黄土高原土壤干层水分恢复与作物产量响应

通过大田试验研究了黄土高原苜蓿草地土壤干层水分恢复状况，及恢复过程中不同作物的产量响应。试验设5个处理，苜蓿→草谷子→春小麦→马铃薯→豌豆（WPPe）；苜蓿→草谷子→玉米→玉米→春小麦（CCW）；苜蓿→草谷子→马铃薯→春小麦→玉米（PWC）；苜蓿→草谷子→休闲→豌豆→马铃薯（FPeP）；常规耕作农田（CS）。结果表明，如用苜蓿翻耕后农田土壤含水量与凋萎湿度时土壤含水量的比值表示土壤干层水分恢复程度，比值在正常降雨情况下增加而在降雨量少时下降，但如用苜蓿翻耕后农田土壤含水量与常规农田土壤含水量的比值表示土壤干层水分恢复程度，比值持续增长不受降雨量的影响。经过4年时间WPPe、CCW、PWC、FPeP的0～5m土层的土壤含水量由2001年4月仅有常规农田的63．66％上升到2004年9月的90．51％、89．83％、92．17％、96．72％。苜蓿翻耕后的农田作物产量与常规农田中的作物产量没有明显差别，而水分利用效率显著高于常规农田中的作物产量。以秋收作物马铃薯和玉米较适合苜蓿一作物轮作。     

黄土高原人工林草地“土壤干层”问题初探

“土壤干层”是黄土高原一种特殊的土壤水文现象。依据调查资料,分析了“土壤干层”特征、成因、危害和树草种特点,认为“土壤干层”不是黄土高原恢复植被的必然产物,但是“土壤干层”的不良影响是严重而持久的,应给予高度重视。现有人工植被虽然有“土壤干层”,但在保持水土、促进天然植被恢复和演替方面仍然具有极为重要的意义。     

黄土高原土壤干层研究述评

从土壤干层的定义及土壤干层形成的气候、土壤、植被和人为因素等4个方面综述了黄土高原土壤干层研究的现状和问题,并指出了需要进一步加强的研究领域.     

延安试区土壤干层现状分析

近年来,以林草地地力衰退为特征的人工林草地土壤退化日趋严重,其中以土壤水分严重亏缺为特征的土壤干化现象愈益引起了人们的重视。土壤干化的直接后果是形成土壤干层,导致土壤退化,植物生长速率减缓,群落衰败以至大片死亡,严重地威胁到中国中北方地区特别是黄土高原地区生态环境的建设。因此,研究和解决土壤干层问题已成为黄土高原植被建设的迫切任务。根据现有土壤水分资料,初步分析了延安试区植被下的土壤干层现状,对不     

黄土区人工林与自然封育对土壤养分的影响

为客观评价不同植被恢复方式对土壤养分的影响,采用野外调查结合室内试验分析的研究方法,分别对黄土丘陵区人工林和自然封育的两个流域的土壤养分及组分有机碳进行了对比研究。结果表明,植被恢复11 a来,人工林流域土壤同自然封育流域土壤相比较,出现了酸化倾向。在0—60 cm土层深度内,土壤全氮、全磷以及全钾含量均表现为人工林流域高于自然封育流域,且人工林流域全氮、全磷及全钾的变异系数大于自然封育流域的养分含量。自然封育流域在0—60 cm土层积累了更多的土壤重组有机碳和轻组有机碳,土壤表层轻组有机碳含量在两种恢复方式间的差异较大,而中下层差异较小。土壤有机碳组分含量变异系数为人工造林流域高于自然封育流域。研究结果说明人工林和自然封育对土壤氮磷钾的改善和有机质积累方面的改善各有利弊。     

