黄土高原坡面刺槐林土壤水分环境的研究

在测定黄土高原淳化、延安和米脂坡面刺槐林以及坡面农田不同深度土壤含水量的基础上,分析了坡面刺槐林土壤水分环境特点。结果表明:淳化、延安和米脂刺槐林地土壤水分含量较农地分别低8.5%、31.2%和34.2%;淳化土壤水分含量高于米脂坡面土壤水分含量,延安介于二者之间;坡面土壤水分含量随林分密度、林龄的增加而降低,同时阴坡土壤水分含量明显高于阳坡,在连续干旱时仅有表层0~40 cm土壤水分含量受降水影响呈现出一定的波动,而100~200 cm土壤水分呈现持续消耗,深层几乎不受季节的影响。     

基于DSSAT模型陕西杨凌不同降水年型冬小麦灌溉制度研究

基于DSSAT作物模型模拟了不同降水年型水分胁迫条件下的冬小麦生产潜力,对比分析不同生育期灌水对产量、WUE以及土壤蒸发量等的影响,从而确定关键灌水期;并在综合考虑产量、WUE、总灌水量、灌水次数等因素的基础上确定了不同降水年型下的最优灌溉制度。结果表明：(1) 冬小麦越冬水、返青水、拔节水、灌浆水四水中以返青水最为关键,其次为拔节水,最后为越冬水和灌浆水;当不灌返青水时,冬小麦产量和蒸腾量显著降低,土壤蒸发量显著升高;(2) 不同降水年型之间也存在显著差异,产量、WUE、作物蒸腾量等表现为丰水年略大于平水年,二者显著大于枯水年;而灌水边际效益表现为平水年＞枯水年＞丰水年;(3) 枯水年、平水年、丰水年的冬小麦最优灌溉制 度分别为枯水年返青期和拔节期各灌水75 mm和50 mm,平水年返青期灌水75 mm,丰水年返青期和拔节期各灌水25 mm。     

玉米马铃薯间作群体的蒸腾量和蒸腾效率研究

以玉米(Zea mays L.)和马铃薯(Solanum tuberosum L.)间作为研究对象,结合大田和盆栽试验,通过观测土壤蒸发、土壤含水量和作物蒸腾量,分析作物的水分竞争能力和间作的产量优势,研究间作对作物水分利用的影响特征与机理。大田试验结果表明:1玉米与马铃薯在同一时期的蒸腾量差异导致了两作物种植区域之间的土壤含水量差异;2间作的蒸腾量4 424.07 t·hm-2显著大于单作玉米和单作马铃薯蒸腾量的加权平均值3612.27 t·hm-2(P0.01);3间作的土地当量比LER(land equivalent ratio)1(P0.01),说明间作表现了增产优势。盆栽试验结果表明:1玉米和马铃薯在同一时期的蒸腾量存在差异,这意味着两作物种植区域的土壤含水量也存在差异(盆栽试验已基本消除土壤蒸发,土壤含水量主要受作物蒸腾影响);2间作的蒸腾量51.79 kg·盆-1显著大于单作玉米和单作马铃薯蒸腾量的加权平均值48.36 kg·盆-1(P=0.011);3作物的种间相对竞争力RC(Relative competitive abilty)1(P0.001),说明玉米在种间水分竞争中占据优势地位;4玉米的蒸腾效率5.38 g·kg-1显著大于马铃薯的3.68 g·kg-1(P0.001);5间作的蒸腾效率4.82 g·kg-1显著大于单作玉米和单作马铃薯蒸腾效率的加权平均值4.53 g·kg-1(P0.001);6间作的土地当量比LER1(P=0.001),说明间作表现了增产优势。以上结果说明:玉米和马铃薯在同一时期的蒸腾量差异可以导致它们种植区域之间的土壤含水量差异,进而使得在间作中,一种作物可以利用另一种作物种植区域的较多土壤水分,所以间作可以提高作物群体蒸腾量;玉米既具有较高的蒸腾效率,又在种间水分竞争中占据优势地位,因此玉米马铃薯间作可以提高作物群体蒸腾效率;蒸腾量和蒸腾效率的协同提高是该间作表现增产优势的重要原因。     

