丘间地固沙林土壤水分动态变化特征

水分是影响固沙植被生长发育最重要的限制因素,同时也是沙漠环境中最容易受到影响的生态因子,定位观测研究流动沙地建立固沙植被后的土壤水分变化具有重要的现实意义。采用Watch Dog土壤水分自动监测系统,于2014年6月17日—10月31日定位定时记录了樟子松人工林、杨树人工林和榆树天然林土壤体积含水量数值,结果表明:相同降雨量条件下,不同固沙植被土壤重力水的入渗深度存在明显差异。降雨量20 mm左右时,榆树天然林地降雨入渗深度大于20 cm土层,杨树和樟子松林地大于40 cm土层;降雨量12 mm左右时,杨树林地降雨入渗深度达到40 cm土层,榆树林小于20 cm土层,樟子松小于40 cm土层。相同降水量条件下,不同固沙林降雨入渗到相同土层深度所经历的时间不同。在降雨量21.1 mm事件中,榆树天然林入渗到20和40 cm土层所经历的时间分别为降雨开始后4和9 h,樟子松林分别为5和9 h。     

不同降雨量及雨强条件下兰州南山人工侧柏林土壤水分入渗规律

[目的]降雨是干旱半干旱地区土壤水分的主要来源,将野外观测和模型模拟相结合研究降雨入渗规律,可以更系统地掌握土壤水分亏缺状况。[方法]通过定点观测,应用Hydrus-1d模型对兰州南山人工侧柏林土壤水分动态变化进行模拟,评估模型在干旱区的适用性,分析不同降雨条件下土壤水分响应状况和入渗机制。[结果] Hydrus-1d模型在兰州南山人工侧柏林有较好的适用性,且深层模拟效果更优。降雨量<30 mm时,10 cm处土壤含水量对降雨响应最为强烈,30,50 cm处受降雨影响相对较小且有明显的滞后,70 cm以下没有响应;降雨量>8.2 mm时存在湿润峰。模拟期内,最大入渗深度为70 cm,最大入渗量为23.7 mm,入渗深度随时间增加而入渗量和入渗速率却随时间延长而减小。降雨量与入渗量、入渗深度和入渗速率呈显著正相关(p<0.05)。降雨量<20 mm时,降雨强度对入渗量、入渗深度和入渗速率存在显著影响。[结论]使用Hydrus-1d模型可以较好地模拟兰州南山人工侧柏林土壤水分动态变化并计算入渗量、入渗速率和入渗深度,且分析发现降雨量对该地土壤水入渗过程的影响更显著。     

深层干化黄土自然降雨入渗特征试验研究

为探讨自然降雨在黄土区干化土壤中的入渗性能,研究干化黄土的降雨入渗机制,在陕北米脂试验站,建立野外10 m大型土柱模拟枣林地深层干化土壤,利用CS650-CR1000土壤水分自动监测系统对2014-2019年的土壤水分状况进行了连续定位监测。结果表明:(1)日降雨量为33.6,35.6 mm的大雨(降雨强度分别为3.73,2.97 mm/h,降雨历时9.0,12.0 h)状况下,最大入渗深度为140,100 cm,累积入渗量达20.05,16.10 mm;日降雨量为19.0,16.8 mm的中雨(降雨强度分别为2.24,1.53 mm/h,降雨历时8.5,11.0 h)状况下,最大入渗深度为90,60 cm,累积入渗量达8.12,9.77 mm;日降雨量为9.6,8.8 mm的小雨(降雨强度分别为1.48,0.76 mm/h,降雨历时6.5,11.5 h)状况下,最大入渗深度为30,20 cm,累积入渗量仅为1.05,0.23 mm。(2)降雨入渗的湿润锋运移深度(Z_i)随时间(T)呈幂函数Z_i=aT^b增加。(3)雨水的入渗历时包括降雨历时、自降雨停止至入渗结束两个时段。6次降雨(33.6,35.6,19.0,16.8,9.6,8.8 mm)在降雨停止后时段内的入渗深度分别为100,60,70,40,30,20 cm,入渗量依次为9.86,10.78,2.09,8.42,1.05,0.23 mm。在总入渗历时内,6次降雨入渗补给系数分别为0.60,0.45,0.43,0.58,0.11,0.03。黄土区降雨入渗深度受降雨量、降雨强度、入渗历时影响较大,提高单次降雨的雨量有助于提升雨水入渗补给系数,促进干化土壤得到有效水分修复。     