黄泛平原风沙区不同造林年限林地土壤风蚀与理化性质的变化

采用空间代替时间的方法,研究了黄泛平原风沙区不同造林年限林地的土壤风蚀和理化性质。结果表明:土壤风蚀深度随着造林年限的延长而降低,1a、3a造林地整体呈风蚀状态,分属于中度与轻度风蚀,5a造林地蚀积平衡,为微度风蚀,8a造林地以堆积为主。各林地在不同月份间的蚀积状况不同,1a造林地各月均为风蚀状态,8a造林地仅在1月、2月有轻微风蚀。随着造林年限的增加,土壤容重、非毛管孔隙度呈降低趋势,而总孔隙度、毛管孔隙度、土壤含水量、有机质含量呈增大趋势,但造林5a后,这一趋势减缓并趋于稳定。林地内微地形起伏造成行间风蚀深度、容重、非毛管孔隙大于树下,总孔隙度、毛管孔隙度和含水量小于树下。该研究可为林地经营及其风蚀防治、土壤改良提供依据。     

黄土高原水土保持建设的环境效应

水土保持是黄土高原生态恢复和重建的基础,但在有效拦蓄径流和泥沙的同时,水土保持建设改变了水分和养分的静态分布格局和动态循环过程,并由此对区域的环境产生影响。分析了水土保持建设对水文环境和土壤环境的影响及其研究动态。不同水保措施都能在一定程度上调节和控制水文过程,改善流域的水质,提高土壤的质量,提高土壤的含水率;而人工林草植被不同程度地减少了土壤含水率。同时对黄河断流以及土壤干层与水土保持建设的关系进行了探讨。     

黄土高原土壤干层减缓方法初探

针对黄土高原长期种植苜蓿会导致深层土壤的干层化现象，在陕北黄土丘陵沟壑区的苜蓿种植区采用侧膜种植、播量减半种植、间作种植、常规种植4种种植模式来分析土壤水分环境。研究表明：侧膜种植年内贮水量在各个时期较其它3种模式高，各种植模式有效降雨量与土壤水分补给量之间关系呈线性相关，侧膜种植提高0～180cm土层土壤水分补给量更为突出。有效降雨对4种种植模式活跃层的贮水补偿作用极显著。春夏失墒期各种模式土壤相对稳定层对活跃层的补偿作用显著，各处理的相对稳定对活跃层补给量之间呈直线正相关，但补给量存在一定差异。     

黄土高原土壤干层评定指标的改进及分级标准

土壤干层是黄土高原普遍存在的特殊土壤水文现象,研究其现状、成因、防治、调控措施等对科学认识区域植被承载力、土地生产力以及低效林草改造和可持续植被建设等有重要理论与生产指导意义,而合理通用评判指标与分级标准是开展土壤干层研究的基础。目前黄土高原土壤干层尚无统一评判指标与分级标准,给区域土壤干层研究带来困难。本文在已有研究成果的基础上,提出用土壤有效水饱和度/不饱和度作为土壤干层评判指标,并给出其分级标准。该评判指标计算简单,具通用性和可比性,可望成为土壤干层的通用评判指标。     

黄土高原坡地土壤干层形成机理及补水途径研究

对黄土高原坡地林地土壤干层形成原因进行研究,指出降水较少和下渗困难是本区干层形成的两个直接因素,大鱼鳞坑内打孔覆草拦蓄径流、强制下渗是缓解干层形成的最佳途径,同时指出在黄土高原植被建设中应注意树种的选择和搭配,避免种植蒸腾量大、根系吸水强的树种,在工程措施的基础上多种草是生态效益和经济效益双赢的最佳途径。     

黄土高原高塬沟壑区坡面表层土壤水分研究

在黄土高寒区,通过人工控制土壤水分的方法,利用Li-6400便携式光合测定系统对银水牛果和沙棘苗木叶片的气体交换参数因子的光响应进行研究。结果表明,2种灌木的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率随着光强的增大而增强,而随着光强进一步增大,净光合速率、水分利用效率却出现下降的趋势,蒸腾速率仍继续增大。随着土壤含水量的增加,2种灌木的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度逐渐增大,水分利用效率先上升,在轻度水分胁迫下达到最大值后下降。在相同土壤含水量下,银水牛果光补偿点明显小于沙棘,光饱和点大于沙棘,光能利用率高于沙棘;银水牛果的表观量子效率大于沙棘,在低光强下的光合能力较高。在水分胁迫下,2种灌木相比,沙棘比银水牛果更易受强光胁迫;银水牛果对弱光的利用能力高于沙棘,水分利用效率高于沙棘,耐旱生产力较高。     

