科尔沁地区不同类型沙地土壤饱和导水率特征分析

土壤饱和导水率反映了土壤的入渗性质,是研究水分在土壤中运动规律的重要水力参数。利用Guelph入渗仪测量了科尔沁地区樟子松林、灌木林和草地0-20cm、20-40cm和40-60cm三个不同土层深度的土壤饱和导水率,分析了这三种类型沙地土壤饱和导水率的差异及其随土层深度的变化特征。结果表明:1)平均土壤饱和导水率樟子松林较大,草地次之,而灌木林较小,它们的平均取值在0.63～12.50mm/min范围内;随土层深度增加,樟子松林土壤饱和导水率逐渐增大,而草地的逐渐减少,灌木林的随土层深度变化不大;2)樟子松林和灌木林土壤饱和导水率与容重显著负相关;灌木林和草地土壤饱和导水率与细沙百分含量显著负相关,而与中沙百分含量显著正相关;樟子松林和草地土壤饱和导水率与粗沙百分含量显著正相关。     

黄土丘陵沟壑区沟道造地土壤水分时空变异特征

基于Van Genuchten模型测定土壤水动力学参数,采用定点监测方法,在沟道中不同位置以及对照坡面进行土壤水分观测,分析了延安市典型治沟造地项目沟道造地土壤水分的时空变异特征,阐明治沟造地工程对沟道土壤水分的影响。结果表明：（1）土壤水力学参数在沟道土层深度为40 cm附近发生了显著改变,0~40 cm土层土壤容重1.12 ~1.25 g·cm^-3,导水率达到40 mm·min^-1以上,入渗能力强,同时饱和含水率较大,40 cm以下土层土壤容重在1.5 g·cm^-3左右,导水率在1.25~1.41 mm·min^-1之间,入渗速率明显减小;（2）沟道土壤水分显著大于对照坡面,其季节变化稍滞后于降水的季节变化,整个生长季在15.76%~21.91%间波动,高出对照坡面5%左右,垂直分布随土层深度的增加而增加,表层最低,为15.07%,160 cm土层最高,为22.84% ,深层土壤含水量优势更加显著;沟道土壤水分变异系数在0.131~0.234之间,相比较坡面,沟道表层以下土壤水分存在较强的空间异质性,100 cm以下土层变异系数在0.2左右,土壤水分变化活跃;（3）沟口土壤含水量显著高于沟头,土层深度40 cm以下的土壤含水量长期达到甚至超过田间持水量。通过治沟造地工程水分综合调控体系,沟道能够为作物生长提供水分充足的生境条件,提高水资源利用效率的同时改善农业生态环境。     

六盘山林区土壤物理性质分布特征

研究了六盘山林区土壤物理性质分布特征及其与海拔和林型的关系,结果表明:六盘山林区阔叶林地土壤有机质和饱和导水率显著高于针叶林地,土壤容重显著低于针叶林地,阔叶林地0~10 cm和10~20 cm土层土壤有机质和饱和导水率分别比针叶林地高27.7%、21.2%和38.0%、42.2%,容重比针叶林地低13.8%和7.6%;高海拔处林地土壤有机质含量较高,容重较低;研究区土壤饱和导水率不受海拔影响,土壤水稳性团聚体分布不受林型和海拔的影响;阔叶林地0~20 cm土层土壤平均重量直径和几何平均直径平均值分别比针叶林地高3.46%和5.21%,但不受海拔影响,大团聚体数量与饱和导水率极显著正相关。研究表明六盘山林区阔叶林地土壤物理性状显著优于针叶林地,林地土壤结构的改良主要体现在大团聚体增加方面。     

陕北黄土区微地形土壤有效水饱和度

为了明确不同微地形土壤有效水饱和度的特征以及与植被群落特征的关系,采用小波分析、回归分析和Mann-Kendall趋势检验等方法,分析了陕北黄土区阳向陡坡不同微地形0~60 cm土层深度的土壤有效水饱和度。结果表明:(1)在0~60 cm土层深度范围内,不同微地形土壤有效水饱和度顺序为塌陷缓台原状坡切沟浅沟陡坎,其中切沟、塌陷和陡坎的土壤有效水饱和度呈现显著增加趋势,浅沟、缓台和原状坡的土壤有效水饱和度呈现下降趋势,但趋势不显著;(2)研究期间,不同微地形土壤有效水饱和度的变化周期不同,陡坎、塌陷和缓台的主周期相同,为22个月,浅沟、切沟和原状坡的主周期分别为23、21个月和28个月;(3)在不同微地形中,Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Alatalo均匀度指数均与土壤有效水饱和度呈正相关关系,其中Shannon-Wiener多样性指数和土壤有效水饱和度的相关性最高。     