降雨对柠条锦鸡儿固沙林土壤水分动态变化特征的影响

为探讨半干旱区柠条锦鸡儿林沙丘土壤水分对降雨的响应,采用WatchDog土壤水分传感器、HOBO U30小型自动气象站同步监测毛乌素沙地人工柠条锦鸡儿林0—110 cm层土壤含水量与2019年降水量,分析了沙丘土壤含水量动态变化与降雨入渗特征。结果表明:2019年5月1日—9月15日期间,柠条锦鸡儿林沙丘不同土层水分含量变化受降雨量、累计降雨以及降雨入渗效应等综合因素的影响。其中0—50 cm层土壤含水量对降雨的响应较敏感,累计降雨46 mm可对110 cm层土壤水分进行补给;降雨量5 mm时,湿润深度5 cm,降雨量10 mm左右时,湿润深度30 cm,降雨量20 mm左右时湿润深度30—50 cm,降雨量30 mm时,湿润深度50 cm,降雨量50 mm时湿润深度可达110 cm土层,说明降雨对柠条锦鸡儿林沙丘水分状况有补给作用,但是对90 cm以下土层水分状况的补给能力有限;当降雨量基本相等时,降雨强度与土壤初始含水量对入渗深度及进程有明显影响,即降雨强度越大,土壤初始含水量越高,降雨入渗深度越深,入渗历时越短。     

降雨入渗对黄土斜坡土体含水率时空分布特性的影响

为了对降雨入渗引起黄土斜坡土体含水率的变化有较深入的了解,在陕西省延安市宝塔山选取了一个典型的黄土自然斜坡进行土体含水率和降雨联合监测。监测结果表明,斜坡土体中的含水率对降雨入渗的响应具有时间上的滞后性与空间上的差异性。当日降雨量达到10mm或10d累计降雨量达到70mm时,降雨入渗对土体含水率的影响深度小于1.0m;当日降雨量达到50mm或10d累计降雨量达到140mm时,降雨入渗对土体含水率的影响深度小于2.0m。同时,当小时降雨量达到10.4mm时,降雨入渗至0.2m的入渗速率为0.04m/h,由0.2m入渗至1.0m的入渗速率为0.033m/h,降雨入渗速率随着土层深度的增加而减小。     

内蒙古自治区达茂旗荒漠草原土壤水分对降水的响应

[目的]研究不同降水模式土壤水分响应机制,为防治荒漠草原植被退化及土地荒漠化提供理论基础。[方法]以内蒙古自治区达茂旗为例,基于自动土壤水分观测站2016—2018年逐时土壤水分、降水量资料,利用统计学等方法,研究荒漠草原降水对土壤水分的影响。[结果]对于5.1～10.0,10.1～25.0 mm和大于25 mm降水事件,土壤水分响应深度分别为10,20 cm和50 cm,响应天数分别为6,7～9 d和10 d。5.1～15.0 mm和20.1～25.0 mm的降水,降水强度越大,土壤水分入渗深度越大;15.1～20.0 mm的降水,降水强度越大,土壤水分入渗深度越小。5.1～15.0,15.1～20.0,20.1～25.0 mm降水事件,0—10 cm土壤水分在降水强度较小时,土壤水分均在1 h后显著响应;在降水强度较大时,土壤水分分别在5,8 h及8 h后显著响应。[结论]土壤水分对降水响应主要依赖于降水模式,包括降水量、降水强度、降水时间等。5.1～15.0 mm和20.1～25.0 mm降水量时,降水强度对土壤水分入渗深度具有正反馈作用,对入渗速率具有负反馈作用;15.1～20.0 mm降水量时,降水强度对土壤水分入渗深度和速率均具有负反馈作用。     

