采煤塌陷后风沙区土壤水分的环境变异性研究

通过对多种环境因素影响下毛乌素沙地南缘补连塔矿采煤塌陷区的土壤含水量的研究,为塌陷风沙区植被建设提供理论依据。研究表明:土壤冻结与积雪覆盖可以显著抑制塌陷区土壤水分亏缺。双因素方差分析表明对照区与2个塌陷区土壤含水量差异在土层未冻结时显著(P=0.0002)而在土层冻结与冻结且有积雪覆盖时不显著(P分别为0.09与0.85)。土层解冻后对照区与塌陷区的土壤含水量开始产生显著差异。解冻后不利于冻结的坡位、坡向率先进入水分亏缺状态并表现更加严重。降雨对塌陷区土壤水分亏缺有短时缓解作用。积雪融化并未显著改善解冻后塌陷区土壤水分状况。解冻后塌陷区浅层与水分剧烈变化层的水分散失在塌陷后2~3年表现明显。     

覆膜开孔条件下植物混掺对土壤蒸发的影响

为探讨覆膜开孔条件下植物混掺对土壤蒸发规律的影响,测定了不同植物混掺物(玉米叶和玉米芯)、土壤容重(1.35 g·cm~(~(-3))和1.40 g·cm~(~(-3)))、膜孔直径(2、4 cm和6 cm)在植物混掺比例为1%时的土壤水分扩散率、土壤水分特征曲线和土壤累计蒸发量。结果表明:相同土壤容重条件下的土壤水分扩散率呈现1%玉米芯纯土1%玉米叶;纯土及同种植物混掺物相同混掺比例处理中,土壤水分扩散率均表现为土壤容重1.35 g·cm~(~(-3))处理高于1.40 g·cm~(~(-3))处理;低吸力阶段,各处理土壤含水率下降较快,土壤水分特征曲线较陡,随土壤水吸力逐渐增大,曲线呈现变缓趋势;在相同土壤水吸力下,各添加植物混掺物处理的土壤含水率均高于纯土处理;不同土壤容重的土壤累计蒸发量呈现1%玉米芯1%玉米叶纯土;各处理土壤累计蒸发量随膜孔直径变化呈现出6 cm4 cm2 cm的规律;相同膜孔直径条件下,各处理土壤累计蒸发量均表现为土壤容重为1.40 g·cm~(~(-3))的处理高于1.35 g·cm~(~(-3))处理。     

西北半干旱地区葡萄园生草对土壤水分的影响

在生产园行间播种多年生黑麦草、紫花苜蓿、白三叶草,研究其对土壤理化性状和土壤含水量的影响。结果表明:生草可改善土壤物理性状,使土壤容重平均降低5.68%,总孔隙度提高6.15%。同时生草可降低葡萄园土壤水分含量,在葡萄根系生长的土层(0～60cm)范围内,行间种植白三叶草对土壤含水量影响较大,紫花苜蓿影响较小。     

采煤塌陷对固定沙丘土壤水分动态的影响研究

通过对毛乌素沙地东南边缘沙地采煤塌陷对固定沙丘的水分时空动态分布规律影响的研究表明,沙土含水量的时空变化与降雨季节和降雨量有密切关系。沙丘0-80cm土层为土壤水分受降雨影响的活跃层,其中0-40cm土层变化最为明显。沙丘的迎风坡和坡顶含水量低于沙区的其他部位,但受沙丘高度以及植被和土壤质地的影响这种差异并不明显。在沙区采煤引起的地表塌陷对土壤水分的时空变化影响较小。     

