丘间低地不同年龄沙柳表层土壤水分与容重的空间变异

以毛乌素沙地丘间低地不同年龄(2~4年)沙柳为研究对象,采用地统计学方法对各年龄沙柳表层(0~20cm)土壤水分与容重空间变异进行研究。结果表明:随着年龄的增长,表层土壤水分含量表现出增大的趋势,且各年龄沙柳表层土壤水分含量间表现出一定的差异性(P<0.05);表层土壤容重差异不显著。空间变异分析显示,随着年龄的增长,沙柳表层土壤水分与容重具有高度的空间变异性,由空间自相关部分引起的空间变异向更强烈空间相关性转变,空间分布格局趋于复杂化;但不同年龄沙柳表层土壤水分含量的空间变异与容重的空间变异相关性不显著(P>0.05)。     

黄土高原不同林龄刺槐林土壤水分亏缺程度

通过定点监测刺槐林土壤水分含量,探究不同林龄刺槐林土壤水分分布与亏缺程度。采用空间代替时间的研究方法,选择10,15,25,40年人工刺槐林为研究对象,农地(0年)为对照,调查分析0—200 cm土层土壤水分分布情况。结果表明:各样地平均土壤含水量大小顺序为农地(18.80%)＞10年刺槐林(16.43%)＞15年刺槐林(15.47%)＞40年刺槐林(13.87%)＞25年刺槐林(13.38%);不同林龄刺槐林土壤水分均处于亏缺状态,随着林龄增加,土壤水分亏缺呈增大趋势,平均土壤水分亏缺程度为19.38%,25年刺槐林土壤水分亏缺程度最大(27.76%),40年时略有恢复(25.80%);表层土壤水分变异程度最大,变异程度随林龄增加呈增大趋势,速变层、活跃层、次活跃层和相对稳定层4个层次只在40年刺槐林均有出现。研究结果可为黄土高原植被生态恢复和科学经营人工林提供一定的理论基础。     

黄土区退耕草地小尺度土壤水分空间异质性

通过在黄土高原水蚀风蚀交错带选取3块不同年限退耕草地,进行高密度、高频度样带采样,研究分析在表层土壤干旱和湿润状况下,小尺度表层土壤含水率的空间异质性,并分析改变采样间距对土壤含水率空间异质性的影响。结果表明:小尺度表层土壤水分空间异质性为12 a退耕草地>20 a退耕草地>5 a退耕草地;空间变异强度表现为干旱时为中等变异>湿润时为弱变异;表层土壤水分方差与含水率均值呈正相关,土壤水分方差随含水率均值增大而增大;表层土壤水分空间连续性为12 a退耕草地>20 a退耕草地>5 a退耕草地,且与表层土壤含水率呈负相关;小尺度下改变采样间距,在土壤干旱和湿润时均不改变3块退耕草地表层土壤水分空间变异程度。     

盐池沙地不同土壤水分条件下沙柳的光响应研究

在半干旱的盐池沙区,运用Li-6400便携式光合测定系统,测定了3 a生沙柳在不同水分条件下叶片光合和蒸腾作用的光响应特性.结果表明;0～2 000μmol/(m2·s)PAR范围内,沙柳在土壤水分为2%,4%,8%,12%时的光饱和点分别为1 340,1 520,1 550和1 633 μmol/(m2·s),随土壤含水量的增大而增大;Tr随PAR的增高不断增大;最大Pn分别为8.7,9.1,9.47和19.52 μmol/(m2·s);维持较高的Pn,即净光合速率达到最大的80%时,最低光照强度均在500μmol/(m2·s)以上;既保证较高的光能利用效率又维持较高的水分利用效率的光强600～1 500 μmol/(m2·s).沙柳平均Pn随着土壤含水量的增大而增大,而平均WUE在土壤含水量为8%时达到最大值,因此,沙柳的光能利用效率和水分利用效率都比较好的SWC应该为8%左右.     

