半干旱黄土丘陵区柠条林水分生产力和土壤干燥化效应模拟研究

建立固原半干旱丘陵区WinEPIC模型土壤数据库、气象效据库,修订柠条作物参数,验证模型的精度及在该区适应性,在此基础上对黄土高原丘陵区柠条林地水分生产力和9 m土层土壤有效含水量进行30 a长期动态模拟研究.结果表明,前10 a柠条生长主要依靠土壤储水和降水,水分生产潜力稳定且无水分胁迫,但已出现土壤干层;生长10 a以后随着柠条根系的下伸,土壤水分亏缺加剧,水分生产力随降水量变化呈波动性下降趋势.9m土层逐月土壤有效含水量均呈现明显的波动性降低趋势.模拟柠条生长初期(1～10 a)9 m土层土壤有效含水量以101.0 mm/a的速度递减,此后长期在较低水平上随降水量变化而波动.由此得出,固原丘陵区柠条水分持续利用的合理年限为10 a左右.     

梭梭固沙林水分平衡研究──Ⅰ．梭梭柴秋灌固沙林的水分状况

对梭梭秋灌人工林和荒漠林进行了林地土壤水分状况和林木生长状况的研究。结果表明，林地的土壤含水量和蒸散量与冬季降水量相关，林木生长状况与土壤水分状况相关。人工林的土壤水分状况和林木生长状况虽不如荒漠林，属生长一般类型，但水分供需平衡，在仅靠降水抚育的条件下，２．５×３ｍ株行距，１３３３株／ｈａ的密度不会因水分平衡问题出现人工林衰亡的恶果。     

北京山区典型人工林土壤水分动态研究

采用TRIME管状土壤含水率测试仪定位测定,对鹫峰国家森林公园典型林地土壤水分的垂直变化、季节性变化以及土壤水分消退规律进行研究。结果表明:1)各林地土壤水分垂直变化总体趋势基本上一致,先增加再近稳定后缓慢减少,各林地土壤含水率大小顺序为:栓皮栎>刺槐>油松>侧柏,土壤水分大致分为:表层速变层、水分利用层、水分稳定调节层。2)4块林地土壤含水率变异系数平均值随着深度的增加而降低,10cm处的变异系数最大,这可能与降水的入渗与树木的吸收两种作用有关。3)各林地土壤水分季节性变化明显,大体上在7月～9月份较高,6月份含水率较低。整个生长季土壤平均含水率差异不是很大。4)在8月3日较大规模降水后,4种林分的土壤水分消退都体现出了蒸渗型的特征。     

浑善达克沙地流沙与四种主要植物群落土壤水分时空变化的研究

本文采用定位取样与烘干法,测定了浑善达克沙地流动沙地与平沙地四种主要植物群落土壤含水量的时空变化。结果表明:流动沙地与平沙地各植物群落土壤含水量在空间上由剖面上部而下可划分为水分活跃层、水分次活跃层和水分相对稳定层三层,水分活跃层的变化与其根系分布层密切相关,深根系的植物其水分活跃层分布较深。各样地土壤水分时间动态变化明显,整个生长季土壤水分干湿变化呈“S”形,土壤含水量按其季节变化可分为三个时期,4~5月降水贮存期,6月~9月中旬水分消耗期、9月下旬~10月水分缓慢恢复期。土壤水分的时空变化受立地条件、植被等诸多因子的影响,各样地因土壤机械组成和地表覆盖不同而引起水分在时间与空间上的分异。     

沙区旱作农田作物垄沟种植下土壤水分动态观测——太仆寺旗油菜种植试验结果

在沙区旱作农田设计了4种种植油菜的垄沟种植试验,观测了其与传统平作下的土壤重量含水率。野外对比观测表明:在油菜生长季内,垄沟种植下土壤的水分含量高于传统平作,尤其在地表0~30cm的耕作层;土壤水分在生长季内呈“双峰双谷”型波动特征,可分为“墒情恢复期———缓慢耗墒期———墒情恢复期———迅速耗墒期———墒情恢复期”五个阶段,迅速耗墒期与油菜的旺盛生长期一致,而该时段垄沟种植下土壤重量含水率较高;在同一深度土层,垄沟种植下土壤水分的变异系数小于传统平作,土壤水分季节速变层和活跃层厚度小,稳定层靠近地表,土壤干湿波动较小。该试验研究可以为调整沙区旱地耕作方式,优化土地利用结构及风蚀防治提供参考。     

