黄土丘陵区典型植被土壤物理性质差异及其对导水特性影响

选取黄土丘陵区12种典型植被样地,通过测定各样地不同土层植物残体生物量、土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度及饱和导水率,研究各指标随土层深度和植被类型的变化规律及其对土壤饱和导水率的影响。结果表明:(1)除容重随土层深度增加外,植物残体、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和饱和导水率均随土层深度减少,其中植物残体大多集中于表层土壤(0—10 cm),占总残体生物量的51.4%～85.7%。(2)不同植被类型其植物残体及土壤物理性质存在显著差异,乔木林地植物残体、农耕地土壤容重、灌木林地非毛管孔隙度及饱和导水率均最大,而毛管孔隙度与不同土地利用类型间无显著差异。(3)饱和导水率随植物残体生物量密度(0—10 cm)和土壤容重呈幂函数减小,随毛管孔隙度和非毛管孔隙度呈幂函数增大;土壤容重(BD)和非毛管孔隙度(NCP)是影响土壤饱和导水率(K_s)的主要因素,且土壤饱和导水率可表示为两者的综合非线性方程(K_s=0.6BD~(-4.717)NCP~(0.203),P0.01,R~2=0.63,NSE=0.50)。此外,沙棘灌木林地平均饱和导水率最大,有利于降雨过程中土壤水分入渗,具有较强的水土保持功能。本研究结果可为黄土高原植被恢复生态水文效益评价提供理论依据。     

黄土丘陵区不同土地利用类型下的深层土壤水分变化特征

人工林草地土壤干化问题正在日益严重的威胁着黄土高原人工植被建设成效。利用2013年5月—2014年11月的定位监测0—900cm深层土壤水分资料分析得出:(1)研究区四种不同土地利用类型剖面土壤水分均表现出上层波动剧烈,下层变化较小的特征。上层土壤含水量具有与明显的季节性波动变化特征,代表当年降水的入渗深度,枣林、苜蓿草地、杏林和农地降水入渗深度范围分别为0—240,0—180,0—200和0—120cm。(2)深层土壤含水量年内变化较小,枣林、苜蓿草地和杏林土壤水分在根系吸水作用下有微弱减少,农地作物对深层土壤水分利用有限,得到降水补给土壤水分有所增加。土地利用方式对深层土壤水环境的影响大小依次为苜蓿草地杏林枣林农地。(3)枣林、苜蓿草地和杏林深层土壤水分均存在一定的亏缺,苜蓿草地亏缺最为严重,平均亏缺度为67.7%,杏林和枣林平均亏缺度为55.4%和48.7%。深层土壤水分的变化规律能够反映长时段不同土地利用类型对土壤水分生态环境的深刻影响,对黄土高原植被的恢复、建设及评价具有重要意义。     

黄土丘陵区不同土地利用类型土壤水分时空变异特征

以黄土丘陵区的延河流域为研究区域,分析了3个时期（雨季前、雨季中、雨季后）不同土地利用类型对土壤水分动态的影响。结果表明：在水平层面、垂直剖面上土地利用类型对土壤水分动态有着显著的影响,农耕地土壤水分含量最高,并且对土壤水分含量影响最为明显,使其保持在一个较高的水平;其次是天然草地、撂荒地、乔木林地、果园用地和幼林地;含量最低的为灌木林地。在垂直剖面上,雨季前干旱期为递增型;雨季中湿润期为递减型和波动型;雨季后半湿润期为先减后增型。从总体趋势上来看,土壤水分的时空格局与降雨季节变化、植物蒸腾作用以及土地耕作利用方式密切相关。在延河流域,土地利用方式对土壤水分在不同的季节都具有显著性的影响。在该流域的管理中,应充分考虑不同土地利用类型对土壤水分的影响,优化土地利用结构,使流域的治理达到最优。     

马家塔露天煤矿复垦区不同土地利用类型的土壤水分入渗过程研究

煤矿复垦区土壤结构重组,严重改变了其某些土壤物理性质,入渗过程也必然受到影响,因此以马家塔露天煤矿为研究对象.利用圆盘入渗仪研究分析复垦区4种土地利用类型(荒地、草地、灌木、林地)下土壤在3种负压(-15 cm,-3 cm,0 cm)下水分入渗过程及其影响机理,探讨了土地利用类型及复垦方式对煤矿复垦区土壤的水分运动过程的影响,为矿区土壤复垦及植被恢复提供理论基础.     

