黄土丘陵区植被的土壤水文效应

采用定位监测与普查相结合方法,对黄土丘陵区主要降水量级地区不同植被下土壤水分状况进行了系统的总结分析。研究认为：农林草地土壤水分剖面有较大差异,土壤水分由高到低依次为农地、草地、灌木地、乔木。部分地区灌木林土壤水分可能不如乔木林地。在特旱年份,不同植被下的土壤水分严重亏缺,但不同植被利用引起的土壤水分差异变小。森林带土壤水分明显好于过渡带,该带刺槐生长正常;在过渡带,特旱年份油松、刺槐林不能正常生长,且乔、灌、草均引起土壤干层。所以在林草植被建设中需要一些辅助措施来保证土壤水分供应的可持续性。     

半干旱黄土区苜蓿退化对坡面草本植物分布及多样性的影响

半干旱黄土丘陵区土壤水分亏缺引起人工苜蓿草地退化会显著影响其他草本植物的分布及多样性,然而地形驱动下的苜蓿草地退化及植被群落多样性响应还尚不清楚。以典型半干旱黄土丘陵区龙滩小流域为研究区,对不同地形条件下退化苜蓿草地地上生物量、草本多样性及生长季内0—200 cm土壤水分进行了定位监测,利用方差分析、相关分析和典范对应分析(CCA)明确坡面地形、苜蓿生长状况和土壤水分与其他草本植物分布及多样性之间的关系。结果表明:(1)地形显著影响植被群落特征,西坡、东坡和北坡样带苜蓿地上生物量明显不同,西坡和东坡样带中、下坡位苜蓿地上生物量明显高于上坡位,而其他草本的生物量、物种丰富度和多样性指数的变化趋势则与苜蓿相反;(2)苜蓿地上生物量与80—200 cm土壤水分显著正相关,而与0—20 cm和20—80 cm土壤水分的相关性较小;(3)地形特征、不同深度土壤水分和苜蓿地上生物量解释了退化苜蓿草地其他草本群落变异的87.8%,其中坡向、苜蓿地上生物量、0—20 cm和20—80 cm土壤水分4个因子解释了79.3%的群落变异。研究认为,半干旱黄土丘陵区不同地形条件引起坡面土壤水分变化,进而影响退化苜蓿草地地上生物量,使得苜蓿退化程度不同,而苜蓿退化程度和0—80 cm土壤水分决定了不同部位草本分布及多样性。     

半干旱黄土丘陵区不同人工植被恢复土壤水分的相对亏缺

土壤水分是制约半干旱黄土丘陵区植被恢复和生态建设的关键因子。而缺乏科学指导的人工植被恢复会加剧土壤水分耗竭,造成土壤水分亏缺,从而严重阻碍该区生态系统恢复和脆弱生境的有效改善。本研究以典型半干旱黄土丘陵区甘肃定西龙滩流域为例,对比不同植被恢复模式下土壤储水状况,并通过构建土壤水分相对亏缺指数CSWDI（Compared Soil Water Deficit Index）和样地土壤水分相对亏缺指数PCSWDI（Plot Compared Soil Water Deficit Index）进行定量化分析与评价,发现各人工植被均存在不同程度的土壤水分亏缺。其中,柠条、油松、山杏林地PCSWDI分别达到0.65、0.62、0.62,土壤水分亏缺严重,尤其是100 cm以下土层;山毛桃林地和苜蓿草地PCSWDI分别为0.38和0.17,在100—200 cm土层有一定程度的水分亏缺,但相对较轻;侧柏林地土壤水分的亏缺主要集中在20—100 cm这一层次,100 cm以下则随深度增加而降低;0—200 cm土层内,杨树林地、撂荒草地和马铃薯农地无显著水分亏缺,且在0—100 cm内土壤水分有一定的补充。CSWDI和PCSWDI能有效反映不同层次和样地土壤水分相对亏缺状况,可用于同一地区不同植被恢复模式土壤水分响应的定量化分析与评估。     

