不同植被类型对厚层黄土剖面水分含量的影响

为了研究不同植被类型土壤水分差异和土壤水分的年际变化特征, 对陕西省绥德县境 内的农地、天然草地、人工柠条林、人工侧柏林、人工油松林、人工油松侧柏混交林地0~10 m 土壤剖面的土壤水分含量进行了测定与分析。农地土壤约在3 m 以上、其他植被类型约在 2 m 以上土层的土壤含水量随年降雨量的大小存在年际变化, 且农地土壤含水量显著高于其 他植被类型, 其他植被类型间无显著性差异。0~2 m 土层农地土壤水分在不同测定年份始终在易效水以上, 但其他植被类型的土壤水分随降雨量的不同变化于难效- 无效水与易效水之间。农地3 m、其他植被类型约2 m 以下的土壤含水量无显著性年际变化。农地与天然草地 土壤含水量显著高于其他人工林植被, 但二者含水量之间无显著差异, 土壤水分都属易效水 范围。人工柠条灌木林土壤水分显著低于其他植被类型, 人工侧柏林、人工油松林和人工油 松侧柏混交林之间土壤含水量无显著性差异。人工柠条林土壤水分属于难效-无效水范围, 人工乔木林接近难效-无效水范围。     

黄土高原半干旱区天然锦鸡儿灌丛对土壤水分的影响

本文选择黄土高原半干旱区定西地区的一种地带性植被,天然甘蒙锦鸡儿灌丛,将其0～99m深的土壤水分含量与人工柠条锦鸡儿灌丛、人工杏树林、天然草地、放牧荒坡和农地的土壤水分含量进行了比较。结果发现,天然锦鸡儿灌丛在1m以下土壤各层的水分含量均高于人工柠条灌丛和人工杏树林,而与放牧荒坡和农地的土壤湿度接近,略低于农地。天然锦鸡儿灌丛4m以上土层的土壤湿度还明显高于天然草地;天然锦鸡儿灌丛形成的难效—无效水层深度在2m土层以上,而人工柠条灌丛形成的难效无效水层则深达56m,人工杏树林42m,天然草地、放牧荒坡分别为36m和33m,农地1m。     

黄土高原西部弃耕地植被恢复与土壤水分调控研究

选择黄土高原半干旱偏旱区2 a、3 a、4 a、5 a、7 a、9 a、12 a、20 a的弃耕台地和天然台地,调查各弃耕地和天然台地的植物种类、数量、盖度、频度和地上生物量,定期采样分析各样地0~100 cm土层土壤水分。结果表明：农田弃耕后植被沿天然植被方向演替,在演替过程中,植物种类数量逐渐增加,但在弃耕9 a后开始减少,20 a后接近于天然台地;更耐旱的多年生草本和小灌木种增加;除7~9 a波状变化外,植被盖度和地上生物量呈逐渐减少趋势,弃耕初期的植被盖度和地上生物量显著大于弃耕12 a后和天然台地;12 a和20 a弃耕地0~100 cm土层含水量高于其他弃耕地和天然台地,弃耕初期表层土壤含水量较高,天然台地含水量居中,但其植被对水分利用的时间延长,范围扩大,表明天然台地植被的水分利用率提高,植被群落更加稳定。     

黄土高原西部荒漠草原植被恢复的土壤水分管理研究

针对兰州地区荒漠草原带具有代表性的三种地带性植被：草本植被短花针茅、灌木植被珍珠猪毛菜、荒漠锦鸡儿,对其0~2.0 m的土壤含水量进行了比较,同时对草本和灌木植被的根系进行了测定。结果表明：天然植被对土壤含水量的影响在1 m以上。随着土壤深度的不断加深,土壤含水量呈减少趋势而后趋于稳定。短花针茅区1 m以上含水量比珍珠猪毛菜和荒漠锦鸡区平均高1.08和1.21个百分点;1 m以下土壤含水量变化情况是:珍珠猪毛菜区最高,荒漠锦鸡儿区最低。本文在分析了兰州地区荒漠草原区土壤水分动态的基础上,提出了这一地区植被恢复的对策。     

