荒漠草原不同地形条件下土壤水分和地上生物量的时空分异

运用方差分析、多重比较、Pearson相关系数及克里格插值方法,在时间和空间尺度上分析了荒漠草原地形因素对土壤水分及草地生物量异质性的影响以及土壤水分和生物量的关系。结果表明：荒漠草原地区土壤水分垂直分布规律明显,土壤水分的变异系数在0～20 cm最小、60～80 cm最大;地上生物量在整个生长季的空间异质性较大。3种地形条件下土壤水分含量及时空分布格局各不相同,说明地形是土壤水分异质性的关键影响因子;地形对植物的生长动态规律影响很大,却对地上生物量的空间分异影响较小。不同生育期,土壤水分与地上生物量的关系不同,生长初期地上生物量与60～100 cm土壤水分显著负相关,说明生长初期的土壤水分是植物生长的关键影响因子,并且植物生长耗水主要来自60～100 cm土层;生长旺期和末期的生物量与土壤含水量相关性较弱,这可能与干旱区植物耐旱器官的建成有关。
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六盘山半干旱区华北落叶松林土壤水分对降雨的响应

研究土壤水分对不同量级降雨的响应,探讨森林生态系统的土壤水分形成与消耗规律,可为我国干旱半干旱地区基于土壤水分承载力的森林植被建设和水土资源管理提供依据。在宁夏六盘山北侧半干旱区,利用气象站及土壤水势仪监测并分析了2010年生长季(5-10月)58次降水事件及华北落叶松林地根系分布层(0-60cm)各层土壤水分的响应过程。结果表明:华北落叶松林土壤水分变化与降水关系密切,土壤含水量峰型与降雨分布格局较为一致,月均土壤含水量(%)与月降水量(mm)呈极显著正相关(R=0.573,P<0.01)。不同深度处的土壤水分对降水量级的响应有差异,在小雨条件下,0-10cm土层的累计降水量响应阈值为7mm;在中雨条件下,0-10、10-20cm土层的累计降水量响应阈值为10和25mm;在大雨条件下,0-10、10-20、20-40cm土层的累计降水量响应阈值依次为8、22和36mm;在暴雨条件下,0-10、10-20、20-40、40-60cm土层的累计降水量响应阈值依次为12、29、37和63mm;随土层向深处,响应变幅呈减少趋势,对降水的响应滞后时间逐渐增加;在小雨和中雨条件下,侧向流不明显,但在大雨条件下侧向流趋势明显,最大为7.88mm。综上可知,土壤含水量的变化幅度随土层深度增加,各层次呈减小趋势,土壤含水量与降雨的同步性呈下降趋势且各层响应存在时间的滞后性。     

风沙区灌溉与非灌溉紫花苜蓿地土壤水分时空变化分析

水分是干旱、半干旱地区植被建设中最重要的生态因子,而在西部干旱地区农业灌溉中,存在水资源有效利用率低、浪费严重的问题。对比分析了风沙区有、无灌溉情况下的土壤水分,结果表明:灌溉地和非灌溉地剖面内土壤水分变异系数随着土层深度的增加均呈现出降低的趋势。灌溉只对0-60 cm土壤水分有影响。4-10月灌溉和非灌溉紫花苜蓿地0-20 cm层土壤含水量呈多"W"型,20-60 cm层土壤含水量大致呈"V"型,60-100 cm层土壤含水量为平稳型,0-1m土层储水量的变化呈"V"型。土壤水分季节动态变化可划分为3个时期:土壤水分消耗期(5-6月);土壤水分积累期(7-9月);土壤水分稳定期(10月至次年4月)。灌溉制度还有待进一步研究。     

高寒针茅草原植物生长季土壤水分动态变化规律

利用1999～2007年青海省兴海县牧业气象观测站0～50 cm土壤水分观测资料分析了高寒针茅草原植物生长季土壤水分的年变化、月变化和旬际变化规律及垂直分布特征.结果表明:高寒针茅草原天然草地土壤水分年际变化振荡明显,呈多波动变化,与年降水量相关关系显著;植物生长季逐月土壤水分变化曲线基本呈"M"型分布,按土壤水分月变化曲线可分为春季缓慢增墒期、春夏快速增墒期、盛夏快速失墒期、秋季快速增墒期和秋末快速失墒期5个阶段;土壤水分在20～30 cm层最大,就其垂直变化而言,0～10 cm为多变层,10～50 cm为缓变层;根据植物根系对土壤水分利用情况将土层分为根系利用层和根系微利用层;土壤水分垂直剖面的季节变化按变异系数大小可分为两个阶段,土壤水分变异系数雨季(6～9月)大于干季.     

