中国北方旱农地区农田水分动态变化特征

北方旱地区域农田水分特征的主要影响因子是自然降水和农田蒸散量。在区域尺度上，农田潜在蒸散量是半干旱偏旱区＞半湿润偏旱区＞半干旱区。半干旱偏旱区农田水分平均潜在亏缺量为517 mm，最大亏缺量为968 mm，最小亏缺量为162 mm。半干旱区旱地农田水分平均潜在亏缺、最大亏缺和最小亏缺量分别为274、688和－34 mm，半湿润偏旱区上述3个参数分别为157、469和－180 mm。由于降水的时空变化，不同类型地区农田土壤水分储存量也产生了区域分异，3种不同类型地区农田土壤水分在农作物不同发育期储存量的变化是半湿润偏旱区＞半干旱区＞半干旱偏旱区。旱地作物耗水主要来源于生育期间的有效降水和播种前的土壤蓄水。     

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。     

黄土高原苹果园深层土壤干燥化特征

为了评价黄土高原苹果产区深层土壤干燥化特征及其区域分布规律,测定了其半湿润黄土台塬区(Ⅰ)、半湿润易旱黄土旱塬区(Ⅱ)、半湿润偏旱和半干旱黄土丘陵区(Ⅲ)等不同气候和地貌类型区32块苹果园地0～1500cm土层土壤湿度,定量比较和分析了各类型区苹果园地深层土壤含水率、土壤湿度剖面分布及其土壤干燥化特征。结果表明:1)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区苹果园地0～1500cm土层土壤含水率依次为17.53%、13.44%和10.29%,土壤有效贮水量依次为1273.70、973.98和864.05mm,土壤水分过耗量依次为199.93、465.10和362.70mm,年均土壤干燥化速率依次为8.47、26.29和23.44mm/a。人工补灌、树龄、种植密度和地貌类型等因素影响果园土壤湿度和土壤干燥化程度。2)各区有补充灌溉的果园土壤剖面湿度显著高于旱作果园,不存在或部分土层存在干燥化现象;旱作果园土壤剖面均存在深厚的干燥化土层。3)Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ区有补充灌溉的苹果园地土壤干燥化指数(SDI)分别为-8%、-11%和-34%;旱作果园土壤干燥化指数(SDI)分别为32%、50%和46%,各类型干层厚度分别达到或超过790、1297和910cm。研究结果为黄土高原苹果园地深层土壤水分可持续利用和苹果生产基地可持续发展提供参考。     

我国北方旱区雨养小麦生产潜力研究

由于水资源匮乏,我国北方旱区农业多以雨养为主.小麦是北方主要的粮食作物,为明确旱区雨养小麦生产潜力,对区域粮食生产水平做出客观评价,本文以整个北方旱农区为宏观尺度,利用CERES-wheat作物模型,模拟了北方旱区雨养小麦生产潜力水平,分析了潜力的时空分布规律.研究表明,我国北方旱区雨养小麦的生产潜力为半湿润区半湿润偏旱区半干旱区半干旱偏旱区干旱区,半湿润区雨养小麦生产潜力约为6300kg·hm-2,干旱区约为3000mg·hm-2,干旱区的年际间潜力变化较其他区域稳定.我国北方旱区雨养小麦生产潜力东部高于西部,南部高于北部,冬小麦的潜力高于春小麦.     

半干旱区草粮轮作田土壤水分恢复效应

采用野外实地观测和作物模型模拟相结合的方法,研究了不同轮作模式黄土高原半干旱区长期种植苜蓿地农田土壤水分恢复状况。结果表明：长期连作苜蓿地土壤干燥化进程与不同轮作模式下土壤湿度恢复的进程均表现为前期快后期慢;8～10 m深层土壤湿度恢复困难,6～8年生苜蓿草地翻耕后适宜采用PPW轮作模式（马铃薯→马铃薯→春小麦）以恢复土壤水分,种植16～20 a粮食作物后可以再次种植苜蓿。该研究结果可为黄土高原半干旱区苜蓿草地的土壤水分利用和恢复提供参考。     

