黄土高原土壤干燥化问题探源

以黄土沉积环境的旱化和黄土形成的三种风化类型为切入点 ,通过古今类比分析 ,探究了黄土高原土壤干燥化的黄土地质渊源。其次 ,讨论了土壤干燥化的土壤物理学成因。土壤水分物理特性 ,因受黄土粒度组成的制约而呈现出明显的方向性变化 ,即从西北向东南 ,土壤持水性能渐次增高 ,土壤蒸发性能渐趋降低 ,以田间持水量作为参照状态 ,则会发现黄土高原土壤经常处于水分亏缺状态。土壤干层的形成是干扰和破坏植物演替序列及其土壤水分生态基础造成的后果 ,从而引起土壤干燥化的趋强化发展 ,最后 ,从气侯变化入手 ,对黄土高原土壤干燥化趋势进行了预估     

黄土高原不同降水类型区林地、草地与农田土壤干燥化效应比较

黄土高原人工林草地和旱作农田土壤干燥化问题十分突出,严重威胁着人工植被建设成效和旱作农业可持续发展。通过对黄土高原半湿润区、半干旱区和半干旱偏旱区53类林地、草地和农田深层土壤湿度的观测,分析比较了各类型区各类林地、草地和农田土壤湿度、土壤水分过耗量、土壤干燥化指数、土壤干层厚度等土壤干燥化效应指标。结果表明:(1)林地、草地和农田土壤湿度平均值依次为6.46%～12.57%、6.49%～11.52%和9.32%～16.00%,均以半湿润区最高,半干旱区居中,半干旱偏旱区最低,林地、草地和农田土壤水分过耗量平均值分别为521mm、491mm和30mm,林地土壤水分过耗量以半干旱区最高,草地以半湿润区和半干旱偏旱区最高,农田以半干旱偏旱区最高;(2)林地、草地和农田土壤干燥化指数平均值依次为39%、42%和96%,分别属于严重干燥化、严重干燥化和轻度干燥化强度,林地土壤干燥化程度以半干旱区和半干旱偏旱区最严重,草地以半湿润区和半干旱偏旱区最严重,农田以半干旱偏旱区最严重,林地、草地和农田土壤干层厚度平均值依次为881cm、836cm和336cm,林地土壤干层厚度以半干旱区和半干旱偏旱区最厚,草地和农田以半干旱偏旱区最厚。     

黄土高原苹果园深层土壤干燥化特征

为了评价黄土高原苹果产区深层土壤干燥化特征及其区域分布规律,测定了其半湿润黄土台塬区(Ⅰ)、半湿润易旱黄土旱塬区(Ⅱ)、半湿润偏旱和半干旱黄土丘陵区(Ⅲ)等不同气候和地貌类型区32块苹果园地0～1500cm土层土壤湿度,定量比较和分析了各类型区苹果园地深层土壤含水率、土壤湿度剖面分布及其土壤干燥化特征。结果表明:1)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区苹果园地0～1500cm土层土壤含水率依次为17.53%、13.44%和10.29%,土壤有效贮水量依次为1273.70、973.98和864.05mm,土壤水分过耗量依次为199.93、465.10和362.70mm,年均土壤干燥化速率依次为8.47、26.29和23.44mm/a。人工补灌、树龄、种植密度和地貌类型等因素影响果园土壤湿度和土壤干燥化程度。2)各区有补充灌溉的果园土壤剖面湿度显著高于旱作果园,不存在或部分土层存在干燥化现象;旱作果园土壤剖面均存在深厚的干燥化土层。3)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ区有补充灌溉的苹果园地土壤干燥化指数(SDI)分别为-8%、-11%和-34%;旱作果园土壤干燥化指数(SDI)分别为32%、50%和46%,各类型干层厚度分别达到或超过790、1297和910cm。研究结果为黄土高原苹果园地深层土壤水分可持续利用和苹果生产基地可持续发展提供参考。     

