黄土丘陵沟壑区不同土地类型的土壤水分特性

在黄土丘陵沟壑区燕沟流域,于2002～2006年定位监测不同类型土地不同坡位、坡向的土壤含水量,对土壤含水量的动态变化进行了系统分析.结果表明:不同土地类型的土壤含水量差异明显,坝地最高,平均19.83%,川台地次之,平均17.21%,梯田平均16.34%,坡地最低,平均15.04%,土壤含水量与年降雨量呈正相关,相关系数为0.68;土壤含水量月变化动态呈现"单谷"曲线,7月份最低;不同坡位的土壤含水量变化趋势为随坡位升高,土壤水分含量递减;不同坡向的土壤含水量变化趋势为阴坡>阳坡.     

黄土丘陵沟壑区沟道造地土壤水分时空变异特征

基于Van Genuchten模型测定土壤水动力学参数,采用定点监测方法,在沟道中不同位置以及对照坡面进行土壤水分观测,分析了延安市典型治沟造地项目沟道造地土壤水分的时空变异特征,阐明治沟造地工程对沟道土壤水分的影响。结果表明：（1）土壤水力学参数在沟道土层深度为40 cm附近发生了显著改变,0~40 cm土层土壤容重1.12 ~1.25 g·cm^-3,导水率达到40 mm·min^-1以上,入渗能力强,同时饱和含水率较大,40 cm以下土层土壤容重在1.5 g·cm^-3左右,导水率在1.25~1.41 mm·min^-1之间,入渗速率明显减小;（2）沟道土壤水分显著大于对照坡面,其季节变化稍滞后于降水的季节变化,整个生长季在15.76%~21.91%间波动,高出对照坡面5%左右,垂直分布随土层深度的增加而增加,表层最低,为15.07%,160 cm土层最高,为22.84% ,深层土壤含水量优势更加显著;沟道土壤水分变异系数在0.131~0.234之间,相比较坡面,沟道表层以下土壤水分存在较强的空间异质性,100 cm以下土层变异系数在0.2左右,土壤水分变化活跃;（3）沟口土壤含水量显著高于沟头,土层深度40 cm以下的土壤含水量长期达到甚至超过田间持水量。通过治沟造地工程水分综合调控体系,沟道能够为作物生长提供水分充足的生境条件,提高水资源利用效率的同时改善农业生态环境。     

不同类型保水剂对旱作谷子水分利用的影响

为解决内蒙古黄土高原区干旱缺水导致的谷子出苗难、水分利用效率和产量低而不稳等一系列问题,以金苗K1谷子品种为试验材料,采用智动载体、聚丙烯酰胺(PAM)、高分子吸水性聚合物(SAP)、膨润土、华申农林保水剂5种保水剂,每种保水剂设置3个施用量处理,以不施保水剂为对照(CK),进行随机区组试验。在谷子生育期内研究不同保水剂及用量对谷子出苗率、土壤蒸发量、籽粒产量及水分利用效率的影响。结果表明：施用5种保水剂均减少了土壤水分蒸发量,提高了谷子成熟期的生物量积累、产量和水分利用效率。在智动载体和PAM施用量分别为37.5kg/hm²和75kg/hm²时,土壤水分蒸发量较对照分别减少25.31%和26.40%;谷子地上部生物量较对照分别提高了28.47%和19.92%;籽粒产量和产量水分利用效率较对照分别提高20.54%、20.42%和25.0%、25.5%;经济效益均表现最高,减蒸增效作用均强于膨润土、华申农林保水剂和SAP。     

黄土丘陵沟壑区退耕地人工林的土壤环境效应

根据延安、安塞和吴旗退耕20年以上人工林地、自然恢复草地和坡耕地的调查与分析资料,分析了人工林相对于坡耕地、自然恢复草地、次生林的土壤环境效应,包括土壤有机质的积累、土壤氮磷钾素的变化、土壤水分效应和水稳性团聚体的特征。结果表明:人工林可明显地提高土壤有机质、全氮、有效氮和速效钾的含量,特别是0~20cm土层,但这些土壤肥力指标仍处于低或中等水平;同时人工林地土壤的水稳性团聚体含量较高,增强了土壤的抗侵蚀能力;但人工林对土壤水分的消耗却远远大于坡耕地和自然恢复的草地,在安塞和吴旗表现得更为明显。综合分析结果和黄土丘陵沟壑区特殊的自然环境特征,认为在黄土高原丘陵沟壑区,退耕地的植被恢复宜采取先封禁牧,然后补种部分适宜的牧草、灌木和乔木,逐步实现良好的乔灌草植被结构特征和其生态环境功能。     

