沙地水分动力学研究新视角

沙地水分研究正从形态学观点向能态观点转变，本章简述了沙地水分动力学主要研究内容和研究动态，指出当前研究中存在的问题并作了展望     

沙地渗灌系统的自动监测与控制

通过沙地渗灌系统的应用实践以及与沟灌、漫灌进行的比较研究,着重介绍了其对水分实行自动监测与控制的功能;分析了其可向植物根群区直接供给水分和养分,减少水分蒸发,保持沙地良好水分状态的优越性。     

电阻法在沙地水分动态测定中的应用

沙地水分定位动态监测是沙区农业、林业生产中的一项重要措施。一般测定沙地含水量多采用烘干法,由于沙地干燥,取样十分困难,加之测点变动,沙地水分空间变异性带来的测定误差,不能满足野外连续测定沙地水分动态变化的要求。在土壤水分测定中利用电阻法测定土壤含水量,是目前国内外应用比较多的方法之一,而应用在沙漠研究中却不多见。在塔克拉玛干沙漠腹地应用电阻法测定沙地水分动态,可以对沙地水分连续测定,特别是长期水分动态监测,电阻法测定仍是一种简便易行的新方法。     

沙地降雨入渗水分动态

应用土壤水动力学基本原理，结合先进仪器的使用，从动力学角度，以能态观点定量研究沙地水分入渗动态。通过野外现场观测，分析不同深度含水率和吸力随时间变化过程，研究沙地降雨入渗水分传递过程，探讨入渗条件下沙地水分运动的动力学机制和特征。     

用拱棚法对极干旱区沙地水分来源的定性分析

在潜水埋深超过200 m的敦煌莫高窟极干旱沙漠区,用拱棚法和微型空气湿度监测仪对流沙水分的时空分布格局进行监测,并对水分的来源进行分析。拱棚膜面凝结水分的持续抽取表明,在典型干旱气候条件下,有源源不断的沙地水分蒸发,其中1.25 g·m-2·d-1的水分在膜面凝结。沙地水分的时空动态分布格局表明,存在水分向上运移的温湿度条件。由此判定,除降水之外地下潜水蒸发是沙地水分最基础的来源。实验表明,干沙层虽然对沙地水分蒸发具有极强的抑制作用,但在升温过程中仍存在水分蒸发;在降温过程不但可从下层流沙吸收大量的水分,而且可吸收大气水分。沙地的蒸发量大于来自大气的吸湿量,总有少量的水分流失。沙地水分潜水来源的确定,不但对沙漠化的治理提供了新思路,而且对莫高窟文物的保护具有十分重要的意义。     

腾格里沙漠东南缘不同固定程度沙地土壤表层水分时空变化遥感分析

土壤表层水分是固沙植被生长的主要水分来源,其时空变化格局决定了固沙植被的稳定性和演替方向。整合被动微波和光学数据的时空分辨率优势建立模型、反演土壤表层水分,可为不同固定程度沙地固沙植被稳定性评价提供科学依据。以腾格里沙漠东南缘为研究区,选取2003-2011年生长季(5-9月)AMSR-E土壤水分产品与MODIS数据,利用归一化植被指数NDVI、地表温度T_s,采用多元回归的方法,将空间分辨率为0.25°的AMSR-E土壤水分数据降尺度为每月的1 km平均表层土壤水分的时间序列数据,结合沙丘类型数据,分析了不同沙丘类型下土壤水分的时空异质性。结果表明:流动沙地的土壤水分空间分布与整个区域的差异性高于半固定沙地和固定沙地,而在极端干旱年份,研究区的整体分异不大,但同一类型间,固定沙丘空间差异明显高于半固定沙丘和固定沙丘;3种沙地类型表层土壤平均含水量在不同月份具有相似的变化规律,即土壤含水量5-9月呈抛物线形状,先下降后上升,7月达到最低,从同一月份不同沙地类型看,研究区表层土壤水分含量依次是固定沙地>半固定沙地>流动沙地;年际土壤水分在流动沙地和半固定沙地随降雨的变化而变化,而固定沙地基本不变。     

流沙地葡萄滴灌试验初报

沙地葡萄园采用滴灌与沟灌进行比较试验.并测定沙地水分状况和滴灌对葡萄生长发育的影响。     

腾格里沙漠沙坡头地区植物生长与水分平衡的初步研究

沙坡头地区降水是水份的主要补给来源,占补给总量的98.3％;凝结水仅对一年生短命植物有作用,无明显实际意义,尤其对灌木和半灌木。沙地蒸发散量是主要的消耗项,其占年降水的89.7—112.8％,有负亏缺现象,特别是固沙年代较长地区,人工防护体系发生变化和演替,水分不足是主要原因。热量变化是沙地水分运动的主要动力条件,容积热容量、导热系数、热扩散量是沙地热力学运动的基础参数,它与土壤水分和干容重相互制约,壤中热流和壤中水流耦合运动研究将进一步揭示水分运动规律的实质。     

