漓江流域表层土壤水分物理性质空间异质性

为了解漓江流域土壤水分空间变化特征及其影响因素,基于2'经纬网格,采用地统计学方法对该流域表层（0~10 cm）土壤水分物理性质的空间变异进行分析。结果表明:从空间结构比上,漓江流域表层土壤含水量、容重、最大和最小持水量均具有高度的空间自相关性（各指标空间结构比均大于0.87）,且其空间分布趋势基本一致,由流域上游向中下游逐渐变化。土地利用对流域表层土壤水分物理性质及其空间变异具有显著影响。受时间尺度和土地利用类型等因素的影响,漓江流域表层土壤含水量相比其他土壤水分物理性质,其空间异质性由随机引起的空间变异增加,空间自相关减小,为0.87;而土壤容重最大,为0.92。相关结果对于漓江流域土壤水分动态模拟与预测研究具有一定参考价值。     

土壤入渗特性的空间变异规律及其变异源

以封丘地区典型的4种土地利用类型(传统耕作地、免耕地、金银花地和杨树林地)为例,系统研究了不同土地利用方式下土壤入渗特性的空间变异强度、空间变异结构及其主要变异源。结果表明,频繁的耕作会降低土壤异质性,弱化土壤特性空间变异结构,扰动较小的免耕地和金银花地的土壤入渗特性则具有相对明显的空间变异结构,扰动最小的杨树林地土壤的入渗特性具有最为明显的空间变异结构和最小的变程。容重、有机质含量和初始含水量是耕作地入渗的最主要变异源,初始含水量则是金银花地入渗的唯一显著性变异源;杨树林地入渗变异的主要变异源是有机质和初始含水量;影响免耕地入渗特性变异的变异源并不显著。在有些情况下,水温也可能成为入渗特性空间变异研究的重要干扰因素。     

夏季黄土丘陵区不同土地利用方式土壤CO2分布特征及影响因素

为了解不同土地利用方式对土壤剖面CO2含量的影响,分析了吕梁山西侧黄土丘陵区不同土地利用类型（果树林地、大田作物地、荒地）土壤理化性质和不同深度的CO2分布特征及其影响因素。其结果表明:果树林地、大田作物地和荒地三种不同土地利用方式全磷、全钾含量差别不大,大田作物地土壤有机碳含量（2.95±1.19 g·kg-1）>荒地（2.63±1.36 g·kg-1）>果树林地（2.38±0.78 g·kg-1）,而大田作物地土壤无机碳含量（14.36±5.17 g·kg-1）>果树林地（14.16±1.32 g·kg-1）>荒地（12.40±4.04 g·kg-1）;同样,土壤全氮含量在大田作物地中含量最高,在其他两种土地利用方式中全氮含量大致相同。不同土地利用方式对土壤剖面CO2体积分数的影响较大,果树林地0～20 cm深度土壤CO2含量高于大田作物地和荒地,其原因:一方面为果树林地地表调落物较多,表层有机碳积累较多,在微生物分解作用下,形成了大量的CO2,另一方面,果树林地人为扰动小,而大田作物地人为扰动较大,土壤 CO2浓度更大程度上取决于农田的耕作管理措施和种植作物的品种。三种土地利用方式在土壤 80 cm 处土壤CO2含量均突然下降,其原因可能为雨水下渗吸收了土壤CO2 后与下部碳酸盐矿物发生作用,即碳酸盐矿物的溶蚀过程消耗吸收土壤CO2。土壤温、湿度也影响了土壤CO2的产生,但相关性均不显著,其原因为研究区土壤呼吸对温度响应高度依赖于土壤含水量,土壤CO2的产生速率更多受水热因子耦合作用的影响。      