黄土丘陵区柠条人工林土壤水分动态变化特征及降雨特征对其影响

明确黄土丘陵区降雨对土壤水分影响，对准确评估降雨格局变化对生态系统结构和功能的影响具有重要意义。以陕北黄土丘陵区退耕地栽植后自然撂荒23年的柠条人工纯林为研究对象，通过土壤湿度传感器监测不同土层土壤体积含水量，探讨不同土层土壤水分补充增量对降雨特征(降雨量、降雨历时和降雨强度)的响应。结果表明：(1)土壤水分消耗和补充主要集中于0-500 cm土层，其月变化在垂直剖面呈“双峰”(4—5月)、“单峰”(6月)和“双峰”(7—10月),随土层深度增加变化率减弱；(2)当降雨量>4 mm时表层土壤水分得到有效补充，当其超过142.8 mm时补充深度可到达200 cm土层，其中长历时强降雨较短历时强降雨对土壤水分补充增量小，但其补充深度较深，达到峰值时间长，但小降雨长历时则土壤水分补充增量较小；(3)降雨特征对土壤水分影响随土层深度增加而减弱，其中降雨量和降雨历时对土壤水分影响主要在0—50 cm土层，而降雨强度对其影响主要在0—30 cm土层。降雨量(降雨历时)和土壤水分补充增量对数拟合最优，而降雨强度与其则表现为幂函数拟合最优，其可分别解释土壤水分补充增量的39%～76%(降雨量)、...     

不同降雨等级下杉木林土壤含水率和侧向流变化特征

为了探究不同降雨等级对林下不同深度土壤含水率和侧向流变化的影响,探究南京城郊杉木林各层土壤含水率、侧向流变化对降雨事件的响应,分析土壤含水率变化量与累计降雨量和侧向流的关系,初步探讨杉木林的水源涵养机制。选取南京市铜山林场46年生杉木林,在大、中、小3种降雨等级下,采用ECH₂O土壤水分监测系统对土壤剖面0—5,5—15,15—30,30—60 cm的土壤水分含量进行了实时连续监测。结果表明:（1）0—5,5—15 cm土层土壤含水率变化曲线和降雨量变化曲线具有同步性,15—30,30—60 cm土层含水率达到峰值时间滞后1～1.5 h;（2）小雨条件下,只有0—5,5—15 cm土层变化趋势较明显,侧向流主要发生在5—15 cm土层;（3）中雨条件下,雨强在8 mm/h和15.2 mm/h时,土层含水率出现2次明显的响应,侧向流主要发生在15—30 cm土层;（4）大雨条件下,累计降雨量22.8 mm时,5—15,15—30,30—60 cm土层出现峰值,侧向流主要发生在30—60 cm土层;（5）小雨、中雨、大雨过程中产生的最大侧向流分别为1.55,13.88,94.77 mm,随着降雨量的增加,侧向流有增加的趋势。土壤水分入渗为非饱和入渗,随着土层深度的增加,含水率峰值逐渐增大,侧向流增加较明显。土壤含水率变化和降雨量有较好的线性关系且相关性较强,随着降雨量的增加,土壤含水率和降雨量的相关性越来越差。土壤含水率变化量与累计降雨量和侧向流三者间互有显著相关性,最大侧向流与累计降雨量呈指数关系,y=0.7614e^0.2238x。     

乌兰布和沙漠白刺灌丛沙堆丘间地黏土层土壤水分时空格局及其对降雨变化的响应

[目的] 探讨乌兰布和沙漠白刺灌丛沙堆丘间地黏土层土壤水分时空格局及其对降雨变化的响应，为准确评估丘间地在白刺灌丛沙堆土壤水分循环和保持土壤水分稳定性的作用提供科学依据和数据支撑。 [方法] 采用EM50土壤水分自动测量系统对丘间地黏土层土壤水分进行长期原位监测，分析不同降雨条件下丘间地土壤水分空间格局和时间动态，定量描述降雨量、雨前土壤水分含量与丘间地黏土层土壤水分入渗和保持时间的关系。 [结果] ①从丘间地黏土层土壤水分空间变异特征来看，0-25 cm土层土壤水分的变异程度均为中度变异，其中表层(0-15 cm)变异性较大，下层(15 cm以下)变异性较小。 ②降雨量的大小决定了降雨后丘间地土壤水分入渗深度和保持时间，降雨量平均每增加1 mm，丘间地黏土层土壤水分下渗深度增加0.57 cm，土壤水分保持时间增加1.05 d。雨前土壤水分含量过高抑制丘间地黏土层土壤水分的继续下渗，但对降雨后丘间地黏土层土壤水分保持时间有显著的正效应，表现为雨前土壤水分含量每增加1%，单位降雨量的下渗深度下降0.02 cm，而丘间地黏土层土壤水分保持时间增加9.85 d。 ③大雨事件(＞20 mm)对丘间地黏土层土壤水分具有明显的补给作用，降雨后土壤水分降低较为缓慢。 [结论] 丘间地黏土层能够抑制土壤水分蒸发，具有较好的蓄水保水效应。     

