延河流域人工与自然植被土壤水分空间差异性研究

[目的]研究延河流域自然植被与人工植被土壤含水量及其空间变化,为黄土高原土壤水分的利用和人工植被建设提供理论依据。[方法]针对延河流域人工植被建造存在植被退化问题,根据降雨温度变化,将延河流域划分为17个环境梯度单元,对自然植被与人工植被进行了野外调查,研究了降雨梯度、坡位及坡向对植被0~500 cm土层土壤含水量的影响。[结果]流域内土壤水分具有很强的空间变异性。自然植被0~500 cm土壤含水量为8.15%,变异系数为33.12%;人工植被土壤含水量较低,仅6.74%。地形因子能够显著影响自然植被与人工植被的土壤含水量,自然植被不同坡位和坡向的0~500 cm土壤含水量大于人工植被。[结论]综合考虑土壤水分生态环境的可持续性,阴坡下与平地相对适合人工植被的营造,在植被配置时,需要考虑植被类型及耗水特点。     

清水河流域典型林分类型土壤水分特征研究

【目的】水是植被分布的限制因子,为改善清水河流域的生态环境及土壤生态建设,对该流域典型林分类型下土壤水分状况展开研究。【方法】本文采用土壤剖面水分速测仪(TRIME-FM)对清水河流域立地条件一致的4种典型林分类型(落桦混交林、山杨林、白桦林和华北落叶松林)进行土壤水分的动态监测。【结果】:(1)4种林分的土壤平均含水量差异显著,其大小排序为:白桦林(17.80%)落桦混交林(14.16%)华北落叶松林(12.38%)山杨林(11.45%),8-9月份土壤蓄水量最大的为白桦林(142.40 mm),最小的为山杨林(91.60 mm)。(2)土壤含水量与降雨量呈现正相关关系,降雨量大则土壤含水量大,降雨量小则土壤含水量小(降雨量10 mm时土壤表层水分对降雨敏感性大,10 mm≤降雨量24.9 mm时10~20 cm土层水分对降雨敏感性较大),4个林分中白桦林的土壤含水量最高。(3)4个林分类型在0~80 cm随深度增加呈波浪形变化,其中华北落叶松林变化幅度最大;随土壤深度增加,各林分土壤水分变化幅度逐渐变小,变异系数也逐渐减小。0~10 cm土层对土壤蒸发的敏感性较强,20~80 cm土层对林木蒸腾耗水的敏感性较强。在0~40 cm土层范围内,白桦林各层土壤含水量明显高于其他3个林分类型。【结论】该地区典型林分中阔叶林下土壤含水量的变化幅度小于针叶林和针阔混交林。     

土壤水分变异对降雨和植被的响应

在我国半干旱地区水土流失严重的黄土高原,开展土壤水分的时空变异研究有着极其重要的生态意义,是土地可持续利用的基础。该文利用时间序列分析方法,研究了黄土高原丘壑区降雨、植被对土壤水分特征变化的影响。结果表明,红豆草和豌豆的表层土壤含水量对降雨响应速度快于油松土壤含水量;水分入渗增湿与同期降雨量密切相关;土壤含水量对降雨的响应时间随土层深度的增加而变长。     

库布齐东段典型人工固沙林土壤水分时空变化特征

以库布齐沙漠东段典型人工固沙林（油蒿林、沙柳林、柠条林）为对象,利用TRIME-PICO土壤水分观测系统对2017-2019年生长季迎风坡顶部、中部和底部0～180 cm土层深度土壤含水量进行连续监测,探讨区域植被类型和环境因子对土壤水分时空变化的影响。结果表明,研究区平均土壤含水量年际变化受降雨量影响表现为:2019年（9.7%）>2018年（8.6%）>2017年（4.3%）;因植被生长特性差异,土壤含水量表现为:油蒿林（7.9%）>沙柳林（7.8%）>柠条林（6.9%）;不同坡位土壤含水量略有差异,油蒿林和柠条林表现为:迎风坡底部>中部>顶部,而沙柳林为:迎风坡底部>顶部>中部;不同样地土壤含水量垂直变化明显,均呈现先减小后缓慢增大的趋势,含水量最大值均出现在浅层（0~40 cm）,由于降雨入渗和植被根系分布的不同,最小值在中层和深层均有出现;3种样地土壤水分时间变异系数为0.2~0.4,浅层时间变异性较大,深层较为稳定;土壤水分与垂直变异系数呈负相关。总体上,季节变化和土层深度在时间和空间维度对土壤水分有较大影响,土壤水分和植被生长既相互作用又相互制约。     

