希拉穆仁草原根层土壤水分变化特征

为了探明阴山北麓希拉穆仁草原土壤水分的自然变化规律,采用AZ-DT自动水分监测仪长期定位监测天然草地根层土壤水分,结合降水量观测和植被调查,分析该区域土壤水分的变化特征及其对植被的影响。结果表明,1)降水是坡面土壤水分的主要来源,由于该地区降水稀少,导致坡面土壤水分经常处于体积含水量15%以下的较低水平;坡底土壤水分除降水以外还有径流来源,径流形成地面积水,使坡底土壤水分较高甚至经常处于过饱和状态。2)生长季降水量对坡面植被高度、盖度和生物量影响明显,但对坡底植物生长影响很小。坡底土壤通气不良并且盐碱化,致使植株低矮、细弱,但株丛数较多。3)由于冻融和积雪融化的影响,春季土壤水分较高且波动剧烈,这有利于牧草返青期的水分供应。     

不同结皮破坏对退化梭梭林地土壤水分及梭梭生长的影响

在甘肃民勤对20世纪60年代建植的人工梭梭林进行植被恢复研究试验,结果表明,结皮破坏可以增加林地水分入渗深度,降低地表径流,提高土壤含水率,对退化梭梭有恢复作用。3种改造措施中,土壤水分储存效果以处理Ⅰ和处理Ⅱ较好;结皮的存在易造成坡面径流,而结皮破坏则阻止了坡面径流的产生,并增加了土壤水分入渗;退化梭梭恢复以处理Ⅰ和处理Ⅱ梭梭的枝条成活率最大,达到6.67%,新枝枝数、枝长、基部粗度以处理Ⅰ占优势;新结皮形成方面,处理Ⅰ不易形成新结皮,处理Ⅰ,处理Ⅱ和处理Ⅲ形成的新结皮厚度分别为0.22 cm,0.27 cm和0.38 cm。     

黄土高原坡地退耕恢复草地的土壤水分动态

为了解黄土高原水蚀风蚀区坡地退耕还草后的土壤水分消耗与补充过程,利用2003年开始的野外坡面径流小区定位观测土壤剖面水分,分析坡地退耕还草多年后的土壤水分动态变化及丰水年的恢复状况。结果表明:坡地退耕还草后,土壤水分含量降低,多年以后,苜蓿地显著低于坡耕地,含水量已接近或者达到萎蔫含水量。撂荒草地土壤水分含量稍低于坡耕地,尽管坡耕地有较多的径流,但是土壤水分含量保持在较高水平。2010年初3个处理土壤剖面平均含水量分别为7.4%,12.6%,12.5%,丰水年降水可以不同程度的补充土壤剖面水分,补充深度较一般年份深110 cm左右,苜蓿地、撂荒地、坡耕地土壤水分分别恢复到10.0%,14.5%,15.5%,分别增加了35.1%,15.1%,24.0%。因此,坡耕地退耕种植紫花苜蓿(Medicago sativa)导致土壤水分含量显著降低,只有在丰水年土壤水分含量才有较明显的恢复。     

陕北水蚀风蚀交错区苜蓿地土壤水分过耗与恢复

采用野外定位观测法研究水蚀风蚀交错区苜蓿(Medicago sativa)草地土壤水分在天然降水作用下的恢复过程。结果显示:苜蓿地翻耕后,在降水作用下土壤水分有明显的恢复过程,第一年,150cm以上土壤水分得到一定恢复,第二年深度达到300cm,但上层土壤含水量并未增加;该地块植被大量消耗土壤储水导致土壤干燥化,高耗水植被消除后,土壤含水量逐渐增加。     

