六盘山半干旱区华北落叶松林坡面土壤含水量的降雨响应

在宁夏六盘山外围半干旱区,土壤含水量是影响林木成活与生长的关键因子,需深入理解森林坡面不同坡位的土壤含水量对降雨量的响应差异。本文在宁夏六盘山叠叠沟小流域,选择一个华北落叶松人工林典型坡面,于2021年5—10月利用自动气象站和土壤水分仪连续监测降雨等气象条件和坡面土壤含水量变化,分析土壤含水量的坡位差异及对降雨量级的响应。观测期间总降水量为443.7 mm,虽然接近多年平均值,但夏季干旱严重。结果表明:(1)土壤含水量存在明显的生长季内变化,整体表现为先降低后升高的趋势,8月最低(0.112 m³·m^-3)。(2)土壤含水量存在明显的坡位差异,整体表现为:上坡[(0.191±0.044)m³·m^-3]>中坡[(0.158±0.045)m³·m^-3]>下坡[(0.146±0.034) m³·m^-3],表明土壤含水量的坡位变化因处于干旱年,主要受植被蒸散耗水量大小的影响,而受坡面汇流影响不大。(3)在同...     

典型草原禁牧条件下土壤水分对降雨模式的响应

通过在锡林郭勒草原设置禁牧和放牧试验点,对气象、植被、土壤要素和5 cm、10 cm、15 cm、30 cm层土壤水分进行监测分析,揭示典型草原禁牧条件下降雨和土壤水分的变化及转化规律,结果表明:禁牧3 a后土壤垂向异质性增强,降雨过程中各土层土壤含水量差异显著,放牧区则相反;土壤水分对降雨响应的滞后时间随土层深度增加而增加,相对于禁牧区,放牧区浅层土壤(5 cm、10 cm)持水性能较弱,入渗完成用时较短;5 mm以下的降雨对禁牧和放牧区土壤水分均无明显补给作用,当降雨连续均匀且强度不超过5 mm·h~(-1)时最有利于入渗,放牧区入渗深度达到15 cm和30 cm层分别需要7.9 mm和大于25 mm的降雨,而禁牧区大于5 mm的降雨就可以入渗到30cm土层;强度5～6 mm·h~(-1)的独立降雨只能入渗到表层土壤中(5 cm),强度大于15 mm·h~(-1)的降雨在禁牧区能通过大孔隙快速入渗到30 cm及更深层土壤,放牧区则表层入渗较快(0～5 cm),深层入渗较慢,会形成地表径流甚至洪水灾害。该研究的结果可以为草地生态水文过程研究和制定合理的放牧政策提供参考。     

西北半干旱区主要农作物对气候暖干化的响应

应用西北半干旱区33个气象站1951-2004年温度、降水等气象观测资料、气象灾害统计资料和不同海拔高度代表点主要作物生长发育观测资料,分析西北半干旱区主要气候要素变化规律,主要农作物对气候暖干化的响应。结果表明:西北半干旱区降水量近55a来年际变化趋势除个别地方外,绝大多数地区呈下降趋势,气温距平呈上升趋势。由于气候变暖,冬小麦越冬死亡率有所下降,冬小麦越冬天数有所减少,整个生育期缩短。生态气候环境变化比较有利于冬小麦生长。同时由于冬季气温升高也带来了冬小麦小穗发育不良,不孕小穗增多等不良影响。冬季气温升高对冬小麦生长发育产生了较大影响。气候暖干化使玉米各发育期日期提前,全生育期生长天数缩短。春秋季气温增高有利于马铃薯生长发育及产量形成。     

极端干旱区胡杨根系分布对土壤水分的响应

依据2006和2007年6月至7月在极端干旱区额济纳的实测资料,利用分形和统计的方法对胡杨根系分布与根区土壤水分的关系进行了分析研究,建立了土壤含水率与根系分维值之间的函数关系。根系土壤水分的变化对胡杨根系分布有直接影响,当平均土壤含水率小于0.11 cm3/cm3时,根系分布的分形维数随土壤含水率的增加而增大;当土壤含水率期望值大于0.11 cm3/cm3时,根系分布的分形维数随土壤含水率的增加而减小。平均土壤含水率在0.06-0.3 cm3/cm3之间,是适宜胡杨根系生长的范围。     

