黄土高原半干旱区雨水高效利用模

为了在黄土高原半干旱区充分利用天然降雨，根据甘肃省雨水利用工程建设及发展旱作雨养农业的经验，总结提出了黄土高原半旱区雨水高效利用管理模式，并对雨水集蓄工程技术模式、雨水集蓄灌溉技术模式、集雨工程建设投资模式和运行管理模式进行了详细介绍。     

黄土高原丘陵沟壑区土壤水库调蓄能力分析

重建黄土高原土壤水库的调蓄功能是进行黄土高原生态环境治理的根本,而土壤水库的基本调蓄能力是对黄土高原土壤水库的定量描述.在对坡面果园土壤含水量定位观测的基础上,以含水量长期稳定土层为调节深度,得出阳坡土壤水库调节深度为300 cm,阴坡为450 cm,半阳坡和半阴坡介于二者之间;阳坡、阴坡、半阳坡和半阴坡坡面果园的调蓄能力分别为597.50、896.22、697.06和796.64 mm;土壤水库的调蓄量受调蓄能力及降水量的影响,丰水年主要受土壤水库调蓄能力影响,不同坡向间呈现出较大的差异性,以阴坡最大,阳坡最小,在年际之间也呈现出同样规律;枯水年土壤水库的调蓄能力主要受控于雨季降水量,坡向间差异不明显,其土壤水库蓄水有效性也表现为同样规律.     

黄土高原土壤粒径分形特征及其对土壤侵蚀的影响

采用单重和多重分形方法分析晋西黄土丘陵沟壑区土壤粒径分布特征、不同土地利用类型对土壤粒径分形参数的影响以及分形参数与土壤粒径分布之间的关系。结果表明:黄土高原不同地区的土壤粒径分布不同,采用激光法测定的土壤粒径分布在粉粒域和砂粒域内,需要通过优化来重新确定粘粒域、粉粒域和砂粒域3个尺度域的界线。通过测定得出研究流域内土壤粒径分布在20~100μm较为狭窄的范围内,呈现明显的非均匀性,需要采用多重分形来表述其分布特征。粉粒域维数Dsilt与粘粒和粉粒的体积分数呈极显著正相关关系(P0.01),而砂粒域维数Dsand与砂粒体积分数呈负相关关系且不显著,可以利用Dsilt预测土壤质地的变化和不同土地利用类型遭受侵蚀的程度。不同土地利用类型对土壤粘粒、粉粒、砂粒的体积分数以及粉粒域维数Dsilt、容量维数D0、信息维数D1和信息维数与容量维数的比值D1/D0有极显著影响(P0.01),对砂粒域维数Dsand有显著影响(P0.05),表明可用多重分形参数作为反映土地利用类型对土壤物理性质影响的指标。     

黄土高原半干旱区退耕地沙棘林密度调控

本文以黄土高原半干旱地区吴起县北部沙棘人工成林为研究对象,定位观测了沙棘林地林木蒸腾、土壤蒸发及土壤水分状况等,根据水资源承载能力确定退耕地沙棘林适宜密度及其动态调控。结果表明：沙棘林分生长季节内,丰水年土壤贮水量总体为盈余;平水年的同期降水不能满足林地蒸散消耗;枯水年土壤水分明显亏缺。该地区沙棘林稳定群落密度为1445株（丛）／hm^2,初植密度为2223株（丛）／hm^2。造林密度过大是造成土壤水分亏缺、植被生态效益和经济效益难以发挥的重要因素。     

黄土高原半干旱区沙棘林SPAC水势时空变异

本文以黄土高原半干旱地区沙棘人工成林为研究对象,在SPAC系统中定位观测了沙棘林土壤水势、叶片水势和大气水势等。结果表明：天然降雨是研究区土壤水分的唯一补给来源,也是影响该区大气水势的主要环境因素,降雨量的分配具有明显的季节变化;沙棘林地土壤水势垂直分布基本呈现随土层的增加而上升的趋势;叶片水势变化趋势为早晨较高,随后下降,随着气温降低,水势又会波动回升。大气水势的日变化趋势基本相同,呈倒V字型。SPAC系统水势梯度明显,大气水势远高于树木叶片水势和土壤水势,树木叶片水势略高于土壤水势。     

小店区土壤的中微量元素现状分析

从2009年开始,太原市小店区在全区范围内实施了测土配方施肥项目。通过该项目的实施,基本摸清了小店区土壤的中、微量元素现状。全区耕地土壤的中、微量元素含量,有效硫平均值为152．67mg／kg,有效铁平均值为15．76mg／kg,有效锰平均值为13．85mg／kg,有效铜平均值为2．64mg／kg,有效锌平均值为4．05mg／kg,有效硼平均值为0．91mg／kg。并对中、微量元素含量的变化情况进行了分析,这对于正确判断土壤中、微量元素的供给情况具有十分重要的意义。     