小针茅荒漠草原生长季表层土壤有机碳月动态及影响因素

以内蒙古苏尼特右旗小针茅荒漠草原两种主要草地类型为研究对象,选择典型样地,通过实地调查测定其5~9月生长季地上、地下生物量、土壤有机碳及土壤含水量,分析了小针茅荒漠草原生长季土壤有机碳的月动态,探讨了地下生物量、气温、降水及土壤含水量对土壤有机碳的影响。研究结果表明:1)小针茅荒漠草原两种草地型生长季土壤有机碳月变化趋势不同。小针茅+无芒隐子草草地生长季土壤有机碳月变化表现为从5月份开始逐渐降低,到9月份又略有增加,狭叶锦鸡儿-小针茅+无芒隐子草草地土壤有机碳月变化表现为5~7月增加,8月份降低,9月份又增加的趋势。2)小针茅荒漠草原5~9月生长季各月土壤有机碳含量差异不显著,0-10cm土层深度土壤有机碳含量低于10-20cm和20-30cm土层深度土壤有机碳含量。3)小针茅荒漠草原5~9月土壤有机碳含量与月降水量之间呈正相关关系,但不显著。而6~9月土壤有机碳含量与月降水量之间呈显著正相关关系。4)小针茅荒漠草原土壤有机碳受表层地下生物量影响较大,土壤有机碳含量与0~10cm土层地下生物量呈显著正相关。5)小针茅荒漠草原生长季土壤有机碳含量与月均温之间没有显著相关性,与0~10cm土壤含水量呈极显著正相关。     

不同柠条密度在退化草地恢复过程中对土壤水分的影响

宁夏盐池县常受干旱风沙的影响,加上超载过牧,草场退化严重。1987年在柳杨堡乡建立了退化草场植被恢复与风蚀沙化防治技术示范区,带状种植了柠条(中间锦鸡儿Caragana intermedia),对退化草场进行改良。种植柠条,一方面增大了植被的覆盖度和土地生物产量,另一方面,由于柠条的生长也增大了对土壤水分的消耗。为此,我们进行了水分定位观测,从土壤水分季节性动态、水分垂直分布及贮水量几个方面作了系统的比较分析,研究柠条种植密度对土壤水分的影响,选择适宜的柠条种植密度。结果表明,柠条半人工草地土壤水分的季节变化受降水的影响,随降水量多少而变化。0～100cm土壤含水量的垂直分布规律为从表层到深层含水量递增。在定植后第11年,不同种植密度柠条草地土壤含水量没有显著的差异。定植后第16年,土壤含水量出现了显著的差异。种植密度1665丛／hm^2柠条半人工草地,0～100cm土层中,各土层含水量均极显著地高于3330丛／hm^2柠条半人工草地,其0～100cm土壤贮水量最高,为245．4mm,比2490丛／hm^2柠条半人工草地高48．10mm,比3330丛／hm^2柠条半人工草地高151．99mm。     

