干旱区植物耗水量的研究与进展

本文论述了国内外在干旱区植物耗水方面的研究概况 ,介绍了干旱区植物耗水测量的手段与 5种不同方法 ,对影响干旱区植物耗水的因素和不同植物对干旱环境的适应及响应进行了评价 ,对干旱区不同植物的蒸腾速率变化以及植物对强蒸腾作用的响应进行了分析 ,并提出植物耗水量今后应重点进行植物生理生态数据库建设和生态耗水模型研究 ,在微观尺度 ,利用分子生物技术研究干旱区植物抵御高蒸腾降低生物耗水量的机制 ;在宏观尺度 ,从研究单株植物的生物耗水向群落、生态系统及全球尺度方向转变 ;在全球变暖的形势下 ,研究干旱区降水变化趋势和植物在生物耗水方面的响应。     

晋西黄土区核桃-谷子间作系统水肥影响域

为了定量判定晋西黄土区果农间作系统水肥主要竞争区域,以核桃-谷子间作系统为研究对象,对土壤水分和土壤养分进行定位监测,采用移动窗口法定量判定间作系统中土壤水分和土壤养分的影响域。结果显示:当窗口宽度为2时,移动窗口法能有效地判定出土壤水分和土壤养分的影响域。40~100 cm土层,距树行不同距离处的土壤水分和土壤养分含量相异性较小,难以判定影响域;综合0~40 cm、0~100 cm土层的土壤水分状况,土壤水分的影响域范围是距树南侧1.75 m到距树北侧1.25 m,影响宽度为3 m,即主要竞争区域为距树南侧1.75m到距树北侧1.25 m;不同的土壤养分指标影响域的范围不同,综合考虑土壤养分的四个不同指标(有机质、全氮、速效磷和速效钾)及其在0~40 cm、0~100 cm两个土层的分布情况,土壤养分的影响域是距树南侧2.25 m到距树北侧2.25 m,影响宽度为4.5 m,即主要竞争区域为距树南侧2.25 m到距树北侧2.25 m。建议在土壤水分和土壤养分的主要竞争区域,采取改变垄沟、起垄覆膜、选择性施肥等措施,缓解核桃、谷子之间的竞争,提高资源利用效率,增加当地农民经济收入。     

晋西黄土区苹果花生间作系统小气候效应

苹果花生间作是晋西黄土区主要的农林复合配置模式,但常常因为间作系统结构设计不合理而导致间作系统内作物生长和产量受到影响。为了定量解析果农间作系统对小气候,进而对其间作作物生长发育和产量的影响,本文深入研究果农间作系统的小气候状况,为优化当地果农间作系统结构提供理论支持。以晋西黄土区吉县7年生苹果(Maluspumila)+花生(Arachis hypogaea)间作系统及花生单作系统(对照)为研究对象,首先在果树与作物间布设根障,以消除果树地下部分对作物的影响。在此基础上,对距树行不同距离处作物行的小气候因子(光合有效辐射(PAR)、大气温度、空气相对湿度和风速)及作物生长进行监测,经数学模拟分析得出:(1)苹果+花生间作系统的光合有效辐射相对指数为49.39%~88.07%,大气温度相对指数为92.74%~97.32%,空气相对湿度相对指数为112.36%~123.72%,风速相对指数为70.58%~74.22%,且距树行越近小气候效应越显著;(2)果农间作系统对小气候的影响进而造成对间作系统中花生生长发育及产量的负面影响,间作系统内花生的净光合速率和产量均低于对照的单作花生,且表现为距树行越近下降越多;(3)各小气候因子对花生生长的影响程度不同,光合有效辐射、大气温度和空气相对湿度对花生净光合速率和产量的贡献率分别为62.48%、20.71%、16.45%和53.48%、16.45%、30.07%。     

晋西黄土区林地坡面土壤水分异质性研究

经过多年观测,研究了晋西黄土区林地坡面土壤水分异质性的变化规律,通过不同数学方法分析土壤水分与环境因子的关联,探讨坡面尺度上的土壤水分空间异质性的影响因子。结果表明,晋西黄土区林地坡面土壤含水量呈现出明显的剖面与时间变化规律;土壤平均含水量在100cm以内,从表层开始随着土层深度的增加而减少,变异系数也相应减小;土壤含水量与前期降雨呈现出显著的线性关系;变异系数在降雨后迅速减小,并随着干旱天数的增加而增加。通过灰色关联与多元回归分析得出在坡面尺度上土壤水分是地形因子、植被因子等多重因子共同作用的结果,对于不同土层土壤水分来说,影响因素所起的作用也不相同。在坡面尺度上气象因子对土壤水分的空间异质性影响不大。     