水分胁迫对典型草原植物群体光合作用的影响

基于锡林浩特国家气候观象台2016—2017年的群体光合作用及同期土壤水分观测数据,分析了不同水分胁迫状态下典型草原植物群落光合作用的受限程度。结果表明:牧草生长初期及末期,群体光合速率处于较低水平,水分胁迫未对群体光合作用产生明显影响,7月牧草进入旺盛生长期,群体光合速率显著升高,并在8月上旬达到最高值(≥10.89μmol·m~(-2)·s~(-1)),水分限制对群体光合作用的影响显著;在牧草生长的初期和中期,群体光合速率、呼吸速率与10～20 cm土层土壤水分含量相关性最显著,表明植物根系和土壤微生物在该层分布最为集中;0～30 cm各土层平均土壤水分含量与群体光合速率之间存在良好的线性回归关系,方程拟合效果为极显著,表明30 cm以上土层土壤水分含量影响典型草原植物群体光合作用;MK突变检验分析表明,当典型草原0～10 cm土层土壤体积含水量低于9%时(对应重量含水量为6.82%,相对含水量为27.60%)、0～30 cm土层平均土壤体积含水量低于12%时(对应重量含水量为9.57%,相对含水量为39.24%),群体光合速率会受到非常明显的抑制。综合分析,在典型草原干旱预报预警中,可将0～10 cm土层土壤体积含水量低于9%、0～30 cm土层平均土壤体积含水量低于12%视为典型草原发生中度干旱时对应的土壤水分临界值。     

神府煤田采煤塌陷引起的生态问题探讨

通过野外定位观测和室内分析,研究了神府煤田风沙区采煤塌陷1-2年后地表颗粒组成、土壤水分和植被群落的动态变化及引发的生态问题.结果表明:非塌陷区(对照)沙丘,地表颗粒组成以细砂和极细砂为主,占整个组成的63.76％,而采煤塌陷1-2年后,颗粒组成以粗砂和中砂为主,占整个组成的65％以上,呈现粗化现象,潜在可风蚀性程度加强;形成的塌陷裂缝和地表破损,增加了土壤蒸发面,导致土壤水分降低,和对照相比,地表层(O-20cm)范围内的土壤水分流失量最大,达151％,中间层(30-70cm)流失139％,深层(70cm以下)流失101％,整个沙丘典型位置的累积土壤水分流失量达392％,且随着剖面深度的增大而减小,直接加剧了沙质土壤的旱化;采煤塌陷引起的塌陷裂缝、地表破损、地表颗粒粗化以及土壤水分的流失等因素,促使植被大量死亡,植被的死亡率加大又直接反作用于塌陷地表,在风的作用下引发严重风蚀.     

沙棘柔性坝影响下砒砂岩沟道土壤水分空间变异分析

根据典型砒砂岩区内蒙古鄂尔多斯准格尔旗境内植有沙棘柔性坝的东一支沟道与无任何植物的对比沟道的表层(0-30cm)土壤含水量数据,运用地统计学方法分析与探讨了沙棘对砒砂岩区小流域沟道土壤水分小尺度空间变异的影响。结果表明:沙棘可明显提高砒砂岩区小流域沟道土壤含水量;沙棘柔性坝沟道与对比沟道土壤含水量具有明显的空间变异特征,沙棘柔性坝沟道土壤含水量在1-6m变程内具有中等程度的空间自相关性,对比沟土壤含水量在1-5m变程内具有较高的空间自相关性;土壤含水量分数维值表明,沙棘柔性坝沟道土壤含水量的空间依赖性比对比沟的要弱些;沙棘对小尺度土壤水分空间分布格局及其异质性有显著影响。应当指出的是,虽然降雨是土壤含水量空间自相关与分布格局影响的主要因素,但干旱条件也不容忽视,在长时间地表蒸发及植物蒸腾作用下,沟床表层土壤含水量空间变异性会进一步加强,且在一定程度上会影响沟床表层短根系及一年生草本植物的生长与分布。     

库布齐沙漠人工梭梭林地土壤水分动态规律的研究

本文在库布齐沙漠西部,于2004年从植物萌动前的4月末开始到植物生长结束后的10月为止,对不同立地条件梭梭人工固沙林以及流动沙丘,分别进行了沙层水分的定点观测,结果表明,不同立地梭梭植物群落的土壤水分时空分布格局不同,即表层(0-10 cm)土壤含水量较低,为土壤水分低值层;中层(10-115 cm)土壤含水量逐渐升高,且波动剧烈,为土壤水分活跃层;下层(115cm以下)土壤含水量高,波动幅度小,为土壤水分相对稳定层。土壤含水量的季节变化可分为三个阶段,4~5月的土壤水分弱失水阶段,6~8月的土壤水分消耗阶段,9~10月的土壤水分缓慢恢复阶段。     