民勤绿洲区天然胡杨林生长季土壤水分动态

利用地统计学方法对民勤绿洲区天然胡杨林下土壤水分的空间结构特征及生长季期间的变化规律进行了研究。结果表明,研究区天然胡杨林下土壤水分含量范围为0.85%～4.80%。民勤县双茨科乡和苏武乡天然胡杨林下土壤含水量随土层深度的增加呈增大趋势,而夹河乡样区土壤水分含量随土层深度的增加呈现出先增大后减小的趋势。8月份各采样点表层土壤含水量均为最小值。土壤水分含量在胡杨的生长季期间总体表现为:春季>秋季>夏季。采样点土壤水分变异系数总体属于中强度变异性,表层土壤水分的变异系数略大。胸径大的胡杨树土壤含水量反而少,这主要与树龄及胡杨林根系发达程度有关。土壤水分异质性为中等程度的空间相关性,且苏武乡变异函数模型拟合效果最为理想。     

不同植被类型沙地表层土壤水分变化特征

通过对沙坡头地区不同植被类型沙地土壤表层水分时空变化特征的研究表明，该区不同植被类型沙地土壤表层水分的分布均符合正态分布，降雨使表层土壤水分的空间变异性减小，空间自相关性减弱，分维数减小，空间自相关范围由干旱时的5m左右内变化扩大到几十米，土壤表层水分的空间依赖性增强；在土壤表层水分含量极低的情况下，土壤表层水分的空间变异性规律与土壤水分含量的变化规律一致；在土壤水分含量不是很低的情况下，其空间变异性与土壤表层水分含量变化趋势相反，流沙地、柠条地A、柠条地B、油蒿地、1956年人工固沙植被区土壤表层水分空间变异性与土壤表层水分含量关系发生改变的转折点，分别在土壤表层体积水分含量为1．5％，2．5％，3％，3％，4％左右。     

科尔沁沙地小叶锦鸡儿人工固沙区土壤理化性质的变化

选取科尔沁沙地不同年龄的小叶锦鸡儿固沙林为研究对象,研究了在人工固沙林发育过程中土壤的颗粒组成、容重、孔隙度、持水性、透水性、养分和水分含量以及土壤酶活性等理化性质的变化。结果表明,随着林龄的增长,固沙林内土壤理化性质均得到较好的改善,土壤粘粒含量增加,表层容重变小,孔隙度增大,土壤持水性和渗透性能均有所提高,有机质、速效N、P、K的含量大幅度增加,但土壤水分含量却出现了下降的趋势。同时,随着林龄的增长小叶锦鸡儿固沙林土壤酶活性逐渐提高,20年生的土壤酶活性基本接近于天然群落,表明小叶锦鸡儿是本地区优良的固沙树种。固沙林内结皮层的酶活性总体上不高,但均高于其毗邻下层土壤,其中转化酶活性高出近20倍。     

半干旱区人工固沙灌丛发育过程土壤水分及水量平衡研究

在野外条件下测定了不同林龄小叶锦鸡儿人工固沙灌丛区生长季节土壤水分动态和蒸散量变化。结果表明:不同林龄灌丛区土壤水分状态和蒸散量存在明显差异,土壤水分含量随着植被林龄增加而降低,16年生、19年生灌丛区土壤含水量随着深度增加呈下降趋势,在70cm深度产生低含水区,土壤转变为非淋溶性土壤;生长季土壤水分受降水和植被双重影响,在6月期间含水量最低;生长季节蒸散量随着植被林龄增加而增大,以19年生灌丛区最高,所有灌丛区生长季节蒸散量均低于同期降水量,占同期降水量的95%以上。流动沙丘生长季节土壤水分含量高于灌丛区,蒸散量低于灌丛区。     

沙柳沙障对沙丘土壤颗粒粒径及分形维数的影响

统计分析了库布齐沙漠流动沙丘、设置沙柳活沙障和死沙障沙丘的土壤颗粒粒径分布、分形维数及其与土壤砂粒(>0.05 mm)、粉粒(0.05~0.002 mm)和黏粒(<0.002 mm)含量的关系。结果表明:与流动沙丘相比,设置沙障沙丘的粉粒和黏粒含量增加,且随着土层的加深而表现为下降趋势,不同部位则均呈沙丘下部>上部>中部的趋势。土壤颗粒分形维数因设置沙障而呈增大趋势,且表现为活沙障沙丘>死沙障沙丘>流动沙丘;垂直分布上,设置沙障沙丘的土壤分形维数随土层加深而逐渐减小,而流动沙丘表现为表层与下层大而中层小的特征,沙丘不同部位的分形维数则均表现为沙丘下部>上部>中部。土壤颗粒分形维数大小与土壤质地的细粒化有一致的变化趋势,且与砂粒含量呈极显著负相关关系,而与黏粒含量、粉粒含量呈极显著正相关关系。<0.05 mm粒径物质含量的增加和>0.05 mm粒径物质含量的降低共同导致了土壤颗粒分形维数在设置沙障后的增大。     