晋西黄土区林草复合系统刺槐根系分布特征

为了研究晋西黄土区林草复合系统树木根系分布特征,采用钻土芯法对刺槐×天然草复合系统0-100 cm土层中刺槐根系生物量、根长和根表面积进行了测定和分析。研究结果表明:同一坡向上刺槐根系生物量、根长和根表面积分布具有相似的特征,在垂直方向上,根系生物量、根长和根表面积均随土层深度的增加呈指数减少,且集中在0～60 cm的土层中;在水平方向上,离树行越近,刺槐根系生物量、根长和根表面积均越大。不同坡向刺槐根系差异显著,相同径级、相同位置阳坡刺槐根系生物量、根长和根表面积均小于阴坡,但根系消弱系数表明阳坡刺槐细根深层土壤生物量分布比例较阴坡多。     

晋西北黄土丘陵区不同植被类型土壤水分分析

选择晋西北半干旱黄土丘陵区典型植被人工油松林、天然灌丛、荒坡草地和农地 ,对其土壤剖面 0 - 9.9m的土壤水分进行了测定与分析。结果显示 ,农地 0 - 9.9m土壤剖面上的土壤水分皆在易效水范围之上。人工油松林、天然灌丛和荒坡草地的土壤湿度低于农地 ,三者对土壤水分的利用深度都超过了 9.9m,并且大部分土层的水分含量在中效水范围内 ,部分在难效 -无效水范围。由此可见 ,天然植被对土壤水的利用与农地相比有显著差异。     

晋西黄土区不同土地利用类型降雨-径流关系的研究

本文以北京林业大学山西吉县科研试验场蔡家川流域为研究对象,采用对比分析法,对降雨—径流关系进行了研究。分析得出在蔡家川流域雨强是影响地表径流的主要因素;由于整地等人工措施的影响,人工林水土保持效果好;对于农地、半牧半农等人为活动频繁的小流域,弱雨强时径流系数极小,大雨强时径流系数相对较大,尤其是半农半牧流域,水土流失严重;当雨量>20mm时,无林流域初损历时小于森林流域,小尺度流域的初损历时小于大尺度流域。     

晋西黄土丘陵区与土石山区交错地带植物区系特征分析

本文以晋西黄土丘陵区与土石山区的典型交错地带中阳县为研究对象,分别对黄土丘陵区和土石山区的植物区系科、属、种的组成、属的分布类型等进行了系统研究;同时,对这两个区域的植物区系组成的差异性进行了对比分析。中阳县土石山地区,共计有种子植物64科,204属,354种。植物区系属的分布类型中,北温带分布类型最多,有87属,占总属数43%。黄土丘陵边缘区仅有种子植物134种,分属93属,42科;分别占中阳县土石山区的37.85%,45.59%,65.63%。从维持植物物种多样性的角度来讲,晋西土石山次生林区应该是重点保护的区域。同时,发现黄土丘陵区泛热带成分分布的多种灌木均自然分布在极端干旱的阳坡地段,这种区系的分布类型与生态适应性之间的关系值得进一步研究。黄土丘陵区与土石山区交错地带天然次生植物区系特征的分析,对于深入研究该区域天然植被分布的空间异质性及其成因具有重要的理论意义。     

晋西黄土区常规果农间作模式下 果树遮阴时空分布特征

为探讨晋西黄土区常规苹果树与农作物间作模式条件下不同树龄果树遮阴范围的时空分布特征,提出合理的间作作物种植区域,以山西吉县果农间作条件下4~7 a生苹果树为试验材料,遵循平行光线下的相似性原理,将果树按其树体缩小50倍,制作不同林龄的苹果树3D模型,利用树体模型在研究区进行果树遮阴范围的动态测定。结果表明：（1）在时间上,单株苹果树遮阴面积在一天内随时间先减小后增大,中午12∶00果树遮阴面积最小;在空间上,苹果树遮阴范围整体呈现不等宽弧型分布,且果树北侧遮阴大于南侧遮阴距离0.5~0.6 m。（2）在一天中,4~7 a生苹果树行间均受到同行苹果树(目标果树与邻株果树)的叠加遮阴,遮阴时长为4~9 h。（3）4 m×5 m株行距配置下间作作物的适宜种植区域为1.41~1.91 m,5 m×5 m 株行距配置下间作作物的种植区域为1.63~2.14 m,且种植区域均随树龄的增加而减小。（4）间作作物行间适宜种植区域应采用南北向不等间距种植,并且适宜种植区北向距离大于南向距离0.6~0.7 m。综合研究区常规果农间作配置果树遮阴范围时空分布特征分析,传统果农间作系统下不同树龄时期,间作作物的南北方向等间距种植模式存在不合理性。本研究依据晋西黄土区常规果农间作配置模式果树遮阴范围时空分布特征,提出果农复合系统间作作物的不同株行距配置下不同树龄的间作作物合理种植区,间作作物种植需考虑南北不等间距,且随着树龄增长间作范围应不断缩小。     