高寒半湿润沙地土壤水分与根系生物量对植被恢复的响应

为明确寒冷半湿润区沙漠化土地土壤水分和植物根系生物量对植被恢复的响应过程,在沙漠化土地种植老芒麦(Elymus sibiricus L.),探究生态恢复过程中土壤表层(0～15cm)、中层(15～30cm)、深层(30～45cm)的土壤含水量、最大持水量、总根系生物量、老芒麦根系生物量、其他植物根系生物量在不同恢复年限的变化特征。结果表明：植被恢复通过增加土壤最大持水量促进土壤水分增加,土壤最大持水量在恢复3年后达到30.16%,土壤含水量在恢复3年后增加到10.59%;植被恢复促进土壤根系生物量增加,恢复3年后植物总根系生物量增加到6103.21g/m³,但人工种植的老芒麦根系生物量比例逐渐下降,其他植物根系生物量比例逐渐增加,本土植物生物量逐渐恢复。综上,在高寒半湿润沙漠化土地通过改善土壤水分环境,增加植物生物量和多样性,可以有效地促进生态恢复过程。     

黄土高原坡耕地植物篱—作物间作系统水分利用特征研究

利用陇中黄土高原典型雨养农业区坡耕地布设田间试验,设置5个处理:裸坡休闲(F)、小麦单作(W)、小麦/甘草(W/L)、小麦/菘蓝(W/I)和小麦/苜蓿(W/A)。通过探讨植物篱-作物间作系统的小麦产量表现及其土壤水分利用特性,明确不同植物篱-作物复合系统土壤耗水特征及影响机制,以期为黄土高原坡耕地适宜植物篱的筛选提供理论依据。结果表明:小麦生育期和休闲期0~200 cm土壤剖面含水量较低,基本接近作物有效水分下限(crop lower limit,CLL)。植物篱-作物间作能够起到积蓄降水的作用,但主要体现在耕层0~30 cm土壤,且以小麦/苜蓿处理效果最佳。不同处理棵间蒸发量和蒸发占总耗水量的比重有一定的差异,其中小麦/甘草处理耗水量最高(250.98 mm),裸坡休闲总蒸发量较大(197.30 mm)。裸坡处理棵间蒸发占耗水量的比例高达80%以上,主要表现为土壤蒸发,而小麦/甘草主要表现为作物蒸腾,说明植物篱-作物复合系统可一定程度有效降低棵间蒸发量和蒸发占总耗水量的比重,增加作物蒸腾量。不同间作系统小麦耗水量与单作耗水量并无差异,但其产量提高了60.00%~83.55%,进而明显提高了小麦水分利用效率。     

石羊河下游人工梭梭水分利用策略季节变化

作为石羊河下游主要固沙造林树种,人工梭梭(Haloxylon ammodendron)抗逆性和生态适应性强,构成了风沙灾害防治的第一道防线.本研究基于原位观测与稳定同位素示踪的方法,研究了人工梭梭水分来源的季节性变化,以期为民勤绿洲边缘退化防护体系的修复提供理论依据.结果表明:在生长季,人工梭梭根际垂直0?200 cm土层平均土壤水分含量为0.87％,120 cm深度处土壤水分偏高;水分季节变化表现为5月(1.22％)>4月(1.05％)>6月(0.83％)>7月(0.80％)>10月(0.67％)>8月(0.65％).不同季节人工梭梭0-60 cm表层根际土壤水δ18O富集效应明显,变化剧烈,60?200 cm土层δ18O逐渐减小且相对稳定.IsoSource模型表明,人工梭梭春季对120?200 cm深层土壤水分利用比例为45.15％,60?120 cm中层土壤水分的利用比例为20.6％,20?60 cm浅层土壤水分的利用比例为20.1％;夏季对0?20 cm表层、60?120 cm中层、120?200 cm深层土壤水分的利用比例分别为32.5％、24.75％、22.1％;秋季主要对0?20 cm表层、120?200 cm深层土壤水分利用较多,利用比例分别为44.4％和48.75％.不同深度土壤水分是人工梭梭重要的季节水分来源,建议在日常抚育管理中可采取人工辅助降水入渗的方法来维持林地土壤水分平衡.     

