黄土丘陵区深层干化土壤对降雨入渗的响应

在陕北米脂试验站设置了野外10 m地下大型土柱,分别利用BLJW-4小型综合气象观测站、CS650-CR1000自动监测系统对降雨状况和土壤水分状况进行长期连续定位观测,分析黄土丘陵区深层干化土壤对降雨入渗的响应。结果表明:(1)黄土丘陵区降雨可以划分为3种类型:快速蒸发型降雨(P≤13 mm)、缓慢蒸发型降雨(13 mmP26 mm)、入渗主导型降雨(P≥26 mm)。其中快速蒸发型降雨、缓慢蒸发型降雨在裸露地表情况下仅能引发浅层土壤的降雨入渗响应(Z_(rapid)≤30 cm, 30 cmZ_(slow)60 cm),不能对深层干化土壤形成有效的水分补给;而入渗主导型降雨则能够引发深层干化土壤的降雨入渗响应(Z_(infiltration)≥60 cm),能够促进干化土壤得到水分修复。(2)0～90 cm土层为降雨入渗、蒸发循环层,该深度范围土壤受降雨、蒸发作用影响强烈,土壤水分呈现频繁增、减波动;90 cm以下土层为降雨入渗主导层,该深度范围内土壤不再受蒸发作用影响,土壤水分呈增加趋势。(3)入渗主导型降雨年最大入渗深度在140～160 cm,雨后上层土壤水在蒸发作用下69～435 h恢复至雨前水平。裸露地表状况下,多年累积降雨能够促进深层干化土壤产生入渗响应,2014—2019年干化土壤对于自然降雨的入渗响应深度依次为180、220、400、700、900 cm及1 000 cm。     

不同降雨历时梯田和坡耕地的土壤水分入渗特征

以黄土高原丘陵沟壑第三副区庄浪县为例,研究不同降雨历时条件下坡耕地和水平梯田土壤(黄绵土)水分入渗变化特征,应用Hydrus-1D模型对不同降雨条件下的土壤水分入渗进行定量模拟研究。结果表明:(1)与实测数据相比,Hydrus-1D模型模拟降雨后土壤水分的运移较合理。(2)地表层(0~40 cm)土壤含水量变异系数(CV)呈中等变异,即5 d的时间内梯田和坡耕地地表层的土壤含水量变化大,随着土层深度的增加变异系数减小,呈弱变异性。(3)在1.45 mm/min降雨强度下,在23 min时拔节期的小麦坡耕地产生径流,水平梯田在整个过程中没有产生径流。(4)降雨历时为10 min时,在土层深度为0~15 cm,梯田土壤含水量比坡耕地多0.13%~1.65%,在土层深度为30~200 cm,梯田和坡地都没有下渗。降雨历时为20min、30min时,在土层深度为0~20 cm,梯田的土壤含水量比坡耕地的分别多0.05%~2.22%、0.01%~2%。     

黄土旱塬垄作覆膜栽培土壤水分及温度变化研究

黄土高原雨养农业区水分缺乏是制约农业生产的关键因子。本研究在黄土高原长武塬进行小区试验,通过垄作覆膜(RP)与平作不覆膜(FP)两种处理的对比研究,分析垄作覆膜下玉米生长时期土壤水分与温度的变化,以及降雨事件对于土壤水分的动态影响。结果表明,垄作覆膜在30~60 cm土层土壤水分显著高于平作不覆膜约8%,而平作不覆膜在深层(100~160 cm)土壤水分明显高于垄作覆膜,玉米生长季土体储水量变化垄作覆膜垄与沟在30~60 cm处均高出平作不覆膜20 mm,而在100~160 cm处垄作覆膜比平作不覆膜低25 mm。垄沟覆膜-垄(RPR)土壤表层10 cm处温度较垄沟覆膜-沟(RPF)与平作不覆膜分别高2.01℃和1.91℃。中雨情况下,垄作覆膜降雨土壤入渗深度可达30 cm,平作不覆膜下可以到10 cm,但强降雨事件中垄作覆膜土壤深层入渗受到抑制。降雨强度越大,土壤前期含水量越高,土壤水分峰值产生的时间越短;垄作覆膜由于土壤水分条件的改善使得土壤水分峰值出现时间较平作不覆膜早。垄作覆膜由于垄沟微地形改变使沟内具有集水效应,同时沟内集水对垄上水分存在侧向补充,但时间上存在滞后效应,滞后时间与降雨量和降雨前土壤含水量相关。垄作覆膜能够保水保墒,增加降雨入渗,抑制强降雨事件的深层入渗,抑制"自覆盖"现象的发生,从而对玉米生长具有重要的意义。     