厌氧消化液对土壤中某些微量元素活化作用的初步研究

用厌氧消化液处理三种不同类型的土壤，结果表明：厌氧消化液对土壤中的Ｃｕ有强活化作用，对Ｍｎ有较强的活化作用，对Ｚｎ的活化作用很弱。当土壤ｐＨ高于厌氧消化液时，厌氧消化液对Ｆｅ有很强的活化作用；反之，厌氧消化液中的Ｆｅ进入土壤固相。厌氧消化液对土壤微量元素的活化可能以螯合作用为主，氧化还原作用为辅。这种活化作用及其自身所携带的微量元素可能对刺激作物生长有密切的关系。     

基于土壤类型和微量元素辅助信息的土壤属性空间模拟

为探讨大尺度区域土壤属性空间化的方法,以吉林省为例,研究土壤养分（pH值、有机质、速效磷、速效钾和碱解氮）和地形地貌、微量元素等变量之间的关系;并在考虑土壤类型基础上,将相关性较高的变量作为协因子进行土壤养分的Cokriging插值研究。结果表明,pH值与经度、有效铁、锰和速效氮的相关系数分别高达-0.66、-0.71、-0.70和-0.67;有机质与经度、pH值、有效钙、锰的相关系数分别为0.55、-0.58、0.56和0.52;碱解氮与经度、纬度、pH值、有效铁、锌的相关系数分别为0.57、-0.57、-0.67、0.56、0.54;速效磷与速效钾、有效锌的相关系数分别为0.67和0.64。分析发现以相关性较高的微量元素作为协因子进行Cokriging插值精度均优于采用地形变量作为协因子的Cokriging插值。交叉检验和检验站验证结果表明,与普通Kriging相比,基于土壤类型和微量元素的Cokriging插值在增加估值精度方面有所提高。     

黄土高原半干旱区不同颜色地膜对土壤温度的影响

【目的】探索不同颜色地膜全年覆盖对土壤温度的影响。【方法】在陕北米脂试验站进行野外试验,分别设置裸地(CK)、白色薄膜(TF)与黑色膜(BF)3种处理,观测不同土层深度的土壤温度随时间的变化规律。【结果】(1)覆膜显著提高土壤温度,白色薄膜垄内土壤温度与黑色膜差异不显著;昼夜温度变化幅度最大的是TF处理,最大温差达到3.74℃;最小的是BF处理,温度变幅只有3.15℃;(2)在0~30 cm土层,夏季TF处理土壤温度变幅最大,冬季最小,春季BF处理最小,秋季TF、BF处理较CK更加明显;冬春季2种覆膜差异显著(P0.05),BF处理较CK差异不显著;夏秋季2种覆膜土温差异不显著,TF、BF处理与CK差异显著(P0.05);(3)TF、BF处理土壤温度在45 cm土层以下各土层之间差异不显著,CK在90 cm土层以下各土层之间差异不显著,土壤温度振幅随深度向下减小,在45 cm以上土层BF处理振幅变化小于TF处理,45 cm土层往下BF处理振幅变化最小,BF处理土壤温度变化较为稳定。【结论】综上可知,覆膜可显著提高土壤温度,白色膜在冬、春季覆盖较为适宜,黑色膜在夏、秋季覆盖较为适宜。     

CCT-ICP-MS测定土壤中微量元素银

将土壤样品经三酸(硝酸、氢氟酸和硫酸)分解和王水提取后,采用碰撞池技术(CCT)电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法对其中微量元素银进行分析。试验结果表明,元素校正曲线相关系数在0.9995以上;元素方法检出限为0.009μg/g;分析标准物质验证方法精密度和准确度符合标准值;加标回收率在98.0%～108.0%。该方法简单快速、灵敏度高,测定结果较为理想。     

黄土高原西部不同集雨保水措施下土壤水分变异特征

选择黄土高原西部丘陵区典型生态恢复区域,采用中子仪测定研究了不同集雨保水措施下油松林土壤水分变化,明确了不同措施下土壤水分动态特征和雨季前后土壤水分的亏缺与补偿情况。结果表明:不同集雨保水措施下土壤储水量差异明显。坡面覆膜集雨措施下各个土层土壤含水率均大于其他措施下土壤含水率。7月份各措施下土壤储水亏缺均有不同程度的缓解,坡面覆膜集雨、坡面覆膜集雨与集水槽结合2种措施下0~100 cm土层土壤储水亏缺状态得到有效缓解。坡面覆膜集雨措施对于有效利用降水有显著作用;树穴覆膜对于表层土壤水分的恢复有负面影响,但对深层土壤保水作用明显;燕尾式聚流坑对提高降水利用率和缓解土壤储水亏缺状态效果不佳。     

