特大丰水年洛川人工林地土壤水分特征研究

根据2004年1月对洛川人工林地和农田0~6 m深度土壤含水量的测定,研究了黄土高原半湿润地区土壤干化现象和土壤水分恢复问题。受2003年特大丰水年降水补给作用,人工林地4 m以上深度的土壤干化现象消失,而4 m以下的土壤干化层依然存在。这就表明,年均降水量600 mm左右的黄土高原半湿润区人工林地存在难以自然消除的土壤深层干燥化现象,成为黄土高原植被生态建设的限制性因素。特大丰水年降水对土壤水分的补给深度一般可以达到4 m深度以下,并且随人工林植被类型和植被生长年限不同而有较大差异。因此要从根本上消灭和减轻土壤干化层的危害,应该通过选择合适的造林树种和控制造林密度加以实现。     

陕西咸阳人工林地土壤干层研究

根据咸阳庞西村苹果林地、梧桐林地和草地土壤含水量测定,研究了0~6m土壤含水量的变化和土壤干层特点与分布。结果显示, 咸阳人工林地从表层向下含水量呈现由高到低再到低的变化;10龄苹果林地2~4m深处土壤含水量平均为8.3%,12龄梧桐林2~4m深处土壤含水量平均为8.6%,均发育了明显的土壤干层;4龄苹果林下土层有干化显示,但无干层发育;草地土层含水量明显较苹果林地高,无土壤干化的显示。研究表明,土壤干层形成的具体原因一是降水量少决定的薄膜水带埋藏深度小,二是薄膜水的运移速度缓慢和含水量低。为保持人工林基本正常的生长和土壤水的正常运移,应避免严重的土壤干层出现。咸阳附近土壤干层的出现表明土壤干层在黄土高原广泛分布,该区的植被恢复首先应以疏林或森林草原为主,待土壤水分改善后再考虑恢复森林植被。     

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。     

沙坡头地区固沙植被土壤水分动态研究

沙坡头地区始建于1956年的无灌溉人工固沙植被,是我国交通干线防沙体系的成功模式。利用40余年的土壤水分定位观测数据,分析了不同期间建立的固沙植被土壤水分的时空变化特征及对植被的影响。结果表明,固沙植被发展至9~10a后土壤含水量开始明显下降,特别是较深层(>100cm)的含水量下降明显;0~40cm层土壤水分含量与降水相关显著,而降水对40~300cm层土壤水分的含量影响不显著;深根系固沙植物对根际区域水分的利用,进一步恶化了固沙区土壤深层的水分状况,进而抑制了这些植物的生长和生存,间接地影响了原有固沙植被组成和稳定性;经过40多年的演变,固沙植被中优势灌木种的盖度从最大盖度47.6%降至6%~9%,群落中草本和微生物结皮层得到发育。当深根系灌木的盖度降低至6%~9%时,深层土壤可维持一个相对稳定的低含水量。     

半干旱黄土区成熟柠条林地剖面土壤水分环境及影响因子研究

为了探讨柠条群落及环境因子与土壤水分动态响应关系,选择半干旱黄土区流域尺度不同地形条件下成熟柠条林作为观测样地,于2009-2011年生长季节(5月上旬至10月下旬),每15 d1次,对0~220 cm剖面土壤水分进行了连续测定,2010年8月测定了0~600 cm土壤水分,2011年9月调查了柠条林群落结构特征。采用SPSS17.0软件的Duncan进行多重比较、EXCEL软件进行分析作图,对各样地剖面土壤水分差异、不同年度生长季节变异、干燥化程度以及其影响因子进行了综合分析。结果表明:浅层土壤水分含量为北坡东坡南坡,下坡位高于上坡位,坡度越大土壤含水量越低。由表层至深层,地形因子影响土壤水分作用逐渐减弱,植被因子影响土壤水分作用逐渐增强。在一定区域,柠条群落盖度和高度与深层土壤水分含量呈明显的负相关。人工柠条林加重了入渗层以下的土壤干燥化程度,而且连续干旱会造成入渗层范围的临时性土壤干层,而永久性干层是柠条发育至成熟阶段的过程中,逐渐形成并一直存在的一种现象。研究结论将对进一步从多尺度(年际和季节的时间尺度、水平和垂直的空间尺度)、多因子(气候、土壤、植被、微地形等)综合研究半干旱黄土区人工植被群落及其土壤水分环境动态提供重要参考。     