黑河流域中游制种玉米农田土壤水分运移规律

基于2009年中国科学院临泽内陆河流域研究站绿洲农田小气候、土壤蒸发和土壤水分动态监测等多源观测试验数据,运用Hydrus-1D模型模拟大田制种玉米生长条件下,土壤水分运移过程和各水分通量,并对当前灌溉制度下农田水分利用率进行评估.结合相关监测数据对模拟结果进行评价,整个模拟期作物蒸腾量、土壤蒸发量、土壤蓄水变化量和渗漏量分别为316.4、100.3、45.5 mm和339.5 mm.玉米在初生阶段、发育阶段、中期阶段、后期阶段的蒸腾水量占灌溉水分的3.6％、10.6％、46.7％和49.6％,占蒸散量的7.2％、28％、82.7％和81.4％.农田系统各水分通量的变化规律及相对比例明显受作物生长和灌水事件影响,当前灌溉制度下农田水分利用率较低,在初生阶段减少土壤蒸发和中后期阶段增加灌溉频率、减少灌溉定额是提高干旱区灌溉水分利用效率的有效手段.     

刺槐和油松根系密度分布特征研究

通过分层挖掘法,对20龄刺槐、油松林根系密度的空间分布进行了研究.结果表明:油松主根和副主根粗壮发达,水平根系形成构架根;刺槐水平根极为发达,无明显主根.刺槐和油松根系重量、长度和体积密度的垂直分布趋势基本相同,随土层深度增加而降低.0～60 cm土层的根长和根重密度占总根量密度的70%以上,粗根(直径＞3 mm)在上层所占比例比下层略大,细根(直径＜1 mm)和较细根(直径1～3 mm)在各土层分布较为接近,总根量中粗根占较大比重.刺槐和油松林下土壤干密度随深度加深而增大,油松林下土壤含水量高于刺槐林,土壤干密度低于刺槐林.与刺槐林地相比,油松林地的土壤物理性质得到了明显改善,增强了土壤的抗旱、保墒能力.     

干旱区季节性河道深层渗漏速率及变化特征初探——以库姆塔格沙漠多坝沟为例

文中采用土壤深层水量渗漏测试记录仪对库姆塔格沙漠地区多坝沟季节性河道1.5m深处的水分渗漏过程进行了实时监测与人工模拟实验。结果表明:1)在自然流水过程中,上游有泉水维持,长期流水河段水分渗漏速率的波动幅度为0.1750~0.6042mm/min,平均值为0.3444mm/min;2)下游间歇性过水河段在无水期,基本没有渗漏,有水流过期间的水分渗漏速率的波动幅度为0.0059~0.6073mm/min,平均值为0.0809mm/min;3)水层深度的变化对土壤渗漏速率影响显著,当水层深度增加时,渗漏速率呈现先增加后稳定的趋势,当水层深度下降时,土壤渗漏速率随之降低;4)自然记录与人工模拟的结果均表明:间歇性来水时,大约历时4~6h就可以入渗到1.5m深度,而每次退水后(断流后)渗漏速率逐渐减小,但这个过程维持8~10d时间。     

青海云杉林下苔藓层对土壤蒸发的影响

土壤蒸发是陆面水文循环中最重要的水文过程之一,开展森林土壤蒸发研究是提高植被水分利用的基础。文中利用小型蒸渗仪,对苔藓覆盖下土壤蒸发进行了对比试验。结果表明:苔藓覆盖林地的平均日蒸发量为0.706mm,无苔藓覆盖林地的平均日蒸发量为0.816mm,苔藓覆盖林地土壤日蒸发量波动幅度较小,更能有效抑制土壤水分蒸发。在试验观测期内,苔藓覆盖林地的日均蒸发量比无苔藓覆盖林地减少了10.76%,苔藓覆盖林地比无苔藓覆盖林地有效涵养水源多达45.63mm,占总降水量的12.76%。不同地被覆盖下土壤含水量进行方差分析(P<0.01),青海云杉林内有无苔藓覆盖可极显著影响土壤含水量。     

黄土塬区土地利用方式对土壤主要理化性质的影响

通过对陕西长武4种典型土地利用方式下0~500 cm土层土壤主要理化性质分析,以明确土地利用方式对土壤理化性质的影响。结果表明：农田、果园土壤有机质、全氮含量显著高于荒地和刺槐林地,土壤粘粒含量与土壤容重呈显著负相关关系,与土壤饱和导水率呈显著正相关关系;农田0~100 cm土层土壤容重达1.44 g·cm^-3,显著高于同深度荒地（1.27 g·cm^-3）、果园（1.38 g·cm^-3）、刺槐林地（1.32 g·cm^-3）土层;400~500 cm土层土壤含水量为刺槐林地（86 g·kg^-1）<果园（113 g·kg^-1）<荒地（152 g·kg^-1）<农田（165 g·kg^-1）;果园和刺槐林地0~500 cm土层土壤平均饱和导水率分别为0.37、0.36 mm·min^-1,显著高于农田（0.25 mm·min^-1）和荒地（0.23 mm·min^-1）。退耕还林（草）导致土壤容重降低、饱和导水率增加,有助于降水入渗,但退耕后深层土壤有干燥化的倾向。     