关中农田土壤剖面的主要物理性状研究

为了探明现代长期集约化生产和耕作管理模式下土壤物理状态的变化特征，对关中地区农田0～60 cm剖面范围内的土壤物理特性进行了研究。结果显示：(1) 土壤剖面容重呈现先增大后减小的变化趋势，表层0～10 cm土壤容重最小，为1.34 g·cm^-3，20～40 cm土层容重高达1.67 g·cm^-3，达到了制约根系延伸的极限容重；(2) 土壤紧实度随着剖面深度增加逐渐增大，0～15 cm、15～25 cm、25～45 cm土层范围内的平均值分别为482 kPa、1 647 kPa、2 268 kPa；(3) 土壤饱和导水率随着土层深度增加而逐渐减小，其中0～10 cm土层的饱和导水率最高，平均为0.968 mm·min^-1，且各土层之间的差异达到显著水平。研究表明只有0～10 cm土层土壤结构性较好，而10 cm以下土壤的物理状态具有明显的退化趋势，制约着作物根系的延伸、气体交换和水分的入渗，应予以足够的重视。     

排土场土体裂缝特征对土壤物理性质的影响

以内蒙古胜利东二号露天煤矿南排土场为研究对象，研究排土场不同土体裂缝区土壤机械组成、孔隙状况、水分空间分布以及饱和导水率的特征和差异。结果表明：3个样地土壤机械组成以砂粒为主，土壤质地为砂质土壤，具有质地疏松、通气透水能力强、蓄水能力差等特点；3个样地土壤容重为1.22~1.45 g·cm^-3，且随着土层深度的增加先增大后减小；3个样地土壤含水率偏低，且随着土层深度的增加而减小；土壤饱和含水量、田间持水量和土壤有效水含量呈先减小后增大的变化规律，凋萎系数呈先增大后减小的变化规律，且不同土层之间存在差异。随着土层深度的增加，3个样地各个土层（0~10、10~20、20~30、30~40、40~50、50~60 cm）土壤饱和导水率平均值依次为1.16、1.02、0.95、0.71、0.47、0.27 mm·min^-1；土壤饱和导水率与土层深度之间具有较好的幂函数关系。土体裂缝的出现改变土壤容重、孔隙状况和土壤水分空间分布等土壤物理性质，进而影响排土场水分入渗、地表径流及产流产沙等水土流失过程。     

压砂地土壤导水特性空间格局及影响因子

采用10 m×10 m网格布点的方式对宁夏压砂田0~10 cm和10~20 cm深度下土壤饱和导水率(Ks)及其相关因素的空间变异规律进行研究。经典统计结果表明:2个采样深度下土壤容重、总孔隙度和毛管孔隙度表现为弱变异,饱和含水量和土壤有机质含量表现为中等变异;0~10 cm深度下K_s表现为中等变异,10~20 cm深度下K_s表现为强变异;10~20 cm深度下土壤各种性质的平均值均大于0~10 cm深度。Pearson相关性分析可知,影响K_s的主要因素是毛管孔隙度,其次为容重、总孔隙度、饱和含水量和有机质含量。地统计结果表明,0~10 cm深度下K_s表现为纯块金效应,主要受随机性因素的影响,10~20 cm深度下K_s主要受结构性因素的影响;在2个采样深度下容重主要受随机因素的影响。从空间分布图可以看出,2个采样深度下K_s和容重存在高度的负相关关系,与饱和含水量、总孔隙度和毛管孔隙度存在高度的正相关关系。     