基于GIS的圭峰镇土壤水分空间变异特征与区域生态脆弱性的研究

利用GIS和地统计学理论,分析信江流域中游弋阳圭峰段退化红壤生态脆弱区域土壤水分空间变异特征,结合其植被分布状况,探讨不同土地利用方式对土壤水分分布及其生态系统脆弱性的影响.结果表明:(1)夏秋季节,圭峰段土壤0-30 cm水分强度亏缺,严重影响着植被的生长和分布.(2)土地利用方式与植被类型明显影响着土壤各层次的水分含量.圭峰镇覆盖率自东向西渐低,土壤水分含量随之减少,该流域段生态脆弱性逐渐增大.(3)圭峰段0-30 cm土壤的水分含量空间变异结构较差,空间变异相对较小;土壤30-40 cm水分的空间变异结构明显,在较大范围内存在着空间相关性.研究区域内土壤10 cm以下水分具有中等程度空间相关性,其空间变异是内在因子和外在因子共同作用结果.     

延河流域自然与人工植被地上生物量差异及其土壤水分效应的比较

【目的】针对延河流域人工植被建造存在植被退化的问题,比较了自然植被与人工植被地上生物量的差异及其土壤水分效应,探寻人工植被退化的原因,为延河流域植被恢复重建提供理论支持。【方法】共采集57个气象站点1980-2000年的气候数据,并根据降雨和温度变化,将延河流域划分为17个环境梯度单元,测定了自然植被地上生物量及0～500cm土层土壤含水量,分析自然植被的空间变化及其影响因素,对自然植被与人工植被地上生物量及相应的土壤水分变化进行比较分析。【结果】延河流域自然植被地上生物量在空间上存在明显差异,从西北向东南呈现逐渐递增的变化趋势。自然植被地上生物量与年均总降雨量呈正相关关系,与年均生长季温度呈负相关关系;相同气候区的自然植被地上生物量随坡位和坡向的变化差异均很大。以自然植被为参照,人工植被地上生物量最大超载可达30 425.83g/m2,最小超载为118.93g/m2,平均为6 668.00g/m2,说明人工植被地上生物量明显超出了自然状态下所能承载的范围。与自然植被相比,人工植被土壤水分最大亏缺量可达80.5g/kg,说明人工植被地上生物量的超载引起平均土壤含水量显著低于自然植被,出现了不同程度的土壤干层,进而导致人工植被群落的衰退或死亡。【结论】生物量超载是引起土壤水分耗竭、植被退化的主要原因。植被恢复重建规划时,必须充分考虑特定立地环境条件下潜在生物量的制约,而不是盲目地选择不适宜的物种。     

土壤水资源利用限度评价

在水资源紧缺地区,大部分地区的土壤水分主要来源于天然降雨,随着人工林生长,林地土壤水资源下降,当人工林发展到超过植物对土壤水资源的利用限度时,在林地最大土壤水分补给深度以下出现的土壤层将会成为不可逆转的土壤干层。这种现象不利于土壤水资源的可持续利用和森林植被的恢复、更新。土壤水资源利用限度理论的提出将使不可逆转的土壤退化防治变为积极的土壤水资源的可持续利用。在生产中应充分认识并掌握这个规律,设法避免人工林草植被对土壤水资源的过度利用。     