喀斯特石漠化治理区不同土地利用方式的小气候效应

研究小气候变化对植被恢复的响应机制可为喀斯特地区石漠化综合防治提供理论依据。文章选取喀斯特高原山地和高原峡谷石漠化综合防治示范区4种土地利用类型为研究对象,通过常规的小气候监测方法,在雨季前(4月)、雨季(8月)、雨季后(12月)对4种土地利用类型的大气温度、光照强度、相对湿度、土壤温度日变化进行监测和对比分析。结果表明:（1）4种土地利用方式中,大气温度、光照强度和土壤温度均表现为石漠化裸地>农耕地>灌木林>林地,而相对湿度的变化规律则反之:林地>灌木林>农耕地>石漠化裸地,说明林地的小气候调节作用最优,而石漠化裸地最差,与其石漠化治理和植被恢复效果相对应;（2）高原峡谷的大气温度、光照强度和相对湿度在不同的季节和不同土地利用方式下都显著高于高原山地,不同土层的土壤温度是高原山地显著低于高原峡谷;（3）各土地利用方式的小气候季节差异明显,大气温度、土壤温度均为:雨季(8月)>雨季前(4月)>雨季后(12月),而光照强度、相对湿度为:雨季(8月)>雨季后(12月)>雨季前（4月),8月各小气候指标值最高,且不同土地利用方式和治理区间的差异亦最大,因此,选取8月进行小气候监测以比较各土地利用方式和治理区之间的差异要优于其他两个月份。      

不同裸岩率下我国西南喀斯特山区土壤侵蚀的室内模拟

以我国西南喀斯特地区作为研究区域,通过资料查询、野外考察,设计加工满足西南喀斯特地区雨强范围的针管式人工降雨装置,针对不同坡度条件下不同裸岩率坡面土壤侵蚀进行12场室内模拟试验。结果显示:（1）径流率在180～300 s之后保持稳定,坡面径流率随着坡度的增大变化较小。（2）输沙率的变化可分为五个阶段:迅速增大、减小、增大、缓慢减小和趋于稳定;同一坡度或不同坡度条件下坡面输沙率均随裸岩率的增大而减小,这种变化量随着坡度的增大而减小,其减小量在40.2%到1%之间。（3）同一坡度或不同坡度的不同裸岩率坡面总侵蚀量均随裸岩率的增大而减小,其变化量随坡度的增大而减弱。      

青木关岩溶槽谷流域不同土地利用类型土壤可蚀性分析

基于土壤实地采样和理化性质测试分析,采用EPIC模型K值计算方法,分析青木关岩溶槽谷流域的土壤理化性质、土壤可蚀性及其影响因子。结果发现:（1）青木关岩溶槽谷流域表层土壤（0~10 cm）可蚀性K值介于0.037 1~0.060 5之间,均值为0.048 5,中值为0.047 5,变异系数为10.71%,偏度和峰度值小于1;（2）表土机械组成中以粉粒含量为主,土壤质地属于粉壤土;有机质含量在13.98~52.24 g.kg-1之间,均值为29.20 g.kg-1;表土可蚀性K值与砂粒含量、有机碳含量呈极显著负相关,与粉粒含量呈极显著正相关,与黏粒含量呈负相关;（3）不同土地利用类型下的表土可蚀性K值以裸土地最大,为0.058 3,耕地次之,为0.053 4,其次为园地、荒草地和竹林,分别为0.048 3、0.047 8和0.046 9,针阔叶混交林最小,为0.0427,分别存在显著差异（P＜0.05）,变异系数介于2.7%～6.1%之间;受人类活动影响强烈的裸土地和耕地是本地区主要的泥沙策源地,恢复植被能有效提高土壤抗蚀能力;（4）不同土地利用类型土壤剖面K值均值为耕地（0.056 3）显著大于荒草地（0.051 6）与林地（0.048 1）（P＜0.05）,荒草地与林地K值间差异性不显著;K值剖面分布一致表现为0~35 cm相对较小且变化较大,土下35~60 cm随着深度的增加而增大。      

