黄土高原3个不同降水量地点油松林地水分生产力与土壤干燥化效应模拟

应用WinEPIC模型模拟1957—2001年期间黄土高原半湿润区洛川、半干旱区延安和半干旱偏旱区榆林油松林地水分生产力演变规律和深层土壤干燥化效应。模拟结果表明:洛川、延安和榆林油松林地逐年生物量模拟值在9～17年生达到最大值(平均值分别为4.29,3.62和2.73t.hm-2),之后随降水量年际波动呈现出明显的波动性降低趋势;1～22年生期间油松林地平均年耗水量高于同期年降水量,导致林地0～10m土层土壤强烈干燥化,逐月土壤有效含水量波动性降低,洛川14～20年生、延安9～20年生和榆林6～19年生期间是油松林地土壤强烈干燥化阶段,年均土壤干燥化速度分别为176,111和69mm,此后油松林地土壤有效含水量在0～150mm范围内的较低水平上随降水量变化而波动;洛川、延安和榆林油松林地0～10m土层土壤湿度剖面分布变化剧烈,土壤湿度逐年降低,土壤干层逐年加厚,分别从15,10,6年生开始土壤干层厚度超过3m,在19年生时均已超过10m,20年生以后2～10m土层土壤湿度保持相对稳定的干燥化状态;洛川、延安和榆林油松林地水分生产力和土壤干燥化效应区域差异显著,林地土壤水分可持续利用年限约30年。     

模拟降雨下坡度对含砾石土壤径流和产沙过程的影响

对含砾石土壤径流和产沙过程的研究不仅有助于深入理解该类型土壤中的水土过程,也可以为基于过程的土壤侵蚀模型模拟提供重要的土壤参数.通过室内模拟降雨试验,分析了3个坡度下含砾石土壤中的径流和产沙过程,研究结果表明,不同砾石含量的土壤在不同坡度下的产流在0～20 min内有明显增加的趋势,之后径流趋于平稳.随着砾石含量的增加,坡度对径流的影响减弱.坡面产沙高峰期出现在0～20 min内,且高峰期产沙量占总产沙量比例相对较大;当坡度为15°时,砾石含量(质量含量百分比)为20%,30%,40%的土壤在30 min后产沙量又增加,与其他坡度相比,土壤总产沙量也明显增加.实验中坡度是决定土壤产沙量的主要因素.     

土壤剖面结构特征对坡面产流产沙过程的影响

层状土壤在自然界普遍存在,但土壤剖面结构对降雨入渗和侵蚀过程的影响研究却相对较少。通过模拟降雨试验,系统研究了7种典型剖面结构的土壤在不同雨强下降雨入渗和产流产沙特征,以揭示土壤剖面结构特征对剖面水文过程的影响。结果表明:随降雨强度增大,各层状土壤的产流时间均变短,而径流系数和土壤侵蚀强度均增大;在相同降雨强度下,上砂下黏的土壤入渗率较大,抗侵蚀能力较强,而上黏下砂的土壤,入渗率低,在降雨过程中的产流产沙量相对较大,土壤抗侵蚀能力弱。若上层为黏土,土壤产流产沙量总体为三层组合两层组合单层土壤,表明层状组合层次越多,其抗侵蚀能力可能越强;而上层为砂土的剖面结构,结果则与之相反,层数增加,产流产沙量会随之增加。研究结果可为层状土壤入渗过程和侵蚀过程模型模拟提供科学依据。     