荒漠草原不同地形条件下土壤水分和地上生物量的时空分异

运用方差分析、多重比较、Pearson相关系数及克里格插值方法,在时间和空间尺度上分析了荒漠草原地形因素对土壤水分及草地生物量异质性的影响以及土壤水分和生物量的关系。结果表明：荒漠草原地区土壤水分垂直分布规律明显,土壤水分的变异系数在0～20 cm最小、60～80 cm最大;地上生物量在整个生长季的空间异质性较大。3种地形条件下土壤水分含量及时空分布格局各不相同,说明地形是土壤水分异质性的关键影响因子;地形对植物的生长动态规律影响很大,却对地上生物量的空间分异影响较小。不同生育期,土壤水分与地上生物量的关系不同,生长初期地上生物量与60～100 cm土壤水分显著负相关,说明生长初期的土壤水分是植物生长的关键影响因子,并且植物生长耗水主要来自60～100 cm土层;生长旺期和末期的生物量与土壤含水量相关性较弱,这可能与干旱区植物耐旱器官的建成有关。
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短期增温下青藏高原多年冻土区植物生长季土壤水分的动态变化

以青藏高原腹地典型高寒草甸植被类型为研究对象,采用红外灯加热的方法模拟全球增温,并利用水分探头,于2012年植物生长季（5—9月）获取0~100 cm不同土层深度土壤水分含量数据,并分析其对增温的响应。结果表明：① 短期增温对高寒草甸土壤水分含量有提高作用,但增幅并不显著（P>0.05）,平均提高2.85%。② 土壤水分含量随土层深度的增加呈现先减少后增加的趋势,在10~20 cm土层深度处降为最低值13.8%,在60~100 cm土层深度附近达到了20.57%的最高值;对照组5个月10~20 cm土层深度的土壤水分含量显著低于其他土层,而增温组0~20 cm土层深度的土壤含水量显著低于其他土层深度,表明增温对表层（0~10 cm）的土壤含水量影响较大,对深层土壤含水量的影响则较小,而且短期增温不会对土壤水分的垂直分布趋势产生影响。③ 土壤水分含量随时间的变化,在5—8月呈上升趋势,表明在青藏高原北麓河地区植物生长季,8月是其土壤水分含量最充足的月份,到了9月土壤中含水量开始降低,但5个土层深度降幅均不明显;增温组土壤水分含量随时间的变化趋势与对照组基本一致。     

Characteristics of deep drainage and soil water in the mobile sandy lands of Inner Mongolia,northern China

 Quantification of deep drainage and the response of soil water content to rainfall patterns are critical for an effective management strategy of soil water conservation and groundwater utilization. However, information on how rainfall characteristics influence soil water dynamics and deep drainage in mobile sandy lands are lacking. We used an underground chamber to examine the response of deep drainage and soil water content in mobile sandy lands to rainfall characteristics during the growing season of 2010, 2011 and 2012. Results showed that rainfall in this area was dominated by small events (≤5 mm), which increased soil water content in the surface soil layers (0–40 cm), but did not increase soil water content at the deeper soil layers (greater than 40 cm). Soil water content at the 0–100 cm depth increased significantly when the total amount of rain was >20 mm. Rainfall amount, intensity and the duration of dry intervals were significantly related to the soil water content at different soil layers. Deep drainage was significantly correlated with rainfall amount and intensity, but not with the duration of the dry interval. The coefficients of deep drainage in mobile sandy lands ranged from 61.30% to 67.94% during the growing seasons. Our results suggested that rainfall infiltration in these widespread mobile sandy lands had considerable potential to increase soil water storage while recharging the groundwater in this region.     

