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。     

黑土区不同土地利用方式土壤水分动态变化特征研究

在中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站.应用田间定位试验研究了玉米地、休闲地、苜蓿地和裸地4种不同土地利用方式下农田黑土水分动态变化特征.结果表明:土壤剖面0-190 cm水分含量随深度的增加呈先增加后减小的趋势,不同土地利用方式下农田黑土表层0-30 cm的土壤含水量差异较明显,总体表现为裸地相对较高,其次为休闲地、苜蓿地和玉米地;研究时段内土壤水分的动态变化具有明显的季节性,一般可以划分为水分相对稳定期、水分消耗期和水分补给期3个时期;根据变异系数将土壤水分的垂直变化划分为活跃层、次活跃层和相对稳定层,变异系数随土层深度的增加而减小.     

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。     

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.     

晋西黄土区不同土地利用类型对土壤水分的影响

为明确不同土地利用类型对土壤水分的影响,采用土钻法在2019年和2020年4—10月定期对晋西黄土区人工油松林地、荒草地、农地0—10 m土层的含水量进行了观测研究。结果表明：（1）人工油松林地0—10 m土层的蓄水量为1 281.13 mm,荒草地为1 712.85 mm,农地为1 804.77 mm。油松林地较荒草地和农地多消耗431.72,523.64 mm的水分,且多消耗的土壤水分主要来源于深层土壤。（2）3个土地利用类型0—10 m土层含水量的垂直变化可以划分为土壤水分剧烈变化层、弱变化层和稳定变化层,各层的含水量随时间的变化也不尽相同。（3）油松林根系的直接吸水深度为5.4 m,影响深度可达10 m土层以下,农作物的吸水深度为4.2 m,影响深度可达8 m土层以下。对研究区内地势平坦、交通便利的地方可种植农作物,促进当地农业经济建设;而针对油松林地土壤含水量低的现象,可采取适当水分管理措施降低林地耗水。     

毛乌素沙地杨柴灌木林土壤水分对不同降雨格局的响应

[目的] 研究不同降雨格局下,土壤水分的动态变化特征,对判断群落结构的稳定性和为群落结构进行优化调控提供理论依据。[方法] 选择毛乌素沙地典型飞播杨柴灌木林地不同深度土壤为研究对象,使用Watchdog自动水分监测系统连续监测不同深度土壤水分含量动态变化,研究不同降雨事件下10,30,50,70,90和110 cm土层水分的时空变化,分析土壤水分入渗、再分配及水分补给特征。[结果] ①杨柴群落0—110 cm深度土壤水分含量变化受降雨的影响具有明显的垂直特征,10 cm深度土层为变化剧烈层,30 cm深度土层为弱变化层,50 cm以下深度土层为稳定层。②10 cm深度土壤水分对降雨和温度的响应明显,降雨强度和土壤初始含水量对浅层土壤的补给影响较大同时对入渗的深度有一定影响。30 cm以下土层随着深度的增加对降雨的响应滞后,30—50 cm土层主要受初始含水量和降雨量影响较大,50 cm以下深度水分变化主要受降雨量的影响。③>8.8 mm的降雨对10 cm及以下土层具有补给作用,>40 mm的降雨量可通过降水再分配至少达到110 cm深度土层。[结论] 杨柴群落根系主要分布在0—40 cm深度处,>8.8 mm降雨可供杨柴群落有效利用,>40 mm的降雨量可有效对地下水进行补给,有利于群落结构的稳定性和应对下一年度植被生长初期需水时降雨量较小的干旱月份。     