近５０年辽西北半干旱区降水变化与 花生水分适宜性评价

辽宁省花生优势区域的拓展及转移受多种因素制约,且以降水量的制约最为明显。为探讨辽宁花生产业的区域布局及拓展空间,以阜新近50 a的降水变化为例,采用降水保证率、降水变率、土壤水分蒸发量及土壤水分盈亏特征等参数分析辽西北降水规律,并进行花生水分适宜性评价。分析表明,“十年九旱”仍是辽西北基本气候特征,且这种特征可能有继续恶化趋势。该区域4-5月的降水保证率偏低,土壤缺水量达100 mm ,冬春季的降水变率大于110％,发生春旱的机率最大,对花生春播极其不利。而从花生生长季节水分分析,辽西北的降水条件基本能够满足花生生长对水分的需求,且花生生物产量 y与降水量x间显著服从于方程y＝ a＋ bx ,相关系数 r＝0．999。从区域可持续发展角度出发,辽西北花生生产需着重攻克避旱播种、生态防风蚀和避免与粮争地等三个方面的技术难点。     

甘肃东部旱作区土壤水分补给量的研究

旱作区的降水是土壤水库水分补给的主要源泉。土壤水分补给量与自然降水量依存关系密切。１０ｍｍ的降水量土壤渗透深度为７－９ｃｍ，降水渗入土壤中的水分为降水量的６２－７６％。不同气候类型雨季给土壤补给量不同均为６３ｍｍ，补给率为２９％。     

库布齐沙漠人工梭梭林地土壤水分动态规律的研究

本文在库布齐沙漠西部,于2004年从植物萌动前的4月末开始到植物生长结束后的10月为止,对不同立地条件梭梭人工固沙林以及流动沙丘,分别进行了沙层水分的定点观测,结果表明,不同立地梭梭植物群落的土壤水分时空分布格局不同,即表层(0-10 cm)土壤含水量较低,为土壤水分低值层;中层(10-115 cm)土壤含水量逐渐升高,且波动剧烈,为土壤水分活跃层;下层(115cm以下)土壤含水量高,波动幅度小,为土壤水分相对稳定层。土壤含水量的季节变化可分为三个阶段,4~5月的土壤水分弱失水阶段,6~8月的土壤水分消耗阶段,9~10月的土壤水分缓慢恢复阶段。     

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。     

西安地区不同降水年份人工林地土壤水分变化研究

通过对不同降水年份西安南郊、北郊和东郊人工林地土壤含水量的测定,研究了地下0～600 cm土壤含水量的变化与土壤干层水分恢复和消耗。结果表明:贫水年西安地区人工林地200～400 cm土壤含水量小于10%,发育了弱的土壤干层;丰水年人工林地200～400 cm土壤含水量大于20%,明显高于贫水年这一层位的含水量,指示土壤干层水分得到了恢复;平水年人工林地200～400 cm土壤含水量小于15.5%,表明恢复的水分再次被消耗。分析得出,在降水丰富的年份,发育较弱的土壤干层不仅可以得到恢复,而深层恢复在时间上具有滞后性。同时,土壤水分含量对西安城市绿化树种的选取具有指导意义。     

岷江上游干旱河谷区坡面尺度土壤贮水特性研究

研究干旱河谷区土壤层的蓄水特性,以期揭示该区不同海拔梯度上土壤水分的时空格局及其供水机理。本文对理县干旱河谷区典型阳坡的土壤水分状况进行了定位监测。结果表明:海拔1450m、1650m、1850m和2050m的0~50cm土层的年平均贮水量分别为54.04mm、42.8mm、56.38mm和66.22mm,表明了在典型阳坡上部土壤水分贮量最大,下坡位次之,水分条件最差的地带出现在中坡。土壤层贮水量在剖面上的垂直变化规律为30~50cm土层>10~30cm土层>0~10cm土层,底层贮水量最大,表层贮水量低且稳定。在典型阳坡不同海拔梯度上,土壤层贮水量季节分布极不平衡,贮水量变化过程与降雨量季节变化不一致,贮水量变化明显滞后于降雨过程,滞后期为1个月。     

Seasonal dynamics of soil water content in the typical vegetation and its response to precipitation in a semi-arid area of Chinese Loess Plateau

