黄土高原植被演替过程中土壤水分亏缺

土壤水分亏缺在黄土高原植被恢复过程中表现较为严重,这对黄土高原的生态恢复与植被建设造成了很大的障碍。只有充分了解黄土高原的土壤水分特征及其亏缺状况,才能为植被恢复提供参考。对陕北黄土高原典型次生林地和草地的土壤水分进行了测量,对雨季和非雨季的山杨、沙棘、辽东栎和撂荒地土壤水分亏缺特征进行了定量评价。结果显示:3种林地0—500 cm土层的土壤含水量与储水量随着土层深度的增加都呈先增加后缓慢下降,撂荒地随着土层深度增加呈增加趋势,且其含水量与储水量是最高的。不同恢复植被的土壤含水量与储水量大小顺序为:撂荒地沙棘山杨辽东栎。与撂荒地相比,3种林地的相对亏缺指数顺序为:辽东栎山杨沙棘,雨季的的土壤亏缺状况较非雨季严重,植被类型、土壤质地和土层深度是影响植被演替过程中土壤水分亏缺状况的关键因子。     

黄土高原沟壑区不同植被对土壤水分分布特征影响

为探讨黄土高原不同植被类型下土壤水分分布特征,揭示其生态水文效应,以长武县王东沟小流域定位监测小区为研究对象,于2013年5月—2014年4月使用中子仪法对坡面4种植被覆盖类型(草地、沙棘、油松、沙棘油松混交林)下0—500cm深剖面上土壤水分进行了完整水文年的实际观测。结果表明:(1)草地平均土壤含水量显著高于沙棘、油松、沙棘油松混交林地(p0.05)。草地小区平均土壤水分含量随深度呈增加趋势,而沙棘、油松和沙棘油松混交林地表现为增加—减少—增加的倒"S"型;(2)500cm剖面上,草地和油松林地土壤水分变异系数小于沙棘和油松沙棘混交林地。4种植被覆盖类型下土壤水分都表现出春、冬积累和恢复,夏、秋消耗的季节性规律;(3)降雨量对0—200cm的土壤水分贮量具有明显影响,200—500cm土壤贮水量较为稳定,植被类型的不同增加了土壤储水量的差异。可见,草地土壤水分含量相对较高,变异性小;其他乔灌木植被类型土壤含水量相对较低,变异性大。降雨量的输入和温度的变更使土壤含水量的变化无论在剖面上还是随着时间进展具有一致性,而植被类型的影响则是在这种一致性基础上增大土壤含水量对降雨和温度的响应。     

永利露天煤矿排土场不同植被类型下土壤理化性质和酶活性研究

以鄂尔多斯市准格尔旗永利露天煤矿排土场不同植被类型(苜蓿、沙打旺、沙打旺+油松)土壤为研究对象,以复垦1a土壤为对照(CK),探讨了永利煤矿排土场不同植被类型条件下土壤理化性质和酶活性变化特征,以及两者之间的相关关系,为该区露天煤矿排土场的植被恢复工作提供理论依据。结果表明:矿区复垦对土壤质量有一定的改善,表现为沙打旺苜蓿沙打旺+油松CK,土壤酶活也得到了一定改善。0—10cm土层,沙打旺的有机碳为5.18g/kg,显著高于其他植被恢复措施,沙打旺对于改良土壤有一定的优势;土壤有机碳、全氮、酶活性随着土层深度的加深而降低,土壤酶活性与土壤养分之间存在不同程度的相关性,土壤磷酸酶、蔗糖酶与土壤容重呈显著正相关关系;不同植被类型间土壤酶活性亦存在显著差异,土壤蔗糖酶表现为沙打旺苜蓿沙打旺+油松CK,沙打旺脲酶显著高于其他植被类型及CK。     

