基于SHAW模型的青海湖流域土壤温度模拟

土壤温度与地气间能量交换、水分循环密切相关，影响着植被生长乃至区域生态安全。本文首先分析了青海湖流域2018年10月至2020年7月实测的不同深度土壤温度变化特征，然后结合2018年10月至2019年8月土壤温度对SHAW模型进行了率定，并根据2019年9月至2020年7月观测数据对率定参数进行了验证，在此基础上探究了植被和土壤参数对土壤温度变化的影响。结果表明：(1)伴随深度增加，土壤温度的变化幅度逐渐减小，5 cm深度逐日平均土壤温度的极差达到25.50℃，而35 cm深度极差为20.19℃，均远低于相同时期气温的极差(36.32℃)；(2)率定期各层土壤温度的纳什效率系数(NSE)均高于0.94，均方根误差(RMSE)由表层(1.91℃)至深层(0.86℃)逐渐减小，模型模拟精度随着土层深度增加而提高；验证期各评价指标略低于率定期，但各层NSE均超过0.93,RMSE由浅层的1.98℃降低至最深层的0.98℃，说明SHAW模型可以模拟青海湖流域土壤温度的动态变化；(3)土壤温度变化与叶面积指数、土壤容重均呈负相关关系，饱和导水率、孔径指数和进气势分别降低60%、40%和30%以后...     

黄土高原沟壑区农田土壤水分动态变化分析

以黄土高原沟壑区径流小区为研究对象，分析了雨季，旱季缓坡农田土壤水分动态变化以及坡位对农田土壤水分动态变化的影响，结果表明：雨季，旱季农田土壤水分动态变化趋势相同，但浅层（10－30cm）土壤水分变化幅度较大，尤其是降雨产流时；土壤水分的补偿和恢复主要取决于雨强适中，历时长且雨量大的降雨过程，与土壤前期水分剖面特征，作物覆盖度以及作物耗水特性密切相关，而坡度几乎没有影响，坡位对农田土壤水分动态变化也有一定的影响，观测期末雨季，旱季土壤蓄水增量为坡上＜坡中＜坡下，坡的中下部土壤储水量也较坡上部大。     

黄土高原半干旱区植被建设的土壤水分效应及其影响因素

 水分是黄土高原半干旱地区植物生长与植被建设的主要限制因子,植被是影响土壤水分最活跃、最积极的因素。为了给黄土高原半干旱区植被的合理经营和今后植被的科学营造及开展植被建设的水文生态效应研究提供参考,从不同植被类型、生长状况与结构,不同植物的耗水特点及影响因素等方面,概述半干旱地区不同植被对土壤水分影响的研究进展。认为:为保证植被建设的可持续,需适度发展植被生产力,合理选择植物类型。在深入研究不同植物需耗水规律的基础上,加强植被生产力与水分利用的结合研究和从景观配置水平研究植被建设对土壤水分环境的影响。     

提高黄土高原农田土壤水分利用的主要途径

本文提出黄土高原农田土壤水分利用的主要途径是:在半湿润地区,要建立合理的轮作施肥制度,试验结果为高肥豌豆小麦轮作,春玉米地主要通过增施肥料,可便水分效率由0.61kg/mm提高到1.26kg/mm。在半干旱的冬小麦地区,采取水平沟种植,半干旱秋田地区采取蓄水聚肥改土耕作法,海拔偏高的半干旱地区,采取带状平播起垄耕作法,丘陵地区的川平地和坝地,实行沟垄种植。在干旱地区采取的措施有沙石田、径流农业(包括隔坡梯田、带田、坑田、区田等),撂荒农业,地膜农业等。有地表水来源处可发展节水灌溉农业。     

黄土高原半干旱区沙棘根系特性与土壤水分动态研究

本文论述了吴旗飞播区5～13龄沙棘根系形态、生长发育、产量及根蘖特性。可以看出,沙棘根系有适于半干旱黄土区的生物生态学特性。沙棘根系发达,在梁峁坡垂直根深3～8m,可吸收深层储水。根系,特别是水平根主要分布于地表1m土层内,可接纳雨季补充地面的水分。活性根在地表1m土层内及根系向下延伸新达的吸水层分布较多,这样增强了沙棘根的生命力。沙棘根蘖力强,串根面积大。沙棘的根系特性给自身创造了良好的水分生态环境,使沙棘适应性强,分布广,具有较高的水土保持效益。作者还系统分析了沙棘与对照荒山土壤水分年动态变化,可以看出沙棘随林龄增加深土层水分严重亏缺。但从12龄与13龄沙棘看出,由于其林冠层,林下草被层、枯落物层和根系层形成了良好的森林生态结构,保水固土力增强。因而0～60cm土层含水量可补充到田间持水量50%～80%,持水力超过荒山。另外还对沙棘播区立地条件选择、播种密度、沙棘林抚育管理技术进行了探讨,以提高土壤水分。     