FDR系统在土壤水分连续动态监测中的应用

FDR (FrequencyDomainReflectometry)频域反射仪是一种用于测量土壤水分的仪器 ,它利用电磁脉冲原理、根据电磁波在介质中传播频率来测量土壤的表观介电常数 (ε) ,从而得到土壤容积含水量 (θv)。介绍了FDR系统的测量原理、系统安装、测量方法及其在土壤水分连续动态监测中的应用 ,并对实际测量结果进行了校正 ,可以作为FDR校正的参考。在半干旱区皇甫川流域的应用实践表明 ,FDR具有简便安全、快速准确、定点连续、自动化、宽量程、少标定等优点 ,是一种值得推荐的土壤水分测定仪器。     

干旱半干旱区土壤风蚀评价方法

土壤风蚀是导致干旱半干旱地区土地退化和区域环境恶化的最重要的原因之一。本文从区域土壤风蚀评价与监测需要出发 ,提出了一套土壤风蚀评价的指标体系和制图方法 ,其特点是 :(1 )充分利用 3 S技术 ;(2 )把耕地、沙丘地同其它土地类型区分开来 ,使用不同的指标体系 ;(3 )分别提取每一图斑的各指标因子 ,并建立相应的数据库 ;(4)强调限制性因子。     

小针茅荒漠草原土壤水分动态及其对降雨的响应

揭示干旱、半干旱地区生态系统土壤水分动态对于进一步认识生态系统过程与功能机制,提出应对气候变化影响的途径均具有重要意义。以小针茅草原为对象,基于连续4 a逐时监测的土壤含水量(地表以下15 cm)与降雨数据,结合邻近气象站过去50 a的降雨资料,探讨了荒漠草原土壤水分动态规律及其对降雨的响应。结果表明:1受降雨分布格局的影响,荒漠草原土壤水分动态存在单峰型和双峰型两种模式;2地表以下15 cm处的土壤水分对5 mm以下降雨事件没有响应,18 mm以上的降雨对该土层土壤水分才具有较强的补充作用,土壤所需的降雨量比沙地和荒漠区更高;3降雨量越大、降雨强度越大或降雨前土壤含水量越高,土壤水分对降雨的响应就越迅速。未来气候变化可能对荒漠草原区浅根型植物生长不利,从而对畜牧业生产产生重要影响。     

兴安落叶松林型对土壤氮素含量的影响

为了揭示大兴安岭地区土壤氮素含量的变化规律,探讨草类-兴安落叶松林、杜鹃-兴安落叶松林、溪旁-兴安落叶松林、真藓-兴安落叶松林、柴桦-兴安落叶松林、杜香-兴安落叶松林、赤杨-兴安落叶松林等7种林型对土壤氮素含量的影响,文中采用野外取样结合室内分析土壤全氮及碱解氮含量。结果表明:1)不同的森林类型中土壤的全氮及碱解氮含量具有明显差别,全氮含量以真藓-兴安落叶松林最大,其值为15.76g/kg,溪旁-兴安落叶松林最小,其值为6.83g/kg;碱解氮含量以赤杨-兴安落叶松林最大,其值为916.28mg/kg,杜鹃-兴安落叶松林最小,其值为475.27mg/kg。2)不同森林类型腐殖质层全氮含量与淀积层的比值也存在较大差异,以草类-兴安落叶松林最大,比值为4.49;真藓-兴安落叶松林最小,比值为1.08;其他类型的比值在1.14-4.45之间,兴安落叶松林土壤氮素含量随土壤深度增加而减少,且主要分布在腐殖质层中。3)生长在阴坡的真藓-兴安落叶松林等林型利于全氮的积累,而腐殖质层全氮含量与淀积层的比值较小,生长在阳坡的赤杨等林型利于全氮的分解,腐殖质层全氮含量与淀积层的差异较大。保护兴安落叶松赖以生存的冻土环境,对维持目前土壤氮素水平具有重要意义。     