黄土高原藓结皮覆盖土壤导水性能和水流特征

生物结皮具有特殊的水文物理性质,为探究其对土壤水分渗透性和水流特征的影响,以黄土高原风沙土和黄绵土上3种典型地表覆盖类型(裸地、藓结皮、藓结皮-草本植物混合)为对象,采用环刀法和染色示踪法对其导水性质与水流特征进行探究。结果表明:藓结皮对2种土壤类型0~5 cm土层土壤理化性质影响较大,与裸地相比土壤容重降低了9.85%~10.00%,土壤黏粒含量增加了1.01~1.29倍,表层有机质含量提高了2.73~3.02倍;藓结皮使0~5 cm土层土壤饱和导水率降低了61.32%~88.89%,而在5~10 cm土层饱和导水率则有明显上升。另外,由于草本植物的影响,藓结皮-草本植物0~5 cm土层与藓结皮土壤相比土壤饱和导水率提高了1.32~6.43倍;黄绵土藓结皮与藓结皮-草本植物的染色面积比均高于裸地,且水分下渗深度增加了10 cm,而风沙土藓结皮与风沙土裸地的染色面积比差异不明显。综上所述,藓结皮和藓结皮-草本植物的存在改变了表层土壤水分渗透性以及水流运动特征和水分下渗深度,影响着黄土高原土壤水分保持和生态恢复。     

浑善达克沙地杨树水分利用特征

为探究浑善达克沙地杨树的水分利用特征。本文利用氢和氧同位素示踪技术,测定了降雨、土壤水与地下水的δ18O值,利用多元线性混合模型定量计算了杨树对不同土层土壤水分的利用比例。结果表明:①浑善达克沙地大气降雨方程线为:δDLWML=7.84δ^18OLWML+9.12,斜率比全国降雨方程偏小,体现了研究区降雨少,蒸发大的气候特征;②土壤含水量与地下水位埋深、降雨量、植物生长期的变化有着显著的相关关系。降雨量较大与地下水位埋深较浅的时期,土壤含水量明显增大,在植物生长前期和中期,土壤含水量明显较低;③杨树在雨季,利用了大量的浅层土壤水(0~40 cm),在较为干旱的旱季,利用了大量的深层土壤(160~200 cm)水与少量的地下水。     

半干旱区春小麦水分与产量关系及其影响因素分析

水分是影响半干旱雨养作物生长、发育及产量形成最重要的环境因素。以中国西北半干旱区田间试验为基础,收集长期观测资料和文献数据,分析春小麦产量与水分之间的关系及其环境影响因素,揭示不同环境条件下春小麦水分限制特征和调控机制。研究表明：半干旱区常规管理水平下,雨养春小麦产量与水分间的关系相对稳定,然而播前土壤储水影响生育期降水与春小麦产量间的关系,不同播前土壤储水条件下,每增加1 mm降水量,春小麦产量的增加量分别为21.3 kg·hm^-2和16.8 kg·hm^-2。生育期大气干湿条件（潜在蒸发量与降水的差值）对播前土壤储水与春小麦产量间的关系也有影响,其中大气较为干燥时（潜在蒸发量与降水的差值大于425 mm）,产量与土壤水分间关系斜率为22.9 kg·hm^-2·mm^-1,大气较为湿润时（潜在蒸发量与降水的差值小于425 mm）,斜率为20.1 kg·hm^-2·mm^-1。相较生育期降水,播前土壤储水对春小麦产量更具有决定性作用。半干旱雨养春小麦的气候年型由播前土壤储水和生育期大气干湿条件共同决定。增加播前土壤水分储量、在生育期的特定阶段灌溉均会改变小麦耗水量与产量之间的关系,并最终导致小麦水分利用效率发生变化。大气干湿条件和灌溉条件共同导致中国西北不同地区春小麦边界函数存在差异。     