Soil water content is a key limiting factor for vegetation growth in the semi-arid area of Chinese Loess Plateau and precipitation is the main source of soil water content in this area. To further understand the impact of vegetation types and environmental factors such as precipitation on soil water content, we continuously monitored the seasonal dynamics in soil water content in four plots (natural grassland, Caragana korshinskii, Armeniaca sibirica and Pinus tabulaeformis) in Chinese Loess Plateau. The results show that the amplitude of soil water content fluctuation decreases with an increase in soil depth, showing obvious seasonal variations. Soil water content of artificial vegetation was found to be significantly lower than that of natural grassland, and most precipitation events have difficulty replenishing soil water content below a depth of 40 cm. Spring and autumn are the key seasons for replenishment of soil water by precipitation. Changes in soil water content are affected by precipitation, vegetation types, soil evaporation and other factors. The interception effect of vegetation on precipitation and the demand for water consumption by transpiration are the key factors affecting the efficiency of soil water replenishment by precipitation in this area. Due to artificial vegetation plantation in this area, soil will face a water deficit crisis in the future.     

天山山区及周边地区水汽含量的计算与特征分析

利用1976-2009年天山山区周边伊宁、库车和乌鲁木齐3个探空站实测资料,计算逐月平均水汽含量,并建立了与地面水汽压的关系式;利用这个关系式计算了天山山区及周边地区1961-2009年44个站水汽含量,分析了水汽的时空分布特征及其与降水量的关系。结果表明：①天山山区及周边地区水汽含量有3个高值区,主要分布在天山北麓的河谷平原地带和吐鲁番盆地,水汽含量在12~21 mm;南天山及东部的阿克苏地区、库尔勒地区和东天山南部的哈密地区是水汽含量的次高值区,水汽含量在5~13 mm;而中天山和东天山是水汽的低值中心,水汽含量在4~8 mm。② 水汽含量的月际变化呈单峰型,夏季最大,冬季最小,季节变化非常明显;其中2-7月为增长期,3月增长率最大,7月最小,增长率分别为65.8%和17.6%,而8月到次年1月为递减期,12月减少率最大,8月最小,分别为38.5%和7.8%。 天山山区内部月均水汽（7.83 mm）低于全区平均水平(10.51 mm),其中西天山月均和夏季水汽含量均最高,分别为9.88 mm和18.94 mm。③ 49 a间水汽含量年代际变化较小,1986年以后变化波动大且上升趋势明显。④ 水汽和降水量并不具有很好的对应关系,而呈现区域差异。
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西安临潼人工林土壤干化与恢复研究

通过野外调查和室内测定,本文研究了西安临潼人工林下0-6m土壤含水量和土壤干层的变化。结果表明,临潼14龄杨树林和16龄梧桐树林下150-350cm之间土层的含水量分别为8.7%和9.0%。按土壤干层划分标准(含水量<10%),这已属于发育弱的土壤干层,说明西安地区人工林下有土壤干层存在。而在丰水年中,杨树林和梧桐树林下原有的土壤干层带水分含量增加到21.6%和21.7%,土壤干层消失,说明在降水量增加的条件下,西安地区发育弱的土壤干层可以得到恢复,人工林能够正常生长。由此推断,西安及其降水量与其类似的其他地区可以种植一些高大乔木或果树经济林。在土壤干层发育严重的黄土高原北部地区不适于广泛造林,可以优先考虑发展疏林和森林草原植被。     

冬小麦生产年土壤水分变化及其对农业生产影响分析

通过对黄土高原典型残塬"董志塬"麦田耗水量、不同时期土壤水分含量及其与降水量、耗水量和产量关系的研究,揭示了陇东黄土高原塬区麦田土壤水分变化及其对农业生产的影响特征。分析显示:麦田耗水主要来源于生产年自然降水,降水多,耗水量大,产量高,一个生产年土壤水分可以得到有效补充,否则耗水量小,产量低;降水量最多的年份并非冬小麦产量和水分利用率最高的年份,但降水量最少的年份肯定是冬小麦产量和水分利用率最低的年份;上年收墒期降水充沛,土壤水库贮水充足,可以有效防御和缓解来年春旱对冬小麦生产的影响,是冬小麦丰产的基础,同样,即使底墒不足,只要春季降水充足、适时,冬小麦也可以取得较好收成;如果上年秋旱和当年春旱同时出现,天旱地也旱,必然导致冬小麦大减产。     