西峰黄土高原作物生长期土壤水分损耗速率分析

利用1989~2005年3~11月每月8日的0~200 cm土壤总含水量资料及降水资料,分析冬小麦生长期土壤水分年际变化特征、特殊年型各层水分分布特点、土壤水分损耗速率以及水分损耗速率的影响因子。结果表明,土壤总含水量年际变化明显,20世纪90年代中后期为相对缺水期;丰水年、缺水年和平水年相同土层土壤含水量始终遵循丰水年≥平水年>缺水年。多年作物生长期内0~200 cm土壤平均耗水速率为1.98 mm/d,最低为1.40 mm/d,最高为2.54 mm/d,最高耗水速率是最低的1.81倍;月水分损耗3~5月逐渐增大,5月为年度最大,其后开始持续减小;气候因子中年降水量对年土壤水分损耗速率的影响最为显著,通过0.001信度检验,达到极显著相关水平,冬小麦生长发育对土壤月耗水速率影响较大。     

河北坝上地区不同降水年型下马铃薯耗水特征

基于2010-2017年连续8年的马铃薯生育期和产量数据、以及生育期内气象和土壤数据,利用作物-土壤水分平衡公式的方法,揭示坝上地区马铃薯在不同降水年型下不同生育阶段的耗水特征。结果表明：研究区马铃薯生育期内降水量在260~449 mm之间,其中25%的试验年份为干旱年份;不同生育阶段的耗水量在25~182 mm之间,其中播种~出苗阶段和薯块形成~薯块膨大阶段在湿润年型下耗水量最大,出苗~薯块形成阶段在干旱年型下耗水最多,薯块膨大~成熟阶段在正常年型下耗水最多;薯块形成~薯块膨大阶段的日耗水量显著高于其他阶段,干旱、正常和湿润年型下该阶段的日耗水量分别为3.6、3.9 mm和4.7 mm。2010-2017年马铃薯产量8 250~24 500 kg·hm^-2,水分利用效率32~135 kg·hm^-2·mm^-1,其中干旱年型下马铃薯水分利用效率最高,显著高于其他年型;另外薯块膨大~成熟阶段耗水量的增加对马铃薯产量具有显著的正效应。坝上地区在马铃薯薯块膨大~成熟阶段增加灌溉并且在其他阶段进行适当的干旱胁迫对提升该地区的马铃薯产量具有重要的意义。     

甘肃河西地区不同储水灌溉和生育期灌溉农田水分特征分析

对甘肃河西地区不同储水灌溉和生育期灌溉农田水分特征进行了试验研究.结果表明:在河西地区,冬季储水灌溉定额为180 mm的处理,其生育期剖面的土壤水分较多地分布在140～160 cm,且土壤含水量达到30%以上,容易发生深层渗漏;较小的储水灌溉定额,土壤水分主要分布在0～100 cm范围内,不会引起土壤剖面水分的深层渗漏.冬季储水灌溉定额愈大,春播前农田无效土壤蒸发也愈大.冬季储水灌溉定额相同,生育期灌溉定额大的处理其剖面含水量高,且分布愈深,深层土壤的水分渗漏也愈大.总的灌水定额相同,冬季储水灌溉和生育期灌溉比较,生育期灌溉定额较大的处理,剖面水分的分布主要集中在0～100 cm的土层内,没有出现易发生深层渗漏较高的水分分布.在小麦生育期,总的灌溉定额相同的条件下,冬季储水灌溉定额大的处理,0～200 cm土壤水分有亏缺,冬季储水灌溉定额大或生育期灌溉定额大,农田腾发量也愈大.适中的储水灌溉定额,不仅有利于作物的生长,还有利于灌溉水分利用效率的提高.     

