黄土丘陵沟壑区鱼鳞坑雨季土壤水分状况

在黄土高原半干旱地区,降水是限制植被生长的主要限制因子。鱼鳞坑作为一种集水措施在人工造林中被普及推广。为研究鱼鳞坑雨季的集水功能,对样地鱼鳞坑内部、上部及侧面坡面典型部位的土壤水分进行了连续性监测,结果显示：7—8月,鱼鳞坑内的平均土壤含水量维持在低于鱼鳞坑外部坡面的水平;鱼鳞坑内20～40 cm土层是土壤水分的主要利用层,鱼鳞坑的集雨效果表现在40～60 cm土层上;单个鱼鳞坑的集雨效果存在差异性,这种差异性主要表现在有径流产生的降雨期。单个鱼鳞坑的集雨效果受鱼鳞坑的布置模式、施工工艺等因素的影响。     

模拟降雨条件下弃渣体边坡不同防护措施的减水减沙效益

采用野外人工模拟降雨方法,以未防护弃渣体边坡为对照,研究了1.0、1.5 mm min-1降雨强度条件下神府矿区种草和鱼鳞坑措施对偏土质、偏石质和煤矸石弃渣体产流产沙的调控作用。结果表明:(1)不同措施下3种弃渣体边坡径流率均在产流6~9 min后趋于稳定,产流过程中弃渣体边坡侵蚀速率均呈波动减小趋势,且未防护坡面减小趋势较防护更明显。(2)植草对偏土质、偏石质、煤矸石弃渣体减水和减沙效益分别为42.91%~51.21%、26.28%~55.20%、1 0.3 3%和9 7.5 4%~9 7.9 5%、4 1.8 7%~4 2.2 6%、7.8 0%;鱼鳞坑的减水和减沙效益则分别为:51.89%~72.72%、22.37%~42.92%、21.32%和98.41%~99.30%、94.90%~91.84%、39.50%。(3)鱼鳞坑措施对偏土质弃渣体的减水和减沙效益较种草分别提高8.98%~21.51%和0.46%~1.76%;种草措施对偏石质和煤矸石弃渣体的减水和减沙效益较鱼鳞坑措施分别提高3.91%~12.28%和0.28%~3.06%及10.99%和31.70%。(4)3种未防护弃渣体的侵蚀速率和径流率呈显著线性关系,种草和鱼鳞坑措施改变了坡面水沙关系,侵蚀速率和径流率相关性减弱或无显著关系。研究结果可为矿区弃渣体边坡生态恢复措施布设提供科学指导。     

黄土坡面植被重建鱼鳞坑整地的土壤水分特征

通过在黄土坡面上实施鱼鳞坑整地的自然化造林试验,对1 m深土壤剖面的水分季节变化进行了测定和分析,探讨了鱼鳞坑整地在黄土区植被重建中的应用。结果表明:鱼鳞坑的雨季蓄水过程明显,阳坡坑春季较原状荒坡的含水量增幅均值可达18.18%,其改善土壤水分状况的程度高于阴坡坑(增幅均值9.93%);季节更替中,阴坡坑的土壤含水量(剖面均值11.46%~22.26%)始终高于阳坡坑(剖面均值8.90%~19.12%),早春阴坡坑中可见冬季上层土壤含水量的上升;土壤水分受气候的深刻影响,变异系数及反映蒸发的降幅表层大于深层,阳坡坑(剖面均值变异系数25.85%、降幅34.10%)高于阴坡坑(剖面均值变异系数18.73%、降幅21.10%);阳坡坑中覆膜(剖面水分均值10.62%~19.27%),虽不及阴坡自然力,但可显著缓和阳坡干燥气候的影响(剖面均值变异系数20.89%、降幅29.54%),有助于调用深层水分,尤其在旱季末可较好地延缓土壤含水量的急剧下降。黄土区植被重建重视鱼鳞坑整地的同时,采取抑蒸保墒、限量灌水的辅助措施是必要的,但应注意其使用时间;南部的阴坡种植,可不整地或改用穴状整地形式;春季种植适宜尽早进行。     