植被复垦对露天煤矿排土场土壤化学及生物学特性的影响

为探讨农牧交错带煤矿排土场不同植被复垦模式对土壤肥力的影响,以黑岱沟露天煤矿排土场不同植被类型(山杏+苜蓿(A1)、杨树+苜蓿(A2)、杨树+沙棘(A3)、杨树+披肩草+苜蓿(A4)、未复垦(CK))土壤为研究对象,通过简单相关分析和通径分析研究浅层(0—20cm)土壤化学性质和酶活性与土壤微生物量间的相关关系,揭示不同植被复垦下土壤微生物量差异的驱动因子,并采用土壤恢复指数(RI)评价不同植被复垦对露天煤矿排土场土壤质量的影响。结果表明:(1)与未复垦(CK)相比,不同植被复垦样地土壤有机质含量、碱解氮含量、土壤酶活性和微生物量均显著增加(p<0.05),但pH无明显变化规律且差异不显著(p>0.05),并且0—10cm明显高于10—20cm土层。(2)土壤微生物量碳、氮与土壤酶活性和有机质含量呈显著或极显著正相关关系,与pH和有效磷含量则均未表现出相关性。由于土壤微生物量碳和氮对有机质含量和蔗糖酶活性变化比较敏感,因此对土壤性质变化具有指示作用。(3)不同植被复垦土壤恢复指数在0—10,10—20cm土层分别表现为A3>A2>A4>A1和A3>A2>A1>A4。因此,杨树+沙棘(A3)和杨树+苜蓿(A2)复垦方式对矿区排土场土壤质量的改善较好。     

半干旱黄土丘陵区不同植被类型的土壤水分特征及其稳定性

[目的]研究5种不同植被类型土壤水分动态特征,为区域内优化配植模式提供理论依据。[方法]以甘肃省定西市半干旱黄土丘陵区5种典型的植被类型为研究对象,使用土壤水分速测仪对2017,2018年0—200 cm土层土壤含水量进行观测,并对不同植被类型土壤水分特征及其稳定性进行分析。[结果]①不同植被类型土壤水分呈现出:山杏×侧柏混交林地(11.24%)退耕苜蓿草地(10.97%)自然荒地(10.66%)退耕林地(9.99%)柠条林地(9.55%)。②5种植被类型在0—200 cm土层依据有序聚类法可分为动态变化层(0—40 cm),利用层(40—100 cm)和弱利用层(100—200 cm)3个层次。在动态变化层(0—40 cm),土壤水分呈现出:自然荒地(14.23%)最高,柠条林地(11.04%)最低;在利用层(40—100 cm):退耕苜蓿草地(12.16%)最高,柠条林地(9.15%)最低;在弱利用层(100—200 cm):自然荒地(10.81%)最高,退耕林地(8.61%)最低。③不同植被类型土壤水分土层稳定性(变异系数)呈现出:退耕林地(19.9%)山杏×侧柏混交林地(21.3%)自然荒地(21.9%)退耕苜蓿草地(22.6%)柠条林地(23.6%)。④不同植被类型土壤水分时间稳定性(变异系数)呈现出:自然荒地(25%)退耕林地(25.2%)山杏×侧柏混交林地(26.5%)柠条林地(27.1%)退耕苜蓿草地(31.9%)。[结论]柠条林地土壤水分含量最低,在土层和时间上不稳定,山杏×侧柏混交林地较其他植被类型土壤水分含量更高,更具有稳定性。     

黄土高原丘陵沟壑区生态用水资源利用研究

对黄土高原丘陵沟壑区不同植被地连续10a的试验调查发现,人工草地和沙棘、油松林地土壤水分在长系列年内变化上基本一致,1m土层含水量处于100～140mm,生长期土壤水分基本上处于亏缺状态;而荒坡草地土壤含水量年内均比人工草地高约40mm,土壤水分一直处于适宜、稳定的水平。林地沙棘和油松均表现出适应该地气候特点的生长的状况,但从土壤水文循环状况看,土壤水分长时期处于亏缺状态不利于植被的再生长和生态效益的发挥。径流试验研究表明,人工草地、油松林地年内平均径流深分别为1.45mm和1.27mm,径流系数为0.08和0.07;荒坡草地和沙棘林地在年内基本上不发生大的径流,且多为清流。因此,植被恢复在治理措施上应当注重植被的自然修复和保护,并充分利用径流资源补充土壤水分,使其朝着利于植被生长的方向发展。     