黄土丘陵沟壑区不同土地利用方式的土壤水分效应

采用定位监测法,对黄土丘陵沟壑区的延安燕沟不同土地利用方式下土壤水分动态变化规律进行了系统分析。结果表明,在2002年降雨前期较多后期较少的情况下,土壤水分4—10月间呈现总体下降趋势,降雨对土壤水分的补偿效应明显不足;不同植被下土壤水分季节变化存在明显差异,苹果园和退耕坡地土壤水分衰减幅度小,林灌草地则水分逐渐减小,变化幅度较大;植被对土壤水分的差异性利用使得土壤平均水分含量以及水分剖面分层均存在差异。各层土壤水分变异系数的垂直变化也因植被类型的不同而存在差异。除浅层0—10 cm外,不同层次土壤水分变化趋势较缓和,较一致。土壤含水量逐月下降,个别月份水分略有升高,说明降雨对土壤水分的补偿作用在该降雨年型下表现微弱。     

黄土高原不同林龄刺槐林土壤水分亏缺程度

通过定点监测刺槐林土壤水分含量,探究不同林龄刺槐林土壤水分分布与亏缺程度。采用空间代替时间的研究方法,选择10,15,25,40年人工刺槐林为研究对象,农地(0年)为对照,调查分析0—200 cm土层土壤水分分布情况。结果表明：各样地平均土壤含水量大小顺序为农地(18.80%)>10年刺槐林(16.43%)>15年刺槐林(15.47%)>40年刺槐林(13.87%)>25年刺槐林(13.38%);不同林龄刺槐林土壤水分均处于亏缺状态,随着林龄增加,土壤水分亏缺呈增大趋势,平均土壤水分亏缺程度为19.38%,25年刺槐林土壤水分亏缺程度最大(27.76%),40年时略有恢复(25.80%);表层土壤水分变异程度最大,变异程度随林龄增加呈增大趋势,速变层、活跃层、次活跃层和相对稳定层4个层次只在40年刺槐林均有出现。研究结果可为黄土高原植被生态恢复和科学经营人工林提供一定的理论基础。     

黄土丘陵区不同降雨条件下聚水沟土壤水分研究

为提高陕北黄土丘陵区林地降水的有效利用率,以水平阶地为对照,进行了填充石子、秸秆、树枝、基质等不同材料的聚水沟保墒试验研究。结果表明:天然降雨量小于6mm时,聚水沟内土壤含水量未增加;降雨量在6~10mm时,聚水沟沟底约10cm土层土壤含水量与对照出现差异(p0.05);25~40mm降雨条件下,聚水沟两侧垂直40cm以上土层平均储水量较对照差异显著高16.14%,其土壤含水增量表现为:秸秆(4.8%)树枝(3.5%)石子(3.1%)对照(2.4%)基质(2.3%);日降雨量大于40mm时,聚水沟30—190cm土层的拦蓄储水量较对照提高了12.6%~17.5%,此后无降雨时,聚水沟两侧30cm×30cm×70cm体积内大于13%的高水分含量可以维持近一个月;典型136.8mm的月累积降雨对石子、秸秆、树枝、基质覆盖聚水沟内水分扩散影响深度分别为120,160,160,130cm。综合分析,聚水沟内填充秸秆和树枝在增加水分入渗的同时对周边土壤水分的分配及存储效果好于石子和基质。     

扫描电镜下泾阳南塬马兰黄土的孔隙特征

[目的]研究扫描电镜下黄土微观结构的特征,为分析马兰黄土的孔隙特征提供一种新方法。[方法]利用IPP影像分析软件对扫描电子显微镜获得的泾阳南塬马兰黄土不同放大尺度下的微观影像进行分析,并对马兰黄土中的孔隙进行统计分类。[结果]在不同放大尺度下,微孔隙的孔隙率维持在2%,小孔隙的孔隙率与放大倍数呈线性负相关,相关系数为-0.98,其余孔隙无特定变化规律;在相同放大尺度下,微、小孔隙在马兰黄土中分布均匀,中、大孔隙较为分散。[结论]扫描电子显微镜影像可以方便、迅速地为我们提供黄土孔隙特征分析。     