晋西黄土地区小老树的防治与改造

通过对黄土地区广泛分布小老树的系统研究，分析了黄土地区小老树的特征，提出了晋西黄土区小老树的基本标准；分析了造成小老树土壤水分资源不足、土壤肥力不足、造林密度过大和种苗质量差等四方面的主要原因；提出了黄土地区小老树防治改造对策，即控制适宜的林分密度、采用适用的造林方式、加强地面覆盖和使用物理化学方法，实验表明在晋西黄土地区使用隔坡反坡梯田方式整地是防治和改造小老树的有效措施。     

黄土高原降水资源特征与林木适宜度研究

黄土高原位于干旱半干旱地区,水资源匮乏,如何根据当地的降水条件来确定适宜的植被类型是生态建设中的一个关键问题.通过对黄土高原68个气象台站1961-2000年逐月降水量的统计,结果表明:黄土高原的降水特征总体表现为年平均降水量区域差异大,由东南部的大于600 mm逐渐递减到西北部的不足200 mm;植物生长期间的降水占全年80%以上,且季节分配不均,表现为春旱、夏多、秋少.依据黄土高原的降水资源特征,从林地水量平衡理论出发,以生长季期间林地的水分收支状况来确定林木的适生程度,并以县为单位对黄土高原的林木适宜性进行分区.结果表明,黄土高原适宜于乔木林和灌木林的区域各占1/4左右.     

黄土高原土壤水分与植被生产力的关系

土壤水分生态条件的恶化愈来愈成为黄土高原植被建设和生态环境建设的限制因素，我们在对黄土高原土壤水分生态因素分析的基础上，探讨了黄土高原土壤水分的季节性变化、土壤剖面水分变化、区域水分变异规律，分析了土壤水分与植被生产力间的相互关系，并提出了改善黄土高原土壤水分生态环境、提高植被生产力的调控技术。     

黄土高原土壤水分环境评价初步研究

结合植被调查,建立土壤水分研究移动实验室,分析了黄土高原土壤水分环境研究中一些指标的通用性不足问题,以最大吸湿量作为土壤有效水下限,创造性地提出"土壤有效湿度"概念并进行了模型检验,依据该指标建立土壤水分环境评价分级标准并对榆林附近土壤水分环境进行了评价。结果表明:榆林附近土壤水分环境存在类似于延安附近的空间突变现象。实际应用表明,土壤有效湿度指标及其分级标准可以作为黄土高原土壤水分环境评价的初步方案并有望在其它地区推广;结论认为,黄土高原土壤水分环境的空间突变现象具有重要自然地理意义,有深入研究必要。     

黄土丘陵区雨养梨枣树生长对初始土壤含水率的响应

以6年生矮化密植梨枣树(Ziziphus jujuba Mill.)为试材,在雨养条件下,设置4种不同初始土壤体积含水率水平(1区,15.17%;2区,14.33%;3区,11.34%;4区,8.61%),测定并分析土壤水分变化、枣树生长、枣树耗水及其产量。结果表明:在雨养条件下,随着时间的推进,4个小区的土壤体积含水率不断接近,由最初的有显著差异变为没有显著差异;梨枣林地在低土壤水分情况下,可以通过自然降雨修复干层;4个小区的生物量和产量都是随着初始土壤含水率的减小在减小,且小区之间产量差异显著;4种初始土壤水分条件下,4个小区获得的产量分别为21 744.9、18 648.0、12 354.3 kg·hm~(-2)和6 660.0 kg·hm~(-2),说明即使在初始土壤水分亏缺情况下,在平水年也可以得到一定的产量;高度为0.9~1.2 m,冠幅为0.5~0.9 m的梨枣树,产量却达到最高21 744.9 kg·hm~(-2),说明梨枣获得高产不需要高大的树体,所以矮化密植具有很大潜力。     

晋西黄土区坡面林地土壤持水性能研究

运用先进的测定方法对不同林分的土壤持水性能进行研究,通过对土壤水分特征曲线的拟合,掌握不同林分土壤比水容量,并对不同林地的土壤水分进行分类,计算出不同林地土壤水分有效性的临界点,从而求出不同林地的有效水范围。在研究区内主要造林树种比较中,刺槐及其混交林分的土壤水分利用范围最大,抗旱能力最强。     