半干旱区玉米茎流规律及其对气象因子的响应

采用包裹式茎流计和小型自记式气象站对甘肃省会宁县太平镇主要农作物玉米的茎流速率及其周围的气象因子进行同步观测。分析结果表明:1)玉米的日茎流速率变化趋势基本一致,都呈"几"字型变化。晴朗天气下,茎流启动时间为6:00,于14:00~15:30达到峰值,持续较短时间后迅速降低,至晚上22:00达到较低值且在夜间保持了一定的茎流活动。而多云和阴雨天气玉米茎流速率则呈不规则曲线。2)玉米茎流速率与气象因子变化趋势相吻合。相关性分析结果表明,影响玉米茎流的主要因子依次是:光合有效辐射、空气温度、空气湿度、风速。玉米茎流速率与气象单因子分析及逐步回归方程表明,对半干旱区玉米茎流起关键作用的气象因子是光合有效辐射与空气湿度。     

黄土丘陵区深层干化土壤对降雨入渗的响应

在陕北米脂试验站设置了野外10 m地下大型土柱,分别利用BLJW-4小型综合气象观测站、CS650-CR1000自动监测系统对降雨状况和土壤水分状况进行长期连续定位观测,分析黄土丘陵区深层干化土壤对降雨入渗的响应。结果表明:(1)黄土丘陵区降雨可以划分为3种类型:快速蒸发型降雨(P≤13 mm)、缓慢蒸发型降雨(13 mmP26 mm)、入渗主导型降雨(P≥26 mm)。其中快速蒸发型降雨、缓慢蒸发型降雨在裸露地表情况下仅能引发浅层土壤的降雨入渗响应(Z_(rapid)≤30 cm, 30 cmZ_(slow)60 cm),不能对深层干化土壤形成有效的水分补给;而入渗主导型降雨则能够引发深层干化土壤的降雨入渗响应(Z_(infiltration)≥60 cm),能够促进干化土壤得到水分修复。(2)0～90 cm土层为降雨入渗、蒸发循环层,该深度范围土壤受降雨、蒸发作用影响强烈,土壤水分呈现频繁增、减波动;90 cm以下土层为降雨入渗主导层,该深度范围内土壤不再受蒸发作用影响,土壤水分呈增加趋势。(3)入渗主导型降雨年最大入渗深度在140～160 cm,雨后上层土壤水在蒸发作用下69～435 h恢复至雨前水平。裸露地表状况下,多年累积降雨能够促进深层干化土壤产生入渗响应,2014—2019年干化土壤对于自然降雨的入渗响应深度依次为180、220、400、700、900 cm及1 000 cm。     

六盘山林区土壤物理性质分布特征

研究了六盘山林区土壤物理性质分布特征及其与海拔和林型的关系,结果表明:六盘山林区阔叶林地土壤有机质和饱和导水率显著高于针叶林地,土壤容重显著低于针叶林地,阔叶林地0~10 cm和10~20 cm土层土壤有机质和饱和导水率分别比针叶林地高27.7%、21.2%和38.0%、42.2%,容重比针叶林地低13.8%和7.6%;高海拔处林地土壤有机质含量较高,容重较低;研究区土壤饱和导水率不受海拔影响,土壤水稳性团聚体分布不受林型和海拔的影响;阔叶林地0~20 cm土层土壤平均重量直径和几何平均直径平均值分别比针叶林地高3.46%和5.21%,但不受海拔影响,大团聚体数量与饱和导水率极显著正相关。研究表明六盘山林区阔叶林地土壤物理性状显著优于针叶林地,林地土壤结构的改良主要体现在大团聚体增加方面。     

农牧林交错带不同降水年型下土壤水分动态研究

利用多年定位观测资料,对呼伦贝尔市农牧林交错带不同降水年型下草地、农耕地和林地的土壤相对湿度进行了研究。结果表明:降水影响交错带不同地表覆盖物的土壤湿度的季节性变化和垂直性变化。在丰水年,交错带各地区土壤水分季节性变化呈明显的"W"型分布,6、8月份出现两次低谷,4、7、10月份出现三次峰值;在平水年,基本上呈正弦曲线变化。在6月份出现一个峰值,在8月份出现一个谷值;在枯水年,土壤水分均呈下降趋势,幅度较大。降水年型对土壤水分变异系数的影响表现为随着降水量的增多,变异系数减小,枯水年为强变异,平水年为中等变异,丰水年为弱变异。     

Effect of vegetation on soil water retention and storage in a semi-arid alpine forest catchment

