏封育可作为提升土壤水分均匀入渗深度、降低优先流发生程度、提高土壤水分利用效率的重要管理方式。     

黄土高原水蚀风蚀交错带沟岸灌木林地土壤水分变化

选择黄土高原水蚀风蚀交错带典型切沟,采用人工取样和中子仪测定研究了柠条坡地不同坡位土壤水分变化,明确了切沟对沟岸柠条林地土壤水分的影响范围,建立了土壤储水量与距沟沿不同距离之间的关系。结果表明：在黄土高原雨季(7～10月),天然降水对柠条坡地下位的补给深度达到了220 cm,对坡地上位和中位的补给深度分别为180 cm和160 cm。在土壤剖面200 cm深度范围内,坡下位土壤水分含量始终高于坡上位和坡中位,200 cm深度以下,坡地上、中、下位土壤水分趋于一致。切沟对柠条林地土壤水分影响水平宽度达到3～4 m,垂直深度达到6 m以下。沟岸柠条坡地距沟沿不同距离土壤剖面储水量与沟沿距离间的关系可以用线性函数来表达。研究沟岸地距沟沿不同距离的土壤水分变化规律对沟岸地植被的恢复具有重要的科学意义。     

柠条林地土壤水分动态分析

在龙滩流域内,不论阴坡、半阳坡还是阳坡,柠条林地土壤含水量年内变化均呈现不对称的双峰曲线,4月与7月出现土壤含水量的低值,5月与9月出现土壤含水量的高值,且一年当中土壤含水量生长末期明显高于生长初期,柠条林地在该区域表现出随季节变化对土壤水分较为稳定的利用特性;不同坡向人工柠条林土壤水分具有显著性差异,具体表现为阳坡半阳坡阴坡。     

不同种植密度人工柠条林对土壤水分的影响

通过对宁夏盐池干旱退化草场植被恢复与风蚀沙化防治技术示范区内不同种植密度的柠条林土壤水分进行了定位观测,从土壤水分日变化、季节性变化、水分垂直分布等方面进行了分析.结果表明土壤含水量主要受大气降雨及植物生长节律的影响,变化较大.0～100 cm土壤含水量的垂直分布规律为从表层到深层土壤含水量递增.林地土壤水分随着离柠条带距离的增加显著 (P<0.05)增加.种植密度不同土壤贮水量明显不同,密度分别为3 330丛/hm2(带间距4 m),土壤水分处于亏损状态,0～100 cm土壤贮水量极显著低于对照,柠条密度为2 490丛/hm2(柠条带间距7 m)和1 665丛/hm2(柠条带间距10 m)时,土壤含水量变化不大,但0～100 cm土壤贮水量极显著高于对照.针对盐池干旱风沙区,柠条林种植适宜密度为7 m或大于7 m为宜.退化草场种植密度土壤水分干旱风沙区.     

人工柠条林地土壤水分补给和消耗动态变化规律

黄土高原地区水资源缺乏，水资源，特别是土壤水资源的适度开发和合理利用势在必行。在黄土丘陵半干旱区的上黄生态试验站对多年生人工柠条林林冠截留，地表径流，土壤水分和植物生长等进行了定位观测，对林地土壤水分补给和消耗动态变化规律进行分析。结果表明，人工柠条林次降雨林冠截留随降水量增加而逐渐增加，地表径流与林外降雨量为直线关系。影响土壤水分补给的主要因素为天然降水，其次为林冠截留。土壤水分补给量与降雨量为线性关系；降水对土壤水分的影响程度随深度的增加而减弱，土壤水分最大入渗深度为170～270cm。偏早年随着柠条林生长并进入速生期，柠条林地耗水量加大，土壤早化加剧。丰水年土壤补给量剧增，但柠条林依然生长不良，储存在土壤中的水分只能等到来年被植物吸收利用。     