重庆市四面山不同土地利用类型饱和导水率

[目的]探讨不同土地利用类型和土壤理化性质对饱对导水率的影响。[方法]采用定水头法测定四面山不同土地利用类型的饱和导水率,并运用回归分析,相关分析和主成分分析法分析其与土壤物理因子和有机质的关系,以及影响饱和导水率的主导因子。[结果]各土地利用类型的平均饱和导水率均高于荒地,其顺序为:林地农地草地,林地中天然林饱和导水率大于人工林;饱和导水率随土层深度的增加呈负指数递减规律;饱和导水率与容重呈幂函数关系,与孔隙度呈正相关,与黏粒含量呈负相关;有机质含量的提高对饱和导水率有积极的促进作用。[结论]影响饱和导水率的主导因子是容重、有机质、非毛管孔隙度和毛管孔隙度,其次,土壤机械组成对其也有一定影响。     

黄土丘陵区退耕地植被恢复过程中土壤入渗特征的变化

采用空间代替时间的方法,将黄土丘陵区1,4,8 a退耕地上的植物群落组成演替序列,并以当地较稳定的天然狼牙刺群落和人工柠条群落作对照,用圆盘入渗仪(Z—700)对上述群落下土壤稳定入渗过程和入渗特征进行了对比研究。(1)天然狼牙刺群落下土壤稳定入渗速率小于人工柠条群落下的稳定入渗速率,因为人工柠条群落生物量较高,植被对土壤的改善作用更大。(2)随着退耕年限的增加,土壤的平均入渗速率和饱和导水率也在增加,其中1,4,8 a退耕地上饱和导水率分别达到狼牙刺群落下的52%,74%和98%。稳定入渗率能够达到狼牙刺群落下的57%,88%和91%。说明随着退耕地上植被的恢复,土壤稳定入渗速率不断提高。(3)土壤的入渗特征受土壤理化性质影响很大。其中土壤孔隙度对土壤稳定入渗影响最大,因为随着退耕地植被的恢复,通过根系的穿插分割作用,以及根系死亡后形成的生物性大孔,使土壤中有效孔隙数量不断增加,土壤入渗性能得到提高。     

黄土丘陵区人工油松林地土壤大孔隙定量研究

根据水分穿透曲线和Poiseulle方程原理,定量研究了黄土丘陵区人工油松林地原状土大孔隙的半径范围、个数及分布情况。黄土丘陵区人工油松林地田间持水量至饱和含水量之间的大孔隙半径为0.2~3mm,孔径>1mm的特大孔隙仅占大孔隙总数的2.2%,表现出特大孔隙较少、小孔隙较多的特点。土壤剖面上部的大孔隙加权平均半径较大,随土层深度的增加,大孔隙半径逐渐减小。大孔隙所占过水断面面积在1.27%~18.13%之间,大部分样品大孔隙所占过水断面面积<5%。坡位、坡度、坡形、坡向对大孔隙形成起着重要作用。大孔隙虽然占土壤体积的很小一部分,但其平均半径与水流通量和饱和导水率之间有显著幂函数关系,分别决定了水流通量的77%和饱和导水率的75%变异。植物强化土壤渗透能力的主要原因之一是根层土壤大孔隙的优势流效应。     

晋西北黄土丘陵区土壤饱和导水率的空间分布特征及影响因素

土壤饱和导水率（K_s）是反映土壤入渗性能与土壤持水能力的重要参数,为探究流域尺度下土壤K_s的空间分布特征及影响因素,更好地掌握土壤水文过程与调节机理,选取晋西北黄土丘陵区朱家川流域横向梯度（上游、中游、下游）不同土地利用方式下的土壤（70个样点）为研究对象,采用定水头法测定土壤K_s,并获取样点地形因子和其他土壤理化性质,通过建立土壤K_s偏最小二乘回归模型（PLSR）,分析影响土壤K_s空间分布格局的主要因素。结果表明：（1）除土壤容重和砂粒含量为弱变异外,区域土壤理化性质其余因子均为中等变异;土壤K_s在横向梯度下表现为上游 > 中游 > 下游;（2）不同土地利用方式下土壤K_s差异显著（P<0.05）,由高到低顺序为林地 > 农地 > 草地;（3）林地（VIP=1.997）与草地（VIP=1.710）利用方式、土壤容重（VIP=1.548）、土壤有机质（VIP=1.323）、大团聚体（VIP=1.266）、粉粒含量（VIP=1.062）和黏粒含量（VIP=1.049）是土壤K_s变化的主要因素,林地利用方式影响程度最大。土地利用、土壤性质、地形因子均是影响黄土丘陵区土壤K_s空间分布的主要因素,是用来模拟预测土壤K_s空间分布的重要因子。     

