黄土高原人工林深层土壤水分利用研究

探讨黄土高原人工林的深层土壤水分利用状况,对该区植被恢复的可持续发展具有重要意义。以黄土高原半干旱偏旱区、半干旱区、半湿润区的刺槐林和柠条林为研究对象,通过野外实地调查,分析了不同气候区人工林0—800 cm土层土壤水分含量、深层(200—800 cm)土壤水分消耗量及土壤耗水速率,探究了不同气候区人工林对深层土壤水分的影响。结果表明:(1) 3个气候区农地土壤含水量显著高于刺槐林和柠条林。刺槐林、柠条林在2个气候区0—800 cm土层的土壤水分含量变化范围分别为6.64%～11.01%,6.38%～11.41%,均在半干旱偏旱区平均土壤含水量最低。(2)刺槐林和柠条林的深层土壤耗水量、深层土壤耗水速率均以半干旱偏旱区最高,分别为:808 mm,698 mm,32.33 mm/a,31.76 mm/a。(3)人工林在半干旱偏旱区和半干旱区的植物根系较半湿润区活跃,特别是在0—300 cm土层,对土壤水分影响较大。(4)土壤质地是人工林深层土壤水分变化的重要因素之一。黏粒含量与土壤水分呈正相关,砂粒含量与土壤水分呈负相关。半干旱偏旱区、半干旱区、半湿润区的黏粒含量依次增加,砂粒含量则相反。不同气候区人工林对深层土壤水分影响不同,同时受根系和土壤质地影响较大,因此选择合理的人工植被配置模式对深层土壤水的保护和持续利用非常重要。     

元阳梯田水源区不同坡位土壤水分变化研究

利用2012年5月~2013年4月元阳梯田水源区林地、灌木地、荒草地的土壤含水率数据,对元阳梯田水源区典型土地利用方式下,不同坡位土壤水分的变化进行了分析。结果表明,研究区0~100 cm深度内,土壤表层水分的变化均比深层强烈。林地旱季的变化范围明显比雨季大;灌木地、荒草地分别于20 cm处和40~60 cm处存在"根系层"和水分的低湿层,该层上下土壤透水性和水力传导度不同。同时,不同土地利用方式下,不同坡位土壤水分的变化各异,各坡位土壤含水率之间的差异性也各不相同。     

黄土丘陵区不同植被类型土壤贮水动态变化

水分是黄土高原半干旱地区植物生长与植被建设的主要限制因子,植被是影响土壤水分最活跃的因素之一。通过1982-1991年延安上砭沟流域实际观测的不同植被类型土壤水分资料,分析黄土丘陵区不同植被类型土壤水分的垂直变化规律、季节变化规律和年际变化规律,以及年降水量对土壤水分的影响。得出黄土丘陵区植被类型土壤水分垂直变化规律,在0-100 cm土壤含水率变化从大到小依次为:0-30 cm土层,农田>林地>撂荒地>牧草地>灌木林地;30-50 cm土层,农田>牧草地>灌木林地>林地>撂荒地;50-100 cm,土层牧草地>灌木林地>农田>林地>荒地。     

