梭梭(Haloxylon ammodendron)主根周围土壤特征

通过建立米级的空间尺度进行分层取样,研究了准噶尔盆地南缘建群种——梭梭(Haloxylon ammodendron)主根周围土壤的含水率、容重、pH值、电导率和养分含量的变化状况。结果表明:(1)土壤含水量在表层5cm处最小,土壤容重在0~40cm土层变动幅度不大,但随着与茎基垂线距离的增加,二者出现显著变化(p0.05)。(2)土壤pH值和电导率在主根区周围呈现聚集现象,最大聚集率均在0~1m圈层,但随着距离的增加,土层深度逐渐成为主导因素。(3)土壤养分在表层5cm处聚集,但水平聚集范围中除有机质和全氮可扩增到3~4m外,全磷和速效养分均在0~2m。本研究结论对于荒漠区耐盐性植被的合理密植有一定的理论意义。     

敦煌和酒泉夏季晴天和阴天边界层气象要素特征分析

利用国家重点基础研究发展规划项目《中国西北干旱区陆-气相互作用观测试验》2000年加强观测期(2000年5月29日～6月9日)敦煌探空观测资料和国家自然科学基金重点项目《绿洲系统能量与水分循环过程观测与数值研究》2004年加强观测期(2004年6月1日～7月16日)酒泉探空观测资料,分析了敦煌和酒泉地区夏季典型晴天和阴天天气下有关气象要素如风、温、湿的时空分布和变化特征,得到了以下结论:夏季,敦煌和酒泉地区大气边界层的东西分量风速(切变)晴天比阴天大;南北分量风速(切变)阴天比晴天大;东西分量风速(切变)比南北分量风速(切变)大。敦煌地区夏季晴天和阴天的风速比酒泉地区的大,但风速切变酒泉地区的要比敦煌地区的大。两地白天(晚上)的对流(稳定)边界层特征在晴天和阴天均很明显;阴天稳定边界层厚度和对流边界层的高度较晴天时的都低。比湿夜间比白天的大,阴天比晴天的大;在敦煌地区和酒泉地区都出现了逆湿现象;强逆湿主要出现在夜间,白天虽然也出现逆湿,但强度普遍较弱。     

基于地统计学的甘肃臭草群落土壤水分空间异质性

土壤水分是植被格局形成和演变的主要因素,土壤水分的空间异质性对于认识干旱区草原植物对环境的响应机制具有重要意义.应用地统计学方法,对祁连山北坡甘肃臭草(Melica przewalskyi)退化草地土壤表层含水量的变异性进行研究.结果表明,臭草型退化草地浅层(0 ～30 cm)土壤水分符合正态分布,土壤含水量沿垂直方向逐渐增大,介于9.56％ ～11.21％.各层土壤水分的变异系数分别为12.97％ (0～10 cm)、8.8％ (10～20 cm)和14.09％ (20～30 cm),均属弱变异;0～ 30 cm土壤含水量具有高度的空间异质性,其中34.92％～42.71％的空间异质性是由空间自相关部分引起的,主要体现在16.87 ～ 69.14 m尺度上.在0～ 10 cm土层,引起土壤水分空间变异的主要因素是植被覆盖度的不同,而在10 ～ 30 cm土层,土壤水分空间变异性主要是根系分布的差异引起的.     

夏季不同天气条件下沙漠辐射和能量平衡的对比分析

利用2009 年7 月24 日-9 月12 日“巴丹吉林沙漠陆-气相互作用观测试验”资料,对比分析了典型晴天和阴天下巴丹吉林沙漠地表辐射、能量平衡和土壤温度的日变化规律.结果表明：①巴丹吉林沙漠典型晴天条件下总辐射、地表反射辐射、地表长波辐射、有效辐射、净辐射的峰值和日积分值都比典型阴天条件下大,大气长波辐射比阴天条件下小.两种天气条件下净辐射日积分值占太阳总辐射的1/3.②沙漠地区典型晴天地表反射率呈U型,白天均值为0.32;阴天变化较平缓,均值为0.29.③两种天气条件下地表热量平衡都以感热输送为主,波文比分别为4.55 和1.16.晴天不平衡能量达到净辐射的20%,阴天为30%.④晴天条件下有效能量夜间为负值,白天为正值,阴天全天为正值;湍流能量全天均为正值.能量闭合度(EBR)晴天平均为0.68,阴天为0.76.⑤土壤温度5~10 cm日较差逐渐减小,20、40 cm日变化不明显;5 cm土壤热通量日变化较大,20 cm土壤热通量振幅较小.     

