黄土丘陵区红枣经济林根系分布与土壤水分关系研究

为明确半干旱黄土丘陵区不同年龄无灌溉旱作矮化修剪密植枣林的根系分布范围与其土壤水分的空间关系,利用根钻法测定枣林株间不同深度的根系分布、枣树主干就近位置的根系量,并采用土钻取土和中子仪定位测定结合了解不同年龄的枣林10 m深度的土壤水分。结果表明:随着树龄增加,1、3、5、12 a枣树根系最大深度年平均增值在减小,12 a枣林垂直根系达520 cm。枣树株间100 cm处向下的根系深度较浅,枣林的垂直根系最大和最小值之差先增加后减小,12 a枣林垂直根系之差只有180 cm。研究区枣树株间水平根系在枣林3 a时开始交汇,枣树水平根系延伸无法确定,所得到的水平方向根系实际是枣林多株树汇集的根系。枣林垂直根系对土壤水分的垂直变化作用显著,但矮化修剪密植枣林株间根系深度差异并没有造成土壤水分因此而波动。随着枣树树龄的增加根系深度和土壤水分干层均增加,0~2 m土层的土壤水分年内变化幅度也增加,而且根层范围的土壤水分随着树龄增加在降低,但是土壤干层深度稍大于测得的根系深度。     

黄土丘陵区枣林土壤水分动态及其对蒸腾的影响

为了探明黄土高原半干旱区山地枣林蒸腾和土壤水分间的关系,对山地枣林的土壤水分和枣树茎液流动态进行了连续3年的定位监测,结果表明:土壤含水率时空变异性显著,垂直方向上随着土层深度的增加,变异系数(Cv)逐渐降低。其自上而下可划分为土壤水分变化层(0~2.6 m)、土壤水分干层(2.6~6.0 m)和土壤水分恢复层(6.0~10.0 m)。枣树液流监测的参数在生育期和休眠期间具有显著性差异,根据这一特征可以对枣树生育期进行较为准确的界定。基于液流参数特征确定的生育期与观察树体萌芽、落叶确定的生育期时长基本一致,均约为160 d,但基于液流参数确定的生育期较后者约提前5 d。土壤水分的增加会使枣树液流(瞬时蒸腾)的谷值出现时间提前,峰值出现时间推后,午休时间缩短,旺盛蒸腾时间延长,反之亦然。枣树生育前期蒸腾均呈逐日增加趋势,而生育中后期蒸腾和土壤水分呈极显著的正相关关系。     

河北省黄土丘陵区农地土壤风蚀防治技术研究

风沙是河北省黄土丘陵区较常见的灾害性天气现象之一,多发生于冬春季节。河北省黄土丘陵区近几年的沙尘天气频繁发生给当地及京津冀地区人民的生产、生活和社会发展造成了巨大影响。据有关资料,北京沙尘暴的80%来源于张家口的黄土丘陵区。为了改善这一地区的生态现状,在对黄土丘陵区农地土壤风蚀进行5种不同下垫面条件下试验观测的基础上,通过对试验结果的分析,对丘陵区农地土壤风蚀的影响因素进行了的研究,提出了河北省黄土丘陵区农地防治土壤风蚀的技术措施。     

黄土丘陵区沙棘水土保持薪炭林土地生产潜力研究

本文对黄土丘陵区主要灌木水土保持薪炭林树种——沙棘(Hippophae rhamnoides Lo)的土地生产潜力进行了研究。应用Thornthwait Memorial模型估算了其土地气候生产潜力，揭示了沙棘在该地区实际存在的气候条件下可能达到的理论产量；实测了当前技术经济管理水平条件下所能达到的最高产量——现实生产潜力，分析了目前林业的现实生产潜力与气候生产潜力之间的差距，预示了其发展前景；从合理利用气候资源和充分发挥土地生产潜力角度，提出了沙棘应为当地水土保持薪炭林优选的灌木树种。其结果对该地区培育坡地水土保持薪炭林具有重要的实践指导意义。     

基于QuickBird影像的黄土丘陵区坡面浅沟侵蚀速率研究

以陕西省吴起县黄土丘陵沟壑区封禁流域(合沟小流域)为研究对象,通过野外实地测量60条浅沟形态参数,建立浅沟长度与体积回归模型,使用2007年和2013年2期同时相QuickBird影像,提取245条浅沟的长度,计算浅沟侵蚀速率。结果表明:在2007—2013年的6 a内,浅沟的数量基本不变,总长度从2007年的13.74 km增长到2013年的14.12 km,浅沟密度为36.21 km/km~2。浅沟长度变化分为缩减与增长2类,缩减类浅沟占46.94%,沟口多数与切沟沟头相连,由于切沟溯源侵蚀速率高于浅沟的发育速率,导致浅沟长度缩减。依据构建的浅沟长度与体积回归模型,基于影像解译的245条浅沟在6 a间总侵蚀量从1 889.97 m~3增加到1 961.49 m~3,若不考虑体积减小的浅沟,平均每条浅沟每年增长0.20 m~3,草本覆盖的坡面浅沟平均侵蚀速率约为215 t/(km~2·a)。     

