灌溉农田深层土壤水分动态试验研究

针对近年来华北平原农田地下水开采多,补给少,地下水位普遍下降的问题,通过分析在栾城试验站获得的2005～2006年冬小麦-夏玉米生长季节不同灌溉条件下的土壤水分观测资料,探讨了地下水埋深较大条件下（大于30 m）0～6 m土层土壤水分动态变化规律。结果表明,在土壤干旱时期农田灌溉或降雨后,灌水和降雨（在60～170 mm之间）主要补充于0～2 m土层,在土壤湿润时期,当表层土壤水分得到一定补充后,水分会向下移动,渗漏到2～6 m土层的水量可达灌水量的9.6%～40.9%,而且灌水量越大渗漏到2-6m土层的水分占灌水量的比例越大。研究还表明,0～6 m土层土壤对降水有很强的调蓄能力,在降水较大（小于170 mm）的情况下都可以滞留在土壤中,而不形成产流。     

不同密度刺槐林在蒸腾旺季的蒸腾特征

在蒸腾旺盛的7,8月份,选择典型晴天,对5种不同密度(1 400,1 600,1 800,2 000,2 200株/hm2)刺槐(Robinia Pseudoacacia L.)林的叶片含水量、蒸腾速率、叶水势、根水势日变化进行了观察,并测定了林地0-60 cm土层的土壤含水量.结果表明,(1)各密度林分叶片含水量的日均值在7,8月份均为ρ2200>ρ2000>ρ1400>ρ1600>ρ1800,8月低于7月;(2)不同密度刺槐林蒸腾速率日变化趋势在7,8月份呈现相似的变化规律,即随着林分密度的增大,蒸腾速率日变化曲线由"双峰型"趋于"单峰型",最大值均出现在下午13:00-14:00,日平均蒸腾速率在7,8月份为:ρ1800>ρ1600>ρ1400>ρ2000>ρ2200;(3)不同密度刺槐林叶水势的日均值在7,8月份均为ρ1800<ρ1600<ρ1400<ρ2000<ρ2200,但8月份明显低于7月份,其日变幅则明显高于7月份;(4)根水势高于叶水势,日变幅小于叶水势日变幅,日均值大小在7,8月份均为:ρ1800>ρ1600>ρ1400>ρ2000>ρ2200,且8月份低于7月份,而日变幅则是8月份大于7月份;(5)不同密度刺槐林一天中根、叶水势之差(Δψ)与蒸腾速率(Tr)的关系可以用对数曲线来拟合;(6)刺槐的叶水势随着叶片含水量的增大而升高,二者的关系可以用对数曲线来拟合;(7)不同密度林地7月份土壤含水量随土层深度的增加变幅较小,而8月份变幅较大,0-60 cm土层的土壤平均含水量随林地密度的增大而减小.从土壤水分的有效利用以及达到最佳生长状况的角度出发,建议试验区15年生刺槐林分密度为1 800株/hm2.     

典型峰丛洼地坡面土壤水分动态变化的时序分析

采用时间序列分析方法，分析了2004年5～9月广西环江典型峰丛洼地坡面上6种土地覆被类型10，20cm土壤水势与降水动态变化的相关关系。结果表明：（1）灌丛与板栗覆草土壤中的水分较充裕，其含量受天气的波动变化较小，对降水的影响具有缓效性、长期性的特点；（2）坡耕地中水分含量较低，随降雨的波动变化剧烈，但南瓜的地上植株部分对土壤水分的调节保持有积极作用；（3）撂荒草地与木豆土壤水分含量的层间差异都较显著，对降水响应的即时性也强，但撂荒地20cm土层对降水的响应期长些，能保证短时间内向10cm土层的水分补给；（4）处于幼龄期的板栗，土壤水分变化反映的是仅受天气影响下的自然裸露坡地的状况，变化介于灌丛、板栗覆草和撂荒草地、木豆之间。     