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。     

降雨对柠条锦鸡儿固沙林土壤水分动态变化特征的影响

为探讨半干旱区柠条锦鸡儿林沙丘土壤水分对降雨的响应,采用WatchDog土壤水分传感器、HOBO U30小型自动气象站同步监测毛乌素沙地人工柠条锦鸡儿林0—110 cm层土壤含水量与2019年降水量,分析了沙丘土壤含水量动态变化与降雨入渗特征。结果表明:2019年5月1日—9月15日期间,柠条锦鸡儿林沙丘不同土层水分含量变化受降雨量、累计降雨以及降雨入渗效应等综合因素的影响。其中0—50 cm层土壤含水量对降雨的响应较敏感,累计降雨46 mm可对110 cm层土壤水分进行补给;降雨量5 mm时,湿润深度5 cm,降雨量10 mm左右时,湿润深度30 cm,降雨量20 mm左右时湿润深度30—50 cm,降雨量30 mm时,湿润深度50 cm,降雨量50 mm时湿润深度可达110 cm土层,说明降雨对柠条锦鸡儿林沙丘水分状况有补给作用,但是对90 cm以下土层水分状况的补给能力有限;当降雨量基本相等时,降雨强度与土壤初始含水量对入渗深度及进程有明显影响,即降雨强度越大,土壤初始含水量越高,降雨入渗深度越深,入渗历时越短。     

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。     

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.     

黄土高原人工林对区域深层土壤水环境的影响

通过对典型黄土区 1 0m土层土壤水分的分析表明 :黄土高原土壤深层具有丰富的土壤水资源 ,3～ 1 0m土层内土壤水资源从南部的 1 0 86.8mm逐渐降低到北部的 5 2 4.1mm ,各地土壤水资源量约相当于当地多年平均降水量的 2倍。在 1 0m土壤水分剖面内 ,随土层深度的变化土壤含水量具有波动性和相对稳定性的特征。以荒坡地或低产农田为对照 ,通过对比分析发现 ,黄土高原目前主要的造林树种可利用 9～ 1 0m以下土层的土壤水资源。在黄土高原半干旱气候背景下 ,人工林植被的耗水主要使黄土区中北部地区 3～ 8m土层土壤含水量降低到长期接近或低于凋萎湿度 ,形成难以恢复的深厚土壤干层。人工林大量耗水形成的难以恢复的土壤干层是黄土高原特殊的生态水文现象 ,是目前区域人工植被生态系统不稳定性的体现。同时表明 ,黄土高原营造的人工林尚不能达到涵养水源之功能。     

黄土高原吕二沟流域土地利用及降雨强度对径流泥沙影响初探

在对黄土高原吕二沟流域1982—2005年侵蚀产沙资料统计计算的基础上,从流域尺度上,以次降雨径流产沙为主要研究对象,分析该地区不同降雨强度及不同土地利用情况下降雨量—径流量、径流量—输沙量的相互关系特征,并模拟相应的数学表达式。结果表明：吕二沟流域同一土地利用情况下,场降雨量和场径流量之间存在指数函数相关关系,场径流量和场产沙量之间存在幂函数相关关系;相同降雨量条件下,同样的径流量,土地利用结构得到改善的土地利用模式3能有效地减少大降雨强度条件下的土壤侵蚀量,同样的径流量,降雨强度越大,场产沙量越大。从长远来看,改善流域土地利用结构,改变流域下垫面的情况,增加森林植被覆盖度是控制黄土高原水土流失的根本措施。     

黄土丘陵沟壑区土壤水分垂直分布研究

以黄土丘陵沟壑区燕沟流域为研究对象,对流域内2006年不同类型土壤水分垂直变化进行了分析.结果表明,在实验设计条件下,不同层次的土壤水分变幅较大,坝地、梯田和坡地各层土壤含水量变化与降雨量的季节性变化呈现出较一致的趋势,而苹果地除0-100 cm外,100-200 cm随着降雨量的季节性变化出现较大波动;不同类型土地的土壤含水量变化程度不同,同一类型土地的土壤含水量变化幅度也有差异,10 cm处土壤含水量变异系数最大,随着土层深度的增加变异系数逐渐递减.根据土壤含水量变异系数分析,将不同类型土壤含水量垂直变化划分为速变层、活跃层、次活跃层和相对稳定层4个层次;并建立了不同类型土地各层土壤含水量变异系数回归方程.     

