煤矿复垦区沙棘人工林土壤水分时空分布特征研究

【目的】探明煤矿复垦区沙棘人工林土壤水分时空分布特征,促进人工林培育过程中的水分管理。【方法】以鄂尔多斯市煤矿复垦区沙棘人工林为研究对象,开展了不同林龄的中国沙棘和大果沙棘人工林土壤水分时空分布特征研究。【结果】①随着林龄的增加,中国沙棘和大果沙棘林地土壤水分呈"减小-增加-减小"趋势;不同林龄中国沙棘和大果沙棘林地土壤水分存在显著差异(P<0.05),其中6 a林龄的中国沙棘林地土壤水分显著高于其他林龄林地土壤水分(P<0.05),3 a林龄的大果沙棘林地土壤水分显著高于其他林龄林地土壤水分(P<0.05)。②在0～100 cm土层中,6 a林龄的中国沙棘各土层之间土壤水分差异不显著,其余林龄中国沙棘和大果沙棘林地各土层之间土壤水分均存在显著差异(P<0.05)。③中国沙棘林地随着距树干距离的增加土壤水分呈增加趋势,大果沙棘林地随着距树干距离的增加土壤水分呈减小趋势。【结论】煤矿复垦区沙棘林地土壤水分差异较大,生产中需要根据具体的林龄、树木品种和土壤空间差异,采取适宜的水分管理措施。     

半干旱黄土区典型林地土壤水分消耗与补给动态研究

通过对半干旱黄土丘陵沟壑区几种典型林地生长季土壤水分进行动态监测,研究不同林种对土壤水分消耗和补给的影响。结果显示,土壤总含水率大小依次为草地、沙棘、河北杨、油松、山杏,并且这一次序主要来源于120 cm深度(相对稳定层)以下的差异;不同林地及草地土壤含水率季节变化表现基本一致,3—8月波动下降,8—10月持续上升;各林地及草地土壤水分在0~60 cm内变化活跃,60~120 cm内由上至下逐渐趋于稳定,120~200 cm内保持相对稳定;林种、土壤深度、月份3种因素单独作用和交互作用均造成土壤水分差异显著;水分补给期后各林地土壤水分仍处于一定亏缺状态。     

黄土高原生态脆弱地带植被恢复水资源承载能力

本文以黄土高原生态脆弱地带典型人工成林为研究对象,定位观测了林地树木蒸腾、土壤蒸发及土壤水分状况等,分析评价了土壤水分特征,提出了植被恢复初植密度及其动态调控方案。结果表明：测定的林分在植被生长季节内,丰水年土壤贮水量总体为盈余,100cm以上土层水分补充明显,100cm以下土层水分一般呈负增长;平水年的同期降水不能满足林地蒸散消耗;枯水年土壤水分明显亏缺。以多年平均降水量为标准,河北杨、小叶杨、山杏、山桃、柠条和沙棘6种林分稳定密度应分别为：196、332、332、872、757、1438株（丛）／hm^2,初植密度（以株数保存率65％核算）应分别为：302、511、511、1342、1165、2212株（丛）／hm^2。研究区植被恢复造林密度过大是造成土壤水分亏缺、植被生态效益和经济效益难以发挥的重要因素。根据水资源承载力合理确定林分密度能够实现植被生态功能持续发挥、群落稳定演替进而改善生态环境、促进可持续发展的作用。     

植被恢复类型对土壤物理性质的影响研究

应用空间代替时间的方法研究了盐池县天然草地、人工封育草地、撂荒地、退耕还草地、固定沙地5种不同植被恢复类型的土壤物理性质和水分变化。结果表明,灌草结合的人工封育草地、退耕还林地和固定沙地在降低土壤密度方面优于草本为主的天然草地和撂荒地。不同植被恢复类型的土壤孔隙度差异显著,根系垂直分布较好的植被对深层土壤有较好的改良作用。封育、退耕还林等人工植被恢复措施能够降低土壤密度,增加孔隙度,改善土壤结构和物理性状,但在改良土壤质地方面还需要时间的累积。不同植被恢复类型的土壤水分变化迥异,这与土壤密度、孔隙度和质地等物理性质以及植被类型和分布密切相关。     

