基于微地形和土地覆被的土壤水分空间变异性——以玛纳斯河流域绿洲为例

采用经典统计学和地统计学方法,对玛纳斯河流域绿洲0～70 cm土层土壤水分的空间异质性及其影响因子进行研究.结果表明:各层土壤水分均符合正态分布.从变异系数看,均属于中等变异,变异系数介于0.293～0.371,其中表层水分变异程度最高,达到0.371;0～10 cm,10～20cm,20～30 cm和30～50 cm...     

浑善达克沙地流沙与四种主要植物群落土壤水分时空变化的研究

本文采用定位取样与烘干法,测定了浑善达克沙地流动沙地与平沙地四种主要植物群落土壤含水量的时空变化。结果表明:流动沙地与平沙地各植物群落土壤含水量在空间上由剖面上部而下可划分为水分活跃层、水分次活跃层和水分相对稳定层三层,水分活跃层的变化与其根系分布层密切相关,深根系的植物其水分活跃层分布较深。各样地土壤水分时间动态变化明显,整个生长季土壤水分干湿变化呈“S”形,土壤含水量按其季节变化可分为三个时期,4~5月降水贮存期,6月~9月中旬水分消耗期、9月下旬~10月水分缓慢恢复期。土壤水分的时空变化受立地条件、植被等诸多因子的影响,各样地因土壤机械组成和地表覆盖不同而引起水分在时间与空间上的分异。     

冻融期膜下滴灌棉田水盐时空动态特征研究

利用经典统计学方法,分析了冻融期北疆地区常年滴灌棉田土壤水分、盐分时空动态变化特征。结果表明:在整个冻融期,裸地处理的含水率随时间变异性较覆膜处理大;在最大冻土深度(90 cm土层)附近,土壤盐分随时间变异剧烈,属于强变异性,变异系数高达1.1左右;在深度方向上,土壤含水率呈中等变异性,而土壤含盐率则呈强变异性;在整个冻融过程中,冻结带中盐分随时间和深度的变化幅度较小;冻融期土壤存在稳定盐分累积层,该累积层的深度在120 cm土层,且不受地表覆盖的干扰。覆膜对120 cm土层以下土壤盐分运移影响较小。     

孙家岔流域坡面不同土地利用的土壤水分变化分析

以甘肃省兰州市孙家岔流域为研究对象,采用1982—1983年和2011年土壤水分实测资料,分析该流域坡面防护区不同土地利用土壤水分的年内、年际变化特征。结果表明,在黄土丘陵区小流域内,农坡和荒坡土壤水分的年内动态变化具有相同的规律,但农坡年内平均含水量要高于荒地。流域内降雨量的多少以及时空分配是土壤水分变化趋势的主要影响因子。土壤水分的变异程度随降雨量和土层深度的增加而减小,土壤深度在1.20~1.40 m内含水量受季节气候动态变化影响显著,土壤深度超过1.60 m内含水量在相同年度具有一定的时间稳定性。土质较好的荒地,选择适宜的农作物(如洋芋),可提高缓坡区(5°~15°)降水资源的有效利用率。     

Untangling the influence of soil moisture on root pullout property of alfafa plant

Root pullout property of plants was of key importance to the soil reinforcement and the improvement of slope stability. To investigate the influence of soil moisture on root pullout resistance and failure modes in soil reinforcement process, we conducted pullout tests on alfalfa (Medicago sativa L.) roots at five levels (40, 30, 20, 10 and 6 kPa) of soil matric suction, corresponding to respectively 7.84%, 9.66%, 13.02%, 19.35% and 27.06% gravimetric soil moisture contents. Results showed that the maximal root pullout force of M. sativa decreased in a power function with increasing soil moisture content from 7.84% to 27.06%. Root slippage rate increased and breakage rate decreased with increasing soil moisture content. At 9.66% soil moisture content, root slippage rate and breakage rate was 56.41% and 43.58%, respectively. The threshold value of soil moisture content was about 9.00% for alfalfa roots in the loess soil. The maximal pullout force of M. sativa increased with root diameter in a power function. The threshold value of root diameter was 1.15 mm, because root slipping force was greater than root breaking force when diameter >1.15 mm, while diameter ≤1.15 mm, root slipping force tended to be less than root breaking force. No significant difference in pullout forces was observed between slipping roots and breaking roots when they had similar diameters. More easily obtained root tensile force (strength) is suggested to be used in root reinforcement models under the condition that the effect of root diameter is excluded as the pullout force of breaking roots measured in pullout tests is similar to the root tensile force obtained by tensile tests.     