长白山阔叶红松林不同深度土壤水分特征曲线

采用露点水势仪对长白山阔叶红松林不同深度（0～10 cm的壤土、20～30 cm的白浆土、50～60 cm的黄土）土壤水分特征曲线进行分析.结果表明：不同土层土壤水分特征曲线整体趋势均表现为快速下降-缓慢下降-基本平稳;用Gardner等提出的幂函数方程可较好地反映该区土壤含水量与土壤水势之间的数量关系,拟合方程的相关系数在0.9239～0.9400;不同土层土壤的持水能力大小依次为黄土>壤土>白浆土,土壤含水量随土壤水势降低而减小的速度依次为壤土>白浆土>黄土.不同土层脱湿过程的土壤水分特征曲线位于吸湿过程之下,说明土壤水分存在滞后现象,且滞后时效依次为壤土>黄土>白浆土.     

黄土丘i陵小流域土壤水分的空间异质性及其影响因子

研究了黄土丘陵小流域土壤水分空间异质性的剖面及时间变化规律,从土壤水分与环境因子的关系分析人手,探讨了景观尺度上土壤水分空间异质性的影响因子.结果表明,黄土丘陵小流域土壤水分的平均值与空间异质性均呈现出明显的剖面变化与季节变化规律.土壤平均含水量从表土层开始,随着土层深度的增加而增高;空间异质性(变异系数)从亚表层开始增加.土壤含水量在降雨后立即升高随后逐渐降低;空间异质性却正好相反.方差分析与相关分析表明,土壤水分的空间异质性是立地尺度(坡度)、坡面尺度(坡位与相对高度)和流域尺度(土地利用与降雨)等多重尺度上的环境因子共同作用的结果.这些不同尺度的环境因子对土壤水分空间异质性的影响表现出明显的剖面变化规律与季节变化规律.     

半干旱黄土丘陵区撂荒坡地土壤水分循环特征

为深入了解半干旱黄土丘陵区土壤水分循环特征和为开展荒地造林工作提供背景数据,在宁南上黄生态试验站,选取典型多年撂荒坡地,进行土壤水分的长期定位观测,分析其土壤水分补给、消耗特征与时空变异性。结果表明:研究区降雨入渗量和入渗深度随降雨量增加而增加,入渗补给系数约为0.44,雨水资源化率有待提高。定义全年一半以上的次降水事件中能被有效补给的土层深度为降水普遍入渗深度,则研究区降水普遍入渗深度为0—40 cm,观测期内最大入渗深度不超过300 cm。同时,土壤水分的蒸散发量在丰水年平水年干旱年,主要蒸散发作用层位于0—200 cm土层范围内,最大蒸散发深度达到300 cm以下。该区土壤储水量的季节变化为"V"型,剖面土壤平均含水量的垂直变异则呈现反"S"型。土壤水分的变异系数随土层深度的增加表现出幂函数递减趋势,结合有序聚类法的分层结果,可采用0.20和0.05两个CV值将撂荒地土壤剖面划分为水分活跃层(0—40 cm)、次活跃层(40—200 cm)和相对稳定层(200 cm以下)3个层次。     

黄土丘陵小流域土壤水分的空间异质性及其影响因子

研究了黄土丘陵小流域土壤水分空间异质性的剖面及时间变化规律，从土壤水分与环境因子的关系分析入手，探讨了景观尺度上土壤水分空间异质性的影响因子，结果表明，黄土丘陵小流域土壤水分的平均值与空间异质性均呈现出明显的剖面变化与季节变化规律，土壤平均含水量从表土层开始，随着土层深度的增加而增高；空间异质性（变异系数）从亚表层开始增加，土壤含水量在降雨后立即升高随后逐渐降低；空间异质性却正好相反，方差分析与相关分析表明，土壤水分的空间异质性是立地尺度（坡度），坡面尺度（坡位与相对高度）和流域尺度（土地利用与降雨）等多重尺度上的环境因子共同作用的结果，这些不同尺度的环境因子对土壤水分空间异质性的影响表现出明显的剖面变化规律与季节变化规律。     