黄土高原半干旱区退耕地沙棘林密度调控

本文以黄土高原半干旱地区吴起县北部沙棘人工成林为研究对象,定位观测了沙棘林地林木蒸腾、土壤蒸发及土壤水分状况等,根据水资源承载能力确定退耕地沙棘林适宜密度及其动态调控。结果表明：沙棘林分生长季节内,丰水年土壤贮水量总体为盈余;平水年的同期降水不能满足林地蒸散消耗;枯水年土壤水分明显亏缺。该地区沙棘林稳定群落密度为1445株（丛）／hm^2,初植密度为2223株（丛）／hm^2。造林密度过大是造成土壤水分亏缺、植被生态效益和经济效益难以发挥的重要因素。     

黄土丘陵区退耕还林土壤不同大小颗粒固碳过程与速率

为揭示黄土丘陵区退耕还林土壤固碳过程及其变化机制,采用物理分组法探讨了安塞纸坊沟退耕15~45 a刺槐与柠条林地土壤砂粒、粉粒、黏粒截存有机碳的效应与速率。结果表明,对比坡耕地,两种退耕林地土壤颗粒结合碳含量均随退耕年限延长显著增加,并且表层0~10 cm土壤增幅最高,10~60 cm各土层增幅基本接近。退耕15~45 a期间,刺槐与柠条林0~20 cm土层均以粉粒碳密度增速最高,分别达0.21、0.11 Mg/(hm2·a),砂粒碳和黏粒碳增速相近,平均分别为0.13、0.06 Mg/(hm2·a)。同样的变化发生在0~60 cm土层,但各颗粒碳密度增速为0~20 cm土层的1.6~2.5倍。按此增速到退耕45 a时柠条林地砂粒碳、粉粒碳、黏粒碳相比坡耕地分别增大了2.6、1.1、0.8倍,刺槐林地则分别增大了8.3、2.2、2.8倍,并且对总有机碳累积贡献的平均比率为:砂粒碳(23%)等于黏粒碳(26%)且均小于粉粒碳(51%)。此外碳库管理指数比碳库活度与土壤总有机碳库变化有更显著的线性相关性。综上分析,该区域退耕刺槐林比柠条林土壤有更强的固碳效应,两种林地均以粉粒碳为主要固碳组分,以砂粒碳周转速率最快。     

基于HYDRUS-1D模型的荒漠苜蓿农田滴灌灌溉制度制定

【目的】探究提高干旱区荒漠苜蓿农田滴灌水分利用效率的方法,制定适宜的节水灌溉制度。【方法】以苜蓿为研究对象,基于HYDRUS-1D模型设置4种灌溉水平（高强度大灌溉量（LH-I）、中强度大灌溉量（MH-I）、低强度中等灌溉量（SM-I）、无灌溉（CK））和5个0～20 cm土层初始土壤体积含水率梯度（4%、6%、8%、10%、12%,分别表示为S1、S2、S3、S4、S5）,分析苜蓿根系土壤体积含水率降至土壤凋萎点的时间、峰值及维持在土壤凋萎点以上的时长,筛选0～20 cm土层不同土壤初始体积含水率下的最优灌溉水平。【结果】0～20 cm土层土壤体积含水率的变化对SM-I、CK灌溉水平具有显著影响;在无灌溉的情况下,体积含水率?10%的0～20 cm土层土壤会补给根系层水分;低含水率的0～20 cm土层土壤更有利于LH-I灌溉水平下的水分在根系层的留存,SM-I水平下根系层水分的留存时长与0～20cm土层土壤体积含水率呈正相关。LH-I灌溉水平下的深层土壤体积含水率峰值相比MH-I、SM-I、CK灌溉水平分别提高10.28%、27.91%、107.93%;MH-I灌溉水平下根系层土壤体...     

