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。     

毛乌素沙地油蒿(Artemisia ordosica)群落土壤水分动态特征

以流动沙地作对照,在毛乌素沙地选择半固定沙地油蒿(Artemisia ordosica)群落、具生物结皮的油蒿群落和油蒿+本氏针茅(Stipa capillata)群落设置样地,以10min间隔获取5、15、30、50、70cm深度土壤水分实时监测数据,分析生长季不同植被覆盖下沙地土壤水分动态变化特征。结果表明:(1)4个样地均为秋季储水量最大,油蒿+本氏针茅群落0~80cm层土壤储水能力最强,平均增加了30mm。(2)受土壤蒸发影响的同时,得不到春季小降水事件的补给,流动沙地20~60cm层春季土壤含水量只有4%,生长季波动明显,呈双峰型,0~20cm层和60~80cm层土壤含水量较稳定;半固定沙地油蒿群落0~60cm层土壤含水量长期处于6%左右,60~80cm层春季最低、夏季和秋季得到较好的补给,呈双峰型;具生物结皮的油蒿群落0~10cm平均土壤含水量大于10~20cm层,0~10cm层土壤水分受生物结皮影响呈双峰型,而10~60cm土壤水分较稳定,呈单峰型,60~80cm层土壤含水量在春季最低,呈双峰型;油蒿+本氏针茅群落土壤持水性有明显增加,夏季和秋季土壤含水量可长期处于12%~14%,呈明显的双峰型,而60~80cm土层得不到充分的降水补给,长期处于4%左右,呈单峰型。(3)不同植被覆盖的沙地土壤水分对30mm左右降水的响应深度不同,流动沙地可到70cm,半固定沙地油蒿群落到50cm,具生物结皮的油蒿群落到30cm,油蒿+本氏针茅群落到40cm;极端降水能够影响所有样地0~70cm土壤含水量。     

禹城沙地水分动态规律及其影响因子

通过对禹城沙河地沙土土壤水分动态监测,分析其土壤水分剖面变化,得出本沙地土壤水分动态变化规律:依据降水、植被、地下水和土壤将土壤水分垂直剖面划分为表层0-10m或0-20cm干沙层,20-40cm土壤水分变化剧烈层,40-80cm土壤水分活跃层,80-120cm以下土壤水分深部稳定层;沙地土壤水分随季节变化划分为,春季水分变化较微──弱失水阶段,夏季水分剧烈变化──降水补给阶段,秋季水分变化缓慢——失水阶段,冬季水分变化较微弱──调整阶段。     

草甸草原降水特征与土壤水分对降水脉动响应——以呼伦贝尔草原额尔古纳市为例

利用额尔古纳牧业气象试验站降水量与土壤水分数据,通过降水与土壤水分动态变化及转化过程分析,确定土壤水分响应的降水临界值与不同降水级别引起土壤水分响应的概率,构建了降水过程量与土壤水分增量函数关系。结果表明：（1） 研究区降水量呈“先降后升”变化趋势,年内降水量呈单峰型分布。（2） 研究区以无降水天气为主,降水又以小降水事件占主导,大降水事件发生频次低、过程降水量大,小降水事件则相反。（3） 可以引起研究区0~50 cm各层土壤水分响应的降水临界值分别为8.1 mm、10.1 mm、19.0 mm、27.9 mm和31.6 mm,小雨仅能引起0~10 cm土壤水分响应的概率为28.6%,中雨不能引起40~50 cm土壤水分的响应。（4） 降水量与0~10 cm和10~20 cm土壤水分达到最大值时的滞后时间呈现出极显著负相关关系,与20~30 cm呈显著负相关关系,0~30 cm各层土壤水分达到最大值时的滞后时间与降水量符合幂函数关系。（5） 降水量和0~50 cm土壤水分增量均呈现出极显著正相关关系,降水量与0~10 cm和10~20 cm土壤水分增量符合线性关系,与20~30 cm、30~40 cm和40~50 cm土壤水分增量符合多项式关系。检验结果表明,构建的函数模型可以较好地模拟研究区0~30 cm各层水分增量。研究结果为地方政府抗旱减灾提供了科学依据。     

