农田土壤入渗特性研究

以陕西杨凌一级阶地砂壤土和三级阶地粘壤土所选典型田块的双环入渗试验为基础,对不同土壤质地条件下的土壤入渗特性进行了研究。结果表明：两种土壤质地条件下描述其入渗过程的最优入渗公式为修正Kostiakov公式;土壤入渗试验合理的设计观测时间一级阶地砂壤土条件下不应小于90 min,三级阶地粘壤土条件下不应小于120 min;根据各入渗参数的最大相关距离,计算了典型田块入渗试验的合理测点数,一级阶地砂壤土和三级阶地粘壤土试验田块均为42个测点;可在一定程度上借助稳定入渗率f₀的变异特征描述土壤入渗性能和衡量土壤入渗能力,但同时还应考虑入渗参数k的空间变异特征。     

不同粘粒含量土壤水分入渗能力模拟试验研究

为研究土壤粘粒含量对土壤入渗能力的影响,通过向自然土壤中添加沙粒、人工粘土的方法配制不同粘粒含量土壤,用土柱积水入渗模拟了人工配制土壤中粘粒含量对其入渗能力的影响.结果表明:(1) 土壤粘粒含量对土壤入渗能力有较大影响,随粘粒含量增多,入渗能力递减:＜0.001 mm粘粒含量从6%增加至40.4%时,稳定入渗速率从0.0169 cm/min降低至0.0068 cm/min,90 min累积入渗量则从3.66 cm降低至2.02 cm;(2) 稳定入渗速率、90 min累积入渗量与粘粒及物理性粘粒含量分别呈幂函数负相关、指数负相关关系,但与粘粒含量相关性更为显著;(3) 通过对Green-Ampt模型、Philip模型及Kostiakov模型的参数拟合及累积入渗量计算,发现在本试验中Kostiakov模型拟合精度最高,Philip模型次之,Green-Ampt模型较差,说明Kostiakov模型对于均质土体是个比较实用的入渗模型.     

基于HYDRUS-1D的不同质地土壤入渗过程数值模拟

基于HYDRUS-1D软件,对不同土质(淤泥、粉砂壤土、砂质粘壤土)的灌溉方案进行了系统的数值实验,模拟灌溉结束时及灌溉结束24 h之后的土壤剖面含水量和土壤湿润锋的变化情况。结果表明:在不产生径流的情况下,灌溉结束24 h后土壤的含水量分布和湿润深度只与土壤种类和灌溉量有关,与灌溉速度无关;对透水性较好的土质,灌溉水分重分布明显,以粉砂壤土灌溉速率0.7 cm·h~(-1)和灌溉时间3 h为例,灌溉结束时和灌溉24 h后土壤湿润深度分别为9.2 cm和20.6 cm,有55.3%的灌溉水参加了水分重分布;土壤湿润深度与灌溉量之间存在线性关系,拟合直线的斜率介于5.15(淤泥)和5.95(砂质黏壤土)之间。     

辽西北风沙地不同植物群落土壤入渗特性

采用野外双环入渗试验和室内土壤物理性质分析相结合的方法,研究辽西北风沙地不同植物群落(乔木林地、灌木林地、人工草地、荒草地)土壤入渗特征及影响因素。结果表明:不同植物群落的土壤初始入渗率、16min入渗率、稳定入渗率和累计入渗量等土壤入渗特征值均表现为荒草地人工草地灌木林地乔木林地;土壤入渗特征值与毛管孔隙度呈显著负相关,与饱和含水量、粉粒含量呈负相关,与土壤初始含水率、土壤容重、非毛管孔隙度、砂粒、粘粒含量呈正相关,但未达显著水平。不同植物群落下土壤入渗过程的拟合优度存在差异,Horton模型、G-P综合模型、Philip模型、Kastiakov模型的平均拟合优度依次为0.948、0.896、0.893、0.868,Horton模型相对误差为15.71%~68.61%,可作为辽西北风沙地不同植物群落土壤入渗过程的预测模型;主成分分析评价的土壤入渗能力排序为荒草地人工草地灌木林地乔木林地,初始入渗率、稳定入渗率、16 min入渗率和累积入渗量的主成分方差累积贡献率为99.628%,较好地表达了土壤入渗能力。     

