砂田退化对土壤温度和蒸发影响的模拟研究

根据砂田不同耕作年份实地取样,并进行粒径分析,结果表明,砂层中混入的土含量随着砂田耕作年限增加而逐步增加;参照实地取样后粒径分析,以砂层混入土的不同重量百分比梯度设置处理T1-5%、T2-10%、T3-20%、T4-25%、T5-30%、T6-40%,并设对照CK1(纯砂砾覆盖)和CK2(无覆盖裸地),进行温度变化和蒸发效应的模拟研究。结果表明,5 cm、10 cm的土壤温度在8:00和20:00均随着退化程度的加重而降低,而在中午则呈横置S状;与对照纯砂砾覆盖CK1相比日高温延时性随退化程度加重而逐步减弱,日积温减小且昼夜温差增大;蒸发强度随着砂田退化程度的加重而逐渐增强,无覆盖处理蒸发量约是纯砂砾覆盖蒸发量的3倍,而严重退化的处理T5 、T6分别是纯砾石覆盖的2倍,即严重退化砂田年蒸发量要比CK1多110 mm。     

砾石直径和补灌量对砂田西瓜根系分布的影响

采用剖面取样分析方法对砂田西瓜4种补灌量（0 mm,23 mm,4 mm 5和68 mm）和三种粒径（2~5 mm,5~20 mm和20~60 mm）砾石覆盖及不覆盖对照的根系分布进行了研究。结果表明,砂田西瓜有一个发达的根系,根系最长可扩展到1.5 m的深度,但83%以上的根系集中在1 m以上的土层,西瓜田覆盖砾石比对照的根系长度密度增加75%以上。砾石直径20~60 mm的覆盖处理,RLD显著高于2~5 mm直径的处理,降雨量较高的2002年,顶部50 cm土层有更多的根系,降雨量少的年份,下部土层的根系明显增多,但整个土层的总根系长度低于降雨较多的年份。2001年补灌45 mm和68 mm处理的根系长度密度明显高于不补灌的处理,但2002年随补灌量的增加,下部土层根系长度密度减少。降雨少的2001年,补灌增加了西瓜根系的长度密度、蒸散量、产量和水分生产率,而降雨多的2002年,补灌后根系长度密度减少,水分生产率降低。不同直径的砾石覆盖,产量没有显著差别,但由于大粒径砾石覆盖增加了土壤蒸发,虽然根系长度密度增加,但水分生产率降低。结果说明,砾石直径、降雨和补灌量对砂田西瓜的根系分布有明显的影响,用5~20 mm粒径砾石覆盖,并保持适度的水胁迫不仅有利于根系的扩展,而且能提高西瓜的水分利用率。     

干旱半干旱地区砂田结构及水分特征

为研究砂田的剖面结构和水分特征,对可用砂田和废弃砂田的剖面结构、土壤含水量、容重和田间最大持水量进行分析测定;建立模拟砂田,研究不同的砾石覆盖条件对土壤水分的影响。结果表明,具有共性的砂田剖面分为5层,分别命名为覆盖层、混合层、根系密集层、淋溶层和钙积层。砾石覆盖可以显著增加土壤含水量,加深淋溶层的下限,剖面结构完整的砂田比结构不完整的砂田的土壤水分状况好。下层土壤含水量显著受上层土壤含水量的影响。以小粒径砾石覆盖且覆盖厚度9 cm,最适土壤水分积累。砂田在覆砂的第一年土壤水分含量最低,之后逐渐增加,至覆砂后的6~12 a,土壤水分含量达到最高,之后逐渐降低。覆砂后6 a左右,土壤容重最小,田间持水量达最大值,此后随着砂田使用年限的增加,土壤容重逐渐增大,田间持水量逐渐减小。     

