不同土地利用方式下次降雨对土壤含水量深层变化的影响

[目的]黄土高原地区水资源短缺,探究不同土地利用方式下次降雨对土壤含水量变化的影响对区域水资源优化配置理论探索具有重要意义。[方法]基于甘肃省庆阳市南小河沟径流场自然降雨条件下的实测数据资料及4种土地利用方式(农、林、草、裸)覆盖下的降雨前后观测数据,分析了不同土地利用方式下5种不同次降雨等级的土壤含水量深层变化特征。[结果](1)土壤含水量的动态变化与土地利用方式关系较为密切。在4种土地利用方式中,林地比裸地的蓄水能力好,但裸地的土壤含水量在不同等级降雨影响下的波动最大。随着土层深度的增加,表层土壤含水量对降雨的响应比较明显,中间层和深层具有一定的滞后性。(2)特定降雨条件下,土壤不同深度的水分交换存在明显的水分活跃层分界点。大雨和暴雨条件下,在40 cm土层深度处出现明显的水分活跃层分界点;中雨条件下,除了农地雨后含水量差异较大之外,其他土地利用方式下,从60 cm处开始土壤含水量出现明显的水分活跃层分界点。(3)不同土地利用方式下降雨特征因子与表层土壤含水量的关联性都最小,与中间层和深层土壤含水量的关联性都较高;4种土地利用方式中相对于裸地,林地、草地和农地对土壤水分的调控作用较...     

广西猫儿山毛竹林不同层次土壤含水量的降雨响应

以漓江上游猫儿山典型森林植被毛竹林(Phyllostachys pubescens)为研究对象,对其0—20,20—50,50—80cm共3个层次的土壤体积含水量进行了定位监测,分析了各层次土壤含水量的降雨响应。结果表明:(1)3个层次土壤含水量差异显著(p0.01),年均值分别为39.49%,41.17%,44.15%,表层0—20cm土壤含水量最少,20—50cm增加,50—80cm最高。降雨与3个层次土壤含水量都呈极显著相关性。(2)从小雨到暴雨,土壤含水量对降雨的响应都可以分为平台期、上升期、峰值期和退水期;各层次土壤含水量对降雨的响应是比较复杂的。(3)在上升期,表层0—20cm土壤含水量增加最快;退水期,50—80cm土壤最快,这与前期土壤含水量及降雨强度有关系。该研究为揭示漓江上游森林植被对降水径流的调节作用,客观评估漓江上游水资源潜力,加强流域水资源管理和森林经营提供科学依据。     

降雨对不同土地利用类型土壤水氮变化特征的影响

以2018年6—10月降雨条件下园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地的标准径流小区为研究对象,裸地为对照,通过研究降雨对园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地的土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮含量与土层深度和时间的变化特征,经野外试验数据统计分析,提出降雨对园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮含量与土层深度和时间变化特征的影响。结果表明:降雨增加园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地土壤含水率,加速土壤总氮、硝态氮和铵态氮水解转化硝化和反硝化速度,影响土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮含量,降雨与土壤含水率、总氮、硝态氮、铵态氮呈显著相关性(P0.05)。降雨条件下园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地的土壤含水率随土层深度增大而增大,土层深度100 cm处土壤含水率最大,分别为30.34%,27.67%,24.98%,24.03%和21.95%,总氮随土层深度增大呈先增大后减小,在土层深度为60 cm土壤总氮含量最大,分别为1.02,0.99,0.90,0.86,0.75 g/kg,硝态氮和铵态氮含量随土层深度增大而减小,在土层深度为100 cm硝态氮和铵态氮含量均最小,其中硝态氮含量分别为9.01,7.89,7.25,6.10,5.22 mg/kg,铵态氮含量分别为9.41,9.14,6.40,5.38,4.37 mg/kg。土壤含水率随时间的延长先减小后增大又减小,呈正余弦变化趋势,8月土壤含水率最大,分别为22.97%,22.01%,19.87%,19.03%和17.98%,总氮随时间的延长先增大后减小,8月总氮最大,分别为1.09,1.01,0.94,0.84,0.76 g/kg,硝态氮和铵态氮含量随时间的延长而逐渐减少,6月硝态氮和铵态氮含量均最大,其中硝态氮含量分别为13.40,12.37,11.20,10.39,8.67 mg/kg,铵态氮含量分别为18.89,17.02,14.54,12.02,8.36 mg/kg。不同土地利用类型土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮平均值与土层深度和时间关系由大到小依次为园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地,研究结果为农田土壤水肥流失控制和养分利用提供理论技术支持。     

