黄土丘陵半干旱区人工林细根分布特征及土壤特性

采用连续钻取土芯法对黄土丘陵半干旱区典型林分和荒坡地进行了根系采样,分析了人工林生长发育过程中的细根垂直分布特征及其土壤特性.结果表明,7个林分细根的生物量、根长密度、表面积、比根长等形态测定参数均具有明显的垂直分布特征,即随着土层深度的增加而显著减小.0-60 cm土层的平均值,细根生物量、根长密度、细根表面积指标均以14龄沙棘林最大,30龄刺槐林次之,10龄刺槐林最小,比根长则以10龄刺槐林最大,14龄沙棘林与30龄刺槐林最小.不同类型林分150 cm以下土层均存在明显的干层现象,乔灌种差异对其影响很小,随着林龄的增加,土壤干燥化程度增加;乔木刺槐林对土壤容重的改善作用大于2种灌木林,随林龄增加改善土壤容重的深度增加;不同林分土壤有机碳垂直分布特征与根系一致,0-60 cm土层的土壤有机碳平均含量,以24龄沙棘和50龄柠条林最高,10龄刺槐林最低.     

土壤水分胁迫对红砂幼苗细根形态和功能特征的影响

通过盆栽人工模拟干旱试验,研究了土壤水分胁迫对红砂幼苗细根形态及功能的影响。结果表明:(1)随胁迫程度的加剧红砂幼苗细根直径和体积呈减小趋势,而根长、比根长、表面积、比表面积均呈增大趋势,表明在胁迫条件下,红砂幼苗细根可通过根长、比根长、表面积、比表面积的增加与直径和体积的减小来适应逆境胁迫。随根序的升高红砂幼苗细根直径呈增大趋势,而根长和比根长表现出减小趋势,比表面积呈先升高后降低的趋势。(2)随胁迫程度的加剧红砂幼苗细根全C含量呈降低趋势,而全N含量先呈明显的降低趋势,后呈升高趋势,表明在中度胁迫下红砂幼苗细根呼吸作用明显降低。随根序的升高红砂幼苗细根全C含量呈增加趋势,而全N含量呈下降趋势,表明红砂幼苗较低级根序具有较强的呼吸作用与代谢活性。(3)红砂幼苗细根根长与全C含量之间呈极显著正相关关系;直径与全C含量之间呈显著正相关关系;比根长与C含量呈显著负相关关系。     

沙地小叶杨和柠条细根分布与土壤水分消耗的关系

以生长在陕北水蚀风蚀交错带沙地上的人工小叶杨（Populus simonii）和柠条（Caragana korshinkii）为研究对象,采用剖面法调查2个树种的细根分布特征,通过2年土壤水分定位观测研究,初步分析沙地小叶杨和柠条细根分布与土壤水分消耗的关系。结果表明：1）沙地小叶杨和柠条随土层深度增加,细根表面积密度逐渐减小,0～100cm土层分别集中了整个剖面细根总量的63％和95％;2）小叶杨和柠条林地剖面土壤水分与细根垂直分布密切相关,小叶杨和柠条林地土壤水分特征类似,可分为3个层次：0～50cm土层为速变层,50～200cm土层为缓变层,200cm以下土层为缓慢衰减层;3）2年观测期内,小叶杨和柠条林地总蒸散量接近,与同期降水量基本持平,而裸沙地土壤储水量增加;4）小叶杨和柠条细根趋于浅表化的分布特征是对沙地浅层土壤经常获得雨水补给适应的结果。研究结果可为水蚀风蚀交错带沙区防护林建设提供理论依据。     

宁南黄土丘陵区荒坡地土壤水分分布与运行特征

用土钻法连续5年对荒坡地不同坡向、坡位的土壤水分进行了定位测定,表明不同坡向土壤水分差异显著,南坡和北坡相比,0～2m土层北坡含水量高,但1～2m土层南坡比北坡土壤含水量高。荒坡地耗水深度南坡2.3m,北坡1.3m。坡地蒸散平均305～335mm,其中90%来自大气降水。     