黄土塬区土地利用方式对土壤主要理化性质的影响

通过对陕西长武4种典型土地利用方式下0~500 cm土层土壤主要理化性质分析,以明确土地利用方式对土壤理化性质的影响。结果表明：农田、果园土壤有机质、全氮含量显著高于荒地和刺槐林地,土壤粘粒含量与土壤容重呈显著负相关关系,与土壤饱和导水率呈显著正相关关系;农田0~100 cm土层土壤容重达1.44 g·cm^-3,显著高于同深度荒地（1.27 g·cm^-3）、果园（1.38 g·cm^-3）、刺槐林地（1.32 g·cm^-3）土层;400~500 cm土层土壤含水量为刺槐林地（86 g·kg^-1）<果园（113 g·kg^-1）<荒地（152 g·kg^-1）<农田（165 g·kg^-1）;果园和刺槐林地0~500 cm土层土壤平均饱和导水率分别为0.37、0.36 mm·min^-1,显著高于农田（0.25 mm·min^-1）和荒地（0.23 mm·min^-1）。退耕还林（草）导致土壤容重降低、饱和导水率增加,有助于降水入渗,但退耕后深层土壤有干燥化的倾向。     

不同土体构型土壤的持水性能

通过GMS软件三维建模功能,将宁夏某葡萄基地土壤划分为4种土体构型:壤砂型、砂型、壤砂粘型和壤粘砂型结构,并对基地土壤的田间持水量、饱和导水率和容重进行了分析,研究了不同土体构型下的土壤持水性能。结果表明,土壤土体构型不同,其容重、田间持水量、土壤饱和导水率也不同。砂型结构的田间持水量和容重最小,分别为13%和1.5 g·cm~(-3),而土壤饱和导水率最大,为3.2 m·d~(-1);壤粘砂型结构田间持水量和容重最大,分别为16.5%和1.63 g·cm~(-3),而土壤饱和导水率最小,为1.02 m·d~(-1);田间持水量与土壤饱和导水率的相关系数为-0.92,呈显著负相关,与容重的相关系数为0.73,呈显著正相关。壤粘砂型土体构型上壤下粘,利于保水保肥,持水性能最好;砂型结构持水性能最差,其他土体构型持水性能一般,需要进行改良以提高土壤的持水性能。     

退化草原土壤理化性质空间异质性及其对土壤水分的影响

测定分析锡林郭勒盟正镶白旗额里图牧场退化草原草地生态系统0～120 cm土层土壤理化性质(质量含水量、容重、饱和含水率、电导率、pH和有机质),运用经典统计学和地统计学方法探讨其空间异质性及各理化性质对土壤水分的影响。结果表明:退化草原土壤呈弱碱性,电导率、容重和pH随土层加深而增大,而饱和含水率和有机质含量随土层加深而减小,由此可见土壤pH与有机质含量随土层加深呈相反规律,除容重和pH呈弱变异,其余土壤特性指标均呈中等变异,除80～120 cm土层外,其余土层土壤含水量变异系数随土壤含水量的增大而降低;本研究区各土层土壤含水量、有机质、pH表现出强烈的空间相关性,容重由随机性因素引起的变异程度最小,饱和含水率由结构性和随机性因素共同引起空间变异,影响本研究区土壤理化性质的因素较复杂;各土层土壤饱和含水率变程普遍较大,为13. 94～52. 77 km,较长距离其空间连续性较好,0～10 cm土层pH变程最大,有机质变程最小,而80～120 cm土层恰好相反; 0～10 cm和80～120 cm土层土壤质量含水量均与饱和含水率呈显著正相关,10～20 cm和80～120 cm土层土壤水分相对较大,土壤持水力较强,中间土层(20～80 cm)土壤含水量与有机质和pH存在显著相关关系。     

Spatial variability of soil water content and related factors across the Hexi Corridor of China