间歇降雨中土壤含水量分布及其对入渗的影响

通过室内土柱实验,研究了间歇性降雨事件中土壤剖面水分分布特征及其对入渗的影响.实验表明,积水发生时间与雨强和表层5 cm初始土壤含水量密切相关;前期累积入渗量越大.则土壤表面越容易发生积水;间歇入渗过程中,入渗还受间歇时间的影响,相邻入渗事件积水发生时间有提前的趋势.初始事件入渗速度较后续入渗大一个数量级;湿润锋运行速度存在明显的波动,在经历间歇期再分布后,湿润锋运动存在滞后效应,且波动作用较初始入渗更加显著.通过分析,认为土壤水入渗以运动波和扩散波的形式运动,两者交替起主要作用,土壤水分有随含水量升高以运动波传递,随含水量衰减以扩散波形式运动的趋势.     

黄土丘陵区不同降雨格局下土地利用的水土流失效应

研究不同类型降雨事件下土地利用／覆被对水土流失过程的影响，对于科学指导植被建设和控制水土流失具有重要意义。基于14a径流小区观测数据，依据降雨量．降雨历时和最大30min雨强3个指标。利用快速聚类的方法将定西市安家沟内产流性降雨事件划分为3种格局。总体而言，降雨格局2为雨量集中、雨强很高而历时较短的降雨事件的集合；降雨格局3为雨量分散、雨强小而历时很长的一类降雨事件的集合；而降雨格局1则为雨强、历时等特征值都介于格局3和格局2之间的降雨事件的集合体。在此基础上，着重研究了5种土地利用类型在不同降雨格局下的径流侵蚀规律。（1）从静态观点来看，5种土地利用类型抵抗径流侵蚀的能力依次为沙棘〉荒草〉油松〉苜蓿〉小麦。苜蓿地的土壤侵蚀严重。可能跟人为干扰破坏和苜蓿自身生长习性有关。（2）3种降雨格局中，以降雨格局2下各土地利用类型的径流侵蚀最为严重，降雨格局1次之，降雨格局3最弱。即雨量集中、雨强很高而历时较短的降雨类型是影响该地区水土流失的主导因素。（3）多年生植被（如沙棘，油松等）的径流侵蚀有随生长年数增长而减弱的趋势，以生长初期最为严重，随后逐渐减弱并稳定在一个较低的水平上。因而认为，不同土地利用类型下的径流侵蚀不仅取决于该植被类型，更重要的是决定于该植被所处的生长发育阶段。     

土地利用类型对土壤微生物量和有机质的影响

对陕北黄土丘陵区农地、园地、人工草地、荒地、灌木林地、经济林地和乔木林地等7种不同土地利用类型土壤剖面4个土壤层次的土壤微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、土壤呼吸(RS)和土壤有机质含量(SOM)进行了测定.分析了MBC,MBN,RS,SOM和全氮(TN)之间的相关性;并对土壤微生物对土壤健康的生物指示功能和土地利用类型对土壤有机质的影响进行了研究.结果表明,各土地利用类型表层土壤MBC和MBN分别在84.14～512.78和4.29～41.83 mg/kg之间,RS在108.69～235.71 mg/kg之间.荒地和乔木林地的土壤微生物量含量和RS值较高,农地较低;SOM在0.510%～1.547%之间,在乔木林地和经济林地较高,在农地,园地和人工草地较低,且在不同土地利用类型之间的差异显著.土壤微生物量和RS与SOC,TN显著相关,说明土壤微生物学特征可以用来表示土壤健康水平.农地转变为其它土地利用类型后会明显提高土壤微生物量和有机质含量,尤以表层土壤增幅最为明显.     