塔里木河中游荒漠绿洲过渡带土壤水分与植被空间格局变化关系研究

土壤水分含量的高低决定了荒漠绿洲过渡带的植被种类及群落构成,因此,掌握植被特征随土壤水分的变化规律,能为干旱区生态环境建设提供科学的理论依据。选择典型的干旱区塔里木河中游流域作为样区,定点采集土壤样品测定其含水量,并调查植被特征,分析了干旱区荒漠绿洲过渡带土壤水分与植被空间格局的关系,进行荒漠生态系统土壤水分对植被空间格局的影响研究。结果表明,荒漠绿洲过渡带20~40cm土层土壤湿度、草本密度及植被密度在研究区尺度上具有中等空间自相关,其0~20、40~60、60~80、80~100cm土壤湿度、灌木个数、灌木密度、幼苗个数、胡杨个数、郁闭度和植被群落物种数,在研究区尺度上表现出强空间自相关;土壤水分和植被特征均具有相似且明显的空间分布格局,其数值均呈先升高后降低的趋势即呈M型分布;灌木密度与20~40cm和40~60cm土层的土壤含水量呈显著相关,80~100cm土壤水分与胡杨个数、郁闭度、植物群落物种数有极显著相关关系,研究区生态系统脆弱,植被群落物种数较为单一,土壤水分和植被特征的空间变异性主要是结构性因素作用的结果;由于荒漠河岸林的主要建群树种为胡杨,研究表明20~60cm土层的土壤含水量对灌木的生存与生长起关键作用,而植被空间格局主要由80cm以下的土壤含水量决定。     

澧水流域的降雨和径流特性及响应关系

文章采用澧水流域1980～2016年17个雨量站、4个水文站实测降雨量和径流流量资料,统计分析了全流域降雨和径流的时空分布及演变特点,在此基础上进一步分析研究了全流域径流变化对降雨时空分布的响应关系以及江垭、皂市等水库运行对澧水流域径流年内分布过程带来的"调洪补枯"效应。研究成果对于澧水及尾闾地区合理利用水资源和水资源综合配置具有一定的借鉴意义。     

基于信息熵的石羊河流域降雨时空变异性研究

[目的]应用信息熵研究石羊河流域的降雨时空变化,为合理开发该流域的水资源提供依据.[方法]用边际熵研究月、季和年时间序列的变化,用分配熵和强度熵分别研究降雨量和降雨日数的年内和年代(10年)分布,依据石羊河流域8个气象站1959-2008年的逐日降雨观测资料,对不同降雨时间序列的时空变异性进行分析.[结果]石羊河流域降...     

晋西黄土区刺槐林地土壤水分对降雨的响应

通过野外坡面降雨试验,对晋西黄土区刺槐林地内土壤水分进行连续定位观测,以揭示晋西黄土区坡面土壤水分对降雨的响应,旨在为黄土高原区水土流失治理提供一定的理论依据。结果表明:1）坡面土壤含水率受植被密度影响较明显,密度较高的刺槐林地相对于密度较低的林地或裸地而言,其林地内坡面土壤水分对降雨的响应较平缓。2）垂直方向上,0~20 cm土层土壤含水率对降雨的响应最为直接和迅速。植被密度不同,各测点次表层（10~20 cm土层）土壤含水率的上升有先后之分,与表层（0~10 cm土层）相比,次表层的土壤含水率变化有一定的滞后和延长,体现出土壤水分入渗的先后过程。深层（20~150 cm土层）土壤含水率对降雨几乎无响应过程。3）坡面上表层土壤含水率对降雨的响应受降雨强度和植被密度影响,当降雨强度较小时,土壤含水率变化会出现上升期和退水期;当降雨强度较大时,土壤含水率变化则分为上升期、平台期和退水期,各期到达时间会因植被密度增加而出现相应的滞后现象。      

黑土区坡耕地土壤水分时空分布特征及对降雨的响应

为了揭示坡耕地不同土层、不同点位的土壤水分时空分布特征及其对大气降雨的响应,以典型黑土区坡耕地为研究对象,利用原位监测法,获取玉米生长期内坡上、西线坡中及坡下、东线坡中及坡下5个点位0～100 cm土壤含水量与大气降水数据,探究降雨后田块尺度内不同坡位的降雨响应特征。结果表明,坡耕地土壤水分分布不均。水平分布上,西线坡下位剖面平均土壤含水量最高（34.63%）,而坡上位最低（30.00%）,且坡上位剖面平均土壤水分变异系数最大（20.38%）;垂直分布上,随土层加深土壤含水量上升,变异系数降低。受季节性干旱与玉米生长影响,监测期内田间土壤蓄水量呈下降趋势,不同点位之间、干旱前期与后期土壤蓄水量响应特征存在差异,干旱后期土壤蓄水量对降雨响应更强烈。10 cm土层土壤含水量变化趋势与降雨量一致,响应时间最早,随着土层加深,响应时间出现滞后。土壤水分对降雨的响应受优势流影响,即土壤侧向流动补给以及玉米根系形成的大孔隙迅速下渗。不同点位土壤水分对降雨响应存在差异,坡上位由于处于坡顶且坡度大,对降雨响应不显著;西线坡中位由于降雨侵蚀引起土壤物理性质改变,对降雨响应强烈;坡下位受坡上水分补给影响,...     