额济纳绿洲不同植被覆盖下土壤特性的时空变化

额济纳绿洲地处干旱内陆河地区。在分析额济纳绿洲土壤特性的基础上,以不同植被类型下的土壤作为分析对象,根据观测的土壤含水量数据及环境因子的观测数据,研究了额济纳绿洲土壤水分的时空变化规律,分析了土壤水分变化与环境因子之间的关系,建立了土壤含水量与环境因子之间的回归模型。研究结果表明,土壤剖面土壤类型及结构差异较大,土壤类型的差异主要受成土条件的制约和外部自然环境的影响,戈壁地区与其他几种植被类型下的土壤差异最为显著;土壤类型及结构的差异,土壤容重变化的特性及土壤水势、土壤含水量的变化,直接影响着植被的生长和分布;额济纳绿洲不同植被类型下的土壤含水量变化差异显著;土壤含水量的季节变化分析表明,土壤剖面中不同层的土壤含水量变化也存在着一定的差异,可以分成不同的稳定变化层,急剧变化层和相对稳定层;土壤含水量的日变化受环境因子的影响较为明显,空气温湿度、土壤温度及地下水水位埋深是影响土壤含水量最为显著的因素。     

黄土塬区苹果种植对深剖面土壤水分和地下水补给的影响

通过对长武黄土塬区不同林龄苹果林地下0~20 m深剖面土壤湿度及土壤水氯离子浓度测定,定量分析了黄土塬区苹果种植对厚深黄土剖面土壤水分及地下水补给的影响。结果表明：随着林龄增加,苹果林地深剖面土壤水分由浅及深逐年降低,深层土壤储水量呈倒“S”曲线趋势下降,27龄之后进入稳定期。丰水年份形成的活塞流是黄土塬区深层渗漏以及地下水补给的主导方式,农田下地下水年均潜在补给量为30.2 mm,占年均降水量的5.2%。农田转换为苹果林地后形成的深厚土壤干层将阻断降水对地下水的补给,减弱地下水补给过程中活塞流的主导作用。需通过政策引导协调农果面积比例,保证地下水资源持续补给,达到可持续利用的目的。     

青海湖北土壤水分分布与土壤干层恢复

通过对青海湖北沙柳河镇土壤含水量的测定, 研究了该区土壤水分含量和土壤干层恢复等问题。结果表明:青海湖北沙柳河镇土壤含水量随着深度的增加而减少, 在年降水量略多于400 mm的条件下, 多数土壤干层中的水分得到了恢复, 干层消失, 少数土壤还有干层存在。在2009 年降水增多, 到2011 年土壤水分恢复深度达到了1.3 m, 2011 年土壤含水量显著高于2009 年。在年降水量为410 mm左右的条件下, 土壤干层恢复到1.3 m深度需要的时间为2 年左右。该区土壤水分运移缓慢, 干层恢复比黄土高原缓慢, 恢复的深度较小, 这主要是该区土壤冻结期较长等决定的。土壤干层中水分的恢复表明, 该区2009年以来草原土壤水分输出量略小于输入量。     

人工固沙植被区土壤水分动态及空间分布

土壤水分是干旱区固沙植被生长发育最主要的限制因子,了解其动态变化特征对沙区人工植被建设具有重要意义。本研究利用EnviroSMART土壤水分监测系统,于2009-2013年对宁夏沙坡头地区人工固沙植被区的土壤水分动态进行连续监测。结果表明:(1)降水对土壤水分状况及动态变化有较大的影响。土壤水分总体处于过度消耗状态,在非生长季,土壤水分没有明显的回升现象。(2)生长季初期(4-5月)为土壤水分弱消耗阶段;生长旺盛期(6-8月)为土壤水分快速消耗阶段,水分变化波动较剧烈,空间异质性最强;生长季末期(9-10月)的土壤水分处于相对稳定状态。(3)土壤水分随深度增加呈“S”形变化趋势,浅层的土壤含水量明显高于其他深度,200 cm深度土壤含水量较低且年际间变化不大(1.53%~2.10%)。湿润年份土壤水分剧烈变化的土层深度为0～100 cm,而干旱年份为0～20 cm。(4)相对于干旱年份,湿润年份的土壤含水量不但较高,而且水分变化波动较为剧烈。当土壤水分较低时,其变异性会随着土壤水分含量的增加而增加。(5)试验区灌木盖度在5年间呈下降趋势,一年生草本受降水量影响年际变化较大。受降水时空分布影响的土壤水分是沙坡头人工植被演替的重要驱动力。     