红壤坡地油茶林及自然恢复植被下土壤水势动态变化特征研究

利用野外定位观测数据，研究了红壤坡地油茶林及其自然恢复植被下土壤水势的时空动态变化规律。结果表明，土壤水势及其变异系数随深度的增加而增大，旱季土壤水势低于雨季；再分布过程中土壤水势动态变化主要受降雨量影响，油茶林30～110cm土壤水势变化幅度、变化速度大于同深度恢复区；随着裸地自然恢复成草丛，恢复区土壤水势变化强度较大的层次从0～10，0～20，0～30cm逐渐加深；降雨人渗及再分布过程中零通量面从表层至深层经历了发散与聚合型相互转换的循环过程，表明了不同层次土壤水分的上下交替运移规律；油茶林具有比恢复区复杂的零通量面类型及发生与迁移转变规律。     

黄土高原半干旱区林木生长适宜土壤水分环境的研究

采用 L I- 62 0 0型植物光合测定系统、L I- 160 0型稳态气孔计和 L NW- 5 0 A型中子水分测定仪 ,对不同土壤水分胁迫下刺槐、侧柏林木和苹果树及其盆栽苗木生长的生理、生态特征进行实地观测 ,研究了叶片净光合速率( Pn)、蒸腾速率 ( Tr)、羧化效率 ( CE)、叶片水分利用效率 ( WUEL)以及气孔导度 ( Cs)和气孔阻力 ( Rs)对土壤含水量 ( SWC)变化的响应过程。结果表明 :刺槐、侧柏和苹果净光合速率最高时的 SWC分别为 17.13 % ,15 .90 %和 16.11% ;维持其最高净光合速率 70 %以上的土壤含水量 (即气孔导度的土壤水分响应曲线转折点对应的土壤含水量 )临界值分别为 10 .5 0 % ,9.5 0 %和 9.75 % ;其蒸腾速率最高时的 SWC分别为 18.82 % ,19.70 %和16.3 3 % ;其叶片水分利用效率最高时的 SWC依次为 13 .2 3 % ,10 .66%和 12 .3 8% ;其羧化效率最高时的 SWC依次为 15 .70 % ,15 .5 0 %和 15 .83 %。根据半干旱地区林业建设以提高林木水分利用效率为核心的土壤水分管理思想 ,分别选取维持最高叶片水分利用效率的土壤含水量临界值和维持较高光合速率 (最大光合速率的 70 %以上 )的土壤含水量临界值作为林木生长适宜土壤水分环境的上、下限标准。这一标准概化为 :刺槐 10 .5 %～ 13 .5 % ,侧柏 9.5 %～ 10 .5 %     

内蒙古西部黄土丘陵区土壤水分动态初探

通过对内蒙古西部黄土丘陵区土壤水分的初步研究,表明:该区土壤水分的垂直动态分布分为三个不同层次,即:水分不稳定层(0～40cm);中间过渡层(40～100cm);水分相对稳定层(100～200cm);旱作土壤水分的动态变化与降雨的变化基本一致;作物对土壤水分的消耗主要是当年降雨。     

土壤水分的时序分析研究

利用时间序列理论分析了降水动态和土壤含水量动态的相关关系。研究表明,降水序列为不相关序列,而各层土壤含水量序列则为自相关序列。相关时间距为２至７个滞后时间距。降水序列和３０,６０,９０ｃｍ含水量及全部面储水量的协相关图呈现一定的周期性,周期分别为３．５,４,５和４个滞后时间距,表明降水的动态变化在相隔相应的滞后时间距扣分别在３０,６０,９０ｃｍ深度含水量及全剖面储水量的动态图上得到重视。     