黄丘区不同地类的降雨入渗试验)

采用加拿大倒"L"型人工模拟降雨装置,在野外试验研究了黄土丘陵沟壑区几种坡面治理措施在暴雨下的入渗特征,取得了不同地类的降雨入渗过程线和拟合公式,同时印证了用双环法所得入渗曲线与降雨入渗过程有较大差异的结论.从而为提高小流域综合治理措施标准,建立土壤侵蚀数学模型提供了科学依据.     

陕北典型农地表层土壤物理性质季节变化

土壤物理性质是影响土壤水文、侵蚀过程的重要因素。为此系统研究了陕北安塞4种典型农地（玉米、谷子、大豆和土豆）的土壤含水量、容重、水稳性团聚体和粘结力的季节变化特征。结果表明:4种农地表层土壤物理性质随季节变化的趋势大致相同,土壤含水量随降雨量的变化呈现出明显的峰谷。土壤容重和土壤粘结力在农作物生长阶段大体呈上升趋势,翻耕和收获后显著下降。水稳性团聚体则呈现单调递增趋势。在0.05显著性水平下的配对样本T检验显示:土壤含水量除玉米地和谷子地外（P=0.04）,其他农地土壤含水量之间无显著差异（0.29≤P≤0.99）;土壤容重除谷子地和大豆地外（P=0.03）,其他农地之间无显著差异（0.07≤P≤0.86）;土豆地与其他农地的水稳性团聚体之间有显著性差异（0.01≤P≤0.03）;各农地土壤粘结力之间无显著性差异（0.16≤P≤0.53）。土壤含水量的变化趋势与降雨的变化趋势基本一致,农事活动所引起的土壤扰动是土壤容重和粘结力变化的主要原因。研究结果对于分析农地水文、侵蚀过程的季节变化特征具有重要的意义。     

西部黄土丘陵区不同草地土壤侵蚀对侵蚀性降雨的响应

[目的]研究西部黄土丘陵区人工和天然草地对不同类型侵蚀性降雨的响应,为该区植被建设和水土流失防治提供指导。[方法]利用甘肃省定西市安家沟径流场2007—2015年的观测数据,分析侵蚀性降雨因素对坡度为20°的人工草地和天然草地土壤侵蚀的影响。[结果]西部黄土丘陵区的侵蚀性降雨分布在5—9月,其中7—8月的侵蚀性雨量较大,其侵蚀量占年均侵蚀的70%以上。两种不同类型的草地侵蚀量均与PI10相关性最好。该区域侵蚀性降雨主要是中雨和大雨,造成的草地侵蚀量占年均侵蚀的86%。中、高雨强型降雨的侵蚀量分别占人工、天然草地总量的90.8%和91.2%,其侵蚀量与PI10,PI30呈较好的幂函数关系。大于300 MJ·mm/(hm2·h)的高侵蚀力型降雨引起的侵蚀量最大,分别占人工、天然草地总侵蚀量的32.3%和33.4%;50~100MJ·mm/(hm2·h)的中侵蚀力型降雨次数最多,而引起人工、天然草地的侵蚀占相应总量的26.0%和29.1%。[结论]人工草地(盖度75%~82%)和天然草地(盖度80%)的侵蚀性降雨量标准分别为11.3和11.9mm,最大I10标准分别为10.4和11.7mm/h。天然草地比人工草地具有更好的水土保持效果。     