章古台沙地不同林龄樟子松人工林土壤水分研究

首次以章古台地区林龄为10a、20a、35a、50a和60a的樟子松人工林作为研究对象,以荒草地为对照,利用便携式土壤剖面水分速测仪分别对0-200cm土层的水分含量进行了测定并采用SPSS16.0分析。结果表明:在整个生长季节,林分密度分别为883、850、400、267、400株/hm2的10a、20a、35a、50a、60a的沙地樟子松人工林的土壤平均含水量表现为10a生林分的最低,50a生林分的最高;在垂直变化上,浅层土壤水分高,10a、20a和35a的樟子松林地随着土层深度的增加含水量明显下降,50a和60a的樟子松林地土壤水分变化幅度小;不同林龄之间的表层土壤含水量除35a与60a生有显著差异外,其余林龄间差异均不显著;根系层土壤含水量,10a与60a生差异性显著,其它差异不显著;土壤底层含水量,除20a和60a樟子松林土壤底层含水量差异不显著,其余林龄的樟子松林底层含水量均两两差异极显著,通过合理的密度调节可以使林地土壤水分保持稳定。     

不同钠钾比微咸水对土壤入渗性能和水盐分布的影响

为探究不同钠钾离子组成微咸水对土壤入渗性能和水盐运移的影响,开展室内一维土柱入渗试验,依据不同钠钾比设置3种微咸水处理(S1、S2、S3:1∶0、1∶1、0∶1),以去离子水作为对照组(CK)。比较不同处理下土壤湿润锋运移速率的差异,而后通过Philip、Green-Ampt和Kostiakov模型对入渗过程进行拟合,并分析淋洗液电导率、浊度变化和土壤剖面的水盐分布特征。结果表明：(1)与CK处理相比,微咸水处理降低了相同时间内湿润锋的运移距离,在入渗时间达到600 min时,S1、S2、S3处理湿润锋运移距离分别降低41.31%、28.75%、19.94%。在0～60 min内S2和S3处理湿润锋运移距离无显著差异,但在60 min后,S2处理湿润锋运移速率显著低于S3处理;Kostiakov模型拟合效果优于Philip和Green-Ampt模型。(2)S1、S2、S3处理土壤积盐率分别为76.11%、74.16%、73.25%;在淋洗开始的1 000 min内,不同处理淋洗液浊度表现为S1>S2>S3>CK。(3)与CK处理相比,微咸水处理并未改变土体内的总含水量...     

不同林龄胡杨林叶片与土壤的化学计量特征

为了解天然胡杨林生态系统的C、N、P、K含量及化学计量特征,在新疆轮台县轮南镇选取5种不同林龄胡杨林(幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林),研究不同林龄胡杨叶和林下土壤C、N、P、K含量及化学计量特征。结果表明:(1)不同林龄胡杨叶的C、N、P、K含量分别为437.77、13.67、1.87、5.26 g·kg-1,林龄对叶片C、N、P、K含量影响不显著。不同林龄胡杨叶片C∶N、C∶P、C∶K、N∶P、N∶K、P∶K为35.46、187.04、87.86、8.40、2.66、0.57,林龄对叶片的C∶P、C∶K影响显著,对C∶N、N∶P、N∶K、P∶K影响不显著。(2)土壤的C、N、P、K含量分别为6.89、0.62、0.57、18.69 g·kg~(-1),林龄对土壤C、N、P、K含量影响显著。不同林龄土壤C∶N、C∶P、C∶K、N∶P、N∶K、P∶K为11.48、12.34、0.36、1.12、0.032、0.032,林龄对土壤化学计量影响差异显著。(3)胡杨叶片N∶P比为8.40,远远小于阀值14,表明胡杨生长发育过程中严重受土壤氮素含量限制。     

