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。     

覆砂年限对砂田砂层质量、土壤水热状况及西瓜生长的影响

为探明砂田土壤水、热状况乃至西瓜生长发育随覆砂年限的变化趋势,为提高中、老砂田的生产效率提供理论依据,本试验选取了5～40年砂田为研究对象,对其砂层含土量、砂层厚度、土壤水热效应及西瓜生长发育进行了研究。结果表明:铺砂年限每增加一年,砂层含土量平均增加0.6%左右,砂层厚度减少0.12 cm左右;西瓜生育期内,10、15、20、30、40年砂田较5年砂田0～20 cm土层积温分别降低了47.68、117.28、122.49、206.56、320.06 ℃;1 m土层内土壤贮水量分别下降了11.74、33.15、39.31、51.99、57.3 mm,表现出新砂田与中砂田较老砂田的增温、保墒效果均随着土层的加深递减,且该趋势在西瓜生育前期较强,中后期逐渐减弱。西瓜生育期随着铺砂年限的延长而延长,土壤水、热状况及西瓜产量、品质、水分利用效率均随着种植年限的延长而逐渐降低,以30年砂田为对照,5、10、15、20年砂田西瓜产量分别增加了170.91%、85.06%、58.76%、46.83%;西瓜含糖量分别提高了1.7%、1.6%、1.3%和0.8%;水分利用效率分别提高了83.48%、35.18%、35.35%和31.50%。     

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。     

黄土高原西部土壤蒸发实验研究

对兰州南北两山绿化区内的土壤蒸发状况,进行比较系统的试验研究。试验采用扰动土土柱内储存水分和人工模拟降雨的方法,对不覆盖/覆玉米秸秆/覆卵石三种处理的土壤蒸发情况进行了分析研究。结果表明,覆盖可有效地抑制土壤蒸发;不覆盖处理的土壤蒸发与土壤水分呈正相关,土壤水分越大,土壤表层保持湿润时间越长,蒸发量越大。在33 d的试验观测期内,三种处理的蒸发动态不同,覆盖处理的土壤蒸发过程没有集中的蒸发高峰期,而不覆盖处理的土壤蒸发过程主要集中在前10 d。土壤累计蒸发量与蒸发时间的回归分析说明,同一时间内各处理的累计蒸发量存在显著差异。     

察尔汗盐湖卤水自然蒸发过程中Ca2+分布规律研究

卤水中钙离子的存在会对盐湖化工生产及其产品质量造成较大影响,研究钙离子在卤水蒸发过程中的分布规律具有重要意义。通过室外自然蒸发及盐田实地采样,研究了察尔汗盐湖盐田生产过程中钙离子分布变化规律。结果表明,在自然蒸发实验中卤水钙离子浓度随蒸发量的增加逐渐减少,在盐田生产现场采样结果显示钙离子浓度随卤水蒸发而增加,结合生产实际,推断外界钙离子补给是造成这种现象的主要原因。因此,避免车间含钙尾水混入,阻止盐田卤水和周边土壤可溶性钙盐间离子交换是有效降低卤水钙离子浓度的主要方法。     

古尔班通古特沙漠风沙土土壤蒸发特征

土壤表面蒸发是降水的无效损失,其大小直接决定着降水转化为有效土壤水的效率,从而间接决定了植物可利用水分的多寡。在降水稀少的沙漠区,定量认识土壤蒸发的大小和其所占降水的比例显得尤为重要。在2004年全生长期(5~9月)应用自制的微型蒸渗仪(Micro-Lysime-ter)测定了风沙土(有结皮覆盖的丘间低地和裸露沙丘顶部)和对照的荒漠盐碱土的土壤蒸发。结果表明:在相似的气象条件下,风沙土区的丘间低地和荒漠盐碱土的日平均蒸发量分别约是裸露沙丘(风沙土区)的2倍和3倍。整个生长期裸露沙丘的累积蒸发量为18.7mm,丘间低地为38.8mm,荒漠盐碱土为52.1mm。根据整个观测期的累积蒸发量和累积降雨量计算得出的蒸发降雨比分别为:裸露沙丘0.20,丘间低地0.42,荒漠盐碱土0.62,表明裸露沙丘由降水转化为土壤水而储存的比率最高。同时,从数据分析中可以看出:在风沙土区0~5cm土层的含水量对土壤蒸发起决定作用,而盐碱土区的土壤蒸发则受到更深层次土壤水分的影响。裸露沙丘低的土壤蒸发、高的降水转化效率,为植被恢复奠定了良好的基础。因此,裸露沙丘的低蒸发量可以视为植被状况对生态水文过程的一种良性反馈。     