高寒草地干湿生态系统土壤水分及入渗对降水的响应

为厘清高寒草地土壤水分动态对降水的响应,利用2015-2017年的降水和不同土层(5、10、20、30和40 cm)土壤水分连续观测数据,分析了高寒草原和沼泽草甸生长季土壤水分变化及入渗对降水事件的响应.结果表明:相比于草原,生长季沼泽草甸降水频次较高,小降水事件占比较大.草原和沼泽草甸土壤水分对降水事件的响应存在较大差异,小降水事件(≤5 mm)仅增加了草原5 cm土层土壤含水量,而对沼泽草甸0～40 cm土壤剖面各层土壤含水量均起到微弱的补充;草原5～10 mm的降水事件明显增加了10 cm土层土壤含水量,而>10 mm的降水事件才可明显补充10 cm以下土层土壤含水量;在沼泽草甸>5 mm的降水事件对40 cm土层土壤含水量的增加较上层(0～30 cm)明显.土壤水分增量不仅受降水事件大小和强度的显著影响(P<0.001),同时受降水前表层(0～10 cm)土壤含水量和降水期间气温的显著影响(P<0.05).相比草原,沼泽草甸土壤中湿润锋运移较快;小降水事件发生时,沼泽草甸0～40 cm土壤剖面蓄水量增加较多;大降水事件发生时,沼泽草甸0～40 cm土壤剖面蓄水量增加较少.结果表明,草原大降水事件(>10 mm)占比较大的特征对于土壤剖面蓄水具有重要作用,沼泽草甸高频次降水和雨水渗透更快更深的特征,有利于土壤更频繁获取和有效地保持水分资源.该研究结果可为理解高寒草地区域尺度上复合生态系统土壤水分维持对降水格局的响应提供理论基础.     

植被类型和降雨量对沟谷地土壤水分和温度空间分布的影响

土壤水分和温度作为反映土壤环境的重要指标,对土壤中各种生物化学过程具有着重要的影响。本文通过对不同植被恢复模式和降雨量梯度沟谷地土壤水分和温度0~500cm剖面分布的研究,结果表明:不同植被恢复模式间沟谷地的土壤水分和温度存在着显著差异(P0.01),土壤水分含量表现为草地沟灌木沟乔木沟,土壤温度表现为乔木沟草本沟灌木沟;这表明不同生活型植物的生物学特性可以对植物群落土壤的水分和温度产生分异影响。不同降雨梯度地区间沟谷地的土壤水分和温度也存在显著差异(P0.01),土壤水分含量与降雨量呈正相关,土壤水量表现为西河口沿河湾镰刀湾;土壤温度表现为镰刀湾西河口沿河湾;这表明降雨量差异可以对沟谷地的土壤水分和温度产生显著影响。因此,在沟谷地植被恢复过程中,需要综合考虑地区降雨条件和植被类型的配置,这将有助于促进该地区生态环境的改善与提升。     

地面不同垄沟形式对土壤水分的影响

针对半干旱地区沟垄集雨种植马铃薯沟中水分富集叠加的可行性,将膜垄、土垄与平作的土壤水分进行比较,同时采用圭尔夫入渗仪测定了土壤水分入渗速率。用沟垄集雨种植技术,垄作为集水区,沟作为种植区,采用3种沟垄比和2种下垫面材料为处理,平作为对照,研究不同垄沟表面处理对土壤水分分布及入渗的影响,结果表明:在集雨各时期,膜垄处理之间或土垄处理之间土壤水分相差不显著。集雨前期,由于土垄结皮厚度相对较薄,土垄与平作之间的土壤水分差异不明显;集雨中期,随着土垄结皮增厚,产生径流和减少蒸发,土垄沟中土壤含水量显著大于平作;在集雨后期,随降水减少和作物耗水增大,土垄沟中土壤水分与平作差异不显著。土壤贮水量差异层出现在土壤表层0～40cm,在有差异的土层,表现为膜垄的土壤贮水量高于土垄,土垄的土壤贮水量高于平作,8月13日测定,0～40cm土壤深度,MR60比ER60、MR45比ER45、MR30比ER30分别多贮水26.61、29.91、19.07mm;MR60、MR45、MR30、ER60、ER45、ER30比平作分别多贮水39.85、52.02、35.20、14.24、22.11、16.13mm。当入渗水头相同时,膜垄沟中土壤水分稳定入渗率大于土垄和平作,土垄与平作之间的差异不明显。     