河北坝上地区植被恢复的土壤碳水效应

坝上地区植被恢复影响土壤水分和土壤有机碳含量,从而影响区域水源涵养和土壤固碳能力。为了保证植被恢复的可持续性,确定该地区土壤水分和有机碳对植被的响应对于维护生态系统的稳定具有重要意义。以林地、灌木、农地、草地为研究对象,研究0—200 cm土壤水分和有机碳的垂直分布特征,并确定影响其变化的驱动因素。结果表明:(1)与草地相比,植被恢复导致深层土壤水分亏缺,林地和灌木深层(120—200 cm)土壤水分亏缺效应分别为-0.23±0.08和-0.16±0.05;(2)与草地相比,植被恢复增加固碳效应,且随着土层深度的增加而增加;(3)对照草地的碳水耦合协调度始终显著高于其他植被类型(p＜0.05),且始终属于碳水平衡状态;而林地和灌木浅层土壤(0—60 cm)属于碳水协调状态,但深层(120—200 cm)碳水耦合协调度仅分别为0.54±0.03和0.57±0.04,处于失调状态。(4)土地利用对深层(120—200 cm)土壤有机碳和土壤水分的变化更加重要,而土壤质地是影响整个土壤剖面变化的稳定因素。研究认为该区域植被恢复固碳效应的增加是以深层土壤水分亏缺为代价,碳水失调影响区域生态恢复的可持续性。     

黄土丘陵区不同植被类型下土壤水分动态

[目的]探讨黄土丘陵区不同植被类型对土壤水环境分异规律的影响。[方法]以陕西省延安市燕沟鸡蛋卯小流域1997年退耕建造的样板坡面为对象,于2009年4—10月对其西坡面,自坡顶向下分布的7种植被类型(苹果园、刺槐林、沙棘灌丛、柠条林、紫穗槐灌丛、荒草地、农地(谷子)),采用土钻法每月中旬监测。[结果]生长季(4—10月)0—200cm深度平均土壤含水量大小呈现:紫穗槐灌丛荒草地农地(谷子)刺槐林柠条林沙棘灌丛苹果园。不同植被类型下土壤水分垂直剖面分布有较大差异,在浅层(0—40cm),恢复时段的紫穗槐灌丛、刺槐林下土壤含水量一般高于荒草地,沙棘灌丛、农地(谷子)、苹果园土壤含水量低于荒草地;在中层(40—120cm),荒草地土壤含水量最高,苹果园含水量最低,乔灌林地居中;在深层(120—400cm),只有紫穗槐灌丛、农地(谷子)土壤含水量高于荒草地,其他乔灌林地、苹果园含水量较低。[结论]延安地区植被恢复的乔灌林土壤含水量以紫穗槐灌丛偏高,柠条林、刺槐林、沙棘灌丛对深层土壤水分消耗较大,不利于土壤水环境及其永续利用。     

黄土区大型排土场植被根系的抗蚀抗冲性研究

选取黄土区大型排土场不同复垦年限的植被为研究对象,分析了陡坡地(36~°42°)3种典型乔灌草植被根系的剖面分布特征及不同复垦年限(1~14年)不同复垦模式植被根系对土壤抗蚀抗冲性的影响。结果表明,与原地貌土壤剖面根系分布不同的是,排土场乔灌草的根系分布(Φ≤1 mm)从10 cm土层开始,随着土层深度的增加,呈现出幂函数减少的趋势;干土层出现的深度依次为刺槐林地>草地>柠条林地;不同复垦年限不同复垦模式(1~14年)55个样点的统计分析表明,土壤的抗蚀性指标和抗冲性指标都与根系密度在极显著水平上呈直线关系。     