Guilspare施用量对土壤蒸发和水盐垂直分布的影响

 塔里木沙漠公路防护林生态工程全长436 km,位于极端干旱的塔克拉玛干沙漠,造林树种以抗逆性较强的沙拐枣属（Calligonum L．）、柽柳属（Tamarix L．）、梭梭属（Haloxylon Bunge）等优良防风固沙灌木为主,防护林植物的蒸腾耗水和灌溉管理是防护林可持续的核心问题。为探求适合塔里木沙漠公路防护林的节水技术,利用微型蒸渗仪研究了塔克拉玛干沙漠腹地咸水灌溉条件下Guilspare（浓度1.5 % v/v）施用量对土壤蒸发和水盐垂直分布的影响。结果表明：（1）Guilspare对土壤蒸发有显著影响,其施用量与累积蒸发量间呈对数关系。当施用量小于4.0 L/m2时,土壤日蒸发量在试验初期均表现为对照组（CK）大于处理组,试验中后期却相反;当施用量大于4.0 L/m2时,日蒸发量始终小于CK。（2）Guilspare施用量为6.0 L/m2的抑制效率最大,与其他处理（除7.0 L/m2）间差异达到显著水平（p﹤0.05）。（3）施用Guilspare对土壤蒸发第一阶段的蒸发强度有明显的减弱作用,其减弱程度与施用量的大小有密切关系,当施用量为6.0 L/m2时,蒸发强度最弱。（4）相同初始含水量条件下,表层土壤含水量和土壤浸提液电导率（除7.0 L/m2）均随着施用量的增大而变小;其他土层（除10~14 cm）,两者均随着施用量的增大而变大。     

流动沙丘干沙层厚度对土壤水分蒸发的影响

利用Micro-lysimeter对流动沙丘不同干沙层厚度下的土壤水分蒸发作了测定与分析,结果表明:当干沙层厚度发育达到5 cm以上时,流动沙丘干沙层厚度成为土壤水分蒸发的决定因素。随着干沙层厚度的增加,土壤蒸发量逐渐降低;各观测日的蒸发抑制率随着干沙层厚度的增大而增大;5 cm的干沙层对蒸发的抑制作用最大可达70.6%,30 cm的干沙层则最大可达92.38%;干沙层厚度与土壤蒸发量之间存在显著的线性关系。各气象因子以及湿沙层不同深度土壤体积含水率对土壤蒸发量的影响作用很小,相关分析均没有达到显著水平。     