渭北旱塬土壤水分空间变异性

渭北旱塬是陕西省重要的苹果生产基地，探讨该区不同土地利用的土壤水分时空变异特征，对农业生产布局、种植业结构调整和减少径流、控制侵蚀具有特殊的现实意义。本文用地统计学的理论和方法，分析了渭北旱塬区3种主要土地利用类型农地、苹果地和苜蓿地3个土层深度(0～20cm、60～80cm、280～300cm)的土壤水分空间变化趋势。变异函数分析结果表明，3种土地利用类型的土壤水分具有明显的空间变异特性。在0～20cm土层，空间变异性尺度为9～16m，60-80cm土层为5～12m，280-300cm土层深为5～10m，空间变异性程度随尺度变化。自相关尺度为1～17m，自相关部分的空间变异性在0～20cm、60～80cm和280-300cm分别占总空间变异性的90．0％～94．0％、84．0％～98．0％和85．0％～94．0％，明显大于随机部分的空间变异性。从苜蓿地、苹果地到农地，空间自相关的尺度逐渐增大。各向异性分析表明，农地和苜蓿地在表层(0～20cm)具有明显的各向异性，而苹果地的土壤水分含量接近各向同性。     

隔离降雨对杉木林土壤可溶性有机碳和微生物生物量碳的影响

通过在亚热带杉木林内设置不同隔离降雨强度试验:完全隔离降雨、隔离60%降雨、隔离20%降雨和对照(自然降雨),研究隔离降雨对0~20 cm土层可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)含量的影响,结果表明:0~10 cm和10~20 cm土层,除完全隔离降雨处理土壤DOC峰值出现在春季外,其他处理均出现在秋季。0~10 cm土层中完全隔离降雨和隔离60%降雨处理的土壤MBC峰值出现在春季,而隔离20%降雨和对照的则出现在夏季,10~20 cm土层各处理对应的MBC最大值分别出现在春季、夏季、夏季和秋季。随着土层加深,4种处理土壤DOC、MBC含量均显著降低。0~10 cm土层,完全隔离降雨处理的土壤DOC、隔离60%降雨土壤MBC均与土壤含水量显著正相关,杉木林土壤DOC和MBC对降水变化响应具有明显的季节性。     

干旱人工固沙植被区土壤水分动态随机模拟

土壤水分是陆地水循环过程的关键环节,是联系陆地水文过程与生态过程的纽带。随着全球极端气候事件的频繁发生,土壤水分随机模拟逐渐成为当前生态水文学研究的热点。利用2008-2011年生长季土壤湿度连续监测数据及1991-2011年日降水资料,结合Rodriguez-Iturbe土壤水分动态随机模型,模拟了沙坡头人工植被区生长季土壤水分动态与土壤湿度概率密度函数特征。结果表明：人工固沙植被区生长季土壤水分年际变化与降雨分布一致。2008-2011年生长季植物根际层（0~60 cm）土壤湿度概率分布基本呈单峰状,20 cm处的土壤水分峰的阔度较其他土层相对土壤湿度峰较宽,并且分布也出现了一定程度的跳跃。而随着土层厚度的增加,在40 cm和60 cm的土壤水分概率分布峰的阔度也较小,与Rodriguez-Iturbe土壤水分动态随机模型模拟结果一致。说明Rodriguez-Iturbe模型在干旱人工植被区也具有很好的适用性,可以对荒漠人工植被恢复区的土壤水分统计特征进行很好的模拟,为以后干旱沙区随机生态水文模型的建立奠定基础。     