黄土丘陵沟壑区沙棘人工林不同恢复阶段物种多样性与土壤肥力的关系研究

对黄土高原丘陵沟壑区沙棘人工林不同恢复阶段物种多样性与土壤肥力的关系进行了研究.结果表明,在沙棘人工林恢复的初、中期阶段,α-多样性指数和土壤肥力(有机质含量和氮含量)的增加正相关较明显,在恢复的中期β-多样性指数变化较强烈,且土壤有机质含量变化较大,表现出在沙棘人工林恢复的同时,土壤有机质含量也会有所增加,二者基本上是同步的.对土壤肥力与沙棘人工林植物组成性状的关系进行多元回归分析后发现,土壤全氮与木本植物种数、植物种数和物种多样性等因素有关;全磷与物种多样性等因素有关;土壤全钾和pH值的变化比较复杂,与植物组成性状的关系不明显.     

黄土丘陵沟壑区退耕植被恢复地土壤水稳性团聚体的变化特征

以黄土高原典型丘陵沟壑区—吴旗县为例,研究了退耕地不同植被恢复年限、不同植被类型和不同恢复方式下的土壤水稳性团聚体含量的变化。结果表明,>0.25mm土壤水稳性团聚体含量,在0～60cm土层随着退耕地恢复年限的延长而不断增加,乔木地相对较高,草地相对较低,灌木地介于两者之间。自然恢复方式>自然 人工恢复方式>人工恢复方式,坡耕地的团粒含量最低;在0～20cm土层,恢复前期土壤水稳性团聚体含量增幅较大,后期增幅较小,而40～60cm土层的变化规律则相反。对同一种植被类型,>5mm的土壤水稳性团聚体含量从0～20cm到40～60cm土层均呈下降趋势,并且在较浅土层灌木地的降幅相对较大,在较深土层乔木地的降幅相对较大。人为干预使得土壤水稳性团聚体从大粒径向小粒径转化,这种转化在较深土层表现的较明显。可见,在退耕地植被恢复中,具有较长恢复年限的乔木地,土壤的抗蚀性较强;自然 人工的恢复方式既缩短了植被恢复时间,也提高了土壤水稳性团聚体含量,从而改善了土壤结构。     

不同水分条件下作物蒸腾效率的比较研究

通过盆栽试验,研究了三种土壤水分下(高水、中水、低水,分别占田间持水量的80%~85%、70%~75%、60%~65%)小麦、高粱、玉米、谷子的生物量、耗水量、蒸腾效率(TE)及干物质分配的特点。结果表明,随土壤含水量的降低,作物的生物量、耗水量降低,单株蒸腾效率(TE单株)升高,其中高粱的TE单株升高幅度最大为53.6%。随土壤水分的降低,作物的净光合速率、蒸腾速率降低,作物通过大幅度降低蒸腾速率来维持较高的叶片蒸腾效率(TE叶片)。作物全生育期的TE叶片呈单峰趋势,小麦、玉米的TE叶片在开花期均达到最大值,谷子和高粱的分别在灌浆期和抽穗期达到最大值。相关分析表明,作物的TE产量与收获指数显著正相关(小麦:R2=0.632,玉米:R2=0.994,高粱:R2=0.920,谷子:R2=0.949)。谷子在低水环境中具有更合理的干物质分配机制,小麦在中、低水环境中能够保持较高的收获指数和TE产量,它对水分的变动不敏感,适宜生长的水分条件较广泛。     