Partitioning evapotranspiration of desert plants under different water regimes in the inland Heihe River Basin,Northwestern China

Plant transpiration (T), soil evaporation (E), and the proportion of evaporation in evapotranspiration (ET), and their patterns of change were analyzed in a desert habitat along the middle and lower reaches of the Heihe River Basin, Gansu Province, China. Typical desert plants with different life forms were selected and small lysimeter observations were conducted; various species were measured under two soil water regimes using 50% (FC 50%) and 20% (FC 20%) of field capacity in 2 years. Under the FC 50% treatment the observed ratio of T to ET of desert plants was less than one-third, making the ratio of E to ET greater than two-thirds; the proportion of T to ET of desert plants increased to above 40%, and that of E declined to below 60% under the FC 20% treatment. The lowest T of desert plants was 130–140 mm based on the plant crown projection area. The characteristic coefficient of ET of desert plants was twice that of the characteristic coefficient of transpiration. This study found that when ET was measured for the same desert plant species growing in different regions, the ET differed significantly (P < 0.05) under the same water regimes; when comparing different plant species in the same region no obvious differences in the transpiration water requirement and ET were observed. The proportion of T in ET increased significantly and E in ET decreased markedly (P < 0.05), if the soil moisture content declined to where the plants experienced water stress.     

塔克拉玛干沙漠腹地灌溉土壤水分循环特征

通过对塔克拉玛干沙漠腹地三种灌溉方式土壤水分连续测定 ,研究了该土壤水分蒸发移动规律、灌溉周期动态和植物对土壤水分循环的影响。并对该地区植物固沙的灌溉制度进行了初步的研究 ,结果表明 ,虽然沙土水分蒸发移动性与一般规律相同 ,但蒸发强度及其衰减速度比质地较重的土壤大。沙漠腹地造林区土壤水分动态属灌水周期型 ,而不是一般的年周期型。植物对土壤水分循环过程的影响是巨大的 ,畦灌地、沟灌地和滴灌地在 8天时间内由于植物蒸腾损失的土壤湿度分别达到 2 .73 %、1 .70 %和 1 .82 %。三种固沙植物蒸腾水量顺序为 :甘蒙柽柳 >沙生柽柳 >沙拐枣。反过来三种固沙植物的抗旱能力则为沙拐枣 >沙生柽柳 >甘蒙柽柳     

黄土丘陵沟壑区森林土壤水文行为及其对河川径流的影响

通过比较瓦窖沟小流域林地、农田、撂荒地3种主要土地利用方式下的降雨入渗、产流特性及林区与非林区流域径流的季节变化,系统地分析了黄土高原林地水文行为及森林对河川径流的调节作用,主要表现为林地土壤高入渗率、低产流率和强烈的蒸腾耗水作用形成的土壤干层以及森林对河川径流季节分配的均化作用。土壤干层的出现使土壤水库对干旱调节功能丧失,影响林木的持续生长;还将削弱入渗降雨转化为地下水的比例,减少地下水资源的数量,使森林对流域枯季径流的补偿效应受到制约。森林均化径流分配的作用通过削减汛期径流和补充非汛期流水来实现。林区河川径流年内季节分配较非林区均匀,汛期削洪效能明显,并有效地补充了9～11月和3～5月的非汛期流水,补枯效果达4～10个百分点。     

红薯光合特征对土壤透气性的响应

通过盆栽试验研究了不同土壤质地和水分条件下红薯光合特性对土壤透气性的响应。结果表明:土壤透气性显著影响红薯叶片蒸腾速率和水分利用效率,随土壤透气性的增加,蒸腾速率显著降低,水分利用效率显著增加,红薯的光合作用不受土壤透气性的影响;透气性对红薯蒸腾和水分利用效率的影响与土壤质地有关,在沙土质地下,红薯的光合速率、蒸腾速率和水分利用效率均不受透气性影响,而在壤土质地下,红薯的蒸腾速率随透气性的增加显著降低,而水分利用效率显著增加;透气性对红薯光合特性的影响与生育期有关,不同生育期内,红薯光合特征对土壤透气性的响应也不同。研究表明,在分析作物对土壤透气性的响应时,需要考虑土壤质地、水分条件和生育期的影响。     