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。     

普洱市不同退耕还林模式改良土壤效应研究

退耕还林是退化生态系统重建的重要途径。为了探讨不同退耕还林模式下土壤理化性质的演变规律,以云南普洱市退耕还林地为研究对象,对6种不同退耕还林模式样地的土壤理化性质进行了对比分析。结果表明：退耕还林后,土壤理化性质有很大改善,土壤团聚体含量、孔隙度、持水量、有机质含量、氮素含量、磷素含量和阳离子交换量均表现为退耕地〉坡耕地,钾含量表现为坡耕地〉退耕地;不同模式退耕林地土壤质量的恢复具有明显差异,按改良土壤的效果排序为：思茅松＋西南桦〉西南桦〉思茅松〉核桃〉桉树〉茶;以思茅松＋西南桦、西南桦、思茅松或核桃为主要树种的乔灌草模式是当地退耕还林的理想模式。     

宁夏不同种植年限下硒砂瓜土壤干燥化效应研究

通过对压砂地不同种植年限下土壤干燥化效应进行研究,为宁夏中部旱区压砂地可持续发展提供理论依据。在观测压砂3,8,12,16,25a的土壤含水量的基础上,分析比较不同种植年限下土壤含水量、水分过耗量、干燥化指数、干层厚度等土壤干燥化指标。结果表明:不同年限下0—600cm的土壤含水量、贮水量和有效贮水量的均值分别为11.24%,936.00mm和506.27mm;随种植年限的增加,0—600cm土层平均土壤含水量、贮水量呈递减趋势,水分过耗量逐渐增大;不同种植年限下土壤剖面含水量随土层深度的增加呈先减小后增大最后逐渐平稳的趋势;压砂地土壤干燥化系数为68.29%～162.36%,平均干层厚度为283.33cm,以中度和轻度干燥化强度为主;典型相关性分析发现,经纬度、种植年限、粉粒及砂粒含量等环境因子是影响土壤干燥化指数和土壤干层厚度的重要因素。     

晋西北黄土丘陵区不同林龄柠条林地土壤干燥化效应

开展晋西北黄土丘陵区土壤干燥化效应研究对该区域植被恢复重建具有重要的现实意义。以晋西北五寨县张家坪林场3种不同林龄的人工柠条林为研究对象,对照撂荒地,分别对其2013年生长季(4—10月)0—600cm深层土壤水分进行了测定分析。结果表明:研究区内的不同林龄柠条林及撂荒地均发生了不同程度的土壤水分亏缺及土壤干燥化现象。(1)不同林龄柠条林及撂荒地由于降雨的入渗补充,除部分土层剖面土壤储水量有少量亏缺外,其余均呈不同程度的盈余状态,土壤储水量总体变化情况为:20a柠条10a柠条35a柠条撂荒地;(2)不同林龄柠条林0—600cm土层的土壤干燥化强度达轻度至中度干燥化强度,平均土壤干层厚度达447cm,并且随着林龄的增长,土壤干燥化的强度逐渐加强,各强度土壤干燥层厚度、总干层厚度及干化深度均呈增加趋势。而对照撂荒地的土壤干燥化指数SDI值为78%,并以轻度和中度干燥层居多;(3)综合考虑各降水年型,不同林龄柠条林及撂荒地剖面土壤干层水分恢复所需年限随着林龄的增加而逐渐增加,土壤湿度恢复难度呈增加趋势。     

黄土高原不同植被坡地土壤微生物区系季节性变化

应用稀释平板法对夏季和秋季黄土高原不同植被坡地土壤0~20 cm土层的细菌、真菌和放线菌的分布特征进行了研究。结果表明:(1)该区域不同植被下土壤中微生物总体比较丰富,数量差异较大,排序为刺槐林地>荒坡地>柠条林地>苜蓿地>耕地;同一植被下各类菌群数量排序为细菌>放线菌>真菌。(2)夏季微生物在土壤中的总量明显比秋季多。(3)秋季土壤中的真菌数量比夏季有明显的增长趋势;夏季土壤中细菌数量比秋季土壤中细菌数量多。     