苏南丘陵区毛竹林坡面土壤水分对降雨的响应

[目的]研究苏南丘陵区毛竹林涵养水源机制,降低由于毛竹集约经营而导致水土流失的影响。[方法]选取南京市铜山林场的毛竹林,采用ECH2O土壤含水率检测系统于2012年6月5号至2013年8月28号以每0.5h监测1次的频率在坡面土壤深度为10,15,40,60cm的4个深度层次进行土壤水分定位监测,分析了不同降雨强度条件下苏南丘陵区毛竹林地各土壤层次水分变异过程,得到各土壤层次体积含水率变化过程对降雨强度的响应曲线,并提出侧向流以及分析其对不同雨强的响应特征。[结果]10,15cm层次土壤含水率变化趋势与降雨量变化趋势具有一致性,40,60cm层次土壤含水率的峰值相对延迟0.5~1.5h;小雨条件下,土壤含水率的变化幅度自表层到40cm土层呈现逐渐减小的趋势,中雨和大雨条件下,15—60cm层次土壤含水率的变化幅度表现出随深度增加而增大的趋势,大雨条件下此趋势更加明显;小雨、中雨和大雨条件下最大侧向流分别为10.17,60.26和95.92mm。[结论]随着深度的增加,土壤含水率与降雨量的同步性呈现下降趋势;不同雨强条件下各层土壤含水率的变化幅度存在明显差异;降雨入渗表现为非饱和入渗,每场降雨垂直面上都有不同程度的侧向流存在,主要集中在40—60cm层次,其主要受土壤结构和降雨强度的影响。     

上舍流域两种林地土壤结构与抗蚀性

[目的]为了解土壤侵蚀的机理,探究土壤抗蚀性与土地利用类型、土壤结构的关系。[方法]以安徽省岳西县毛尖山乡上舍村典型小流域马尾松林(Pinus massoniana Lamb)和桑树林(Morus alba L)为研究对象,在0—40cm土壤深度范围内,按照10cm间隔分层取样,室内测定土壤孔径、比表面积、崩解指数、不同径别(0.5,0.5~1.0,1.0~2.0和2.0~2.5mm)根系长度特征。[结果]土壤抗蚀性强弱表现为马尾松林大于桑树林。表层0—10cm范围内,桑树林地土壤根系小于马尾松土壤根系,土壤的抗蚀性随着土层深度的增加而减小;桑树林和马尾松林土壤根系主要分布在0—30cm层次内,而且1mm的根系长度由表层向深层递减,土壤平均孔径随着深度的增加而减小,而比表面积随着深度的增加而增大;在0—40cm深度马尾松各层次孔径分布呈分层现象,而桑树林各层次土壤孔径分布差异不大。土壤孔隙度和土壤孔径越大,土壤抗蚀性越强,而土壤颗粒比表面积越大土壤抗蚀性越小;通过SPSS分析得到桑树林地土壤抗蚀性与土壤根系质量在0.01水平上显著相关,马尾松土壤平均孔径与土壤根系质量在0.05水平上显著相关。[结论]降雨时,由于马尾松林地地表覆盖均匀,坡面产生壤中流下渗,土壤20cm以下分化明显,不易透水,导致下坡壤中流蓄满流出地表带出土壤颗粒。而桑树林地原为耕地无地表覆盖,人为翻种活动频繁,导致土壤层次性质相似,表层土壤颗粒流失严重。     