密植枣林地深层土壤水分垂直变化与根系分布关系

采用根钻法(洛阳铲)及干燥法分层获取枣林深层根系的细根干重密度和土壤水分数据,利用有序聚类法对深层土壤水分数据进行垂直分层,划分为3层,即强耗水层(2.0 ～4.4 m)、弱耗水层(4.4～5.0 m)和微弱耗水层(5.0～7.0m).该分层结果能较好地反映出深层根系吸收利用土壤水分的特征,其中强耗水层内,不同土层枣林的细根干重密度波动较大,但土壤水分并未随根系波动而改变,土壤含水率低且较为稳定;弱耗水层内细根干重密度连续减少,土壤含水率呈现增加趋势;微弱耗水层内5.0m以下土层未发现细根,土壤含水率显著提高.     

基于CA-Markov模型的黄土丘陵区土地利用变化

为探讨黄土丘陵区的土地利用变化规律以及驱动机制,以罗玉沟流域作为典型流域,基于1986、2001年的TM影像为数据源,对土地利用格局分布进行分析,并运用CA-Markov模型,以2001年的土地利用格局为基础,预测了2016年流域的土地利用的空间格局分布。结果表明,罗玉沟流域土地利用格局在1986年以前,以坡耕地为主,面积占59.67%,其次为梯田、草地和林地。从1986年到2001年林地和梯田的面积均有显著增加,坡耕地面积则显著减少,其余土地利用类型面积变化不大。从单一土地利用类型动态度来看,面积增加大     

黄土丘陵区不同植被格局产流产沙

利用径流冲刷试验,在不同植被格局的坡面上,对黄土丘陵区坡面不同植被格局的侵蚀产沙规律进行了研究。结果表明：在不同流量下,各个植被格局对于坡面产流量的影响不显著。不同植被格局坡面的累积产沙量呈现出随着流量的增加而增加的趋势,但是坡面累积产沙量的差异都是随着流量的增加反而减小了。各个植被格局坡面的累积径流量过程与累积产沙量过程之间呈相关性非常显著,相关系数都达到95%以上。     

黄土丘陵区中尺度流域水土流失治理环境效应评估

基于DPSIR概念模型,构建中尺度水土流失综合治理生态环境效应评价指标体系,对退耕还林(草)实施的生态环境效应进行评估。结果表明:生态恢复环境效应综合值在退耕还林(草)试验、实施和恢复阶段分别较评价初期增加了30%、43%和56%;环境分项值则减小了6%、20%和22%,社会分项值增加了43%、114%和143%;经济分项值增加了29%、129%和129%。退耕还林(草)、耕地压力、输沙模数和侵蚀性降水量等驱动和压力因子是生态恢复环境响应的敏感指标,退耕还林(草)对生态环境的作用需要一定的时期才能被生态环境所响应。     

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。     

黄土半干旱区枣林深层土壤水分消耗特征

黄土区人工经济林普遍出现利用性土壤干层,制约着植被的恢复与重建。为了准确计算黄土半干旱区密植高产枣林(Ziziphus jujube Mill.)深层土壤(2 m以下)水分消耗量,采用根钻法(洛阳铲)分层获得从地表到细根分布最大深度范围内的土壤含水率。结果表明:枣林深层土壤水分消耗是一个逐渐加深、逐渐向下的过程。2、4、9和12 a生枣林深层土壤水分消耗量分别为0、29.6、149.9和155.7 mm,可再供水量分别为203.7、167.7、35.5和29.7 mm;枣林生长第9年后,2~4 m土层几乎没有可利用的水分,现有降水和滴灌已经不能满足枣树的耗水需求,枣林吸收土壤水分有向深处延伸的趋势。以降水入渗最大深度为上界、细根分布最大深度为下界计算的深层土壤水分消耗量,能更准确地评估林地利用性土壤干层的程度和深度。     

陕北黄土丘陵成年枣树根系空间分布规律研究

山地密植矮化枣林因为具有结果早和丰产好的特点,近年来已经成为黄土丘陵生态经济林发展的主导模式,但该模式下的林分根系研究甚少。本文采用全挖、剖面、根钻等3种方法对陕北黄土丘陵枣树根系空间分布特征进行调查和研究。结果表明：①矮化密植9年生枣树林在垂直方向上,根系干重、累计长度的分布随着土层深度的增加而减少,而根系表面积则先增加后减少,0～60cm土层根系生物量密度最大,均值分别达到667、627、534g/m3;在水平方向上,根系生物量随着距树干水平距离的增加而减少,株间部位两树根系交错出现生物量密度比邻近位置略大的情况。②二项式函数能够非常精确地表示出距地表1m内枣树根系空间生物量密度及其干重、长度、表面积与垂直方向土层深度、水平距离土层厚度的关系,且相关系数均在0.9以上。③0～9m不同级径9年生枣树根系生物量累积垂直分布符合Y=1-βd模型,7m以下再无根系分布。     

