基于有序聚类法的土壤水分剖面划分

【目的】研究有序聚类法在土壤水分剖面划分中的应用。【方法】在黄土高原丘陵区陕西省安塞县,以乔木林地、灌木林地、果园用地和天然草地等4种土地利用类型为研究对象,测定4种用地类型0~500 cm土层(每20 cm为1层,共25层)的土壤水分含量,然后采用有序聚类法对4种土地利用类型土壤水分剖面进行分层。【结果】从专业角度无法确定最优分类数K时,可以利用碎石图来确定,对全部样本进行分类并作碎石图可知,当K=4时,有序分割达到最优;对土地利用类型而言,土壤水分剖面总体可划分为水分弱利用层、根系集中层、强烈耗水层、水分调节层等4层,中间2层又可简单地归结为土壤水分利用层。【结论】基于有序聚类法划分的土壤水分剖面分层结果符合黄土高原丘陵沟壑区的土壤水分垂直分布实际,表明了该分层方法的合理性。     

晋西黄土区典型人工林土壤水分的垂直分布特征

【目的】探究晋西黄土区人工林恢复过程中0～500 cm土层土壤含水量垂直特征,为改善人工林土壤水环境,实现林水平衡提供理论依据。【方法】以晋西黄土区蔡家川流域5种典型人工林(刺槐Robinia pseudoacacia、侧柏Platycladus orientalis、油松Pinus tabuliformis、刺槐-侧柏、刺槐-油松)为研究对象,通过土钻烘干法测定0～500 cm土层土壤含水量,分析人工林土壤含水量的垂直特征。【结果】研究区典型人工林平均土壤含水量由大到小依次为侧柏、刺槐-侧柏、油松、刺槐-油松、刺槐,5种人工林土壤含水量差异显著(P<0.05),降水量及土壤质地是影响人工林土壤含水量的主要因素;在垂直方向上,人工林土壤含水量变异程度均为中等变异,变异系数随土层深度的增加呈减小趋势,约在360 cm土层形成稳定变化,人工植被主要影响0～360 cm土层内的土壤水,5种人工林中刺槐林地土壤水分变异程度最大,侧柏林地土壤水分最为稳定;采用有序聚类法将人工林土壤水分垂直层次划分为交换层、利用层、调节层和稳定层,不同林分间层次划分深度存在一定差异。【结论】研究区人工林可导...     

坡面水土保持林地地表径流挟沙能力研究

以晋西黄土残塬沟壑区刺槐林地、油松林地、草地、农地为研究对象 ,利用野外放水试验的方法 ,研究了水土保持林对坡面径流的影响和坡面径流的挟沙能力 .结果表明 ,各地类径流的挟沙能力顺序为 :油松林地 <草地 <刺槐林地 <农地 .在分析各地类流速和泥沙含量的基础上 ,提出了各地类在一定流速范围内地表径流的挟沙能力 .同时利用统计分析提出了利用坡面流速计算侵蚀量的回归模型 .     

有序聚类方法在沉积物粒度分带中的应用

针对现阶段湖泊沉积物粒度特征研究中垂直剖面分层方法所存在的数学方法的不足，借鉴孢粉分带比较成熟的案例，应用有序聚类法中次序不变的特点，以柴达木盆地尕海湖DG02钻孔338个经激光粒度仪测试的样品为研究对象，在有序聚类的数学理论基础上，借助Tilia软件将湖泊沉积物垂直剖面进行分层。研究结果表明，柴达木盆地尕海湖地区环境演化大致经过4个阶段：冰消期晚期（3109—3454cm）、早全新世（2623～3109cm）、中全新世（1114～2623cm）和晚全新世（50～1114cm）。通过与孢粉结果及前人研究结果进行对比，有序聚类法分类结果与现有分析结果较为吻合，一些重要的干旱和湿润事件也与其他区域的冰芯、孢粉、历史文献等记录相一致，表明利用该方法进行粒度分带是科学合理的．具有较高的实用价值。     