天然杨桦次生林表层土壤水分与枯落物的空间异质性

枯落物作为水分调节的作用层,对森林生态系统的水分循环起着重要作用。采用地统计理论和方法对天然杨桦次生林的表层土壤水分和不同分解程度的枯落物空间异质性进行分析。结果表明,表层土壤水分、枯落物未分解层、半分解层和已分解层的空间变异均以指数理论模型的拟合效果较好,其结构比分别为88.3%,66.6%,89.2%和57.79%,未分解层和已分解层具有中等强度的空间相关性,表层土壤水分与半分解层具有强烈的空间相关性。分形维数显示表层土壤水分和枯落物层的空间分布格局无显著的各向异质性结构特征。从全方位的分形维数来看,表层土壤水分的分形维数为1.918;枯落物半分解层的分形维数最大,为1.967,明显与其他枯落物层不同;未分解和已分解层分形维数相对较小,分别为1.925和1.928。从空间分布格局来看,半分解层呈明显的斑块状分布,东-西和南-北方向均无明显差异;表层土壤水分、未分解层和已分解层空间分布较为连续,且具有相似性,空间分布在东-西方向上差异明显,南-北方向上差异较小。     

黄土高原水蚀风蚀交错带不同立地条件下土壤呼吸特征

水蚀风蚀交错带是黄土高原土壤侵蚀最严重地区,该地区立地条件复杂,土壤质地有较大的空间变异性,对生态系统碳循环过程产生重要影响。该文选取土壤质地为立地条件的主要参考因子,利用便携式CO2分析仪对黄土高原水蚀风蚀交错带不同立地条件下2种典型灌木(柠条和沙柳)土壤呼吸特征进行了连续2a的野外对比研究,分析不同立地条件下灌木林地土壤呼吸之间的差异,阐明土壤呼吸的动态变化及其对土壤温度的敏感性。结果表明:在不同立地条件下,柠条林地黄绵土土壤呼吸高于风沙土,相反,沙柳林地风沙土土壤呼吸高于黄绵土。每种灌木林地在不同立地条件下土壤呼吸呈现明显的季节性变化,土壤呼吸速率的高峰值出现在7、8月份。不同立地条件下土壤呼吸与土壤温度呈现显著指数函数关系,每种灌木林地黄绵土土壤呼吸的温度敏感性系数Q10高于风沙土,从而对土壤温度的响应更为敏感。     

青海共和盆地不同人工灌木群落土壤碳密度研究

共和盆地高寒沙区植被恢复区4种典型人工灌木林是柠条(Caragana korshinskii)、沙棘(Hippophae rhamnoides)、沙柳(Salix psammophila)和乌柳(Salix cheilophila)。土壤有机碳密度调查研究表明,不同灌木群落类型下的土壤有机碳密度(0~100 cm)由大到小是:沙棘9.42 kg/m2、沙柳6.73 kg/m2、乌柳6.06 kg/m2、草地4.56 kg/m2、柠条3.67 kg/m2。不同灌木林地0~100 cm土壤质地和分层状况不同,土壤有机碳含量随着土壤深度增加而减少,表层(0~10 cm)含量最高。与对照样地草地相比,位于丘间地的林地土壤有机碳含量均有不同程度的提高。     

施肥对黄土高原旱地冬小麦根系生长的影响

田间试验表明,旱地冬小麦根系集中分布在0～20cm土层中,约占0～60cm土层总根重的60.7%;根系生育规律以根重变化表示在0～20cm土层中,呈逆变态,表现为快、较慢、慢的生长过程,20～40cm土层呈突变态、较慢、快、慢的生长过程,40～60cm土层呈稳定状态,表现为慢、快、慢的生长过程。不同肥料处理对冬小麦根系的影响是:氮肥有增加表层根系的作用,平均日增加4.05g/cm²,影响深度达40cm;磷肥利于根系下扎,可达80cm土层以下;氮磷有机肥并施显着增加根重和生长量,有利于吸收深层水分和养分;旱地冬小麦根系下扎深度为220～240cm,吸收利用土壤水分能力范围在180～210cm。     