湘中红壤丘陵区不同土地利用类型对土壤特性的影响

以湖南省衡阳县武水流域为例,对湘中红壤丘陵区5种土地利用类型的土壤物理性质和抗蚀性能进行了研究,结果表明,土地利用类型对土壤物理性质有显著影响,花岗岩红壤的结构随植被演退和人为耕作的干扰而退化。与林地相比,旱地和坡耕地等耕作土壤砂粒含量增加,黏粒含量相对减少,表土呈现砂化;与林地和疏林地相比,耕作土壤的大粒径水稳性团聚体减少,水稳性团聚体平均重量直径减小,结构稳定性下降;不同土地利用类型按土壤毛管孔隙度和持水性能大小排序为林地>疏林地>荒地>旱地>坡耕地。研究结果说明良好的植被条件与合理的土地利用能通过降低土壤容重、增加有机质以及细颗粒含量来改善土壤的团聚能力,并增加土壤蓄水量,从而提高土壤的抗蚀能力。     

晋西黄土区不同土地利用类型对土壤水分的影响

为明确不同土地利用类型对土壤水分的影响,采用土钻法在2019年和2020年4—10月定期对晋西黄土区人工油松林地、荒草地、农地0—10 m土层的含水量进行了观测研究。结果表明：（1）人工油松林地0—10 m土层的蓄水量为1 281.13 mm,荒草地为1 712.85 mm,农地为1 804.77 mm。油松林地较荒草地和农地多消耗431.72,523.64 mm的水分,且多消耗的土壤水分主要来源于深层土壤。（2）3个土地利用类型0—10 m土层含水量的垂直变化可以划分为土壤水分剧烈变化层、弱变化层和稳定变化层,各层的含水量随时间的变化也不尽相同。（3）油松林根系的直接吸水深度为5.4 m,影响深度可达10 m土层以下,农作物的吸水深度为4.2 m,影响深度可达8 m土层以下。对研究区内地势平坦、交通便利的地方可种植农作物,促进当地农业经济建设;而针对油松林地土壤含水量低的现象,可采取适当水分管理措施降低林地耗水。     

黄土丘陵区不同土地利用类型土壤呼吸及其与温度和水分的关系

[目的]分析黄土丘陵区不同土地利用类型土壤呼吸速率释放特征,为揭示该区域不同立地类型C循环特征奠定基础。[方法]采用LI-8100土壤碳通量测量系统于2014年11月至2015年7月,对标准径流小区红豆草、苜蓿、撂荒地和梯田苜蓿、沙打旺5种地类土壤呼吸速率及其地表温度、土壤温度(5cm)、土壤含水量进行观测。[结果](1)土壤呼吸速率日变化表现为昼高夜低的单峰型曲线,与温度的变化趋势一致,年均土壤呼吸速率表现为:沙打旺(梯田)2.27μmol/(m^2·s)>红豆草1.79μmol/(m^2·s)>苜蓿1.77μmol/(m^2·s)>苜蓿(梯田)1.62μmol/(m^2·s)>撂荒地0.77μmol/(m^2·s);(2)土壤呼吸速率呈现明显的季节变化特征,夏季最高,春季和秋季次之,冬季最低。夏季与春、秋、冬3季土壤呼吸速率差异显著(p<0.05);(3)土壤呼吸速率与地表温度和土壤温度(5cm)的相关性均达到显著水平(p<0.05)。除撂荒地外,各样地土壤呼吸速率与土壤温度(5cm)的相关度均高于其与地表温度的相关度,各样地土壤温度(5cm)Q10值介于1.94~3.00;(4)土壤呼吸速率与土壤含水量之间线性相关不显著(p>0.05),但与土壤温度(5cm)和土壤含水量的交互作用显著相关(p<0.01)。[结论]梯田土壤呼吸速率总体表现优于坡地,裸露地表在恢复植被的过程中,土壤环境质量显著提升。     

黄土丘陵半干旱区典型人工林土壤水分特征

在黄土丘陵区选取不同林龄典型人工乔木林刺槐,灌木林沙棘、柠条,并以经过30 a多自然演替形成的荒坡草地作为对照,研究了人工林地土壤水分特点.结果表明,(1)人工林地总体持水能力较差,不同类型林地土壤持水能力顺序:刺槐林>沙棘林>柠条林,随着林分的生长,土壤持水能力均有增强的趋势;(2)土壤的导水能力随着林龄的增加有明显提高,林龄较接近时,刺槐林较沙棘林和柠条林饱和导水率大;(3)随着林分生长,林地土壤饱和含水量值增大,林地蓄水能力增强;(4)与荒坡对照相比,人工林改善土壤持水、导水能力的效果不一定有生态系统自我修复作用形成的植被群落好.     