乔灌草植被条件下土壤水分动态特征

以16年的定位土壤水分实测资料为基础，对乔灌草植被条件下土壤含水量的年度、季节及垂直动态特征进行了研究，结果显示：在0～100cm和0～500cm深度上，草地土壤水分含量大于乔木和灌木；生长盛期乔木和灌林土壤含水量较低，草地变化不大。土壤垂直动态分析表明：乔木、灌木和草地土壤水分按照速变层、活跃层、次活跃层和相对稳定层划分，其位置和排列顺序都不尽相同，荒草地0～60cm为速变层，依次再往下60～280，280～400，400～500cm分别是活跃层、次活跃层和相对稳定层；山桃林0～40，40～240，240～400，400～500cm分别是速变层、相对稳定层、次活跃层和活跃层；柠条林0～80，80～220，220～320，320～500cm分别是速变层、活跃层、相对稳定层和次活跃层；土壤干层在3种植被条件下都有存在，但以乔木垂直范围最广，历时最长，灌木次之，草地再次之，草地植被随深度下降，其水分波动越来越小；乔木土壤表层水分变化剧烈，但到100cm左右水分变化程度较小，再往下，变化又趋剧烈；灌木与乔木相似，但变化程度不及乔木强烈。     

大面积桉树引种区土壤水分及水源涵养性能研究

为揭示亚热带山地大面积引种尾叶桉类林对土壤水分及水源涵养性能的影响,对研究区尾叶桉类林、次生常绿阔叶林、思茅松林3种林地类型的土壤贮水能力与水源涵养功能进行分析。结果表明,(1)桉树林取代次生常绿阔叶林和思茅松林后,土壤含水量分别下降了10.98%和9.55%,对土壤水分的消耗增加;(2)土壤毛管持水量表现为次生常绿阔叶林(A2)>以次生常绿阔叶林为背景的桉树林(A1)>思茅松林(B2)>以思茅松林为背景的桉树林(B1),桉树林取代次生常绿阔叶林和思茅松林后,土壤毛管持水量分别下降了20.62%和5.33%,土壤保水持水能力下降,但桉树林与思茅松林的土壤持水能力差异不大;(3)土壤毛管蓄水量和非毛管蓄水量分别表现为:A2>B2>B1>A1和A1>A2>B1>B2,桉树林取代次生常绿阔叶林和思茅松林后,土壤平均毛管蓄水量分别下降了11.96%和4.09%,平均非毛管蓄水量却分别增加了7.07%和2.66%,土壤保持水土的能力变差,但调蓄能力增强;(4)土壤有效涵蓄量表现为:A2>A1>B1>B2,桉树林取代次生常绿阔叶林后,土壤有效涵蓄量下降了25.05%,蓄水性能降低。桉树林取代思茅松林后,土壤有效涵蓄量上升了1.74%,蓄水性能有所提高。     

刺槐无性系苗期叶水势和相对含水量与土壤含水量之间关系研究

研究了刺槐无性系苗期叶水势、相对含水量和土壤含水量之间关系。参试刺槐无性系叶水势和土壤含水量之间呈双曲线关系,但不同无性系间参数A、B存在着差异,U5、NC和8041表达式参数“A”和“B”基本相近,且较小,而U2、U7和U9的的参数相对较大。无性系叶水势和饱和亏缺间呈线性关系,无性系间线性方程中斜率B大小不同,其顺序为:U7>8041>U2>U9>U5>NC;U7的斜率最大,说明遇到干旱时其最容易失水,而NC的斜率最小,说明当遇到干旱时其失水速度最慢。植物相对含水量和土壤含水量间呈线性关系。参试无性系B值大小顺序为:U7>U2>U9>8041>U5>NC,U7值最大说明遇到干旱时较易失水,而U5和NC最小则失水速度较慢。     

陕北地区不同纬度带人工刺槐林土壤水分特征研究

为研究黄土高原地区人工刺槐林地土壤水分变化特征,对陕北地区不同纬度带30a人工刺槐林林下土壤剖面水分条件进行研究,以期探索该区域刺槐林地土壤水分含量及相关因素的响应规律,结果表明:土壤水分含量随土层深度的增加而降低,且在40—50cm深处出现水分显著降低的跃变点;淳化以北5个样地土壤水分均低于生长阻滞水分含量,存在不同程度的亏缺,处于砂壤带的榆林、神木以及轻壤带的绥德样地其土壤水分亏缺度均超过50%,呈严重亏缺;随着纬度的增加,土壤累积储水量与净降雨量均呈现降低的趋势,且两者的变化显著相关,说明不同的纬度带特征是造成土壤水分差异显著的主要原因。     