不同演替阶段油蒿群落土壤水分特征分析

油蒿群落是毛乌素沙地最主要的群落类型之一,在维持当地生态系统稳定中起着重要作用。土壤水分是影响油蒿群落演替的重要环境因子,为深入分析不同油蒿演替阶段土壤水分特征,使用EC-5土壤水分传感器连续监测整个生长季内先锋物种阶段(流动沙地)、稀疏阶段(半固定沙地)和建成阶段(固定沙地)油蒿群落土壤水分动态。结果表明,3种样地土壤水分均存在时间和空间上差异,流动沙地各层土壤含水量均显著高于半固定沙地和固定沙地;土壤含水量受降水影响较大, 降水量是影响土壤水分补给深度的重要因素,小于10 mm的降水主要被表层土壤吸收,10～20 mm的降水对土壤水分的补给深度超过30 cm、不及60 cm, 30～40 mm的降水补给深度大于60 cm、不及100 cm;30 cm及其上层土壤水分波动剧烈,60 cm处土壤水分主要受大于30 mm降水事件影响,波动较小,100 cm和160 cm处土壤水分几乎不受降水的影响,土壤含水量较稳定;降水补给深度及植被根系需水的层次差异是导致3种样地土壤水分时间和空间上异质性的重要因素;土壤温度主要受大气温度影响,与土壤水分相关性不显著,且随土壤深度的增加而降低。     

塔里木河下游土壤风蚀期0～15cm层土壤含水率分布规律

土壤表层含水率是影响土壤风蚀的一个重要参数。在塔里木河下游土壤风蚀期间对0~15 cm层土壤水分进行调查,发现0~15 cm层土壤含水率极低,平均含水率仅0.84%,含水率>2%的区域主要分布在绿洲边缘和河道边缘。进一步探讨植被盖度、风沙活动强度和土壤结皮对0~15 cm层土壤含水率分布的影响,结果表明:①0~15 cm层土壤含水率与植被盖度的相关性不显著;②0~15 cm层土壤含水率与风沙活动强度呈显著指数负相关;③土壤结皮能够有效保护表层土壤水分,抑制土壤风蚀。     

科尔沁不同类型沙地土壤水分在降水后的空间变异特征

采用地统计学的方法,研究了科尔沁沙地受轻度干扰的沙质草场、禁牧半流动沙地和受重度干扰的丘间低地在降水后的土壤含水量空间变异性。结果表明,土壤含水量变异幅度是丘间低地>半流动沙地>沙质草场。半流动沙地和丘间低地的表层与亚表层土壤水分空间结构差异较小,但土壤水分空间变异性都要高于沙质草场表层。沙质草场表层与亚表层空间结构差异明显,两层土壤含水量变程分别为181.80 m4、.55 m,分维数为1.91、1.99,表层变异性小,亚表层变异性大。半流动沙地表层、亚表层的土壤含水量由随机因素引起的空间变异性,分别占各自总空间变异性的50%和48%,主要表现在1 m以下的小尺度范围内。丘间洼地两层土壤含水量变异特征差异较小,空间变异性大,土壤水分空间格局图表现出由洼地中心向四周递减的分布趋势,但存在一定的尺度范围。由于自然环境的改变和人类活动的干扰,影响着沙地植被、地形小尺度分布格局在大尺度上的配置格局,降水后的沙地土壤水分格局也发生相应的变化,而地形状况、植被条件和小尺度的人为局部干扰在该变化中有着深远的影响。     

科尔沁沙质草地不同恢复年限草本层群落结构及其与土壤理化性质的关系

草本植物在沙地植被恢复过程中具有重要作用,研究自然恢复沙质草地草本层植物群落组成变化规律及其与土壤因子之间的关系,对植被与土壤恢复具有重要的意义.本研究对科尔沁严重退化沙地封育12、17年和20年的自然恢复沙质草地植物组成和土壤理化性质进行研究,同时分析了植物组成与土壤因子的相关关系.结果表明:随着恢复年限的增加,土壤...     

温度和水分对科尔沁沙质草地土壤氮矿化的影响北大核心CSCD

土壤氮矿化对陆地生态系统初级生产力起决定性作用,但其影响因素较多,其中温度和水分最为重要。研究沙质草地土壤氮矿化对温度和水分的响应,对预测全球变化对沙质草地生态系统结构和功能的影响具有重要作用。因此,通过开顶式气室（OTC）模拟增温和人工调控田间持水量的方法对科尔沁沙质草地的土壤进行原位培养,分析温度和水分对土壤氮矿化作用的影响。结果表明：无论温度如何变化,科尔沁沙质草地土壤氮净矿化/硝化速率随着田间持水量的增加而明显提高。净硝化速率和净矿化速率在田间持水量为9.5%时最大,田间持水量达到时12.5%明显下降。增温使沙质草地土壤氮矿化显著变化,但增温的效应与田间持水量存在一定的关联。在相对适宜的田间持水量条件下（田间持水量为6.5%~12.5%）,OTC增温可以使科尔沁沙质草地的土壤氮矿化/硝化速率显著提高;但是在田间持水量处于相对较低或者过高的状态下,该地区土壤的净氮净矿化/硝化速率对温度增加的响应不明显。     