模拟降雨条件下寒旱地区边坡土体位移及土压力特征

为深入研究降雨条件下寒旱地区植物边坡与裸坡浅层位移及土压力特征,定量评价植物护坡效应,以位于西宁盆地的青海大学自建试验区为例,通过对柠条锦鸡儿边坡与裸坡开展原位模拟降雨试验,系统分析两种边坡浅层土体的土压力值及其水平、垂直方向上位移量变化规律;在此基础上评价这两种类型边坡的稳定性。得到以下主要结论:降雨前后,柠条锦鸡儿边坡a层（边坡表层以下0~20 cm）、b层（边坡表层以下（20~40 cm）土体含水率增加幅度均较裸坡降低32.03 %、13.63 %,反映出模拟降雨过程中植物茎叶起到降雨截流作用;降雨后两种边坡平均土压力值均较降雨前略高,其中裸坡增加0.125 kPa,柠条锦鸡儿边坡增加0.129 kPa。降雨前后柠条锦鸡儿边坡在水平、垂直方向的平均位移量分别为0.031,0.027 cm,裸坡坡面的分别为0.196,0.158 cm,说明柠条锦鸡儿根系在一定程度上起到有效抑制坡面土体变形效果,达到了提高边坡稳定性的作用。     

陇东黄土塬区不同下垫面条件下侵蚀产沙的降雨阈值

根据陇东黄土高塬沟壑区典型小流域——南小河沟流域1954—2014年实测降雨产沙资料,应用降雨侵蚀力偏差系数法研究不同土地利用类型及空间尺度下侵蚀产沙的雨量阈值、雨强阈值及复合阈值标准,并通过对比分析确定了最优降雨阈值标准。结果表明:① 对于林地和草地坡面小区,其雨量阈值标准平均值（21.0 mm）较裸地（8.7 mm）和农地（9.7 mm）坡面小区分别提高了141%和116%,植被措施能够显著提高降雨阈值标准。② 杨家沟林地小流域的雨量阈值标准为16.5 mm,低于布设在该流域的林地坡面小区,同时对比董庄沟草地小流域及其坡面和全坡面小区的雨量阈值标准,其大小亦为:草地坡面尺度 > 草地全坡面尺度 > 草地小流域尺度,由此可见,降雨阈值标准会随着空间尺度增大而减小。③ 降雨阈值标准综合评价结果表明,各样点最优降雨阈值标准均为P≥a或I₃₀≥b这一复合因子标准,而在降雨单因子阈值标准中,对于农耕地和裸地坡面小区,宜采用最大30 min雨强（I₃₀）标准;对于经过水土流失治理的下垫面,宜采用雨量（P）标准。该研究可为区域土壤侵蚀预报提供参考。     

峰丛洼地不同林龄核桃生物量与土壤养分的关系

文章以喀斯特峰丛洼地的核桃（Juglans regia）人工林为研究对象,采用野外与室内相结合的方法,分析了不同林龄核桃生物量与土壤养分的变化规律,比较了土壤养分与环境因子（坡度、坡向、坡位和裸岩率）的相关性,探讨了土壤养分对生物量的影响作用。结果表明:(1) 核桃林生物量随林龄的增大而增大;不同林龄均以树干和根系比重为主,占整个生物量的60%以上;(2) 除速效钾外,土壤养分表现为盛产期(33年)>幼苗期(2年)>初果期(10年),不同林龄之间的土壤养分差异显著;(3)相关分析表明,土壤养分与坡位、裸岩率无相关性,与坡度、植被覆盖率呈负相关;(4)主要影响核桃幼苗期生物量的是全磷,初果期的是速效磷,盛果期的是速效氮。因而土壤肥力状况是喀斯特地区核桃人工林培育需要考虑的重要因素之一。      

小降雨事件对土壤水分及植物水势空间差异性的影响

本文以云南省蒙自市断陷盆地高原面上典型封闭式岩溶洼地小流域为研究对象,研究小降雨事件对土壤水分及植物水势的影响。结果表明:（1）在研究区内小降雨事件一般只能补给10 cm以上的土壤,因此在旱季（强降雨事件发生前）,土壤水分随着深度的增加整体呈变小的趋势;受洼地地形影响,整个土壤剖面（0 ~ 80 cm）的土壤水分存在从坡顶到洼地底部逐渐增加,苹果树叶水势逐渐升高的现象;受地质背景的影响,土石质坡地平均土壤水分比石质坡地土壤水分高2.67%,相对应的土石质坡地苹果树受干旱胁迫的程度要低于石质坡地。（2）通过观测对比发现,8天内12次的小降雨事件可以使0~10 cm土壤水分整体上略有升高,但并未能完全改变0~10 cm土壤水分洼地底部大于两侧坡地,而土石质坡地高于石质坡地的特征。（3）小降雨事件虽然只能补给0~10 cm的土壤水分,但由于坡地地区苹果树根系分布较浅（5~30 cm）,部分浅层分布的苹果树根系已能吸收到水分,另一方面小降雨事件具有降温、增湿,减少太阳辐射的作用,可以减小苹果树蒸腾作用,从而降低苹果树叶水势,因此推测小雨事件可以明显减轻苹果树受干旱胁迫的程度      