黄土高原半干旱区春小麦和春玉米产量动态与土壤干燥化效应模拟研究

为了寻求与黄土高原半干旱区降水状况相适应、有利于土壤水分可持续利用的大田作物及其合理的施肥水平,为当地粮食生产的可持续发展提供科学依据.在数据库组建的基础上,应用WinEPIC模型定量模拟研究了黄土高原半干旱区同原1960-2000年不同肥力水平下连作春玉米和春小麦产量变化和深层土壤水分效应.结果表明:(1)连作条件下春玉米和春小麦产量均随降水量呈现波动性降低趋势,产量波动性春玉米明显大于春小麦;(2)与连作春小麦相比,春玉米田0-7 m土层土壤有效含水量较低,土壤干燥化速度较快;(3)随肥力水平的提高和作物连作年限的延长,农田土壤干层逐年加深和加厚,无肥、低肥、中肥、高肥处理下春玉米田土壤干层分别在连作第9年、第6年、第8年和第6年后分布于2-3,2-3,2-4,2-4 m土层,春小麦田土壤干层分别在连作第11年、第8年、第6年和第8年后分布于2-3,2-3,2-3,2-4 m土层.此后仅0-2 m土层土壤湿度随降水量发生年际变化;(4)从产量稳定性、土壤干燥化程度和农田土壤水分可持续利用角度统筹考虑,固原旱地适宜于种植春小麦,适宜的施肥量范围为N 60～90 kg/hm2和P2O5 30～45 kg/hm2.     

黄土高原丘陵沟壑区退耕还林生态效应评价

基于1986,2003年两期遥感影像解译获得的吴起县土地利用变化数据,采用生态系统价值衡量土地利用类型相对生态价值,对吴起县退耕还林的生态效应进行了综合评价.(1)1986-2003年间,吴起县土地利用类型发生了显著变化.林地、草地面积显著增加,耕地面积大幅度减少,其中,63.55%的耕地转换成林地和草地.(2)吴起县的生态环境指数从0.507上升到0.747,生态环境指数明显增加.其中,林地对区域生态环境指数增长贡献明显,从0.058增长到0.368.说明吴起县退耕还林还草带来了较好的生态效应,整体的生态环境质量得到了极大改善.     

青海省湟水河流域不同退耕还林模式土壤效应

基于野外采样、定点观测和室内实验,研究了青海省湟水河流域不同退耕还林模式土壤效应。结果表明,青海省湟水河流域相同林龄（8a）的不同退耕还林模式（5种）的土壤有机质含量、总孔隙度和微生物总量大小顺序为：云杉桦树混交〉桦树〉云杉沙棘混交〉云杉〉沙棘〉农田;土壤容重和pH值大小顺序为：云杉桦树混交〈桦树〈云杉沙棘混交〈云杉〈沙棘〈农田;土壤持水性大小顺序为：云杉桦树混交〉沙棘〉桦树〉云杉〉农田;土壤可蚀性K因子大小顺序为：沙棘〈云杉桦树混交〈云杉沙棘混交〈桦树〈云杉〈农田;缓解日温变化效应顺序为：云杉桦树混交〉桦树〉云杉沙棘混交〉沙棘〉云杉〉农田,土壤微生物总量中细菌〉放线菌〉真菌,其中细菌占95%以上。     

黄土高原沟壑区小流域不同植被覆被对土壤性质的影响

为揭示不同植被覆盖对土壤性质的影响,运用野外调查和室内分析的方法对南小河沟流域不同植被覆盖土壤13种基本性质及土壤质量进行研究,结果发现:草地土壤物理结构在三种植被恢复土壤中为最佳。不同植被恢复土壤养分含量在剖面中均具有不等的表聚性,土壤有机质、全氮、矿质氮、速效钾和CEC在剖面中均表现为随土层加深而降低,pH随土层加深而增加,而全磷则无太大规律。在相同土层,不同植被恢复土壤表现不一。51 a的油松林地0-105 cm土层土壤质量均有明显提高,51 a的刺槐林地0-45 cm土层土壤质量有所改善,而45-105 cm土层土壤质量则有所退化。     