雾灵山低山区土地利用类型对土壤理化性质的影响

针对雾灵山低山区不同土地利用类型的土壤进行采样和分析,研究农田、果园、绿化林、果农间作和未利用地5种土地利用类型对土壤理化性质的影响,以期为雾灵山地区的土地合理利用和水土保持等提供科学依据.结果表明:5种土地利用类型中,绿化林的有机质、全氮、碱解氮、速效钾含量均为最高,而含水量最低;果农间作的有机质、全氮、碱解氮含量最低;未利用地的含水量和容重最高,而速效磷和速效钾含量最低.不同土地利用类型土壤有机质含量随土层深度的增加而减少,而其他土壤养分含量随土层深度的增加其减少量有明显差异.同全国第二次土壤普查养分分级标准相比,各土地利用类型的土壤速效磷和速效钾含量较为丰富,全氮和有机质含量较为缺乏,其中绿化林的各养分均较为丰富.     

黄土丘陵区不同林分类型枯落物层及其林下土壤持水能力研究

研究了青海省黄土丘陵区13种林分类型的枯落物层持水能力,并以荒山荒坡作为对照样地研究其表层土壤物理性质与持水能力.结果表明:不同植被类型,枯落物层平均蓄积量为混交林>针叶林>阔叶林,而平均最大持水量为混交林>阔叶林>针叶林,枯落物层平均厚度和平均有效持水量呈现相同规律,为阔叶林>混交林>针叶林;其土壤表层的总孔隙度、非毛管孔隙度均与枯落物层平均蓄积量呈现相同规律,且有林地土壤有效持水量是对照样地荒山荒坡的2.47～4.07倍.     

黄土丘陵不同土地利用方式下土壤颗粒组成及其分形维数特征

采用野外采样与室内分析方法,运用颗粒体积分形理论,研究了黄土丘陵区4种土地利用方式下的土壤颗粒组成及其剖面特征。结果表明,4种土地利用方式下的土壤理化性质差异显著,表层土壤除全磷外化学性质总体表现为天然林人工林草地坡耕地,容重坡耕地草地人工林天然林,50—100cm土壤性质差异减小。土壤以粗粉粒为主,除粗砂粒外,土地利用对其余各粒级含量影响显著,层次性不明显,坡耕地和草地小粒级含量高于天然林和人工林。黏粒和粉粒含量与有机质、全氮极显著负相关,与容重极显著正相关;砂粒与有机质和容重极显著正相关,与容重呈极显著负相关。土壤颗粒组成分形维数为2.52~2.74,各层次坡耕地和草地之间没有显著差异,但显著高于人工林和天然林,随着土层加深坡耕地呈缓慢降低趋势,草地、人工林和天然林呈缓慢增加趋势。土壤分形维数与黏粒和粉粒和容重显著正相关,与砂粒、有机质、全氮显著负相关,与全磷无显著相关性。综上所述,黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤颗粒组成差异较大,草地和林地相对于坡耕地大颗粒含量明显增多,小颗粒明显减少。     

黄土丘陵区不同撂荒年限土壤入渗及抗冲性研究

为了评价植被恢复对撂荒地土壤性状的影响,采用时空互代法,以黄土丘陵区不同年限撂荒地为研究对象,利用环刀法和原状土冲刷试验结合室内理化分析对其渗透性能和抗冲性进行了研究。结果表明:同一撂荒阶段,土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、平均入渗速率和抗冲系数均随土壤深度的增加而下降;随着撂荒阶段延长,表层土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、平均入渗速率和抗冲系数均为撂荒前期显著增大,后逐步趋于稳定,撂荒阶段间的差异显著大于土层深度的差异。在黄土丘陵区,利用Kostiakov模型回归参数a可有效表征初始入渗速率,相关系数为0.999 1,用方正三模型回归参数f_1和K可同时表征初始入渗速率和稳定入渗速率,相关系数分别为0.869 4和0.998 1,其初始入渗速率相关性较模型Kostiakov差,结合使用两者可更好的表征土壤入渗过程。