黄土丘陵区不同土地利用类型下的深层土壤水分变化特征

人工林草地土壤干化问题正在日益严重的威胁着黄土高原人工植被建设成效。利用2013年5月—2014年11月的定位监测0—900cm深层土壤水分资料分析得出:(1)研究区四种不同土地利用类型剖面土壤水分均表现出上层波动剧烈,下层变化较小的特征。上层土壤含水量具有与明显的季节性波动变化特征,代表当年降水的入渗深度,枣林、苜蓿草地、杏林和农地降水入渗深度范围分别为0—240,0—180,0—200和0—120cm。(2)深层土壤含水量年内变化较小,枣林、苜蓿草地和杏林土壤水分在根系吸水作用下有微弱减少,农地作物对深层土壤水分利用有限,得到降水补给土壤水分有所增加。土地利用方式对深层土壤水环境的影响大小依次为苜蓿草地杏林枣林农地。(3)枣林、苜蓿草地和杏林深层土壤水分均存在一定的亏缺,苜蓿草地亏缺最为严重,平均亏缺度为67.7%,杏林和枣林平均亏缺度为55.4%和48.7%。深层土壤水分的变化规律能够反映长时段不同土地利用类型对土壤水分生态环境的深刻影响,对黄土高原植被的恢复、建设及评价具有重要意义。     

黄丘区典型灌木和荒草地土壤含水量变化对降雨的响应

为了研究不同土地利用方式下土壤水分的变化特征及其对降雨的响应,以黄丘区辛店沟流域坡面径流小区灌木和荒草地为研究对象,利用多探头土壤水分监测仪对研究对象0—50 cm土层土壤水分进行了连续定位观测,对不同下垫面下土壤水分的变化特征进行了系统的分析和研究。结果表明:(1)不同土地利用方式土壤水分表现出明显的季节变化特征,观测期内荒草地的平均土壤含水量为0.099,大于灌木地0.091,荒草地的土壤含水量总体要高于灌木地。(2)不同土地利用方式土壤含水量垂直变化趋势相似,总体上随着土层深度的增加而减少,具有明显的垂直变异性,灌木地对深层土壤含水量的消耗比荒草地多。(3)土壤含水量在垂直方向上对降雨的响应程度随着土层深度的增加而减小,灌木地和荒草地垂直方向上0—30 cm土层与30—50 cm土层对降雨响应表现为相反的规律。研究认为相比荒草地,灌木地土壤水分消耗更严重,且深层土壤水分受降雨补给有限,易引发土壤干层。     

青海省刚察县吉尔孟地区不同厚度土壤水分研究

通过土壤含水量测定,对青海湖西部天然草地不同厚度土壤含水量等问题进行了研究.结果表明,吉尔孟厚土层和薄土层土壤含水量均呈现随深度增加而逐渐降低的趋势.在相同土壤厚度条件下,低草地土壤含水量比高草地含水量高.在植被相同条件下,厚土层含水量比薄土层的含水量高.草地厚土层在80 cm深度出现土壤干层,指示当地的土壤下部水分不足.30 cm厚度的薄土层高草地和30 cm厚度的薄土层低草地分别在21和24 cm出现了含水量低于11％的干化现象.厚土层上部30 cm含水量比30 cm厚度的薄土层含水量高12.4％.吉尔孟土壤水分的突出特点是上部含水量高,说明该区土壤水分具有在上部聚集的特点,这是该区土壤冻结期较长和蒸发及蒸腾较少造成的,土壤水分在上部聚集对草原植被生长是有利的.由于该区土壤下部水分不足,该区应该发展耐旱牧草和其他耗水较少的草原植被,不适于发展深根系耗水较多的植被.     

黄土丘陵缓坡风沙区不同土地利用类型土壤水分变化特征

为研究黄土丘陵缓坡风沙区不同土地利用类型下的土壤水分变化规律,采用时域反射仪TDR在山西省五寨县分别对玉米农地、柠条林地、苜蓿草地0-100 cm土层进行连续3年的土壤水分观测,掌握不同土地利用类型土壤含水量的季节变化规律和垂直分布特征。结果表明:(1)农林草地土壤水分随时间的变化曲线基本呈"M"形分布,三者季节变化规律相似,但土壤含水量差异达到极显著水平(P<0.01),表现为苜蓿草地>柠条林地>玉米农地;(2)玉米农地与柠条林地土壤含水量随土层深度的增加呈"S"形分布,苜蓿草地的变化趋势与两者完全相反,玉米农地仅土壤表层0-20 cm含水量与降水存在显著相关性,柠条林地和苜蓿草地0-60 cm土壤含水量均与降水显著相关;(3)土壤含水量具有明显的垂直分布特征,在0-100 cm土层层中,随着土层深度的增加,玉米农地CV先逐渐降低后保持稳定,柠条林地CV始终持续降低,苜蓿草地CV先呈现波动变化后明显降低,三者整体表现为表层土壤含水量变异系数大于深层;(4)0-100 cm范围内,玉米农地的土壤层自上而下依次可划分为速变层、活跃层2个层次,柠条林地和苜蓿草地的土壤层划分为速变层、活跃层和次活跃层3个层次。本研究结果表明林地和草地在涵养土壤水分方面优于农田,林地和草地为黄土丘陵缓坡风沙区适宜的土地利用方式,为该区域土壤水分管理及水土资源的合理开发利用提供理论依据。     