黄土高原沟壑区坡耕地土壤入渗规律研究

通过野外人工模拟降雨试验 ,分析了 3种入渗公式中经验参数在坡耕地不同耕作措施、不同坡度及不同降雨条件下的变化规律 ,探讨了坡度、土壤初始含水率、降雨强度、不同耕作措施对土壤入渗的影响     

不同湿润比下滴灌土壤入渗特性模拟试验研究

为了研究滴头流量和设计湿润比对土壤水分运移规律及湿润体特性的影响,前期利用粘壤土进行试验研究,然后依据非饱和土壤水动力学理论和滴灌条件下土壤水分运移特征,建立了土壤水分运动模型,利用HYDRUS-3D对不同湿润比下滴灌土壤入渗模型进行求解。通过所建模型,对11个观测点的模拟结果与实测结果进行了对比,得出灌水结束时各观测点模拟与实测含水率的相对误差均小于10%,实测与模拟湿润比的相对误差为4.75%~11.78%。利用所建模型对不同情景下湿润体运移规律进行了模拟,获得了湿润体特征变化规律:滴头流量主要影响水平湿润锋的运移距离,而设计湿润比对垂直湿润锋运移距离的影响较大;滴头流量相同时,设计湿润比越大,湿润体内平均含水率越大,高含水区(含水率0.410 cm~3·cm~(-3))半径也越大;设计湿润比相同时,湿润体内含水率高于0.410 cm~3·cm~(-3)的湿润半径随流量增大而增大。     

微咸水矿化度对重度盐碱土壤入渗特征的影响

通过微咸水室内一维垂直入渗试验,分析了淡水以及4种不同矿化度(2,3,4,5 g·L~(-1))微咸水对重度盐碱土壤累积入渗量、湿润锋运移深度、土壤含水率、入渗历时、入渗速率的影响。结果表明:累积入渗量、湿润锋运移深度、土壤含水率随微咸水矿化度的增加呈现增大的趋势,但与淡水相比,2,3,4,5 g·L~(-1)微咸水的累积入渗量、湿润锋运移深度随入渗时间的变化差异较小;同一土层,土壤含水率大小比较:淡水5 g·L~(-1)3 g·L~(-1)2 g·L~(-1)4 g·L~(-1);在微咸水灌溉条件下,累积入渗量与湿润锋运移深度呈线性关系。采用Kostiakov模型,Philip模型和Green-Ampt模型模拟微咸水入渗过程,结果显示,Kostiakov模型可以更好地描述重度盐碱土入渗率与入渗时间的关系。     

天山云杉倒木的持水特性

倒木在森林生态系统尤其是山地森林生态系统的水文功能和水土保育功能等方面具有重要的作用。为了解天山云杉（Picea schrenkiana var. tianschanica）倒木的持水特性和其对天山林区水文功能的影响,沿天山山脉由西至东选取跨越9个经度的5个地区（昭苏、新源、呼图壁、天池和奇台）分别进行取样,运用浸泡模拟法测定天山云杉倒木的吸水过程和持水能力。结果表明：① 天山云杉倒木的吸水过程在5个地区随着浸泡时间的推移,其持水量、持水率和持水能力均随着腐解等级的升高而增加。在浸泡吸水过程中天山云杉倒木的持水量(Q)随着浸泡时间(t)的增加而增加,两者的关系可用Q=aln t+b来拟合。② 浸泡过程中天山云杉倒木吸水速率(V)随着浸泡时间(t)的增加而呈下降的趋势,两者的关系可用V=c t^-d来拟合。③ 天山云杉倒木持水能力(Q′)与腐解等级(x)的关系可用方程Q′=ex²+fx+g来拟合。天山林区5个地区的天山云杉倒木的持水特性存在明显的差异,该成果为进一步开展天山林区水文功能性研究奠定了基础。     

天山不同海拔雪岭云杉径向生长对气候变化的响应

为研究不同海拔雪岭云杉(Picea schrenkiana)径向生长对气候要素的响应关系,分别在新疆伊犁尼勒克喀什河流域森林低、中、高海拔采集雪岭云杉树芯样本,建立不同海拔雪岭云杉树轮宽度年表.树轮年表与气象资料相关分析结果显示:影响3个采样点树木径向生长的气候因子主要是平均气温和相对湿度,对降水响应微弱.高、低海拔树...     