The impact of land use and land cover changes on soil moisture and hydraulic conductivity along the karst hillslopes of southwest China

The understanding of the temporal and spatial dynamics of soil moisture and hydraulic property is crucial to the study of several hydrological and ecological processes. Karst environments are extremely fragile because of thin soil and small soil water holding capacity. A marked intensification of agricultural land use and deforestation due to increase of population and thus expansion of agricultural areas has made the karst environment even more delicate. In this study, the soil moisture contents (SMC) and hydraulic conductivities (K) along four karst hillslopes were measured in situ by time domain reflectometry and the Guelph Permeameter, respectively, at test plots, each of which has a different vegetative cover, landform, land surface slope, soil property and content of rock fragment. The statistical results from the measurements show that land cover changes strongly affect the distribution of soil moisture and hydraulic properties. Compared with SMC in the bare soil areas, SMC values are 30.5, 20.1 and 10.2% greater in the forest, shrub and grass areas, respectively. Vegetation roots significantly increase permeability of low-layer silt soils. Measured K values were 0.8, 0.6 and 0.01 cm/min for the forest, agriculture and bare soil areas, respectively. When the forest was destroyed by fire or cut to become an agricultural area or bare soils, SMC would be reduced by 13.1 and 32.1%, respectively. If deforestation leads to strong rock desertification, SMC was reduced by 70%. Bedrock fractures significantly reduce the SMC in the overlying layer, but increase K values. SMC values of 30–45% would be reduced to 17–30% for the soil layer embedding rocks with and without fractures, respectively. K values could be increased from 1.0 to 8.5 cm/min. SMC are sensitive to terrain. A slope angle increase of 1° would reduce SMC about 0.82%. These changes resulting from land cover and land use alterations offer useful information to further investigate the response of ecosystem evolution to hydrodynamic processes.     

岩溶山区不同利用方式下土地蓄水能力研究——以重庆市中梁山为例

分析研究了中梁山岩溶山区竹林、灌丛、草地、园地、坡耕地5种土地利用方式的凋落物和土壤的蓄水功能。结果表明,自然利用的竹林地、灌丛地、草地的凋落物蓄积量和最大持水量都远远大于其余两种农耕利用的土地。当自然利用土地改为园地、坡耕地以后,其表层土壤的最大蓄水能力下降31. 2%、非毛管蓄水能力下降65. 5%、坡耕地的毛管蓄水能力下降34. 3%。与此同时由于土地利用方式不同,还使园地整个土壤剖面( 60cm)蓄水潜力增大4. 4% ,坡耕地蓄水潜力减少6.1% ,园地、坡耕地剖面土壤非毛管蓄水能力较自然利用方式土地剖面非毛管蓄水能力下降55. 7%。毛管蓄水量和前期含水量具有极显著的正相关,整个剖面毛管蓄水量和前期含水量都以园地最高。从保水能力上考虑,园地是岩溶山区开垦土地较为理想的利用方式。建议加强园地凋落物的保护;在雨季尽量不让坡耕地空闲裸露,以防止水土流失。      

Seasonal changes in the soil moisture distribution around bare rock outcrops within a karst rocky desertification area (Fuyuan County,Yunnan Province,China)

The spatial and temporal soil moisture distribution is an important control on surface ecological processes in areas with rock outcrops resulting from karst rocky desertification (KRD). To explore the local effects of bare rocks within different seasons, soil moisture was measured in a KRD region (Fuyuan County, Yunnan Province, southwest China) at different depths and in different directions and distances from rock outcrops in both the dry and the wet seasons. The soil moisture north and east of the rocks was higher compared to the other directions and to the control plot. This effect is attributed to the shading by the rocks. The shading effect is evident in all seasons but more pronounced in the dry season. In the wet season, the directional dependency is restricted to the surface layer and the increase in soil moisture with depth is more pronounced around the rocks than at the control plot. This is attributed to precipitation-induced runoff from the rock outcrops infiltrating into the deeper layers at the rock–soil interface. These findings suggest the redistribution of water in the wet season and the spatial variation of evapotranspiration in the dry season are factors controlling the local soil moisture pattern around the rock outcrops.     