左云县店湾镇春季不同植被条件下土壤含水量研究

为了研究左云县店湾镇春季不同植被条件下0—600 cm深度范围内土壤垂直剖面水分变化特征,分别对该区乔木（白榆和小叶杨）林地、灌木（柠条和沙棘）林地和草地5种不同植被条件下土壤水分进行了研究。结果表明:研究区不同植被条件下土壤剖面含水量变化规律不同。左云县矿区春季各土层平均含水量草地最高,柠条林地次之,白榆林地最少。其中草地各土层平均含水量比柠条林地高0.3%,比白榆林地高3.8%。该区各植被条件下土壤水分主要呈难效水状态。且各植被条件下土壤在200—400 cm深度范围内都存在干层,有轻度干层、中度干层和重度干层发育。该区水循环主要是地表水循环,地下水循环基本不存在,形成了土壤—植物—大气的水分循环模式,属于异常水分循环类型。     

黄土高原小流域土壤水分及全氮的垂直变异

为了研究黄土高原土壤中水分及全氮垂直分布及变异情况,对陕北神木县六道沟小流域中苜蓿地、荒草地、农地、柠条地以及油松地5种不同植被类型下0～800 cm土层中土壤含水率和土壤全氮进行了测定和分析。土壤含水率在垂直方向上呈现出干湿交替的层状分布。植被类型影响土壤水分含量的垂直剖面分布;各植被类型下相对高湿层和低湿层出现的深度不同;不同深度土层平均土壤含水率不同。农地及退耕荒草地土壤水分涵养较好,垂直方向上含水率变化较大;人工植被苜蓿、柠条消耗土壤水分较多,土壤含水率变化相对平缓;油松地平均土壤含水率及变化幅度居中。研究区域中,土壤全氮含量水平较低,表层发生陡降后,在20 cm以下土层中仍以很小的变幅降低,变化平缓。柠条地土壤全氮含量高于其他植被类型。     

Soil Moisture Variations with Land Use along the Precipitation Gradient in the North–South Transect of the Loess Plateau

Knowledge of soil moisture spatial variation with land use along the precipitation gradient is necessary to improve land management and guide restoration practice in the water‐limited Chinese Loess Plateau. This study selected 45 sampling points at 11 sites across the north–south transect of the Loess Plateau based on the precipitation gradient and land use. Results showed that the vertical profiles of soil moisture revealed large variations with the precipitation gradient changing, especially in the surface layer (0–100 cm). Significant linear correlation existed between the average soil moisture of the profile and the mean annual precipitation (MAP) for each land use type (p < 0·05). Hereinto, the soil moisture under the grassland was affected more greatly by precipitation. The soil moisture under each land use commonly revealed the trend as farmland > grassland > shrubland > woodland, while it might be higher under the woodland than the shrubland in the surface layer in regions with MAP <500 mm. The soil moisture of woodland or shrubland at the selected points was below or approximate to the permanent wilting point in regions with MAP <520 mm. Covariance analysis confirmed the effects of land use and MAP on the soil moisture in depth of 100–300 cm, and it showed land use did not pose significant effects in the surface layer. In addition, our study indicated that it is necessary to reconsider and re‐evaluate the current vegetation restoration strategy in the perspective of vegetation sustainability and soil water availability, in which woodland and shrubland were selected on a large scale in the arid and semi‐arid regions. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

中国西南水梯田土壤水分特性研究——以哈尼梯田为例

为了研究中国西南水梯田的土壤水分特性,以云南哈尼梯田为例,选取哈尼梯田核心区全福庄小流域内林地、荒草地、旱地和水田4种土地利用类型,分层取0—10,10—20,20—40,40—60,60—80,80—100 cm深度土样测其主要土壤理化指标和土壤水分特征曲线,分析其土壤的持水性和水分有效性.结果表明:(1)哈尼梯田4...     