黄土高原植被恢复过程中土壤水分有效性评价

【目的】探究土壤持水性与土壤水分有效性对不同植被(草地、灌木林地和乔木林地)的响应。【方法】在位于黄土高原腹地的子午岭林区,利用土壤水分特征曲线测定了植被恢复过程中3种不同恢复年限的植被下的土壤持水性和土壤水分有效性。【结果】植被恢复过程中的土壤持水性和土壤水分有效性从草地到灌木林地再到乔木林地呈上升趋势。【结论】影响土壤水分特征的关键因子是土壤颗粒组成、土壤体积质量和土壤孔隙度。该结果可为植被恢复过程中土地利用类型的规划提供理论参考。     

下衬阻水板宽度对地下滴灌土壤水分运移的影响

【目的】提高深埋地下滴灌在作物生长初期的水分供应能力,降低其深层渗漏风险。【方法】设置无阻水板、下衬7.8 cm阻水板及9.4 cm阻水板的点源地下滴灌土槽试验,测定下衬阻水板宽度对地下滴灌土壤湿润锋运移和土壤水分分布的影响程度。【结果】下衬阻水板不影响地下滴灌土壤湿润锋形状,仍近似于扁椭圆形,但改变了地下滴灌土壤湿润模式;下衬阻水板对地下滴灌土壤水分水平方向运移距离影响不大,但明显增加了土壤水分垂直向上运移距离,减小了土壤水分垂直向下运移距离,使得地下滴灌土壤湿润体整体向上层迁移,阻水板越宽,土壤湿润体向上层迁移的越明显。下衬阻水板可以调整土壤湿润体内的土壤水分分布,随着下衬阻水板宽度的增大,浅层(0~10 cm土层)土壤含水率增大,而深层(50~60 cm土层)土壤含水率减小。【结论】下衬阻水板可以促进地下滴灌土壤湿润体及水分向上层土壤集中,有利于保障作物生长初期的水分供应。     

设施土壤水分扩散率变化特征

为了观察设施栽培条件下土壤水分扩散率的变化,更好地实现设施土壤水肥管理以及有效地防治设施土壤次生盐渍化,采用水平土柱法及模拟分析方法,研究了设施土壤0～60 cm土层水分扩散率变化特征．结果表明:设施土壤的水分扩散率变化于002～378 cm2／min．水分扩散率存在一定的差异性,设施土壤在20 cm相似文献   

畦田节灌对冬小麦光合特性、产量和水分利用效率的影响

【目的】充分利用土壤贮水和自然降水,减少灌溉水投入,研究依据自然供水状况确定最佳畦灌时期和次数的畦田节灌技术。【方法】试验在播种期水分管理一致的基础上,设置4个水分处理,W0为不灌水处理,W1为灌3水处理(越冬水+拔节水+开花水),W2为灌2水处理(拔节水+开花水),W3为灌1水处理(开花水),研究了畦田节灌对冬小麦开花后旗叶SPAD值、光合特性、产量及水分利用效率的影响。【结果】与W2处理相比,W3处理开花后旗叶SPAD值、净光合速率、干物质同化量及其对籽粒的贡献率均降低,穗数、穗粒数和籽粒产量减少,但水分利用效率较高;W1处理籽粒产量及其构成因素没有明显变化,但水分利用效率显著降低。与W0处理相比,W3处理的籽粒产量增幅达16.2%～20.7%。结合关键生育时期土壤相对含水率分析,冬小麦越冬期0～20 cm和0～40 cm土层土壤相对含水率分别不低于65%θf(θf为田间持水率)和66.8%θf时,灌溉越冬水对籽粒产量无明显增益作用。拔节期0～20 cm土层土壤相对含水率降至50.6%θf及以下,即使0～200 cm土层土壤含水率接近80%θf,仍不能满足拔节后冬小麦对水分的需求,应及时灌溉拔节水。开花期0～20 cm和0～200 cm土层土壤相对含水率分别为24.8%θf～35.6%θf和57.9%θf～58.8%θf,及时灌水增产幅度较大。【结论】在冬小麦播种期供水适宜的条件下,于拔节期和开花期实施畦灌,生长季内灌2水,能获得较高的籽粒产量和水分利用效率,避免过量灌溉。     

