辽西北风沙地不同植物群落土壤入渗特性

采用野外双环入渗试验和室内土壤物理性质分析相结合的方法,研究辽西北风沙地不同植物群落(乔木林地、灌木林地、人工草地、荒草地)土壤入渗特征及影响因素。结果表明:不同植物群落的土壤初始入渗率、16min入渗率、稳定入渗率和累计入渗量等土壤入渗特征值均表现为荒草地人工草地灌木林地乔木林地;土壤入渗特征值与毛管孔隙度呈显著负相关,与饱和含水量、粉粒含量呈负相关,与土壤初始含水率、土壤容重、非毛管孔隙度、砂粒、粘粒含量呈正相关,但未达显著水平。不同植物群落下土壤入渗过程的拟合优度存在差异,Horton模型、G-P综合模型、Philip模型、Kastiakov模型的平均拟合优度依次为0.948、0.896、0.893、0.868,Horton模型相对误差为15.71%~68.61%,可作为辽西北风沙地不同植物群落土壤入渗过程的预测模型;主成分分析评价的土壤入渗能力排序为荒草地人工草地灌木林地乔木林地,初始入渗率、稳定入渗率、16 min入渗率和累积入渗量的主成分方差累积贡献率为99.628%,较好地表达了土壤入渗能力。     

祁连山东段土壤水分时空分布特征及其与环境因子的关系

基于时域反射仪(TDR)观测的土壤水分数据,探讨了祁连山东段旱泉沟流域2009年土壤水分的时空分布特征,并利用典范对应分析(CCA)方法分析了海拔、坡度、坡向、坡位、地貌类型、土地利用类型、土壤孔隙度等7个环境因子与土壤水分时空分布的相关关系。研究结果表明:在整个观测期间,灌草地和林灌地的土壤含水量最高,灌木地、林地次之,然后依次为退耕还草地、农地、退耕还林地和荒草地;海拔、坡向、土壤孔隙度和土地利用类型是影响土壤水分季节动态分布的主要因子,且不同月份土壤水分含量的主要影响因子各不相同,7月份与坡向相关性最大,8、9月份土壤水分含量与土地利用类型相关性最大,10月份与海拔相关性最大;研究区内23个样点0~10 cm土层含水量的总体变异系数(CV)最大,10~20 cm土层含水量的总体CV最小,且样点1和9以及样点14~17的土壤剖面含水量的CV较大;土壤孔隙度对土壤水分垂直分布的影响最为显著,坡位、坡向与海拔的影响次之,而地貌类型、坡度和土地利用类型的影响较小。     

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。     

元谋干热河谷不同土地利用类型下土壤水分特征及其主控因子

为探明干热河谷不同土地利用类型下土壤水分及主控因子,运用SPSS多元回归分析和通径分析研究了云南省元谋县老城乡水土保持示范区银合欢林地、扭黄茅草地,坡耕地土壤水分特征及其主要影响因子。结果表明:林地、草地、坡耕地3种土地利用类型下,土壤各影响因子和土壤水分表现出较明显的表聚现象,并且各影响因子对土壤水分有不同程度的影响。叶面积指数通过自身强烈的直接作用和通过其他理化因子的间接作用影响林地土壤水分变化,是林地土壤水分主控因子;生物量通过自身强烈的直接作用和通过其他理化因子的间接作用使其在很大程度上决定着草地土壤水分,是草地土壤水分主控因子;坡耕地土壤水分主要受容重影响,因此容重是坡耕地土壤水分主控因子。     