不同草粮轮作方式对退化苜蓿草地水分恢复的影响

2003－2005年在黄土高原宁南旱区10年生退化苜蓿草地上进行了连续3 a不同作物组合方式的轮作试验,轮作作物为春小麦、马铃薯和谷子,为研究比较不同轮作方式对退化苜蓿土壤水分的恢复状况和作物产量效益,优化出较为合理的草粮轮作模式。试验结果表明,轮作地0～60 cm土层土壤易受降水和地面蒸发影响,60～120 cm土层土壤水分主要被轮作作物利用,而120～200 cm土层土壤水分相对较为稳定,受降水和地面蒸发影响很小,并随轮作年限的增加,基本上表现出不断恢复趋势。通过草粮轮作可以增加苜蓿地120～200 cm土层土壤水分,且显著高于撂荒地和对照苜蓿地,同时可获得一定作物产量。相对于其他轮作方式而言,马铃薯-马铃薯-春小麦（PPW）轮作处理能够充分利用有限的降水资源,对土壤水分具有较好的恢复作用,其作物总产量和水分利用效率均较高,分别为5214.5 kg/hm2和9.38 kg/(hm2·mm-1),与轮作前苜蓿地相比,120～200 cm土层土壤水分净恢复量为24.73 mm。     

延河流域不同植被带土地利用方式的土壤水分分析评价

以延河流域不同植被带上的三个小流域为研究对象,引用土壤湿度综合指数作为土壤水分评价指标,结合不同植被带土地利用分布特征与相应土壤含水量对延河流域土壤水分进行评价分析,为该区域不同植被带水土资源的合理利用提供科学依据。结果表明:三个植被带均处于极干旱状态,土壤湿度森林草原带 > 森林带 > 草原带;其中森林带以林地为主,森林草原带以林地和草地共同起主导作用,草原带以草地为主;不同植被带土壤含水量差异显著,森林带最高,其次为森林草原带,草原带最低;对不同植被带土壤水分的剖面变化分析表明,0—200 cm土层中土壤含水量随着深度增加呈现增长趋势。4种土地利用方式中,耕地的土壤含水量显著高于其他三种土地利用方式,这主要是与耕地坡度较小和修建梯田有关,同时还与农作物的耗水量相对较小有关。林地和草地土壤含水量无显著差异,灌木地土壤含水量最小。     

黄土高原区草粮（油）翻耕轮作的土壤水分及作物产量效应

为了评价苜蓿翻耕后进行不同轮作模式的水分适应性和经济效益,提出黄土高原区生态效益和经济效应较好的草田轮作模式。该文测定了6a生苜蓿草地翻耕后轮作农田和休闲地的土壤水分及作物产量,并进行经济效益分析。结果表明,不同草田轮作模式的土壤水分恢复作用存在差异。苜蓿地轮作第2年收获后,以苜蓿-休闲-休闲模式土壤水分状况最好,0～300cm土层土壤水分已接近连作农田水平,且100～340cm土层土壤水分较耕前出现了恢复现象;而苜蓿-冬小麦-冬小麦模式最差,土壤水分恢复层出现在120～320cm土层;6a生苜蓿地翻耕后经过2a轮作,0～500cm土层土壤水分仍未达到连作农田水平。轮作2a冬油菜平均籽粒产量和平均籽粒水分利用效率较连作冬油菜分别增加了34.9%、44.4%(P<0.05),轮作2a冬小麦平均籽粒产量和平均籽粒水分利用效率较连作冬小麦分别提高了45.0%、42.9%(P<0.05);效益分析表明,轮作2a冬小麦的平均产投比是连作2a冬小麦的近1.5倍,是轮作2a冬油菜的2.5倍,是连作2a冬油菜的3.4倍,6a生苜蓿地翻耕后轮作冬小麦比轮作冬油菜具有更高经济效益。该研究结果为黄土高原苜蓿草地可持续利用,建立稳定的旱地农业生态系统提供了理论依据。