荒漠绿洲过渡带白刺灌丛沙堆土壤水分空间分布及入渗特征

本研究选取民勤荒漠绿洲过渡带白刺灌丛沙堆3个演化阶段:雏形阶段(流动白刺沙堆)、沙堆形成阶段(发育20年,半固定白刺沙堆)和结皮与土壤形成阶段(发育40年,固定白刺沙堆)为研究对象,采用空间代替时间的方法,研究不同类型沙堆土壤物理属性对水分空间分布及入渗的影响,探索白刺灌丛沙堆土壤水分运行规律,为绿洲荒漠过渡带防护林体系优化配置、绿洲生态安全管理奠定理论基础。结果表明,1)土壤紧实度和结皮厚度:固定白刺沙堆>半固定白刺沙堆>流动白刺沙堆。2)表层土壤密度流动、半固定、固定白刺沙堆分别为2.32,2.30,1.95 g/cm³;最大持水量、毛管持水量、田间持水量和总孔隙度大小为:固定白刺沙堆>半固定白刺沙堆>流动白刺沙堆,而深层土壤各因子变化不稳定。3)在干旱季节,固定、半固定和流动白刺沙堆分别以0,70,150 cm土层含水量最小,50,130,110 cm土层含水量最大;在多雨季节,表层土壤含水量波动幅度较大,深层土壤含水量基本保持不变。4)不同演化阶段沙堆降雨量与累计入渗量之间存在显著的正相关性(P<0.01)。其中固定、半固定白刺沙堆随降雨事件的发生立即开始入渗,流动白刺沙堆当降雨量达到临界降雨量后才开始入渗。在降雨量相同情况下,当降雨量大于0.12 mm时,累积入渗量依次为:固定白刺沙堆>半固定白刺沙堆>流动白刺沙堆。     

黄土丘陵沟壑区不同植被类型次降雨产流产沙特征

在甘肃省定西市安家沟小流域以径流小区为研究对象,利用径流场在自然降雨条件下监测所得径流泥沙资料,对不同植被类型的次降雨入渗、产流产沙特征进行了对比研究。结果表明：不同植被类型土壤入渗率均随着雨强的增大线性增大,入渗速率与降雨历时呈幂函数关系。油松林的径流系数（15.97%~19.88%）最大,小麦地（10.91%~17.32%）和沙棘林（9.51%~17.47%）次之,冰草地（4.62%~8.30%）和苜蓿地（6.82%~10.66%）的径流系数最小。径流系数（1%~28%）与降雨量之间符合幂函数关系（P<0.05）。径流含沙量平均值排序依次为小麦地（16.49~22.71 g·L^-1）>苜蓿地（12.66~16.91 g·L^-1）>沙棘林（7.04~11.8 g·L^-1）>油松林（6.95~7.78 g·L^-1）>冰草地（5.53~7.71 g·L^-1）。径流含沙量和土壤侵蚀率均与降雨侵蚀力呈正相关关系（P<0.01）,可分别采用线性函数和二次函数进行定量描述。研究成果可为黄土丘陵沟壑区水土保持优化配置提供参考。     

宁夏东部荒漠草原向灌丛地人为转变过程土壤粒径分形特征

以宁夏东部荒漠草原-人工灌丛地典型镶嵌区域为研究对象,根据生态界面理论,选取荒漠草地、草地边缘、灌丛边缘、灌丛地为主要转变样地,利用野外采样室内分析的方法,研究荒漠草原向灌丛地人为转变过程土壤性状、土壤粒径分形维数变化特征及其相互关系.结果表明,转变过程各样地土壤颗粒体积百分含量均表现为砂粒>粉粒>黏粒,且砂粒比例随着...     