毛乌素沙地南缘不同林龄人工柠条林土壤渗透性研究

为了探讨不同林龄人工柠条林对土壤渗透性能的影响,以天然草地为对照,以土壤初渗速率,稳渗速率,平均渗透速率和渗透总量表征土壤渗透性,运用主成分分析及散点聚类法对毛乌素沙地南缘不同林龄人工柠条(Caragana korshinkii)林地土壤渗透性进行了研究。结果表明:不同林龄人工柠条林地土壤渗透性能大小依次为:15a>24a>36a>天然草地(CK)。即随着人工柠条林林龄的增加,其土壤渗透性能力逐渐减弱,对照天然草地的土壤渗透能力最小。不同林龄人工柠条林地土壤入渗过程回归模拟结果表明:土壤水分入渗过程符合Kostiakov模型,相关系数在0.8003～0.9535之间,且F检验均达到极显著水平。Kostiakov模型是比较适用于干旱、半干旱区的人工柠条林地土壤入渗特征的模型。。     

耕作方式对黑土耕层孔隙分布和水分特征的影响

为探索耕作方式对黑土孔隙度分布和土壤水分特征的影响,以2010年吉林省德惠市中层黑土上进行了9年的田间定位试验小区土壤为研究对象,对免耕和秋翻两种耕作处理下耕层土壤孔隙度和土壤水分特征曲线进行分析。结果表明不同耕作处理对黑土孔隙度影响较大。与秋翻相比,免耕减小了土壤总孔隙度,增大了0～5cm和20～30cm10%～16%的>100μm大孔隙,减小了耕层5～20cm的100～30μm次大孔隙,两种处理不同深度的中孔隙和微孔隙数量相近。不同耕作方式对土壤水分特征的影响存在较大差异,免耕0～5cm和20～30cm的持水能力高于秋翻,而5～20cm表现出相反的变化趋势。实施免耕后,改变了土壤孔隙分布和持水性能,对土壤通气透水和作物根系发育具有重要作用。     

黄土高原农、林、草地水量平衡异同比较分析

水量平衡是说明生态系统功能和特征的重要指标之一。在黄土高原，降水通常是土壤水分的唯一来源，农、林、草地等不同土地利用类型在对土壤水分的利用时段、深度、利用率、水分的收支比以及土壤干燥化特征等方面存在着较大差异。水量平衡计算时，土壤深度农地通常需取到2m，多年生草地取到5m，林地则需到5m以下。     

黄土高原油松人工林地土壤水分物理性质研究

研究了黄土高原不同树龄的油松人工林地土壤物理特征及其变化规律。结果表明：土壤容重随树龄和土壤深度变化的差异极为显著;土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度与树龄之间均无确定的变化规律,随土壤深度变化的差异极为显著;土壤最大持水量、毛管持水量和最小持水量随树龄的变化差异显著,随深度的变化差异极显著,因而树龄和土壤深度均可表征油松林地的持水能力。与撂荒地相比,油松人工林通过凋落物和土壤根系的作用可以降低土壤客重,并不同程度地改善土壤孔隙状况,增强土壤的持水能力。土壤总孔隙度、非毛管孔隙度、土壤最大持水量、毛管持水量和最小持水量分别增加了9．3％～36．3％、40％～232．8％、1％～103％、21．6％～46．2％、22．4％～43．7％,土壤毛管孔隙无明显增减规律。表明在黄土高原营造油松人工林有利于改善土壤水分物理状况。     

2种荒漠植物根系生物量分布与土壤水分、养分的关系

通过野外挖根试验和室内样品分析测试的研究,测定了2种荒漠植物多枝柽柳和梭梭群落内土壤水分、养分的含量及其分层根系生物量,分析了2种荒漠植物根系生物量的垂直分布与土壤水分、养分之间的关系。结果表明:1 2种荒漠植物的根系生物量随土壤深度的增加逐渐减少,符合指数递减模型,多枝柽柳的根系生物量是同林龄梭梭的2.36倍。2 2种荒漠植物群落内土壤水分含量差异显著,养分差异不显著。3 2种荒漠植物的根系生物量与土壤水分之间的相关关系显著,其中多枝柽柳与土壤水分呈显著正相关关系,梭梭与土壤水分呈显著负相关关系。表明在干旱区,土壤水分状况对植物根系生长、发育的影响极大。4 2种荒漠植物根系生物量与土壤养分的相关关系不显著,表明在本地区极端干旱的恶劣环境中,土壤养分不是植物根系生长的限制性因子。     