东北黑土区农林混合利用坡面土壤水分空间异质性及主控因素

针对黑土区坡面尺度上土壤水分在土地利用结构(从坡顶到坡脚,即沿着坡长方向,不同土地利用类型的排列方式)、土地利用类型(农地和林地)及地形要素的协同作用下的空间分异规律及影响机制尚不清楚的现状,以黑龙江省黑土区的农林混合利用典型坡面(克山县)为研究对象,应用植被数量生态学中的冗余分析方法(RDA)分析0~20、20~40、40~60 cm土壤水分剖面变异特征、不同土地利用结构下(农地-农地-农地-农地-农地,农地-农地-林地-林地-农地,农地-农地-林地-林地-林地,林地-林地-农地-林地-农地)坡面土壤水分异质性及其与环境因子的定量关系。结果表明:研究区坡面土壤含水率介于5.77%~45.57%,农地土壤含水率显著高于林地(P0.05),纵向上不同土地利用类型层间土壤含水率差异均不显著;土壤水分呈中等变异,纵向上农地各土层的变异系数(35.9%~39.6%)均高于林地(30.0%~36.5%),农林混合利用加强了土壤水分的空间变异程度;4种土地利用结构下,坡面土壤水分沿坡长方向呈不同的变化趋势,与土地利用镶嵌分布规律有关;冗余分析结果显示土地利用类型是影响黑土区坡面土壤水分异质性的主控因素,坡度次之,坡位和海拔高度对坡面土壤水分异质性也有影响。对于黑龙江黑土区坡面,需要结合土地利用结构配置等土地管理措施与不同的农业措施来防止坡面土壤侵蚀、提高东北区土壤肥力,实现经济效益、生态效益的协调统一。     

黄土丘陵沟壑区土壤水分垂直变异及影响因素

以陕西安塞纸坊沟小流域为例,通过测定0 ～1000 cm深度土壤含水量,分析不同坡度、坡向和土地利用方式下的土壤水分垂直变异特征.结果 表明:1)不同土地利用方式下土壤水分垂直分布特征不同.乔木林地与灌木林地土壤含水量均在0～ 50 cm减小,而在50 cm以下乔木林地小幅波动,灌木林地缓慢增大.撂荒草地与农地土壤含水...     

黄土丘陵区不同土地利用方式土壤水分变化特征

为了探讨黄土丘陵区不同土地利用方式土壤水分的时空变化特征,合理规划土地利用方式与土壤水资源。选择陕西省延安市安塞县墩山上梯田、草地、刺槐林、沙棘灌丛4种土地利用方式,采用土钻法在2019年5月、7月、8月和10月监测了土壤水分。结果表明:4种土地利用方式的土壤含水量表现为明显的时间特征,存在滞后效应;0—300 cm深度平均土壤含水量大小表现为梯田草地沙棘灌丛刺槐林;随土层深度的增加土壤含水量的季节变异系数均逐渐减小,季节变异系数在100 cm以下的土壤深层趋于稳定;土壤含水量由表土层到深土层上为"S"形,含水量先增大后减小,垂直变化特征明显;土壤水分变化相似性表现为梯田沙棘灌丛草地刺槐林。刺槐林和沙棘灌丛需要消耗更多深层土壤水分,容易出现土壤干燥化;梯田和草地的土壤水分条件较好,梯田对土壤水分的调控作用较好,土壤水分在垂直方向上的变化较为平缓。     

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。     

基于土地利用和微地形的红壤丘岗区土壤水分时空变异性

在红壤丘岗区冬春两季,以网格采样法测定了红壤丘岗区一块包含茶地、旱地和林地的缓坡的地表层和深层土壤含水率,采用经典统计结合地统计方法分析了其空间变异特征。结果表明：单一土地利用下,林地土壤含水率明显高于茶地和旱地,整体采样区土壤水分变异系数明显大于单一土地利用。同一季节表层和深层土壤水分具有类似的变异趋势;土壤水分在不同利用下存在截然不同的变异特征。通过半方差分析发现,茶地－旱地交界区土壤水分空间变异低于其他地方;另一方面,茶地－旱地土壤水分不具备空间相关性。另外,采样区表现出明显的各向异性且季节性变化明显,在冬季,土地利用和微地形共同影响水分变异特征;而在春季,土地利用是土壤水分变异的主导因素。除茶地-旱地交界区冬季水分不具有空间相关性外,土壤水分整体上具有良好的变异特征和空间连续性,因此可以利用地统计学在整体采样区进行水分空间变异的研究。     

