六盘山半干旱区华北落叶松林土壤水分对降雨的响应

研究土壤水分对不同量级降雨的响应,探讨森林生态系统的土壤水分形成与消耗规律,可为我国干旱半干旱地区基于土壤水分承载力的森林植被建设和水土资源管理提供依据。在宁夏六盘山北侧半干旱区,利用气象站及土壤水势仪监测并分析了2010年生长季(5-10月)58次降水事件及华北落叶松林地根系分布层(0-60cm)各层土壤水分的响应过程。结果表明:华北落叶松林土壤水分变化与降水关系密切,土壤含水量峰型与降雨分布格局较为一致,月均土壤含水量(%)与月降水量(mm)呈极显著正相关(R=0.573,P<0.01)。不同深度处的土壤水分对降水量级的响应有差异,在小雨条件下,0-10cm土层的累计降水量响应阈值为7mm;在中雨条件下,0-10、10-20cm土层的累计降水量响应阈值为10和25mm;在大雨条件下,0-10、10-20、20-40cm土层的累计降水量响应阈值依次为8、22和36mm;在暴雨条件下,0-10、10-20、20-40、40-60cm土层的累计降水量响应阈值依次为12、29、37和63mm;随土层向深处,响应变幅呈减少趋势,对降水的响应滞后时间逐渐增加;在小雨和中雨条件下,侧向流不明显,但在大雨条件下侧向流趋势明显,最大为7.88mm。综上可知,土壤含水量的变化幅度随土层深度增加,各层次呈减小趋势,土壤含水量与降雨的同步性呈下降趋势且各层响应存在时间的滞后性。     

黄土高原半干旱区植被重建对不同坡位土壤肥力质量的影响

对黄土高原半干旱山地植被重建后不同坡位土壤肥力质量的变化和空间分布特征进行了研究。结果表明:随着人工植被的建立与恢复,有效提高了土壤持水量;不同坡位土壤pH值及全盐含量与荒山相比明显降低,而土壤肥力显著提高,尤其土壤全氮和速效磷含量增加幅度较大;在坡面位置中,上坡位土壤养分含量与下坡位相比普遍要高,而对于荒山则是下坡位的普遍高于上坡位。从坡顶到坡脚表层土壤的全盐含量依次增加,下坡位全盐含量明显高于其它坡位。土壤脲酶活性随着植被重建增加幅度较大,但各坡位间差异不十分明显;表层土壤过氧化氢酶活性对于植被的重建响应不明显,而20-40cm土层的过氧化氢酶活性却显著提高。坡面土壤肥力质量的变化是土地利用方式、植被类型与景观位置分异综合作用的结果,植被恢复和建设对提高该区土壤肥力质量具有重要的作用。     

内蒙古苏木山华北落叶松人工林土壤养分变化规律

为探讨内蒙古苏木山华北落叶松人工林土壤养分状况,选择该林区4个林龄(17a、26a、37a、48a)华北落叶松人工林,对不同林龄、不同土层间的土壤化学性质进行综合比较,利用主成分分析和回归分析的方法,计算土壤养分综合指标值,构建林龄与土壤养分综合指标值的回归方程,分析土壤养分的变化规律。结果显示:随着林龄增加,土壤pH值逐渐降低,土壤存在酸化趋势;土壤全效养分以幼龄林时最高,中龄林、近熟林时达到最低;土壤速效养分中碱解氮在中龄林含量最高,而后随林龄增加而降低至成熟林时降至最低,速效磷、速效钾含量均随林龄增加而降低;空间分布上,土壤pH值随土层加深而升高,其他各养分指标均随土层加深而降低,在土壤上层较显著;所构建的回归方程决定系数为0.880,能够较好的反应出林龄与土壤养分综合指标间的关系;幼龄林(17a)、中龄林(26a)、近熟林(37a)、成熟林(48a)土壤养分指标综合得分分别为:0.945、0.069、-0.50、-0.509,幼龄林土壤养分最好,成熟林土壤养分最差。     