砂田西瓜不同粒径砂砾石覆盖的水分效应研究

为分析不同粒径砂砾石对砂田西瓜蒸散量和土壤蒸发的影响,2004年在位于黄土高原西北部的皋兰县境内进行了不同粒径砂砾石覆盖的水分效应研究,结果证明砂砾石粒径大小对砂田西瓜蒸散量和土壤蒸发有显著影响,粒径2~5mm覆盖处理的蒸散量显著低于粒径5~20mm和20~60mm处理,但与不覆砂的对照没有显著差异。粒径愈大,砂田土壤蒸发愈多,土壤蒸发在西瓜田总蒸散中占的比例愈高。覆砂能够有效减少土壤蒸发,未覆砂处理全生育期土壤蒸发耗水占西瓜蒸散的40.7%,而覆砂处理仅占总蒸散的17.8%~25%。西瓜田覆砂加覆膜,土壤蒸发比不覆盖田减少78~93.7mm,比仅覆砂不覆膜田减少16.9~26.3mm。不同粒径砂砾石处理之间的产量差异不显著,但水分生产率有显著差异,2~5mm粒径砂砾石覆盖处理的水分生产率显著高于20~60mm粒径处理。但砂砾石粒径减小,砂田西瓜的含糖量降低。研究结果还证明,西瓜田覆砂能有效地提高其产量,含糖量和水分生产率,适合砂田覆盖的砂砾石粒径以5~20mm为宜。     

层状土壤中砂层层位对潜水蒸发的影响

通过室内一维土柱实验,研究了夹砂层土体构型中砂层层位对潜水蒸发的影响,分析了其影响机理,进一步讨论了砂层位置和水分蒸发的定量关系。结果表明,砂层对于水分的蒸发既有促进也有抑制作用,在地下水埋深为50cm时,5cm厚的底砂层可使水分的蒸发强度增加10％-20％；砂层距水位的距离大于5cm时,砂层可抑制水分的蒸发,且当距离增加到35cm左右,其抑制率可达70％-80％；当砂层距水位的距离继续增大时,水分的蒸发强度基本保持不变。这主要是由砂层自身的导水率变化以及砂层与同剖面中其它土质导水率的相对大小发生变化而引起。累积蒸发量与砂层层位以及蒸发历时之间定量关系的建立为预测砂层对潜水蒸发的影响以及估算特定历时蒸发损失量最小的砂层层位提供了依据。     

甘肃砂田西瓜覆膜补灌效应研究

为证明集雨补灌对砂田西瓜是否有效,在甘肃省皋兰县进行了集雨补灌效应研究,结果表明:在西瓜全生育期,各处理的土壤水分呈波动性下降,0～120cm土层含水量下降幅度在2.59%～4.13%之间,补灌量愈大,土壤含水量的下降幅度愈小。砂田西瓜全生育期耗水较少,不同补灌量处理的耗水量在175.9～218.9mm之间,比小麦等大田作物低100mm以上。灌水量对结瓜期的耗水量影响很大,灌水量增加,结瓜期耗水量增大。不同补灌量处理的西瓜产量差异达显著水平,随灌水量的增加,产量、单瓜重和采收瓜数相应增加。补灌量对西瓜的含糖量也有影响,补灌量低于45mm,各处理之间含糖量的差异不大,补灌量为67.5mm,西瓜含糖量降低4.4%以上。适量补灌可以提高西瓜水分利用效率,其中滴灌67.5mm处理水分利用率最高,达到267.2kg·hm-2·mm-1,比不补灌处理提高17.0%。但随灌水量的增加,灌水效率降低,单方水产值减少。由于补灌对西瓜的产量、含糖量和水分利用率都有影响,只有适时适量补灌,才能即提高产量和水分利用率,又不降低品质。研究结果证明,砂田集雨补灌栽培西瓜是集雨水利用的一种较经济高效的方式,但最佳补灌量应控制在45mm左右为宜。     

砂田集雨补灌对西瓜产量和土壤水分的影响

砂田在干旱半干旱地区是传统保水保墒的耕作方式,至今已有300多年的历史。对传统的砂田配合现代集雨滴灌技术种植西瓜,供试品种是西农8号,试验处理为集雨滴灌砂田(DSF),传统砂田(CSF),不覆砂的传统土田(CEF)。通过甘肃景泰十里砂河村的田间试验表明,产量比传统砂田提高近3倍。产量提高最主要的因素是在西瓜水分受到胁迫的几个关键需水期,及时实施了集雨补灌技术。从田间水分变化分析了集雨补灌砂田的增产机理。     

科尔沁沙地樟子松水分来源贡献率的稳定同位素模型估计(英文)