不同强度放牧后沙质草场土壤微生物的分布特征

本文通过对科尔沁沙质草场不同强度放牧后围栏封育过程中表层(0-5cm)和亚表层(5-15cm)土壤微生物及土壤因子的研究表明:不同放牧强度围栏内,土壤微生物总数表现出:轻牧区>中牧区>对照区>重牧区>自由放牧区,11年的围栏封育不能使不同放牧强度下的沙质草场恢复到相同水平;亚表层土壤的细菌、真菌和放线菌数量、pH、电导率和含水量均大于表层土壤。轻牧和中牧有利于微生物各类群的生长繁殖,过度放牧会抑制微生物的活动,一直自由放牧则会严重破坏沙质草场表层土壤,使其微生物数量和土壤含水量减少,土壤碱性增强。     

干旱半干旱地区双垄地布覆盖对土壤水分的影响

为探明一种可替代覆盖材料的可行性,在甘肃省定西市安定区开展了为期1 a的监测试验,试验设防草地布加地膜覆垄(MB)、防草地布覆垄(DB)和裸地起垄(CK)3种处理,利用土壤水分、水势传感器分别对沟内地表下5、15 cm的土壤含水率、水势进行监测,结果表明:(1)表层5 cm土壤水分日变化呈复杂波形,受不同覆垄处理和季节性天气变化的影响显著;(2)0～20 cm土层的水分年变化主要受降雨、露水和蒸发强度的影响,表现为春冬干、夏秋湿的特点,在11月至翌年2月期间MB和DB覆垄处理土壤水分净损失量要高于CK裸地垄,而在作物生育期内(5—9月)覆垄处理土壤储水净增量为DB最大(36.35 mm)、MB次之(30.73 mm)、CK最小(16.30 mm);(3)MB和DB覆垄能明显加快雨露叠加,增加土壤水储存,而CK处理下叠加效应弱,且深层土壤对降雨不敏感,具有滞后性,但随着连续降雨的发生,表层土壤储水量加大,这种滞后性明显减弱;(4) 0～20 cm土层土壤储水量日变化幅度为夏季最大(平均1.20 mm·d~(-1)),春季次之(1.03 mm·d~(-1)),秋季最小(0.79 mm·d~(-1)),全年水分净收获总量为DB最大(24.9 mm)、MB略低(21.5 mm)、CK最小(11.4 mm)。整体而言,只用地布覆垄具有最好的集水效果,这种防草地布可多年使用,无地膜碎片化污染问题,但在无降雨时期,垄沟内因土壤水分高,其蒸发强度略高于裸地处理。     

小针茅荒漠草原土壤水分动态及其对降雨的响应

揭示干旱、半干旱地区生态系统土壤水分动态对于进一步认识生态系统过程与功能机制,提出应对气候变化影响的途径均具有重要意义。以小针茅草原为对象,基于连续4 a逐时监测的土壤含水量(地表以下15 cm)与降雨数据,结合邻近气象站过去50 a的降雨资料,探讨了荒漠草原土壤水分动态规律及其对降雨的响应。结果表明:1受降雨分布格局的影响,荒漠草原土壤水分动态存在单峰型和双峰型两种模式;2地表以下15 cm处的土壤水分对5 mm以下降雨事件没有响应,18 mm以上的降雨对该土层土壤水分才具有较强的补充作用,土壤所需的降雨量比沙地和荒漠区更高;3降雨量越大、降雨强度越大或降雨前土壤含水量越高,土壤水分对降雨的响应就越迅速。未来气候变化可能对荒漠草原区浅根型植物生长不利,从而对畜牧业生产产生重要影响。     