滴灌苜蓿田间土壤水盐及苜蓿细根的空间分布

为了明确滴灌苜蓿土壤水、盐运移,细根分布及细根生物量动态,该文对苜蓿进行滴灌和漫灌试验,结果表明,漫灌水分集中在15 cm浅层土壤内且分布均匀,含水率在19.5%~20.5%之间。滴灌水分高值区集中在水平方向距滴头15 cm,深度为40 cm的土层中,含水率达到18.0%~20.0%。漫灌对0~25 cm深度土层盐分淋洗作用明显,土水比1:5土壤水提液的电导率由灌前的0.4~0.5 m S/cm下降到0.3 m S/cm以下;滴灌可使根区盐分下降至0.2 m S/cm,显著低于灌溉初始的盐分含量(P0.05)。与漫灌比较,滴灌苜蓿细根集中分布在水平方向距滴头0~30 cm,垂直深度0~50 cm范围内。生长季各时间节点滴灌细根总量高于漫灌,其平均值分别为211.6和198.3 g/m2。滴灌和漫灌各时间节点细根量表现出明显的波动,其范围分别在193.2~243.6和182.7~219.1 g/m2之间。在整个生长期内,滴灌活根量高于漫灌,且生长前期滴灌死根量变化较漫灌平稳。活细根和死细根之间的周转使得两者呈现出此消彼涨的状态,表明细根具有生长-凋亡-再生长的周期性。该研究可为滴灌技术在苜蓿栽培上的应用提供参考。     

聚水阻渗措施对矮砧密植苹果园土壤水分、硝态氮及果树细根的影响

为提高土壤水肥利用效率,探索适宜渭北地区苹果园发展的聚水阻渗措施。通过大田试验,以矮砧密植苹果园为研究对象,分析不同聚水阻渗措施对土壤水分、硝态氮和果树细根的影响。结果表明：在垂直方向,防渗层、起垄+防渗层、起垄+覆膜+防渗层处理均可有效提高0—40 cm土层土壤含水量、硝态氮含量和细根根长密度,其中,起垄+防渗层和起垄+覆膜+防渗层处理土壤含水量和细根根长密度高于防渗层处理,硝态氮含量则低于防渗层处理。在50—100 cm土层,3种处理措施均降低土壤硝态氮含量,有效缓解硝态氮淋溶累积。在水平方向上,起垄+防渗层和起垄+覆膜+防渗层处理使定植带内(树下、株间)土壤含水量与根长密度平均分别提高15.1%,5.0%,硝态氮含量降低8.6%,防渗层与清耕处理相比无显著差异。在施肥沟内(中间点),3种处理措施使土壤水分含量和细根根长密度增加,土壤硝态氮含量降低,以起垄+覆膜+防渗层处理效果最好,使土壤含水量和细根根长密度分别增加48.6%,48.3%,硝态氮含量降低17.4%。在所有处理措施中,起垄+覆膜+加防渗层处理对果园土壤环境和果树根系的调控效果最佳,研究结果为渭北地区矮砧密植苹果园聚水...     

泥石流源区新银合欢细根质量动态与垂直分布特征

 以中国科学院东川泥石流观测站人工林中3、5、9、14和20年生新银合欢为研究对象,采用分层挖掘法对距树干1.0 m处细根质量动态与细根质量密度分布进行研究。结果表明:新银合欢细根质量在相同范围剖面中并非随树龄的增加而单一增大,而是先减小后增大;不同树龄细根质量密度最大值都出现在0～20 cm土层,呈现出明显的表聚特征,但随树龄的增加,根系集中化特征减弱,表现为向深层化扩张、均匀化方向发展;细根质量密度与土层深度相关性关系明显,垂直分布特征遵循指数函数分布,其中根径D≤2 mm细根在细根分布特征中起主导作用,而2 mm<D≤5 mm细根对细根分布特性影响不大。研究结果可为生物措施防治泥石流提供重要依据。     

宁南黄土丘陵区不同植被措施的土壤水分特征

 为阐明宁南黄土丘陵区不同植被措施与土壤水分特征之间的关系,应用离心机法及定水头法分别测定土壤的水分特征曲线及土壤饱和导水率,研究该地区植被措施下土壤的水分特征。结果表明:土壤含水量与土壤水吸力之间的关系符合幂函数θ=aSb,且相关水平达极显著。参数a的大小与不同植被有一定的关系,且呈现出有规律的变化,苜蓿>沙棘>天然草>杏树>柠条>农田。土壤饱和导水率天然草与苜蓿最高,农田最低,沙棘、柠条等灌木林地居中。在同一吸力范围内,苜蓿的含水量最高,沙棘次之,天然草、柠条及杏树含水量基本相同,农田最低。在低吸力段土壤平均含水量为苜蓿>沙棘>农田>天然草>杏树>柠条,但除苜蓿及沙棘外,农田、天然草、杏树及柠条差异不大。在中吸力阶段,平均土壤含水量苜蓿>天然草>杏树,且苜蓿相对较高,随着土壤吸力的增大,土壤含水量差异逐渐缩小。凋萎含水量除苜蓿最大,其次为沙棘和天然草,柠条、杏树次之,农田最低。     