The runoff generated from mountainous regions is recognized as the main water source for inland river basins in arid environments. Thus, the mechanisms by which catchments retain water in soils are to be understood. The water storage capacity of soil depends on its depth and capacity to retain water under gravitational drainage and evapotranspiration. The latter can be studied through soil water retention curve (SWRC), which is closely related to soil properties such as texture, bulk density, porosity, soil organic carbon content, and so on. The present study represented SWRCs using HYDRUS-1D. In the present study, we measured physical and hydraulic properties of soil samples collected from Sabina przewalskii forest (south-facing slope with highest solar radiation), shrubs (west-facing slope with medium radiation), and Picea crassifolia forest (north-facing slope with lowest radiation), and analyzed the differences in soil water storage capacity of these soil samples. Soil water content of those three vegetation covers were also measured to validate the soil water storage capacity and to analyze the relationship between soil organic matter content and soil water content. Statistical analysis showed that different vegetation covers could lead to different soil bulk densities and differences in soil water retention on the three slope aspects. Sand content, porosity, and organic carbon content of the P. crassifolia forest were relatively greater compared with those of the S. przewalskii forest and shrubs. However, silt content and soil bulk density were relatively smaller than those in the S. przewalskii forest and shrubs. In addition, there was a significant linear positive relationship between averaged soil water content and soil organic matter content (P<0.0001). However, this relationship is not significant in the P. crassifolia forest. As depicted in the SWRCs, the water storage capacity of the soil was 39.14% and 37.38% higher in the P. crassifolia forest than in the S. przewalskii forest and shrubs, respectively, at a similar soil depth.     

土壤水分对鹅绒委陵菜表型可塑性的影响

研究了不同土壤水分条件对匍匐茎草本植物鹅绒委陵菜表型可塑性的影响,结果表明:间隔子、叶片数、分枝密度、分枝长度、分枝角度呈二次曲线变化;土壤含水量为田间最大持水量的64%左右的生境最为适宜;其复叶长对土壤含水量的反应可用YieldDensity曲线描述;其小叶间隔随着土壤水分的增加而增加,遵循Logistic曲线变化。克隆植物构型的可塑性有可能促进其对斑块性分布土壤水分资源的利用,因而具有一定的生态学意义。     

黄土高原退耕还林措施对深层土壤含水率的影响

深层土壤水分分布状况对于黄土高原植被恢复和农业可持续发展意义重大。对陕北黄土区不同退耕还林措施(1979年种植的侧柏林、油松林和苹果林)及农地(对照)20 m深土壤剖面的土壤水分、根系分布状况及土壤粘粒含量进行了取样分析。结果表明:退耕还林措施显著降低了土壤含水率,总体表现为农地(11.30%)苹果林(6.66%)≈油松林(6.48%)≈侧柏林(5.92%)。深层土壤含水率同时受植物根系和土壤质地的影响,植物根系是影响4~10 m土壤含水率的主要因素,根系通过吸水作用降低了土壤含水率,但随着深度的增加,根系对土壤含水率的影响逐渐减弱,土壤质地对土壤含水率的影响逐渐增强,土壤含水率与土壤粘粒含量之间呈正相关关系。侧柏人工林根系影响土壤水分深度可达18 m,油松林的影响深度为16 m,35 a树龄的苹果林耗水深度为19 m左右。     

防护林种植模式对水土要素的响应

主要以和田绿洲防护林建设为背景,根据防护林不同结构配置类型,在研究区内选取11块样地进行调查取样,采用常规分析法测定土壤养分、土壤盐分(包括pH值、电导率、全盐以及土壤水溶性盐总量)。发现在防护林不同种植模式下土壤相对含水率差异较大,多层次防护林的种植可改良土壤盐分,减少可溶性盐分在土壤中的积聚,不同结构防护林土壤养分的空间变化明显,发现多层次防护林种植模式下对土壤养分的集聚与土壤肥力的提高有明显的正效应,增加了防护林内的生物种类。结合分析结果对防护林种植模式提出建议。     

黄土高原坡面刺槐林土壤水分生态位特征分析

通过定位观测并引入土壤水分生态位适宜度,以刺槐林根系分布作为土壤水分生态位权重,对黄土高原刺槐林不同地理位置、不同坡向和不同时期土壤水分生态位进行了分析.结果表明:由南向北,土壤水分生态位递减,淳化刺槐林土壤水分生态位为97.5%,可满足刺槐生长,米脂刺槐林土壤水分生态位为53.2%,林木生长较大受水分的限制;在不同坡向间刺槐林土壤水分生态位表现为阴坡最高,阳坡最低,在生长季节,刺槐的生长受土壤水分的制约,半阴坡和半阳坡介于二者之间;在年内,春旱及春末旱,导致土壤储水量减少,7月初土壤水分生态位降到最低.随着林龄和林木密度的增加,土壤水分生态位降低,保持适当的林分密度,可实现林木的正常生长.     