短期增温下青藏高原多年冻土区植物生长季土壤水分的动态变化

以青藏高原腹地典型高寒草甸植被类型为研究对象，采用红外灯加热的方法模拟全球增温，并利用水分探头，于2012年植物生长季（5—9月）获取0~100 cm不同土层深度土壤水分含量数据，并分析其对增温的响应。结果表明：① 短期增温对高寒草甸土壤水分含量有提高作用，但增幅并不显著（P>0.05），平均提高2.85%。② 土壤水分含量随土层深度的增加呈现先减少后增加的趋势，在10~20 cm土层深度处降为最低值13.8%，在60~100 cm土层深度附近达到了20.57%的最高值；对照组5个月10~20 cm土层深度的土壤水分含量显著低于其他土层，而增温组0~20 cm土层深度的土壤含水量显著低于其他土层深度，表明增温对表层（0~10 cm）的土壤含水量影响较大，对深层土壤含水量的影响则较小，而且短期增温不会对土壤水分的垂直分布趋势产生影响。③ 土壤水分含量随时间的变化，在5—8月呈上升趋势，表明在青藏高原北麓河地区植物生长季，8月是其土壤水分含量最充足的月份，到了9月土壤中含水量开始降低，但5个土层深度降幅均不明显；增温组土壤水分含量随时间的变化趋势与对照组基本一致。     

不同耕作方式对黑土农田土壤水分及 利用效率的影响

在土壤耕作长期定位试验的基础上,研究了免耕秸秆覆盖(NT)和少耕(RT)对东北黑土区农田土壤水分及利用效率、玉米产量及特性的影响。结果表明:在作物生长季3种耕作措施土壤剖面含水量整体上呈先降低后增加的变化趋势,各时期20～40 cm土层含水量均较低。免耕可显著提高0～90 cm土层土壤含水量,90 cm土层以下三种措施土壤含水量差异逐渐降低,到190 cm土层差异不明显。土体储水量主要受降雨及不同耕作措施的影响,在干旱的春季以及降水量较少的秋季土体储水量较低,表现为:免耕>传统>少耕,而在降水量较大时土体储水量相应增加,表现为:少耕>免耕>传统。3种耕作措施下玉米叶面积指数变化趋势一致,总体表现为:传统>少耕>免耕,其中传统和少耕最高分别比免耕高0.22和0.26。在生长季少耕蒸散量最高。传统耕作玉米籽粒产量和水分利用效率分别较免耕和少耕高30%和17%,29%和11%,籽粒产量均存在显著性差异(P<0.05),表现为:传统>少耕>免耕,所以对于玉米而言,在该区不适宜实施免耕秸秆覆盖和少耕这两种保护性耕作体系。     

陇中黄土丘陵沟壑区不同土地利用下土壤水分变化分析

通过对陇中黄土丘陵区不同土地利用类型下土壤水分的定期观测,用烘干法测定了5种土地利用类型的土壤水分,分析了土壤水分在植被生长季的变化。结果表明:土地利用类型对土壤水分的影响差异极显著(P<0.01),土壤含水量及储水量大小顺序为:荒草地>沙棘林地>农地>草地>油松林地;土地利用类型对土壤剖面水分的影响随土层的加深呈增大趋势,土壤剖面水分的变异系数随土层的加深呈减小趋势,并且其含水量变化存在季节差异。不同土地利用类型下土壤水分消耗量及补充量均有差异;土壤剖面储水量的盈亏状况为:农地没有亏缺,荒草地的亏缺量最小,油松林地在40cm以下土层均亏缺。因此,在该区的生态植被恢复过程中,应优先考虑草本和灌木植物,以利于土壤水环境及其永续利用。     

固沙植被土壤水分动态及其对降雨的响应

水分是影响固沙植被生长发育的最重要的限制因素,同时也是沙漠环境中最容易受到影响的生态因子。因此,定位观测研究流动沙地建立固沙植被后土壤水分变化具有重要的现实意义。文中采用Watchdog土壤水分自动监测系统,定位定时记录了7月1日-10月31日期间杨柴固沙林、固定沙丘天然草地和流动沙丘土壤体积含水量数值。结果表明:相同降水量条件下,不同固沙植被土壤重力水湿润深度存在明显差异。5.33mm降雨时流动沙丘水分湿润深度小于20cm,13.97mm降雨时水分湿润深度达40cm,30.3mm降雨时水分湿润深度达80cm,40.3mm降雨时水分湿润深度达120cm。而30.3mm及以下降雨时杨柴固沙林和天然草地植被土壤水的湿润深度小于40cm;40.3mm降雨时杨柴固沙林地水分湿润深度达80cm,天然草地植被水分湿润深度达120cm。植物生长季流动沙地土壤水分状况最好。流动沙丘20cm、40cm、80cm和120cm土层含水量平均值分别为2.15%、2.42%、1.96%和2.94%;而杨柴固沙林和天然草地植被下土壤水分状况明显不良,特别是80cm土层以下土壤水分状况明显恶化。杨柴固沙林生长期20cm、40cm、80cm和120cm土层含水量平均值分别为1.89%、1.67%、0.81%和1.08%;天然草地植被生长期20cm、40cm、80cm和120cm土层含水量平均值分别为2.34%、1.96%、1.02%和1.43%。     