陕北黄土区人工刺槐林地土壤水势特征

为了研究黄土区人工林地土壤水分特征曲线及土壤水势特征,以陕北黄土区人工刺槐林地为研究对象,利用中子水分仪和中国科学院地理科学与资源研究所设计的负压计,对其2015年4月1日—2015年10月31日0—200cm土层的土壤含水量和土壤水势进行了连续观测,并运用灰关联法分析了表层(0—40cm)、中层(50—120cm)、深层(130—200cm)及4—10月土壤水势灰关联度。结果表明:(1)陕北黄土区人工刺槐林地各土层土壤水分特征曲线可用Gardner模型幂函数方程θ=aS-b进行拟合,拟合参数a值大小为表层土壤(0.103 8)中层土壤(0.094 4)深层土壤(0.086 0);b值大小为表层土壤(0.284)中层土壤(0.291)深层土壤(0.298)。(2)通过土壤水分特征曲线求得人工刺槐林地土壤水分常数,田间持水量和凋萎系数的平均值分别为25.53%和8.42%,最大有效水范围平均达17.11%。通常用土壤水吸力为0.1 MPa时,比水容量值来表征土壤供水能力,人工刺槐林地该值的大小表现为表层土壤(56.73%)中层土壤(53.74%)深层土壤(50.84%)。(3)人工刺槐林地土壤水势垂直空间分布表现为表层土壤水势从-0.21 MPa逐层增加到-0.08 MPa,中层土壤水势动态波动较大,整体呈下降趋势,深层土壤水势稳定在-1.14 MPa附近。灰关联度分析得出R12(0.899 8)R23(0.711 5)R13(0.702 8),人工刺槐林地土壤水势表层与中层关系较为密切,深层与中层关系次之,表层与深层关系最差。(4)人工刺槐林地0—200cm土层土壤水势,4—6月呈下降趋势,7—8月显著上升,9—10月再次下降。从各月土壤水势灰关联度来看,R_(10)(0.868 9)R_(05)(0.806 7)R_(09)(0.780 4)R_(07)(0.676 3)R_(06)(0.654 8)R_(08)(0.611 4),人工刺槐林地土壤水势10月,5月,9月变化态势与4月关联度较高;土壤水势7月,6月,8月与4月关联度较差。     

水分生态环境对刺槐细根垂直分布的影响

采用土钻法,对安塞县和长武县的刺槐细根面积垂直分布特征进行调查研究,结果表明:（1）刺槐细根的垂直分布与水分生态环境密切相关,现存的细根密度是对具体生境逐步适应调整的结果。（2）刺槐在遗传特性上表现为深根性树种。刺槐细根的垂直分布除了受树种遗传特性的影响,很大程度上受水分生态环境的影响。（3）刺槐细根的垂直分布区域与降雨的补偿深度基本一致,如果土壤中的水分得不到很好的补偿,将对刺槐的生长造成很大影响。因此,黄土高原营造人工林,应充分考虑降水对土壤含水量的补偿深度和补偿程度,以水分生态环境中所能容纳的适宜细根密度为依据确定造林密度,才能使树木达到最大生产力。     

陇东黄土高原不同林龄刺槐林土壤碳通量及其组分特征

基于红外气体分析技术,对陇东黄土高原田家沟水土保持科技示范园不同林龄(12,14,15,18a)刺槐林土壤碳通量进行定位监测,同时以荒草地为对照,分析土壤碳通量日、季变化及组分特征。结果表明:不同林龄刺槐林土壤碳通量日变化差异显著(P0.01),日变化趋势表现为昼高夜低的单峰曲线,13:00—15:00达到最大值,最小值出现在2:00—5:00;不同季节间土壤碳通量差异显著(P0.01),具体表现为夏季春季秋季冬季,夏季土壤碳通量为冬季的8.78~20.32倍;刺槐林春季土壤碳通量以自养呼吸为主,夏、秋两季以异养呼吸为主,冬季自、异养呼吸贡献率基本一样,荒草地春、夏、秋3季以异养呼吸为主,冬季与林地表现一致;刺槐林年土壤CO_2排放量随林龄增加而增加,年排放量2 069.63~4 590.35g/m~2,荒草地土壤CO_2年排放量2 806.27g/m~2,低于18a刺槐林,高于其余各林龄。研究结果为陇东黄土高原刺槐人工林土壤的固碳效应及经营措施提供依据。     