CLDAS和GLDAS土壤湿度资料在黄土高原的适用性评估

本研究基于2011～2013年3～9月CMA陆面数据同化系统(CLDAS)和全球陆面数据同化系统(GLDAS) Noah陆面模式提供的表层10 cm土壤湿度数据,以国家气象信息中心提供的站点土壤湿度观测资料为参考,通过对比分析两套模拟数据在黄土高原区域的时空差异,并分别计算其与观测资料的相关系数(Corr)、平均偏差(MBE)和均方根误差(RMSE)等统计特征值,就两套模拟数据在黄土高原地区的适用性进行综合对比和评估,旨在选出一种适用于研究黄土高原地区土壤湿度时空特征的大范围、长时间序列的替代资料。结果显示:(1)两套陆面模式资料均能较好模拟黄土高原地区土壤湿度的空间变化特征,主要呈现出从西北向东南和西南增加的趋势,其中CLDAS具有较高的空间分辨率,能够较好刻画研究区细部特征;(2)从站点角度的统计特征值来看,两套资料的Corr值普遍偏高,CLDAS有71%和63%的站点分别达到极显著和显著差异水平,而GLDAS的略低,分别为70%和62%;研究区内各套资料的MBE和RMSE分布均类似;正负偏差站点个数相差不大,分布区间主要为-0.05～0.05,其中CLDAS有26和32个站点分别处于-0.05～0和0～0.05之间,而GLDAS则为28和24; GLDAS的RMSE主要集中在0.05～0.07之间,而CLDAS绝大部分低于0.05;(3)从时间序列来看,GLDAS资料与实测最为接近,但在春季存在一定程度的偏干情况,偏干程度小于CLDAS;(4)从整个研究区土壤湿度的模拟状况来看,GLDAS的Corr、MBE和RMSE值分别为0.821、0.0126和0.0221,较CLDAS资料具有更小的平均偏差、均方根误差和更大的相关系数。总体来说,两套陆面模式资料在黄土高原区域土壤湿度模拟上均存在各自的优势,均可作为土壤湿度观测的替代资料,对于土壤湿度研究和业务应用都具有积极的意义。     

黄土高原典型塬区土壤湿度特征分析

利用2005和2006年黄土高原陆气相互作用观测资料分析了不同下垫面的土壤湿度状况,并从土壤物理学的角度分析了造成各种下垫面湿度分布和变化不同的原因,得到如下结论:在近地层,各站的土壤湿度具有微弱的日变化特征;5cm层土壤含水量对降水比较敏感,随着降水的发生,土壤含水量迅速上升。随着深度的增大,土壤含水量上升的幅度逐渐减小,且滞后时间逐渐延长,但到了40cm深度处,土壤含水量就基本不受降水的影响了。从全年来说,该地区一年中可以区分出两个主要的水分时期,即蓄水期和失水期。蓄水期处于雨季,从6月到9月,10月开始到次年5月为失水期。冬春季节是土壤含水量最少的季节,从1月下旬一直持续到3月上旬,9月是土壤含水量最大的季节。土壤含水量变化规律可以分为两层,在25cm深度以上,冬春季节从上层到下层依次减小,夏秋季节从上到下依次增大;25cm到40cm土层全年都是从上层到下层依次增大;20cm土层附近相对于其余各层土壤含水量在全年都是最低的。     

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。     

黄土区坡沟系统容重、饱和导水率和土壤含水量变化分析

切沟是黄土高原侵蚀沟的重要类型之一,对流域水文、植被、地貌和生态等地表过程具有深刻影响。为明确土壤物理参数对切沟地形、坡位和深度的响应,在陕北黄土高原选择典型切沟,根据其走向设置沟道、沟缘及坡面3条样线,对40个样点按照10 cm深度间隔采集0~30 cm各土层原状土样,利用定水头法和烘干法对土壤容重、饱和导水率和土壤含水量进行测定并分析。结果表明:(1)地形对容重、饱和导水率和土壤含水量具有显著或极显著影响,3个参数随坡位自下而上均呈波浪式变化趋势;沟缘和坡面位置容重随坡位上升总体呈微弱减小趋势,沟缘表层坡下土壤含水量较其他坡位明显偏低;(2)沟缘和坡面位置不同土层深度饱和导水率及容重的大小变化规律与沟道恰好相反;(3)对于各土层深度而言,沟缘和坡面土壤含水量均与沟道内差异显著,且沟缘土壤含水量总是低于坡面。以上结果表明,切沟分布改变了土壤容重、饱和导水率和土壤含水量在坡面的空间格局,在黄土区坡沟系统内不同地形条件对相关土壤物理参数的影响不应忽视。