黄土丘陵区浅沟表层土壤粘结力状态空间模拟

为探明黄土丘陵区土壤粘结力沿浅沟分布的空间差异性及其影响因素,运用线性回归模型和状态空间方程模拟了土壤粘结力在浅沟不同部位的分布。结果表明:沿着浅沟分水线、沟坡和沟底,土壤粘结力呈中等程度变异,主要受海拔高度、粘粒、砂粒含量和容重的影响;粘结力与海拔高度、粘粒、砂粒含量、容重均存在显著的空间自相关性和较好的交互相关关系;状态空间方程对粘结力的空间模拟效果要优于线性回归模型,其中采用单因素粘粒含量的状态空间方程结果最好,纳什效率系数NSE为0.968,可以解释粘结力空间变异的97.2%。     

Soil water dynamics and deep soil recharge in a record wet year in the southern Loess Plateau of China

Terrestrial water cycles are influenced by hydrologic and textural properties of the deep loess layer in the Loess Plateau. Analyses of soil water profile distributions are needed to understand the regional water cycle processes and to guide agricultural production and sustainability. The objective of this study was to quantify the extent of deep soil water recharge and soil water profile dynamics during 1987-2003, especially in a record wet year of 2003, in common cropping systems in a semiarid-subhumid region of the southern Loess Plateau. The Chinese Ecological Research Network (CERN) site and a long-term rotation experiment site in a flat tableland were selected for this study. Soil moisture profiles were measured by a neutron probe to a depth of 6 m in 2003. The precipitation of 954 mm at the Changwu County Meteorological Station in 2003 was 63.4% higher than the long-term average (584 mm), and was a record high since 1957. Although cropping systems affected deep soil water recharge, the persistent dry soil layer formed between 2- and 3-m depths in croplands, resulting from many years of intensive cropping, was fully replenished in all cropping systems in 2003. Further frequency analysis indicated that the desiccated layer between 2- and 3-m depths would be fully recharged at least once in about 10 years for all existing cropping systems excluding continuous alfalfa. This finding should alleviate concerns about the formation of a permanent deep-soil desiccation layer as well as its potential impact on the long-term sustainability of the existing intensive cropping systems in the region.     

黄土高原生物结皮斥水性及其沿降水梯度变化特征研究

为探明黄土高原生物结皮土壤斥水性的影响因素及其沿降水梯度的变化特征,在黄土高原沿降水梯度布设了8个采样区,每个采样区选择恢复年限相近的草地或林地,采用滴水穿透时间法和微型盘式入渗仪法测定了生物结皮与无结皮土壤的斥水时间和斥水系数,分析了生物结皮对斥水性的影响及其与结皮特性、土壤属性和年均降水量的相关性。结果表明,与无结皮土壤相比,黄土高原生物结皮土壤的斥水时间和斥水系数分别增加了54.85倍和5.80倍,但两者沿降水梯度的变化规律相似,均呈自南向北先减小、后稳定的变化趋势,且生物结皮土壤斥水性的空间变异性高于无结皮土壤;生物结皮土壤的斥水时间和斥水系数与结皮厚度、粉粒含量、黏粒含量、有机质含量、年均降水量呈显著的正相关关系(P≤0.032),与苔藓生物量和砂粒含量呈显著的负相关关系(P≤0.030);非线性回归表明,生物结皮土壤的斥水时间和斥水系数均可用结皮厚度和苔藓生物量进行模拟(R2=0.97,NSE不小于0.99)。研究表明,黄土高原生物结皮的发育显著增加了土壤斥水性,且斥水性沿降水梯度从南到北呈先减小、后逐渐稳定的空间变化趋势,年均降水量主要通过改变生物结皮厚度、苔藓生物量和有机质含量等理化性质而间接影响土壤斥水性。     