城区与郊区土体湿度监测与对比分析——以南京市为例

由城市化进程改变的城市空间热环境对城区土体湿度产生了重要影响。为了了解城区与郊区土体湿度的差异,以南京市为例,分别在城区、郊区建立了土体湿度监测站,分析2009年6月1日至2010年6月7日南京城区、郊区地下1 m范围内裸土、草地及混凝土覆盖环境下土体湿度的时空演化特征。研究结果表明,南京城区土体湿度总体上小于郊区,存在显著的城市土体"干岛效应",年平均干岛强度为-7.4%。在时间尺度上,1月的干岛强度最小,为-2.1%;7月最大,达到-20.5%。在空间尺度上,郊区土体湿度随深度增加而增大,城区土体则无明显规律。在不同地面覆盖环境下,城区、郊区土体湿度变化规律不同:城区裸土环境下土体湿度日变化明显,而草地及混凝土下的土体湿度日变化相对较小,3种地面覆盖环境的年均土体湿度变化规律为草地(19.0%)<混凝土(26.4%)<裸土(29.5%);郊区3种地面覆盖环境下土体湿度日变化区间及变化频率均比城区大,且年均土体湿度为混凝土(27.4%)<草地(34.7%)<裸土(36.2%)。最后,分析了造成城区、郊区土体湿度差异的原因。     

Parameter estimation for a karst aquifer with unknown thickness using the genetic algorithm method

The combination of ecological fragility and agricultural activity in the loess hilly–gully regions of western China has received broad environmental concerns. In this region, rainfall and soil moisture can fatally influence crop production under dry land farming. In this study, field experiments were conducted, from March 2001 to September 2005, to demonstrate the variation of soil moisture and fertilizer contents at different depths in slope and terraced lands, and to evaluate the ecological impacts and economic benefits in the terraced land of Loess Plateau. The results of both field test and Grey model (GM) calculation show that the terraced land, as compared to the sloping land, in the agricultural area of the Loess Plateau tends to store and retain much water, promoting more favorable interactions between water and fertilizer. During the months from March to June of the year with less rainfall, the water supply for crop growth is mainly derived from the deep storage of soil moisture accumulated from July to September of the previous year. The field experiments indicate that the crop yield of the 3-year-old terraced lands was 27% higher than that of the sloping lands with slopes greater than 10°, and that the crop yield can increase by 27.07 to 52.78% in the following cultivation years. In particular, potato was found to be more drought-resistant than winter wheat, thus it is more suitable for the arid and semi-arid Loess Plateau regions.     

Soil moisture dynamics under different land uses on karst hillslope in northwest Guangxi,China

Temporal and spatial dynamics of soil moisture are little known on karst hillslope with shallow soil in subtropical region. The objectives of this paper were (1) to investigate the temporal dynamics of soil moisture at depth of 0–10 cm under different land uses; and (2) to understand the relationship between mean and coefficient of variation (CV) of moisture contents on karst hillslope in northwest Guangxi, China. Soil moisture contents had a moderate variation (CV 17.5–30.3%) over an 8-month period and they had a significant difference among different land uses at the 0.01 level with a decreasing order: native scrubland > abandoned cropland and sloping cropland > economic forestland. There were higher mean and lower CV of moisture contents in rainy season than those in drought season. Mean and CV of moisture contents had a significant negative linear relationship except in abandoned cropland with higher soil and vegetation heterogeneity. This suggested that spatial variability of soil moisture within sampling sites would decrease when soils were wet and increase when soils were arid. Compared with rainy season, more soil samples may be needed and the interval for sampling should be shortened in drought season. Such information provided some insights to better understand the dynamics and variability of soil moisture at a larger scale in karst region of southwest China.     