科尔沁沙地沙质草地与固定沙丘植物群落结构对极端干旱的响应

为了探究沙地植物群落结构特征对极端干旱的响应,通过野外模拟试验开展了极端干旱（生长季减雨60%与干旱60 d）对沙质草地和固定沙丘植物群落丰富度、地上生物量和叶性状等群落结构特征影响的研究。结果表明：（1）生境变化对植物群落地上生物量和叶干物质含量（LDMC）具有显著影响（P<0.05）,草地地上生物量和LDMC显著高于固定沙丘,而物种数、植被盖度、高度和比叶面积（SLA）在两种生境间无显著差异（P>0.05）;（2）极端干旱处理显著影响沙地植物群落盖度、地上生物量和LDMC（P<0.05）,减雨60%显著降低了植物群落盖度和地上生物量,而干旱60 d显著降低了植物群落盖度、地上生物量、高度和LDMC;植被特征和叶性状在减雨60%和干旱60 d处理间无显著差异（P>0.05）;（3）减雨60%和干旱60 d显著降低了草地和固定沙丘的植被盖度和地上生物量,而干旱60 d也降低了固定沙丘的植物高度和LDMC（P<0.05）;（4）相关分析表明,沙地植物群落地上生物量与盖度、高度和LDMC显著正相关（P<0.05）。极端干旱事件的发生会极大地改变沙地一年生为主的植物群落组成和功能,而沙地不同生境植被则通过改变植物群落组成、优势种及其关键性状的变化来适应极端干旱。     

低覆盖度治沙理论的核心水文原理概述

土壤水分的渗漏过程是陆地生态水文的3个最核心过程之一,降水向土壤深层渗漏或者补给地下水,关系到干旱沙区水平衡维持和植被稳定持续发育。多年的治沙实践和研究结果表明：（1）天然分布稳定的沙生植被,覆盖度一般低于30%,降水均能够渗漏到土壤深层或者补给地下水;（2）人工营造的固沙林,当林分的覆盖度大于40%后,林下土壤含水率逐步降低,降水不能够渗漏到土壤深层或者补给地下水,林木出现衰败或者死亡;（3）低覆盖度固沙林设计出了带间的土壤渗漏补给带,确保了降水能够渗漏到深层或者补给地下水,固沙林及其带间植被能够稳定持续发育;（4）在极端干旱区,基本上没有降水能够渗漏到2 m以下土层,灌溉才能确保林分的稳定持续;在干旱区,深层渗漏水量占年降雨量的1%—13%,半干旱地区的深层渗漏水量占年降雨量的11%—23%,半湿润干旱区的深层渗漏水量占年降雨量的15%—45%,能够确保沙区的水平衡和雨养植被的稳定持续发育。这也是低覆盖度治沙理论最基本的生态水文原理,为中国防沙治沙事业开拓了新领域、新方向和新思路,对推动中国今后的防沙治沙工作有着重要意义。     

基于Hydrus-1D模型的科尔沁沙地沙丘-草甸相间区土壤水分动态模拟

土壤水分是干旱半干旱地区生态环境的主要限制性因子,研究科尔沁沙地流动沙丘和草甸地土壤水分动态规律有助于荒漠化地区的生态恢复和保护。以2018年5月25日至10月31日为研究期,利用土壤各项实测参数和气象数据,评价Hydrus-1D模型在科尔沁沙地的适用性,并揭示科尔沁沙丘-草甸相间区土壤水分分布特征,重点分析研究区流动沙丘200 cm剖面和草甸地80 cm剖面土壤水分的动态规律。结果表明:研究区典型土地类型流动沙丘和草甸地土壤水分模拟值和实测值的决定系数均高于0.76,均方根误差0.01~0.02 cm³·cm^-3;在土壤剖面上具有明显的分层结构,流动沙丘分为3层,即0~20 cm为干沙层,20~120 cm为活跃层,120~200 cm为稳定层,其中40 cm土壤水分波动性最大;草甸地分为2层,即0~40 cm为活跃层,40~80 cm为稳定层,主要受降雨、蒸散发和地下水位影响;流动沙丘和草甸地降雨与表层土壤水分呈极显著相关,降雨量与地下水位变化仅草甸地呈显著正相关;在整个研究期内,流动沙丘土壤水分储量变化量为12.6 mm,土壤实际蒸发量为105.9 mm,200 cm深层渗漏量为173.9 mm,占总降雨量的59.5%;草甸地土壤水分储量变化量为8 mm,80 cm深层渗漏量为-27.2 mm(地下水补给量),土壤实际蒸发量为67 mm,植被蒸腾量为244 mm,地表径流量为0 mm。     