柠条锦鸡儿细根表面积密度对土壤水分空间分布的响应

为研究柠条锦鸡儿(Caragana microphylla)细根与土壤水分的空间关系,以内蒙古农牧交错带10 a生柠条锦鸡儿细根为研究对象,对细根表面积密度与土壤含水率之间的关系进行了初步探讨。分别对柠条锦鸡儿细根和土壤水分的空间分布情况进行研究发现,垂直和水平土层方向各标准地柠条锦鸡儿细根表面积密度与土壤含水率均呈极显著相关,相关系数均大于0.65(P0.01)。经回归分析建立柠条锦鸡儿细根表面积密度与土壤含水率之间的关系模型并对模型进行验证,验证结果发现该模型可以很好地描述两者之间的关系(R~2=0.84,P0.01)。撂荒地土壤含水率比柠条地高71%,研究区柠条地出现至少200 cm的土壤干层,部分土层接近凋萎湿度,柠条生长受阻。研究结果对于干旱区人工柠条林的栽植管理具有重要意义,可为北方农牧交错带生态环境建设及植被恢复提供理论依据。     

柳枝稷的生长发育与土壤水分特征

1992-1998年中国科学院安塞水土保持综合试验站在山地、川地引种10份原产美国的柳枝稷（Panicum virgatum）材料，经过7a测定，数据表明柳枝稷在3～5a生长高峰期对土壤水分需求最大，产量最高。从土壤水分含量的变化来看，柳枝稷草地在80-200cm土层已经形成土壤干层，而且在经过生长季节降雨和休闲期的雨雪水分补充不能够补偿，这主要是维持较大的生产力造成。柳枝稷在半干旱黄土丘陵区有较强的适应性，这对当地人工草地建造、天然草地改良具有重要意义。通过对柳枝稷驯化栽培的人工草地在黄土丘陵半干旱地区立地条件下生产力与土壤水分特征的比较，以揭示柳枝稷的生态适应性对其地上生物量形成规律的影响，为该地区合理利用牧草资源、提高草地的生产能力提供依据与参考。     

黄土丘陵区不同树龄旱作枣园土壤水分动态

采用Trime-IPH管式TDR系统,对黄土丘陵区2龄、6龄、10龄、15龄旱作红枣林(Ziziphus jujube cv.Junzao)生育期内土壤剖面含水率进行连续监测,以探讨旱作枣林土壤含水率随树龄的变化特征。结果表明:2014年0.4 m以下土层、2015年0.6 m以下土层土壤含水率随红枣林树龄增加,呈减少趋势。2014年常态年红枣林土壤水分随生育期变化整体呈上升趋势;2015年干旱年红枣林土壤水分随生育期变化整体呈下降趋势。各树龄红枣林0~0.6 m土层土壤水分波动较大;0.6~1.8 m土层干旱年时形成季节性低湿层;1.8~3.0 m土层土壤水分呈常年低湿状态。持续干旱条件下,2龄、6龄红枣林雨后7 d土壤水分损失率分别为20%和19%,显著高于10龄、15龄红枣林土壤水分损失率(13%和18%),而雨后18 d,2龄、6龄红枣林土壤水分损失率增速缓和,10龄、15龄红枣林土壤水分损失率呈显著上升趋势。干旱年时红枣林在开花坐果期和果实膨大期需增加水分管理措施以有效降低枣树自身奢侈性耗水和非生产性耗水,实现红枣林可持续发展。     

渗灌管埋深与灌溉量对枣树产量和水分利用效率的影响

探寻适宜的地下渗灌埋深和蒸发皿蒸发量系数组合对旱区枣树根系生长、产量和水分利用效率的影响。采用作物-皿系数(Kcp)作为灌溉水量计算标准,设3种地下渗灌埋深D15(15cm)、D30(30cm)、D45(45 cm)和4种灌水量W0.6(Kcp=0.6)、W0.8(Kcp=0.8)、W1.0(Kcp=1.0)、W1.2(Kcp=1.2)水平的2因素的大田试验。结果表明:随着灌水量的增加,各处理在垂直方向0～100 cm和水平距离0～80 cm土层中含水率越高;随着地下渗灌埋深的增加,土壤含水率峰值均向下移动。灌水量和地下渗灌埋深对20～80 cm土层的根系分布影响较大,D30W0.6和D30W0.8处理较其他处理提高20～60 cm土层的根系干质量密度,D45W1.0和D45W1.2处理较其他处理提高60～80 cm土层根系干质量密度。D30W1.0处理有利于增加枣树枣吊长度、每吊开花数、每吊座果数、座果率以及提高产量;2017和2018年D30W0.8处理水分利用效率最高分别为4.68、5.32 kg/m³,并且产量较D30W1.0处理降低了9.32%、5.94...     

