刚察县不同植被类型的土壤水分特征研究

通过对土壤的物理性质和水分特征曲线的测定,分析了刚察县4种植被类型土壤的持水性能和供水性能。结果表明,不同植被类型土壤水分特征曲线与Van Genuchten模型非常符合,R2值都高达0.99以上,说明用Van Genuchten模型描述不同类型土壤水分数量和能量之间的关系是比较准确的。不同植被类型土壤的物理性黏粒含量为:油菜地>高草地>草灌地,土壤容重为:高草地>草灌地>油菜地,而总孔隙度为:油菜地>草灌地>高草地,表明油菜地土壤水分物理性质明显优于草灌地和高草地。土壤持水能力随着土壤吸力的增加而呈现先急剧递减后变化平缓的趋势,不同植被类型土壤持水能力为:高草地>草灌地>油菜地。通过改善土壤结构,增加土壤密度和降低土壤总孔隙度等改善土壤物理性质的措施能对其持水性能产生积极作用。土壤供水能力随着土壤吸力的增加而递减,低吸力段高草地和稠密草灌地的土壤供水性能均优于油菜地和稀疏草灌地,而高吸力段油菜地和稠密草灌地的土壤供水性能优于高草地和稀疏草灌地,表明高草地和稀疏草灌地植被极易受到干旱的威胁。     

青海环湖地区草原土壤含水量及富集规律

【目的】研究青海环湖地区草原土壤水分运移与富集规律、土壤水分剖面分布模型、水分循环与水分平衡,揭示该地区土壤水库蓄水特点、土壤干层及其恢复条件,为该地区土壤水资源及草原植被保护、土壤水库建设和草原生态环境的可持续发展提供科学依据。【方法】利用轻型人力钻连续4年采取600多个土壤样品,采用烘干称重法测定土壤含水量。采用双环入渗法原位测定土壤入渗率,采用激光粒度仪分析土壤粒度,采用负压计原位测定土壤吸力。【结果】青海环湖地区的土壤剖面水分分布较为稳定,不论旱季还是雨季,约65%的水分富集在0—0.4 m土层中,0.6 m以下土层水分严重不足。该地区土壤吸力为0.17—0.42 MPa,土壤田间持水量为20%左右。0—0.4 m土层含水量一般为23%,大于田间持水量(20%),故存在约3%的重力水;土层0.6 m以下含水量仅约为6.5%。该地区0.6 m以下土层一般发育有不同等级的土壤干层,且土层厚度越大干层发育越严重。该地区0.4 m以下土层水分含量与深度之间的关系可以用幂函数模拟描述,模拟函数的增量曲线表明,在2009—2011年降水累积增加约50 mm的条件下,土壤含水量的增加量由0.4 m深度的约5%逐渐降低到0.8 m深度的约3%,0.8 m以下土层水分增加量不足3%。该地区土壤入渗率为1.3—3.0 mm·min-1,入渗率较高有利于降水向土壤水转化。该地区的土壤质地优良,但0.6 m以下土层含水量已接近或低于粉砂土无效水的含量(5%)。【结论】青海环湖地区气温低、土壤冻结期长,造成该地区土壤水分具有在土壤上部滞留和富集的突出特点。该地区土壤平均厚度不足1.5 m,导致该地区土壤水库的调蓄功能较弱。而土壤水分的上部滞留和富集增强了该地区土壤水库对浅根系草原植被的调蓄功能,并且具有抑制草原荒漠化发生的重要作用。青海环湖地区在2009—2011年降水量增加到400—420 mm的条件下,土壤水分表现出微弱的正平衡,薄土层中的土壤干层消失,而较厚土层中的土壤干层仍然存在。该地区土壤干层恢复速度很缓慢,恢复的水分增加量低于5%。土壤干层的发育和分布深度很小不仅指示出该地区生态系统较为脆弱,而且还指示出该地区不适于发展需水较多的乔木植被。     