半干旱区草地土壤动物多样性的季节变化及其与温湿度的关系

在中国科学院奈曼沙漠化研究站附近选择不同程度封育草地为研究样地,通过调查不同季节降雨、温度、土壤温度和水分以及土壤动物特征,分析了土壤动物季节变化及其对降雨和温度的响应特征。结果表明:研究样地共获得土壤动物11目13个类群,螨类和鞘翅目幼虫为优势类群,存在于3个季节中;常见类群随季节变化发生更替。夏季大型土壤动物个体数多,种类丰富,多样性较高,而春季和秋季均较低。中小型土壤动物密度表现为春季>夏季>秋季,Shannon指数和均匀度指数表现为夏季较高,而春季和秋季均较低。相关分析表明,土壤含水量季节变化是影响大型土壤动物群落个体数季节分布的主要因素,而中小型土壤动物个体数、类群数、Shannon指数和均匀度指数与土壤含水量和温度间均无显著相关关系(P>0.05)。说明夏季"雨热同季"对大型土壤动物多样性影响较大,而对中小型土壤动物多样性影响相对较小。     

祁连山大野口流域土壤水热垂直分层变化特征分析

文中在祁连山大野口流域布设90个土壤水热监测探头,已取得的100多万个数据,且利用变异系数、相关系数、回归模型等方法对土壤水热与深度、海拔、坡度、郁闭度等因子相互关系进行分析。结果表明:1)土壤水分与其深度呈二次函数的抛物线变化(Sdw=-0.0057d2+0.3185d+23.808,R2=0.9457),土壤温度与其深度呈线性变化(Sdt=-0.0536d+9.192,R2=0.994),深度每增加10cm,其温度降低约0.54℃。2)在0-80cm深度范围内,土壤水热变异程度呈"V"字型;高海拔半阴坡灌丛林土壤温度变化最剧烈,低海拔阳坡草地土壤变化较小。3)海拔对土壤水分是正影响,对土壤温度是负影响。随海拔增大,土壤水分呈波动性增大趋势,增大率约为2.35%/100m,土壤温度呈波动性降低趋势,降低率约为0.74℃/100m;坡度对20cm以上深度的土壤水热影响较大,对其它各层土壤水热影响较小;郁闭度对20cm以上深度的土壤水热影响较大,对其它各层土壤水热影响较小;对水分是中度负影响,对温度是低度正影响。4)10-20cm深层的土壤水分回归模型S2w=0.06a-0.5s+19.87c-140.48(R2=0.985,σ=1.47,F0.05=105.86)在95%置信范围可信可接受。研究结论可为探索流域水资源管理及利用提供科学依据和参考资料。     

科尔沁沙地沙丘-草甸区土壤水、地下水对降雨的响应

依据野外观测数据,研究了科尔沁沙地沙丘、草甸两种地貌类型区土壤含水率以及地下水位对降雨的响应规律。结果表明:(1)沙丘表层0-20cm的土壤含水率在降雨开始后20min就基本能够达到最大值,此后开始减小,水分不断向下运移,最大可引起次表层(20-60cm)土壤水分发生一定变化,但不会引起剖面更深层位土壤含水率的变化;2009年丰水期沙丘地下水位变动趋势为总体抬升,但受到降雨及其他因素影响产生一定波动,但影响幅度较小;(2)就草甸地而言,即使是很小的降雨量也会引起草甸地较深层位土壤含水率的变化,雨后草甸地土壤剖面受降雨影响最大的层位是20-40cm,而同时段40-80cm处的土壤含水率波动较小。草甸地地下水位波动大于沙丘,较小的降水也会引起草甸地地下水位的迅速上升,上升持续时间短,而后立即转入下降,属陡涨陡落型。研究成果对沙地的生态保护具有一定的指导作用。