秸秆覆盖条件下土壤水动态演变规律研究

在石家庄栾城县进行田间试验,在充分分析覆盖试验点与对比试验点系统误差的基础上研究了玉米秸秆覆盖条件下土壤水动态演变规律.研究表明,秸秆覆盖对土壤水动态的影响主要表现在相对干旱期(8月下旬～翌年4月下旬)与土壤浅层(0～70 cm),秸秆覆盖试验点土壤含水量、土壤水势均高于对比试验点,且随土壤深度增加,秸秆覆盖作用减弱,秸秆覆盖对180 cm以下土壤水动态影响微弱.当以地表棵间蒸发为主时,覆盖点比对比试验点蒸发量少26.7 mm,表明秸秆覆盖高效抑制土壤水无效蒸发;当以植被蒸腾作用为主时,覆盖点比对比试验点高3.3 mm,表明秸秆覆盖对作物蒸发作用影响微弱.干旱期秸秆覆盖点与对比试验点平均入渗速率分别为0.092 m m/d和0.115 mm/d,表明干旱期秸秆覆盖不利于深层土壤 (220 cm以下)水入渗;而丰水期秸秆覆盖点220 cm处入渗速率明显高于对比点,其平均速率分别为0.192 mm/d和0.096 mm/d,表明丰水期秸秆覆盖能有效促进深层入渗.     

西南高原“旱三熟”地区不同覆盖栽培措施的土壤水分效应

在西南高原季节性旱区进行田间试验,研究不同覆盖栽培条件下"旱三熟"种植模式的农田土壤水分效应。研究表明,秸秆、地膜覆盖尤其是秸秆地膜二元覆盖有明显蓄集和保存土壤水的作用,土壤保蓄水度平均提高60.63%,覆盖能有效减少田间水分的无效蒸发,平均减少181.93 mm,使作物蒸腾系数和水分利用效率提高,平均提高19.84%和23.5%,而使作物耗水系数减小,平均减少18.26%,根区是作物耗水与土壤保蓄水的关键区域;农田水分变化沿土层可划分为3个层次,即0~30 cm土层为土壤水分变化活跃层和土壤贮水变化明显层、30~80cm土层为土壤水分变化次活跃层和土壤贮水变化显著层、80~100 cm土层为土壤水分变化相对稳定层和土壤贮水变化缓慢层。覆盖栽培可促进作物耗水量由田间无效蒸发耗水向有效的田间作物蒸腾耗水转化,使农田水分的有效性显著提升。     

Estimation of water balance in the source region of the Yellow River based on GRACE satellite data

Water storage has important significance for understanding water cycles of global and local domains and for monitoring climate and environmental changes.As a key variable in hydrology,water storage change represents the sum of precipitation,evaporation,surface runoff,soil water and groundwater exchanges.Water storage change data during the period of 2003-2008 for the source region of the Yellow River were collected from Gravity Recovery and Climate Experiment(GRACE)satellite data.The monthly actual evaporation was estimated according to the water balance equation.The simulated actual evaporation was significantly consistent and correlative with not only the observed pan(20 cm)data,but also the simulated results of the version 2 of Simple Biosphere model.The average annual evaporation of the Tangnaihai Basin was 506.4 mm,where evaporation in spring,summer,autumn and winter was 130.9 mm,275.2 mm,74.3 mm and 26.1 mm,and accounted for 25.8%,54.3%,14.7% and 5.2% of the average annual evaporation,respectively.The precipitation increased slightly and the actual evaporation showed an obvious decrease.The water storage change of the source region of the Yellow River displayed an increase of 0.51 mm per month from 2003 to 2008,which indicated that the storage capacity has significantly increased,probably caused by the degradation of permafrost and the increase of the thickness of active layers.The decline of actual evaporation and the increase of water storage capacity resulted in the increase of river runoff.     

西南干热河谷休闲农田温度与蒸发量日变化规律及协同关系

针对西南干热河谷旱季休闲农田面积扩大的实际,选择旱季初和旱季末2个时段,研究24 h休闲农田温度与农田蒸发量的变化规律及协同关系。结果表明：休闲农田温度曲线和蒸发量累计曲线大致呈现波形函数曲线变化,随着土壤深度和农田覆盖物的增加,曲线依次向后推移,波幅也逐渐变小,表明农田覆盖物对土壤起到一定的稳温和保水作用,可明显降低农田土壤水分散失;休闲农田温度与农田蒸发量的协同函数均呈现正向协同关系,且协同系数普遍较大,随着土壤深度和地表覆盖物逐渐增加,协同关系逐渐减弱,而干旱却有利于协同关系加强,说明在气候干燥区,农田温度升高,农田蒸发量增大,温度与蒸发量的协同关系增强,农田温度仍然是农田蒸发的主要推动因素。故西南干热河谷地区要开发利用季节性休闲农田,就必须做好旱季农田土壤水分的保蓄,增加地表覆盖物,减少农田水分的无效蒸发,为休闲农田的开发利用奠定良好的水分基础。