2000-2015年石羊河流域植被覆盖度及其对气候变化的响应

内陆河流域植被覆盖度的敏感性是预测未来生物多样性变化的重要指标,是植被应对气候变暖的重要反馈。分析了2000-2015年MODIS-NDVI数据反演的植被覆盖度时空动态变化趋势,结合平均气温、降水量、日照时数、相对湿度、地面温度和蒸发量数据,研究了流域及各生态功能区的植被覆盖度与气候因子的相关性,探讨植被覆盖度变化过程中的气候因素制约方式,了解不同时空尺度下内陆河流域植被覆盖度在全球暖湿化过程中对气候的响应。结果表明：（1）石羊河流域平均植被覆盖度较低,上游的植被覆盖度59.4%,下游13.6%;2000-2015年,流域植被呈现改善趋势的面积远远大于退化的面积,盆地绿洲区植被覆盖度增加趋势最明显。流域植被总体恢复较好,但高海拔地区、城市和民勤绿洲的周边地区植被有不同程度的退化。（2）2000-2015年,石羊河流域各气候因子对植被覆盖度表现为不显著的相关关系,其中与降水量呈正相关的面积最大,与蒸发量呈负相关的面积最大;从上游到下游,植被生长与热量的相关程度逐渐变弱,与水分的相关程度则逐渐增强。（3）石羊河流域的植被覆盖度与气候因子的样条函数存在极显著的线性相关,水原涵养区和荒漠区的植被覆盖度对气候因子的响应较高;绿洲区的植被覆盖度对气候因子的响应相对较低。地面温度的变化是影响石羊河流域植被覆盖度空间格局变化的主要气候制约因素。     

砾石长期覆盖对土壤呼吸的影响

砾石覆盖是西北黄土高原地区的传统保护性耕作技术,具有明显的蓄水、保墒、增温、压碱和保持地力作用。研究砾石覆盖农田系统中的土壤呼吸,有助于了解地面覆盖条件对CO₂通量的影响和土壤健康状况。利用LI6400土壤呼吸系统对甘肃皋兰长期砾石覆盖农田(12年)不同覆盖厚度下的土壤呼吸进行了原位监测,并对环境因子与土壤呼吸的日变化相关性进行了分析。结果表明:(1)土壤呼吸的日变化与温度的变化一致,呈单峰型,砾石覆盖后土壤呼吸峰值出现在16:00—17:00,明显滞后于裸地出现的峰值时间(14:00—15:00),且峰值随着覆盖厚度的增加而减小;(2)土壤表层(0~10 cm)温度与土壤呼吸呈极显著幂函数关系(P<0.01),砾石覆盖降低了土壤呼吸的温度敏感性指数(Q₁₀),覆盖后两次监测中Q₁₀为1.78~2.87(2017年)和1.70~1.96(2018年);(3)砾石覆盖后提高了夜间土壤呼吸,导致土壤呼吸的日累积碳排放量显著提高,随着覆盖厚度的增加而降低,覆盖处理中厚度为11 cm最小的碳排放量两次测量分别为2.00 g·m^-2和0.90 g·m^-2,比裸地分别增加了15%和18%;(4)土壤特征因子中,土壤水分、pH与土壤呼吸累积碳排放量呈正相关,有机质、碱解氮、速效磷、电导率与土壤呼吸累积碳排放量呈负相关。     

砂田不同覆盖方式对土壤微生物组成的影响

为研究砂田(GSMF)表面覆盖的砾石层对土壤微生物组成的影响,于2004年春布设试验,分别为砾石覆盖厚度试验、覆盖砾石粒径试验和不同粒径砾石按不同比例混合覆盖试验。于2009年5月对未经扰动的土壤细菌、真菌、放线菌组成和土壤含水量进行研究,土壤剖面深度分别为0~1 cm、1~2 cm、2~4 cm和4~20 cm。结果表明,砾石覆盖可以增加土壤含水量和土壤微生物数量,当土壤表面覆盖的砾石粒径越小或者组成覆盖层的砾石以小粒径为主时,有利于土壤水分的积累和细菌的生长,反之则利于放线菌的生长,粒径范围在1~8 cm时,较利于真菌生长,在砾石覆盖厚度试验中观察到有超过50%的真菌分布在0~1 cm深的土壤剖面中这一特有现象。砾石层覆盖厚度为7~9 cm时,最适宜微生物生长。     