季节性干旱区紫色土坡耕地土壤水分对降雨的响应

以金沙江下游季节性干旱区紫色土坡耕地为研究对象,使用PR2/6土壤剖面水分测定仪和翻斗式雨量计对雨季0—100 cm土层的土壤含水量和降雨量进行连续观测,分析雨季紫色土土壤水分对降雨的响应。结果表明：每月平均土壤含水量之间存在显著差异,0—20 cm土壤含水率表现为9月 > 8月≈7月 > 6月,在整个雨季呈累加上升趋势。降雨量大小是影响土壤水分补给深度的决定因素。小雨（6.4 mm）只对10 cm土层土壤水分产生影响,平均提高12.35%;中雨（23 mm）对30 cm以上土层土壤水分产生影响,10,20,30 cm分别提高21.16%,17.77%,8.22%;大雨（49 mm）和暴雨（112 mm）均可影响60 cm以上土层土壤水分,49 mm提高7.18%~31.12%,112 mm提高34.12%~49.18%。0—40 cm土壤含水量增加量与降雨量和降雨历时在0.01水平上显著相关;0—20 cm土层土壤含水量增加量与前期干旱天数在0.05水平上显著负相关;30—40 cm土层土壤含水量增加量与3天前期累积降雨量呈显著相关。紫色土超过70%的土壤水分存储在60,100 cm土层中,分别占土壤总储水量的15.82%和58.39%。不同土层土壤储水量对降雨的响应规律不同,雨季初期6月0—30 cm表层土壤储水量变化最大,此时60—100 cm深层土壤储水量较为稳定,而7—9月深层土壤储水量变化幅度大于表层土壤。     

黄土丘陵区不同植被群落土壤水分研究

在自然条件最为严酷的黄土高原半干旱丘陵沟壑区,土壤水分是植物生长的主要限制因子,而环境因子对土壤水分的影响是一个综合作用的过程,不同的地理区域其相关的影响差异较大,但就其某一具体地区而言存在着重点尺度和主控因子。对黄土丘陵区纸坊沟流域乔、灌、草植被群落的土壤水分进行了分析研究,结果表明:坡位、坡向、海拔是影响该区域土壤水分含量的主控因子;而植被群落也会影响到土壤水分含量的变化,但不能确定其为主控因子,并且可以说明林龄不是影响该区水分含量的因素。     

土地利用格局对半干旱黄土区土壤水分的影响

半干旱黄土区不同土地利用的土壤水分效应是农业生产、植被恢复和土地合理利用的重要依据.通过对孙家岔流域不同土地利用格局实测土壤水分资料分析,结果表明,梯田区阴坡的土壤含水率高于阳坡;梁峁顶区封闭荒地不同累积深度的土壤含水率均高于农地;缓坡区(＜15°)农地土壤平均含水率高于荒地;灌木林地表层(0-80 cm)土壤含水率高于荒地,而较深层(80-180 cm)低于荒坡;松树林地平均土壤含水率高于杏树林地.说明在半干旱黄土区,梯田的保水效益最好;杏树林相对于松树林耗水量更大,不适宜在无灌溉条件的半干旱黄土区大面积种植;柠条灌木林改善地表土壤水分状况的效应明显,并且能充分利用较深层的土壤水分;缓坡区种植农作物比荒地更有助于土壤水分的改善.     

荒漠草原不同土地利用类型土壤水分对降水的响应

降水是荒漠草原生态系统重要的水分来源,也是不同时空尺度上各种生物过程的重要驱动因子。为了解荒漠草原土壤水分对降水的响应,以3种典型土地利用方式(天然草地、灌木地和沙地)为研究对象,研究荒漠草原降水事件对不同土地利用类型土壤水分的影响。结果表明：研究期内降水量以<5 mm的小降水事件为主,发生次数占总事件的72%;从降水强度来看,<10 mm/h的降水事件居多,达到86%。0～250 cm的平均土壤含水量以沙地最高,灌木林和天然草地的平均土壤含水量几乎相等,但天然草地平均土壤含水量的波动较大。3种土地利用类型下,表层(<10 cm)土壤含水量波动较大,深层(>80 cm)土壤含水量则相对稳定。与草地和灌木地相比,沙地湿润锋响应最快,入渗深度最大。在102.6 mm的降水量条件下,天然草地累计入渗量最大(7.36 mm),其次为沙地(3.47 mm),灌木林地入渗量最低(2.64 mm)。因此,从最大蓄存和有效利用降水资源的角度来看,荒漠草原生态恢复过程中构建草地是该区域可以选择的土地利用方式。     