天山北坡天山云杉的种群结构特征和空间分布格局

从径级结构、静态生命表、存活曲线和个体空间分布格局等方面研究新疆天山北坡天山云杉的种群结构特征与空间分布规律。研究结果表明:1)种群年龄结构中幼苗幼树(Ⅰ级)比例最大(82.11%),中树(Ⅲ-Ⅵ级)和大树(Ⅶ-Ⅹ级)比例次之,小树(Ⅱ级)比例最小(0.26%)的规律;2)种群死亡率在Ⅰ径级最高(99.70%),随着径级的增加,死亡率呈现"高-低-高"模式,种群生命期望呈现"低-高-低"的模式;3)天山云杉种群的存活曲线接近于DeeveyⅢ型,即Ⅰ径级存活指数最高(6.91),Ⅱ径级(1.16)急剧下降,Ⅱ-Ⅴ径级逐渐上升,随后逐渐下降;4)种群格局随取样尺度由25-400m2增加,聚集强度逐渐降低,其中,在取样规模为25和150m2尺度上聚集分布强度较大;5)随着种群年龄增加,分布格局由聚集型向随机型过渡,聚集强度减弱。幼苗幼树在取样规模为25和150m2尺度上聚集分布强度较大;中树在50m2和150m2尺度上较大;而小树和大树聚集强度不受取样面积影响。因此,天山北坡的天山云杉天然林应适当间伐以促进更新,种群更新的最适林隙面积为25m2。     

Spatial distribution pattern of Picea schrenkiana population in the Middle Tianshan Mountains and the relationship with topographic attributes

The spatial distribution of plant populations is an important feature of population structure and it determines the population's ecological preferences,biological characteristics and relationships with...     

天山雪岭云杉（Picea schrenkiana）林净化空气功能研究

通过对天山北坡森林中降尘量、总悬浮颗粒物（TSP）浓度的动态监测,以及对不同海拔梯度树叶中硫含量的测定,分析天山雪岭云杉对空气中主要污染物吸附、过滤作用,以此来评价天山北坡森林的空气净化功能。研究结果表明：①在6～7月,郁闭度0.8的林地降尘量最多可达14.04 g/（m2.30 d）,较对照空旷地滞尘量增加4.88g...     

Altitudinal patterns of stand structure and herb layer diversity of Picea schrenkiana forests in the central Tianshan Mountains,Northwest China

Altitude is a useful indicator to examine patterns of forest structure and species diversity in relation to environmental factors.In this study,the altitude patterns of forest stand structure and species diversity were analyzed across 20 plots in the Tianchi Nature Reserve,Northwest China.The results showed that mean stem height(Hm),maximum stem height(Hmax) and mean stem diameter at breast height(Dm) of Picea schrenkiana trees all decreased significantly with increasing altitude.Potential tree height(H*) decreased while stem taper increased significantly as altitude increased,suggesting remarkable altitudinal changes in biomass allocation between the diameter and height growth of Picea schrenkiana.Understory herbaceous richness increased significantly with increasing altitude,or with decreasing total basal area(TBA),Hm and stand volume(Volume).High light availability for understory herbs might account for the higher species richness at high altitude.Sorensen Index decreased significantly with the increase in altitude intervals,while the Cody Index demonstrated a converse pattern,suggesting greater differences in species composition with larger distances.     

天山中段雪岭云杉林区辐射特征分析

利用天山中段雪岭云杉林区全年辐射观测资料,分析了云杉林区辐射平衡各分量的年、季节和日变化特征。结果表明：林区辐射平衡各分量呈现出明显的年变化和日变化特征。6-8月的向下短波辐射高于其他月份,12月份出现最小值。向下、向上长波辐射和净辐射通量的变化趋势与之相同,10月开始逐渐减小,最小值出现在12月,3月开始缓慢增加,至...     