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     

晋西黄土区刺槐林地土壤水分对降雨的响应

通过野外坡面降雨试验,对晋西黄土区刺槐林地内土壤水分进行连续定位观测,以揭示晋西黄土区坡面土壤水分对降雨的响应,旨在为黄土高原区水土流失治理提供一定的理论依据。结果表明:1）坡面土壤含水率受植被密度影响较明显,密度较高的刺槐林地相对于密度较低的林地或裸地而言,其林地内坡面土壤水分对降雨的响应较平缓。2）垂直方向上,0~20 cm土层土壤含水率对降雨的响应最为直接和迅速。植被密度不同,各测点次表层（10~20 cm土层）土壤含水率的上升有先后之分,与表层（0~10 cm土层）相比,次表层的土壤含水率变化有一定的滞后和延长,体现出土壤水分入渗的先后过程。深层（20~150 cm土层）土壤含水率对降雨几乎无响应过程。3）坡面上表层土壤含水率对降雨的响应受降雨强度和植被密度影响,当降雨强度较小时,土壤含水率变化会出现上升期和退水期;当降雨强度较大时,土壤含水率变化则分为上升期、平台期和退水期,各期到达时间会因植被密度增加而出现相应的滞后现象。      

黄土高原刺槐细根与土壤水分特征

在黄土高原甘肃省泾川县,采用根钻法对刺槐(Robinia pseudoacacia)林地的细根和土壤水分进行动态调查。结果表明:刺槐林地0～150cm土层是树木细根的主要分布层,有87%以上的细根表面积分布。刺槐细根表面积垂直分布与剖面土壤水分间呈显著正相关(p<0.05)。生长季内刺槐林地土壤含水量动态变化为10月>4月>6月>8月,刺槐细根表面积的动态变化为4月>6月>8月>10月。刺槐细根表面积动态与土壤含水量的季节动态不完全一致。总体上刺槐细根表面积季节动态与林地土壤含水量的相关性不显著。     

晋西黄土残塬沟壑区刺槐林土壤入渗特征及影响因素分析

[目的]研究晋西黄土残塬沟壑区刺槐林在不同林龄和密度条件下土壤入渗特征及其影响因素,为林分结构精准提升提供功能导向的调控依据.[方法]在野外采用双环法测定不同林龄(15、25和35年)以及不同密度(800、1200、1600、1800和2200株/hm2)刺槐林的土壤入渗过程,并测定了土壤理化性质,分析了土壤孔隙度、土...     

黄土高原沟壑区林地土壤水分特征的研究(Ⅰ)——土壤水分的垂直变化和季节变化特征

对黄土高原沟壑区南缘的油松(Pinu.stabulaeformis)、刺槐(Robinia psedudoacacia)人工林及荒坡的土壤水分动态的研究分析,认为林地土壤水分的垂直变化可以分为:土壤水分微弱利用层、土壤水分利用层、土壤水分调节层和土壤水分微弱调节层,荒坡土壤水分的垂直变化可分为:速变层、活跃层、次活跃层和相对稳定层.各立地土壤水分的季节变化可以分为:土壤水分积累期、土壤水分消退期、土壤水分恢复期、土壤水分稳定期和土壤水分消耗期.     

黄土高原沟壑区林地土壤水分特征的研究（I）——土壤水分的垂直变化和季节变化特征

对黄土高原沟壑区南缘的油松(Pinus tabulaeformis)、刺槐(Robinia psedudoacacia)人工林及荒坡的土壤水分动态的研究分析，认为林地土壤水分的垂直变化可以分为：土壤水分微弱利用层、土壤水分利用层、土壤水分调节层和土壤水分微弱调节层，荒坡土壤水分的垂直变化可分为：速变层、活跃层、次活跃层和相对稳定层。各立地土壤水分的季节变化可以分为：土壤水分积累期、土壤水分消退期、土壤水分恢复期、土壤水分稳定期和土壤水分消耗期。     