不同利用类型土壤水分下渗特征试验研究

以延安市柳林镇高坡村不同利用类型的土地为研究对象,采用双环法进行水分入渗试验,分析讨论不同土地利用类型土壤水分平均入渗速率、稳渗率等下渗特征.结果表明：①不同土地利用类型水分入渗速率均可用霍顿方程来描述;②留茬农地入渗前200 min平均入渗速率可达1.52 mm/min,稳渗率为1.17 mm/min,其它土地利用类型其平均入渗速率与稳渗率均表现为留茬农地＞耕地＞荒草地＞田间道路;③土壤容重直接影响水分入渗,容重愈大,稳渗率愈低,两者呈指数函数关系.     

黄土丘陵区典型植物种群下土壤大孔隙特征及其影响因素研究

采用亮蓝(Brilliant blue,FCF)野外染色示踪实验和图像分析技术,研究了陇中黄土高原安家坡流域典型植物种群下土壤大孔隙分布特征及其与植物种群和土壤物理性质的关系。结果表明:6种植物种群下土壤中的大孔隙流不同,大孔隙流使水分在土壤中的运移深度提高了2～3倍;随着土层深度的加深,6种植物种群下土壤的染色面积均呈减小趋势;6种植物种群下土壤中各级别大孔隙以2、3级大孔隙最多,平均占染色面积的29.3%和29.4%,其次是1级和4级大孔隙,分别占17%和19.8%,5级特大孔隙最低,占4.5%。大孔隙分布特征与土壤有机质含量和容重有关。     

鹫峰地区林木根系和石砾对土壤水分运移速率的影响

石质山地森林生态系统林木根系和石砾形成复杂的综合体系,为量化根系和石砾对土壤水分运移的影响,文中以鹫峰国家森林公园为研究对象,利用室内原状土柱穿透试验分析根石结构对水分运移速率的影响。结果表明:土壤深度0~40cm范围内,随着根系体积和干重的增加,水分运移速率增加,相关系数分别为0.91和0.88;石砾含量增加时,水分运移速率呈现降低趋势,显著性不强,相关系数为0.73,即:根石结构对土壤水分运移影响较复杂,水分运移速率与根系体积和干重呈正相关关系,与石砾含量呈负相关关系。     

东祁连山河谷高寒草地植被群落特征及其与土壤性状的关系

为探究东祁连山河谷高寒草地植被群落特征与土壤性状的关系,根据研究区河谷地形地貌及河谷高寒草地分布特征,选取了分布在河谷山地阳坡上部和下部、河谷山地阴坡上部和下部及河谷水平阶地的5类不同植被类型的高寒草地为研究对象。研究草地植被群落和土壤性状特征及相关关系。结果表明:河谷中不同坡向、坡位高寒草地植被群落优势种不同,河谷阳坡高寒草地以嵩草属植物为主,阴坡以蓼属植物为主;阴坡植被总盖度高,阳坡低;河谷阴坡下部草层高度最高,而水平阶地最小;植被群落总科数、总属数和总种数均表现为坡下部高于上部,阴坡高于阳坡;地上生物量依次为:阴坡下部>阳坡上部>阴坡上部>阳坡下部>水平阶地;0~60 cm土层地下生物量依次为:阴坡下部>阳坡下部>阴坡上部>水平阶地>阳坡上部。不同高寒草地土壤性状之间有显著差异(P<0.05)。相关分析表明,土壤含水量、容重、孔隙度和全氮等指标与植被总盖度、地上生物量、总科数、草地平均高度有显著的相关关系。可见,研究区河谷高寒草地植被与土壤之间的影响主要表现为土壤含水量、容重、孔隙度和全氮与植被总盖度、地上生物量、总科数、草地平均高度间的相互作用。     