石漠化治理区不同植被类型浅层土壤水分对降雨的响应

【目的】揭示石漠化治理区不同植被类型浅层土壤水分入渗过程的差异性,分析降雨对土壤水分的补给特征,因地制宜地开展灌溉工作。【方法】以花椒地、金银花地、火龙果地、荒地为研究对象,监测了地区降雨量和植被0~10、10~25 cm土层土壤含水率,并计算了土壤储水量、滞后时间、补给速率、补给效率等指标。【结果】①4种植被浅层土壤含水率变化趋势与降雨一致,6、8、9月为二者的峰值期;浅层土壤含水率为火龙果地最高,而后依次为荒地、金银花地、花椒地;火龙果地土壤含水率变异系数最小,荒地最大。②植被土壤含水率对小雨量降雨事件的响应较小,仅火龙果地增长11.97%;随降雨量级增大,土壤含水率增长率为火龙果地(7.89%~17.94%),其次为金银花地(0~45.09%)、荒地(0~59.86%)、花椒地(0~126.95%);火龙果地浅层土壤含水率增长率在大雨事件中最小,其他3种样地均为小雨量时增长率小,大雨量时增长率大。③不同植被浅层土壤水分对降雨响应时间有显著差异,大雨量条件下响应快于小、中雨量,0~10 cm土层优于10~25 cm土层;平均滞后时间为荒地0.3 h、火龙果地0.5 h、花椒地0.9 h、金银花地3.0 h;补给效率为火龙果地(64.87%)>荒地(38.16%)>花椒地(31.94%)>金银花地(29.23%)。【结论】丰水期,对火龙果地适当减少人为灌溉,增加地表覆盖以减轻水土流失;对金银花地、花椒地可采取相应保墒措施提高土壤对降雨的利用效率且在雨量较小时增加灌溉,提高入渗量。     

基于SOC710VP高光谱成像仪的冬小麦土壤含水率反演模型研究

【目的】实现小麦农田土壤含水率大面积快速监测。【方法】以冬小麦冠层高光谱数据为基础,计算得到8种植被指数,通过对关键生育时期(拔节期、抽穗期、灌浆期)不同水分处理下冬小麦不同土层(0～20、20～40、40～60 cm)土壤含水率与植被指数拟合状况进行分析和筛选,分别构建了基于植被指数的不同土层土壤含水率反演模型,并对模型进行检验。【结果】①各时期植被指数拟合效果有所差异,拔节期0～20 cm土层以植被指数VOG1拟合效果较好,相关系数为0.88,20～40 cm土层以植被指数mNDVI705拟合效果较好,相关系数为0.75,40～60 cm土层以植被指数VOG3拟合效果较好,相关系数为0.59;抽穗期0～20 cm土层以植被指数mNDVI705拟合效果较好,相关系数为0.70,20～40 cm土层以植被指数mNDVI705拟合效果较好,相关系数为0.72,40～60 cm土层以植被指数mSR705拟合效果较好,相关系数为0.57;灌浆期0～20 cm土层以植被指数mNDVI705拟合效果较好,相关系数为0.88,20～40 cm土层以植被指数SARVI拟合效果较好,相关系数为0.68,40～60 cm土层以植被指数SARVI拟合效果较好,相关系数为0.71;②各土层土壤含水率与植被指数拟合效果有所差异,其中利用VOG1和mNDVI705组合构建的模型反演0～20 cm土层,决定系数R2为0.743,利用mNDVI705和SARVI组合构建的模型反演20～40 cm土层,决定系数R2为0.707,利用VOG3、mSR705和SARVI组合构建的模型反演40～60 cm土层,决定系数R2为0.484;③通过建立植被指数对土壤含水率的反演模型,0～20 cm土层含水率反演效果好于20～40 cm和40～60 cm。【结论】高光谱植被指数反演模型中,以0～20 cm土层的估算模型最佳,植被指数组合为VOG1和mNDVI705。综上可知,该研究方法进行土壤含水率的反演是可行的。     