宁夏河东沙区人工林土壤水分时空变化及其与气象因子之间的关系

为充分了解沙区防护林林地土壤水分时空异质性,以宁夏河东沙区典型防护林树种柠条(Caragana korshinskii)、胡杨(Populus euphratica)、刺槐(Robinia pseudocacia)组成的人工林为研究对象,采用时域反射仪监测不同坡度的各个林地土壤水分动态变化,分析了不同林地土壤水分动态变化及其与气象因子之间的关系。结果表明:(1)柠条林地平均土壤含水率随坡度增加而下降。坡度为10°时,全剖面与激变层和活跃层土壤含水率变化差异显著(P<0.05);坡度为16°时,全剖面、激变层、活跃层以及次活跃层之间无明显差异;坡度为24°时,全剖面与激变层和活跃层差异显著(P<0.05),而活跃层与次活跃层差异显著(P<0.05)。(2)生长季不同林地平均土壤含水率由大到小依次为刺槐林地(7.49%±0.92%)、柠条林地(6.72%±1.46%)和胡杨林地(5.78%±0.76%)。不同层次土壤含水率与气象因子具有一定相关性,其中各个林地与降水量和相对湿度均呈显著正相关,与风速均呈显著负相关。(3)6-7月份是土壤水分的补给期,8-10月份是土壤水分的耗损期。6月份刺槐林地与柠条林地、胡杨林地土壤水分存在显著性差异(P<0.05);10月份胡杨林地与柠条林地、刺槐林地土壤水分存在显著性差异(P<0.05)。     

中子水分仪测定棉田土壤含水量的标定研究

通过中子水分仪测定棉田土壤含水量的标定研究，得到了土壤不同深度的三条标定直线：0－25cm土层标定直线的截距和斜率是1．81（v%)，23．41（v%/cnt/std);30-80cm土层标定直线的截距和斜率是－2．77（v%),26.25(v%/cnt/std);90-110cm土层株定直线的截距和斜率是－6．62（v%)，28．60(v%/cnt/std)。还阐明了在利用中子水分仪作灌溉计划时精确的田间标定直线的必要性。同时提出了用系统聚类法来选择中子水分标定管点的方法。     

典型岩溶石山山坡土壤剖面水分分层性特征及其影响因素

[目的]揭示岩溶石山山坡土壤剖面水分的分层性及其与土壤理化性质间的相互关系,为我国南方岩溶地区石漠化治理、水土流失和岩溶水文过程等研究提供科学依据.[方法]选取典型岩溶石山山坡土壤剖面进行分层取样,结合统计分析方法,研究岩溶石山地区土壤水含量的垂向分布特征及其影响因素,分析土壤剖面水含量的分层特征.[结果]岩溶石山山坡土壤剖面水含量具有明显差异,变化范围为34.66%~47.10%,平均值为38.15%,土壤质量水含量的最大值出现在35 cm深处.相关性分析结果表明,土壤质量水含量与有机质含量呈显著正相关(P<0.05,下同),与pH呈显著负相关,与中值粒径相关性不显著(P>0.05);有机质通过改善土壤团聚体结构影响土壤质量水含量变化.土壤质量水含量及理化性质的变化具有分层性,地表至35 cm为表土层,35~85 cm为过渡层,85~115 cm为稳定层.[结论]岩溶石山地区土壤剖面水分具有明显的分层性,是土壤性质、结构特征、根系活动、水分运动、化学淋滤作用及基岩界面综合作用的结果,尤其应注意20~40 cm处植被根系活动及基岩界面对土壤剖面水分变化的影响.     