干旱胁迫下不同保水剂处理的水分动态研究

在有限水分条件下,对盆栽石楠苗木的生长率和存活期、叶片和土壤水分水势动态变化进行研究。结果表明:（1）保水剂能提高土壤田间持水量10.8%～93.2%;（2）在停止供水后,有保水剂处理的土壤含水量、水势下降缓慢,保水剂用量越大,效果越好;（3）苗木叶片相对含水量、叶片水势下降延迟,苗木的生长受到抑制的时间延后,保水剂用量越大,效果越好;（4）保水剂处理延长苗木的生存期3.5～38.5d。     

光辐射强度对侧柏油松幼苗光合特性与水分利用效率的影响

 探讨不同土壤水分条件下光辐射强度对侧柏和油松苗木光合特性与水分利用效率的影响规律,可为林木栽培和管理提供科学依据。在黄土半干旱区,采用人工控制土壤水分的方法,利用模拟光源研究了侧柏和油松苗木的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率和胞间CO2浓度随模拟光辐射增强的变化规律。结果表明:在模拟光辐射为0～2200μmol/（m2.s）的范围内,侧柏和油松叶片的净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率均随光辐射强度的增强而增大,但光辐射强度进一步增强,侧柏和油松净光合速率和水分利用效率呈下降趋势;在同样土壤水分条件下,侧柏净光合速率、蒸腾速率和水分利用效率高于油松,侧柏光饱和点高于油松,而侧柏光补偿点低于油松,侧柏光能利用率高于油松;随着土壤水分的增加,侧柏与油松净光合速率、蒸腾速率和胞间CO2浓度升高,而水分利用效率降低。在土壤含水量为7.90%、13.00%和19.99%条件下,侧柏光饱和点分别为1275、1 450和1 675μmol/（m2.s）,光补偿点分别为4225和13μmol/（m2.s）,由光饱和点对应最大净光合速率分别为3.04、4.06和5.53μmol/（m2.s）;在土壤含水量为7.83%1、3.04%与20.15%条件下,油松光饱和点分别为11001、325和1500μmol/（m2.s）,光补偿点分别为60.30和23μmol/（m2.s）,由光饱和点对应最大净光合速率分别为1.08、3.35和4.36μmol/（m2.s）。     

保水剂对土壤水分垂直入渗特征的影响

为了探明保水剂对土壤水分入渗性能及变化过程的影响,该文通过室内积水入渗试验,比较分析了保水剂作用下土壤水分的入渗率、累积入渗量及湿润锋等的动态变化。结果表明：保水剂对入渗率的影响具有稳定性和一致性。上层混施（0～10 cm）和层施（5 cm）保水剂会限制土壤水分向下运移,30 min后累积入渗量分别比对照显著减少了17.3%～36.6%和5.5%～46.6%;而且随着保水剂用量增加,抑制效应增大。相比较而言,这种减缓入渗的程度在保水剂层施,且用量为0.1%时更为明显。下层（10～20 cm）混施和层施（10 cm和15 cm）保水剂对土壤水分入渗的抑制是有限的,约比对照降低了4.9%～11.9%;但当保水剂层施量为0.1%时,土壤水分入渗反而会随着入渗进程而增加,累积入渗量可达到对照的1.1倍。层施保水剂后,保水剂层及保水剂下层土壤含水率会普遍增加1.1～1.9倍。     

高含砾土壤中保水剂对杏树蒸腾及果实品质的影响(简报)