内蒙古荒漠草原降水有效性分析——基于苏尼特右旗过程降水量的监测

研究选取内蒙古苏尼特右旗，通过分析2015年5月至2016年12月日降水数据和同期不同深度土壤（0~10 cm，10~20 cm，20~30 cm，30~40 cm和40~50 cm）含水量日连续观测数据，探讨降水事件对荒漠草原土壤含水量的影响。结果表明:① 降水量对表层土壤（0~10 cm，10~20 cm）含水量影响最剧烈，且2层土壤含水量与降水量存在显著的正相关关系，其余3层土壤含水量对降水事件响应不显著。②0~10 cm、10~20 cm土壤层的最小有效降水量分别为6.4 mm和8.33 mm。③ 结合最小有效降水量进一步推导0~10 cm及10~20 cm土壤层的有效降水转化率发现，0~10 cm土壤最大有效降水转化率可达到95%，但是大部分都是在70%左右；10~20 cm最大有效降水转化率可达90%，但是大部分都是在50%左右。     

宁南山区不同放牧强度对天然草地土壤水分的影响

本文对位于宁夏南部黄土高原半干旱区过渡放牧区、中度放牧区和持续禁牧三种条件下的天然草地 0 - 9.9m土壤深度的水分含量进行了测定。三者土壤水分含量的主要差别在 0 - 4m以上土层。 0 - 4m土层的土壤湿度 ,核心保护区显著 ( p =0 .0 2 2 838)高于中度放牧区 ,极显著 ( p <0 .0 0 1 )高于过渡放牧区 ,中度放牧区也显著高于过渡放牧区 (p =0 .0 2 80 2 3)。平均土壤湿度 ,核心保护区分别是中度和过渡放牧区的 1 .2 5和 1 .5 6倍 ,中度放牧区是过渡放牧区的 1 .2 5倍。 4- 9.9m土壤湿度 ,核心保护区、中度放牧区和过渡放牧区没有显著差异 ,平均土壤湿度分别为 1 2 .3%、1 2 .7%、1 2 .7%。     

新疆不同植被类型土壤有机碳特征

准确评估不同植被类型的土壤有机碳库,对揭示土壤有机碳在陆地生态系统碳循环中的作用具有重要意义。通过分析新疆地区10种植被类型的土壤有机碳密度(SOCD)的分布特征,估算了该地区的土壤有机碳储量。结果表明:在10个植被类型的0~100 cm土壤剖面中,SOCD垂直分布特征明显,呈逐渐降低趋势。新疆SOCD以针叶林最大,其值为63.86 kg·m~(-2),其他植被类型依次为:草甸、阔叶林、沼泽、草原、灌丛、高山植被、栽培植被、荒漠和无植被类型。土壤有机碳储量最大值分布在草甸中,为4.89 Pg,其他植被类型依次为:荒漠、草原、高山植被、无植被(裸地)、针叶林、栽培植被、阔叶林、灌丛、沼泽。在0~100 cm的土壤层,新疆地区土壤有机碳储量为16.4Pg。     

Revegetation with artificial plants improves topsoil hydrological properties but intensifies deep-soil drying in northern Loess Plateau,China