围栏禁牧对毛乌素沙地土壤理化特征的影响

过度放牧导致干旱半干旱区毛乌素沙地草地严重退化。通过禁牧措施排除放牧干扰,使草地自然恢复,作为一种低投入的措施在世界各国退化草地生态系统恢复中得到广泛采用。文中对毛乌素沙地三种不同管理类型(持续放牧、围栏5年和围栏16年)土壤理化性状进行了研究,研究结果显示:围栏禁牧5年对0～30cm土壤颗粒组成和容重没有显著影响;围栏禁牧16年0～10cm土壤容重显著小于持续放牧区,而极细沙、粉粒和粘粒含量显著高于持续放牧区;围栏5年显著增加了0～5cm土壤有机碳,而0～30cm的全氮均没有显著增加。围栏16年土壤有机碳较放牧区在0～5cm、5～10cm、10～30cm分别显著增加了231%、81%、55%;全氮含量的变化趋势与之相同。结果表明,围栏5年对土壤粘粉粒、全氮含量的恢复基本没有效果;围栏16年能显著增加表层土壤粘粉粒含量和有机碳、全氮,但土壤碳、氮水平还是在比较低的水平(有机碳:4.30g.kg-1;全氮:0.74g.kg-1),即长期禁牧可以逐渐改善土壤质地和提高土壤肥力。研究结果为半干旱退化沙质草地生态系统的恢复、重建及管理提供科学依据。     

季节性河道土壤水分及其渗漏特征初探

利用土壤深层水分渗漏仪和水分自动监测系统获取相应的监测数据,分析干旱区季节性河流（库姆塔格沙漠东南部崔木土沟）沟道内部的洪水入渗过程及不同深度土壤水分变化规律。结果表明：① 河道内以砂粒为主,土壤最大持水量在26.08%～31.75%。② 监测期内,每次洪水过程,水分均能入渗到200 cm以下的土层,但50 cm以下土层的水分入渗基本为非饱和入渗;每次入渗过程,湿润锋到达土层的深度与入渗时间具有良好的线性相关关系,但这一相关关系在春、夏季具有明显的分异,春季水分入渗更为缓慢。③ 监测期内,160 cm土层共出现4次明显的连续渗漏过程,渗漏总量为2 165.8 mm,最大渗漏强度为21.4 mm·（2h）^-1,160 cm土壤水分渗漏速率随土壤水分含量增加呈指数增加趋势,但每次开始出现连续渗漏的土壤初始含水率并不一致。该研究可为进一步揭示干旱区河流廊道生态系统生存、变化提供了科学支撑。     

季节性河道土壤水分及其渗漏特征初探

利用土壤深层水分渗漏仪和水分自动监测系统获取相应的监测数据,分析干旱区季节性河流(库姆塔格沙漠东南部崔木土沟)沟道内部的洪水入渗过程及不同深度土壤水分变化规律。结果表明:①河道内以砂粒为主,土壤最大持水量在26. 08%~31. 75%。②监测期内,每次洪水过程,水分均能入渗到200 cm以下的土层,但50 cm以下土层的水分入渗基本为非饱和入渗;每次入渗过程,湿润锋到达土层的深度与入渗时间具有良好的线性相关关系,但这一相关关系在春、夏季具有明显的分异,春季水分入渗更为缓慢。③监测期内,160 cm土层共出现4次明显的连续渗漏过程,渗漏总量为2 165. 8 mm,最大渗漏强度为21. 4 mm·(2h)^-1,160 cm土壤水分渗漏速率随土壤水分含量增加呈指数增加趋势,但每次开始出现连续渗漏的土壤初始含水率并不一致。该研究可为进一步揭示干旱区河流廊道生态系统生存、变化提供了科学支撑。     

放牧破坏地表植被对典型草原地区土壤湿度的影响

本文研究了放牧对土壤含水量的影响。结果表明 :放牧破坏地表植被后 ,表土层水分入渗速度增加 ,表土层和心土层的土壤温度的变化加剧。使土壤表层 (0 - 2 0 cm)的含水量下降。在地下水位较高的土壤上 ,放牧破坏地表植被后 ,各层土壤的含水量都低于植被未受破坏的土壤 ;但无地下水补给的土壤 ,地表植被破坏后其深层 (30 cm以下 )土壤的含水量则高于植被未受破坏的土壤。说明在无地下水的草原地区 ,植被对表土层 (0 - 2 0 cm)起保水作用 ,对深层则起耗水作用 ,这在土壤水与地上生物量之间的相关分析中也得到证明。这一点在牧草混播时值得注意。     