Soil water content(SWC) is a key factor limiting ecosystem sustainability in arid and semi-arid areas of the Hexi Corridor of China, which is characterized by an ecological environment that is vulnerable to climate change. However, there is a knowledge gap regarding the large-scale spatial distribution of SWC in this region. The specific objectives of this study were to determine the spatial distribution patterns of SWC across the Hexi Corridor and identify the factors responsible for spatial variation of SWC at a regional scale. This study collected and analyzed SWC in the 0–100 cm soil profile from 109 field sampling sites(farmland, grassland and forestland) across the Hexi Corridor in 2017. We selected 17 factors, including land use, topography(latitude, longitude, elevation, slope gradient, and slope aspect), soil properties(soil clay content, soil silt content, soil bulk density, saturated hydraulic conductivity, field capacity, and soil organic carbon content), climate factors(mean annual precipitation, potential evaporation, and aridity index), plant characteristic(vegetation coverage) and planting pattern(irrigation or rain-fed), as possible environmental variables to analyze their effects on SWC. The results showed that SWC was 0.083(±0.067) g/g in the 0–100 cm soil profile and decreased in the order of farmland, grassland and forestland. The SWC in the upper soil layers(0–20, 20–40 and 40–60 cm) had obvious difference when the mean annual precipitation differed by 200 mm. The SWC decreased from southeast to northwest following the same pattern as precipitation, and had a moderate to strong spatial dependence in a large effective range(75–378 km). The SWC showed a similar distribution and had no significant difference between soil layers in the 0–100 cm soil profile. The principal component analysis showed that the mean annual precipitation, geographical position(longitude and latitude) and soil properties(soil bulk density and soil clay content) were the main factors dominating the variance of environmental variables. A stepwise linear regression equation showed that plant characteristic(vegetation coverage) and soil properties(soil organic carbon content, field capacity and soil clay content) were the optimal factors to predict the variation of SWC. Soil clay content could be better to explain the SWC variation in the deeper soil layers compared with the other factors.     

沙漠水渠人工固沙区沙篙和沙拐枣灌丛的土壤水分特征对比

在古尔班通古特沙漠引水渠沿线建植5a的人工固沙区内,选择自然生长的沙蒿和沙拐枣灌丛,依据冠幅大小设置5个水平距离梯度和4个土层深度梯度.对比研究了二者的土壤水分特征.结果表明,随土层深度的增加,两种灌丛土壤含水量均呈增加趋.,中下部2层(20～40 cm和40～60 cm)土壤含水量显著(P<0.05)高于上部2层(0...     

杨凌区浅层土壤水分与深层土壤水分的关系研究

通过测定陕西杨凌区不同灌水条件下冬小麦的土壤水分变化,研究了浅层土壤水分与深层土壤水分的关系。结果表明:土壤含水量随土层深度的加深,呈先上升,后下降,又上升的变化趋势。在自然降水或灌溉条件下,土壤水分的变化程度随土层深度的增加,呈剧烈—缓和—剧烈—缓和的趋势。表层20、30、40、50 cm各土层含水量分别与0~150 cm各土层含水量的相关性较好,并且土层相邻越近,其相关性越好,说明由表层土壤含水量来推算深层土壤含水量是可行的。基于Biswas土壤水分估算模式,由表层30~40 cm的含水量来推算0~100 cm各土层含水量的精度较高,由表层20 cm的含水量来推算100~150 cm各土层含水量的精度较高。总灌水量及灌水次数对含水量的影响,直接影响到估算模式参数的取值及估算精度。     

大青山区阳坡油松人工林土壤水分特征研究

对大青山区阳坡30a油松人工林生长季土壤水分特征进行研究,根据2006年的观测数据分析,得出以下结果:1)油松人工林0~20cm层土壤水分季节动态与降雨量变化相似,7月份土壤含水量最高,后逐渐减小趋于平缓,20~60cm层随季节变化波动很小,基本呈现水平趋势;2)土壤水分在垂直分布上可分为土壤水分速变层、活跃层、相对稳定层;3)0~60cm土层范围内,土壤含水量随密度增加,呈下降趋势,但表层变化规律不显著。     

温度和土壤水分对祁连山青海云杉林土壤呼吸的影响

采用美国Li-cor公司生产的LI6400-09土壤呼吸室和LI6400便携式光合作用测量系统对祁连山云杉林土壤呼吸速率进行野外测定,并通过多元回归对其影响因子进行了分析。结果表明:土壤呼吸总体趋势是夏季高,其它季节低,但季节动态呈现不规律的多峰曲线;气温、地表温度以及5cm、10cm、15cm和20cm的土壤温度均与土壤呼吸速率呈显著的指数关系,温度对土壤呼吸的影响在低温时比高温时更显著;土壤呼吸的平均速率为2.145μmol.m-2.s-1。以气温、地表温度以及5cm、10cm、15cm和25cm的土壤温度为依据得到的Q10值依次为2.67、2.23、4.17、4.32、4.36和4.54;0~10cm和10~20cm土层的土壤含水量均与土壤呼吸速率呈相关关系,当土壤水分含量较低的情况下,随着土壤水分含量的增加,土壤呼吸速率也随着增加,但是当土壤水分含量增加到一定程度时,土壤呼吸速率则表现出降低的趋势。     