干旱半干旱区土壤风蚀评价方法

土壤风蚀是导致干旱半干旱地区土地退化和区域环境恶化的最重要的原因之一。本文从区域土壤风蚀评价与监测需要出发 ,提出了一套土壤风蚀评价的指标体系和制图方法 ,其特点是 :(1 )充分利用 3 S技术 ;(2 )把耕地、沙丘地同其它土地类型区分开来 ,使用不同的指标体系 ;(3 )分别提取每一图斑的各指标因子 ,并建立相应的数据库 ;(4)强调限制性因子。     

干旱半干旱区土壤含水量定量反演技术研究

为系统地研究干旱半干旱区土壤含水量的反演方法,比较了目前常用的几种高光谱影像土壤含水量反演技术。结果表明:采用EO-1 Hyperion第149波段和197波段构建的光谱特征空间模型与土壤含水量值之间的R2为0.7093,两者存在良好的负相关性;土壤含水量热惯量反演模型整体拟合的R2为0.6149,与SMS拟合结果相比,效果不理想;回归分析模型中,对数变换光谱回归最优,R2值为0.6843。综合分析后,认为光谱特征空间模型对研究区土壤含水量的估测效果最佳。文中研究旨在为干旱半干旱区土壤含水量的更深入研究提供参考。     

基于高光谱与电磁感应技术的干旱区绿洲土壤含水量反演研究

为实现干旱区绿洲土壤含水量的快速、准确监测,利用采集自渭干河-库车河绿洲的84个表层(0~10cm)土壤样本,通过利用电磁感应仪(EM38)将所测解译后数据代替实测土壤含水量数据,将高光谱反射率重采样为Landsat8卫星遥感波段反射率,在选取光谱特征参数、提取敏感波段的基础上,利用偏最小二乘回归(PLSR)方法建立土壤含水量模型,将最优估算模型应用于遥感影像,实现研究区土壤含水量遥感反演。研究结果表明:(1)利用EM38所测水平模式土壤表观电导率与土壤含水量拟合效果最优,能够代替实测土壤含水量进行后续建模分析。(2)相比3种单一的光谱特征指数,利用多种光谱特征指数所建土壤含水量估算模型的建模效果更优,其干、湿各季建模集决定系数R~2大于0.7,均方根误差(RMSE)均小于0.5%,RPD均大于2,能够作为有效手段估算干旱区绿洲土壤含水量。(3)不同季节土壤含水量遥感反演值与实测值决定系数R~2均大于0.6,均方根误差(RMSE)均小于0.6%,显示了较高的预测精度,证明利用电磁感应技术与高光谱相结合能够实现对干旱区绿洲土壤含水量的精准、高效监测。     

典型草原禁牧条件下土壤水分对降雨模式的响应

通过在锡林郭勒草原设置禁牧和放牧试验点,对气象、植被、土壤要素和5 cm、10 cm、15 cm、30 cm层土壤水分进行监测分析,揭示典型草原禁牧条件下降雨和土壤水分的变化及转化规律,结果表明:禁牧3 a后土壤垂向异质性增强,降雨过程中各土层土壤含水量差异显著,放牧区则相反;土壤水分对降雨响应的滞后时间随土层深度增加而增加,相对于禁牧区,放牧区浅层土壤(5 cm、10 cm)持水性能较弱,入渗完成用时较短;5 mm以下的降雨对禁牧和放牧区土壤水分均无明显补给作用,当降雨连续均匀且强度不超过5 mm·h~(-1)时最有利于入渗,放牧区入渗深度达到15 cm和30 cm层分别需要7.9 mm和大于25 mm的降雨,而禁牧区大于5 mm的降雨就可以入渗到30cm土层;强度5～6 mm·h~(-1)的独立降雨只能入渗到表层土壤中(5 cm),强度大于15 mm·h~(-1)的降雨在禁牧区能通过大孔隙快速入渗到30 cm及更深层土壤,放牧区则表层入渗较快(0～5 cm),深层入渗较慢,会形成地表径流甚至洪水灾害。该研究的结果可以为草地生态水文过程研究和制定合理的放牧政策提供参考。     