降雨过程中不同密度枯落物对各土层含水率动态影响

目的以晋西黄土区典型油松林及刺槐林为研究对象, 对其枯落物层和土壤层水文效应进行初步研究,以期为该区建设水源涵养林及水土保持林提供一定的借鉴依据。方法分别选取对应林分3种密度枯落物后进行野外人工降雨,并对其覆盖下0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm、60~80 cm、80~100 cm、100~120 cm 6个土层含水量实时监测。结果(1) 在同一雨量级别下,当枯落物覆盖密度增加时,其在降雨过程中的截留量以及枯落物最终达到饱和截留量的时间也随之增加;此外,随着降雨试验的进行,截留率随之减小,且其随枯落物的密度增加而升高。(2)降雨过程中,随着枯落物密度的增加,两种林地上层土壤(0~60 cm)的含水率均呈现逐渐减小的趋势;其中0~20 cm土层含水率对降雨的响应最为直接和迅速,而20~40 cm与40~60 cm土层的土壤含水率变化有一定的滞后和延长,较深层(60~120 cm土层)土壤含水率对降雨过程几乎无响应过程。(3)降雨结束后,各深度土层的含水率均表现出随时间的持续缓慢减小;降雨结束24 h内,裸地及各密度枯落物覆盖下的土壤含水量最高均出现在0~20 cm层;当入渗48 h后,裸地土壤含水量最高则出现在20~40 cm土层,但是对于有枯落物覆盖的土壤,0~20 cm土层含水率在降雨结束48 h内始终最高,并且随着密度的增加其随时间延续而减小的幅度越小。结论截留量、截留率与降雨历时(降雨量)均符合幂函数关系(R2>0.9);在降雨前后及过程中,不同密度枯落物对其覆盖下的土壤含水率有较大影响;不同深度土层含水率对降雨响应差异显著。      

太行山南麓刺槐人工林土壤呼吸与土壤温度间的滞后关系

目的土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的一个重要组成部分。本研究在年尺度和日尺度上分析刺槐人工林土壤呼吸与各土层温度间的温度敏感系数（Q₁₀）的差异,并探讨土壤呼吸与各土层温度间的时间滞后。方法利用土壤呼吸自动观测系统Li-8150对太行山南麓50年生刺槐林进行定位观测。结果在年尺度上,刺槐人工林土壤呼吸与各土层温度在时间上的滞后不明显,且呈现显著的指数关系（P < 0.001）。Q₁₀在2.23 ~ 2.53之间变动,且Q₁₀随土壤温度测量深度的增加而略微增大,指数模型拟合系数（R2）随土壤温度测量深度的增加而略微减小。土壤呼吸与各土层温度不需要相位校准。在日尺度上,土壤呼吸与各层温度存在时间上的滞后,拟合系数R2较小,获得Q₁₀并不准确。土壤呼吸与各土层温度需要进行相位校准,校准后的土壤呼吸与土壤温度间的拟合系数R2增大,获得的Q₁₀更准确,并且Q₁₀值随土壤温度测量深度增加而增加,但是深层（> 20 cm）的Q₁₀过大并不符合生物学规律。在土壤浅层（< 20 cm）,Q₁₀随深度增加与土层温度变化幅度有关。结论在年尺度上,各土层Q₁₀值相差不大,都能较理想反映全年刺槐林土壤呼吸与温度的关系。在日尺度上,本研究推荐使用浅层的Q₁₀来反映日间刺槐林土壤呼吸与土壤温度关系。      

刺槐与其他树种枯落叶混合分解对微量元素释放的影响

【目的】检测刺槐分别与其他10个树种枯落叶混合分解后是否对Cu、Zn、Ni和Cd等微量元素的释放产生促进作用,从微量元素的角度研究刺槐与拟混交树种的种间养分关系,为刺槐混交林的树种选择提供科学依据。【方法】在黄土高原,于秋末冬初采集刺槐及其他10个树种的当年枯落叶,并剪成1 cm大小的碎片或长1 cm的短针叶,同时采集无林荒草地腐殖质层（0～20 cm）土壤作为介质,在室内相同温度和湿度条件下,以尼龙网袋埋土法连续345 d进行枯落叶混合分解培养试验,并用原子吸收光谱分析法（AAS）测定枯落叶分解前后微量元素Cu、Zn、Ni、Cd的含量。【结果】枯落叶分解过程中,Cu、Zn、Ni和Cd的释放速率均以柠条、小叶杨、沙棘、侧柏、辽东栎较快,周转期略大于1年。刺槐分别与小叶杨、白榆、沙棘枯落叶混合分解,对4种微量元素的释放均呈现出促进作用;而分别与樟子松、侧柏、白桦、柠条枯落叶混合分解,对4种微量元素的释放均呈现出抑制作用;刺槐分别与油松、华北落叶松枯落叶混合分解,对Cu的释放有一定的促进作用,而对Zn、Ni、Cd的释放呈现出抑制作用;刺槐与辽东栎枯落叶混合分解,对Zn、Cd的释放有促进作用,而对Cu、Ni的释放有抑制作用。【结论】选择与刺槐枯落叶混合分解后能促进多数微量元素释放的树种进行混交,将有利于林地微量元素的循环利用。     