干旱沙区典型人工植被群落下土壤剖面CO_2浓度变化特征及其驱动因子

对人工固沙植被区柠条(Caragana korshinskii)群落和油蒿(Caragana korshinskii)群落下不同深度的土壤气体采样,主要研究和讨论了不同类型人工植被区下土壤CO2浓度的变化特征及土壤温度和土壤水分对其的影响。结果表明:柠条和油蒿群落0~80cm处的土壤空气CO2浓度随着土壤深度的增加而增加,并且在0~40cm,油蒿群落下的土壤CO2浓度值大于柠条,而在40cm以下则相反。其平均值分别为1 229.3μmol·mol-1和1 242.7μmol·mol-1,大于同一深度流沙下土壤CO2浓度值978.9μmol·mol-1。土壤水分与二者的土壤CO2浓度变化趋势在年际尺度上具有一致性,浅层40cm内油蒿群落下的土壤CO2浓度和土壤水分含量的相关性明显大于柠条和流沙。而在40cm以下,则表现为柠条油蒿流沙。土壤温度对土壤CO2浓度的影响程度一般为流沙油蒿柠条,特别是流沙,在表层达到了极显著的水平,之后随着土壤深度的增加而降低。而土壤温度对油蒿和柠条样地土壤CO2浓度的影响较为复杂,呈现出先增加后减小的趋势。在年际尺度上,土壤水分含量是不同植被群落下土壤剖面CO2浓度的关键限制因子,而在日尺度上,土壤温度则为主要限制因子。据粗略估计,在0~80cm内,柠条和油蒿根系呼吸所占的比例约为30.7%和33.3%。     

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。     

河西走廊荒漠绿洲过渡带封育对土壤和植被的影响

在河西走廊荒漠绿洲过渡带,封育天然植被是植被群落恢复、防止绿洲沙漠化的有效措施。以流动沙丘作为对照(0年),对封育5年和15年的半固沙和固定沙丘植被群落以及土壤进行调查取样和分析。结果表明:随着封育年限增加,天然固沙植被群落生物多样性增加,灌木层和草本层植物密度、盖度和生物量都显著增加,灌木层盖度从10%增加到40%,草本层以一年生草本植物为主,物种从5种增加到8种,生物量从1 g·m^-2增加到13 g·m^-2。随着天然植被盖度增加,土壤表层沙土细粒化明显,沙土中黏粉粒含量显著增加,土壤质地由粗质沙粒向细质沙粒转变;随着沙土中黏粉粒成分的增加,沙土有机质、全氮、全磷含量也增加,灌丛下土壤养分含量高于灌丛间,“沃岛效应”明显。同时,在灌丛下表层土壤出现明显的盐分集聚现象,其中SO₄^2-、K⁺、Na⁺含量分别增加了6、3、17倍。在降水100 mm左右的荒漠绿洲过渡带,封育可以显著恢复固沙植被群落和提高沙土质地和养分。     

山丘型地区钉螺孳生数量与植被和土壤环境因子的关系

本文研究了四川仁寿山丘型地区钉螺孳生与植被和环境因素的关系。结果表明:(1)草本群落物种丰富度、草本盖度、草本高度影响钉螺的孳生数量,钉螺分布适宜的草本群落的物种丰富度为4～14,草本群落盖度为60%～100%,高度为20～50cm;(2)土壤水分含量、温度和盐分均影响钉螺的孳生数量,钉螺分布最适宜的土壤水分含量为20%～60%,温度为15～30℃,盐分为60～120ms/m;(3)各环境因子和钉螺密度曲线可以看出,物种丰富度、草本高度、草本盖度、土壤水分含量、土壤温度和盐分含量与钉螺密度间均呈现抛物线或抛物线状曲线;(4)在样地和样方水平,土壤水分含量和钉螺密度存在稳定的线性相关关系,表明土壤水分含量是影响钉螺孳生的主导因素。因此,钉螺对各环境因素存在适应范围,表明钉螺对潮湿环境具有严格的选择性和依赖性,这种生态特性和钉螺本身的生物学特征密切相连。     

The variation in soil moisture and the appropriate groundwater table for desert riparian forest along the Lower Tarim River

Based on data collected over five years of monitoring the Lower Tarim River, we analyzed the variability of soil moisture content (SMC) and the relationship between SMC, groundwater table depth (GWD) and vegetation by using the methods of coefficient of variation (Cv), Pearson correlation and regression. The results of the variability of SMC indicate that it rose with increase in depth of soil layer – SMC in the soil layer of 0–60 cm was relatively small compared to SMC in the soil layer of 100–260 cm which showed a significant increase in variability. SMC and GWD before and after ecological water diversions exhibited significant differences at the site of the Yingsu transect and its vicinity of the watercourse, especially SMC in the soil layer of 100–260 cm increased significantly with a significant rise of GWD and reached maximum values at a GWD of about 4 m. Plant coverage and species diversity significantly improved with increases in SMC in the soil layer of 100–260 cm, both of them approached the maximum values and 92.3% of major plant species were able to grow when SMC was > 10%. To restore the ecosystem of desert riparian forest along the Lower Tarim River, the GWD must be maintained at < 4 m in the vicinity of the watercourse and at about 4 m for the rest of this arid region.