黄土不同湿度状态下动、静变形特性关系的探讨

从实用角度出发,对西安、兰州和太原3个典型黄土地区的原状黄土在不同湿度状态下所取得的动三轴振陷资料以及常规侧限压缩、湿陷试验的资料进行了统计分析,给出了黄土动、静力变形特性参数之间的相关关系,探讨了用常规的静力特性参数评估动力特性的可能性。     

黄土高原土壤水分资源特征

经58县调查,黄土高原土壤水分资源有以下特征:一、土壤持水能力高,其主体质地土壤(轻壤、中壤占80%)的田间持水量一般在19%～22%之间,居于全国中上等水平;二、土壤经常处于低储量水分状态,一般只占到田间持水量的60%～80%和43%～55.9%;三、土壤水分利用率偏低。黄土高原地区,0～5m土层的农田存有剩余有效水为463.16～413.4mm;四、生物利用干层普遍存在,有临时和永久性干层。改善土壤水分条件的措施:1.建立合理的农地、林地、草地配置区;2.建立合理的立体利用土壤水分模式;3.采取相应保墒和耕作措施。     

西峰黄土高原土壤含水量干旱指数

某时段的干旱不但与同期降水有关,还与前期降水有密切的关系,土壤水分是表达干旱的重要因子,可以综合反映干旱的变化,为此,利用1989～2004年西峰农业气象试验站的土壤水分、降水资料,分析了降水量随时间的变化,0～100cm土壤水分的垂直分布特征和时间变化规律,对春季、伏期、秋季、初春、春末初夏旱土壤含水量与降水量进行了对比分析,并制定了这几个时段的针对土壤含水量的土壤干旱指标。     

相似降水年组下黄土高原植被恢复与土壤水分变化过程与空间特征分析

土壤水分是黄土高原植被恢复及其可持续性的主导限制因子,为认识退耕还林(草)工程以来大尺度植被恢复与土壤水分关系,以25km×25km格点为研究单元,采用1992—2013年逐月降水量、归一化植被指数(NDVI)和土壤水分指数(SWI)等数据,分析了该区植被恢复与土壤水变化过程及其区域分布特征。结果表明,黄土高原植被和土壤水分变化特征和趋势不一致,其中大部分区域(70%以上面积)NDVI呈极显著增加趋势(p0.01),但绝大部分地区(94%面积)的SWI没有趋势性变化。为进一步揭示植被和土壤水分变化关系,以格点为单元提取并分析了相似年组(年降水量差小于2%,年差大于或等于5年,逐月降水量相关性大于0.55),并分析了不同相似年组内NDVI和SWI的变化特征。植被指数与土壤水分变化主要包括两类:植被指数和土壤水分同时增加与植被指数增加而土壤水分减少。黄土高原植被、土壤水分变化的区域性明显,在未来生态恢复过程中,需要进一步认识植被恢复对土壤水分的关系,促进黄土高原植被恢复的可持续性。     

黄土高原旱区浅层黄土水分场的数值分析

[目的]研究黄土高原浅层土体水分场在春季连续干旱条件下的动态变化。[方法]通过非饱和黄土二维非稳态流有限元控制方程对黄土高原浅层土体水分场在不同气象条件下的动态变化进行数值计算。[结果]在连续干旱条件下水分场的计算结果与实测结果较为一致,受蒸发影响的土层最大厚度为1.8m,连续3个月的干旱使其平均含水率降低至7.9%,土壤蒸发强度随着含水率的减小而减小。强度较小且分散的降雨对于缓解连续干旱期黄土高原土壤干旱基本无效,大强度集中降雨只能在短时间内缓解土壤旱情。[结论]数值计算结果可为实际工程中植被类型的选择以及灌溉时间的把握所参考。