不同土地利用方式的水土流失特征研究

通过对人工破坏型、封坡禁伐型和荒坡垦种型三种土地利用方式的水土流失状况进行观测．分析了不同土地利用方式下的水土流失特征。结果表明,研究区域的降雨量年际分布不均匀,从2001～2004年,年降雨量、汛期降雨量及侵蚀降雨量呈逐渐降低的趋势。在不同土地利用方式下．土壤冲刷深和侵蚀模数的大小顺序：荒坡墨种型〉人工破坏型〉封坡禁伐型。回归分析表明,不同土地利用方式的土壤侵蚀量与降雨量存在极显著的线性回归关系。通径分析表明,人工破坏型土壤侵蚀量的直接作用通径系数绝对值大小顺序：降雨量〉降雨历时〉降雨强度,而封坡禁伐型和荒坡垦种型土壤侵蚀量的直接作用通径系数绝对值大小顺序是：降雨量〉降雨强度〉降雨历时;不同土地利用方式土壤侵蚀量的间接作用通径系数总和绝对值大小顺序是：降雨历时〉降雨强度〉降雨量。     

径流曲线数(SCS-CN)模型估算黄土高原小流域场降雨径流的改进

径流曲线数(SCS-CN)是预测场降雨地表径流常用的水文模型之一,由于其基本假设合理、参数易于获得而被广泛应用。然而,由于流域径流的形成受广泛存在空间或时间异质性的地形、地貌、土壤、气象、植被以及土地利用等多种因素的影响,按照标准径流曲线数模型估算的场降雨径流与实测径流相差可能很大。因此,针对特定区域、特定流域对该模型进行相应的修正是提高其径流预测精度的有效途径。本文于晋西黄土区吉县蔡家川分别以农田草地、人工林和次生林为主的3个典型小流域为对象,将2004—2011年实测的场降雨径流数据分为模型参数率定期(2004—2009年)和验证期(2010—2011年),对比标准SCS-CN模型和修正的SCS-CN模型(包括降雨量修正,降雨量与降雨强度修正,降雨量、降雨强度和初损率优化修正)预测场降雨径流的可靠性。结果表明:1)标准SCS-CN预测小流域场降水径流时,精度极差,模型拟合效率系数(E)均小于0;2)采用降雨量修正CN值预测流域地表径流精度优于标准模型,但对于小径流事件而言,预测结果会偏大,对于大径流事件,预测结果会偏小;3)基于优化降雨强度修正因子β和初损率λ模型可以提高以农田草地和人工林为主2个小流域的径流预测精度。对于以次生林为主的流域而言,仅通过降雨量修正CN值即可提高模型的预测精度,E可达0.79。反映流域储水特征的初损率λ,人工林为主的流域最小,为0.069,农田草地为主的流域次之,为0.189,次生林为主的流域,为0.200,表明次生林流域具有较好的储水效果。      

降雨对流动沙丘水分动态变化特征的影响

流动沙丘水分动态状况是合理进行固沙植被配置的基础,而降雨及其入渗特征又是影响流动沙丘水分动态的重要因素。采用Watchdog土壤水分自动监测系统和CR-1000型自动气象站自动采集的降雨数据,同步监测了浑善达克沙地南缘多伦县流动沙丘0~120cm土层土壤体积含水量的动态变化。结果表明:6月21日至10月31日间,流动沙丘不同土层水分含量变化受降雨量、累计降雨量以及降雨入渗效应等多因素的影响。其中,流动沙丘40cm以上土层水分动态对日降雨量的响应敏感,日降雨50mm或受累计降雨入渗效应的影响能够提高80cm和120cm土层水分含量。降雨量20mm时降雨湿润深度低于20cm土层、30mm时湿润深度为40~80cm土层、49.27mm时湿润深度可达120cm土层,说明降雨对流动沙丘水分状况有补给作用,但是对80cm以下土层水分状况的补给能力有限。     