晋西黄土丘陵区坡面刺槐林地土壤水分研究

 为研究晋西黄土丘陵区刺槐林分土壤水分状况,通过2年的定位观测,标定了该地区刺槐林分土壤水分特征曲线,探讨了刺槐林分土壤水分的空间变化规律及其影响因子。结果表明:刺槐林分利用土壤水分范围较广,其林分可以栽植在峁顶、阳坡及半阳坡等处;12年刺槐林分密度低于2250株/hm²时,林地土壤水分可以在生长季末得到补充,而超过2250株/hm²时,林地土壤水分得不到补充,林分在翌年的部分月份处于水分亏缺状况,限制了林木的生长;月降水量、蒸发量是影响林地土壤水分的主要气象因子,郁闭度、胸径、林分生产量等因子是影响刺槐林分土壤水分的植被因素。     

刺槐林地土壤水分与林下植物群落生物量的关系

通过样地调查,对比研究了不同林龄刺槐林地和撂荒地土壤水分年际变化特征及样地生物量特征。结果表明,刺槐林地土壤水分含量及储水量随林龄增长降低,过熟林的剖面含水率接近凋萎湿度;0—140 cm土层生长季土壤水分变异系数遵循过熟林>成熟林>幼龄林>撂荒地的规律,而140—500 cm土层则基本与上述规律相反。成过熟刺槐林下植物群落地上部生物量略高于撂荒地,土壤水分与地上部生物量仅存在微弱的负相关关系。说明刺槐生长虽然消耗了大量土壤储水,但未显著降低林下植物群落的生产力。研究表明,将刺槐作为先锋树种用于黄土高原森林草原区的植被恢复有助于迅速形成植被覆盖,发挥刺槐林的水土保持功能。同时,林下植物群落的健康发育可以保证刺槐衰退后的生态系统持续稳定地发挥其生态功能。     

利用土壤表层含水量序列预测深层含水量的研究

土壤剖面含水量的预测对于灌溉、防治水土流失、改善生态环境等一系列环境过程具有重要意义。根据每天测量红壤不同层次含水量,利用时间序列分析方法,依据表层10cm含水量序列预测20cm,30cm,40cm和60cm土层含水量。结果表明,各不同土层含水量之间呈极显著性相关;利用分布滞后模型根据10cm土层含水量预报各深层土壤含水量,模型的滞后时间随着被预报土层深度的增加而增加,预报模型相对误差不超过6%,最大相对误差不超过10%。10 cm土层含水量分别联合20 cm,30 cm,40 cm和60 cm土层含水量,利用自回归分布滞后模型对相应各土层含水量模拟预报,缩短了滞后时间,模型表达式更简洁,精度仍然较高。     

黄河三角洲退化人工刺槐林地土壤特征

 黄河三角洲大面积人工刺槐林出现了衰退现象,表现为树木梢头出现不同程度的枯稍。为了揭示该地区刺槐林衰退的原因,对不同退化程度刺槐林的土壤特征进行研究。结果表明:随着刺槐林退化程度的增加,土壤密度(全层)逐渐增大,土壤多项养分指标有不同程度的下降趋势,土壤含盐量随退化程度的加重逐渐增大;在不同退化程度的刺槐林分中,基本趋势是随着退化程度的加重,脲酶、多酚氧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶的活性呈现降低的趋势;不同退化程度刺槐林的土壤中微生物总量随退化程度的加重而减少。