黄土丘陵沟壑区聚落形态的组织机制与模拟演化研究——以陕北米脂县东沟为例

黄土丘陵沟壑区具有复杂的地形地貌和丰富的地方空间基因,散落其间的聚落在适应地貌、气候等自然环境的漫长过程中呈现出独特的人地关系。以米脂县东沟聚落为对象,从微观主体视角揭示了沟壑区聚落空间的组织机制,据此建立聚落形态衍生模型,模拟预测当地聚落空间形态的发展趋势。研究发现：1)居民个体选址择优与聚落邻域互动牵引是影响黄土丘陵沟壑区聚落空间组织的主要动因与机制。一方面东沟居民在聚落选址过程中对自然环境、农业生产、服务设施等因素具有较强的择优偏好;另一方面东沟聚落形态的演化还伴随着邻里聚合与分化、邻里吸引与互斥两种衍生逻辑。2)根据对2020年至2040年东沟聚落形态发展路径的预测,东沟中的聚落用地规模增长到30%之前,聚落仍将在沟口和中前段挖掘开发潜力;聚落用地规模增长幅度在30%～50%的过程中,新增聚落主要在沟谷中后段的沟谷交叉处呈团块状集聚;聚落用地规模增长幅度达到50%～60%时,聚落将在沟谷末梢和支毛沟内少量蔓延。     

模拟降雨条件下谷子和冬小麦植株对降雨再分配过程的影响

以谷子（ Setaria italica）、冬小麦（ Triticum aestivum Linn 。）为研究对象,利用人工模拟降雨测定了不同降雨强度和生长阶段两种作物植株的穿透雨,采用人工喷雾法测定了不同生长阶段的冠层截留,根据水量平衡法计算了不同观测阶段的茎秆流。结果表明：谷子、冬小麦冠层对降雨的再分配作用显著,谷子冠下穿透雨率平均约为79％,茎秆流率平均约为20％,冠层截留率平均约占1％;冬小麦冠下穿透雨率平均约为79％,茎秆流率平均约为19％,冠层截留率平均约占2％。在其全生育期内,两种作物冠下穿透雨与茎秆流呈彼此消长趋势。穿透雨量和茎秆流量与降雨强度呈显著正相关关系,但是穿透雨率和茎秆流率与降雨强度的关系不显著。茎秆流量和冠层截留量及其二者占总降雨量的比率均与作物叶面积指数呈显著正相关关系,但穿透雨量及穿透雨率随叶面积指数增加呈显著下降趋势。     

转BADH基因水稻旱作与水作条件下籽粒干物质积累动态的比较研究

对转甜菜碱醛脱氢酶(BADH)基因水稻品系52-7旱作与水作条件下的籽粒灌浆期干物质积累动态进行了比较研究。结果表明:旱作与水作条件下,强势粒和弱势粒的籽粒增重和淀粉积累过程均符合Richards模型。水作强、弱势粒的异步灌浆比旱作明显;旱作强、弱势粒的平均灌浆速率比水作大,到达最大灌浆速率的时间提前,活跃灌浆期缩短;旱作强势粒的最大灌浆速率比水作增大,旱作弱势粒的最大灌浆速率比水作小。开花后5～20d,旱作强、弱势粒的淀粉积累量都略高于水作,之后,则低于水作。水、旱作强势粒可溶性糖含量的变化趋势基本一致,但其弱势粒间的变化趋势存在明显差异。旱作与水作的千粒重差异达到显著水平,但穗粒数、实粒数、结实率及产量的差异未达到显著水平。     

黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤水分分析

采用定位监测法,对地处黄土丘陵区的延安燕沟不同植被类型下土壤水分状况进行了对比分析。结果表明:农林草地土壤水分剖面(0~4 m)存在显著差异,平均土壤含水量由高到低依次为:旱农坡地>草地>柠条灌丛>果园>黄刺玫灌丛>刺槐,与旱农坡地对照分别相差2.04%、2.27%、4.75%、4.8%和5.68%;刺槐、柠条和黄刺玫的土壤水分垂直分布呈现较一致的趋势,表现为上层水分高于下层且差异显著,水分较明显的分界点在100cm左右,其100 cm以上平均土壤湿度分别为10.12%、13.58%和11.89%,100 cm以下分别为8.79%、12.16%和9.07%;同时,不同植被类型下土壤剖面低湿层不同,乔灌地低湿层深度较农地和草地深;土壤水分剖面形态与分层特征受植被利用影响作用显著。     