灌丛对沙质草地土壤结皮形成发育的影响及其作用机制

为了了解灌丛对沙地土壤结皮的影响及其作用机制, 2006—2007年在科尔沁沙地调查了灌丛群落土壤结皮的发育特征, 并进行了田间模拟降尘、添加凋落物和结皮生物接种的试验。结果如下:①大气降尘、凋落物和微生物接种均可明显促进沙地土壤结皮的形成;②湿润、遮荫环境要比干旱、光照环境更有利于沙地土壤结皮的形成,但土壤结皮形成和发育对水分的敏感程度要大于对光照的敏感程度;③灌丛的存在对于流动沙地土壤结皮的形成发育具有明显的促进作用,沙地栽植灌木后通常会产生肥岛效应,在冠层下逐步形成结皮,并由灌丛内向外扩散;④灌丛促进沙地土壤结皮发育的主要机制是灌丛具有降风滞尘、拦截凋落物、遮荫保湿的功能,能使土壤黏粉粒、有机质、土壤养分和水分含量明显增加,为结皮的形成发育创造了良好物质条件和环境条件。     

干旱地区植被影响沙地水分传输机理及其参数化

从植物生长与水分平衡的关系入手,在土壤水分动力学和近地面空气动力学等学科的研究基础上,依据植物生理生态学原理,探讨了干旱地区植被影响沙地水分传输的机理,初步建立了植被参数化模型和土壤-植物-大气连续体(SPAC)水分传输综合模型。主要研究结果如下:①分析了荒漠植物的生长及其动态变化特征,对沙生植物地上部与根系生长,尤其是根系在土壤中的分布进行了量化。②分析了荒漠植物的蒸腾特性及其气孔调节作用机制,指出了土壤水分亏缺是叶片气孔关闭、蒸腾作用降低的主要原因,探讨了植物蒸腾作用与气孔调节之间的复杂关系及其今后的研究重点。③揭示了沙地植被蒸发蒸腾的变化规律;分析了影响沙地植被蒸发蒸腾的生物因素和环境因素的作用。④初步建立了植被参数化和SPAC水分传输综合模型,模拟了植被结构影响冠层能量平衡过程,探讨了植物状态参数、生理参数与蒸发蒸腾的相互关系。     

沙坡头地区土壤水分吸湿凝结的动态观测与理论计算

采用实际观测与理论计算相结合方法研究了沙地表层土壤吸湿凝结水量及其变化过程。沙土水分吸湿凝结过程可分两个阶段：第一阶段是由沙土自身物理性质决定的分子凝结过程,所吸收水量主要受温度和湿度影响,最大不超过沙土最大吸湿水量;第二阶段是由近地面微气象条件决定的水分凝结过程,所吸收水量受空气水汽压、地面温度和地表可利用能量的影响。采用能量平衡和空气动力学综合方法计算沙地吸湿凝水量及其动态变化,与实测值相比结果合理,方法是可行的。     

沙地不同施肥量对玉米产量形成的影响

对沙地玉米进行不同施肥量的试验研究。结果表明,试验条件下在沙地增加施肥量特别是N肥可显著增加玉米的产量,增幅达14.2%~73.8%,而增施P肥则对产量增加不显著;玉米产量与施肥量显著相关,相关系数为0.827;同时随着沙地玉米产量的增加,其水分利用率也明显提高,增幅达13.5%~70.8%。     

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。     

沙地秸秆覆盖蓄水保墒试验研究

本文研究了山东禹城沙地秸秆覆盖土壤蓄水保墒的节水途径和效果。结果表明：秸秆覆盖的沙地有效水分提高５－８％，并以麦秸覆盖３５０ｋｇ／亩蓄水保墒效果最佳。     

河北坝上半干旱／半湿润过渡带土壤水分状况研究

本文分析了河北坝上半干旱／半湿润过渡带的阴坡华北落叶松人工林地、沙地华北落叶松人工林地、沙地沙棘林地、沙地草场、平滩草地的土壤水分物理参数、机械组成和土壤水分状况。结果表明，田间持水量、毛管持水量、最大持水量与土壤中０．０５ｍｍ～０．０１ｍｍ、０．０１ｍｍ～０．００１ｍｍ两个粒级颗粒含量呈显著正相关，而与０．５０ｍｍ～０．２５ｍｍ颗粒含量呈显著负相关。既使在干旱的年份，沙地草场、沙地沙棘林地、沙地杨树人工林地生长季初和生长季末０ｃｍ～１００ｃｍ土壤水分贮量及有效水分贮量基本平衡；而华北落叶松人工林地水分亏损较严重，但生长季末仍有２７ｍｍ左右有效水分，说明除华北落叶松人工林地外，其它植被区土壤水分状况均无明显恶化现象。由此推断，在本区人工植被建设中，采用先草本、后灌木、再乔木的人工植被建设程序从土壤水分平衡角度分析是可行的。除阴坡华北落叶松人工林地土层较薄的缘故外，其余５种植被类型的土壤水分垂直变化均有活跃层和活动层了分，只不过两个层次在土壤剖面分布深度有差异，而无类似干旱区沙地植被土壤的“死水层”，土壤水分状况均属淋溶型。     