黄土丘陵区不同植被恢复措施对土壤养分和微生物量C、N、P的影响

以黄土丘陵典型地区-宁夏固原不同植被恢复措施:撂荒地、人工草地、天然草地和灌木林地(柠条)为研究对象,分析了不同植被类型下土壤微生物量碳、氮、磷的变化.研究结果表明:不同植被类型条件下,土壤微生物量有显著差异,微生物量碳和微生物量磷含量均表现为撂荒地<人工草地<天然草地<灌木林地,微生物量氮以人工草地略低,撂荒地和柠条林地较大.土壤微生物量碳、氮、磷与土地利用方式关系密切.柠条林对土壤微生物生物量有明显的促进作用.     

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。     

温室表层土壤硝态氮运移的水、热耦合效应研究

为了探讨温室作物生产水肥管理和温度环境对土壤NO3--N向表层迁移的影响,选用5 a的温室土壤样品进行土柱蒸发模拟试验,研究蒸发温度、土壤初始含水量、初始NO3--N含量及其耦合效应对温室土壤迁移速率及其垂直剖面分布的影响。试验结果表明:蒸发温度和土壤初始含水量明显影响NO3--N向土壤表层的迁移,并随蒸发温度和土壤初始含水量的增加而加强;通过正交回归分析得出影响NO3--N迁移速率的因素依次为初始含水量、蒸发温度以及温度与含水量的交互作用;土壤初始NO3--N含量以及它与蒸发温度、土壤初始含水量的交互作用对NO3--N迁移速率的影响不显著,但它影响土壤中各层的NO3--N绝对含量;经过5 d蒸发后,NO3--N沿垂直剖面分布出现上高下低,并出现一小的回升后逐渐趋于稳定。本文建立了蒸发条件下NO3--N迁移速率的回归模型,利用该回归模型,可为温室土壤在不同环境及水肥条件下NO3--N向表层迁移速率的预测提供依据。     

层状土垂直一维入渗土壤水分运动数值模拟与验证

[目的]为进一步认识层状土垂直一维入渗土壤水分运动规律。[方法]依据非饱和土壤水分运动理论,建立了垂直一维土壤饱和—非饱和水分运动的数学模型,并用SWMS-2D软件进行求解。采用已有文献资料,对均质土和层状土的土壤剖面含水率、土壤湿润锋运移值和累积入渗量及入渗速率等指标的实测值与模拟值进行分析验证。[结果]实测值与模拟值具有较好的一致性,所提出的数学模型既适用于均质土壤,也适用于层状土壤。[结论]所建模型能比较真实地反映均质土和层状土垂直一维入渗土壤水分运动的状况,证明利用SWMS-2D软件对层状土柱中土壤水分运动进行模拟具有可行性。     

压砂条件下灰钙土地区农田土壤水分垂直入渗特征研究

为探讨压砂条件下灰钙土水分垂直入渗特征,采用土柱模拟法,分别研究了压砂厚度、砂石粒径、土壤初始含水率及灌水量,对压砂条件下水分累计入渗量和土壤湿润锋的影响。结果表明:压砂条件下,土壤水分累计入渗量与入渗时间可以用正相关幂函数拟合。累计入渗量随着压砂厚度的增加呈增加趋势,入渗速率增加值的临界点是压砂厚度为15 cm;当砂石粒径为4.75 ~ 20 mm,明显促进水分垂直入渗过程,而砂石粒径20 ~ 40 mm及2 ~ 4.75 mm的处理,水分入渗速率变慢;土壤初始含水率增加,明显促进土壤水分垂直入渗;而灌水量从59 mm增加至177 mm时,有效促进水分入渗和湿润锋运移过程,但继续增加灌水量入渗过程则无显著性变化。     

