黄土高原西部兰州市郊地貌驱动的土壤水分变化及对植物的影响分析

选择黄土高原造林的主要模式,即梯田、水平沟、鱼鳞坑和台地等,并按照阴阳坡向,栽植树种等的不同,采用中子水分仪每10 d测定土壤水分一次,对各种造林模式下土壤水分进行了长期的监测研究,研究结果表明：在春季植物萌发之前,无植物生长影响的情况下,土壤水分含量阴坡高于阳坡,南山与北山同坡向相比,南山的水分条件要好于北山;4月中旬以后,受植物生长消耗的影响,北山的水分含量大于南山,南山的水分波动则大于北山;鱼鳞坑、水平沟都具有一定的集水保水作用,但这种集水的作用与降水量的大小有关,水平沟由于面积较大,表面覆膜集水效果更好;阴坡梯田由外向内随着距离的增加,水分呈现逐渐增加的趋势,梯田内侧达到最大.     

黄土高原西部土壤蒸发实验研究

对兰州南北两山绿化区内的土壤蒸发状况,进行比较系统的试验研究。试验采用扰动土土柱内储存水分和人工模拟降雨的方法,对不覆盖/覆玉米秸秆/覆卵石三种处理的土壤蒸发情况进行了分析研究。结果表明,覆盖可有效地抑制土壤蒸发;不覆盖处理的土壤蒸发与土壤水分呈正相关,土壤水分越大,土壤表层保持湿润时间越长,蒸发量越大。在33 d的试验观测期内,三种处理的蒸发动态不同,覆盖处理的土壤蒸发过程没有集中的蒸发高峰期,而不覆盖处理的土壤蒸发过程主要集中在前10 d。土壤累计蒸发量与蒸发时间的回归分析说明,同一时间内各处理的累计蒸发量存在显著差异。     

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。     

黄土高原西部人工灌木生长季土壤水分变异特征

以兰州干旱地区生态植被恢复技术研究与示范基地灌木品种研究小区为试验点,研究了黄土高原西部丘陵区坡面不同灌木下0～200 cm土层土壤水分特征,采用Brown-Forsythe检验方法和变异系数比较不同灌木覆盖下土壤水分含量的差异。结果表明:土壤水分的变化受到坡位、坡向、灌木种类的影响较大。相同土层的土壤水分变异系数基本为阴坡>半阴坡>半阳坡>阳坡。坡上部的土壤水分变化较大,坡中部和坡下部相对较稳定。多数灌木的土壤水分变异系数随着土壤深度的增加而减小,变异系数较大值相对集中在20～80 cm土层。从土壤水分的亏缺量、植物水分亏缺度来看,在植被恢复的过程中,选择荒漠锦鸡儿(Caragana roborovskyi)、甘蒙锦鸡儿(Caragana opulens)、枸杞(Lycium chinense)等耗水量相对较低的植被更加合理。     

黄土高原西部兰州市郊人工林地水分亏缺与调控研究

通过定位监测与对比分析,对兰州市南北两山不同水分管理人工林地植物水分亏缺度及植物水分亏缺补偿度的时空分布进行了研究。结果表明：灌溉林地的植物水分亏缺度最小,亏缺度大部分时间都在20％以下,有自然坡面集雨的林地植物水分亏缺状况好于不灌溉的林地,侧柏林地喷灌、自然坡面集雨和不灌三种处理方式下的植物水分亏缺度虽然稍有差异,但都处于水分极度亏缺的状况。补充灌溉除满足林地正常生长所需要的水分外,对土壤水分也有一定的补偿,补偿度在70％左右。其他不灌溉地块补偿度都为负值,说明这些地块整个雨季没有对水分进行补偿,还将土壤以前贮藏的部分土壤水分利用。植物水分亏缺度在空间上的变化与植物根系的分布相一致。既在水平方向上,随着离树干距离的加大,植物水分亏缺度依次降低。在垂直方向上,表层植物水分的亏缺度最低,随着深度的增加,亏缺度逐渐增大,100~120 cm深达到最大,以后又缓慢降低。植物水分补偿度是降雨与植物水分亏缺程度的反映,植物水分亏缺度越高,补偿度越大。     

不同植被类型的土壤水分对黄土高原的影响

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.     