云南小江流域不同土地利用类型土壤微量元素的对比分析

文章对云南小江流域不同土地利用类型（耕地、林地、园地、建设用地、裸地）土壤的微量元素进行空间插值、方差分析和相关性研究,旨在探讨云南小江流域不同土地利用类型微量元素的分布和迁移规律。结果表明:除Mo的含量较低外,小江流域土壤中Cu、Mn、Ni和Zn的含量普遍较高。各微量元素含量在不同土地利用类型中具有明显的差异性,园地土壤微量元素含量最高。微量元素的变异程度均属于中等变异。Cu、Mn、Mo、Ni、Zn的空间分布具有一定的相似性,高值区主要集中在海拔较低的岩溶河谷区右侧和盆底沉积平坝区,主要土壤类型为碳酸盐岩红壤;低值区集中在海拔较高的河谷区左侧和中山区,主要土壤类型为碎屑岩。地貌、土壤母岩和人为活动是影响微量元素分布和迁移的重要因素。      

基于表层岩溶带调控的峰丛洼地低影响开发构建

岩溶峰丛洼地地区石漠化、饮水困难和水污染等环境问题高发,生态环境十分脆弱。低影响开发概念的引入有助于规范开发行为,促进水资源的高效利用,降低石漠化和地下河污染风险。根据水文条件和开发方式岩溶洼地空间分为坡耕地水土流失敏感区、表层岩溶泉水源地敏感区和落水洞污染输入敏感区。低影响开发模式总体是在3类敏感区实现5个管理目标。坡耕地敏感区的低影响开发目标设置为降低农田耗水量和减少水土流失,开发途径是减少蒸发和调控坡面洪水径流。表层岩溶泉敏感区的管理目标是降雨－径流资源化利用和饮用水安全保障,通过实施雨水收集回用工程和设置水源地保护区来实现。落水洞敏感区需要通过设置径流缓冲区和沉淀过滤池来预防污染物进入。我国南方石漠化地区探索和总结出以表层岩溶带降雨－径流管理为特征的低影响开发模式。该模式要求峰丛顶部留置生态保护区涵养水源。岩溶洼地底部为落水洞排洪预留缓冲区,利用岩溶裂缝设置下凹式绿地,实现自然渗透和净化。“峰”、“洼”之间过渡区划定水源地保护区边界,同时设法增加雨水资源化利用率,补充生态和生活缺水量。低影响开发模式也适用于峰丛洼地发育的东南亚和中美洲等地区。      

黄土丘陵小流域地形和土地利用对土壤水分时空格局的影响

采用1982～1985年和2002年两个时段的定点观测数据,系统分析了小流域尺度地形和土地利用类型对土壤水分时空格局的影响.结果表明:1)土壤水分变化特征为所有年份农地土壤水分都最大,灌木林地和荒草地较低,林地居中;不同坡向间以阴坡土壤水分最大;而不同坡位间以坡中部土壤水分最大.受降雨和植被耗水的影响,所有土地利用类型中土壤水分在整个生长期表现为降低型.2)在年尺度上表现为干旱年份土地利用类型和坡向对土壤水分的影响较大;而在湿润年份,其影响程度减弱;坡位在干旱和湿润年份对土壤水分的影响都较小.湿润年份,降雨量的增大弱化了地形和土地利用类型对土壤水分时空格局的影响;而干旱年份正好相反.3)在季节尺度上表现为在生长季节的中后期,土壤水分的变异格局主要受坡向影响;而在生长季节的中期,主要受土地利用类型影响;坡位在整个观测时段内影响都较小.4)在不同土壤层次方面特征为土地利用类型对0～20em层次影响较小,而对其他4个深度较大的层次(20～100cm)影响较大,并且5个层次中以40～60cm层次的差异最大;坡向对5个层次土壤水分的变异格局均有明显影响,并呈现随着深度的增加,其影响减弱的趋势;坡位对5个层次的土壤水分变异格局影响均较小.