鳞毛蕨(Dryopteris filix-mas)天山云杉林种群结构分析

以西天山国家自然保护区内1 hm2原始鳞毛蕨(Dryopteris filix-mas)天山云杉纯林临时标准地调查材料为基础,分析鳞毛蕨天山云杉林胸径、树高和年龄结构、种群存活曲线以及基本测树因子之间的相互关系.结果表明:①鳞毛蕨天山云杉纯林种群结构稳定,无论是胸径、树高抑或年龄,均呈现出明显的倒"J"型,属于典型的异龄林林分结构,林木更新良好,在其自维持过程中不断有大量小径木更新补充;②林木株数随胸径、树高和年龄的增大,呈负指数函数或负幂函数递减;③树木胸径和树高随年龄的增大,按理查兹生长曲线递增;④胸径与树高的关系为非线性关系.此外,种群存活曲线总体趋势呈现"凹"型,表明该种群是一个连续更新的种群,在林分生长发育过程主要受到小尺度林冠干扰的影响.     

The relationship between soil,climate and forest development in the mid-mountain zone of the Sangong River watershed in the northern Tianshan Mountains,China

The mountainous forests in arid regions, being sensitive to climate change, are one of the key research topics related to the mechanism of interaction between climate and the terrestrial ecosystem. In this study, the spatial distribution of a mid-mountain forest and its environmental factors were investigated by using a combination of remote sensing technology, field survey, climate indices and soil nutrient analysis in the Sangong River watershed of the northern Tianshan Mountains. The forest(Picea schrenkiana) was distributed between 1,510 and 2,720 m asl. Tree height and diameter at breast height(DBH) exhibited a bi-modal pattern with increasing elevation, and rested at 2,450 and 2,250 m asl, respectively. The two maxima of DBH appeared at 2,000 and 2,550 m asl, and the taller trees were observed at 2,100 and 2,600 m asl. For the annual mean temperature, the difference was approximately 5.8°C between the lowest and the highest limits of the forest, and the average decreasing rates per hundred meters were 0.49°C and 0.55°C with increasing altitude between 1,500 and 2,000 m asl and above 2,000 m asl, respectively. The annual precipitation in the forest zone first increased and then decreased with the increase of altitude, and the maximum value was at 2,000 m asl. For per hundred meters, the annual precipitation increased with the rate of 31 mm between 1,500 and 2,000 m asl and decreased by 7.8 mm above 2,000 m asl. The SOM, TN and TP were high between 2,000 and 2,700 m asl and low at the lower and upper forest limits. The minimum Ca CO3 concentration, p H value and EC coincided with the maximum precipitation belt at 2,000 m asl. The SOM, TN and TP were high in the topsoil(0–10 cm) and differed significantly from the values observed in the deep soil layers(10 cm). The soil nutrients exhibited spatial heterogeneity and higher aggregation in the topsoil. In conclusion, soil and climate are closely related to each other, working synergistically to determine the development and spatial distribution of the mid-mountain forest in the study area. The order of the importance of environmental factors to forest development in this study is as follows: soil nutrientsprecipitationelevationtemperature.     

Growth of the Sayram Lake and retreat of its water-supplying glaciers in the Tianshan Mountains from 1972 to 2011

Inland lakes and alpine glaciers are important constituents of water resources in arid and semiarid regions. Understanding their variations is critical for both an accurate evaluation of the dynamic changes of water resources and the retrieval of climatic information. On the basis of earlier researches, this study investigated the growth of the Sayram Lake and the retreat of its water-supplying glaciers in the Tianshan Mountains using long-term sequenced remote sensing images. Our results show that over the past 40 years, the surface area and the water level of the lake has increased by 12.0±0.3 km2 and 2.8 m, respectively, and the area of its water-supplying glaciers has decreased continuously since the early 1970 s with a total reduction of about –2.13±0.03 km2. Our study has indicative significance to the research of regional climate change.