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 %     

甘肃半干旱区农田土壤水分动态及贮水效率分析

本文通过定位观测结果分析指出:甘肃半干旱地区农田土壤水分特点是,贮水容量大,有效水多,但土壤水分损耗期和休闲期无效蒸发多,水分相对稳定期保水能力强,作物利用土层浅,为可利用有效水的低含量区。在本地区进行豆、麦合理轮作及寻找防止无效蒸发措施,对提高有限土壤水分利用有重要意义。     

基于SHAW模型的科尔沁草甸地冻融期土壤水热盐动态模拟研究

[目的]探讨季节性冻融期土壤水热盐动态变化及其机理,对干旱半干旱地区土壤盐渍化防护与治理提供一定的理论依据。[方法]以科尔沁草甸地为研究对象,利用2013年11月至2014年5月科尔沁左翼后旗阿古拉生态水文试验站草甸地试验点的水热盐观测资料,通过SHAW模型进行仿真模拟分析。[结果]模型对土壤热量和盐分的模拟结果较好,模拟期土壤水分模拟的标准偏差(root mean square error,RMSE)为0.02~0.07。受草甸地地下水位影响,模型对含水率的模拟结果偏差较大,但其标准偏差及平均偏差均处于允许范围内。[结论]将SHAW模型作为相关研究仿真模拟的优选模型,可以弥补人工观测数据间断或缺失的不足,可以被借鉴定量模拟预测农田在自然条件下的垂向一维冻土—非冻土系统内的水热盐迁移状况。     

侧面蒸发条件下土壤水分及养分分布特征——以黄土高原北部沟岸地为例

为全面了解黄土高原北部地区沟岸地土壤水分养分的分布情况,为该区植被恢复和农业生产提供理论依据,采用野外调查取样和室内分析相结合的方法,按照不同的距离,分析沟岸地土壤速效磷、速效钾、有机质的特征,结果表明:(1)侧面蒸发条件下,沟岸地土壤水分含量随着距沟壁距离的增加有上升趋势,双侧面蒸发导致土壤水分含量在东西两侧均低于单侧面蒸发;(2)单侧面蒸发条件下土壤有机质含量在0~20 cm土层和20~100 cm土层均低于对照,双侧面蒸发条件下土壤有机质含量则呈西高东低的趋势;(3)单侧面蒸发条件下土壤速效磷含量与对照差异不大,双侧面蒸发条件下土壤速效磷含量明显高于对照,且呈中间高、靠近沟壁处低的规律;(4)侧面蒸发对土壤速效钾含量的影响不明显。     

黄土半干旱区刺槐林地土壤蒸发特性研究

对黄土半干旱区刺槐林内的土壤蒸发状况,进行比较系统的试验研究。试验采用微型蒸发器（Micro-lysimeters,MLS）,人为控制土壤水分梯度,对不覆盖、枯枝落叶物覆盖和苔藓覆盖3种处理的林地土壤蒸发进行了分析。结果表明,在不同土壤水分条件下,利用枯落物覆盖减小林地土壤蒸发效果晴天好于多云天,枯落物覆盖、苔藓覆盖与无覆盖相比,分别减少了20.15%～52.46%和11.11%～36.72%的土壤蒸发,枯落物覆盖效果好于苔藓;林地土壤蒸发量随土壤水分的增加呈上升趋势,当土壤含水量增加到一定临界值以后,林地土壤蒸发量由上升变为下降,表现出土壤水分对林地土壤蒸发具有明显的阈值反应,土壤含水量的临界值分别为14.2%（枯落物覆盖）和16.8%（不覆盖）;基于林地土壤蒸发量（E1）与水面蒸发量（E0）的观测数据,利用STATISTICA软件统计分析,建立林地土壤蒸发模型,可用于林地土壤蒸发量的估算,为林地土壤水分管理提供理论依据。     

钙结石含量对土壤水分蒸发影响的模拟试验

通过在土柱中人工模拟黄土高原北部含钙结石土壤,在土壤总水分一致的情况下研究了钙结石含量对土壤水分蒸发过程的影响,以期为黄土高原特定土壤类型中土壤水平衡的计算和模拟提供试验依据。研究结果表明：不同钙结石质量分数（钙结石质量/（钙结石质量+土壤质量））的土壤水分累积蒸发在最初的7 d内差别不大,随后表现出一定的差异;试验期间不同处理的蒸发率差异很小。土壤水分蒸发量随钙结石质量分数的增加而降低,当钙结石质量分数为0.5时,土壤水分蒸发降低8 mm,占到土壤总水分的10%。土壤水分蒸发与钙结石含量之间的负相关关系与钙结石含量增加所导致的土壤含水率降低有关。钙结石对土壤水分蒸发的作用效果与钙结石吸水性、钙结石含量以及水分在钙结石和土壤之间的分配有关。     