隔离降雨对米槠天然林土壤微生物生物量和酶活性的影响

IPCC 2014综合报告指出亚热带地区降雨将会减少,这会对亚热带地区森林土壤微生物和酶活性产生怎样的影响引起极大关注。以福建省三明市格氏栲自然保护区内200年生米槠天然林为研究对象,于2012年在实验样地布设原位隔离降雨实验,共设置隔离30%降雨、隔离60%降雨和对照3种处理。2017年4月对不同处理进行土壤采样,研究了土壤微生物生物量和酶活性对隔离降雨的响应。结果表明:隔离降雨(30%和60%)显著降低了0~10 cm土层的土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)、总氮(TN)和土壤水分含量(SWC);但对10~20 cm土层影响较小。隔离30%降雨处理0~10 cm土层土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量分别比隔离60%降雨处理增加了20.73%和15.71%;10~20 cm土层土壤中各处理之间MBC含量及MBN含量均无显著差异(P0.05)。冗余分析(RDA)表明:TN和MBC是促使0~10 cm土层酶活性发生变异的主要因素,其解释度分别为43%和16.5%;10~20 cm土层土壤酶活性变异的主要因素是MBC,其解释度是58.1%。2个隔离降雨处理均增加0~10 cm土层土壤多酚氧化酶(PHO)、过氧化物酶(PEO)和β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)酶活性,却降低了10~20 cm层土壤多酚氧化酶(PHO)和酸性磷酸酶(ACP)的酶活性。     

沿海沙地木麻黄人工林树干液流对台风的响应

随着全球气候变化日趋严重,极端天气产生的加剧,对区域植被生长产生重要影响。利用Granier热扩散式探针法(TDP)探究木麻黄树干液流对台风天气响应和台风降水是否增加木麻黄可利用水分。结果表明:(1)晴天、阴天木麻黄液流日变化呈现"单峰型",台风天呈现"不规则"峰型,阴天液流启动时间和达到峰值时间早于晴天液流启动时间和达到峰值时间,台风天气液流启动和达到峰值时间不确定,晴天、阴天夜间液流在21:00之后明显降低,台风天夜间液流一直存在且较大。(2)小时尺度下,晴天、阴天、台风天液流与太阳辐射相关程度大于有效辐射且均呈显著正相关关系(P0. 05),晴天、阴天液流与相对湿度显著负相关(P0. 05),与风速和水气压差显著正相关(P0. 05),台风天气液流与相对湿度和水汽压差显著负相关(P 0. 05),与风速极显著正相关(P 0. 01),与降水量显著正相关(P 0. 05)。(3)不同天气液流速率和日均耗水量均未呈现随直径增大而增大的趋势,样木日均耗水量顺序是台风天晴天阴天。研究认为,木麻黄能较好适应台风天超强度的风力,且台风降水能够增加木麻黄可利用水分,是沿海防护林经营首选树种之一。     

高寒沙地乌柳(Salix cheilophila)林根系分布特征

对青海共和高寒沙地植被恢复区不同林龄(6年、11年、16年和21年)乌柳(Salix cheilophila)人工防护林根系分布及根量进行了调查、测定,同时测定了土壤有机质含量的垂向变化。结果表明:①不同林龄乌柳林根系主要由中根和细根构成,其数目占土壤剖面根系总数的90%以上,其中又以直径小于2.0mm细根所占比例最高,细根占剖面根系总数的50%以上;②各林龄乌柳根系在0~50cm土层分布较为集中,在30cm以下土层,根量随深度的增加逐渐减少,6年生乌柳林根系垂直分布在0~130cm,20年生乌柳可达200cm,随植被恢复时间的增长,各林龄根量显著增加(p0.05);③各林龄乌柳林有明显发达的垂直主根,属典型的垂直状根系,随植株不断生长,根系表现出深根性;④以不同深度根系重量作为解释变量,以土壤有机质含量作为响应变量,回归结果显示不同林龄乌柳林根系重量显著影响土壤有机质含量(p0.001),这也为评价沙地植被改良土壤功能提供了依据。     