科尔沁沙地坨甸交错区土壤水分的空间变异规律

科尔沁沙地沙丘-草甸相间地区,地貌形态多样、土地利用类型众多,从而导致土壤水分空间分布的复杂性。通过对科尔沁沙地典型沙丘-草甸相间地区的调查取样与试验分析,运用统计学理论和方法,研究土壤水分的空间变异性及其空间分布规律。结果表明：水平方向上,土壤水分总体表现为草甸地大于沙丘地,过渡带介于两者之间。就草甸地而言,植物生长越好,其土壤水分越高,保水持水性能也越好;沙丘地则与之相反,植被最稀疏的流动沙丘,其土壤含水量大于半流动半固定沙丘与固定沙丘,且有良好的储水条件。垂向上,高覆盖草甸、低覆盖草甸和农田（草甸）土壤含水量在地表下0～40 cm波动最大,40～160 cm随深度增加而递增;流动沙丘、半流动沙丘和固定沙丘土壤含水量随深度增加呈微弱加大趋势。林地、撂荒地、农田（沙丘）变化程度居中。从空间分布看,研究区中东部土壤水分偏大,且向南北两侧区域递减。     

基于高分遥感影像的亚高寒草甸土壤水分含量反演

通过高分卫星遥感影像计算植被供水指数来反演亚高寒草甸土壤水分含量,结合高分辨率遥感影像(GF-2)和中分辨率的遥感影像(Landsat-7)进行土壤水分反演模型建模验证,揭示高分遥感影像结合植被供水指数法在青藏高原东北缘亚高寒草甸草原上的适用性,同时分析研究区土壤水分分布及其影响因素。基于高分二号（GF-2）、Landsat-7影像数据,以甘南藏族自治州当周草原为研究区,利用植被供水指数（VSWI, vegetation supply water index）构建土壤水分反演模型得到研究区土壤水分含量反演图,通过半方差函数及主成分分析法探索研究区土壤水分空间分布及影响因素。结果表明：研究区土壤水分含量分布状态呈现出一定程度的空间变异,体现在整个研究区内以及各个地块之间,土壤水分含量主要介于0.11%~60.44%之间;土壤水分含量与坡度、海拔、坡向、NDVI、地表温度均呈正相关关系,分布主要受NDVI、坡向、坡度、海拔的影响。综上,利用植被供水指数法结合高分遥感影像监测土壤水分含量是可行的,基于GF-2遥感影像所建立的模型拟合度最优,较Landsat-7遥感影像更具优势。     

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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直插式根灌的土壤水分时空分布与节水效率

在塔里木河下游枣树生态经济林进行根灌试验,研究了直插式根灌条件下的土壤水分时空分布和节水效率。结果表明:(1)灌水过程中直插式根灌的土壤水分分布在0~100 cm土壤层,随灌溉时间增加,土壤含水量,0~20 cm土层呈波动变化,80~100 cm土层基本稳定,其余各土层呈S型增加;(2)不同时期1 m深土层平均土壤体积含水量最大值及达到最大值的时间,枣树生长初期为44.62%、7.5 h,花期为43.26%、12.5 h,幼果期为46.3%、15 h;(3)根灌过程中,各土层土壤含水量变异系数大小次序为80 cm20 cm40 cm60 cm100 cm;灌后土壤平均含水量,80、100 cm土层与其余各层之间差异显著,20、40、60 cm土层之间差异不显著,80 cm土层土壤含水量空间异质性最高;(4)三次试验后20 d内,0~100 cm土层的平均土壤体积含水量消退速率分别为0.21%·d~(-1)、0.19%·d~(-1)和0.17%·d~(-1),土壤体积含水量60 cm和100 cm土层消退速率稳定,40 cm土层呈先消退后增加的趋势,20 cm土层0~10 d迅速消退,80 cm土层11~20 d迅速消退;(5)直插式根灌的节水效率比地表滴灌高27.78%,水分利用效率分别比地表滴灌和漫灌高8.12%、52.46%。     