高含砾土壤保水能力差,保水剂的应用为其节水措施提供了一条重要的途径,该文通过施用保水剂后其土壤水分、蒸腾和杏树果实产量品质的变化,分析杏树水分利用特征,为提高该种土壤水分利用效率,进而制定高效、合理的节水措施提供理论依据。该试验采用热扩散法边材液流探针（TDP）对昌平北流果园试验地15 a生杏树液流进行连续监测。结果表明：保水剂对土壤水分及杏树蒸腾影响明显,特别是在2个干旱阶段土壤水分与蒸腾都呈显著提高。在试验期间保水剂（每株200 g）处理平均土壤质量含水率相对于未施保水剂处理约提高了21.53%,平均日蒸腾量提高了20.62%。同时施用每株200 g保水剂处理相对于其他处理单果质量与果实维生素C含量明显提高,可见施用保水剂后对于提高水分利用效率、果实品质有明显的效果,是解决高含砾土壤中水分利用率低的有效途径。     

黄土高原土壤风蚀区玉米起垄覆盖集水效应

为了选择黄土高原土壤风蚀区玉米种植最佳集水技术,采用5种不同处理方法（秸秆覆盖、起垄覆膜膜侧种植、起垄无膜、无垄覆膜和常规耕作）对土壤蓄水量和玉米的生理特性进行分析。结果表明：不同处理间土壤蓄水量、叶片叶绿素含量、净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、水分利用效率（WUE）以及产量性状等指标均存在差异,以起垄覆膜膜侧种植为最优种植模式,其耕作层土壤蓄水量在抽雄期（8月9日）比对照高72.3%;整个生育期叶片的叶绿素含量、净光合速率和蒸腾速率分别比对照平均高16.95%、9.77%和16.21%,籽粒产量比对照提高27.28%。表明各种起垄覆盖集水模式对黄土高原土壤风蚀区玉米种植均具有增产效果,其中起垄覆膜膜侧种植集水效应最好,增产效果最优,是该区大面积推广的最佳耕作模式。     

不同土壤水分下黄刺玫光合生理生态特性的初步研究

应用CIRAS-2型光合作用系统,在半干旱黄土丘陵沟壑区,测定了3 a生黄刺玫在不同土壤水分条件下净光合速率、光合有效辐射、蒸腾速率、叶片水分利用效率的日变化,并同步测定了胞间CO2浓度、气孔导度等因子。结果表明:黄刺玫的净光合速率随土壤含水量的增加而增加,不同土壤水分条件下,净光合速率、蒸腾速率、叶片水分利用效率的日变化曲线不同。适合黄刺玫生长的土壤水分范围在15.0%~6.3%。结论:黄刺玫是抗干旱能力很强的树种,在干旱缺水和强光、高温为突出环境胁迫因子的半干旱地区,黄刺玫最宜栽培于水分状况相对较好、光照强度相对较低的阴坡,可能会比阳坡获得更大的生产力。     

生物质炭保水剂的吸水保水性能研究

以生物质炭为原料,选择保水性和黏结性较强的MW型、阴型和阳型等聚丙烯酰胺(PAM)对生物质炭进行了亲水性改性,分析了改性后的生物质炭保水剂吸水特性的变化以及对土壤水分蒸发和苗期玉米生长的影响。研究结果表明,施用3%生物质炭两周后可降低土壤水分蒸发量4.1%施用2.5%和5%的生物质炭后盆栽土壤含水量分别比对照显著提高了39.7%和50.4%。通过PAM改性后的生物质炭可显著提高保水能力,施用改性的生物质炭后盆栽土壤含水量较生物质炭本身提高了10.5%~63.0%。3种生物质炭保水剂的吸水倍率均表现为2:10型>1.5:10型>1:10型,说明生物质炭保水剂的吸水倍率随PAM的质量比的升高而升高,且MW型的吸水效果最好。施用2.5%和5%保水剂的土壤含水量分别比对照提高了54.3%~84.0%和119.5%~145.1%,但从土壤保水作用和对作物生长两方面出发,2.5%的生物质炭保水剂对其持水性和玉米植株的生长较为适宜。     