时间序列自回归模型在土壤水分预测中的应用研究

在黄土丘陵半干旱区,多年生柠条林地土壤旱化严重,为了实现土壤水资源可持续利用,需要依据土壤水分状况,调控柠条生长与土壤水关系,而监测和预报土壤水分是防旱抗旱、调控柠条生长与土壤水关系的基础。为此选取黄土丘陵半干旱地区柠条林地2011年4月至2013年2月的土壤含水量时间序列作为研究对象,将各土层土壤含水量变异系数分为3个变化范围,并从3个范围内各选取一个代表土层,建立自回归模型,运用AIC准则及最大似然估计法求解模型中的参数,卡方检验的结果认为建立的模型较好。经过实例验证,实测值与预测值的相关误差均小于10%,说明时间序列自回归模型能够很好地预测黄土丘陵半干旱地区柠条林地的土壤含水量。     

半湿润与半干旱区黄绵土冬小麦农田土壤剖面特征研究

为研究不同气候区黄绵土的土壤剖面差异,本研究基于土壤剖面调查数据,分析了半湿润区和半干旱区冬小麦农田的土壤剖面特征及土壤基本属性。结果表明:半湿润区土壤剖面存在明显的犁底层,犁底层土壤容重接近1.60 g cm-3,土壤结构体以片状和棱柱状为主,淋溶层存在显著的石灰性沉积,pH显著高于其他土层;半干旱区无显著犁底层,土壤容重在1.40 g cm-3左右,土壤结构体以块状和团粒为主,没有显著的石灰性沉积;不同区域黄绵土土壤颗粒均以粉砂粒为主,黏粒含量低于10%,半干旱区黏粒含量低于半湿润区;除表层以外,其他各层0.25 mm水稳性团聚体比例超过50%,不利于蓄积水分养分;有机质、氮及速效磷含量较低是土壤肥力的主要障碍因子。     

甘肃省不同气候类型区土壤水分特性

为揭示甘肃省不同气候区不同质地土壤的容重、田间持水量和凋萎湿度的差异,对观测资料的适用性和推广价值进行评价。通过对77个站点10—100 cm土壤水分资料的分析,结果表明:甘肃省全省的土壤容重范围为0.89～1.79 g/cm~3,平均值为1.36 g/cm~3,表层土壤容重与深层土壤容重差异显著(P0.05),半湿润区、半干旱区浅层土壤容重更易受到外界环境及人为活动的干扰。甘肃省大部田间持水量由西北向东南呈增加趋势,田间持水量的最大值为36%～40%,分布在高寒湿润区10—50 cm土层,全省10 cm与20 cm土层田间持水量差异较小,相关系数为0.96,与其他层次差异较大,50 cm土层很可能是甘肃地区土壤田间持水量的分界层。各土层凋萎湿度最大值均出现在冷温带干旱区、高寒半干旱半湿润区中部,不同层次间田间持水量与凋萎湿度呈极显著相关。甘肃省全省大部分地区主要以壤土为主,除此之外干旱区主要以砂壤土为主,半干旱区主要以砂壤土与黏壤土为主,半湿润区主要以粉壤土与黏壤土为主。探讨不同气候区不同层次间土壤容重、田间持水量和凋萎湿度的差异,以期为保障地上生产力、提高水分利用效率提供数据支撑。     

北方旱地作物自然降水生产潜力研究

我国北方早地作物自然降水生产潜力较大，８种作物平均值为３７１．９ｋｇ／６６６．７ｍ￣２；水分利用效率也较高，８种作物平均值为１．１０５ｋg／（ｍｍ·６６６．７ｍ￣２）。但是，不同作物种类、不同类型地区、不同降水年型自然降水生产潜力和水分利用效率是不相同的，一般情况是，春玉米＞春谷＞小麦，半湿润偏旱区＞半干旱区＞半干旱偏旱区，丰水年型＞正常年型＞干旱年型。     