极端干旱环境下的胡杨细根分布与土壤特征

以塔里木河下游的中龄胡杨为研究对象,采用开挖剖面分层取样法,对胡杨细根(D≤2 mm)的空间分布以及与土壤特征因子之间的关系进行了分析。结果表明:①在长期干旱胁迫下,胡杨细根(D≤2 mm)根长密度(RLD)、根表面积密度(SAD)从表层到地下100 cm土层内,呈逐渐增加趋势,100~140 cm土层内表现为减少的波动分布趋势;细根RLD、SAD集中分布在60~120 cm土层内,约占0~140 cm土层总细根RLD和SAD的74%以上;在水平方向上,距树干0.75～2.5 m范围内,呈逐渐减少趋势,而在3.5～5.5 m范围内呈波动的增加趋势。②胡杨细根(D≤2 mm)RLD和SAD与土壤总盐、土壤有效养分含量之间呈显著负相关关系,适合乘幂模型,与土壤含水率之间呈一定程度的正相关关系,适合三次曲线模型。     

荒漠灌丛降雨再分配对土壤pH值的影响

对腾格里沙漠东南缘沙坡头地区1989年建植人工植被区优势固沙灌木柠条（Caragana korshinskii）和半灌木油蒿（Artemisia ordosica）树干茎流及穿透雨的pH值,以及灌丛基部、灌丛下和灌丛外裸地0～10 cm和10～20 cm剖面深度土壤pH值分别进行测定,并与大气降雨pH值进行比较,以探讨荒漠灌丛降雨再分配对土壤pH值空间变异的影响。结果表明:大气降雨pH值最高,穿透雨pH值次之,树干茎流pH值最低,三者之间具有显著差异（p<0.05）。灌丛外裸地土壤pH值最高,灌丛下次之,树干基部最低。总体而言,0～10 cm剖面深度土壤pH值小于其下方10～20 cm剖面深度土壤pH值。柠条灌丛产生的树干茎流对土壤的酸化作用强于油蒿灌丛。树干茎流和穿透雨的酸化作用是导致土壤pH值从灌丛间裸地到灌丛基部方向上降低的一个重要原因。     

分层施肥对小麦植株含N量的影响

对平作表层(1～2cm)土层施肥与垄作表层(1～2cm)、中层(25cm)、底层(45cm)土层施肥时的小麦不同生育时期各器官含N量的研究结果表明:无论是垄作还是平作表层施肥,小麦从三叶期到拔节期根、叶的含N量由高到低;而垄作中层和底层施肥却由低到高。三叶期时根、叶含N量以表层施肥>中层施肥>底层施肥。而表层施肥的垄作与平作间对比,则根叶的含N量无显著差异,三叶期以后小麦根、茎、叶、粒、壳的含N量影响不大。另外,垄作底层,中层施肥比表层施肥显著增加了小麦产量。     

沙漠地区人工固沙植被对土壤温度与土壤导温率的影响

通过分析人工固沙植被区与流动沙丘区不同部位 (沙丘迎风坡、丘间低地、沙丘背风坡 )各层土壤温度梯度分布 ,及其月平均值变化与日变化特点 ,计算不同地表覆盖 (人工植被与裸沙区 )条件下的沙土导温率。结果表明 ,沙坡头地区 7～ 10月平均地温变化的振幅 ,在地面约为 16 2℃ ,振幅变化随深度的递增而迅速减小。在 0 0 5m深度处 ,地温年振幅为地面振幅的一半。 7～ 10月中地温最高最低出现的月份 ,随深度增加都呈滞后现象 ,但滞后的情况两者并不相同。另外 ,在 2 0cm以下深度内 ,7～ 10月月平均温度都高于 0℃。当观测深度按算术级数增加时 ,地温日振幅则以几何级数减小。尽管地温振幅日变化因天气情况不同大有差别 ,在相同的气象条件 (连续四日晴天 )下的研究发现 ,下垫面的影响作用不容忽视 ,尤其是由于植被覆盖度的差异而引起的地温日振幅与地温剖面分布变化。根据 1992年 8月观测记录 ,流沙区丘间地温日振幅最高达 2 6 2℃ (表层 ) ,最小值只有 1 8℃ (1m深 )。固沙植被区丘间低地最高日振幅为 2 5 9℃ (表层 ) ,最低值 4 3℃ (1m深 )。植被区地表层温度变幅小于流沙区 ,而深层温度波动显著。在 5cm深度处 ,植被区地温降至最低值的时间滞后于流沙区 2h以上 ,2 0cm处植被区地温达到最大值的时间比     