太行山前平原田间土壤水分运移机理研究

为剖析河北平原种植条件下土壤水分运动时空变化特征,根据典型区2010年全年气象、大田灌溉和负压计监测结果,分析土壤水分运动方式及其形成机理。结果表明:1)研究区土壤水分运动基本类型以蒸发-入渗型为主,但不同季节土壤水分运动方式差异显著,尤以夏季最为复杂;2)降水蒸发、灌溉以及植物根系吸水分别在不同阶段对土壤水分运动起主导作用;3)种植条件下,垂向上剖面动态呈现显著分带性,且灌溉前后土壤水分运动类型呈周期性变化。     

黄土高原南部小流域土壤水分时程变化的分层特征及其驱动机制

选取位于黄土高原南部的长武王东沟小流域为研究对象,通过对典型样地0～600 cm土壤剖面水分的长期连续测定,系统研究了王东沟小流域土壤水分年内、年际变化的分层特征以及驱动机制。结果表明,土壤水分剖面的时程变化有分层特征,与利用类型关系密切;王东沟小流域0～50 cm土层土壤水分季节变化剧烈,0～150 cm土壤含水量在雨季前（6月）降到最低;与雨季前相比,小麦地12月土壤水分恢复深度可达到460 cm ,而刺槐林地、苹果园和苜蓿地土壤水分恢复深度最大达到260 cm左右;就同一测点比较,2011年刺槐林地和苹果园300～600 cm土壤含水量较2003年减少,而2011年小麦地和荒草地300～600 cm土壤含水量较2003年有所增加。土地利用和地形地貌是驱动王东沟小流域土壤水分变化的主要因素,但是土地利用对深层土壤水分的影响更加显著。     

黄土丘陵区退耕草地土壤稳定入渗率生长季变化

运用双环法,探讨了黄土丘陵区退耕草地土壤稳定入渗率生长季的变化。结果表明:(1)赖草地土壤稳定入渗率在生长季内呈现出"W"型显著的季节变化趋势(P0.05),紫花苜蓿地土壤稳定入渗率则无显著的生长季变化(P0.05)。在草地生长季,赖草地土壤稳定入渗率值的变化范围为1.61~4.53 mm·min~(-1),平均值为2.89 mm·min~(-1)。赖草地土壤稳定入渗率最小值出现在抽穗期(1.61 mm·min~(-1)),最大值出现在种子成熟期(4.53 mm·min~(-1))。紫花苜蓿地土壤稳定入渗率值的变化范围为2.12~2.3 mm·min~(-1),平均值为2.23 mm·min~(-1)。紫花苜蓿地土壤稳定入渗率最小值出现在种子成熟初期,在旁枝形成期、开花期和种子成熟末期出现最大值2.3mm·min~(-1)。(2)赖草地与裸地的土壤稳定入渗率具有显著性差异(P0.05),紫花苜蓿地与裸地则无显著性差异(P0.05),赖草地的平均土壤稳定入渗率最大(2.89±1.03 mm·min~(-1)),其次是紫花苜蓿地(2.23±0.09 mm·min~(-1));(3)土壤容重、总孔隙度和毛管孔隙度等土壤属性生长季的变化是影响黄土丘陵区退耕草地土壤稳定入渗率生长季变化的主要因素;(4)利用土壤容重、总孔隙度和毛管孔隙度等参数可以很好地模拟黄土丘陵区退耕草地土壤稳定入渗率生长季的变化(R20.86,NSE0.86)。     

黄土高原土石山区土地利用空间分布研究

在陕西省陇县土地利用数据和1∶5万地形图的基础上,利用ArcGIS 9.3软件和Spss17.0软件探讨不同海拔、坡度与坡向上土地利用类型的分布特征及土地利用的空间分布与地形因子的相关关系。结果表明:除林地、草地外,其他土地利用类型分布主要集中在海拔小于1300m、坡度小于15°的区域中;耕地在平地占优势地位,其他坡向级别中林地占最大比例,其次是耕地和草地,其他土地利用类型分布较少。耕地、林地、居民点及工矿用地、未利用土地与海拔相关关系均达显著水平;除水利设施用地外其余各类土地利用类型与坡度均显著相关;除耕地、草地和居民点及工矿用地外,其他土地利用类型与坡向的相关关系均不显著。     