黄土高原小流域土壤水分及全氮的垂直变异

为了研究黄土高原土壤中水分及全氮垂直分布及变异情况,对陕北神木县六道沟小流域中苜蓿地、荒草地、农地、柠条地以及油松地5种不同植被类型下0～800 cm土层中土壤含水率和土壤全氮进行了测定和分析。土壤含水率在垂直方向上呈现出干湿交替的层状分布。植被类型影响土壤水分含量的垂直剖面分布;各植被类型下相对高湿层和低湿层出现的深度不同;不同深度土层平均土壤含水率不同。农地及退耕荒草地土壤水分涵养较好,垂直方向上含水率变化较大;人工植被苜蓿、柠条消耗土壤水分较多,土壤含水率变化相对平缓;油松地平均土壤含水率及变化幅度居中。研究区域中,土壤全氮含量水平较低,表层发生陡降后,在20 cm以下土层中仍以很小的变幅降低,变化平缓。柠条地土壤全氮含量高于其他植被类型。     

半干旱黄土区地上生物量对立地因子的响应

半干旱黄土区地形破碎、沟壑纵横、生态环境脆弱,其生态恢复过程受到全世界生态学者的普遍关注.生物量是生态系统获取能量的表现形式.以位于黄土丘陵沟壑区的植被自然恢复10a的合沟流域地上生物量为研究对象,分析不同立地因子对地上生物量的影响规律.结果表明:1)不同立地类型地上生物量从大到小依次为沟底、阴向沟坡、阴向梁坡、阳向沟坡、梁顶、阳向梁坡;2)梁坡和沟坡的地上生物量随坡度升高均呈现反S形态,梁坡的地上生物量最大值出现在20°～25°处,最小值出现在35°～40°处,沟坡的地上生物量的最小值出现在30°～35°处,最大值出现在40°～45°处;3)坡向对地上生物量的影响是显著的(P=0.049),其余因素的影响不显著.可知,该区地上生物量的分布规律是植被对不同立地类型水分、光照等自然条件综合利用的结果.     

黄土高原半干旱地区集水型生态农业分析

简介了黄土高原半干旱地区农业发展现状及面临的问题，阐述了集水型生态农业在黄土高原旱地农业中应用的重要性，指出改善土壤水分是该区农业可持续发展的关键，集水型生态农业将有广阔的发展前景。     

渭北黄土高原核桃林地的土壤水分特征

 水分是制约黄土高原地区生态环境恢复和经济发展的主要限制因子。研究黄土高原土壤水分变化规律,有着极其重要的科学和实际意义。采用随机设计,实地试验的方法,对渭北黄土高原核桃林下土壤水分状况及其变化规律进行了研究。结果表明:黄土高原核桃林地土壤蒸发量与月均温呈正相关关系。土壤含水量随时间的变化,主要受降水量和土壤蒸发与植被蒸腾耗水的影响。黄土高原核桃生长期的土壤水分季节变化,分为3个阶段:春末夏初土壤水分强烈消耗期(5—6月)、雨季土壤水分补充期(7—10月)和冬春土壤水分缓慢积累期(11月至翌年4月)。土壤含水量的季节性变化,与降水量的季节性变化密切相关。核桃林下的土壤贮水量,以8月份最大,6月份最小;耗水量在7月份最大,4月最小。4—7月处于水分亏损状态,而8—10月随降雨量增加,土壤水分便得到补充。水分调控不仅能不同程度地提高土壤贮水量,而且对水分亏损有一定缓解。各灌水处理下的土壤耗水量均有一定程度增大,而覆膜、覆草和修剪下的土壤耗水量,则有一定程度的降低。综合起来可以看出,覆膜、覆草、中等以上程度修剪、4月和6月分别灌水225kg和225kg等5种处理效果较佳,尤其是覆膜效果最好,不仅显著提高了土壤含水量和降低了土壤耗水量,促进了果实的生长发育,而且成本低廉,易于获得,使用方便。建议在黄土高原经济林丰产栽培中推广作用。     

黄土丘陵小流域蒸散发和水分平衡对植被恢复的影响

Evapotranspiration, soil moisture balance and the dynamics in a gully catchment of the Loess Plateau in China were determined with 6 land use treatments including natural grassland, shrubs （Caragana rnicrophylla）, two woodlands （Prunus armeniaca var. ansu and Pinus tabulaeformis）, cultivated fallow, and farmland （Triticum aestiuum L.） in order to obtain a better understanding of soil moisture balance principles and to improve vegetation restoration efficiency for ecological rebuilding on the plateau. Average runoff from cultivated fallow was very high, reaching 10.3% of the seasonal rainfall. Evapotranspiration under T. aestivurn was not significantly different from natural grasslands. Compared with natural grass, evapotranspiration was significantly greater （P 〈 0.05） in 2002 and there was an increase in soil moisture depleted in the 1-3 m soil under P. armeniaca, P. tabulaeformis and C. microphylla. During the two years of the study the average soil moisture （0-100 cm soil profile） of T. aestivurn was generally the highest, with P. armeniaca, P. tabulaeformis and C. rnicrophylla usually the lowest. Thus, according to the soil moisture balance principle for this area the planned reforestation project was not ecologically reasonable. Reducing human disturbance and restoration with grass could be more effective.     