阔叶红松林林隙土壤物理性质微环境异质性分析

 以小兴安岭阔叶红松林林隙为研究对象,采用地统计学方法对林隙0～20 cm和20～40cm土层土壤物理性质的微环境异质性进行分析。结果表明:阔叶红松林林隙表层土壤含水量、饱和持水量、毛管持水量和孔隙度均大于下层,但土壤密度相反;表层土壤物理性质有相对高的极差和变异系数。土壤物理性质总空间异质性程度和由空间自相关引起的异质性均为表层土壤高于下层。土壤含水量表现出明显各向异性,土壤孔隙度趋近于各向同性,其他3个物理因子随空间距离增大而表现出各向异性。表层土壤物理性质在空间自相关范围内变异函数相互影响较小。不同层次土壤物理性质空间分布均以中低等级斑块为主,相对较高等级的斑块仅分布在020cm土层中,并位于林隙中心以北的范围内。     

花棒沙柳根与土及土与土界面直剪摩擦试验与数值模拟

花棒和沙柳是毛乌素沙地中分布最广泛的优良防风固沙树种,在固定流动沙丘和半流动沙丘上效果明显。为了探索花棒和沙柳根-土界面的摩擦特性,该文选取毛乌素沙地5 a生人工种植花棒、沙柳的根系为研究对象,通过直剪摩擦试验研究界面类型、土壤含水率和垂直荷载对花棒、沙柳根-土界面以及素土-素土界面摩擦特性的影响,并采用有限元软件对直剪摩擦试验进行数值模拟。结果表明:花棒和沙柳根系对土壤抗剪强度的提高作用与根-土界面的黏聚力无关,与摩擦角有关。花棒根-界面的摩擦角显著高于素土-素土和沙柳根-土界面(P0.05)。土壤含水率的变化对根-土界面的黏聚力与摩擦角的影响规律相似,旱季和雨季对根系提高土壤抗剪强度的作用有显著影响(P0.05)。根-土界面的抗剪强度与垂直荷载的关系同样满足莫尔-库伦准则,本构关系为双曲线。花棒根-土界面抗剪强度极显著高于素土-素土界面和沙柳根-土界面(P0.01),从抵抗根-土位移的角度,花棒的固沙效果优于沙柳。该文所采用的应力、位移边界条件和Coulomb摩擦模型,模拟计算的根-土界面和素土-素土界面的抗剪强度与试验结果基本一致(最大相对误差10%),因此根-土界面的直剪摩擦试验可以通过本文所建立的有限元数值模型来模拟。研究结果可为根系固土作用的理论研究和防风固沙树种的筛选提供参考。     

古尔班通古特沙漠南缘固定沙丘土壤水分时空变化特征

土壤水分是维系古尔班通古特沙漠荒漠植被发育最主要的制约因子。为了研究古尔班通古特沙漠南缘固定沙丘土壤水分特征,于2012年12月4日至2013年11月4日,采用中子仪法对0~400cm沙层土壤含水率进行了原位观测,分析了沙丘不同部位土壤含水率的时空变化及不同发育阶段梭梭对其根区土壤含水率的影响。结果表明:(1)0~40 cm土层为土壤水分活跃层,40~200 cm土层为土壤水分次活跃层,200 cm以下土层为土壤水分相对稳定层;(2)西坡、坡顶和东坡的土壤含水率差异不显著,丘间地土壤含水率与西坡、坡顶和东坡均存在极显著性差异,且丘间地土壤含水率相对较高;(3)3—5月是土壤水分补给期,6—10月是土壤水分耗损期,11月—翌年2月是土壤水分稳定期;(4)不同发育阶段梭梭根区土壤含水率秋季均显著低于春、夏两季,壮年阶段梭梭根区土壤含水率各季都较低,青年阶段梭梭根区土壤含水率各季相差较大,壮年阶段梭梭和青年阶段梭梭根区土壤含水率春、夏季均存在显著性差异。     