北方旱农地区自然降水生产潜力的适度开发对策

在北方旱农地区的半干旱偏区、半干旱区和半湿润偏旱区，通过５年的田间定位试验 观调研，明确了北方旱农地区自然降水生产潜力可开发程度较高。针对旱农地区资源环境条件差和经济技术水平低，潜力开发难度较大，总结提出了阶段分层次的适度开发对策 。     

黄土丘陵区不同土地利用方式对土壤含水率的影响

在干旱半干旱地区,土壤含水率是影响作物生长和植被恢复的重要因子。采用土钻法对黄土丘陵区典型流域不同土地利用方式下土壤含水率进行了比较。结果表明,农田土壤含水率显著较高,这与农田坡度较小及梯田建设有关,还与农作物蒸腾耗水相对较小有关。林地、灌木地和草地土壤含水率相对较低,且相互间无显著差别。黄土丘陵区土壤含水率主要受坡度和土壤稳定入渗速率的影响。但草地土壤含水率还与坡向及年生物量有关。土壤水分分布格局与该区土层深厚,地下水埋藏较深,土壤水分收入主要受降雨的补给有关。因此,该区农田建设应在坡度较小（＜10°）的地形上进行,并优先考虑梯田。坡度较大的地方应以天然灌木和草本群落的保育为主。人工乔灌林只适宜在沟道等水分条件较好的地方种植。     

陇东黄土高原苜蓿草地土壤水分消耗及水分生态效应（英）

黄土高原地区土壤干化导致林草植被大面积衰退,研究苜蓿草地土壤水分消耗规律对该区农业持续发展及生态环境恢复具有重要的理论意义。该文研究了黄土高原地区不同生长年限苜蓿草地1 000 cm土层土壤水分的变化特征及其对土壤水分生态环境的影响。结果表明：在0～1 000 cm土层,4年、6年生苜蓿草地土壤水分条件最好;12年、18年、26年生苜蓿草地土壤水分条件最差。在黄土高原地区,苜蓿地土壤干层出现的区域及发生的程度不同。4年、6年、8年生苜蓿草地,对土壤水分生态环境不会产生不利影响;12年、18年、26年生苜蓿草地,对土壤水分生态环境产生深刻负面影响。研究表明在陇东黄土高原地区苜蓿生长6 a后,应实施粮草轮作,以恢复土壤水分,持续提高土地生产力水平。     

The multi-scale spatial variance of soil moisture in the semi-arid Loess Plateau of China

Purpose  

An understanding of soil moisture heterogeneity across spatial scales has been considered to be critical to eco-hydrological research and particularly important for vegetation restoration in semi-arid areas. This study aimed to investigate the spatial variance of deep soil moisture at multiple scales in the semi-arid Loess Plateau of China. The relative importance of the related factors and the dominant driver of soil desiccation were especially discussed.     

黄土高原半干旱偏旱区苜蓿-粮食轮作土壤水分恢复效应

该文测定和分析了黄土高原半干旱偏旱区不同生长年限苜蓿草地以及轮作不同年限粮食作物后0～1000 cm深层土壤水分变化规律.结果表明:随着苜蓿生长年限的延长,苜蓿草地土壤干层厚度逐渐增加,3年生苜蓿草地土壤干层深度达到760 cm,6、7、10年生苜蓿草地土壤干层深度均超过1000 cm,6年生苜蓿地1000～1500 cm土层仍为干燥层,土壤平均湿度为9.68%;采用草粮轮作能明显减小苜蓿草地干层的厚度和范围,0～1000 cm土壤水分较10年生苜蓿草地都有不同程度的恢复,轮作2、6、8、12和18 a粮田平均土壤水分恢复速率25.2 mm/a,年均累积恢复土层厚度123.1 cm,0～300 cm土层水分恢复程度较高,且轮作年限愈长,土壤水分恢复效果越好,轮作18 a粮食作物后0～660 cm土层土壤水分恢复量达到了531.1 mm;苜蓿草地适宜翻耕年限为5～6 a,且6年生苜蓿草地0～1000 cm土壤水分恢复到当地土壤稳定湿度值需要23.8 a,该地区适宜的苜蓿-粮食轮作模式为"5～6年生苜蓿→24年粮食作物".     