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。     

生态垫覆盖对沙漠土壤水分和温度的影响

在流动沙丘迎风坡覆盖生态垫后,通过对土壤水分和温度的连续观测发现：在生态垫覆盖林地的生长季内,表层0—20 cm的土壤温度和20—60 cm的土壤含水量受覆盖影响最明显。覆盖与未覆盖生态垫的流动沙丘相比,可提高20—40 cm处土壤含水量为56%,提高40—60 cm处土壤含水量58%;7月可降低土壤表层温度14.27℃,且覆盖后土壤各层之间温度变化平缓,对10 cm以下土壤有保温作用。     

可可西里土壤凝结水形成特征及其影响因素研究

青藏高原受气候变化影响,干湿过渡状况不断扩大,凝结水是旱区重要的水分补给来源,研究凝结水对青藏高原生态具有重要意义。为探究凝结水在青藏高原的形成特征以及影响凝结水形成因素,选取近年来受气候影响较大的可可西里盐湖地区作为研究区,使用微型蒸渗仪探究其0~10 cm土壤水分蒸发凝结特征,并利用相关回归分析、主成分分析探究影响凝结水形成因素。结果表明：（1） 在14:00—次日14:00期间,气温和土层温度均呈现出先减小后增大的变化趋势,0~10 cm土壤在00:00—10:00内有明显土壤凝结水形成,而在其余时间水量蒸发明显。大气水汽和土壤深层水汽组成土壤凝结水的比例约为1:3。当夜间近地空气相对湿度大于64%,近地气温小于3.8 ℃,5 cm土层温度低于4.1 ℃,有利于土壤凝结水的形成,平均水量可达0.2 mm·d^-1。（2） 相关分析表明土壤总凝结水量与5 cm土层温度和5~30 cm土层温度差呈显著负相关,而且凝结水量与相关因子的线性拟合效果较好;大气水汽凝结水量与气温呈现显著负相关,与相对湿度呈现显著正相关。主成分分析结果显示0~10 cm以上土层微气象因子对凝结水形成因素较大。     

绿洲-荒漠过渡带典型防护林体系环境效益及其生态功能

 在塔里木河下游绿洲-荒漠过渡带,选取乔灌草结构（胡杨-柽柳-花花柴群落）、乔灌结构（胡杨-柽柳群落）和单一乔木结构（胡杨群落）三种典型防护林为研究对象,采用野外监测和室内分析相结合的方法,探讨了不同类型防护林对空气温湿度、土壤理化特性及防护效应等的作用,并分析了产生差异的原因及生态功能。结果表明：(1）干旱区绿洲-荒漠过渡带不同结构组成的防护林均可提高群落内温湿度的稳定性,改善土壤理化性质,其中乔灌草结构防护林较其它群落更有利于增加0~50 cm土壤有机质、[WTBX]全N、全P[WTBZ]和20~100 cm土壤全[WTBX]K[WTBZ]的积累;能更有效地增加0~30 cm土壤水分、抑制0~100 cm土壤盐分、稳定0~50 cm土壤温度;(2）单一胡杨林群落的有效防护高度为2~3 m,横向有效防护距离为40 m;胡杨-柽柳群落的有效防护高度为2～4 m,横向有效防护距离为60 m;胡杨-柽柳-花花柴群落的有效防护高度分别为小于1 m和2~4 m,高度超过1 m以上的横向有效防护距离为60 m,在1 m以下其横向有效防护距离可达100 m;(3)群落结构、植物密度和覆盖度是影响防护林环境特征和生态功能的主要原因。     

土壤CO_2浓度昼夜变化及其对土壤CO_2排放量的影响

对石林地区两个研究点土下20、40和60cm土壤CO2浓度和土壤CO2排放量的昼夜变化进行的研究表明二者之间具有一定的正相关关系,因此土壤CO2排放量除受环境因子影响之外,还受土壤CO2浓度所控制。土壤CO2浓度和土壤CO2排放量之间的相关关系可以用来解释土壤有机碳含量及温度对土壤CO2排放量的影响,即土壤有机碳含量高和温度升高是通过影响土壤空气中CO2的形成速率,导致土壤CO2浓度升高,从而促进土壤CO2的排放。     

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.