黄土高原人工植被小气候生态效应研究

采用定位短期观测的方法,对安塞县退耕后栽植的人工植被(混交林、灌木林和人工草地)的光照、风速、大气温度、大气相对湿度等表征区域小气候特征的项目进行了测定,同时以邻近裸露坡地为对照进行同步观测。结果表明,在夏季高温天气里,不同类型的人工植被均可显著的削弱光照,降低风速,降低局地范围内温度,提高空气相对湿度;草地、灌木林、混交林日均光照强度为对照的78.79%,23.48%,11.36%,日均气温比对照降低0.58℃,1.12℃,1.51℃,日均相对湿度增加1.67%,9.67%,12.1%,遮光降温保湿效应是混交林>灌木林>草地;对不同类型植被小气候要素进行回归分析,发现对照气象要素与不同类型人工植被气象要素间存在显著的相关关系,以气温和土温的相关性最好。     

黄土高原人工植被小气候生态效应研究

采用定位短期观测的方法,对安塞县退耕后栽植的人工植被（混交林、灌木林和人工草地）的光照、风速、大气温度、大气相对湿度等表征区域小气候特征的项目进行了测定,同时以邻近裸露坡地为对照进行同步观测。结果表明,在夏季高温天气里,不同类型的人工植被均可显著的削弱光照,降低风速,降低局地范围内温度,提高空气相对湿度;草地、灌木林、混交林日均光照强度为对照的78．79％,23．48％,11．36％,日均气温比对照降低o．58℃,1．12℃,1．51℃,日均相对湿度增加1．67％,9．67％,12．1％,遮光降温保湿效应是混交林〉灌木林〉草地;对不同类型植被小气候要素进行回归分析,发现对照气象要素与不同类型人工植被气象要素间存在显著的相关关系,以气温和土温的相关性最好。     

黄土高原土覆盖层与黏化层的土壤水文效应

黄土高原(土娄)土在<中国土壤系统分类(修订方案)>中属土垫旱耕人为土类的相应亚类,其土壤水分状况是诊断表层所属人为表层类堆垫表层(覆盖层)和诊断表下层(黏化层)的重要诊断特征.以土壤持水性能、蒸发性能和水分移动性能为切入点,对土覆盖层和黏化层的土壤水文效应进行研究论证,以期对土垫旱耕人为土类及其亚类的诊断层与诊断特征获取更深层的认识.     

黄河三角洲滩地不同植被类型改良土壤效应研究

为探讨黄河三角洲滩地不同植被类型对土壤的改良效应,选取东营市河口区内乔木林、灌木林、草地及对照农田4种典型植被类型为研究对象,对土壤理化性状及微生物数量进行对比研究.结果表明:①不同植被类型都有良好的改善土壤物理性能、化学特性和微生物活性的效应,且对上层土壤的改良效果好于下层.②表层土壤容重、pH值和含盐量低于20-50 cm土层,乔木林地下土壤通气、透水性及压碱抑盐效果好于灌木林地,而农田和草地则较差.③土壤有机质含量、速效N,P,K养分及微生物数量主要分布在0-20 cm土层,数量大小表现乔木林农田灌木林草地.细菌数量最多,占到微生物总数的97%以上,其次为放线菌,真菌数量最低.④微生物数量与土壤理化指标密切相关,且20-50 cm土层相关性比表层要显著,随着盐碱条件的改善及土壤速效养分的增多,盐碱滩地微生物数量有增多趋势.     