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。     

不同植被盖度沙质草地生长季土壤水分动态

水分是干旱半干旱沙地生态系统最大的限制因子，研究植被盖度和土壤水分之间的关系有助于沙地生态恢复和保护。基于生长季科尔沁沙质草地不同植被盖度下土壤水分动态和降水的观测试验，分析了沙质草地植被盖度和土壤水分的耦合关系。结果表明：在土壤剖面上土壤水分存在明显的分层结构，依次为水分剧变层（0~40 cm）、缓变层（40~100 cm）和稳定层（100~180 cm）；植被盖度对土壤水分有很大影响，不同植被盖度下土壤含水量存在显著差异，土壤水分与盖度之间呈倒“V”型关系，土壤水分状况在28%的盖度下最优；不同的植被盖度下土壤水分对降水的响应也存在差异，在13%盖度下响应最敏感，28%和46%的盖度下响应微弱，后二者的土壤水分也相对稳定。在沙地生态恢复建设过程中合理的植被盖度配置可提高降水利用效率，并能使土壤水分和植被达到一种良好的平衡状态，从而有利于生态系统的稳定。     

黑河流域土壤退化研究

在黑河流域干旱土纲中采集5个典型土壤剖面以研究该地区干旱土壤的演化。同时，为了了解土壤养分含量、土壤干旱化和土壤盐化的变化趋势，测定了高台县西北盐池地区主要盐土类型各剖面中的盐分含量和流域内主要土类中水分含量的分布。结果表明，干旱区内陆河流域土壤的退化主要表现为干旱化、盐渍化和土壤肥力的退化。在流域内干旱化随流域上中下游降水量和干燥度的变化而变化，土壤随距河流的距离及地下水位的高低而变化。流域内土壤从潜育土向雏形十、干旱雏形土和干旱土的方向变化。盐渍化与土壤水分含量和地下水位有关，并与水分的蒸发有密切的关系。在一定范围内，距水源越远，盐分含量一般越高。土壤肥力的退化表现为土壤有机质含量降低，阳离子代换量降低等理化性质的退化，这一退化过程是其它过程的综合反映。质地的退化虽受风沙化的影响，但与土壤的形成母质有一定的关系。     

干旱区绿洲荒漠带土壤水盐异质性及生态环境效应研究——以黑河中游张掖绿洲为例

对黑河中游地区典型绿洲的土壤含水量与含盐量分析表明,在无灌溉情况下,绿洲及绿洲边缘过渡带表层土壤含水量水平分异明显,由绿洲区的20%左右递减到绿洲荒漠生态过渡带的2.9%。绿洲荒漠带土壤水分变化反映了人类利用绿洲水资源的程度,在绿洲地下水资源开发过度和绿洲边缘人类活动剧烈的区域均存在着生态裂谷,对绿洲生态系统的稳定极为不利。绿洲荒漠带土壤可溶性盐分含量的水平分异表现为绿洲土壤可溶性盐分含量比绿洲荒漠生态过渡带和荒漠区低;绿洲界外区不同荒漠类型土壤含盐量变化不同,在绿洲外围沙质荒漠区,土壤含盐量较低,在绿洲外围砾质荒漠（戈壁）区,土壤含盐量明显高于绿洲区;荒漠区土壤含盐量的垂直变化表明,含盐量最高的聚集层一般不在表层,而在40～60 cm的亚表层。受土壤水盐分异的影响,绿洲外围荒漠植被类型出现分异,从高位绿洲到中位绿洲,外围区荒漠植被的耐旱性和耐盐性均增加。     