黄土高原植被降水利用效率对植被恢复/退化的响应

基于2000-2014年MODIS NDVI数据及气象数据,运用累计降水利用效率变化差异（CRD,cumulative rain use efficiency differences）估算模型和基于地形要素降水量插值法,探讨2000-2014年黄土高原RUE（降水利用效率rain use efficiency）对植被变化的响应,以期为黄土高原生态可持续发展提供数据支撑。结果表明：黄土高原大部分地区植被覆盖得以改善,其面积约占总面积的81%,区域边缘植被覆盖退化严重。黄土高原降水利用效率RUE与累计NDVI的相关性总体表现为“东南呈正相关,西北为负相关”的空间格局,全区相关系数以正相关为主。黄土高原CRD与植被变化趋势的相关性显著,其中,植被退化背景下,植被退化程度越严重,RUE越低;植被恢复背景下,RUE受“退耕还林还草”作用显著,2000-2005年,RUE呈上升趋势,2007年后,随着退耕还林还草政策的工作重心转移,RUE呈波动变化。     

陇东黄土高原土壤水分演变及其对气候变化的响应

以西峰为例,利用近45 a气象观测资料和近25 a的土壤水分观测资料,分析全球气候变暖背景下陇东主要气象要素及土壤水分的变化特征,探讨了气候变化对土壤水分的影响,以及影响土壤水分变化的主要气象因素。1993年以后,土壤水分以负距平为主,土壤干旱严重,0—50 cm和60—100 cm土层土壤水分含量在1997年和1995年降到最低值。春季是土壤水分减少最明显的季节,其中表层土壤水分对气候变化的响应更为明显,而夏秋季,较深层的水分变化更为明显。影响土壤水分的气象因子以降水、蒸发为主,气温通过影响蒸发间接产生影响。通过对土壤水分演变特征及其影响因子的分析,为进一步理解土壤水分条件的恶化原因,采取措施,合理利用气候资源,调整农业生态布局,恢复生态环境,积极应对气候变化提供决策方面的参考。     

黄土高原森林植被景观的特征分析

用1∶50万森林类型图为信息源,以G IS为手段,对黄土高原地区森林景观类型斑块的大小、形状以及空间特征进行了分析。结果表明:黄土高原地区27类森林总面积仅64 980.7 km2,共有斑块数5 890个,林斑平均面积较小,且分布不均,森林景观破碎化程度较高。森林景观以华北落叶松林、山杨林、油松林、辽东栎林等为优势类型。黄土高原森林景观类型的形状指数值都比较大,说明森林斑块的形状明显偏离于圆形和方形,多为狭长的不规则形,其斑块的边界率都比较高。不同类型森林分维数变化较大,这也表明黄土高原森林景观破碎化程度较高,景观异质性较大。     

降水-植被耦合关系及其对黄土高原侵蚀的影响

降水、植被与侵蚀过程三者之间关系的研究,是地表过程领域中重要的科学问题,迄今未能完全解决。通过对黄土高原地区大量实测资料的分析,揭示了森林覆盖率和降雨侵蚀力随年降水量的非线性变化。发现了森林覆盖率随年降水变化过程中的临界点,即当年降水小于450 mm时,森林覆盖率很小且基本上不随年降水而变化;当年降水大于450 mm以后,森林覆盖率随年降水的增大而急剧增大。同时还发现,降雨侵蚀力随年降水量的变化过程也存在着两个临界点。当年降水量小于300 mm时,降雨侵蚀力很小且基本上不随年降水而变化;当年降水量超过300 mm时,降雨侵蚀力随年降水量的增大而迅速增大;当年降水量大于530 mm以后,降雨侵蚀力随年降水量增大的速率进一步加大。从分析与上述各临界点相联系的植被抗蚀力和降雨侵蚀力的对比关系入手,解释了黄土高原地区侵蚀强度随年降水变化的非线性图形,即随年降水的增大,侵蚀强度先是增大并达到峰值,然后再减小。并讨论了上述各个临界点对于黄土高原侵蚀治理的应用意义。     