黄土高原白草塬土地利用变化对地下水补给的影响

为研究黄土高原土地利用变化对地下水补给的影响，在甘肃会宁县白草塬采集农地、杏林地、杏林‖柠条地和杏林‖苜蓿地4种土地利用方式0~10 m剖面土样，通过制定表征土壤水分亏缺的指标和氯离子质量平衡法，从土壤水分含量、储水量、干燥化和深层渗漏量等角度分析了土地利用变化对地下水补给的可能影响。结果表明：不同土地利用方式对土壤水分作用强度和深度不同。0~10 m剖面的平均土壤含水量表现为农地＞杏林地＞杏林‖柠条地＞杏林‖苜蓿地。0~5 m包含杏树的两种间作地平均土壤含水量已达到或接近萎蔫湿度，土壤达到中度甚至重度干燥化；5~10 m各利用方式干燥化程度有所减轻。4种样地土壤水分深层渗漏量为8.8~13.6 mm·a^-1，占多年平均降雨量的4.0%。由于土地利用类型转换时间不到10年，尽管土地利用变化对土壤水分有较大影响，但对地下水补给的影响尚不显著。     

一次层状云降水过程云中液态水含量的演变特征

利用2011年7月3日甘南玛曲一次层云降水过程的地基微波辐射计探测资料,分析了玛曲强降水发生前后云中温度、湿度以及液态水含量在不同高度上随时间的演变特征:在降水开始前2小时左右,空中大气温度及相对湿度均随高度的升高而递减,云液态水含量为1.0g/m3出现急剧的增加累积;降水影响时,0℃层高度逐渐降低,空中大气冷却降温较快,温度随高度的增加出现了10～20℃/2km的递减,相对湿度随高度的升高而虽然也呈现递减规律,但8km高度以下的范围内,相对湿度比降水前有较大幅度的增加,尤其在4km高度处最为明显;而液态水含量的急剧减小过程,预示着降水即将出现消亡。指出了地面产生降水明显滞后于液态水含量的增加累积约40min,空中云液态水含量特别是低层液态水含量的累积厚度、持续时间和累积区顶层与底层有无明显的波动可判识层云地面产生降水的强弱。     

不同草地类型土壤有效态微量元素含量特征

以贺兰山西坡不同草地类型土壤为对象,研究了土壤中微量元素Fe,Mn,Zn,Cu有效态含量特征及土壤有机碳、pH值、黏粉粒含量与气候因素之间的相互关系。结果表明:土壤有效态Fe,Mn,Zn的含量随着海拔的降低而逐渐降低,有效态Cu含量的积累顺序为:山地草原>荒漠化草原>高山草甸>草原化荒漠。4种元素在各种草地类型的积累量变化为:高山草甸Fe>Mn>Zn和Cu;山地草原和荒漠化草原Fe>Mn>Cu>Zn,草原化荒漠土壤中Fe和Mn含量差异不大,并大于Zn和Cu。土壤有效态Fe,Mn,Zn的含量与年均降水量、土壤有机碳、<0.05 mm黏粉粒含量都呈显著正相关,而与年均温度和土壤pH值呈显著负相关。土壤有效态Cu含量与年降水量、年均温度、土壤有机碳含量和<0.05 mm黏粉粒含量基本呈二次多项式,而与土壤pH相关性不显著。影响土壤有效态Fe和Mn含量的关键因素,0~20 cm土层为有机碳、年降水量和年均温,而20~40 cm土层土壤有机碳是其最重要的影响因素。0~20 cm土层土壤有效态Zn主要受土壤pH、黏粉粒含量和年降水量的影响。     

滹沱河上游区地表水和地下水同位素特征

在滹沱河上游区采集了河水、地下水、泉水、水库水样品,分析了各类水的氢、氧、氮同位素和化学特征,并将氢氧稳定同位素与平原区大气降水进行了对比,分析了沿流程的变化,识别了硝酸盐来源。结果表明:滹沱河源区河水、地下水和泉水与平原区大气降水的同位素组成差别明显;滹沱河水进入水库以后,水库水受到明显的蒸发浓缩作用,也可区别于平原区大气降水;水样的NO3-含量变化在1.68~87.4 mg/L之间,大部分样品的1δ5N值大于8‰,指示水中NO3-来自污水或粪便。