黑钙土不同土层在两种材质负压渗水器下的吸渗特性

基于–5 k Pa负压灌水条件下的一维垂直水分吸渗试验,分析了陶土和聚乙烯醇缩甲醛泡沫塑料(PVFM)两种材质负压渗水器在黑钙土A、B层的渗水性能,测定累计吸渗量、吸渗率、湿润峰及土壤含水率等指标,并利用它们考察了Kostiakov,Horton、Philip 3种常用的土壤水分吸渗模型及垂直一维非饱和土壤水分运动代数模式描述负压吸渗过程的适用性,进一步比较了不同处理下的模型参数。结果表明:(1)–5 k Pa灌水条件下,PVFM渗水器和陶土渗水器的累计吸渗量没有明显差异,前者能有效替代后者作为负压渗水器;(2)黑钙土B层土壤水分吸渗特性比A层差,同时间内累计吸渗量较少,吸渗率降低速度更快;(3)短时间负压灌溉条件下,不同土层的累计吸渗量与湿润峰、吸渗率与湿润峰倒数、湿润峰平方与时间均存在明显的线性关系;(4)负压灌溉后距离渗水器上下各15 cm范围内,土壤含水率维持于20%~33%范围内,变异系数均在10%左右;(5)拟合结果表明,Kostiakov与Philip模型能很好地描述–5 k Pa负压灌溉下不同处理的水分吸渗特性,而Horton模型描述黑钙土A、B层较长时间的吸渗效果较差。     

初始湿度对覆膜开孔蒸发水盐运移的影响

为了解初始含水率(湿度)变化对覆膜开孔蒸发的盐分与蒸发量的定量关系,通过不同湿度土壤的室内蒸发实验,研究了覆膜开孔率影响下土壤水分和盐分的运动特征.结果表明,初始含水率越大,不同覆膜条件下累积蒸发量越大,单位膜孔面积累积蒸发量(E_R)随开孔率增大而急剧减小.不同初始湿度的ER与覆膜开孔率的关系可用乘幂表示;表土返盐量随覆膜开孔率的增大而逐渐增加;不同含水率土壤的盐分浓度削面分布趋势一致,含水率越大,表层盐分浓度越大,含水率较小的土壤.盐分浓度在表层最大.在盐分含量最低点附近达到最小值,表层以下4-13cm的盐分浓度均小于初始值;不同覆膜开孔率条件下不同含水率土体剖面盐分浓度与垂直位置之间可用幂函数表示.研究表明,初始湿度对土壤水盐运动的影响存在定性特征,而覆膜开孔率对水盐运动的影响有定量关系可循.     

多因素影响下竖管地下灌溉入渗特性分析

为了研究压力水头、竖管直径、土壤初始含水率、土壤容重和入渗时间等5个因素对竖管地下灌溉入渗特性的影响。采用正交试验设计共安排了10组试验（9组试验,1组验证试验）,利用竖管地下灌溉室内试验装置测定7 h内累积入渗量,构建累积入渗量与5个因素之间的量化关系式,量化关系式相关系数为0.98,决定系数大于0.99,表明该式可客观反映各因素与累积入渗量之间的关系。累积入渗量与压力水头、竖管直径和入渗时间呈显著性正相关,与土壤初始含水率和容重呈负相关。根据这一量化关系式得到入渗流量的表达式,入渗流量开始较大,为1.93～5.92 L/h,逐渐减小,经过5～6 h后趋于稳定,稳定入渗流量为0.08～0.25 L/h;用敏感性分析和相关系数分析各因素对入渗流量的影响,结果表明：压力水头是影响流量的主要因素,其次为竖管直径、容重和初始含水率;入渗流量与压力水头和竖管直径呈极显著性正相关,与土壤初始含水率、土壤容重和入渗时间呈负相关。这一结果对进一步研究竖管地下灌溉管网系统水力特性和技术要素具有重要意义。     