黄土高原丘陵沟壑区不同土地利用的土壤养分特征

以黄土高原丘陵沟壑区第3副区典型流域为研究区,采用实地调查、土壤采样分析和数理统计相结合的方法,基于33个样点的土壤养分数据,研究了林地、草地、果园、梯田、坡耕地5种土地利用的土壤养分特征。结果表明：土地利用方式对黄土高原丘陵沟壑区典型流域土壤有机质、全N和速效P含量的影响达到显著水平,对其他养分指标影响不明显。土壤有机质和全N含量从高到低依次为：林地＞坡耕地≈梯田＞果园＞草地,林地明显高于其他土地利用类型,而草地土壤养分最差。速效P含量从高到低依次为：果园、坡耕地、梯田、林地和草地,农业耕作植被下的速效P含量明显高于自然生态植被。研究表明：梯田作为传统的水土保持措施,在研究区具有良好的土壤保肥作用,而分布于陡坡的草地,养分保持效果在5种土地利用中最差。     

基于电阻率成像的沙地土壤水分监测技术

土壤水分是影响干旱半干旱区植物生长的主要因素,快速准确、长期连续地监测土壤水分时空动态可为干旱半干旱区植被建设与生态恢复提供科学依据。以乌兰布和沙漠东北部灌木林地土壤为研究对象,应用多电极电阻仪对林地土壤电阻率进行了测量,同步采取土样用烘干法测定了土壤实际含水率,建立了2者之间的相关关系,并对剖面上土壤水分空间特征进行了分析。结果表明:1)土壤含水率(y)与土壤电阻率(x)之间为极显著负相关关系(R2=0. 81,P <0. 01),可用幂函数y=88. 68x-0. 63表示。2)强降水之后,二维剖面上土壤水分整体呈增加趋势。随着雨后时间的延长,1m以上土层的含水率由于受蒸发和植物蒸腾耗水而明显降低,1m以下土层的含水率由于受上层水分入渗有增加趋势,说明连续强降雨(81. 2mm)能对1m以下土层的土壤水分进行有效补给。3)多电极电阻率成像技术在野外能够快速准确,长期定位监测土壤水分含量;且对地表扰动小,实现了非破坏性测量;能够提供尺度较大、分辨率较高的土壤水分二维分布图像及水分入渗过程的图像,是今后中等尺度上监测土壤水分的一种新途径。     

基于FlexPDE的膜孔灌土壤水分运动数值模拟

基于实测扩散率资料和土壤水分特征曲线，利用FlexPDE软件对膜孔灌溉的土壤水分运动进行模拟，探索恒定水头条件下膜孔灌溉土壤水分入渗特性和剖面水分分布特征。结果表明：FlexPDE软件模拟粉粘壤土（处理2、3）和砂壤土（处理1、4）的含水率与实测之间的平均相对误差分别为5.930%、8.340%、9.600%和14.040%,其中粉粘壤土模拟与实测土壤含水率相对误差小于5%、10%和20%的比例分别为40%、68%和84%，砂壤土相对误差小于5%、10%和20%的比例分别为12%、40%和72%，粉粘壤土的模拟效果较砂壤土理想；基于模拟获取的土壤储水量与土壤实测累积入渗量呈线性关系，相关系数均大于0.9，且二者与入渗时间呈幂函数关系，随入渗时间增加而增大，但增速逐渐变缓；利用FlexPDE预测分析膜孔间距、膜孔直径和入渗水深对粉粘壤土膜孔灌溉单向交汇时刻、水分分布和储水量的影响，发现膜孔间距对于交汇初期土壤的水分分布影响较大，膜孔直径对于土壤交汇时间以及储水量影响显著。