陇东黄土塬区土壤包气带水分水势特征研究

选取陇东黄土包气带为研究对象,综合运用数理统计与对比分析相结合的方法,研究黄土地区包气带土壤水分、水势变化特征和土水势构成结构,结果发现,在陇东黄土塬区,坡头荒地等较干旱、沙质土壤中,包气带水分变化呈对数分布特征,而耕作土壤其水分含量特征则不满足这种类型.在土水势构成方面,溶质势所占比例平均约为20%,其中坡头荒地约占...     

晋西黄土区坡面林地土壤持水性能研究

测定吉县蔡家川流域不同植被类型土壤的持水性能,通过对土壤水分特征曲线的拟合,掌握不同林分土壤比水容量,并对不同林地的土壤水分进行分类,求出不同林地的有效水范围。在研究区主要造林树种中,刺槐及其混交林分的土壤水分利用范围最大,退耕地有效水分利用潜力最大。     

深层土壤水分对黄土塬区旱作冬小麦耗水的贡献

为研究不同土层尤其是深层土壤水对冬小麦耗水的贡献,本文首先对长武黄土塬区300 cm深度土壤水人工标记氘水,并通过测定抽穗期、开花期、灌浆期和乳熟期小麦茎秆水δD值确定冬小麦是否能够利用300 cm深度以下土壤水分;其次通过测定小麦茎秆水、降水和不同土层土壤水δ¹⁸O值,分析降水以及不同深度尤其是300 cm以下土层土壤水对冬小麦耗水的贡献。结果表明:长武塬区降水分别贡献了旱作冬小麦抽穗期、开花期、灌浆期和乳熟期耗水的49.2%、30.2%、35.9%和38.2%,土壤水分别贡献了50.8%、69.7%、64.1%和61.8%。50～100 cm、100～150 cm、150～200 cm和200～300 cm土层土壤水贡献了冬小麦抽穗期耗水的17.9%、15.2%、10.0%和7.7%,开花期耗水的24.6%、18.8%、14.0%和12.4%,灌浆期耗水的19.5%,14.4%、10.0%和8.7%,乳熟期耗水的18.6%、13.2%、10.3%和8.3%。冬小麦茎秆水δD值变化表明,冬小麦自灌浆期开始利用300 cm深度以下土壤水分,300～400 cm土层...     

黄土高原土壤水分与植被生产力的关系

土壤水分生态条件的恶化愈来愈成为黄土高原植被建设和生态环境建设的限制因素，我们在对黄土高原土壤水分生态因素分析的基础上，探讨了黄土高原土壤水分的季节性变化、土壤剖面水分变化、区域水分变异规律，分析了土壤水分与植被生产力间的相互关系，并提出了改善黄土高原土壤水分生态环境、提高植被生产力的调控技术。     

水肥耦合对糜子干物质运转和产量的影响

以晋黍7号为材料,研究了不同水肥条件下糜子叶面积、净光合速率、干物质转运及产量构成因素变化。结果表明,糜子叶面积和净光合速率基本呈现出先上升后下降的变化趋势,叶面积在抽穗期达到最大值,净光合速率在开花期达到最大值;各处理均以叶片干物质的移动率高于茎,茎干物质的转运率均高于叶片,茎和叶的移动率以施氮量150 kg·hm^-2、施磷量120 kg·hm^-2和保水剂60 kg·hm^-2处理最大,分别为 41.82%和43.28%;与不施肥无保水剂（CK）相比,施氮量150 kg·hm^-2、施磷量120 kg·hm^-2和保水剂60 kg·hm^-2处理的产量最高,为5 389.36 kg·hm^-2,增产36.47%;产量与有效穗数、单株穗重和主穗长呈极显著正相关,相关系数分别为0.88、0.80和0.71。一定范围内,随着施肥量的增大,产量增加,保水剂处理比无保水剂处理产量高;施氮量150 kg·hm^-2、施磷量120 kg·hm ^-2和保水剂60 kg·hm^-2处理组的糜子产量最高,茎和叶的干物质移动率最高,对籽粒的贡献率最大,为理想的水肥组合。     

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.     