黄土丘陵区多次降雨补充下草灌地土壤水分空间变化规律

利用黄土丘陵区燕沟流域42场模拟降雨下土壤水分观测数据,研究2种坡度的草地、灌木地在不同经营方式(原状地、刈割地、翻耕地)下的土壤水分对模拟降雨的响应。结果表明:(1)在5次降雨补充下,依据土壤水分的标准差和变异系数,0~100 cm土壤水分受土地经营方式影响表现为:原状草灌地土壤水分可划分为活跃层、次活跃层和相对稳定层;刈割地全剖面为相对稳定层,翻耕地可分为活跃层和相对稳定层。(2)单次降雨事件则随降雨量增加,各经营方式下的水分活跃层逐渐变薄或消失,次活跃层变厚,而相对稳定层变薄,整个土壤剖面水分变化趋于一致。(3)对于受高强度降雨补充后的土壤水分变异性分层,建议采用更加灵敏的土壤水分标准差和变异系数判别标准:活跃层,标准差大于1.4%,变异系数大于12%;次活跃层,标准差1.4%~0.9%,变异系数12%~8%;相对稳定层,标准差小于0.9%,变异系数小于8%。(4)坡度越小土壤水分含量越高,坡度对草灌木地、刈割地的影响较翻耕地显著,且对50~100 cm土层水分影响远大于对表层0~50cm的影响。总之,降雨后土壤水分0~100 cm土层不断增加,且剖面土壤水分逐渐一致,土地经营方式、坡度因素对土壤水分变化强度和在不同深度土层中的表现有显著影响。     

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。     

Changes in soil properties and erodibility of gully heads induced by vegetation restoration on the Loess Plateau,China

Soil erosion on the Loess Plateau of China is effectively controlled due to the implementation of several ecological restoration projects that improve soil properties and reduce soil erodibility. However, few studies have examined the effects of vegetation restoration on soil properties and erodibility of gully head in the gully regions of the Loess Plateau. The objectives of this study were to quantify the effects of vegetation restoration on soil properties and erodibility in this region. Specifically, a control site in a slope cropland and 9 sites in 3 restored land-use types(5 sites in grassland, 3 in woodland and 1 in shrubland) in the Nanxiaohegou watershed of a typical gully region on the Loess Plateau were selected, and soil and root samples were collected to assess soil properties and root characteristics. Soil erodibility factor was calculated by the Erosion Productivity Impact Calculator method. Our results revealed that vegetation restoration increased soil sand content, soil saturated hydraulic conductivity, organic matter content and mean weight diameter of water-stable aggregate but decreased soil silt and clay contents and soil disintegration rate. A significant difference in soil erodibility was observed among different vegetation restoration patterns or land-use types. Compared with cropland, soil erodibility decreased in the restored lands by 3.99% to 21.43%. The restoration patterns of Cleistogenes caespitosa K. and Artemisia sacrorum L. in the grassland showed the lowest soil erodibility and can be considered as the optimal vegetation restoration pattern for improving soil anti-erodibility of the gully heads. Additionally, the negative linear change in soil erodibility for grassland with restoration time was faster than those of woodland and shrubland. Soil erodibility was significantly correlated with soil particle size distribution, soil disintegration rate, soil saturated hydraulic conductivity, water-stable aggregate stability, organic matter content and root characteristics(including root average diameter, root length density, root surface density and root biomass density), but it showed no association with soil bulk density and soil total porosity. These findings indicate that although vegetation destruction is a short-term process, returning the soil erodibility of cropland to the level of grassland, woodland and shrubland is a long-term process(8–50 years).     