对间隙淋洗长期通气培养条件下黄土高原土壤供氮能力的评价

采用间隙淋洗长期通气培养法,通过对黄土高原物理化学性质差异较大的10种农田土样起始矿质氮、起始提取态总氮、起始可溶性有机氮,以及培养期间淋洗矿质氮、淋洗总氮、可溶性有机氮含量及其与作物吸氮量关系的研究,分析并评价黄土高原主要农田土壤氮素矿化能力以及包括和不包括培养淋洗可溶性有机氮对土壤供氮能力的影响。结果表明,供试土样起始可溶性有机氮平均为N 23.9 mg/kg,是起始提取态总氮的28.8%,土壤全氮的2.4%。在通气培养淋洗总氮中,可溶性有机氮所占比例不高,经过217 d通气培养,淋洗出的可溶性有机氮平均为N 28.8mg/kg,占淋洗总氮量的19.8%。相关分析表明,淋洗可溶性有机氮量与第1季作物吸氮量相关不显著,但与连续2季作物总吸氮量显著相关。淋洗矿质氮、淋洗总氮与两季作物总吸氮量的相关系数明显高于与第一季作物吸氮量的相关系数;与第一季作物吸氮量达显著相关水平,与连续两季作物吸氮量达极显著相关水平。总体上看,可溶性有机氮和土壤全氮、土壤微生物氮不能作为反映短期可矿化氮的指标;间隙淋洗通气培养淋洗液中淋洗矿质氮、淋洗总氮是评价可矿化氮的较好指标,不仅适宜于第一季作物,而且也适用于对连续两季作物土壤供氮能力的评价。     

陕北水蚀风蚀交错区苜蓿地土壤水分过耗与恢复

采用野外定位观测法研究水蚀风蚀交错区苜蓿(Medicago sativa)草地土壤水分在天然降水作用下的恢复过程。结果显示:苜蓿地翻耕后,在降水作用下土壤水分有明显的恢复过程,第一年,150cm以上土壤水分得到一定恢复,第二年深度达到300cm,但上层土壤含水量并未增加;该地块植被大量消耗土壤储水导致土壤干燥化,高耗水植被消除后,土壤含水量逐渐增加。     

六道沟小流域地形序列土壤碳剖面分布特征及影响因素

为了更好地理解黄土高原植被恢复与生态重建过程对土壤碳循环过程的影响,研究选取位于黄土高原六道沟小流域的典型土壤地形序列(东北坡NE序列,西坡W序列),分析了不同坡向间及同一坡向内随植被类型变化土壤有机碳和无机碳的剖面分布特征及其影响因素。结果表明:六道沟小流域地形序列土壤有机碳含量在0—50cm土层内随土层深度增加而显著降低,50cm土层以下基本趋于稳定,且剖面上层(0—50cm)有机碳含量显著高于剖面下层(50—200cm,p0.05),但在同一深度土层(0—50,50—200,0—200cm)不同坡向林地和草地土壤有机碳平均含量均没有显著差异(p0.05)。与有机碳相比,无机碳含量相对较高并且主要在剖面下部(50cm以下)不同深度土层富集。NE序列林地和草地剖面无机碳平均含量接近(p0.05),而W序列林地剖面无机碳平均含量显著高于草地(p0.05);不同坡向草地剖面无机碳平均含量无显著差异(p0.05),但不同坡向林地剖面无机碳平均含量表现为W序列显著高于NE序列(p0.05)。0—50cm土层有机碳含量与pH、容重和土壤含水量均呈极显著负相关关系,而与土壤总孔隙度呈极显著正相关关系;50—150cm土层无机碳含量与pH和土壤总孔隙度均呈极显著负相关关系,而与容重、黏粒含量和土壤含水量均呈极显著正相关关系。NE序列和W序列2 m土体总碳密度相当,分别为15.2~47.4kg/m~2和18.3~51.3kg/m~2,其中无机碳密度占78%~94%,1—2m土层总碳密度占2m土体总碳密度的35%~74%。若只考虑土壤有机碳库或只考虑浅层1m土壤碳库,六道沟小流域2m土体总碳储量平均将被低估88%和51%。     

不同规格微型蒸渗仪测定土壤蒸发的试验研究

以陕北风沙土为研究对象,比较了微型蒸渗仪高度(10、15、20和25 cm)、内径(10和15 cm)和封底材料(薄铁皮和细纱布)对土壤蒸发测定结果的影响。结果表明,不同规格蒸渗仪测定的土壤蒸发量具有很好的相关性。当内径为10 cm时,土壤蒸发量的测定值随高度的增加而增加,高度为20 cm时的测定值显著大于10 cm时。当高度为10 cm时,将内径由10 cm增加至15 cm对土壤蒸发的测定没有显著影响。高度和内径一定时,将封底材料由薄铁皮换为细纱布时测定的土壤蒸发量显著增加。高度为20 cm时,土壤蒸发测定的精度最高,为98.5%,其次是高度为25 cm和15 cm时,精度分别为96.3%和93.5%。综合考虑精度和便捷性,推荐使用高度为20 cm、内径为10 cm且用薄铁皮封底的微型蒸渗仪。     