新疆野生樱桃李天然林土壤种子库特征

采取野外调查、网筛分选和温室萌发相结合的方法,对新疆霍城县大西沟山区野生樱桃李天然林的土壤种子库物种组成、密度和生活史型、垂直空间分布、物种多样性及其与地上植被间关系进行了研究。结果表明：① 试验鉴定出的幼苗共有48种,隶属于19科,且一年生植物多达20种（41.7%）,地下芽植物为15种（31.3%）;② 种子库中种子的数量自上而下呈先增加后减少的特征,有超过90%的种子分布在距地表5 cm以上的表层土壤及枯枝落叶层中,近90%的樱桃李种子分布在距地表2 cm以上的表层土壤及枯落层中;③ 土壤种子库中草本层物种的Margalef指数、Shannon-Wiener指数均为最高,其次为乔木层和灌木层,种子库物种多样性主要受草本层丰富度的影响;④ 野生樱桃李天然林土壤种子库与地上植被的相似性系数为0.315,表明地上植被对土壤种子库的贡献较大。但是,由于过度放牧,使得种子库的物种多样性在垂直空间上的分布规律受到干扰。     

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.     

免耕条件下玉米残茬处理对农田表层土壤结构性能的影响

立足于东北冷凉风沙区采用的玉米垄作免耕方式,通过始于2003年的彰武县保护性耕作定点试验,比较研究留茬、覆盖和灭茬3种不同玉米残茬处理方式对农田表层(0~30 cm)土壤结构性能的影响。研究结果表明,覆盖处理在改善土壤结构性能方面效果最明显。在0~10 cm1、0~20 cm和20~30 cm土层中,0.25 mm水稳性团聚体含量和团聚体稳定率均为覆盖留茬灭茬,且均随土壤深度增加而减小。在不同土层中,土壤容重表现为灭茬留茬覆盖,土壤总孔隙度呈现出覆盖留茬灭茬,且随着耕层加深,呈递减趋势。在不同土层中,覆盖处理的砂粒含量均低于留茬和灭茬处理,但随着耕层加深,各处理黏粒含量未呈现规律性变化。     

土壤吸附作用对土壤水分有效性的影响

围绕土壤结皮生物是否可以对夜间土壤吸附水输入产生响应展开研究。假定-1.5 MPa作为土壤水分有效性的临界值,通过观测降水后清晨和午后0~3 cm土壤含水量,分析土壤水分的有效性和空间异质性;并利用连续记录气象数据,建立表层土壤含水量与水汽压饱和差数量关系。结果表明:土壤吸附作用提高了土壤水分对土壤结皮生物的有效性,并延长了土壤结皮生物对降水脉冲的响应时段。在古尔班通古特沙漠东南部的不同部位,凝结吸附作用对沙面水分条件影响很大(特别是干旱季节),水分条件由好到坏依次为:沙垄西坡面、沙垄垄顶、沙垄东坡面和垄间低地。     

不同覆草量苹果园土壤水温效应及对树体生长的影响

将麦草覆盖应用于果园,研究不同覆盖用量22 000 kg·hm-2(T1)、33 000 kg·hm-2(T2)、44 000 kg·hm-2(T3)和清耕(CK)在整个生长期对19年生长富2号苹果园0~100 cm土壤水分、5~25 cm土壤温度、树体生长量及果实品质的影响。结果表明:在旱情较重的4—7月,3种覆草处理的平均含水量随覆草量的增加而增大,其中T2和T3处理极显著(P0.01)高于CK,高出8.98%~27.09%;且3种覆草处理0~20、20~40 cm土层的含水量极显著(P0.01)高于CK,高出9.36%~73.77%;4—8月3种覆草处理的各深度地温低于CK,4—6月份极显著(P0.01)低于CK,低出2.11℃~8.02℃;相反,9—11月份高于CK。覆草处理5~20 cm深度土温日变幅极显著(P0.01)低于CK,低出0.39℃~3.63℃。果实单果重和产量以T2处理最高,3种覆草处理每公顷产量较CK极显著(P0.01)提高,高出10.70%~20.83%;产量水分利用效率覆草处理较CK极显著(P0.01)增高,高出9.87%~20.87%。覆草对树体生长量、枝类比例影响不大。综合各种效应及投入产出比,陇东黄土高原苹果园覆草量以22 000~33 000 kg·hm-2较经济适宜。