黄土丘陵区不同植被类型下土壤水分动态

[目的]探讨黄土丘陵区不同植被类型对土壤水环境分异规律的影响。[方法]以陕西省延安市燕沟鸡蛋卯小流域1997年退耕建造的样板坡面为对象,于2009年4—10月对其西坡面,自坡顶向下分布的7种植被类型(苹果园、刺槐林、沙棘灌丛、柠条林、紫穗槐灌丛、荒草地、农地(谷子)),采用土钻法每月中旬监测。[结果]生长季(4—10月)0—200cm深度平均土壤含水量大小呈现:紫穗槐灌丛荒草地农地(谷子)刺槐林柠条林沙棘灌丛苹果园。不同植被类型下土壤水分垂直剖面分布有较大差异,在浅层(0—40cm),恢复时段的紫穗槐灌丛、刺槐林下土壤含水量一般高于荒草地,沙棘灌丛、农地(谷子)、苹果园土壤含水量低于荒草地;在中层(40—120cm),荒草地土壤含水量最高,苹果园含水量最低,乔灌林地居中;在深层(120—400cm),只有紫穗槐灌丛、农地(谷子)土壤含水量高于荒草地,其他乔灌林地、苹果园含水量较低。[结论]延安地区植被恢复的乔灌林土壤含水量以紫穗槐灌丛偏高,柠条林、刺槐林、沙棘灌丛对深层土壤水分消耗较大,不利于土壤水环境及其永续利用。     

黄土丘陵区不同土地利用方式对土壤微生物量碳氮磷的影响

为探讨植被区与土地利用方式对土壤微生物量的影响,在陕西省延河流域森林区、森林草原区和草原区采集5种土地利用方式下的土壤剖面样品(0-10cm,10-30cm),并对其微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)和微生物量磷(SMBP)及土壤理化性质进行了分析。结果表明,微生物量磷的含量在3个植被区中均是在农地、撂荒地中相对较高,微生物量碳、氮在森林区表现为:乔木林地>农地在森林草原区表现为:灌木林地>天然草地>乔木林地>农地>撂荒地在草原区表现为:天然草地>乔木林地>灌木林地>农地>撂荒地。相同土地利用方式下,土壤养分和微生物量在森林区最高,森林草原区次之,草原区最低。相关分析表明,微生物量碳、氮、磷、代谢熵、微生物量碳氮比与土壤养分相关性极为密切。因此,土壤微生物量能够作为评价土壤质量的生物学指标。不同植被区不同土地利用方式对土壤质量的改善作用不同,林地和天然草地作用效果好,对土壤微生物量的提高有明显的促进作用。     

黄土高原丘陵沟壑区生态用水资源利用研究

对黄土高原丘陵沟壑区不同植被地连续10a的试验调查发现,人工草地和沙棘、油松林地土壤水分在长系列年内变化上基本一致,1m土层含水量处于100～140mm,生长期土壤水分基本上处于亏缺状态;而荒坡草地土壤含水量年内均比人工草地高约40mm,土壤水分一直处于适宜、稳定的水平。林地沙棘和油松均表现出适应该地气候特点的生长的状况,但从土壤水文循环状况看,土壤水分长时期处于亏缺状态不利于植被的再生长和生态效益的发挥。径流试验研究表明,人工草地、油松林地年内平均径流深分别为1.45mm和1.27mm,径流系数为0.08和0.07;荒坡草地和沙棘林地在年内基本上不发生大的径流,且多为清流。因此,植被恢复在治理措施上应当注重植被的自然修复和保护,并充分利用径流资源补充土壤水分,使其朝着利于植被生长的方向发展。     