沙地秸杆覆盖蓄水保墒试验研究

本文研究了山东禹城沙地秸秆覆盖土壤蓄水保墒的节水途径和效果。结果表明:秸秆覆盖的沙地有效水分提高5-8%,并以麦秸覆盖350ks/亩蓄水保墒效果最佳。     

生长季流动沙地水量平衡研究

利用水分分配箱对流动沙地土面蒸发量和入渗补给量的月动态特征及其水量平衡作了定量研究。结果表明:①生长季流动沙地土面蒸发量从４月开始逐渐增大,至８月达到蒸发的最高点,９月蒸发量开始回落;5月、6月受气温的影响蒸发量相对较小,只占到同期降水量的30%~40％,有利于土壤储存更多的水分;生长季总蒸发量为167.42 mm,占同期降水量的76.07％,远小于固定沙地小叶锦鸡儿灌丛蒸散量占同期降水量的135.83％的比值。②补给量从4月开始逐渐增大,8月达到最大值16.79 mm,进入9月,随着降水量的减少以及8月较大的蒸发消耗,补给量迅速减少。补给系数从5月至8月逐渐增大,最大值可达到26.73％,平均值为15.09％。     

干旱区植物水分生态位适宜度的数学模型及其过程数值模拟试验研究

在干旱地区水分是影响植物生长的限制因子。文章分析了沙地植物的水分利用状况,通过扩展经典生态位理论的内涵,用数学抽象方法定义植物水分生态位适宜度为其水分最适生态位点与现实生态位点的贴近度,建立了响应数学模型及数值模拟方法,依据试验观测结果进行了植物水分生态位适宜度过程的计算分析,所获结果具有较高的精度。文中有关数值模拟试验研究结果为干旱区无灌溉条件下人工植被的营建提供了新的理论模式和定量依据。     

延津沙地农业生态系统建设与可持续发展

豫北延津沙地,原为半湿润区黄河故道的风沙化土地,属半湿润区旱地季节性荒漠生态系统,在强度的人类活动和干旱气候波动下,极易发生沙漠化。通过1988年以来进行的中低产田的综合开发治理,采用建设以井灌沟排的水利系统,提供了沙地有效水分;建立完善沙岗林地和林带防护系统,控制了区域风蚀沙化;实施沙地土壤的培肥系统,稳定增加沙土的有机质和矿物营养元素。还通过建设成片的果园经济林子系统,沙地农业种植子系统和草食畜牧业养殖子系统,以果、农、林地之比为3:4:3的结构,建立了110 hm²的沙地农业科技开发试验示范区,初步取得了治理开发黄河故道沙荒地的经验;通过12年的建设,已初步建立起沙地林果业生产系统,特色农业种植生产系统和草食畜牧业生产系统;从而构成了一个沙地农业生态系统。     

基于连续观测数据的毛乌素沙地生长季土壤水分动态及其对降雨的响应

水分是制约半干旱区沙地植物生长发育和生态建设的关键非生物因子。于2008—2010年和2018—2021年生长季（4—10月）对毛乌素沙地流动、半固定和固定沙地0～100 cm深土壤水分进行了连续观测,系统分析了不同固定程度沙地土壤水分动态变化规律及其对降雨的响应。结果表明：（1）受降雨季节变化的影响,流动、半固定和固定沙地不同深度土壤水分季节变化一般呈∽型或双峰型,10 cm和30 cm深土壤水分含量波动较大,60 cm和100 cm深土壤水分含量波动较小。（2）3种固定程度沙地生长季土壤水分动态差异明显,总体来看,流动沙地土壤水分状况最好,且土壤水分含量变化相对平缓,固定沙地土壤水分状况最差,且土壤水分含量变化最为剧烈,半固定沙地居于二者之间;固定沙地10～30 cm深土壤水分状况好于半固定沙地和流动沙地,30～100 cm深土壤水分状况则相反。（3）降雨格局是形成土壤水分时空格局的主要原因,随降雨事件降雨量增加,降雨的入渗深度逐渐增加;但是固定沙地土壤水分的深层补充需较强的降雨和较长的时间。生长季降雨事件以小降雨事件为主,表层土壤水分波动更剧烈。生长季初期降雨较少且以小降雨事件为...