Knowledge about the effects of vegetation types on soil properties and on water dynamics in the soil profile is critical for revegetation strategies in water-scarce regions, especially the choice of vegetation type and human management measures. We focused on the analysis of the effects of vegetation type on soil hydrological properties and soil moisture variation in the 0–400 cm soil layer based on a long-term(2004―2016) experimental data in the northern Loess Plateau region, China. Soil bulk density(BD), saturated soil hydraulic conductivity(Ks), field capacity(FC) and soil organic carbon(SOC) in 2016, as well as the volumetric soil moisture content during 2004–2016, were measured in four vegetation types, i.e., shrubland(korshinsk peashrub), artificial grassland(alfalfa), fallow land and cropland(millet or potato). Compared with cropland, revegetation with peashrub and alfalfa significantly decreased BD and increased Ks, FC, and SOC in the 0–40 cm soil layer, and fallow land significantly increased FC and SOC in the 0–10 cm soil layer. Soil water storage(SWS) significantly declined in shrubland and grassland in the 40–400 cm soil layer, causing severe soil drought in the deep soil layers. The study suggested that converting cropland to grassland(alfalfa) and shrubland(peashrub) improved soil-hydrological properties, but worsened water conditions in the deep soil profile. However, natural restoration did not intensify deep-soil drying. The results imply that natural restoration could be better than revegetation with peashrub and alfalfa in terms of good soil hydrological processes in the semi-arid Loess Plateau region.     

青海省旱地土壤水分动态变化规律研究

通过对青省省旱地土壤水分动态变化规律的分析,发现大气降水对裸地土壤水分的影响十分明显,水平和垂直土壤水分梯度均明显大于草地和作物地;天然草地浅层土壤水分瑷 天气状况和牧草生长影响。     

Changes in soil carbon stocks and related soil properties along a 50-year grassland-to-cropland conversion chronosequence in an agro-pastoral ecotone of Inner Mongolia, China

Land use change significantly influences soil properties.There is little information available on the long-term effects of post-reclamation from grassland to cropland on soil properties.We compared soil carbon(C) and nitrogen(N) storage and related soil properties in a 50-year cultivation chronosequence of grassland in the agro-pastoral ecotone of Inner Mongolia.Field surveys on land use changes during the period of 1955-2002 were conducted to build a chronosequence of cropland of different ages since the conversion from grassland.The results showed that soil C and N storage,soil texture,and soil nutrient contents varied with land use types and cropland ages(P<0.01).In the 0-30 cm soil layer,the soil organic carbon(SOC) density was significantly lower in the croplands(3.28 kg C/m2 for C50 soil) than in the grasslands(6.32 kg C/m2).After 5,10,15,20,35,and 50 years of crop planting(years since the onset of cultivation),the SOC losses were 17%,12%,19%,47%,46%,and 48%,respectively,compared with the grasslands.The soil total nitrogen(TN) density of the grasslands was 65 g N/m2,and TN density of the cropland soil was 35 g N/m2 after 50 years of crop planting.Both the SOC and TN densities could be quantitatively determined by a negative exponential function of cropland age(P<0.0001,R2=0.8528;P<0.0001,R2=0.9637).The dissolved organic carbon(DOC) content,soil available potassium(AK) content,clay content,and pH value were decreased;and the soil bulk density and sand content were increased since the conversion of grassland into cropland during the 50-year period.Our results show soil nutrients were higher in grassland than in cropland.The conversion of grasslands to croplands induced a loss of soil C storage and changes of related soil properties.The reclamation time of cultivated soil(cropland age) had significant effects on soil properties in the study area.     

Community structure and carbon and nitrogen storage of sagebrush desert under grazing exclusion in Northwest China