西安地区全新世气候变化与土壤侵蚀研究

为了揭示西安地区全新世环境变化和黄土地层的侵蚀期,利用野外调查和化学分析等方法,研究了西安地区全新世黄土与古土壤发育时的气候变化和不同气候阶段的土壤侵蚀。通过野外调查,在西安白鹿塬区发现了在黄土塬区很少见到全新世中期古土壤分为3个层次,整个全新世黄土剖面可分为5层,表明黄土塬区全新世气候变化与沙尘暴活动与河谷地区一样可分为5个阶段。土层氧化物、微量元素、CaCO3含量和磁化率测定结果显示,西安白鹿塬区全新世8 500~6 000年和5 000~3 100年古土壤发育时较10 000~8 500年、6 000~5 000年和3 100年以来的黄土发育时夏季风活动强,降水量多,气候湿润,沙尘暴活动弱。中全新世8 500~6 000年间发育的S02古土壤中Fe2O3和Al2O3有一定富集,该层土壤类型相当于黄棕壤,指示当时年平均降水量较现今多150 mm左右。虽然沙尘暴活动很弱的间冰期是黄土地层理论上的侵蚀期,但是实际上这一时期的土壤侵蚀很弱。全新世黄土的侵蚀主要发生在气候冷干时期,不是发生在温湿时期。全新世中期6 000~5 000年间的黄土侵蚀率一般大于堆积率,使得广大地区全新世中期的薄层黄土在绝大多数地区受到侵蚀而消失。全新世中期薄层黄土发育时气候变冷干引起的植被退化是当时土壤侵蚀加强和出现侵蚀期的原因。     

阿拉善流动沙漠区沙层CO2浓度与昼夜变化规律研究

利用红外CO2监测仪,对全球最高大的巴丹吉林诺尔图湖东大沙山、沙坡头流动沙丘和民勤流动沙丘进行了19个钻孔的CO2浓度昼夜观测。结果表明,阿拉善流动沙漠区空气中CO2浓度较1 m、2 m、3 m、4 m、5 m沙层中CO2浓度均低,表明在植物极稀少的流动沙漠区温暖季节会向空气中释放CO2,是大气CO2的来源区。沙层不仅白天向空气释放CO2,夜间也在释放CO2。在极端干旱的阿拉善流动沙漠区沙层2 m深处CO2浓度一般较1 m、3 m、4 m、5 m的大,但也有个别例外。流动沙漠区沙层CO2浓度的昼夜变化也具有明显的规律性,各个深度沙层CO2浓度从早8时至次日7时均呈现由低到高再到低的变化规律。沙层CO2浓度与昼夜温度变化呈显著正相关关系。在极端干旱的阿拉善流动沙漠区水分含量较高的沙层CO2浓度明显高,表明沙层含水量高低是决定沙层CO2浓度水平的主要因素。     

腾格里沙漠宁夏回族自治区中卫市沙层水分入渗研究

为查明腾格里沙丘沙层水分渗透性及其原因,在该地区进行了沙层水分入渗试验。结果表明,在稳定前,流动沙丘入渗率最大,半固定沙丘次之,洼地最小。在达到稳定入渗后,半固定沙丘的入渗率较流动沙丘略大,洼地则最小,它们的平均稳定入渗率分别为16.8,16.2,12.0 mm/min。不同地貌类型的沙层达到稳定入渗的时间在6.3～8.8 min之间。流动沙丘与半固定沙丘水分入渗量基本相同,入渗量均较大,洼地入渗量最小。沙层具有入渗率高,达到稳定入渗快和入渗率变化小的突出特点,沙层粒度较粗,组成均一和孔隙连通性好,是其主要原因。沙层入渗率高为沙漠地区大气降水向地下水的转化创造了非常有力的条件。研究结果表明,在常用的3个入渗计算公式中,Koctakob公式最适用于沙丘水分的入渗研究,Horton公式也较适用沙层水分的入渗研究,通用经验公式不适于沙层水分的入渗研究。     

玛纳斯河流域沙漠与绿洲过渡带土壤水盐变化特征与规律

土壤盐碱化防治是新疆地区农业乃至社会经济发展的重要任务。在新疆古尔班通古特沙漠南缘选取了两个耕地土壤剖面和一个丘间地原生土壤剖面进行调查,室内测量其土壤粒径、容重、含水率和含盐量,探讨了原生盐碱荒地及开垦农田水盐变化特征与规律,以便为该地区防治盐碱化提供必要的科学依据。调查分析结果表明：（1）土层物理性质的差异对土壤水盐分布特征有较为明显的影响,粘粒及粉粒较多的土层积盐现象更为明显;（2）土层的结构异质性对水分盐分有阻滞作用,导致土壤中存在盐分堆积层;（3）灌溉水导致土体淋溶强度增大,这虽能降低土体中的盐分却增加地下水矿化的风险。建议该地区土壤盐碱化防治应因土层异质性而设置相应的排水措施,灌排结合以达到土壤盐碱化防治乃至保护地下水的目的。     