西北干旱区土壤水力参数空间变异与模拟

为探明西北干旱区土壤水力参数的空间分布特征,在新疆地区布设107个样点,获取表层(0～5 cm)Ks(土壤饱和导水率)、FC(田间持水量)和PWP(永久萎蔫系数)数据,采用经典统计学和地统计学分析土壤水力参数的空间变异特征,并利用逐步回归和传递函数方程对Ks、FC和PWP进行模拟。结果表明:新疆地区Ks、FC和PWP平均值分别为10.999 mm·h~(-1)、0.162 g·g~(-1)和0.077 g·g~(-1),变异系数为39.88%～96.07%,均表现为中等程度变异。在区域尺度上Ks、FC和PWP具有强空间依赖性,变程为97～291 km。与经自变量数据转换构建的传递函数方程相比,多元逐步回归方程预测土壤水力参数精度更高,且方程使用更便利。基于土地利用、容重、土壤质地、有机碳含量和坡向的多元逐步回归方程,预测Ks、FC和PWP的决定系数R~2分别为0.290、0.494和0.491,均方根误差(RMSE)分别为2.540 mm·h~(-1),0.039 g·g~(-1)和0.023 g·g~(-1)。这些方程的建立,有利于西北干旱区土壤水力参数的快速估算,同时可为该地区的农业灌溉和生态水文模型提供关键参数。     

内蒙古黄土高原区降水规律与集雨利用潜力分析

在黄土高原干旱少雨,地下水埋深较深的地区,通过建立水窖集雨供人畜饮用和作物补充灌溉具有重要意义。本研究利用沙圪堵镇的准格尔旗气象站1959—2000年气象资料,进行降水规律分析。结果表明,位于内蒙古黄土高原区的准格尔旗年均降水量为392.1mm,最大年降水量为635.5mm,最小降水量仅为142.5mm。年降水量在500mm以上的保证率为19%,接近五年一遇,年降水量400mm以上的保证率为44%,可基本上满足短季耐旱作物的生长之需;降水量在300mm之下的频率为21%,不能满足作物生长对水分的需求。有1/3的年份年降水量300—400mm之间,作物生长所需水分亏缺的部分,需要适当补灌。由于4—5月作物播种和苗期降水量少,存在生长障碍,如能在前一年集雨次年春天补充灌溉将有利于全苗和增产。对于10mm以上的降水,保证率80%以上的降水量仅为135mm,保证率60%的降水量为200mm。中雨雨量为达到300mm的保证率只有30%。对于大雨过程,总降水量200mm只有15%的可能性,100mm以上的保证率为60%。如果降水10mm以上才能集到雨水,100m2的集雨面,只有60%的年份产水量大于20方。不同集雨面的集流效益不同,在建立集雨水窖时,要根据水窖体积和集雨面材料的集流效率,合理确定集雨面,保证80%以上的年份达到满意的集雨效果。另外,根据降水规律可利用自然地面进行田间集雨,利用土壤库容保存降水供作物生产之用。     

乌兰布和沙漠流动沙地土壤水分动态、土壤水势特征的研究

通过对乌兰布和沙漠流动沙地土壤水分动态的研究表明:沙土含水量的时空变化与降雨季节和降雨量有密切关系。100mm左右的降雨量对沙地和丘间地的影响深度主要在60cm左右,因此0-60cm土层为土壤水分受降雨影响的活跃层;通过对土壤含水量与土壤水势的关系研究表明:在相同土壤含水量下沙土水分对植物的有效性远大于粘土;通过降雨量对沙地贮水量影响的研究表明:只有38%左右的降雨量增加了土壤贮水量,其余62%被蒸散。     

放牧对荒漠灌丛草地土壤团聚体组成及其稳定性的影响

以内蒙古阿拉善盟荒漠草地为研究对象,分析了不同放牧强度对土壤理化性质、团聚体组成、养分含量及其稳定性的影响.结果表明:与轻度放牧相比,重度放牧使0～5 cm、5～10 cm和10～20 cm土层土壤有机C和全N含量显著降低,土壤容重显著增加;各土层中土壤团聚体以0.053～0.25 mm粒径为主,放牧强度的增加造成土壤...     

辽西半干旱区秋后覆膜保墒对翌年春玉米生长发育的影响

针对辽西半干旱地区春旱严重、降雨资源年内分布不均的气候特点,在秋收后、霜冻之前进行灭茬覆膜处理,试验对旱地雨水资源跨时间调节。翌年春季土壤含水量、玉米生长状况及产量的试验结果表明,秋覆膜处理的耕层土壤含水量比未覆膜处理高出60%,播种15d后玉米出苗率达到85%,抽穗期玉米株高比未覆膜处理高33cm、径粗增加0.42cm,秋收时玉米穗重比未覆膜处理提高了49.62%。研究表明,春墒秋保、跨时间调控农田水分状况是北方干旱半干旱地区有效的农业节水措施。