黄土高原侵蚀区生物结皮的人工培育及其水土保持效应

探讨生物结皮的人工培育技术,并对其发育初期的水保功能进行评价。结果表明:撒播粉碎后的自然生物结皮,培育1个雨季即可形成盖度高达30%-60%的人工生物结皮,其主成分不变;人工生物结皮具有较好的水保效应,其中室内培育的生物结皮在坡度5°、雨强46.8mm°h^-1、历时1h的模拟降雨条件下可减少49%-64%的径流,消除土壤侵蚀;同条件下野外培育的生物结皮在无植被时对径流影响不明显,但全年可减少26%的土壤侵蚀,有柠条植被时全年可减少11%的径流和39%的土壤侵蚀;在黄土高原侵蚀区以人工生物结皮进行大规模的水保治理成本较低,切实可行。     

黄土高原丘陵沟壑区轮作休耕模式下5种土地利用方式土壤剖面水分分布特征

为探究黄土高原丘陵沟壑区轮作休耕制度土壤剖面水分分布特征,选取覆膜玉米地(YMD)、休耕2年地(XGA)、休耕4年地(XGB)、荒草地(HCD)、紫花苜蓿地(MXD) 5种土地利用方式,对土壤剖面0~200 cm土层土壤水分进行测定分析。结果表明:1)除HCD与MXD土壤含水量在0~20 cm土层之间差异不显著(P>0.05),YMD、XGA、XGB、HCD、MXD各土层土壤含水量均存在显著差异(P<0.05),其中,YMD土壤含水量(0~200 cm土层平均值为20.28%)最高,分别是XGA的1.38倍、XGB的1.40倍、HCD的1.94倍、MXD的2.91倍。2)YMD土壤水分随土层深度增加呈“双峰型”变化,HCD和MXD呈先减少后基本稳定的变化趋势,XGA、XGB呈先增大后减少再基本稳定的变化趋势。3)XGA和MXD各土层土壤水分变异程度均为中等变异,HCD各土层土壤水分变异程度为弱变异;YMD除了80~100 cm和180~200 cm土层为弱变异,其余各土层均为中等变异;XGB 在0~180 cm土层土壤水分变异程度为中等变异,180~200 cm土层土壤水分变异程度为强变异;土壤剖面(0~200 cm)水分变异系数(平均值)排序为:XGB(40.75)>XGA(38.02)>MXD(30.91)>YMD(27.06)>HCD(4.12)。4)YMD、XGA、XGB、MXD土壤水分利用土层均为0~40 cm土层,而HCD为0~20 cm土层;YMD和MXD土壤水分利用层和调节层完全相同,分别为40~120 cm和120~200 cm土层;XGA、XGB、HCD土壤水分利用层和调节层分别为40~160 cm、40~180 cm、20~40 cm和160~200 cm、180~200 cm、40~200 cm土层。轮作休耕模式对土壤剖面水分差异性、空间分布、变异性和层次划分产生重要影响,覆膜玉米地土壤水分条件最好,研究结论可为黄土高原丘陵沟壑区土地利用方式优化配置和轮作休耕模式结构调整提供理论依据。     

三江源区土壤侵蚀变化及驱动因素分析

采用修正通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation, RUSLE)对三江源区1997-2012年的土壤侵蚀模数和土壤侵蚀量进行定量模拟,并对其生态工程实施前、后时空变化特征进行对比分析,采用空间叠加法分析降雨侵蚀力及植被覆盖度对土壤侵蚀状况的影响,利用模型参数控制法对气候变化和生态工程对土壤侵蚀变化的贡献率进行分析。结果表明:1)生态工程实施后,三江源区土壤侵蚀增加的趋势尚未得到遏制,多年平均年土壤侵蚀模数和侵蚀量较工程实施前增加6.5%,但局部地区土壤侵蚀状况有所好转,约占总面积的45%;2)长江流域在工程实施后的土壤侵蚀量与工程实施前基本持衡;黄河流域土壤侵蚀量增加明显,增幅超过45%;澜沧江流域土壤侵蚀量有所下降,降幅为9.8%;3)降水增强导致土壤侵蚀加剧的贡献率达到180%,植被恢复对土壤侵蚀变化的贡献率为-80%。全面遏制三江源区土壤侵蚀增加趋势,仍需持续努力。