利用稳定同位素技术测定降水、土壤水、植物茎干水的同位素组成,结合多元线性混合模型(IsoSource)确定科尔沁沙地东南部樟子松人工林内樟子松的根系吸水范围以及各水源的水分贡献率。通过连续观测强降水事件前后樟子松水分来源的变化,探究降水对樟子松水分利用的影响。结果表明樟子松茎干水与20cm以下土层的土壤水同位素组成最为接近,樟子松的水分吸收主要集中在这一层(最大取样深度80cm)。IsoSource模拟结果与观测结果一致,土壤水分条件较好时,大约60%以上的水分来自于20-80cm土层;当这一深度土壤含水量降低时,樟子松将会更多地依赖更深层的土壤水分。樟子松根系分布的最大深度远小于地下水位,因此很难利用到地下水。2009年7月13日14.4mm的降水前后,樟子松茎干水同位素组成的变化表明,降水结束后36小时樟子松可以感应到降水对表层20cm土壤水分的补充,这一土层的水分贡献率在接下来的24小时内迅速降低。不同水分条件下水分来源的多样性表明樟子松能较好地适应沙地生境。     

绿洲农田土壤斥水性及其影响因素

土壤斥水性（Soil Water Repellency，SWR）指水分不能或很难湿润土壤颗粒表面的现象，对农业水管理、土壤水入渗、农化污染物运移及土壤侵蚀有重要影响，土壤斥水性在绿洲化过程中的变化特征及其影响因素尚不明确。在甘肃临泽绿洲分别选取未开垦的沙地（0年）及开垦10、30、50、100年绿洲农田表层土壤（0~5 cm），分别测定土壤有机碳含量、土壤质地（砂粒、粉粒、黏粒）和土壤pH，并用毛管上升法测定土壤斥水性。结果表明：土壤斥水性随着开垦年限的增加而不断增加。不同开垦年限土壤的“土-水”接触角58°~89°，差异显著（P<0.001）。土壤有机碳含量、土壤质地和土壤pH均与“土-水”接触角存在显著的回归关系（P<0.001）。逐步回归分析的结果表明，绿洲化过程中土壤有机碳含量和pH共解释了土壤斥水性72.1%的变异。因此，在绿洲农田进一步研究土壤斥水性对土壤水运动的影响应更多关注土壤有机碳和pH两大因素。     

黄土高原旱作区马铃薯叶片和土壤水势对垄沟微集雨的响应特征

于2011年在黄土高原半干旱地区以平地不覆膜为对照,研究了不同沟垄和覆膜方式对马铃薯叶片和土壤水势水势的影响。结果表明：不同沟垄和覆膜方式在不同土层和不同生育期对土壤和叶片水势的影响差异显著。（1）土壤水势日变化趋势：0～20 cm土层,土垄处理在开花期为先下降后上升型,土垄和覆膜垄处理在块茎膨大期为先下降后上升型,覆膜垄和全膜双垄沟播处理在成熟期为先下降后上升型,其余为逐渐下降型;20～40 cm土层,各处理土壤水势呈逐渐下降趋势。（2）叶片水势日变化趋势：开花期和块茎膨大期表现为双低谷型,双低谷分别在13：00和17：00,成熟期为“V”型,即单低谷型,低谷出现在17：00。各处理变化趋势相同,但水势存在差异。土垄处理在水分关键期（开花期和块茎膨大期）叶片水势显著高于其他处理,而全膜双垄沟播处理在成熟期最高。（3）生育期土壤水势和叶片水势均表现为先减小后增大的趋势。20～40 cm土层对叶片水势影响较大,土垄处理在该土层具有较好的水分状态,蒸腾作用较强加速了水分运移速率,是导致覆膜垄和全膜双垄沟播处理水势低于土垄的主要原因。在前期降雨较少的年份,由于较小的蒸腾作用,土垄处理可以保证马铃薯承受较小的水分胁迫;在前期降雨量较多的年份,覆膜垄和全膜双垄沟播处理则可以凭借其较大的蒸腾作用发挥较大的增产效果。     

土地覆盖类型对科尔沁沙地南缘土壤有机碳储量的影响

研究了科尔沁沙地南缘土地覆盖由流动沙地向人工林地、农田及固定沙地等转变后,0~60 cm土层有机碳储量的变化。结果表明：农田土壤有机碳含量增加最明显,为流动沙地的3.97倍且相同层间差异均显著;樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）林地、新疆杨（Populus alba var. pyramidalis）林地、小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）群落土壤有机碳含量较流动沙地分别增加79.78%、138.20%、73.07%,差异主要在0~20 cm土层;围封草地和中度放牧草地分别增加116.85%和133.71%,差异主要在0~40 cm土层;固定沙地比流动沙地增加49.44%,差异主要在0~20 cm土层。土地覆盖类型转变后,由于受到土壤容重的影响,土壤有机碳密度在0~20 cm土层变化较明显。8种土地覆盖类型可分为4组：CL1（农田）、CL2（新疆杨林地、围封草地、中度放牧草地）、CL3（樟子松林地、小叶锦鸡儿群落、固定沙地）和CL4（流动沙地）。另外,土壤有机碳含量和密度在土壤剖面上的分布也随着土地覆盖类型的变化而不同。     