黄土高原坡面刺槐林土壤水分环境的研究

在测定黄土高原淳化、延安和米脂坡面刺槐林以及坡面农田不同深度土壤含水量的基础上,分析了坡面刺槐林土壤水分环境特点。结果表明:淳化、延安和米脂刺槐林地土壤水分含量较农地分别低8.5%、31.2%和34.2%;淳化土壤水分含量高于米脂坡面土壤水分含量,延安介于二者之间;坡面土壤水分含量随林分密度、林龄的增加而降低,同时阴坡土壤水分含量明显高于阳坡,在连续干旱时仅有表层0~40 cm土壤水分含量受降水影响呈现出一定的波动,而100~200 cm土壤水分呈现持续消耗,深层几乎不受季节的影响。     

半干旱区不同施肥量对旱作冬小麦田土壤呼吸的影响

为了探究不同施肥量对半干旱区旱作冬小麦田土壤呼吸的影响,在宁夏回族自治区彭阳县旱地农业试验站设置了不施肥（F_N）、低肥（F_L）、中肥（F_M）和高肥（F_H）大田试验。通过监测不同施肥量下冬小麦田的土壤温度、土壤水分和土壤呼吸速率,分析不同施肥量下冬小麦田土壤呼吸速率的变化特征及其与土壤水热因子的相关性。结果表明：（1）施肥能提升0~5 cm和5~10 cm土层土壤温度,随着施肥量的增加,0~5 cm和5~10 cm土层温度平均增幅分别为1.7%~15.0%和2.0%~21.4%。（2）施肥降低了0~100 cm土层土壤含水量,随着施肥量的增加,F_H、F_M和F_L处理降幅分别为6.5%~7.0%、5.0%~5.8%和3.5%~4.0%。（3）施肥显著提升了冬小麦在拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期和成熟期的土壤呼吸速率;2018—2019年和2019—2020年低肥、中肥和高肥处理平均土壤呼吸速率分别提升了40.0%、25.5%和14.5%。（4）施肥提升了冬小麦全生育期CO₂排放量,随着施肥量的增加,全生育期CO₂排放量呈下降趋势,表现为低肥＞中肥＞高肥＞无肥,且各生育阶段土壤CO₂累计排放量存在显著差异。（5）土壤呼吸速率与土壤水热因子相关性分析表明,土壤呼吸与0~5 cm和5~10 cm土层土壤温度相关系数均达到显著水平,且与5~10 cm土层土壤温度相关性显著高于0~5 cm土层;土壤呼吸速率与0~10 cm土层土壤含水率呈现显著相关关系。（6）土壤水热双因素与土壤呼吸分析表明,土壤水热双因素可以解释土壤呼吸变化的81%~89%,高于土壤温度（63%~74%）和土壤水分（46%~75%）单因素。综上可知,土壤呼吸受土壤温度和水分的调控。从改善农田生态,降低土壤呼吸的角度来看,适当提升施肥量可有效减少土壤呼吸的排放。     

半干旱区草地土壤动物多样性的季节变化及其与温湿度的关系

在中国科学院奈曼沙漠化研究站附近选择不同程度封育草地为研究样地,通过调查不同季节降雨、温度、土壤温度和水分以及土壤动物特征,分析了土壤动物季节变化及其对降雨和温度的响应特征。结果表明:研究样地共获得土壤动物11目13个类群,螨类和鞘翅目幼虫为优势类群,存在于3个季节中;常见类群随季节变化发生更替。夏季大型土壤动物个体数多,种类丰富,多样性较高,而春季和秋季均较低。中小型土壤动物密度表现为春季>夏季>秋季,Shannon指数和均匀度指数表现为夏季较高,而春季和秋季均较低。相关分析表明,土壤含水量季节变化是影响大型土壤动物群落个体数季节分布的主要因素,而中小型土壤动物个体数、类群数、Shannon指数和均匀度指数与土壤含水量和温度间均无显著相关关系(P>0.05)。说明夏季"雨热同季"对大型土壤动物多样性影响较大,而对中小型土壤动物多样性影响相对较小。     