渭北旱塬区不同坡向土地利用类型对土壤性质的影响

为了研究不同坡向土地利用类型对土壤性质的影响,以渭北旱塬区5种土地利用类型(不同坡向)为研究对象,系统分析该区不同坡向土地利用类型剖面土壤物理、化学和生物性质的差异。结果表明:(1)除土壤pH和土壤颗粒组成外,5种土地利用类型土壤含水量、总孔隙度、有机质、全氮、微生物量碳和氮含量总体随土层加深呈下降趋势,土壤容重则相反。(2)0-30cm土层,阳坡农用地土壤含水量、黏粒含量和pH最高,粉粒和全氮含量最低;人工草地砂粒和全氮含量最高,黏粒含量最低;人工林地土壤总孔隙度、土壤有机质、微生物量碳和氮含量最高,土壤含水量、土壤容重和pH最低;天然草地土壤容重和粉粒含量最高,总孔隙度和砂粒含量最低;退耕地有机质、微生物量碳和氮含量最低。阴坡农用地土壤含水量、粉粒含量和pH最高,黏粒和全氮含量最低;人工草地土壤容重、黏粒和微生物量氮含量最高,土壤总孔隙度、粉粒、砂粒和有机质含量最低;人工林地有机质含量和微生物量碳含量最高;天然草地土壤总孔隙度、砂粒和全氮含量最高,土壤容重和pH最低;退耕地土壤含水量、微生物量碳和氮含量最低。(3)5种土地利用类型中,土壤容重、细黏粒、粗黏粒、细粉粒、粗砂粒、土壤pH和有机质(退耕地除外)表现为阳坡阴坡,土壤含水量(退耕地和农用地除外)、总孔隙度、粗粉粒、细砂粒、土壤质地粗化度、全氮(人工草地除外)、土壤微生物量碳和氮含量则为阴坡阳坡。     

黄土丘陵区人工林草地的土壤水分生态环境

黄土丘陵区的土壤水分状况属蒸发自成型水分状况,伴随有土层的干燥。在人工林草植被作用下,土层将会进一步向干燥化方向发展,从而形成“复合干层”或“重叠干层”。土壤水分的短期或长期补偿,都难以使其土壤湿度恢复到田间持水量状态。草原地带应以建造适应性强的灌木为主,森林草原地带着重建造防护-薪炭互补的防护林体系。改撂荒地为人工草地,是经济利用土壤水分资源、提高土地生产率的优化措施。     

晋西北不同植被类型土壤水分时空变化特征

[目的]对晋西北黄土丘陵区不同植被类型不同季节土壤水分的动态进行研究,为今后该区域植被建设过程中选择适宜的树种提供理论依据。[方法]以山西省岢岚县西北黄土丘陵区不同类型植被和撂荒地为研究对象,以当地3类有代表性的植被(乔木类小叶杨林、灌木类沙棘林及撂荒地)为研究对象,系统地对旱季(4月)和雨季(9月)不同植被剖面土壤水分含量动态变化规律进行分析。[结果]各林地旱、雨季的土壤水分含量9月均明显大于4月,从土壤表层到600cm深处呈现出先增加后减少再增加的变化趋势;而干燥化程度由强到弱依次表现为:小叶杨>沙棘>撂荒地;将3种不同植被类型在0—600cm深度的土壤水分利用情况分为3个层次:土壤水分的微弱利用层、利用层(过渡层)和稳定层(调节层)。[结论]晋西北黄土丘陵区在恢复重建植被的过程中,要调整土地利用利用结构,改善乔木、灌木和草的比例,实现植被的多样化,建立合理类型的混交林和复层林,分配好种群密度,构建一个相对平衡的植物群落,保证植物耗水和环境供水处于平稳的状态。     

黄土高原白草塬土壤水分特征及对土地利用变化的响应

[目的]对黄土高原白草塬土壤水分特征及对土地利用变化的响应进行分析,为该区水资源管理和生态建设提供重要的参考依据。[方法]测定并分析白草塬6种利用方式下0—10m的土壤水分,并基于土壤储水量、水分亏缺量及干燥化指数等指标评价土地利用变化的影响。[结果]6种土地利用方式0—10m平均含水量表现为:农地荒草地苜蓿地杏林地杏林柠条间作地杏林苜蓿间作地。土地利用变化对土壤水分的影响深度不同,苜蓿地与荒草地的影响集中在0—5m,而包含杏树的利用方式对土壤水分的影响向深层推进甚至可贯穿整个剖面。0—5m除农地外皆有重度土壤干燥化现象;5—10m包含杏树的利用方式干燥化程度较农地、荒草地和苜蓿地严重。[结论]农地转变为包含杏树的利用方式后对土壤深层水分有显著的影响,造成土壤水分储水量减少和干燥化现象严重。     