基于SMOS的黄土高原区域尺度表层土壤水分时空变化

用SMOS土壤水分数据、MODIS植被指数数据和TRMM月降水数据,通过对黄土高原区域尺度表层土壤水分含量时空变化的研究,对表层土壤水分的时空变化特征及其对降水的响应进行了分析。结果表明：黄土高原表层土壤水分空间分布主要表现为西部和东北部低、东南部较高。青海石质高山区及山西西南部等区域土壤水分含量与整个区域存在差异。黄土高原西部与河套平原部分区域表层土壤水分含量季节性变化较大。在不同降水条件下,土壤水分含量与降水量相关性呈显著差异。     

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。     

陇中黄土高原土壤水分变化特征及其机理分析

基于兰州大学半干旱气候与环境观测站（SACOL）2010年全年的观测资料,对陇中黄土高原半干旱区土壤水分的年变化和日变化特征进行了研究,并通过计算水汽通量与蒸散量,探讨了土壤-地表-大气间水分的交换和运移机理。结果表明：土壤湿度的季节变化主要受降水影响,各季节的平均土壤湿度均呈现出表层和深层低、中间层高的特点,最高值出现在地下10 cm附近;在无降水的情况下,土壤5~20 cm处的含水量呈现出夜间逐渐降低、白天逐渐上升的波形变化,这种变化与土壤水汽通量具有很好的一致性,而水汽通量的方向则受温度梯度的影响;在白天,地表温度高于气温与较深层地温,水汽在向空气蒸散的同时也由地表流向土壤深部,夜晚地表温度则低于较深层地温,水汽由土壤深部流向地表。因此土壤内部的水分蒸发主要出现在夜晚,且主要发生在地表40 cm以内的土壤孔隙中,而白天地表的实际蒸发主要存在土壤浅层0~5 cm,5 cm以下土壤水分的蒸发十分微弱。本研究结果对于改进半干旱区陆面计算模式以及当地的生态环境建设具有一定的参考价值。     

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...     

黄土高原西部兰州市郊植被的水环境响应

通过调查兰州南北两山及周边地区的植被类型、生长状况以及土壤水分等因子,分析了植被的生长与气候环境的关系,对在兰州地区造林绿化的适应性以及各地植被分布的类型、特征进行了深入的分析。结果表明,年降水量是决定植被生长状况最关键的因子,兰州市周边地区的植被分布状况基本是东部稍好于南部,南部显著好于北部。东部和南部植被以乔木为主,北部以耐旱灌木为主。不论乔木和灌木,保障土壤含水量常年处于5％以上是人工造林可持续发展的底线。     

甘肃黄土高原土壤水分变化对冬小麦产量的影响

甘肃黄土高原属半干旱和半湿润气候过渡区。潜在蒸散量大于降水量,土壤水是影响冬小麦生产最直接因素。运用甘肃西峰农业气象试验站1981-2010 年冬小麦大田试验及土壤湿度观测资料,对近30 年土壤水变化规律及与冬小麦各产量要素的关系进行分析。结果表明,冬小麦贮水量最大时段为冬前生长期,其次为返青期至拔节期,最小为孕穗期至成熟期。耗水量最大时段为孕穗期至成熟期,其次为冬前生长阶段,最小为返青期至拔节期。1981-2010年土壤100 cm土层、1990-2010 年200 cm土层贮水量呈减少趋势,耗水量呈增加趋势。冬小麦土壤水分利用率呈上升趋势,变化转折点出现在1998 年。200 cm、100 cm土层贮水量与冬小麦不孕小穗率相关性显著。不同生长阶段各层次土壤贮水量均与千粒重相关性显著,且随着深度加深,相关性愈加显著。冬前生长阶段、返青期至拔节期各深度层次土壤贮水量与单株成穗数相关性分别通过0.1、0.01 信度水平检验。在冬小麦各生长阶段,各层次土壤贮水量与单产相关性显著。5 月中旬100 cm 土层贮水量对产量影响较大,aj(t) 值达20 kg/hm²·mm。不孕小穗率与不同生长阶段100 cm土层耗水量均呈显著负相关关系。千粒重与冬前生长阶段的各深度层次耗水量相关性显著。单株成穗数与返青期至拔节期上层土壤耗水量相关性显著。单产与孕穗期至成熟期各层次耗水量相关性显著。从当年9 月到次年5 月100 cm土层耗水量对单产影响逐渐增大,5 月中旬aj(t) 达25 kg/hm²·mm。此后耗水量对产量的影响逐渐降低。     

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.