黄土丘陵区降雨后鱼鳞坑土壤水分动态模拟研究

为了明确鱼鳞坑措施下降雨后土壤水分再分布过程及范围的变化,以汇流面积2 m²,径流系数0.3为试验条件,选取规格为60 cm×40 cm×10 cm(长×宽×深)的鱼鳞坑,通过灌水试验研究了降雨强度分别为60,30 mm/h、历时1 h后连续7 d的土壤水分动态。结果表明:(1)降雨强度60,30 mm/h时灌水后第1天水分入渗深度为60,50 cm,第2天达到最大值,分别为80,60 cm,水分最大入渗深度随降雨强度增加而增大;灌水后第1天水分水平入渗距离达到最大值40 cm,水分水平入渗距离随土层深度增加而降低。(2)灌水后7 d内,降雨强度60 mm/h时水分主要储存在深度10—80 cm距离鱼鳞坑中心0—40 cm的区域内;降雨强度30 mm/h时,水分主要储存在深度10—50 cm距离鱼鳞坑中心0—40 cm的区域内。(3)深度10—30 cm处土壤水分在灌水后第1天达到最大值,30—50 cm处土壤水分在灌水后第3天达到最大值;距离鱼鳞坑中心0—20 cm处土壤水分在灌水后第1天达到最大值,距离20—40 cm处在灌水后2～3 d水分达到最大值;达到最...     

基于HYDRUS-1D的城市草地土壤水分模拟——以扬州市人工草地为例

[目的] 研究城市化背景下草地土壤水分运动规律,为提升海绵城市建设水平提供科学依据和技术支撑。[方法] 以江苏省扬州大学扬子津校区农水与水文生态试验场的人工草地为研究区,利用实测降雨和同期土壤含水量数据对不同降雨事件下的雨水入渗深度进行分析。通过HYDRUS-1D模型对研究区土壤含水量变化过程进行模拟。[结果] 在小雨（<10 mm）和中雨（10~25 mm）事件中,研究区草地的雨水入渗深度分别小于15 cm和30 cm;在大雨（25~50 mm）到暴雨（>50 mm）事件中,雨水入渗深度通常超过30 cm,或可达60 cm以上;土壤含水量模拟值与实测值的均方根误差范围为0.012～0.034 cm³/cm³。[结论] 不同等级降雨事件下的草地雨水入渗深度存在明显差异,入渗深度总体上随着降雨量的增加而增加;HYDRUS-1D模型能够准确模拟不同等级降雨事件下的城市人工草地区雨水入渗深度。     

干旱半干旱区退化草地土壤水分变化及其对降雨时间格局的响应

降雨是干旱半干旱地区的主要水分来源,降雨量、降雨时长和降雨强度等共同影响降雨入渗,进而影响降雨对地表下不同土层的补充。研究干旱半干旱区退化草地生态系统不同土层土壤水分对不同量级降雨时间格局的动态响应变化,对于揭示水土关键要素、草地荒漠化防止及应对气候变化的影响均具有重要意义,基于2018年连续对锡林郭勒盟正镶白旗额里图牧场的降雨及地表下5,15,30,60,100 cm的土壤体积含水率数据的观测,探讨了各土层土壤水分变化及其对降雨事件大小的响应。结果表明:对于干旱半干旱区草地而言,降雨可以显著影响5-60 cm的土层土壤水分;随着土层加深,相同降雨过程引起的土壤水分增量呈降低趋势,0-10,10-20 cm土层土壤水分增量明显,小于3,6,20,50 mm的降雨不能到达地表以下5,15,30,60 cm土层;高降雨强度、降雨前较高的土壤含水率有利于雨水的下渗,5-60 cm土层的土壤水分增量与降雨强度、土壤初始含水率以及二者交互作用均呈显著或极显著线性关系,100 cm土层的土壤水分增量与降雨强度、土壤初始含水率以及二者交互作用均无显著线性关系,且30,60 cm土层土壤水分增量只在无雨日间隔极短且降雨量很大的情况下有明显波动。     

深松耕作和秸秆还田对农田土壤物理特性的影响

[目的]为了增加中国干旱半干旱地区农田土壤蓄水保墒能力。[方法]采用野外试验和室内分析相结合的方法研究了深松和深松结合秸秆还田耕作技术对晋中北部地区两种主要类型土壤物理特性的影响。[结果]深松可以打破土壤犁底层,显著降低黏土和壤土10—30cm土层范围内的土壤容重;调节土壤孔隙度,增加了黏土10—30cm土层范围内的土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度,同时增加壤土10—30cm土层土壤总孔隙度、毛管孔隙度和20—30cm土层土壤非毛管孔隙度;改善黏土和壤土20—30cm土层土壤固、液、气3相状况;深松结合连年秸秆还田进一步优化了壤土耕层环境,同时显著降低了玉米拔节期土壤地表结皮的厚度和紧实度。[结论]深松结合连年秸秆还田和深松耕作技术可以缓解土壤板结状况,增加降雨入渗。