黄土丘陵沟壑区退耕地植被恢复中的土壤水分变化研究

选择了黄土高原安塞县境内的纸坊沟、县南沟、西沟、郭阳湾等不同流域,对黄土丘陵沟壑区退耕地植被恢复过程中的土壤水分变化规律进行了研究.研究结果表明,随着退耕年限的增长,60 cm以下土层的土壤水分含量逐渐减少;对于不同地形条件的土壤含水量,阴坡＞半阴坡＞阳坡,坡下＞坡中＞坡上,并且随着坡度的增大,土壤含水量减小;不同的植被类型土壤水分含量也不同,在选择的草地、灌木地、林地3种植被类型中,以草地的土壤含水量最高,林地最小,灌木地介于两者之间;从恢复方式看,自然恢复的土壤水分含量相对较高,人工恢复的土壤水分含量相对较低,自然+人工恢复介于两者之间.另外,对于同一种植被类型,生物量越大,土壤水分含量越小.     

黄土丘陵区不同土地利用类型土壤水分物理性质研究

在黄土高原丘陵沟壑区第三副区典型流域选取林地、耕地、果园、撂荒地和草地5种土地利用方式,进行土壤水分物理性质的对比研究。结果表明:林地、耕地和撂荒地的土壤含水量显著大于果园和草地。耕地和果园的饱和持水量显著大于草地。各土地利用类型下土壤水分物理因子基本具有一致性,其变异系数均属于中等变异。水平方向上各个土壤水分物理性质较为均一,土壤饱和导水率和土壤含水量平均为0.84 mm/min和19.18%,土壤容重平均为1.34 g/cm³,但毛管孔隙度均在10%以下,表层土壤通气透水性能较差。近年来虽大面积新修梯田、发展经济林,表土水分物理性质得到改良,但从整体性能上来看,还是较差,今后需进一步改善土壤环境。     

The effect of land cover/vegetation on soil water dynamic in the hilly area of the loess plateau,China

Severe soil and water loss has lead to widespread land degradation in China's loess plateau. During the past decades, a great deal of effort was made on vegetation restoration to reduce soil and water loss in the loess plateau. However, due to water shortage the efficiency of vegetation restoration was not as satisfactory as expected. As part of a vegetation restoration project, we conducted research aiming to understand the relationship between vegetation pattern and soil water dynamics. The goal was to find vegetation types appropriate for the loess plateau with scarce water resources. In 1986, fifteen plots of land were planted with five vegetation types: pine woodland, shrubland, sloping cropland, alfalfa and semi-natural grassland. Soil water content, runoff, soil erosion were measured for each plot. Environmental variables, such as rainfall, evaporation and temperature, were recorded simultaneously by an automated meteorological station. The relationship between land cover pattern and soil water dynamic was evaluated by using statistical models. We found that: (1) soil water loss occurred during the growing season, and it reached the maximum in the second half of July; (2) soil water was not fully replenished from rainfall during the rainy season; (3) pine woodland induced the largest water loss to surface runoff, followed by sloping cropland, alfalfa, semi-natural grassland and shrubland; the poor capability of pine woodland for water conservation may be attributed to soil compaction and poor ground coverage under the tree; (4) in most cases, soil water of the five vegetation types was low except for shrubland and semi-natural grassland where it was moderate-high during a few periods. These conditions inhibit sustainable vegetation growth in the semi-arid loess hilly area of the loess plateau, China.