黄土高原西部人工灌木林土壤水分分布规律

利用便携式中子水分测定仪,对黄土高原西部丘陵区不同立地条件、不同灌木类型覆盖下土壤水分含量进行观测研究,同时对人工灌木林土壤水分分布规律进行了初步的探讨。结果表明：阴坡土壤水分储量最高,其次为半阴坡和半阳坡,阳坡最低,坡向因子与土壤水分储量呈显著正相关,坡位因子与土壤水分储量相关性不显著。柠条(Caragana korshinskii)、半日花(Helianthemum songaricum)耗水量较大,沙木蓼(Atraphaxis bracteata）、梭梭(Haloxylon ammodendron)等耗水量居中,荒漠锦鸡儿(Caragana roborovskyi)、甘蒙锦鸡儿(Caragana opulens)、枸杞(Lycium chinense)耗水量较低,在植被恢复过程中,应根据物种抗旱性的不同在不同坡向进行合理的配置。从单株植物对土壤水分水平分布的影响看,随着离树干距离的加大,土壤水分含量越高,但在不同的土层深度土壤水分水平分布特征有差异。     

黄土区人工林地的土壤水分研究动态

水分是黄土区植被恢复与重建的重要限制因子，土壤水分是植物生长和发育的必要环境因素。由于土壤水分供给的有限性，使它成为植物生长和生存的限制性因素。因而，对土壤水分的研究具有十分重要的意义。在土壤水分研究现状的基础上分析植被恢复与重建，并从研究的方法与内容方面进行论述，提出当前土壤水分研究中存在的问题与解决对策。     

几种工程措施对黄土区陡峭边坡植被盖度的影响及其机理

陡削以兰州新区的一段陡峭边坡作为试验地点,通过分析在植被重建初期经人工整地后形成的4种微地形(大圆形坑、小圆形坑、条形坑和原状坡面)的植被盖度特征及环境因子(土壤硬度和水分、地表和空气温度、坡位、无纺布)对植被盖度的影响,探寻能有效提高植被盖度的几种工程改造措施。研究表明:①铺设了无纺布坡面的植被盖度显著大于对照坡面;陡峭边坡不同坡位的植被盖度:下坡位>中坡位>上坡位(P<0.05),这与自然坡面植被盖度分布规律一致。②3种微地形的植被盖度均显著大于陡峭坡面,其中条形坑的土壤水分和植被盖度最大,最大盖度维持的时间最长。③微地形和坡面的植被盖度均与土壤水分呈显著正相关,与空气温度、地表温度均呈显著负相关;微地形的土壤硬度(3kg·cm^-2)适宜植物生长,大于该值会对植被生长产生抑制作用;铺设无纺布有利于促进上坡位的植被生长,使坡面植被分布更均匀。研究结果表明,在陡峭边坡坡度、坡位和温度等无法改变的情况下,选择对压实的坡面进行整地翻耕处理,增加长条坑的数量并铺设无纺布等有效的工程改造措施,能显著增加植被盖度,促进植被恢复。     

塔里木河下游灌区春季土壤盐分空间变异特征——以新疆第二师三十一团灌区为例

应用地统计学的半方差分析和Kriging空间插值,以新疆第二师三十一团灌区为例,分析了塔里木河下游绿洲灌区不同深度土壤全盐及盐基离子的空间变异特征与分布规律。结果表明:研究区春季土壤总体呈碱性,各土层阴离子均以SO■为主,阳离子均以K~+和Na~+为主,灌区内根域层(0～60 cm)土壤盐分、Ca~(2+)、Cl~-的半方差函数模型符合高斯模型,Mg~(2+)、K~++Na~+符合球状模型,深层(60～100 cm)土壤盐分、HCO~-_3、SO■符合指数模型,各变量空间自相关范围差异较大。盐分分布特征受人类活动和地势、水源的影响较大,根域层(0～60 cm)土壤盐分含量呈现由西北部向东南部逐渐升高的趋势,变化范围在2.28～3.27 g·kg~(-1)之间,深层(60～100 cm)土壤盐分含量呈现由西北部向东南部逐渐降低的趋势,变化范围在2.31～4.63 g·kg~(-1)之间。HCO~-_3在整体上与根域层(0～60 cm)土壤盐分含量分布特征相同,其它各离子含量无明显变化规律。灌区内土壤盐分垂直分布的总趋势大致相同,根域层(0～60 cm)土壤含盐量与深层(60～100 cm)土壤含盐量差异不大,变化范围在2.28～4.63 g·kg~(-1)之间。     