高寒沙地人工植被恢复区地表沉积物粒度特征

共和盆地位于青藏高原东北部,是典型的高寒干旱、半干旱荒漠区.青海省治沙试验站经过近50年的发展,形成以封沙育草区、固沙造林区和农田林网区为一体的绿洲防护体系,成为中国高寒沙地土地沙漠化综合整治的典型示范.本文选择典型固沙植物柠条(Caragana korshinskii)和乌柳(Salix microstachya),针对不同治理年限的沙丘和丘间地,探讨治理50年后人工植被恢复区地表60 cm深度土壤粒度的时空变化.结果表明:直播柠条能促进沙丘地表60 cm土层沉积物的细化,尤以地表5 cm更甚.土壤颗粒的变化与植被生长状况及物质来源有关.     

塔里木河下游典型绿洲滴灌防护林地土壤水盐时空动态

通过野外定位观测,对塔里木河下游典型绿洲防护林地灌溉周期内、不同滴灌年限以及不同质地类型土壤水盐动态进行监测分析。研究结果表明:①绿洲幼龄防护林地土壤水盐变化属于灌溉周期型;灌后土壤湿润体呈“半椭球型”分布,积盐区位于湿润峰附近;当前防护林（沙壤土）滴灌周期为10 d较为合适。②实施滴灌1 a、2 a和5 a林地（沙壤土）土壤水分亏缺量逐年增大;0～20 cm土层随滴灌年限的增大先脱盐后积盐,20～120 cm土层均表现为脱盐。③滴灌5 a后,粉黏土林地表层板结层的形成显著抑制40～60 cm土壤水分蒸发,盐分呈“表聚型”分布;细沙土林地土壤持水性差,各土层盐分呈“均匀型”分布;沙壤土林地持水性较细沙土林地略高,盐分呈“波动型”分布。     

新疆奇台绿洲农田灌溉前后土壤水盐时空变异性研究

对比研究了新疆奇台县绿洲农田灌溉前后土壤水盐的时空变异特征。结果表明,灌溉前,剖面各层土壤含水量较低（18.43%～20.30%之间）,且呈中等（偏弱）变异性。大水漫灌后1周,除40～60 cm和100～120 cm土层外,其他层土壤含水量均变为弱变异性;剖面平均土壤含水量升高6.90%,脱盐率达11.37%,其中,表层（0～20 cm）土壤水分增加率（50.93%）及脱盐率（27.14%）最大,底层（100～120 cm）土壤水分增加率（26.59%）及脱盐率（-4.76%）最小。灌后3周,剖面平均含水量减少3.64%,其中,表层（0～20 cm）失水率（28.84%）最大;剖面平均脱盐率降为9.63%,0～60 cm土层平均脱盐率（7.58%）减小,而60～120 cm土层脱盐率（11.01%）增大。除20～40 cm土层外,其他层含水量变异性均与灌前一致,说明含水量已接近灌前水平。至灌后第3周,各层含盐量、剖面平均盐分（中等变异性）及平均水分（弱变异性）含量的变异性未变,但其变异系数均在减小;剖面平均含水量的空间自相关性由中等转为强烈,变程一直增大,而平均含盐量均具有强烈的空间自相关性,变程先增大后减小。     