晋西黄土区主要造林树种耗水量测算与分析

依据水量平衡原理,采用盆栽试验分别测算了晋西黄土区主要造林树种侧柏、刺槐、杏树和梨树在其生长季(4～10月)成熟单株树木的耗水量,并根据林地土壤水分动态及土壤水分特征曲线标定的各树种无效水界值,分析了各树种土壤水分供耗特点及其有效性.结果表明:①2002贫水年生长季降水量430.7 mm,试验树种同期耗水量约为430～470 mm,树木供耗失衡;2003丰水年降水量870.2 mm,耗水量约为450～510 mm,但降雨分配不均,5月和10月树木供耗也略有失衡.②不同树种年内土壤含水量变化趋势相近,而同月耗水量差异较大,同一树种不同月耗水量差异也较大,丰水年各试验地土壤水分状况要好于贫水年.③侧柏、刺槐、杏树和梨树无效水界值为8.0%,8.4%,9.4%和10.9%,侧柏较其它树种利用水分能力最强.贫水年林外单株树木土壤含水量在一段时间内低于对应树种的无效水界值,影响树木正常生长.单株树木依靠冬季和次年春季降水补充,生长季初期都能恢复到速效水水平.     

黄土旱塬区农田施肥、产量与土壤深层干燥化的关系研究

施肥作为稳定作物高产的关键措施之一,同时也会加强对土壤水分的耗损。于2007年小麦播种前测定了长期施肥的试验田0~300 cm土壤剖面水分含量。结果表明,不同施肥处理播前小麦地土壤在1 m深度范围内含水量变化很小,贮水量的极差值为14.7 mm;土壤水分的变化主要集中在100~300 cm土层,贮水量极差值为130.1 mm,且土层深度100~260 cm处出现土壤深层干燥化现象,并随肥料用量增加干燥化程度趋于严重;260 cm以下土壤含水量逐渐上升。氮磷肥配施土壤干层含水量显著高于单施氮肥,单施氮肥显著高于单施磷肥和不施肥,而不施肥和单施磷肥土壤干层含水量差异不显著。从产量角度看,小麦产量与干层水分含量呈线形显著负相关。当产量小于1 354 kg/hm2,土壤无干层;当产量在1 355~2 406 kg/hm2之间,土壤干层属于轻度干燥化;当产量在2 407~3 458 kg/hm2范围内,土壤干层属于中度干燥化。     

蒸发条件下地下水对土壤水盐分布的影响

土壤水分是盐分运移的载体,蒸发条件下地下水会对土壤盐碱化产生一定影响。本文在白炽灯（275 W）模拟稳定蒸发和土柱模拟50 cm地下水位的条件下,设置4组重复,试验中水温盐传感器每隔1 h采集一组数据,测定土柱中5～50 cm的土壤水、盐含量,观察表层析出盐分。结果表明：蒸发条件下盐分聚集过程中,距地表30 cm处土壤水、盐含量在蒸发进行3 d左右出现峰值;距地表30 cm处含水率的定值略低于距地表50 cm处含水率定值,而含盐量定值与距地表50 cm处含水率定值相近。距地表10 cm处土层水盐含量在蒸发进行第7天左右时间出现峰值,然后水分逐渐降低并趋近一个定值;说明距地表30 cm以下土体作为一个通道起到盐分的传递作用,土柱蒸发结束后,形成“浅集表聚”的分布特征。K⁺、Na⁺和Mg²⁺的含量从纵剖面分析都呈现自下而上50～25 cm逐渐减小、25～0 cm逐渐升高的趋势,并且三种离子都在25 cm埋深即土柱的1/2处产生一个最小值;除去表层由于反盐堆积的离子外,CO₃^2-、SO₄^2-在蒸发过程中无太大波动。蒸发结束后,4种阴离子除HCO₃^-含量大于初始值外,其它3种离子均小于初始值。