土壤湿度指数在黄土高原的适宜性评价

利用1992—2000年间黄土高原地区逐月降雨量、实测土壤湿度数据,结合GIS遥感技术、相关分析等方法,对基于TU-Wien变化检测算法,从ERS散射计数据反演获取的土壤湿度指数(SWI)或表层土壤湿度(SSM),从点和面2个尺度进行了验证。结果表明,在不同的土地利用、土壤质地和地形条件下,SWI或SSM与降水呈正相关(P<0.01)。时间序列方面,降雨、实测值和SWI或SSM基本上呈现出相同的变化趋势;空间分布上,降水和SWI具有相似的分布特征。在点尺度上,选取的7个站点的SWI与降水呈正相关(P<0.01),SWI和实测值的相关性随土层深度加深而下降,仅在10cm处达到显著水平(P<0.01)。对表层10cm的实测数据而言,降水和SWI的相关性要好于其与实测值的相关性。在黄土高原区域尺度上,SWI或SSM能够较为准确地揭示该地区表层土壤湿度的演变和空间分布特征。有长达20年(1992—2011年)之久的数据积累,并且可以免费及时获取的SWI或SSM,对于大范围实测土壤湿度数据匮乏的黄土高原地区而言,是一种具有较高利用价值的土壤湿度监测数据产品。     

黄土丘陵区土壤粒径分布单重分形和多重分形特征

利用单重分形和多重分形方法定量分析黄土丘陵区土壤粒径分布(PSD)特征,同时分析土地利用方式对PSD分形参数的影响。结果表明:研究区PSD呈现出非均匀分布,具有多重分形特征,PSD多重分形谱f(α)-α为不对称的上凸曲线。容量维数D0与土壤质地相关性不明显,信息维数D1、关联维数D2和多重分形谱宽Δα均与粘粒体积分数呈极显著正相关(P<0.01)。土地利用方式对粘粒、粉粒、砂粒体积分数和Dsilt值有显著影响(P<0.01)。多重分形分析为详细描述PSD提供了精确的方法和途径。     

基于DSSAT-CERES-Wheat的黄土高原西部春小麦干旱影响研究

为提出有效措施预防黄土高原西部地区春小麦生产受到气象和农业干旱的影响,估算了1961—2018年期间、时间尺度1～6个月标准化降水蒸散指数（Standardized precipitation evapotranspiration index, SPEI）以及深度0～10 cm和深度10～40 cm的土壤水分亏缺指数（Soil moisture deficit index, SMDI）,探究了气象和农业干旱时空变化规律;利用DSSAT-CERES-Wheat模型模拟了黄土高原西部7个站点春小麦1961—2018年的生长要素和产量数据,分析了其时空变化规律;并研究了气象和农业干旱对春小麦生长过程及产量的影响。结果表明：以甘肃临夏站为例,时间尺度1～6个月SPEI和SMDI的干湿状态总体上一致,SPEI总体呈现干湿交替,深度0～10 cm的SMDI以及深度10～40 cm的SMDI的变化基本一致,均呈现变湿润的趋势。DSSAT-CERES-Wheat模型模拟黄土高原西部春小麦生长过程和产量方面的效果良好（决定系数R²为0.65～0.84）;1961—2018年春小麦最...     

基于DSSAT-CERES-Wheat的黄土高原西部春小麦干旱影响研究

为提出有效措施预防黄土高原西部地区春小麦生产受到气象和农业干旱的影响,估算了1961—2018年期间、时间尺度1~6个月标准化降水蒸散指数（Standardized precipitation evapotranspiration index, SPEI）以及深度0~10cm和深度10~40cm的土壤水分亏缺指数（Soil moisture deficit index, SMDI）,探究了气象和农业干旱时空变化规律;利用DSSAT-CERES-Wheat模型模拟了黄土高原西部7个站点春小麦1961—2018年的生长要素和产量数据,分析了其时空变化规律;并研究了气象和农业干旱对春小麦生长过程及产量的影响。结果表明：以甘肃临夏站为例,时间尺度1~6个月SPEI和SMDI的干湿状态总体上一致,SPEI总体呈现干湿交替,深度0~10cm的SMDI以及深度10~40cm的SMDI的变化基本一致,均呈现变湿润的趋势。DSSAT-CERES-Wheat模型模拟黄土高原西部春小麦生长过程和产量方面的效果良好（决定系数R2为0.65~0.84）;1961—2018年春小麦最大叶面积指数和地上生物量无明显变化趋势,而产量在2005年之后有增加的趋势。开花期和灌浆期的干旱对春小麦生长过程以及产量的影响更大,SMDI与春小麦生长和产量要素之间的关系比SPEI更为密切,表明农业干旱对春小麦生长和产量的影响更大,其中深度0~10cm的SMDI比深度10~40cm的SMDI影响程度大。时间尺度2个月的深度0~10cm的SMDI是干旱背景下影响春小麦生长和产量的关键时间尺度。本研究为黄土高原西部春小麦生产应对气象和农业干旱提供了参考。