黄土丘陵区植物群落多样性及生物量随土壤水分梯度变化特征

了解土壤水分与物种多样性及生物量的关系对探究植物群落特征与分布具有重要意义。以陕北黄土丘陵区吴起、米脂、府谷、定边4个典型区域为研究对象,对比分析降水量影响下的土壤水分梯度对自然恢复植物群落多样性、生物量的影响,为黄土丘陵区植被恢复和生物多样性管理提供科学依据。结果表明:随降水量自东南向西北逐渐减少土壤水分呈降低趋势,吴起、米脂、府谷和定边平均土壤含水量分别为9.77%、9.40%、7.91%和6.40%;4个区域调查统计到植物24科56属71种,其中禾本科、菊科、豆科植物占多数且以草本植物为主;随着土壤含水量降低,4个典型区域植物群落物种组成具有较低的相似性,说明物种组成随土壤水分变化而更替;同时,群落生物量、Margalef指数、Shannon指数以及Pielou指数均表现出逐渐降低趋势,且群落生物量、Margalef指数、Shannon指数与浅层土壤含水量呈显著正相关。研究表明,土壤水分变化对群落物种组成、植物群落多样性及生物量有重要的影响,研究区植被恢复建设必须要考虑土壤水分承载力。     

黄土地区防护林生态系统水量平衡研究

根据黄土地区的防护林生态系统水分循环的特征,提出了防护林生态系统水量平衡方程,通过对１９８８￣１９９２年刺槐、油松、沙棘、虎榛子林地、草地和裸地６种生态系统水量平衡的分析,结果表明降雨是防护林生态系统主要的水分输入量,刺槐和油松林根际层以下土壤水分的上升补给,也是重要的水分输入项,特别是春季的４￣６月份,更是防护林生态系统极为重要的水分来源,刺槐林和油松林平均根际区下层土壤水分上升补给量占降雨量的     

咸阳地区近年苹果林地土壤含水量动态变化

利用人力钻采样法和烘干称重法, 研究了咸阳地区2002-2008年间苹果林地6 m深度范围土壤含水量的动态变化、土壤干层的等级、土壤干层水分恢复、动力机制与消耗过程。资料表明, 咸阳地区干旱年苹果林地土壤含水量较低, 发育了长期性土壤干层。2003和2007丰水年苹果林地土壤干层中的水分得到了显著恢复, 经过当年的水分补给, 土壤干层已经消失。丰水年土层中重力水含量较高, 并能到达2 m深度以下。持续时间较长的重力水的存在是土壤干层水分恢复的驱动力, 但干层水分恢复的直接动力是薄膜水的水膜压力。在年降水量800 mm或更多的条件下, 不论黄土厚度有多大, 土层水分完全能够满足人工林生长的需要。咸阳地区干旱年苹果林地土壤水分不足, 土壤水分收入量小于支出量, 土壤水分为负平衡, 没有剩余的水分通过入渗补给地下水;丰水年苹果林地土壤水分充足, 土壤水分收入量大于支出量, 土壤水分为正平衡, 有剩余的水分通过入渗补给地下水。在年降水量为800 mm左右的丰水年, 该区补给的土壤水分可维持苹果林地在3 a内不会出现长期性干层, 3 a之后一般还会出现长期性土壤干层。     

晋西北黄土区人工林土壤水分动态的定量研究

本文根据１９８８－１９９０年在定位观测资料,对晋西北黄土丘陵区河北杨林、刺槐林和柠条藻木林的土壤水分动态规律进行了定量分析。依次就水分分布分层、水分剖面特征、水分季节动态、水分循环模式与水分循环水分等问题进行了探讨。本文采用的新的分析途径和方法将有助于对黄土区不同植被类型土壤水分生态研究的进一步深化。     