Overgrazing is regarded as one of the key factors of vegetation and soil degradation in the arid and semi-arid regions of Northwest China.Grazing exclusion(GE)is one of the most common pathways used to restore degraded grasslands and to improve their ecosystem services.Nevertheless,there are still significant controversies concerning GE’s effects on grassland diversity as well as carbon(C)and nitrogen(N)storage.It remains poorly understood in the arid desert regions,whilst being essential for the sustainable use of grassland resources.To assess the effects of GE on community characteristics and C and N storage of desert plant community in the arid desert regions,we investigated the community structure and plant biomass,as well as C and N storage of plants and soil(0-100 cm depth)in short-term GE(three years)plots and adjacent long-term freely grazing(FG)plots in the areas of sagebrush desert in Northwest China,which are important both for spring-autumn seasonal pasture and for ecological conservation.Our findings indicated that GE was beneficial to the average height,coverage and aboveground biomass(including stems,leaves and inflorescences,and litter)of desert plant community,to the species richness and importance values of subshrubs and perennial herbs,and to the biomass C and N storage of aboveground parts(P<0.05).However,GE was not beneficial to the importance values of annual herbs,root/shoot ratio and total N concentration in the 0-5 and 5-10 cm soil layers(P<0.05).Additionally,the plant density,belowground biomass,and soil organic C concentration and C storage in the 0-100 cm soil layer could not be significantly changed by short-term GE(three years).The results suggest that,although GE was not beneficial for C sequestration in the sagebrush desert ecosystem,it is an effective strategy for improving productivity,diversity,and C and N storage of plants.As a result,GE can be used to rehabilitate degraded grasslands in the arid desert regions of Northwest China.     

宁夏半干旱黄土丘陵区不同土地利用类型土壤贮水量变化分析

气候变化加剧了黄土丘陵区生态建设的严峻性,通过农地、林地、草地等土地利用类型0-20cm、20-100cm和20-180cm土壤贮水量的分析,研究得出：（1）不同土地利用类型土壤贮水量变化趋势相似,与降雨具有极大的相关性,都是在土壤解冻后下降,然后随着雨季的到来逐步升高,或者升高后在降低的趋势,主要以＂V＂型为主进行波...     

干旱区保护性耕作对土壤水分的影响研究

为了研究保护性耕作对土壤水分的影响,选择翻耕地和免耕地两种土地耕作类型,分析不同耕作方式下土壤水分的时空变化规律。在保护性耕作实行的两年时间里,测定了土层不同深度土壤水分,结果表明:(1)在作物生长的整个生育期内土壤水分含量有随降雨量周期变化的趋势,无论是何种耕作方式,除生育期降雨外,播前底墒也是土壤供水的重要组成部分;(2)土壤贮水能力免耕地都是大于翻耕地的;0-80cm土壤水分的空间剖面自上而下分为两个层次:表层失水层(0-30cm)和中层贮水层(30-80cm)。(3)用SPSS统计软件进一步对土壤水分与土层深度的关系进行拟合,结果表明土壤水分与土层深度的关系具有极强的相关性,其关系方程为拟和三次抛物线相型。     

Impact of land use/cover changes on carbon storage in a river valley in arid areas of Northwest China

Soil carbon pools could become a CO_2 source or sink, depending on the directions of land use/cover changes. A slight change of soil carbon will inevitably affect the atmospheric CO_2 concentration and consequently the climate. Based on the data from 127 soil sample sites, 48 vegetation survey plots, and Landsat TM images, we analyzed the land use/cover changes, estimated soil organic carbon(SOC) storage and vegetation carbon storage of grassland, and discussed the impact of grassland changes on carbon storage during 2000 to 2013 in the Ili River Valley of Northwest China. The results indicate that the areal extents of forestland, shrubland, moderate-coverage grassland(MCG), and the waterbody(including glaciers) decreased while the areal extents of high-coverage grassland(HCG),low-coverage grassland(LCG), residential and industrial land, and cultivated land increased. The grassland SOC density in 0–100 cm depth varied with the coverage in a descending order of HCGMCGLCG.The regional grassland SOC storage in the depth of 0–100 cm in 2013 increased by 0.25×1011 kg compared with that in 2000. The regional vegetation carbon storage(S_(rvc)) of grassland was 5.27×10~9 kg in2013 and decreased by 15.7% compared to that in 2000. The vegetation carbon reserves of the under-ground parts of vegetation(S_(ruvb)) in 2013 was 0.68×10~9 kg and increased by approximately 19.01%compared to that in 2000. This research can improve our understanding about the impact of land use/cover changes on the carbon storage in arid areas of Northwest China.