乌兰布和沙漠流动沙地土壤水分动态、土壤水势特征的研究

通过对乌兰布和沙漠流动沙地土壤水分动态的研究表明:沙土含水量的时空变化与降雨季节和降雨量有密切关系。100mm左右的降雨量对沙地和丘间地的影响深度主要在60cm左右,因此0-60cm土层为土壤水分受降雨影响的活跃层;通过对土壤含水量与土壤水势的关系研究表明:在相同土壤含水量下沙土水分对植物的有效性远大于粘土;通过降雨量对沙地贮水量影响的研究表明:只有38%左右的降雨量增加了土壤贮水量,其余62%被蒸散。     

干旱区土壤蒸发及水热耦合运移模式研究

干旱地区土壤蒸发模拟及水热耦合运移研究,对干旱地区水资源利用、陆面过程及气候模式研究具有重要意义.通过对土壤蒸发与内部水分传输机理的深入了解,推导出土壤水热传输与土壤蒸发模式.为了比较模式模拟结果,利用本模式对CoLM陆面过程模式进行改进,并采用黑河沙漠站观测资料,对模式改进前后土壤蒸发与土壤温度和湿度模拟结果进行了对比.结果表明:改进后模式能够更好地模拟土壤温度与土壤蒸发,干旱条件下应考虑水汽对土壤水分与温度传输的影响.     

晋西北矿区、非矿区不同植被下土壤水分特征

晋西北地区是黄土高原及北方农牧交错带的重要组成部分,一方面,短缺的水资源本身难以保证矿业开发的大规模用水需求;另一方面,部分地区的含水层又因地下开采而遭受严重破损和污染,两者矛盾十分尖锐。为确定晋西北地区土壤干层深度,了解不同植被土壤的水分差异,评价采矿对土壤水分含量的影响,对矿区、非矿区3种植物种类0~600 cm土壤深度的水分含量变化进行研究。结果表明,矿区、非矿区土壤含水量为：柠条>小叶杨>沙棘;土壤干层深度为：小叶杨>沙棘>柠条;不同采样地点的平均土壤含水量为：矿区<非矿区;土壤含水量与采样地点、土壤深度呈极显著正相关（P<0.01）,与植物种类呈极显著负相关（P<0.01）。     

黄土高原半干旱区降雨入渗试验研究

黄土高原地区地下水资源缺乏,降雨是土壤水的唯一补给来源。为研究降雨补给地下水过程,在黄土丘陵半干旱区的米脂试验站,对野外10 m土柱土壤水分进行了定位观测,分析自然降雨下土壤水分入渗深度和补给量。结果表明:自动监测显示单次降雨量为5.2 mm(小雨)时,11 h后入渗达到最大深度0.3 m,此深度以下几乎没有变化;单次降雨量为15.8 mm(中雨)时,4 d内影响深度可达0.6 m;单次降雨量为33.6 mm(大雨)时,8 d内1.2 m处土壤含水量增长明显,1.4 m以下没有变化。水分循环主要在0.8 m以内的蒸发带,该层土壤水分易被蒸发,0.8 m以下随着深度增加,土体含水率变化逐渐滞后,增幅逐渐减小。受多种因素影响,入渗过程持续时间不一。覆盖处理观测期土壤水分补给量显示:覆膜石子树枝裸地,补给量与降雨量呈线性关系,覆膜补给量上升最大。     

隔沙层对盐碱地土壤水盐运动的影响

在80~100 cm范围土层设置沙层,对土壤电导率和含水量进行为期6个月的观察,分析隔沙层对土壤水盐运动的影响。结果表明:80~100 cm层沙层在大降雨量时能够提高土壤含水量;降雨量小,蒸发强烈的5~7月份,隔沙处理能够使土壤积盐程度较对照减少50%~70%;隔沙层延缓沙层以上土壤水分的下渗,从而提高降雨对土壤盐分的淋洗作用。当降雨量接近蒸发量的时候,隔沙处理土壤就能明显脱盐,而在此雨量下,对照只能保证土壤不发生积盐或少量积盐。雨季结束之后,隔沙处理土壤脱盐率较对照提高10%~35%,并能够使土壤脱盐过程持续到10月份,对植物生长十分有利。