滴灌湿润体交汇情况下土壤水分运移特征的研究

以室内试验为基础，测定了重壤土、中壤土、砂壤土在不同滴头流量、不同灌水量下的滴灌交汇土壤水分入渗运动过程。研究结果显示了滴头流量、灌水量和土壤质地对交汇入渗湿润体形状的影响规律。滴灌入渗交汇界面的湿润锋水平和垂直距离与入渗时间之间符合良好的线性关系，湿润锋水平和垂直速度随着交汇时间的延长而增大。随着距滴头距离的增加，滴灌交汇入渗湿润体内的土壤含水率降低，湿润锋交汇界面处的土壤含水率一般均大于同等土壤深度的含水率。研究结果对滴灌系统设计理论具有一定的指导作用。     

石膏对土壤水分入渗特性的影响

[目的]分析石膏对土壤水分入渗特性的影响,以期为土壤入渗模型及石膏更好地应用于生产实际、土壤改良等领域提供科学依据。[方法]采用室内一维土柱模拟试验,利用垂直一维入渗代数模型分析在施加石膏前期,其对土壤水分运动特性的影响。[结果]在施加石膏前期,与对照组相比,随着石膏施量的增加,累积入渗量分别减小了10.2%,16.15%,30.73%和40.38%;入渗率分别减小了18.78%,21.07%,42.13%和54.82%;土壤剖面含水量显著降低。利用垂直一维入渗模型对土壤水分入渗资料进行分析可知,与对照组相比,随着石膏施量的增加,土壤饱和导水率逐渐减小,且分别减小了18.42%,36.84%,59.21%和75.00%;而非饱和土壤水吸力分配系数β与土壤水分特征曲线和非饱和导水率综合形状系数α无明显变化规律。预测值累积入渗量与实测累积入渗量之间的接近程度较高,相关性较好,且决定系数R2均在0.99以上,且均方根误差小于0.5,说明在施加石膏前期,其可以有效地削弱土壤的入渗能力,减少水分渗漏,降低入渗速率,而且还可以改变土壤水分的分布状况,且利用垂直一维入渗模型可以较好地分析石膏对土壤水分特征的影响。[结论]石膏可以有效地降低土壤的入渗能力和导水特性。     

Promise and pitfalls of modeling grassland soil moisture in a free-air CO2 enrichment experiment (BioCON) using the SHAW model

Free-air carbon dioxide (CO₂) enrichment (FACE) experiments provide an opportunity to test models of heat and water flow under novel, controlled situations and eventually allow use of these models for hypothesis evaluation. This study assesses whether the United States Department of Agriculture SHAW (Simultaneous Heat and Water) numerical model of vertical one-dimensional soil water flow across the soil-plant-atmosphere continuum is able to adequately represent and explain the effects of increasing atmospheric CO₂ on soil moisture dynamics in temperate grasslands. Observations in a FACE experiment, the BioCON (Biodiversity, CO₂, and Nitrogen) experiment, in Minnesota, USA, were compared with results of vertical soil moisture distribution. Three scenarios represented by different plots were assessed: bare, vegetated with ambient CO₂, and similarly vegetated with high CO₂. From the simulations, the bare plot soil was generally the wettest, followed by a drier high-CO₂ vegetated plot, and the ambient CO₂ plot was the driest. The SHAW simulations adequately reproduced the expected behavior and showed that vegetation and atmospheric CO₂ concentration significantly affected soil moisture dynamics. The differences in modeled soil moisture amongst the plots were largely due to transpiration, which was low with high CO₂. However, the modeled soil moisture only modestly reproduced the observations. Thus, while SHAW is able to replicate and help broadly explain soil moisture dynamics in a FACE experiment, its application for point- and time-specific simulations of soil moisture needs further scrutiny. The typical design of a FACE experiment makes the experimental observations challenging to model with a one-dimensional distributed model. In addition, FACE instrumentation and monitoring will need improvement in order to be a useful platform for robust model testing. Only after this can we recommend that models such as SHAW are adequate for process interpretation of datasets from FACE experiments or for hypothesis testing.