晋西黄土区土壤水分有效性分析的克立格法

以山西吉县蔡家川小流域土壤水分有效性分级为基础，通过对291个土壤水分监测点在旱季的土壤水分监测（TDR土壤水分测定法），以变异函数为主要工具，以普通克里格法和指示克立格法为基本方法，研究土壤水分空间分布及土壤水分有效性水平在空间上的概率分布。研究结果表明：试验区土壤有效水和无效水的分界为13．46％（0～30cm）、12．48％（30～60cm），速效水和迟效水的分界为15．20％（0～30cm）、14．20％（30～60cm）；通过克立格插值估计整个研究区坡面0～30cm、30～60cm土壤水分平均值为10．94％、11．88％，处于土壤无效水含量范围内的面积占总面积的75．7％、55．7％；土壤水分有效性的概率分布与坡向关系密切，土壤有效水的概率自东北向西南递减。30～60cm土层出现有效水区域及相对应的概率远大于0～30cm土层。     

贵州喀斯特人工草地土壤水分空间异质性对放牧强度的响应

采用地统计学方法研究贵州南部人工草地不同放牧强度(零牧、中牧和重牧)下浅层土壤剖面(0—10,10—20,20—30cm)水分的空间异质性及其影响因素。结果表明:喀斯特人工草地土壤水分的平均值与变异系数均呈现出明显的放牧强度变化与剖面变化规律;在不同放牧强度下,0—10cm和10—20cm土壤剖面含水量均表现为NGHGMG,20—30cm土层土壤含水量为NGMGHG,变异系数均呈中等变异(10%CV100%),平均含水量处于中等水平时土壤水分变异性较高;土壤水分的Moran’s I自相关分析表明,不同放牧强度下不同土层草地土壤水分均具有较强的空间自相关性,且空间自相关性主要受放牧影响;土壤水分半方差分析表明,不同放牧强度下不同土层草地土壤水分空间分布特征模型为指数模型、球状模型或高斯模型,表明其均为聚集分布;不同放牧强度C/(C0+C)值在0.500~0.817之间,表明土壤水分表现出中等或很强的空间自相关性;不同放牧强度土壤水分变程在2.77~15.61m范围内变化(零牧,2.53~12.82m;中牧,2.77~15.61m;重牧,14.03~18.79m),说明影响土壤水分的生态过程随放牧强度变化在不同尺度上起作用;Kriging maps直观地反映和验证了草地土壤水分的空间变化规律,与Moran’s I和半方差函数分析的结果相吻合。综合分析发现,在小尺度内,重牧是地势平坦的喀斯特人工草地表层土壤水分空间变异的主要影响因素。     

毛乌素沙地圪丑沟小流域沙柳水分利用来源研究

为探究毛乌素沙地典型治沙植物根系吸水来源及其影响因素,通过测定毛乌素沙地圪丑沟小流域沙柳(Salix psammophila)(18~20年)木质部水及其各种潜在水源(降水、土壤水和地下水)的氢氧同位素组成(δD和δ¹⁸ O),利用多元线性混合模型(IsoSource)研究沙柳水分来源的季节变化特征及其影响因素。结果表明,监测期间(6-11月)沙柳木质部水、降水、土壤水和地下水的δD值变化范围分别为-82.41‰~-52.91‰,-144.81‰~-6.60‰,-96.94‰~-42.65‰和-86.42‰~-71.82‰,δ¹⁸ O值变化范围分别为-10.77‰~-7.29‰,-18.86‰~-2.07‰,-12.85‰~-0.79‰和-10.86‰~-9.74‰。雨季(7-9月)降雨量和土壤含水量分别高于旱季(6,10,11月)24.80~90.10 mm和0.95%~1.84%,但6-9月地下水位却低于10-11月2~7 cm。沙柳根系在旱季6月主要利用深层土壤水(>200 cm)(33.70%)和地下水(26.20%),雨季(7-9月)逐渐转变为以吸收浅层土壤水(<200 cm)为主(50.70%~54.00%),10-11月由于气温降低、降水减少及沙柳生命活动减弱,浅层土壤水(<200 cm)对沙柳根系吸水的贡献高于雨季(7-9月)35.20%~40.00%,而地下水对沙柳根系吸水的贡献显著降低(<5.00%)。因此,沙柳根系对于毛乌素沙地季节性干旱具有较强的适应和调节能力,其吸水来源随降雨量、土壤含水量和地下水位季节波动而变化。