黄土高原不同植被带草本植物叶片与土壤碳氮分布特征

【目的】黄土高原植被受水热因子作用明显,植被分布自东南向西北总体呈现出森林向草原过渡的地带性规律。本研究选取黄土丘陵区从南向北形成的4种典型植被带(森林带、森林.草原带、草原带和草原.荒漠带)作为研究对象,探讨不同植被带草本植物叶片与土壤碳?、氮(N)的分布差异及影响因素,为预测黄土高原植物的生长发育前景、生态系统的植物营养元素和土壤养分状况提供理论依据。【方法】以陕北黄土丘陵区富县、甘泉县、安塞县、靖边县、横山县以及榆林市榆阳区为研究区域,基于野外取样调查和室内分析相结合的方法,分别测定研究区4种植被带草本植物叶片和不同土层碳氮含量,最后利用方差分析研究不同植被带草本植物叶片及土壤碳氮差异,并与全球、中国尺度等研究结果进行比较;同时采用相关分析,阐明4种不同植被带植物叶片和不同土层有机碳、全氮的相关关系。【结果】1)土壤有机碳和全氮含量在0—10、10—20、20—40cm各个土层中均表现出极显著的相关性(P<0.001),在0—40cm土层中,随着深度增加,土壤有机碳和全氮整体呈下降趋势,由高到低依次为森林带、森林.草原带、草原带、草原.荒漠带,但不同植被类型的垂直变化规律差异较大。2)草本植物叶片有机碳和全氮含量存在显著的相关关系(P<0.01),植物叶片碳含量平均值为442.9g/kg,略低于全球492种陆地植物叶片碳含量的平均值464.2g/kg;而氮含量平均值为25.8g/kg,略高于全球水平20.6g/kg,说明黄土高原4种不同植被带在碳氮积累上存在差异,且该地区草本植物的C∶N相对较低。3)植物叶片C、N、C∶N与土壤SOC、STN含量表现出较为显著的相关关系(P<0.05),总体来看与不同土层相关关系各不相同。【结论】不同植被带土壤C、N空间分布具有一致性,且C、N含量均存在一定的相关关系。黄土高原由南向北,呈现植物叶片C含量降低而N含量升高的趋势,因此C/N呈现减小趋势。植物叶片C、N、C/N与不同土层的土壤C、N均存在一定相关关系。     

兰陵溪小流域主要退耕还林植被土壤渗透特征

利用GIS在兰陵溪小流域内生成80 m网格进行规则布点采样,对退耕还林后的主要5种植被类型土壤的渗透指标进行测定和比较,分析其特征及影响因子。结果表明:(1)土壤渗透速率与土壤非毛管孔隙度成极显著的正相关关系,与土壤毛管孔隙度和总孔隙度成显著正相关关系。(2)不同退耕还林模式土壤的初渗速率和稳渗速率在0-5 cm层差异较大,而在5-10 cm层则没有显著性差异。(3)随着坡度的增加土壤的初渗速率先增加后降低,土壤稳渗速率则没有明显的变化规律。(4)土壤的初渗速率和稳渗速率都随着坡位的降低而减慢,其中0-5 cm层比5-10 cm层下降得更快,初渗速率比稳渗速率下降得更快。(5)Kostiakov模型对该文研究的土壤渗透速率的回归效果极显著,可以在类似条件的地区推广。研究结果可为三峡库区退耕还林的生态效益评价提供数据支持。     

黄土高原植被恢复对不同粒径土壤团聚体中酶活性的影响

[目的]研究不同植被恢复方式下土壤酶活性以及在不同团聚体中的分布特征,为黄土高原植被恢复和管理提供理论依据。[方法]通过野外调查与室内实验相结合的方法研究不同植被恢复方式对土壤团聚体酶活性的影响。[结果]天然草地、15年和25年柠条林地土壤酶活性较高,而坡耕地土壤酶活性较低。土壤酶活性在不同粒径土壤团聚体中,随着团聚体粒径的增大而增大,在1~2,2~3和3~5mm粒径土壤团聚体中逐渐达到最大,之后又随土壤团聚体粒径的增大而减小。土壤酶活性主要分布在粒径1~2,2~3和3~5mm团聚体中,而小团聚体(<0.25,0.25~1mm)和大团聚体(>5mm)中土壤酶活性较低。在0—20cm土层中,土壤酶活性表现出随恢复年限的增大而增加,在20—40cm土层则表现出随恢复年限的增大而维持稳定。[结论]随着人工林种植年限的增加,土壤酶活性逐渐加强,而坡耕地不利于土壤酶活性的提高。因此,未来该区的植被建设中应该加强对天然草地与柠条林地的保护,这有利于土壤酶活性的改善。     

黄土高原土壤旱化研究综述

由于半干旱区降水稀少、植被过度耗水、土壤水分蒸发强烈导致土壤长期严重缺水,形成干层。土壤干层一旦形成,极难恢复,并将严重制约该地区的生态发展与经济建设。对土壤干层形成的原因进行了分析,并综述了土壤干层的定义、量化评价方法以及土壤旱化缓解的研究进展,指出当前土壤干燥化定量评价研究中的不足。建议今后应将基于影响植物生长的土壤旱化定量评价指标的建立作为研究方向,并加强基于土壤水分安全承载下的植被构建强度研究,以避免人为加剧土壤旱化的趋势。