黄土高原沟壑区不同种植系统土壤水分消耗和恢复

黄土高原的土壤干燥化是影响粮食生产可持续发展的关键因素之一,研究土壤干层形成和恢复对该地区粮食生产的可持续发展具有重要意义。该文通过对长期定位观测数据的分析,探讨了不同种植体系和降水年型对土壤水分消耗和恢复的影响。结果表明：与裸地相比,玉米地土壤水分减少最多的月份大多出现在8月或9月,小麦地主要出现在5、6、7月3个月,苜蓿地主要出现在6月或8月;1985－1990年的6 a间,玉米、小麦和苜蓿地生育期内0～2 m土层土壤水分相对裸地平均分别减少了32.52、60.27和86.47 mm。旱作玉米地的土壤水分在平水年型可以得到完全恢复;旱作小麦地在丰水年型或者遇到强降雨的月份土壤水分在0～3 m范围内可以得到恢复,但较难恢复到试验初期的土壤水分。旱作苜蓿地0～3 m范围的土层在降雨较多的年份能够得到一定程度的恢复,6～10 m的土壤水分很难恢复。     

纳米碳对不同植被覆盖下黄土坡地降雨侵蚀的抑制效果

纳米碳对黄土高原地区土壤水分运动具有显著影响。该文基于野外人工模拟降雨试验,研究了不同植被覆盖(空地、柠条、苜蓿、黄豆和玉米)条件下,在黄土坡面上中下位置条施不同质量分数纳米碳(0、0.1%、0.5%、0.7%和1.0%)对坡地产流产沙过程的影响。该文试验设计1.0 m×1.0 m降雨小区,前期在小区坡面种植植被以及埋入不同质量分数纳米碳,其中未做植被覆盖处理和未施加纳米碳的小区作为对照,共25个试验小区。采用针孔式人工模拟降雨器进行模拟降雨,雨强为60 mm/h,降雨历时40 min。降雨过程中定时收集径流及泥沙,用以研究在不同植被覆盖条件下纳米碳对黄土区坡地径流与泥沙的调控机理影响。研究结果显示,在土壤中施入纳米碳,对坡面初始产流时间的影响显著。随着施入纳米碳质量分数的增加,不同植被覆盖的初始产流时间总体随之增加,在4种植被覆盖中,苜蓿延缓产流时间效果最明显,较之空白对照最大增加了287.1%。纳米碳的施入,使各植被覆盖中坡面径流量明显降低,施入不同质量分数纳米碳,各植被覆盖中减流效果最显著的仍为苜蓿,径流量较之对照减少了66.47%,而空地、柠条、黄豆、玉米这4种处理减流幅度均在31.5%~33.6%之间。同时,纳米碳对于坡面径流减沙效果亦非常显著。施入纳米碳后,各植被减沙效果排序依次是:苜蓿柠条玉米黄豆。通过纳米碳对产流产沙量的影响进行相关性分析,得出纳米碳对试验结果具有显著的影响;在水土流失调控效果评价值影响分析中,纳米碳对水土流失调控效果较合适的质量分数为0.5%。综上,在黄土区土壤中施加纳米碳并提高施入纳米碳的比例,对于该地区水土流失的治理具有积极作用。     

黄土高原水土保持与雨水资源化

在分析黄土高原水土保持工作难度的基础上,进一步研究区域水土保持的科学内涵,以及水土保持与雨水资源化的关系。认为：黄土高原水土保持的关键与核心在于如何实现雨水资源化;降雨径流调控与利用不仅可实现雨水资源化,而且可以同步解决制约该区发展的干旱缺水与水土流失并存2大难题。在此基础上,提出了黄土高原水土保持亟待研究的科学问题与技术问题,并初步构建了黄土高原水土保持与雨水资源化的技术体系框架。     

降水年型对黑土区土壤水分动态变化的影响

利用长期定位试验,研究了黑土区不同降水年型下荒地、裸地和农田土壤水分的变化特征.结果表明,降水年型能够影响不同植被类型下土壤水分的季节性动态变化和垂直变化.丰水年不同植被类型土壤含水量均呈"v"型曲线变化,最低值出现在7月份,观测期内裸地较高;平水年呈"W"型曲线变化,分别在6月份和8月份出现两个低值,不同植被类型表现为裸地>荒地>农田;枯水年除裸地在观测后期土壤含水量略有增加外,荒地和农田均持续下降.降水年型对土壤水分变异系数的影响表现为枯水年>平水年>丰水年.其中荒地土壤水分变化最为剧烈,表现在枯水年出现了速变层,而在丰水分内次活跃层也较农田向土壤深层延伸,其次为农田和裸地.     