黄土丘陵沟壑区不同土地利用方式的土壤水分效应

采用定位监测法,对黄土丘陵沟壑区的延安燕沟不同土地利用方式下土壤水分动态变化规律进行了系统分析。结果表明,在2002年降雨前期较多后期较少的情况下,土壤水分4—10月间呈现总体下降趋势,降雨对土壤水分的补偿效应明显不足;不同植被下土壤水分季节变化存在明显差异,苹果园和退耕坡地土壤水分衰减幅度小,林灌草地则水分逐渐减小,变化幅度较大;植被对土壤水分的差异性利用使得土壤平均水分含量以及水分剖面分层均存在差异。各层土壤水分变异系数的垂直变化也因植被类型的不同而存在差异。除浅层0—10 cm外,不同层次土壤水分变化趋势较缓和,较一致。土壤含水量逐月下降,个别月份水分略有升高,说明降雨对土壤水分的补偿作用在该降雨年型下表现微弱。     

地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区小流域土壤无机碳分布的影响

地形和土地利用方式对土壤无机碳(SIC)的空间分布和碳汇效应有重要影响。以黄土高原丘陵沟壑区纸坊沟小流域为对象,研究土地利用、地形对0-200cm土层内SIC空间分布的影响。结果表明,地形对纸坊沟流域SIC空间分布呈极显著影响(P<0.01),表现为峁顶(15.32g/kg)>坡地(14.45g/kg)>沟底(12.27g/kg)的变化趋势;土地利用方式影响该流域SIC分布,其含量表现为灌木地>草地>林地>农地,其中灌木地极显著高于林地、草地和农地,林地和草地极显著高于农地,而林地与草地无显著差异;地形与土地利用交互作用极显著影响SIC空间分布(P<0.01)。相关结果可为黄土高原土壤碳库提供基础数据,有助于明确黄土高原在中国陆地碳循环中的作用。     

黄土区不同地类土壤容水量与渗水率的试验研究

通过对研究区12种不同土地利用类型土壤容水量和渗水率的试验研究,分析了相同土地利用和不同土地利用方式下土壤容水量和渗水率的差异。结果表明,相同土地利用方式下,农坡地土壤容水量差异约1倍,差异较大;旱梯田土壤容水量差异可达35.23%,差异明显;荒坡地相差仅为5.84%,差异较小;沟台地差异不明显。不同土地利用方式下,土壤入渗性能差异显著。在连续入渗180min时,YL（人工杨树林地）、HF（荒地整地后封管1a自然草地）、NT（人工柠条林）、SJ（人工沙棘林）、YS（人工油松林）、ZK（针阔混交林）土壤容水量分别是HP（荒地）的108.19%,173.43%,157.76%,192.28%,93.64%和129.67%。沙棘林、柠条林等人工灌木林地的土壤容水量大于人工乔木林地。荒坡经过隔坡水平台整地封闭保护自然恢复植被1a后,土壤容水量高于多数乔、灌木林地,是一种经济有效的水土保持措施。土壤容重是影响土壤容水量的主要土壤物理特性指标,土壤容重越大,土壤容水量越小。土壤含水率在9.60%～19.02%范围内对土壤容水量的影响不明显。     