不同水土保持措施对闽西紫色土速效养分及可蚀性的影响

以福建省西部宁化县紫色土区梯田+杨梅+百喜草(C1)、山边沟+鱼鳞坑+金银花(C2)、隔坡梯田+鱼鳞坑+油茶(C3)、鱼鳞坑+油茶(C4)、竹节沟+乔灌草(C5)5种水土保持措施和无水土保持措施(CK)的紫色土坡地为研究对象,对比分析不同水土保持措施下闽西紫色土速效养分含量及可蚀性特征差异,并揭示土壤速效养分与可蚀性特征间的相互关系。结果表明:5种水土保持措施下紫色土速效养分含量除硝态氮外均高于CK,其中,铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)、速效磷(AP)、速效钾(AK)含量分别呈现C2C3C4C1C5CK、C2CKC4C3C5C1、C2C5C1C3C4CK、C2C1C3C5C4CK的变化规律;5种不同水土保持措施下土壤AN/AP、AN/AK均小于CK,而AP/AK则表现为C3CKC4C1C5C2的变化规律,总体上5种水土保持措施均能有效促进土壤速效养分平衡。5种水土保持措施下土壤可蚀性K值均小于CK,土壤有机碳含量均高于CK,其中C2的土壤可蚀性K值最小,有机碳和砂粒含量最高。可见,在闽西紫色土坡地中布设水土保持措施能有效提高紫色土抗侵蚀能力,其中山边沟+鱼鳞坑+金银花的水土保持效果最好。紫色土速效养分与可蚀性特征联系密切,土壤可蚀性K值越大,速效养分流失越严重,速效养分含量越低。研究结果为紫色土坡地评价水土流失治理效果提供数据支撑,为水土保持措施的选择提供借鉴。     

灌木径流小区试验研究

通过设置径流小区,对 5树种灌木林的蓄水保土效益进行了观测。研究结果表明:蓄水保土效益顺序为葛藤 >桑树 >胡枝子 >花椒 >李树 >花生 （对照）。5个树种的抗旱性能顺序为花椒 >胡枝子 >李树 >葛藤 >桑树。     

Performance of soil and water conservation practices in the erosion evolution process,runoff dynamics and surface roughness

Soil and water conservation practices are used widely to prevent soil erosion and protect soil and water resources, which is significant for ecological restoration and food security. However, rill evolution processes, erosion and deposition characteristics and critical hydrodynamic parameters need more research. In order to investigate the effect of soil and water conservation practices on soil erosion dynamics, simulated rainfall experiments were undertaken in a laboratory on 15° loess slopes with engineering measures (fish-scale pits, FSPs), tillage measures (artificial digging, AD; contour ploughing, CP) and bare slope (CK). The results showed that: (1) during rill erosion, hillslopes with FSPs, CP and AD were more likely to develop wide and shallow rills, while a bare slope (CK) was more likely to develop narrow and deep rills. At the end of the experiment (cumulative rainfall was about 150 mm), headward retreat erosion dominated the AD slope (maximum rill length: 3.27 m), side-wall expansion erosion dominated the CP slope (maximum rill width: 0.522 m) and bed incision erosion dominated the CK (maximum rill depth: 0.09 m); (2) soil and water conservation practices reduced surface erosion and sediment transport and runoff velocity. However, the positive effects disappeared when rainfall amounts exceeded 82.5, 105 and 127.5 mm for FSPs, CP and AD, respectively; (3) for runoff kinetic energy and runoff shear strength of 3 J and 1.5 N/m², respectively, soil and water conservation measures had greater anti-erosion abilities than CK; (4) as rainfall duration increased, surface roughness, runoff rate and sediment concentration increased on the CK and FSP treatments, but decreased on the CP and AD treatments. This study has important implications for managing different soil and water conservation measures based on rainfall conditions and offers a deeper understanding of soil erosion processes.     