基于空间变化的栅格水文模型构建

传统水文模型在水量模拟实践中取得了一些满意的结果,但由于传统水文模型大多不能反映下垫面特性对降雨径流过程的影响,从而限制了其在更广泛涉水领域的应用和发展.本文在地貌形成理论的基础上,充分考虑了流域内地形、植被、土壤、土壤水分参数等因素对流域蓄水容量空间分布的影响,提出了基于栅格蓄水容量空间变异的分布式水文模型.     

荒漠草原2种群落灌丛堆土壤水分的空间特征

【目的】为阐明植被群落与土壤水分空间异质性的关系。【方法】以荒漠草原2种灌丛堆为对象,运用地统计学方法研究了不同灌丛堆(白刺、沙蒿)3种生境(冠下、冠缘、空地)及不同土层土壤水分的空间异质性(c.v.)。【结果】结果表明:土壤水分的空间异质性明显,不同群落类型土壤含水量之间的差异表现为不同群落类型之间大于同一群落不同生境大于同一群落同一生境不同土层,其含水量最大差异分别为162.28%、74.66%、97.44%,在空地20~40 cm土层中,沙蒿沙堆土壤含水量达到白刺的2.62倍;在同一群落之间土壤含水量和水分空间异质性表现为空地冠缘冠下;在同一群落同生境中随着土层深度的增加,土壤水分含量增加,变化明显,异质性增大。【结论】荒漠草原自然形成的沙堆微地形地貌引起各非生物要素在空间上的重新分配作用,显著影响土壤水分空间异质性特征。     

半干旱风沙滩区河滨湿地旱柳周边土壤水分分布特征研究

通过对半干旱风沙滩区河滨湿地主要植被旱柳根系带土壤水分进行测定,分析了该植被周围土壤含水量的变化规律以及土壤含水量与前期降雨、沙坡、根系分布等因子的关系。结果表明:前期小雨增加了0~65 cm深度土壤含水量,对95 cm及以上深度土壤含水量影响不明显;位于东坡坡面的旱柳东边的土壤含水量大于西边的土壤含水量;旱柳根系在土壤水分条件好的35~65 cm以及125 cm深度分布较为密集。     

人工油松林地土壤水分亏缺和补给动态变化规律

为探究降雨对人工林土壤水分的影响,对黄土丘陵区人工林草植被进行土壤水分监测,结果表明:该区自然条件下降雨的最大入渗深度为140 cm;雨季降雨过后,油松林和撂荒地分别在0~30、0~40 cm土层植物水分亏缺得到完全补偿,深层土层植物水分亏缺仅依靠降雨不能得到完全恢复;试验地人工林和撂荒地土壤剖面水分整体呈难效水状态,土壤水分对植被生长有一定的抑制作用。降雨能提高最大入渗深度以内土层的土壤水分有效性。     

基于GIS和地统计学的干旱绿洲地区土壤水分时空变化

探明干旱绿洲地区土壤水分变化特征,为其生态保护和植被恢复提供参考,以甘肃省张掖市甘州区80个0~20cm土层土样为研究对象,利用GIS和地统计学相结合方法研究其土壤水分的时空变化特征。结果表明:9月在甘州地区0~20cm土层土壤的水分含量以10cm土层最高,为18.6%;20cm土层其次,为16.5%;表土层(0cm土层)最小,为11.7%;该月土壤的水分含量随土层深度增加呈先升高后降低趋势,且以10cm土层土壤的收墒蓄水作用较明显。4月以20cm土层土壤的水分含量最高,为16.74%;10cm土层其次,为13.44%;表土层最小,为12.26%;该月土壤水分含量随土层深度增加呈逐渐升高趋势。土层土壤水分含量的空间分布,在4月和9月均表现为由南向北、由东向西呈逐渐降低趋势。