龙潭喀斯特槽谷倾坡土壤水分变异性研究

保水保土是石漠化治理的关键,掌握石漠化区土壤水分的变化规律对石漠化治理有重要的作用。2017年6月—2018年11月在重庆酉阳县龙潭槽谷两侧顺、逆倾坡(典型石漠化治理区)选择4个土壤剖面分15 cm、30 cm土层深度埋设探头,开展高分辨率土壤水分和土壤温度的动态监测。结果表明:(1)季节尺度上,土壤水分与降雨量的关系较大,与土温的关系较小;顺倾坡土壤水分高于逆倾坡,且多雨季节比少雨季节明显;多雨季节,裸岩出露影响降雨的再分配:顺倾坡得到双重补给,即降雨补给、裸岩地表径流补给。(2)降雨间歇期,顺倾坡失水量较逆倾坡少,这主要与坡面坡度和土壤质地的差异有关。(3)降雨期间,降雨强度较小时,土壤水分随土层深度的增加而增加;但降雨强度较大时,顺倾坡土壤监测点出现表层土壤水分大于底层土壤水分的现象,这主要与强降雨引起坡面的超渗产流有关。(4)受龙潭槽谷顺、逆倾坡空间差异的影响,槽谷两侧裸岩出露率、土层厚度、土壤有机质等自然要素差别明显,进而对该区土壤水分的时空分布有重要影响,因此在石漠化治理过程中应采取不同的保水保土措施。     

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能在一个稳定值上保持数月时间,在大于46 mm的强降雨之后出现阶梯式抬升,之后又保持稳定状态;越往土层深处,土壤水分时空稳定性越明显,能较好的表征各植被类型或空间位置上的土壤水分差异。该研究从土壤水分的稳定性角度进行分析,对黄土高原土壤水分的地面采样设计和时空预测具有实际应用价值。     

中亚热带米槠次生林和杉木人工林细根养分含量特征

细根(≤2 mm)在调节森林生态系统的生物地球化学循环中起着较为重要的作用,但目前对不同土层细根化学计量的认识非常有限。本研究在福建省三明陈大国有林场内对米槠次生林和杉木人工林不同土层细根养分含量特征进行了研究。结果显示:(1)杉木人工林0~10 cm、60~80 cm土层0~1 mm细根碳浓度显著高于米槠次生林,10~20 cm、20~40 cm土层则显著低于米槠次生林;杉木人工林10~20 cm、20~40 cm土层1~2 mm细根碳浓度显著低于米槠次生林,其余土层则显著高于米槠次生林。(2)杉木人工林0~1 mm和1~2 mm细根氮浓度在所有土层深度均显著低于米槠次生林,两个林分0~10 cm细根氮浓度均显著高于其余土层。(3)杉木人工林0~1 mm和1~2 mm细根碳氮比在所有土层深度均显著高于米槠次生林。结果表明,米槠次生林和杉木人工林在演替过程中不同林分同一土层以及同一林分不同土层的细根养分含量差异显著,这可能反映了米槠次生林和杉木人工林细根在生长过程中有不同的资源获取策略。     