2000—2016年黄土高原不同土地覆盖类型植被NDVI时空变化

了解植被覆盖的时空变化对区域环境保护及生态环境建设具有重要意义。基于MOD13A1数据,辅以Sen+Mann-Kendall、变异系数、Hurst指数,通过分析2000—2016年间黄土高原NDVI年最大值(NDVI_ymax)和生长季均值(NDVI_gsmean)时空变化特征及趋势,以了解黄土高原实施退耕还林(草)等生态工程后的植被覆盖恢复情况。结果表明：① 2000—2016年植被NDVI_ymax和NDVI_gsmean呈现波动式增长趋势,增长率分别为0.0070/a(P<0.01)和0.0063/a(P<0.01),生态环境整体不断改善。② NDVI_ymax和NDVI_gsmean显示黄土高原植被覆盖呈增加趋势的面积远高于呈减少趋势的面积(93.42%和96.22%、6.58%和3.78%),植被覆盖状态正在不断改善。2种数据变化趋势下,不同土地覆盖类型表现略有差异,森林极显著增加趋势面积最大(73.02%和82.60%),其次为耕地(47.87%和67.43%),再次为裸地(47.03%和61.68%)。③ NDVI_gsmean的变异系数小于NDVI_ymax的变异系数,相对稳定区域面积比分别为63.31%与56.64%,2种数据分析下森林变异系数最小,植被稳定性最好。④ 从植被NDVI变化趋势与Hurst组合结果得出,NDVI_ymax未来呈现改善趋势面积占41.35%,退化趋势面积占58.65%;NDVI_gsmean呈现改善趋势面积占49.19%,退化趋势面积占50.81%。2种数据下,灌木地未来发展趋势最好,森林和耕地退化趋势面积超过了50%。研究人员应持续关注退化趋势地区的植被状态。     

黄土高原北部河北杨林的土壤水分特征

以河北杨林为研究对象，在对其土壤水分进行7a定位观测的基础上，对其特点进行全面分析。结果表明：河北杨林土壤水分动态的周年变化规律主要受降水及其分配特点和生长期初土壤水分含量的影响。0cm-300cm深度内，生长期土层内土壤水分的年平均值多数年在64g/kg左右；特旱年仅50g/kg；特涝年也只有76g/kg；土壤水分条件较差；多数年份土壤水分的基本平衡；特旱、特涝年份土壤水分大量亏缺、积累，其值均达150mm以上。0cm-300cm深度内土壤水分剖面的垂直分布自上而下分为活跃层、过渡层和稳定层，但各层的厚度变化受年降水量的影响较大；土壤含水量的平均值随深度增加而减少，从72g/kg-57g/kg。除特涝年份的生长季中后期外，生长期内的北杨有较大的贮水库容，有利于土壤水的年际调节。     

Soil moisture of different vegetation types on the Loess Plateau

Water stored in deep loess soil is one of the most important resources regulating vegetation growth in the semi-arid area of the Loess Plateau, but planted shrub and forest often disrupt the natural water cycle and in turn influence plant growth. The purpose of this study was to examine the effects of main vegetation types on soil moisture and its inter- annual change. Soil moisture in 0–10 m depth of six vegetation types, i.e., crop, grass, planted shrub of caragana, planted forests of arborvitae, pine and the mixture of pine and arborvitae were measured in 2001, 2005 and 2006. Soil moisture in about 0–3 m of cropland and about 0–2 m of other vegetation types varied inter-annually dependent on annual precipitation, but was stable inter-annually below these depths. In 0–2 m, soil moisture of cropland was significantly greater than those of all other vegetation types, and there were no significant differences among other vegetation types. In 2–10 m, there was no significant moisture difference between cropland and grassland, but the soil moistures under both of them were significantly higher than those of planted shrub and forests. The planted shrub and forests had depleted soil moisture below 2 m to or near permanent wilting point, and there were no significant moisture differences among forest types. The soil moisture of caragana shrub was significantly lower than those of forests, but the absolute difference was very small. The results of this study implicated that the planted shrub and forests had depleted deep soil moisture to the lowest limits to which they could extract and they lived mainly on present year precipitation for transpiration.     

黄土丘陵沟壑区不同深度土壤水分对降雨的响应及其稳定性

通过采用点面结合的方法,分析黄土高原地区降雨影响下不同深度土壤水分的时空变化,从土壤水分复杂的"变异性"中提取相对的"不变性".结果表明:20 cm以上土壤水分无明显规律,难以表征不同植被类型或空间位置上的土壤水分差异;小于30 mm的降雨基本不会引起40 cm以下土壤水分明显波动;100 cm深处,各采样点的土壤水分...     