地下滴灌夏玉米的初步试验研究

通过观测地下滴灌夏玉米全生育期不同生长阶段的土壤水分、根系的生长发育状况及其生物量、产量等,研究分析了地下滴灌不同的土壤水分处理条件下的土壤水分运移与分布规律,以及其对夏玉米的根系、产量和生物量的影响关系,建立了根系吸水模型,并研究其节水机理。阶段试验结果表明：地下滴灌可以高效地控制灌溉用水量,对作物的根系、产量及生物量产生直接影响;有可能通过土壤水分调控来影响作物能量的协调、平衡关系,达到最优根冠比,合理提高水的利用率和利用效率。     

多点源滴灌条件下土壤水分运动的数值模拟

为了摸清多点源滴灌条件下的土壤水分运动规律,为密植作物滴灌系统的合理设计提供依据,本文根据非饱和土壤水动力学理论和多点源滴灌条件下土壤水分运动特征,建立了多点源滴灌条件下土壤水分运动数学模型,利用商业化软件Hydrus对模型进行了求解。模拟结果与实测情况对照表明,模拟的入渗过程与实测的入渗过程基本吻合,均遵循点源入渗、湿润区交汇和最终形成湿润带的演变规律;模拟的交汇时间和入渗深度与实测的相比,偏差均在10%以内;在湿润锋交汇前,湿润区内部土壤含水率模拟值与实测值的差异较小,吻合较好,在湿润锋交汇后,湿润区上部土壤含水率的模拟值要比实测值小一些。总体而言,模拟结果还是能比较真实地反映多点源滴灌条件下的土壤水分运动规律,可为滴灌系统的合理设计及运行提供一定的理论依据。     

地下滴灌条件下土壤水能态研究

研究灌水器与土壤界面处的能态是研究地下滴灌土壤水分运动的关键之一。该文通过理论和试验相结合的方法,探讨了地下滴灌土壤水势的分布状况。结果表明:根据灌水器的流量和土壤的导水性之间的关系,将其分为两种情况,在灌水器流量不大于土壤扩散能力时,灌水器出口处的土壤水势等于该处的土壤吸力,为非正压状态;否则,灌水器出口处的土壤水势为正。理论分析和室内试验结果均表明,对同一土壤,影响地下滴灌土壤水势分布的主要因素是灌水器的额定流量和土壤初始含水率,在一定的流量范围内,灌水器出口的稳定正压随灌水器流量的增大而增加,随土壤初始含水率的增大而降低。在此基础上,提出地下滴灌条件下土壤水势分布的近似计算式,并简要分析了这一特殊土壤水分分布对地下滴灌系统的影响。     

滨海重度盐碱地微咸水滴灌水盐调控及月季根系生长响应研究

滨海盐碱地是滨海地区重要的土地资源,随着滨海地区城镇化进程及生态文明建设的发展,迫切需要低成本、快速、可持续的滨海盐碱地原土植被构建技术。针对滨海盐碱地原土建植与咸水/微咸水资源的利用,该研究以月季(Rosa chinensis)为例,采用微咸水滴灌技术进行滨海盐碱地水盐调控植被构建。试验在渤海湾曹妃甸区吹沙造田形成的典型沙质滨海盐渍土上进行,设计了灌溉水电导率(ECiw)为0.8、3.1、4.7、6.3、7.8 dS/m的5个处理,研究滴灌水盐调控对土壤盐分淋洗及月季根系生长和分布特征的影响。结果表明:在渤海湾滨海地区气候条件下,先进行淡水滴灌盐分强化淋洗和缓苗灌溉,随后采用7.8 dS/m的微咸水滴灌,0～100 cm土层土壤盐分得到了有效的淋洗,尤其是根层0～40 cm土壤盐分经过一个月左右,由初始28.33 dS/m降低到均小于4 dS/m,一个低盐适生的土壤环境得到快速营造;随着ECiw的增加,0～40 cm土层土壤最终趋于稳定的盐分呈增加趋势,土壤脱盐过程可以被logistic方程描述,脱盐过程可划分为快速脱盐、缓慢脱盐和盐分趋于稳定3个阶段;94%以上的月季根系主要分布在0～20cm的表层土壤中,随着ECiw的增加,根系生物量显著降低,根系受盐分胁迫生理干旱影响向土壤深处生长以扩大水分空间。研究认为,采用短期淡水滴灌盐分强化淋洗和缓苗淡水滴灌、随后进行微咸水滴灌的方法,可以实现土壤盐分的快速淋洗并维持在较低水平,但受盐分对根系生长的影响会作用于植物地上部分生长及植物存活,因此需要结合植物耐盐性及生产目标(产量、景观)确定适宜灌溉水矿化度阈值。     