黑河中游绿洲及绿洲-荒漠生态脆弱带 土壤含水量空间分异研究

以黑河中游平川绿洲和六坝绿洲为例,对绿洲及绿洲-荒漠生态过渡带土壤含水量空间分异进行了分析研究。结果表明:在无灌溉条件下绿洲及绿洲-荒漠生态过渡带的土壤含水量水平分异明显,绿洲土壤含水量高于绿洲-荒漠生态过渡带和荒漠地区土壤含水量,并出现从绿洲到绿洲-荒漠过渡带和荒漠依次递减的趋势,主要受土壤性状、土壤水分水平运动和绿洲-荒漠局地大气环流影响;绿洲活动层土壤含水量垂直分异上表现为从表层向下逐渐增加,而过渡带和荒漠区活动层土壤含水量垂直分异则是表层和底层比20~30cm处低,可能与荒漠土壤凝结水的形成与运动有关。受绿洲地下水过度开采和绿洲边缘人类活动影响,在绿洲-荒漠过渡带形成了生态裂谷,对绿洲生态系统的安全构成威胁。     

古尔班通古特沙漠南缘风沙土土壤水分特征与毛管水最大上升高度

为确定古尔班通古特沙漠南缘地下水深埋区毛管上升水的最大上升高度,对划分固沙植物水分来源提供理论依据,于2016年3月~2018年11月,采用中子仪法对试验地0~10 m土层土壤含水量进行观测,分析沙丘不同坡位土壤含水量的季节变化情况,并利用最大分子持水量与土壤含水量曲线交会法确定试验地毛管水的最大上升高度。结果表明：沙丘不同坡位0~130 cm土层的土壤含水量受外界气象因素影响较大,随季节变化规律明显;130 cm土层以下至570~760 cm土层为土壤含水量较为稳定的干沙层;而570~760 cm以下土层的土壤含水量主要受地下水水位波动和毛管上升水的影响,其含水量变化上界可看作是毛管水的最大上升高度。试验地的最大分子持水量为0.026 1 cm³·cm^-3,且沙丘不同坡位毛管水的最大上升高度分布在250~290 cm之间。     

黑河中游荒漠绿洲过渡带固沙植被根区土壤含水量

土壤水分在很大程度上决定着荒漠固沙植被的生长状况和分布格局，不同植被对土壤水分的需求也不相同，研究植被根区土壤含水量的分布特征，可为合理调控固沙植被空间分布格局提供理论依据。以黑河中游荒漠绿洲过渡带上的固沙植被泡泡刺（Nitraria sphaerocarp）、沙拐枣（Calligonum mongolicum）为对象，于2014—2018年每年5月上旬（雨季前）和10月中旬（雨季后）钻取植被根区不同深度的土壤样品，研究不同植被根区垂直方向和水平方向上土壤含水量的分布特征及其变异性。结果表明：（1）土层越深，固沙植被根区土壤含水量越高；（2）除2017年外，其余年份两种固沙植被根区的土壤含水量均是雨季后大于雨季前；（3）水平方向上距离植被根区越远，土壤含水量越高；（4）两种植被根区土壤含水量的变异性在垂直方向上浅层大于深层，且垂直方向的变异性大于水平方向。     

西安南郊丰水年秋季土壤水分研究

 通过对西安南郊丰水年秋季土壤含水量的测定，研究了地下0~6 m之间土壤含水量的变化与土壤干层的恢复问题。研究结果表明，丰水年西安南郊人工林下2~3 m的土壤含水量在20％左右，远远高于正常年份的土壤含水量，而且大于表层和深层的土壤含水量。分析得出，土壤干层发育较弱的地区在降水丰富的年份可以得到一定程度的恢复；西安地区基本适合进行人工造林；通过人工措施，增强降水入渗和土壤含水量，对树木成活和长期的生长应当具有明显的作用。     

西安高陵人工林土壤干层与含水量季节变化研究

通过野外调查和室内测定,利用烘干称重法对高陵地区丰水年前后不同人工林下0~6 m土壤含水量及土壤水分的季节变化进行研究。结果表明,2002年高陵田家村中国梧桐林和杨树林下160~400 cm范围内均已发育了土壤干层。经过2003年丰水年充沛的降水补给,2004年高陵团庄槐树林、杏树林0~6 m土层均未出现土壤干层,说明水分在丰水年得到很好恢复。丰水年后梨、杏、槐三种人工林160~400、410~600 cm层位土壤含水量均显示春季最高,夏季次之,秋季降到最低或略微上升。