模拟降雨条件下成垄压实对硝态氮迁移的影响

利用人工模拟降雨研究了成垄压实施肥条件下不同的垄坡度及不同压实的障碍层对硝态氮迁移的影响。结果表明,对一次60mm的降雨,无障碍层存在时,平地施肥条件下NO3--N淋溶剧烈,土壤表层施肥部位的NO3--N仅余总施入量的0.1%左右。垄沟施肥因其将入渗水分与施肥区分开,从而可以降低NO3--N的淋溶。不同的垄坡度对NO3--N的淋溶略有影响,30垄坡条件下上层土壤NO-残留量略大于20、40。相对于不同坡度垄沟,在施肥带部位通过压实形成水分运动的障碍层对防止NO3--N淋溶的效果较为显著,当压实层的土壤容重为1.36g/cm3时,施肥部位残余NO3--N就可达727.40mg,占原施入量的17.2%;对容重1.42g/cm3的压实层,其施肥部位残余NO3--N已占到原施入量的23.6%。以上结果表明通过压实在施肥部位形成障碍层的成垄压实施肥法,减小通过施肥区的入渗水量,从而可减少施肥部位的NO3--N随入渗水分向深层土壤的迁移和累积,这对提高氮肥利用率,保护地下水资源具有重要意义。     

黄土高原典型土壤矿物固定态铵变化的南北差异

采集从北向南依次分布的干润砂质新成土(神木)、黄土正常新成土(延安)和土垫旱耕人为土(杨陵)等典型土壤剖面0200.cm土层土样,通过测定土样全氮和矿物固定态铵,以阐明黄土高原典型区域土壤全氮和矿物固定态铵及二者比率随地理位置和土层的变异规律,为全面了解黄土高原土壤相对稳定氮库累积提供科学数据。结果表明,不同地理位置、不同土层全氮和矿物固定态铵含量存在显著差异。从南到北全氮和矿物固定态铵呈下降趋势,但各土壤全氮和矿物固定态铵的分布显著不同,全氮含量在060.cm随土层深度增加下降很明显,60120.cm有一定下降,120.cm以下低而稳定。矿物固定态铵在全剖面上的分布比较均匀,随土层深度的变化差异不显著,不同土层间的差异基本在误差范围内,土垫旱耕人为土、黄土正常新成土和干润砂质新成土表层(010.cm)矿物固定态铵平均含量分别为215.807.45、165.808.73和146.501.83.mg/kg,表层以下(10200.cm)平均含量分别为193.409.67、157.145.75和142.025.47.mg/kg。从地理位置分析,干润砂质新成土、黄土正常新成土和土垫旱耕人为土表层(010.cm)矿物固定态铵占全氮的百分比分别为(39.570.78)%、(32.916.82)%和(29.747.01)%;在表层以下所占比例更高,干润砂质新成土10200.cm土壤矿物固定态铵含量占全氮比例为(89.5213.42)%,黄土正常新成土为(59.5213.86)%,土垫旱耕人为土为(47.269.01)%。供试土壤中矿物固定态铵与0.01.mm物理性粘粒含量存在极显著正相关关系,说明物理性粘粒是矿物固定态铵的主要载体;矿物固定态铵与全氮含量也有极显著正向相关性。以上结果揭示,在黄土高原黄土母质上形成的土壤,全剖面矿物固定态铵相对均匀,而有机氮相差较大,两种氮库的这种地理位置和剖面分布特征,是黄土母质形成的必然结果,也进一步支持了黄土高原黄土母质的风成学说;同时也反映了需要对有机氮占全氮比例及矿物固定态铵在全氮中地位的传统观念予以重新评价。     

渭北旱塬丰水年春玉米产量潜势及水肥效应研究

采用试验方法对谓北塬区春玉米进行旱作产量潜势和水肥效应定量研究，结果表明：该区丰水年份春玉米产量潜势为６０３．６Ｋｇ／亩，产量潜势系数为１．０，自然降水可完全满足春玉米生长需要。在此基础上所进行的人工田间供水（以提高土壤水分水平）会导致水分利用率的降侈低，但不会造成减产。相反，无论在何种水分条件下培肥地力，不仅可以大幅度提高春玉米产量，还能明显提高水分利用率。