Soil erosion and its response to the changes of precipitation and vegetation cover on the Loess Plateau

Soil erosion is a major threat to our terrestrial ecosystems and an important global environmental problem. The Loess Plateau in China is one of the regions that suffered more severe soil erosion and undergoing climate warming and drying in the past decades. The vegetation restoration named Grain-to-Green Program has now been operating for more than 10 years. It is necessary to assess the variation of soil erosion and the response of precipita- tion and vegetation restoration to soil erosion on the Loess Plateau. In the study, the Revised Universal Soil Loss Equation （RUSLE） was applied to evaluate annual soil loss caused by water erosion. The results showed as follows. The soil erosion on the Loess Plateau between 2000 and 2010 averaged for 15.2 t hm-2 a 1 and was characterized as light for the value less than 25 t hm-2 a-1. The severe soil erosion higher than 25 t hm-2 a-~ was mainly distributed in the gully and hilly regions in the central, southwestern, and some scattered areas of earth-rocky mountainous areas on the Loess Plateau. The soil erosion on the Loess Plateau showed a deceasing trend in recent decade and reduced more at rates more than 1 t hm 2 a 1 in the areas suffering severe soil loss. Benefited from the improved vegetation cover and ecological construction, the soil erosion on the Loess Plateau was significantly declined, es- pecially in the east of Yulin, most parts of Yah＇an prefectures in Shaanxi Province, and the west of Luliang and Linfen prefectures in Shanxi Province in the hilly and gully regions. The variation of vegetation cover responding to soil erosion in these areas showed the relatively higher contribution than the precipitation. However, most areas in Qingyang and Dingxi pre- fectures in Gansu Province and Guyuan in Ningxia Hui Autonomous Region were predomi- nantly related to precipitation.     

半干旱黄土丘陵区人工植被深层土壤干化效应

科学评估不同植被恢复模式的土壤干化效应是目前黄土高原生态恢复一个亟需解决的关键问题。本文以半干旱黄土丘陵区14种典型人工植被为例,通过构建土壤水分相对亏缺指数CSWDI和样地土壤水分相对亏缺指数PCSWDI,定量评估了不同植被深层土壤干化效应。研究发现:除农地和撂荒草地外,各植被深层土壤水分均随土层深度的增加而升高,深层土壤水分含量同土层深度之间呈一元线性关系。不同人工植被深层土壤相对干化程度存在差异,以油松林地最高,杨树侧柏混交林地最低。不同植被类型受其自身蒸腾耗水、根系特征和耕作等影响,土壤干化的程度在剖面上存在差异,但总体趋势为随深度增加而降低。针阔叶植被配置模式土壤水分状况要稍好于阔叶纯林的配置模式。     

黄土高原典型半干旱区水热变化及其土壤水分响应

利用黄土高原典型半干旱代表区68 a(1937-2004年)降水、气温资料和34 a(1971-2004年)土壤湿度资料,研究黄土高原半干旱区水热变化及土壤水分响应。结果表明:黄土高原半干旱区在近70 a中气温以下降为主,3-6月降水存在显著增多趋势,气温、降水倾向具有明显时段差异。干旱年份或少雨时段长周期振荡加强、短周期衰减;相对冷的时期气温振荡周期明显,反之不明显。干旱是该地区土壤的基本气候特征,生长期土壤水分波动式下降,蓄水期土壤水分波动式上升,总体上以下降为主,20世纪70年代中后期土壤水分较好,80年代土壤水分较差,90年代末到21世纪初转好。土壤水分对短期降水变化、降水气温气候变化及短周期振荡都存在明显响应。     

黄土高原植被破坏前后土壤团粒结构分形特征

应用分形理论的相关模型对黄土高原子午岭地区林地及不同开垦年限的农地土壤团粒结构分形特征进行了研究。结果表明 :林地和不同开垦年限的农地土壤团粒结构分形维在 2 .32～ 2 .91之间 ,表现为 >0 .2 5mm的团聚体含量越低 ,其结构的分形维越高。分形维与水稳性团聚体含量之间呈显著线性关系。林地和不同开垦年限农地表层土壤的物理性质随土壤团聚体的分形维变化而变化 ,即分形维越小 ,>0 .2 5mm的团粒含量越高 ,土壤容重也越小 ,土壤疏松 ,土壤通气度大 ,土壤涵蓄水分与供应作物生长所需水分的能力越好 ;分形维越大 ,>0 .2 5mm的团粒含量低 ,土壤容重也越大 ,土壤紧实 ,土壤通气度小 ,则土壤涵蓄水分与供应作物所需水分的能力越差。上述结果在一定程度上表明 ,植被遭到破坏、不合理的人为开垦 ,是土壤退化和生态环境恶化的主要原因 ;恢复和重建植被 ,增加地面覆盖 ,应为加速黄土高原综合治理的基本内容。