大田地下滴灌土壤水分分布均匀度评价方法

灌水均匀度是评价灌水质量的重要指标,灌水后的土壤水分分布均匀度是灌水均匀与否的最终体现。选择最佳的土壤水分取样点数是进行经济、准确评价灌水后土壤水分分布均匀度的基础。在新疆地下滴灌棉田中,灌水后2 d（土壤水分相对稳定）进行取样,实测田间土壤水分分布,抽样分析了样本数与土壤水分分布特征及均匀度之间的关系。结果表明,随样本数的增加,对应的土壤水分布均匀系数（克里斯琴森均匀系数Cu）的变幅缩小,并向其均值集中。从样本数量上分析,样本数在15到60之间,其Cu的均值变化并不明显;在试验条件下,进行大田土壤水分监测评价时,均匀分布的取样点个数应不少于24个。Cu和配水均匀度（Du）之间存在较好的相关性,但用实测结果得出的系数与相关手册的推荐值之间存在一定的偏差,互算时需加以考虑。采用均匀25点取样,对大田棉花地下滴灌的土壤水分分布状况进行了评价。结果表明,地下滴灌条件下,毛管附近的土层土壤含水率变幅最大;与上、下土层相比,灌水前毛管附近（20～40 cm）处的土壤水分均匀度较低,灌水后其均匀度大幅提高。     

水肥耦合对膜下滴灌甘蓝根系生长和土壤水氮分布的影响

水肥施用制度是影响水肥利用效率和作物产量的主要因素。该研究主要针对大棚种植甘蓝膜下滴灌下采用不同水肥施用制度时作物根系生长和土壤水氮分布开展试验观测分析,在已有研究推荐的氮肥用量范围中选取了3个氮肥用量(200、300和400 kg/hm2)与制定的灌水方案(上/下限:90%θf/75%θf、100%θf/85%θf和100%θf/75%θf,θf为田间持水率)建立了低水高肥、高水低肥和中水中肥3种水肥施用制度方案,在水利部节水灌溉示范基地大棚内开展了2季田间对比试验。试验结果表明:较高的灌水下限(85%θf)会增加甘蓝根系在0～20cm土层中的分配比例,较高的水肥用量能增加根系质量;处理2(高水低肥)的灌水施肥制度可使根系层土壤保持较高的含水率和较小的变异系数,且灌溉水向深层渗漏不明显,生育期内各处理土壤硝态氮和铵态氮的变化主要发生在0～40 cm土层,40 cm以下土层变化较小,而对于根系98%以上分布在40 cm以上土层的甘蓝来说,这有利于根系对N素的吸收利用,从而提高甘蓝对氮素的利用效率;施肥时灌水量较大会引起硝态氮和铵态氮向深层淋失的危险,且300和400kg/hm2的施氮量在作物收获后土壤表层硝态氮残留量较大。综合分析,该试验认为甘蓝适宜的施氮量200 kg/hm2,适宜的灌水下限85%θf、灌水上限100%θf,该结果可为设施膜下滴灌甘蓝水肥管理和减轻农业面源污染提供技术参考。     

地下水埋深对膜下滴灌棉田水盐动态影响及土壤盐分累积特征

为了探究不同地下水埋深条件下膜下滴灌农田的水盐运移规律,于2012—2016年在新疆库尔勒绿洲,对采用膜下滴灌结合冬春灌压盐的棉田开展定位观测,在不同位置处150 cm深土壤剖面进行水盐监测,探究不同生育阶段地下水埋深与土壤水盐含量的关系。结果表明,膜下滴灌农田土壤水分呈反"S"型分布,土壤盐分呈"酒杯"状表聚型分布;试验期内地下水埋深从2~3 m增加到5~6 m,相应地苗期和非生育期返盐程度显著降低,收获期盐分含量下降;5a来土壤含盐量从6.5 g/kg下降到1 g/kg,土壤累积含盐量与地下水埋深呈负的指数关系;深层水分交换量表明土壤水和地下水间的联系明显减弱。建议将类似地区的地下水埋深控制在3.5 m左右,膜下滴灌结合冬春灌淋洗可有效抑制土壤层盐分累积,并可保证自然植被的生态需水。