金沙江干热河谷不同植被坡面土壤水分时空分布特征

于2016年7~12月和2017年4月的旱、雨季期间，以金沙江干热河谷苴那小流域内的银合欢（Leucaena Benth）林地、车桑子（Dodonaea angustifolia）灌丛地和扭黄茅（Heteropogon cantortus）草地为研究对象，通过网格法和土钻法采集并测定了（0~100 cm）土层的土壤含水量，应用经典统计法和地统计学方法分析该区域不同林草植被下坡面土壤水分的动态变化特征。结果表明：（1）研究区土壤含水量总体较低，雨季显著大于旱季，旱、雨季均表现为灌丛地>草地>林地，呈中度至强度变异（0.07~0.28之间）。（2）不同林草植被下旱、雨季土壤水分具有相似的空间自相关性，自相关系数均由正向负转变，但由正向负转变的滞后距离有所不同，且雨季大于旱季，呈中等或强等空间自相关性。（3）不同林草植被下的土壤水分空间结构不同，林地、灌丛地和草地旱雨季最佳拟合模型均为球状模型；相同林草植被下各土层旱、雨季土壤水分的空间分布特征相似，但旱季的分布格局差异更显著，不同林草植被下深层土壤水分分布比表层土壤水分的分布更为复杂，土壤水分呈明显的斑块或条带状分布，含水量高值区和低值区位置不固定。总之不同林草植被类型会改变局部地段土壤水分空间分布，降雨会加强这种差异的趋势，但土壤水分仍具一定空间连续性。     

分层分类和多指标结合的西北农牧交错带植被信息提取

参照《中国植被》中的植被分类体系，结合野外考察结果，建立了适合中国西北农牧交错带的植被分类体系。以覆盖研究区的多幅Landsat影像为基础，按“分层分类，逐层验证”的思路，实现了对研究区植被信息的提取。提取时，先利用完全约束的最小二乘模型对遥感影像进行混合像元分解方法，将整个研究区划分为植被区和非植被区；在植被区，基于光谱特征、纹理特征和地形特征，构建CART决策树，获得了乔木林、灌丛和草原等7种主要植被型组；在植被型组内，基于不同植被类型NDVI的季节差异特征，构建NDVI差值比值指数 (NDVI_DR)，将乔木林和灌丛区分为常绿和落叶植被型，使用温度植被干旱指数(TVDI)，将草原进一步区分为荒漠草原、典型草原和草甸草原3种类型，从而得到各个植被型的空间分布范围。经验证，最终分类的总体精度能达到79.51%，kappa系数为0.773。采用的分类方法充分利用了遥感数据既有的光谱信息和纹理信息，同时辅以地形信息。实践结果表明，分层分类和多种指标相结合的方法可以有效实现对影像跨幅的、以复杂镶嵌结构为主要特征的农牧交错带植被信息提取，精度较高，技术可行。     

植被发育斜坡根土间隙降雨入渗研究

基于土柱CT扫描数据,运用Volview软件重构土体三维图及根系分布图,精确了解土体根系分布情况;应用Navier-Stokes方程计算根土间隙物理概念模型,分析横向间隙流速分布情况;采用格子Boltzmann方法,并结合Matlab程序,实现渗流场细观模拟。为研究根土间隙在土体降雨入渗过程中的作用,综合以上多种方法,深入并全面分析根土间隙在植被发育斜坡降雨入渗过程中的作用。结果表明,(1)CT扫描技术结合Volview软件能够进行土柱三维重建,从而获取根系在土体分布实际情况,为研究根土间隙导流奠定基础;(2)横向根土间隙流速分布情况,中心线位置流速最大,为平均速度的1.5倍;(3)格子Boltzmann方法作为一种基于流体离散粒子的计算方法,能够结合编程软件进行土体渗流细观模拟;(4)随着深度的增加,竖向根土间隙渗流速度逐渐降低,其渗流作用主要依赖于一些连通性好的间隙通道,且流速在30 cm左右深度降低为零。以上各分析手段可有效评估根土间隙对植被发育斜坡在降雨入渗过程中的贡献,并深入分析植被发育斜坡根土间隙降雨入渗机理。