EFFECTS OF LAND USE ON SOIL MOISTURE VARIATIONS IN A SEMI‐ARID CATCHMENT: IMPLICATIONS FOR LAND AND AGRICULTURAL WATER MANAGEMENT

Knowledge of the effects of land use on soil moisture variations is necessary to improve land and agricultural water management in the semi‐arid Chinese Loess Plateau. However, previous studies are insufficient to guide management practice in this area and improvement is needed to help with the development of the ‘Grain for Green’ programme. As part of the ‘Grain for Green’ programme, we examined the effects of five land uses (fallow, grassland, cropland, 3‐year and 8‐year jujube orchards) on soil water variations in a small catchment on the Loess Plateau. Soil moisture at 0–160 cm depth was monitored approximately weekly at 47 sites from 17 August to 19 October 2009 and from 4 April to 27 September 2010 using a portable time domain reflectometer. Results indicated that mean soil water profiles in different land uses varied with time, land use induced spatial variations of soil water but exerted negligible influence on soil water temporal patterns, and soil water content was of the greatest spatial variability with moderate means (approximately 20 per cent). Furthermore, the relationship between standard deviation and mean water content was dependent on soil depth, although it was negligibly affected by land use. Profile soil water for five land uses was different in various seasons, precipitation infiltration depth exhibited a positive correlation with precipitation, and the whole profile soil moisture (0–160 cm) was complemented following a 93·5‐mm rainfall event. The findings presented here provide helpful information for land and agricultural water management in this area. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

长武塬区降雨入渗特征

为了深入理解深厚黄土层的降雨入渗机制,在黄土高原塬区的长武试验站,应用TDR监测天然降雨下大型土柱土壤含水率的动态变化,并结合土柱底部出流量测定数据,分析天然降雨的入渗特征。结果表明:降雨对土壤含水率的影响主要集中在160 cm深度以上,且随深度增加而递减,至240 cm土层降雨峰值信息几近消失;湿润锋运移速率与降雨强度呈正相关关系,与土壤初始含水率成负相关关系,湿润锋运移深度同降雨量和降雨强度正相关;降雨对300 cm土壤水的补给行为普遍存在,入渗补给以活塞流方式为主;降雨入渗补给土壤水的滞后作用表现出对100～200 cm土壤水的补给滞后时间为15～18 d,对300 cm深度土壤水的补给滞后时间为30～45 d。研究结果对明确黄土塬区水循环机制具有一定参考意义。     

黄土丘陵沟壑区典型草被产流产沙特征及其影响因素

退耕还林还草是黄土高原水土流失重要治理措施之一。为探讨自然降雨条件下,不同种类草被种植对坡面产流产沙特征的影响,采用定位观测方法,基于罗玉沟水土保持监测站6种不同草被(小冠花、红豆草、沙打旺、紫花苜蓿、红三叶、鹰咀紫云英)覆盖坡面的野外观测数据,分析了不同降雨条件下各草被覆盖径流小区的产流产沙规律。结果表明：(1)各场次降雨中,小冠花覆盖下的坡面产流量及产沙量均较大,沙打旺和鹰咀紫云英覆盖坡面均较小;(2)除沙打旺和鹰咀紫云英以外的草被覆盖小区产流产沙量均与降雨量和最大降雨强度呈显著或极显著关系;(3)侵蚀性降水依据降雨量、降雨历时和最大降雨强度分为3种类型：Ⅰ雨型(降雨量大、降雨历时长、最大雨强大)、Ⅱ雨型(降雨量、降雨历时、最大雨强均居中)、Ⅲ雨型(降雨量较小、降雨历时短、最大雨强小)。6种草被在不同雨型下产流产沙特性不同,沙打旺和鹰咀紫云英覆盖坡面在不同雨型下产流量及产沙量均较少,小冠花覆盖坡面在不同雨型下产流量及产沙量均较大。综上,不同草被覆盖下的坡面产流产沙规律不尽相同,对不同降雨特征的响应程度也存在差异,小冠花覆盖小区的抗侵蚀能力较差;沙打旺和鹰咀紫云英覆盖小区的抗侵蚀能力...