基于多重分形的半干旱区弃耕农田土壤粒径分布特征北大核心CSCD

为阐明农田弃耕后土壤质量演变特征,在阴山北麓中段农牧交错区内选择当年耕地、弃耕1 a、2 a、3 a、4 a5种类型土地进行研究,测定弃耕农田0-80 cm层土壤颗粒特征和有机质含量,基于多重分形理论分析的基础上,探究土壤粒径分布与有机质含量的关系。结果表明：砂粒含量与多重分形参数（D0、D1、α0）之间存在正相关关系,与有机质成极显著负相关;研究区内土壤随着砂粒含量的增加,土壤粒径分布范围逐步变宽,分布越离散,土壤向粗粒化方向演替。随着弃耕年限的延长,表层（0-10 cm）土壤表现出黏粒、有机质含量呈一致减少趋势,黏粒含量与土壤有机质呈极显著正相关。因此,可以考虑用黏粒含量反应土壤有机质变化趋势。     

早播及耕作措施对黄土高原半干旱区春小麦土壤氮磷元素的影响

为探讨早播及耕作措施对农田生态系统土壤氮磷元素影响规律,对黄土高原半干旱区早播、正常播下不同耕作措施[传统耕作(T)、传统耕作+秸秆还田(TS)、免耕(NT)、免耕+秸秆覆盖(NTS)]春小麦(Triticum aestivum)生育期0～40 cm土壤进行分析,以正常播种传统耕作春小麦为对照,研究早播及耕作措施对春小麦土壤氮磷元素的影响。结果表明:(1)不同处理下春小麦土壤N素(TN、NO_3~--N、NH+4-N)、P素(TP)含量均具有表聚性特征,其土壤N∶P均值(1.713)低于全国平均值(5.2),同时其变异水平系数处于26.99%～77.28%,属中等变异水平;(2)全生育期0～40 cm土层,早播春小麦土壤TN、NH+4-N含量及N∶P均值显著低于正常播23.1%～32.5%,不利于土壤TN、NH+4-N含量积累,而NO_3~--N含量及NO_3~--N∶N均值显著高于正常播30.5%、41.5%,有助于土壤NO_3~--N含量的固存,同时早播处理下土壤TP含量整体高于正常播处理;(3)秸秆覆盖措施(NTS、TS)下土壤TN、TP含量高于NT、T,但速效氮(NO_3~--N、NH_4~+-N)养分含量表现相反;(4)不同处理下春小麦土壤TP含量在生育期间趋于稳定,而N素含量在分蘖期及开花期变化较显著。因此,选择适宜播种时间及耕作管理措施有助于提高该区作物土壤N、P元素的积累转化效率,加快发展黄土高原半干旱区农田生态系统恢复进程。     

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。     

半干旱区玉米茎流规律及其对气象因子的响应

采用包裹式茎流计和小型自记式气象站对甘肃省会宁县太平镇主要农作物玉米的茎流速率及其周围的气象因子进行同步观测。分析结果表明:1)玉米的日茎流速率变化趋势基本一致,都呈几字型变化。晴朗天气下,茎流启动时间为6:00,于14:00~15:30达到峰值,持续较短时间后迅速降低,至晚上22:00达到较低值且在夜间保持了一定的茎流活动。而多云和阴雨天气玉米茎流速率则呈不规则曲线。2)玉米茎流速率与气象因子变化趋势相吻合。相关性分析结果表明,影响玉米茎流的主要因子依次是:光合有效辐射、空气温度、空气湿度、风速。玉米茎流速率与气象单因子分析及逐步回归方程表明,对半干旱区玉米茎流起关键作用的气象因子是光合有效辐射与空气湿度。     