不同灌溉制度对南疆棉田水盐分布及作物生长的影响

【目的】探究不同春灌策略下膜下滴灌棉田生育期适宜灌溉定额。【方法】通过大田小区试验,设计播前滴水春灌(春灌量90 mm)和常规春灌(春灌量180 mm)2种春灌模式,每种模式下在棉花生育期设计3种灌水定额(W1:30 mm、W2:37.5 mm、W3:45 mm)处理,研究春灌模式与灌水定额对膜下滴灌棉田土壤水盐动态变化、棉花生长、干物质积累、产量和水分利用效率的影响。【结果】与常规春灌相比,滴水春灌能够保证棉花苗期出苗所需的土壤水分,且能显著提高生育期0～80 cm土层的土壤含水率;与苗期相比,滴水春灌棉花生育期0～40 cm土层出现积盐区,蕾期和花铃期0～40 cm土层电导率分别增加了7.84%和8.75%,滴水春灌生育期末0～100 cm土层土壤电导率较常规春灌增加8.37%;不同灌水定额下0～100 cm土层土壤电导率均呈增加趋势,但随着灌水定额的增加土壤剖面电导率显著降低,W1、W2、W3处理积盐率分别为30.11%、12.12%和11.11%;随着灌水定额的增加,株高和茎粗显著提升,干物质积累量明显增加,产量增加,而灌溉水利用效率(WUEI)减小,水分利用效率(WUEET)...     

基于温度植被干旱指数(TVDI)的土壤干湿反演

【目的】快速准确监测大面积区域土壤水分,提高遥感监测土壤水分的效率。【方法】采用Landsat 8 OLI影像构建了地表温度(Ts)-植被指数(NDVI)特征空间,拟合了特征空间的干湿边方程,并根据干湿边方程计算的温度植被干旱指数(TVDI)与同期野外不同深度的实测土壤含水率进行了回归分析与验证。【结果】遥感影像反演所得的TVDI与野外实测土壤湿度显著相关(α=0.05);0~10、10~20、20~30 cm土层中,TVDI与10~20 cm土层土壤湿度相关性最高(r=0.79);遥感影像反演的土壤湿度时空分布变化特征与作物分布生长情况以及气候变化规律基本吻合。【结论】根据温度植被干旱指数法反演监测区域土壤湿度是切实可行的,尤以10~20 cm土层土壤湿度的反演监测最为精准与可靠。     

季节性冻土的水热作用机制研究——以古尔班通古特沙漠南缘为例

【目的】阐明新疆干旱区冻融土壤的水热耦合关系,建立在冻结融化过程中土壤水热耦合模型。【方法】以土壤水动力学、冻土物理学和统计学为理论基础,利用土壤水分与温度测量系统对不同土层深度土壤的温度和湿度进行测量,比较土壤含水率和温度随时间与深度的变化情况,研究了新疆典型干旱区细土平原区与沙漠交错带的冻融土壤水热迁移规律,分析不同土层深度土壤在冻结期、融化期的水热变化特征。【结果】土壤冻结融化过程中,各层土壤的液态含水率、温度均与环境温度的变化趋势基本一致,但随着土层深度增加,土壤温度和含水率的变化趋势均在逐渐减弱;深层土壤的液态含水率在冻结融化过程中基本不随环境温度升降发生变化,浅层5、20 cm土层的温度和含水率之间具有耦合效应。【结论】季节性冻土的水分和温度之间具有耦合效应。     