科尔沁沙地樟子松人工林土壤粒径分布特征

为揭示科尔沁沙地不同林龄沙地樟子松人工林对风沙土粒径分布特征的影响,以中龄、近熟和成熟沙地樟子松人工林风沙土为研究对象,以裸沙地风沙土为实验对照,采用激光衍射技术测定土壤样品粒度组成,计算分析土壤粒度参数特征,绘制土壤粒配曲线。结果显示：（1） 科尔沁沙地樟子松人工林风沙土以砂粒为主,其次是粉粒,黏粒含量最少。随林龄的增长,土壤黏粒、粉粒含量呈增加趋势,砂粒含量呈减少趋势。裸沙地风沙土砂粒含量多高于同层林地土壤。（2） 科尔沁沙地樟子松人工林风沙土质地较粗,分选性较差,偏度值多为正偏度,峰度值多为尖窄,0~10 cm和10~20 cm风沙土分形维数分别为2.18~2.43和1.98~2.17。裸沙地风沙土质地更粗,分选性更好,分形维数更小。（3） 科尔沁沙地樟子松人工林风沙土的粒度频率分布曲线均为双峰型。随林龄的增长,10~20 cm风沙土的土壤颗粒细化滞后于0~10 cm。林地悬移组分的含量高于裸沙地,裸沙地跃移组分的分选性高于林地。科尔沁沙地不同樟子松人工林风沙土粒径分布特征存在显著差异,本研究结果可为科尔沁沙地土地沙漠化防治及生态修复提供理论依据。     

Water accumulation in soil by gravel and sand mulches: Influence of textural composition and thickness of mulch layers

The use of gravel and sand as mulch has been an indigenous farming technique for crop production for over 300 years in the semiarid loess region of northwest China. The objective of this study was to determine the influence of texture and thickness of gravel and sand mulch layers on soil water storage by field experiments. The texture experiment consists of three commonly used gravel mulch types: pebble, mixed pebble and sand, fine sand; and the thickness experiment consists of 1, 2 and 3-layers of 2 cm pebbles. Each treatment has three replications. The results indicate that gravel-sand mulches were more effective in conserving soil water, as compared with the bare soil treatment, and the mixed pebble and sand mulch was more effective to conserve soil water than the sole pebble or sand mulch. Soil water content increased with mulch thickness (the number of gravel layers), 1-layer treatment had an average soil water content of 10.85% at 0-60 cm soil layer after a rainfall of 10 mm, 2.42% and 4.92% less than the 2-layers and 3-layers treatments. From May to October in 2004, two and three layers of pebbles conserved 9.8 ± 6.6 mm and 20.0 ± 14.3 mm more water, respectively, as compared with the one layer of 2 cm pebbles at the soil depth of 0-100 cm.     

科尔沁沙地沙丘固定过程中植物生物量及土壤特性

为了解沙丘固定不同阶段植物群落的生物量特点及土壤理化特性的变化规律,研究比较了科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、沙质草地4种生境的地上、地下生物量,并分4层土壤深度分析了土壤理化特性的演变特征及相关关系.结果表明:(1)植物地上生物量与地下生物量显著正相关,0~10 cm土层地下生物量最大,随着沙丘的固定,地下10～20、20～40、40～60 cm深度土层的生物量显著增加,植物地上生物量依次增大,分别为2.20、98.10、131.41、190.38 g·m^-2,地下地上生物量比依次为10.44、1.67、0.81、1.18;(2)随着沙丘的固定,表层土壤容重由1.62 g·cm³下降到1.33 g·cm³,各土层的粉沙和极细沙的占比依次增加,中沙比例依次减小,土壤碳氮含量、碳氮比、pH值、电导率均逐渐增加;(3)地上、地下生物量均与表层土壤碳氮含量、pH值、电导率显著正相关,土壤碳、氮含量均与pH值、电导率、土壤水分含量显著正相关,与土壤容重显著负相关(p<0.05).综上所述,沙丘恢复过程中植物生物量的增加与表层土壤颗粒细化、营养物质增多、水分增加密切相关,土壤-植被系统构成了有机的综合体.     

腾格里沙漠东南缘飞播区白沙蒿植被密度与土壤水分关系的研究

对腾格里沙漠东南缘飞机播种区不同密度白沙蒿(Artemisia sphaerocephala Krasch)人工草地的土壤水分和植物生长状况进行研究。结果表明,白沙蒿密度在5.1~9株·m^-2时,整个生长期土壤水分处于严重亏缺状态, 0~100 cm土层水分含量仅为0.55%~0.7%,白沙蒿死亡率高达55%~76.7%;密度在1.9株·m^-2时,其土壤水分含量在0.65%~1.01%,白沙蒿死亡率为21.1%;密度在1.25株·m^-2时,土壤水分在0.79%~1.48%,白沙蒿无一株死亡,且植株个体生长状况好于密度大样地,并有自繁育苗补偿,这表明研究区种植白沙蒿的适宜密度在1株·m^-2左右。裸露沙地0~100 cm土壤含水量为1.3%~2.48%。