滴灌哈密大枣耗水规律初步研究

在水资源严重紧缺的哈密地区进行了大枣滴灌耗水规律试验研究。通过对不同灌水量处理下的土壤含水率和大枣生长指标进行观测和分析,得出以下结论:大枣在整个生育期内各处理耗水呈现由低到高再降低的变化趋势,耗水高峰期是白熟期。试验中总灌水量为1 000mm时,大枣的水分生产效率最大。此处理下滴灌哈密大枣萌芽期耗水90mm,新梢生长期200mm,花期150mm,膨大期150mm,白熟期250mm,完熟期160mm。     

黄土丘陵植被恢复区不同植被类型对土壤物理性质的影响

通过对比研究了山西吴起县植被恢复区不同植被类型的林草地和农田的土壤物理性质,包括土壤容重、土壤孔隙度、土壤水稳性团粒结构。结果表明:不同植被类型的土壤容重为1.17~1.21 g/cm3,差异较小,但均比农田(1.31 g/cm3)低约11%,不同植被类型地各层土壤不同粒径的土壤团粒结构百分含量高于相应的天然草地和农田。实施植被修复后,与农田相比,林地土壤物理性质得到明显改善,混交林的土壤物理性质好于纯林林,天然草地和农田较差,天然草地略好于农田。     

黄土丘陵半干旱区枣林露水量研究

利用2012年和2013年叶片湿度传感器(LWS)、温湿度仪、热扩散式探针(TDP)、中子仪实测的露水强度、冠层温湿度、树干径流、土壤水分及气象站监测的气象因子,分析了枣林生育期内露水量的变化规律,探讨了其与水资源输入、输出项的关系。研究结果表明,2012年和2013年枣林露水量随生育期变化呈现递增趋势,果实成熟期达到最大值。露水总量分别为31.31、37.87 mm,分别占同期降水量、蒸腾量和蒸发量的6.87%、10.00%、17.65%和7.90%、15.00%、17.90%,露水量日平均值分别达0.44、0.47 mm。此外,露水量具有发生频率高、稳定性强、重度露水量(大于0.20 mm)比重大的特点。在枣树全生育期内,露水量作为水资源输入项会引起蒸腾量在果实膨大和成熟期显著降低(P0.05),但对蒸发量无显著影响。研究显示露水是该区枣林重要水源,是水量平衡中不可缺少的输入项。     

基于CoupModel的黄土丘陵沟壑区荒草地水分平衡模拟

应用土壤-植被-大气系统水热传输模型CoupModel,在野外定位观测试验的基础上对陕北黄土丘陵沟壑区阴、阳坡荒草地SVAT系统水分传输进行了模拟.结果表明,土壤含水率和土壤温度模拟值与实测值有较高的一致性;阳坡荒草地的土壤蒸发量较阴坡高,阳坡荒草地植被蒸腾量低于阴坡荒草地,说明阴、阳坡荒草地在大气-土壤界面和植被-土壤界面水分交换差异明显;干旱年大气降水主要消耗于土壤蒸发和植被蒸腾,蒸散量超过了同期降水量,输入草地系统的降水满足不了水分的支出,土壤水库处于负补偿状态.丰水年,试验地约有20％降水储存于土壤中,系统的水分收入大于支出.黄土丘陵沟壑区阳坡和阴坡是水热条件不同的立地类型,阳坡用于土壤蒸发的水分较多,土壤储水量低,因此阳坡植被配置应当考虑盖度较高、可以降低土壤蒸发的植被类型.     

黄土丘陵区不同草被类型土壤细沟可蚀性季节变化研究

运用坡面径流冲刷试验,结合土壤侵蚀过程WEPP模型,研究了黄土丘陵区赖草和紫花苜蓿生长季土壤细沟可蚀性的季节变化特征及其影响因素。结果表明,赖草地的土壤细沟可蚀性在整个生长季呈现出先升高后降低再升高的不明显的季节变化趋势(p0.05),紫花苜蓿地土壤细沟可蚀性在整个生长季呈现出先降低后趋于稳定再降低的明显的季节变化趋势(p0.05)。赖草地和紫花苜蓿地土壤细沟可蚀性生长季的变化主要受到土壤硬化过程、水稳性团聚体(大于0.25 mm)和草地根系生长的影响。赖草和紫花苜蓿地的土壤细沟可蚀性随着土壤粘结力、容重、水稳性团聚体和草地根系密度的增加呈指数函数形式降低。利用土壤容重和根系密度可以很好地模拟赖草地和紫花苜蓿地土壤细沟可蚀性的季节变化(R~2≥0.86,NSE≥0.85)。为黄土高原地区植被恢复过程中的水土保持效益分析及措施优化配置提供理论基础和数据支撑。