西北半干旱区主要农作物对气候暖干化的响应

应用西北半干旱区33个气象站1951-2004年温度、降水等气象观测资料、气象灾害统计资料和不同海拔高度代表点主要作物生长发育观测资料,分析西北半干旱区主要气候要素变化规律,主要农作物对气候暖干化的响应。结果表明:西北半干旱区降水量近55a来年际变化趋势除个别地方外,绝大多数地区呈下降趋势,气温距平呈上升趋势。由于气候变暖,冬小麦越冬死亡率有所下降,冬小麦越冬天数有所减少,整个生育期缩短。生态气候环境变化比较有利于冬小麦生长。同时由于冬季气温升高也带来了冬小麦小穗发育不良,不孕小穗增多等不良影响。冬季气温升高对冬小麦生长发育产生了较大影响。气候暖干化使玉米各发育期日期提前,全生育期生长天数缩短。春秋季气温增高有利于马铃薯生长发育及产量形成。     

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。     

干旱区气候因子对枯落物分解和土壤动物的影响

以土壤动物为主的碎屑食物网是枯落物分解及养分释放的重要途径,也是维持干旱-半干旱区脆弱生态系统生物地球化学循环和稳定性的关键环节。目前,土壤动物对枯落物分解的影响机制研究已成为当前研究的热点,但土壤动物与枯落物分解如何响应气候变化缺乏系统总结。从气候变化对枯落物分解的影响、气候变化对土壤动物营养结构的影响和气候变化对枯落物分解和土壤动物关系的影响3个方面,阐明气候变化通过改变水热因子和枯落物质量来影响枯落物分解功能和土壤动物的影响规律。现阶段对枯落物中土壤动物的研究仍停留在群落水平,而关于枯落物中土壤动物的营养结构和功能性状分布特征,尚未可知。因此,未来研究中,应注重大尺度、长时间的野外观测与控制试验相结合的方法,而且在机理方面需注重土壤动物功能性状对枯落物分解作用的研究。     

秸秆还田对半干旱区农田土壤养分含量及玉米光合作用的影响

为了提升和保育辽西半干旱区农田土壤质量,采用盆栽试验的方式探讨了不同处理方式、不同用量玉米秸秆还田对土壤养分含量的影响。结果表明,秸秆还田后,其土壤含水量比对照组提高了3%~7%;有机质含量比对照组提高幅度为1.9%~19%;全氮含量比对照组提高幅度为0.7%~14.4%;速效磷含量比对照组提高了2.51~14.75 mg/kg;速效钾含量比对照组提高了7.33~188.07 mg/kg;碱解氮含量比对照组提高了8.46mg/kg;净光合速率比对照组提高了3~11.03 CO2μmol/(m2.s);秸秆还田可以缓解土壤碱化。     

半干旱区地表覆盖方式对土壤水温效应及玉米产量的影响

为探索吉林省半干旱区水分高效利用、玉米增产的栽培技术模式,采用不同覆盖材料进行为期4 a(2018—2021年)的大田试验,设置无覆盖(CK)、普通地膜覆盖(CM)、降解地膜覆盖(DM)和秸秆覆盖(SM) 4个处理,研究不同覆盖方式对土壤水分、土壤温度、玉米生长发育及产量和水分利用效率的影响。结果表明：玉米生育期内土壤贮水量时空变化与当年的降雨时空分配有关,垂直空间上20～60 cm土层土壤贮水量显著高于0～20 cm,处理间土壤贮水量SM>CM>DM>CK;耕层0～20 cm土壤温度随玉米生育时期推进呈先升后降的变化趋势,随土层深度的增加逐渐降低,降低幅度呈CM>SM>DM>CK的变化趋势。地表覆盖具有调节土壤温度的作用,与CK相比,CM和DM使5、6月土壤温度分别提升2.12、1.71℃和2.07、1.52℃,SM下降了1.72、1.01℃;与5、6月气温相比,地膜覆盖每日土壤温度较气温提升2.2～3.2℃,秸秆覆盖降低0.3～0.6℃,8、9月覆盖土壤温度下降幅度低于气温;与无覆盖(CK)相比,CM和DM处理4 a平均增产8.59%和14.10...