河南省近20年土壤湿度的时空变化特征分析

利用自然正交函数（EOF）分解、相关分析、趋势倾向率分析等方法,对河南省近20a土壤湿度的时空变化特征进行了分析。通过建立土壤湿度同温度、降水的多元回归方程,来量化土壤湿度同温度、降水的关系。分析表明：土壤湿度的空间分布有比较明显的差异,总体上由南向东北和西北两个方向逐渐降低;土壤湿度的年际变化有不太显著的下降趋势;年内不同季节土壤湿度有不同的变化趋势,其中春季土壤湿度小,夏季开始升高,进入秋冬逐步保持在较高水平。土壤湿度与降水成显著的正相关,同温度成显著的负相关。各季节影响土壤湿度变化的主要因子为：春季受温度回升影响而降低;夏季随降水增多而增大;秋季继续缓慢上升,主要由降水的缓慢累积所造成;冬季由于温度低,土壤湿度变化不大。     

毛乌素沙地典型地形断面土壤水分动态

基于毛乌素沙地的野外观测资料,对毛乌素沙地典型地形断面土壤水分动态进行分析。结果表明,土壤水分季节变化可划分为土壤水积聚期、消耗期和稳定期;根据土壤水分垂直变化可把土壤剖面划分为土壤水分易变层、利用层和调节层;沿着坡度减小的方向,各地形断面对应层次的土壤水分含量逐渐升高,丘间地土壤水分含量明显高于该断面上其余各点。     

毛乌素沙地不同水分梯度根系垂直分布与土壤水分关系的研究

通过对毛乌素沙地不同水分梯度根系垂直分布的研究表明:不同水分梯度根系分布随土壤深度的增加呈指数形式下降,不同梯度由于土壤水分、植被根系类型的差异,不同水分梯度植被根系的空间分布也有差异,不同梯度根量随土壤垂直深度的模拟方程分别为:y=9.5736e-0.1341x,R2=0.8859(I);y=16.246e-0.2037x,R2=0.9301(II);y=32.001e-0.1904x,R2=0.9544(III);y=28.336e-0.1993x,R2=0.9484(IV)。不同水分梯度土壤含水率变化程度不同,同一水分梯度各层土壤含水率变化幅度亦有差异,0.1m土壤含水率变异系数最大,随着土壤深度增加变异系数减小,根据土壤含水率变异系数分析我们将各层土壤水分垂直变化划分为活跃层(0-0.1m)、次活跃层(0.2-0.6m)、相对稳定层(1m)(I、II、III);而对IV梯度划为活跃层(0-0.1m、1m)、相对稳定层(0.3m)。根系生物量垂直分布与其对应土壤含水率有明显相反的关系,土壤含水率的变化与根系生物量的变化趋于相反,当土壤含水率增大时相应区域根系生物量减小;反之则增加。随水分梯度的增加各梯度最高水分利用层逐渐向表层发展,从第I梯度0.4m的6.84到第IV梯度0.1m的14.33。     

青海湖芨芨草干草原植被退化对土壤温湿特征的影响

芨芨草(Achnatherum splendens）干草原目前退化严重,但对土壤温湿特征的驱动机理仍不清楚。利用2011年连续观测资料分析环青海湖区域的芨芨草干草原原生植被和典型退化区域的0 cm、5 cm、10 cm、20 cm、40 cm和80 cm土壤温度和5 cm、10 cm、20 cm、40 cm和80 cm土壤容积含水量。结果表明:植被退化直接导致0 cm和5 cm表层土壤温度日极大值显著升高了39.04%和13.91%,温度日极小值显著降低,温度日较差升高;而10 cm以下温度日特征无显著响应。原生植被区0 cm逐日土壤温度在植物生长季（5-9月）极显著降低,非生长季5 cm和10 cm则略高。芨芨草植被改变了土壤年均温度垂向扩散特征。植被退化间接导致土壤5 cm土壤容积含水量升高了35.20%,10 cm无差别,20 cm以下显著降低,同时降低了系统土壤含水量的时间稳定性。特征聚类分析结果表明,芨芨草干草原土壤温湿特征对植被退化的综合响应主要表现在7-8月。