黄土丘陵区枣林地土壤水分时空变化研究

为探索枣树种植对黄土丘陵沟壑区土壤水分的影响,在陕西省米脂县,以5 a和15 a枣林地及14 a更新枣林地(与15 a枣林同年栽植,14 a时截枝截干更新)为研究对象,对枣林地土壤水分进行长期定位观测,分别研究了不同树龄枣林地的土壤水分差异、土壤水分与土壤质地关系、枣树耗水深度以及土壤干燥化问题。结果表明:1)不同树龄枣林地土壤水分存在显著差异,随树龄增加,枣树年耗水量增大,枣树耗水深度增加。2)枣林地枣树根系吸水影响范围内的土壤水分与粉粒含量呈显著正相关关系。3)不同树龄枣林地的耗水深度分别为5 a枣林地440 cm、14 a更新枣林地800 cm、15 a枣林地840 cm。4)5 a枣林地在根系吸水影响范围内出现了100 cm深的重度干燥化土层(土层深度为400~500 cm),14 a更新枣林地在根系吸水影响范围内出现了300 cm深的重度干燥化土层(土层深度为300~600 cm),15 a枣林地在根系吸水影响范围内分别出现了100 cm深的重度干燥化土层(土层深度为200~300 cm)和300 cm深的极度干燥化土层(土层深度为300~600 cm)。枣林地土壤水分状况与树龄、土壤质地相关,截干更新具有减少耗水的作用。研究结果可为今后半干旱山地枣林可持续经营及防治林地土壤干层研究提供一定理论依据。     

黄土高原半干旱地区集水型生态农业分析

简介了黄土高原半干旱地区农业发展现状及面临的问题，阐述了集水型生态农业在黄土高原旱地农业中应用的重要性，指出改善土壤水分是该区农业可持续发展的关键，集水型生态农业将有广阔的发展前景。     

黄土高原人工林对区域深层土壤水环境的影响

通过对典型黄土区 1 0m土层土壤水分的分析表明 :黄土高原土壤深层具有丰富的土壤水资源 ,3～ 1 0m土层内土壤水资源从南部的 1 0 86.8mm逐渐降低到北部的 5 2 4.1mm ,各地土壤水资源量约相当于当地多年平均降水量的 2倍。在 1 0m土壤水分剖面内 ,随土层深度的变化土壤含水量具有波动性和相对稳定性的特征。以荒坡地或低产农田为对照 ,通过对比分析发现 ,黄土高原目前主要的造林树种可利用 9～ 1 0m以下土层的土壤水资源。在黄土高原半干旱气候背景下 ,人工林植被的耗水主要使黄土区中北部地区 3～ 8m土层土壤含水量降低到长期接近或低于凋萎湿度 ,形成难以恢复的深厚土壤干层。人工林大量耗水形成的难以恢复的土壤干层是黄土高原特殊的生态水文现象 ,是目前区域人工植被生态系统不稳定性的体现。同时表明 ,黄土高原营造的人工林尚不能达到涵养水源之功能。     

黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持效应研究进展

枯枝落叶层是林地垂直结构中参与水文循环过程的重要作用层,在涵养水源和保持水土中发挥着重要作用。黄土高原经过20年植被快速恢复,枯落物覆盖使近地表植被特征和生态过程变化明显,这必将影响地表土壤水分入渗、产汇流等水文和土壤侵蚀过程。为全面掌握黄土高原地区林地枯枝落叶层的水土保持效应研究动态,系统回顾了林地枯枝落叶层在凋落动态、蓄积量变化、截留降雨、阻延地表径流、提高土壤抗蚀抗冲能力和增加土壤入渗等方面的研究历史。分析了目前林地枯枝落叶层研究中存在的若干问题,提出未来黄土高原地区应加强野外坡面枯落物原位长期监测和降雨试验研究,开展多地貌、多尺度研究,关注天然林和人工林枯枝落叶层水土保持功能的对比研究,以及水文物理过程模型建立和参数确定,并重视林地枯枝落叶层的保护和监管。