毛乌素沙区地下水对植被盖度空间格局影响分析

通过在榆溪河流域沿地下水埋深增大方向设置植被调查样带,基于植被盖度、地下水埋深及土壤含水量等数据,利用多元经验模态分解(MEMD)获取植被盖度及其影响因子所表征的空间尺度,结构方程解析植被盖度空间分布的驱动因素,并结合聚类分析划分了植被群落自然恢复演替空间格局状态变化特征。结果表明：(1)MEMD将空间多元数据分解为3个本征模态函数,经希尔伯特转换得到各模态函数相应的空间尺度分别为14,27,38 km;(2)结构方程模型和MEMD分解后的最大表征尺度相关分析表明,地下水埋深与植被盖度在整个样带尺度上呈显著负相关(R²=-0.95,p<0.001);土壤含水量与植被盖度以地下水埋深5 m空间尺度为分界点,<5 m的区域呈显著正相关(路径系数为0.68,p<0.001),>5 m的区域呈显著负相关(路径系数为-0.43,P<0.01);(3)在此基础上,结合系统聚类分类结果将植被盖度划分为核心区(地下水埋深0～3 m)、过渡区(地下水埋深3～4 m)、稳定区(地下水埋深4～5 m)、外围区(地下水埋深5～10 m)及边缘区(地下水埋深1...     

山西榆次不同植被土壤水分有效性与干燥化效应

为了对山西省山区土壤干旱程度和水资源利用情况进行研究,通过称重法研究了山西榆次区不同植被(樱桃林地、耕地、枣树林地和杨树林地)及撂荒地土壤剖面水分变化特征、水分有效性及干燥化效应。结果表明:土壤平均含水量从小到大依次为杨树林地(8.10%)、枣树林地(9.94%)、撂荒地(10.70%)、樱桃林地(14.47%)和耕地(14.53%)。各植被下土层均有不同程度的干层发育,其中耕地和樱桃林地土壤为轻度干层,撂荒地主要为中度干层,而枣树林地与杨树林地则发育了中重度干层。杨树林地各土层均为无效水,枣树林地以无效水为主,撂荒地以无效水与难效水为主,耕地和樱桃林地受灌溉补给,以难效水与中效水为主。各植被中除杨树林地外,土壤水分含量均随土层深度增加先减后增。其中樱桃林地和枣树林地土壤水分都在0—3 m内呈递减趋势,3—5 m土壤水分迅速升高。耕地和撂荒地土壤含水量先减后增,均在2—2.5 m深度土层为含水量低值拐点。杨树林地土壤水分在0—3.5 m保持平稳,3.5—5 m水分呈下降趋势。     

西安地区第5层古土壤中的铁质薄膜类型与水文特征

揭示西安地区第5层古土壤中还原层的类型和水分平衡,对认识西安地区S5古土壤发育时的气候和植被以及地下水补给来源具有重要科学意义。通过对西安地区第5层古土壤(S5)的调查和多个剖面的观察,在西安东郊任家坡剖面、南郊双竹村剖面和蓝田田家坡剖面首次发现该层古土壤黏化层中含有1~5mm大小的低价氧化铁的灰绿色斑点。低价铁的灰绿色斑点是在地势较高和地下水位较深的还原作用下形成的,属于高位还原层,不同于以往认识的潴育化类型。灰绿色斑点指示S5古土壤发育时土壤中上部出现了雨季积水并处于还原环境,当时雨季还原层含水量达到了饱和状态,土壤中上部含水量为42%左右,土壤水分非常充足。该层古土壤的红色铁质胶膜迁移到了上部古土壤黏化层顶界之下6.3 m深的黄土中,表明当时高含量重力水分布达到了6.3 m左右深度,至少出现过较长时期适于茂盛森林植被发育的气候。在西安地区S5古土壤发育时,土壤水分的收入量大于支出量,土壤水分为显著正平衡。当时大气降水在经过蒸发、蒸腾与地表径流损失之后,还有较多剩余的水分通过入渗补给深部土层水。S5古土壤发育时降水较丰富是导致该层古土壤出现高位还原层的主要因素。