不同规格鱼鳞坑坡面侵蚀过程及特征研究

探究不同雨强下鱼鳞坑措施的坡面侵蚀规律及特征,对进一步明晰该措施的径流泥沙调控机制具有重要意义。该研究采用小区模拟降雨试验,研究3种雨强(40,70和100 mm/h)条件下2种规格鱼鳞坑坡面的蓄水保土效益及侵蚀过程,并探讨鱼鳞坑坡面水沙特征及其与细沟形态之间的关系。结果表明,鱼鳞坑的径流泥沙调控作用明显但也存在阈值,在措施被冲垮前,各处理减流效益和减沙效益分别为66.02%~82.20%和85.77%~91.91%;平均径流强度和输沙速率分别为平整坡面的18.87%~33.21%和10.04%~15.38%;当鱼鳞坑被冲垮后,坡面产流量和产沙量分别为平整坡面的1.00~1.22倍和1.39~3.53倍,其平均径流强度和输沙速率分别为鱼鳞坑冲垮前的4.60~7.46倍和13.70~16.75倍。鱼鳞坑坡面径流含沙率在措施冲垮前后的差异较大,水沙关系线性拟合的斜率在措施被冲垮前为0.020和0.035,而冲垮后斜率为0.205和0.231,同时坡面总产沙量和峰值产流产沙量与细沟形态显著相关。因此,鱼鳞坑措施对坡面产流产沙特征及形态的影响在其调控阈值前后有较大差异。研究可为鱼鳞坑坡面水土流失的研究可为区域水土保持措施配置及管理提供相应的依据。     

黄土区工程堆积体陡坡坡面径流调控工程措施的减沙效应

定量分析减少径流和改变水沙关系在泥沙调控中的不同作用,对于深刻理解径流调控措施的水土保持效益具有重要意义。以黄土区工程堆积体陡坡坡面(36°)为例,探讨了野外模拟径流冲刷试验条件下,不同工程措施及其组合调控坡面径流的水沙效应及其作用效率。结果表明:1)不同工程措施均能较好地调控坡面径流侵蚀过程,不同情形下的产流时间控制比为2～20,径流量控制比为0.45～0.78,产沙量控制比为0.20～0.59;平均含沙量控制比为0.38～0.79;2)减流控沙作用是工程措施调控坡面侵蚀产沙的主要原因,水沙关系调沙作用则受减流控沙作用的制约;3)水平阶类措施的水沙关系调沙量与减流控沙量呈线性正相关,当减流控沙量超过一定临界值时,水沙关系才开始发挥调沙作用;水平沟类措施的水沙关系调沙量与减流控沙量呈二次函数关系,水沙关系调沙量存在极大值;4)水平沟类措施调控泥沙的作用效率高于水平阶类措施,水平沟+鱼鳞坑的组合可很好地发挥减流控沙和水沙关系调沙作用的潜力(55%),使二者在较高的水平上维持相对平衡;因此,不同工程措施与组合的实际应用应以具体的水土保持效益和防治目标为布设依据。研究可为堆积体陡坡治理的工程措施优化提供理论参考。     

阴山北麓不同林分类型枯落物层持水性能研究

为了充分了解研究区不同林分类型枯落物的持水能力及对涵养水源和保育土壤的影响,以武川县公益林11种林分类型为研究对象,通过野外观测、室内浸水法对不同林分类型的枯落物蓄积量、最大持水量、最大持水率、吸水速率和有效拦蓄量进行了研究。结果表明:（1）不同林地类型总蓄积量为0.74~5.09 t/hm²,落叶松林蓄积量最大,樟子松林最小。天然林的蓄积量大于人工林,半分解层蓄积量均大于未分解层。（2）各林分类型的持水量存在显著差异（p<0.05）,呈现随时间的变化而先增大后减小的趋势,4 h内持水量变化较大,8 h后持水量变化相对平稳,24 h后各林地枯落物达到最大持水量,落叶松（8.5 t/hm²）最大,樟子松林（0.99 t/hm²）最小。（3）各林地枯落物吸水速率趋势相同,天然林吸水速率较大,其次油松人工林,灌木林吸水速率最差。（4）在各林分类型中,落叶松林蓄积量最大,最大持水量最高,对降水的有效拦蓄量也最好（9.051 t/hm²）;油松、山杏混交林（2.847 t/hm²）次之。综合比较,落叶松等天然林的持水能力最好,油松人工林枯落物的持水能力次之,柠条、山杏灌木林持水能力较弱。     