基于Gardner模型的黔西南土壤水分特征分析

【目的】了解黔西南州不同地区土壤剖面(0~60 cm)持水特性的差异。【方法】在实验室内利用压力膜仪法测定了各土壤的水分特征曲线,并分析其土壤水分特征。【结果】黔西南州各植烟县不同土层土壤水分特征曲线匀可采用Gardner模型拟合,不同烟区土壤水分常数及持水特性有明显差异。其中兴义、贞丰、安龙和普安土壤持水性能强弱表现为40~60 cm20~40 cm0~20 cm,晴隆和兴仁烟区土壤持水性能表现为20~40 cm40~60 cm0~20 cm;各植烟县烟田0~20 cm土层土壤持水性强弱顺序为兴义,安龙,晴隆,贞丰,普安和兴仁;20~40 cm土层土壤的持水性强弱顺序为兴义,安龙,晴隆,兴仁,贞丰和普安;40~60 cm土层土壤的持水性强弱顺序为兴义、安龙、普安、晴隆、贞丰和兴仁。【结论】同一植烟县深层土壤持水能力强于表层土壤,不同植烟县间的土壤持水性也存在明显差异。     

垄作沟灌栽培对土壤水热效应和春小麦产量的影响

研究了绿洲灌区垄作沟灌栽培条件下土壤温度和水分的变化及对春小麦的产量和水分利用效率的影响。结果表明,垄作沟灌栽培条件下,0～25cm土层土壤温度日变化以16:00差异最为显著,春小麦拔节前0～10cm平均土壤温度较平作栽培提高1.41℃,并随春小麦生长发育进程的推进,增温效应逐渐弱化。对深层土壤水分的消耗减少,0～20cm土壤含水率低于平作栽培,而20～80cm土壤含水率高于平作栽培。与平作栽培相比,相同灌溉定额下产量增加7.18%～34.97%,水分利用效率提高9.42%～27.34%,节水750m3/hm2。     

滇中高原不同土地利用类型土壤水氮变化试验研究

【目的】研究不同土地利用类型土壤水氮变化特征及其相关性,为滇中高原农田红壤土水肥流失和治理提供科学依据。【方法】通过2018年6—10月自然降水条件下标准径流小区的试验数据分析,对林地、园地、荒草地、坡耕地和裸地土壤水氮各指标进行测定,并分析其相关性,其中裸地作为对照。【结果】在土壤深度方向上,土壤含水率随土层深度的增加而增大;5种地类土壤全氮的量均值分别为1.67、0.76、0.70、0.52和0.67 g/kg。土壤硝态氮在0～100 cm土层平均量最高园地为13.39 mg/kg,最低裸地为5.13 mg/kg;林地、坡耕地、荒草地土壤铵态氮量随土壤深度先减少后增加。在时间上,土壤含水率呈波动性变化;土壤全氮量在6—10月平均值最大为园地(0.92g/kg),最小为坡耕地(0.50 g/kg);林地、荒草地、坡耕地土壤硝态氮量随时间延长逐渐减小;园地和裸地土壤铵态氮量随时间延长减少。土壤含水率和土壤铵态氮量与土层深度呈极显著相关关系(P0.01),土壤硝态氮和土壤铵态氮与时间的相关系数分别为-0.440,P=0.028和-0.442,P=0.027,变化呈显著相关关系。【结论】滇中高原农田红壤土壤水分垂直运移规律为随土壤深度增加而增大,不同土地利用类型土壤氮素时空差异较大,土壤全氮的量与土壤深度和时间相关性不显著(P0.05)。     

滴灌方式对南疆沙区成龄红枣土壤水分的影响

【目的】确定南疆沙区红枣适宜的滴灌制度和滴灌方式。【方法】以7 a生矮化密植骏枣树为材料,设置枣树根部1个滴头灌水和多点滴灌灌水2种滴灌方式,每种方式设置3个灌水量(900、1 050、1 200 mm),进行了田间小区试验。【结果】多点滴灌方式下,不同灌水量土壤剖面水分分布有显著规律,表现为50 cm以上土层同层水平距离20 cm土壤含水率小于水平距离40 cm,50 cm以下土层则相反。110 cm土层以下单点滴灌土壤水分显著高于多点滴灌,110 cm以上土层单点滴灌土壤水分显著低于多点滴灌。受灌水量和滴灌方式的影响,同一处理不同土层土壤水分随时间推移其变化规律并不一致。【结论】单点滴灌与多点滴灌土壤水分分布规律差异显著,但耗水量无显著差异。