黄土丘陵缓坡风沙区不同土地利用类型土壤水分变化特征

为研究黄土丘陵缓坡风沙区不同土地利用类型下的土壤水分变化规律,采用时域反射仪TDR在山西省五寨县分别对玉米农地、柠条林地、苜蓿草地0-100 cm土层进行连续3年的土壤水分观测,掌握不同土地利用类型土壤含水量的季节变化规律和垂直分布特征。结果表明:(1)农林草地土壤水分随时间的变化曲线基本呈M形分布,三者季节变化规律相似,但土壤含水量差异达到极显著水平(P<0.01),表现为苜蓿草地>柠条林地>玉米农地;(2)玉米农地与柠条林地土壤含水量随土层深度的增加呈S形分布,苜蓿草地的变化趋势与两者完全相反,玉米农地仅土壤表层0-20 cm含水量与降水存在显著相关性,柠条林地和苜蓿草地0-60 cm土壤含水量均与降水显著相关;(3)土壤含水量具有明显的垂直分布特征,在0-100 cm土层层中,随着土层深度的增加,玉米农地CV先逐渐降低后保持稳定,柠条林地CV始终持续降低,苜蓿草地CV先呈现波动变化后明显降低,三者整体表现为表层土壤含水量变异系数大于深层;(4)0-100 cm范围内,玉米农地的土壤层自上而下依次可划分为速变层、活跃层2个层次,柠条林地和苜蓿草地的土壤层划分为速变层、活跃层和次活跃层3个层次。本研究结果表明林地和草地在涵养土壤水分方面优于农田,林地和草地为黄土丘陵缓坡风沙区适宜的土地利用方式,为该区域土壤水分管理及水土资源的合理开发利用提供理论依据。     

黄土丘陵区不同土地利用方式对土壤水分及地上生物量的影响

[目的]研究不同土地利用方式下的土壤水分状况及其与植被群落特征的关系,为黄土丘陵区的植被恢复和重建提供理论依据。[方法]采用野外调查的方法和数理统计分析方法开展研究。[结果]纸坊沟流域主要植被类型的地上干生物量为310.0~10 036.2g/m2,平均地上干生物量由大到小依次为:林地灌木地农田人工草地天然草地。地上鲜生物量与株高存在极显著的正相关关系(R2=0.967 4,p0.01)。不同土地利用方式0—100cm土层土壤含水量较高,且土壤水分变异较大;100cm以下土壤含水量相对稳定,坝地玉米和梯田玉米的极易效水量分别为221.73和221.99mm;柠条和刺槐的土壤含水量最低,土壤水分类型为难效水,分别为311.44和333.09mm;其他6种土地利用方式的土壤水分为中效易效水。[结论]黄土丘陵区人工林灌植被的种植导致深层土壤水分的大量消耗,不利于该区植被恢复和建设的可持续发展。     

黄土区果农复合系统种间水分关系研究

选择黄土区7种典型果农复合类型,进行野外实验布设。利用土钻取样和烘干称重法进行土壤含水量的测定,研究了不同果农复合类型土壤水分含量的水平方向变化与垂直剖面变化规律,分析了黄土区果农复合类型种间水分竞争关系。研究表明,在水平方向上,果农复合类型土壤水分含量的变化与林带的方位、距离有关,果农复合对水分竞争并不显著,树木对光遮蔽作用的强弱,才是影响土壤水分水平变化的主要因素。在垂直方向上,根系对土壤水分的竞争区域主要在0-60cm土层范围内。同单作作物土壤水分的比较得出,苹果和其它农作物的复合有助于土壤水分的保持;核桃、桃与其它农作物的复合,则表现为不同的影响,即对玉米的协助大于竞争,对花生的竞争大于协助。     

半干旱黄土丘陵区沙棘林地土壤水分及其对沙棘生长影响研究

根据在安塞黄土丘陵沟壑区的观测资料,对５～７龄沙棘林地土壤水分及其对生长的影响进行了定量研究,为提高沙棘林地土壤水分利用率,改善其经营管理提供了科学依据。结果表明：（１） 棘根系吸水范围可达２ｍ土层以下,在０～２ｍ土层内沙棘林地土壤水分的垂直变化特点：随着土层深度的不断加深,土壤含水量呈减小的趋势,在３０～５０ｃｍ和８０～１００ｃｍ土层分别出现土壤分水强烈吸收层;（２）沙棘林地土壤水分的季节变化可