长武塬边坡不同植被下土壤团聚体及入渗特征

黄土塬塬坡的水土流失一直是一个重要热点问题而得到广泛关注。本文以长武塬边坡的刺槐、侧柏和草地3种植被类型为研究对象,于2016年5月测定了3类样地0~30 cm土壤的水稳性团聚体组成、有机碳含量(SOC)及土壤稳定入渗率(SIR)等土壤物理性质,探讨不同植被类型下土壤团聚体和入渗特征的差异性。结果表明:刺槐林地表层0~30 cm土壤水稳性团聚体的平均质量直径(MWD)、分形维数(D)、SOC及SIR的测定结果为:2.63 mm、2.60、5.62 g/kg和10.40 mm/min;侧柏林地分别为3.67 mm、2.60、4.87 g/kg和5.41 mm/min;草地分别为2.44 mm、2.58、6.07 g/kg和12.45 mm/min。结果表明:草地和刺槐林地的土壤结构性状相对优良,SOC高且入渗能力强,有利于长武塬边坡地区的水土保持,侧柏林地虽具有一定的大团聚体塑造能力,但其土壤SOC和入渗能力相对较低,不利于降水的就地入渗。因此,建议适度种植常绿性(侧柏)树种,合理配置该地区退耕还林还草植被类型。      

白榆/刺槐不同林型生长季土壤呼吸速率的变化特征

【目的】分析白榆纯林(BB)、刺槐纯林(CC)及二者不同比例混交林土壤呼吸速率的日变化及月变化特征,探究影响研究区土壤呼吸的主导因子。【方法】利用LI-8100土壤碳通量全自动观测系统,测定陕西杨凌试验田栽植的白榆纯林(BB)、刺槐纯林(CC)及二者不同比例(1∶1(1B1C),1∶2(1B2C)和2∶1(2B1C))混交林5种林型生长季的土壤呼吸速率,并利用观测仪附带的土壤温度探针测定地表及地下5,10和15cm深处的土壤温度,用土壤湿度传感器测定地下10cm深处的土壤含水量。【结果】白榆/刺槐不同林型土壤呼吸速率在6,7,9月的日变化均呈单峰曲线,峰值出现在午后12:00-15:00,之后逐渐降低,其中混交林1B2C7,9月土壤呼吸速率峰值高于其他林型,分别为4.193和4.283μmol/(m2.s);白榆/刺槐不同林型土壤呼吸速率均表现出明显的月变化规律,7-9月土壤呼吸速率均较高,在5-9月,5种林型中白榆纯林的土壤呼吸速率一直很低,而混交林1B2C始终较高。土壤温度与土壤呼吸速率的变化基本一致,二者表现出强烈的正相关性,其中地下5cm深处土壤温度与土壤呼吸速率的相关性最好。土壤呼吸与土壤含水量之间的关系表现离散,二者相关性不显著。【结论】在不同林型中,白榆纯林的土壤呼吸速率较低,混交林1B2C一直较高;影响该区白榆、刺槐纯林及不同比例混交林土壤呼吸速率的主要因子是地下5cm深处的土壤温度,而土壤含水量对土壤呼吸速率影响不明显。