黄土高原南部人工植被作用下的土壤水分研究

在大量野外调查和室内测定的基础上,研究了黄土高原南部地区丰水年前后不同人工植被下0～6m土壤水分含量。研究表明,年均降雨量600mm左右的正常年份,该区内杨树林、法国梧桐林和中国梧桐林下1.5～4m土层平均含水量约为90g/kg左右,发育了弱的土壤干化层,4～6m土层平均含水量约为120g/kg,水分状况优于上部土层。麦地和草地下0～6m水分状况良好,未出现土壤干化现象。丰水年充足的降水后所有林木下土壤干层消失,水分得到很好的恢复,说明该区并未形成永久性土壤干层,这为该区人工植被的良好生长提供了必要的条件。但目前加速发展的生态建设及经济林业仍会给该区土壤水分良性循环带来威胁,因此应加强人工植被下土壤水分的长期观测,合理引种、适当栽培,在收益的同时保证生态环境的可持续发展。     

黄土高原雨养区坡面土壤蓄水量时间稳定性

分析区域土壤蓄水量（SWS）时间稳定性为准确预测土壤墒情提供了理论保障,同时为植被恢复和重建工作提供帮助。利用中子仪获得黄土高原雨养区六道沟流域坡面2005年10月至2006年9月间剖面SWS,通过时间稳定性分析,研究该区域SWS的时间稳定性特征。结果表明：不同月份SWS均表现为中等变异,干旱条件下的变异系数比湿润条件下小。0～4 m的SWS累积概率比其他土层的变化小,平均相对偏差的变化范围（-39%～53%）及标准差（5.6%）较小,spearman秩相关系数均达到0.8以上且呈现出极显著相关,通过时间稳定性分析可以初步确定研究区平均SWS的代表性测点。SWS变化较大时,spearman秩相关系数较小,而SWS变化较小时,spearman秩相关系数较大。spearman秩相关系数为分析该区域SWS的时间稳定性提供了便捷途径。     

黄土丘陵区小流域土壤有效水空间变异及其季节性特征

基于213个样点土壤有效水数据,从流域、坡面和沟道三个尺度分析了黄土丘陵区典型小流域土壤有效水在春、夏、秋三个季节的空间变异特征。结果表明,土壤有效水均呈较强空间变异性,其中沟道土壤有效水均值和空间变异强度(标准差和变异系数)均显著高于坡面,坡面和沟道土壤有效水正态性明显好于流域尺度。不同尺度土壤有效水空间变异程度随均值发生变化,变异系数随均值增加呈指数递减趋势。流域和坡面尺度土壤有效水与坡向呈显著正相关关系且相关系数高于其与坡度和高程,而沟道尺度与各地形因子相关关系均较弱。土壤有效水空间变异呈现明显的季节性特征,秋季土壤有效水均值最高而空间变异性最低,夏季土壤有效水均值最低但变异系数最大。流域尺度夏季土壤有效水与高程相关系数显著高于春秋两季,而坡面尺度则相反。此外,土壤有效水抽样不确定性和估算误差随样点数量增加呈非线性递减变化趋势,当样点数超过20个时,增加样点数量的作用有限。     

陇东黄土高原苜蓿草地土壤水分消耗及水分生态效应（英）

黄土高原地区土壤干化导致林草植被大面积衰退,研究苜蓿草地土壤水分消耗规律对该区农业持续发展及生态环境恢复具有重要的理论意义。该文研究了黄土高原地区不同生长年限苜蓿草地1 000 cm土层土壤水分的变化特征及其对土壤水分生态环境的影响。结果表明：在0～1 000 cm土层,4年、6年生苜蓿草地土壤水分条件最好;12年、18年、26年生苜蓿草地土壤水分条件最差。在黄土高原地区,苜蓿地土壤干层出现的区域及发生的程度不同。4年、6年、8年生苜蓿草地,对土壤水分生态环境不会产生不利影响;12年、18年、26年生苜蓿草地,对土壤水分生态环境产生深刻负面影响。研究表明在陇东黄土高原地区苜蓿生长6 a后,应实施粮草轮作,以恢复土壤水分,持续提高土地生产力水平。