冀北土石山区坡面尺度径流特征及其影响因素

为了揭示区域水土流失规律,以冀北土石山区坡面径流小区定位观测资料为基础,对坡面尺度产流特征与地形因子、降雨因子、植被覆盖、水土保持工程措施等主要影响因素的关系进行分析,拟为该区水土流失防治及生态建设提供科学参考。研究结果表明:坡面径流小区的年径流量随坡度的增加出现先增后减的趋势,坡度临界值在11°00′左右;坡面径流小区的年径流量随坡长的增加而增加;不同坡度和不同坡长条件下,径流量与有效降雨量及平均降雨强度都成正相关,但与有效降雨量的相关系数要大于平均降雨强度的相关系数且在0.01水平上显著,与平均降雨强度的相关系数不显著;坡面径流小区的年径流量随着植被覆盖度的增加而减少,但覆盖度为60%和90%的草地径流小区的年径流量相差甚小,说明在水土保持治理过程中存在着临界植被覆盖度;水平阶、鱼鳞坑、梯田等水土保持工程措施通过改变下垫面状况,可以有效拦蓄径流,从而削弱降雨特征对径流的影响。     

张家口地区水土保持措施空间配置效应评价

该文以张家口各个地貌类型区水土流失监测站实测数据为基础,研究了该区水土保持措施的空间配置的适宜性。结果表明：不论何种地貌类型区,总体的趋势是坡耕地组中水平梯田的水土保持效益最好,蓄水拦沙效益均达到90%以上,其次是经济林,再者是人工种草;荒坡地组中植被措施结合水平沟、鱼鳞坑整地形式的水土保持效益最好,基本在75%以上,自然封禁和人工种草的水土保持效益次之,且空间和年际之间差异较大,造成这种现象的主要原因可能是由于降雨条件的差异影响到植被生长的质量,其次是土壤本身的特征的差异。因此,采取封禁措施治理的初期不能简单依靠生态自身的修复,必须辅助以工程措施为植被的恢复创造条件。     

不同生态恢复措施下宁夏黄土丘陵典型草原土壤质量评价

为了研究生态恢复措施对草原土壤性状和土壤质量的影响,2016年在宁夏黄土高原丘陵区典型草原,以放牧草地(FM)为对照,研究了封育(FY)、水平沟(SP)和鱼鳞坑(YL)3种恢复措施对0～40 cm土壤理化性质和生物学特性的影响,评价了各措施下的土壤质量.结果表明:1)FM土壤容重最高,土壤黏粒含量、田间持水量和总孔隙度较低;FY、SP和YL措施间土壤物理性质差异不显著(P＞0.05).2)土壤有机质、全氮和速效氮以FY最高,SP和YL较低;全磷与速效钾含量以FM最高,SP最低.3)土壤蔗糖酶和脲酶活性呈FY＞SP＞YL＞FM;蛋白酶和磷酸酶呈FY草地最高,YL最低;细菌、放线菌和真菌在各处理间变化各异,微生物总量呈FY＞FM≈SP＞YL,但微生物生物量碳、氮呈FY＞YL≈SP＞FM(P＜0.05):土壤因子间存在一定的相关性.4)隶属函数结合因子分析法评价的土壤质量综合得分为FY＞SP＞FM＞YL.因此封育是最有利于研究区退化草地土壤质量恢复的措施,研究结果可以为宁夏典型草原生态建设提供理论基础.