泾河流域上游土石山区和黄土区森林覆盖率变化的水文影响模拟

泾河流域上游是黄土高原的重要水源地和退耕还林工程区,在较大空间尺度上定量评价区内森林覆盖增加的水文影响对科学指导林业生态环境建设、保障区域水安全和可持续发展均有重要意义。为了在尽量排除地形、土壤、气候等作用的基础上定量评价森林的影响,将泾河上游划分为土石山区和黄土区,分别制定了多种森林恢复情景,利用分布式流域生态水文模型(SWIM)模拟评价了森林覆盖率及其空间分布变化对流域年蒸散量、年产流量、年地下水补给量、年土壤深层渗漏量及日径流洪峰的影响。土石山区模拟结果表明,增加森林覆盖将增加流域蒸散和减少流域产流,如现有森林覆盖(占全流域面积比例为13.8%)情景与现有森林变为草地(占全流域面积比例为0)情景相比时,流域年蒸散量从445.4 mm变为427.7 mm(减少了17.4 mm和4%);年产流量从42.4 mm变为53.5 mm(增加了11.1 mm和26.3%),年地下水补给量从61.6 mm变为76.9 mm(增加了15.3 mm和24.8%),年深层渗漏量从72.9 mm变为88.3 mm(增加了17.7 mm和24.3%);平均森林覆盖率每增加10%,导致流域年蒸散量增加12.8 mm,年产流量减少8.0 mm,年地下水补给量减少11.1 mm。在比较干旱和土层深厚的黄土区,增加森林覆盖将同样增大流域蒸散和减少流域产流,但变化幅度明显小于降水相对丰富和土层浅薄的土石山区,平均森林面积增加10%导致流域年蒸散量增加9.0 mm,年产流量减少4.5 mm,年地下水补给量减少8.8 mm;此外,在较缓坡面造林的水文影响大于较陡坡面造林。从森林水文影响的年内变化来看时,森林覆盖率升高的水文影响在土石山区和黄土区也有差别,如土石山区5—7月份的蒸散显著增加,5—10月份的深层渗漏均有减少;而黄土区是蒸散量在5—10月均有增加,深层渗漏在7—10月份显著减少。另外,土石山区森林覆盖率增加对日径流峰值的影响不显著,而黄土区则能明显削弱,这可能主要是因土石山区的高石砾含量土壤的渗透性能明显高于黄土区的黄土,而黄土区的森林能够明显改善土壤入渗性能和减少地面径流形成。     

宁夏沙坡头地区人工固沙植被种间水分竞争的初步研究

本文通过研究沙坡头地区人工固沙植被中油蒿和柠条对环境资源利用（包括时间,空间和水资源）所表现出的不同生长状况和生理生态特性,阐明了环境条件的动态变化,尤其是沙地表面结皮的形成、降水入渗浅层化对固沙植物水分利用与竞争的重要影响,结果表明,油蒿以其较强蒸腾耗水能力和根系的浅层密集分布,在与柠条的水分竞争中占据优势,能够更好地利用作为唯一水分来源的降水补给。     

A comparison of fine root distribution and water consumption of mature Caragana korshinkii Kom grown in two soils in a semiarid region, China

Water is a key limiting factor for vegetation restoration in the semi-arid areas of China. Caragana korshinkii Kom is a shrub that is widely planted in this region to control soil erosion and land desertification. The objective of this study was to investigate the fine root distribution of mature C. korshinkii and its water consumption, when grown in either silt loam or sandy soils, in order to understand differences between the water cycles of two such soils found in the transition zone between fertile loess hills and desert of the Northern Loess Plateau. Fine root distributions were measured using the trench-profile method. Soil water dynamics were monitored with a neutron probe during two growing seasons. The results showed that fine root area density (FRAD) declined with increasing soil depth in both soils, with 70.7% and 96.6% of the total fine roots being concentrated in the upper 1-m layer of the silt loam and sandy soils, respectively. Water consumption by C. korshinkii in the silt loam was close to that in the sandy soil. Most water consumption in both soil types was from the upper 1-m layer. Little variation in plant available water (PAW) occurred in the 3–6 m soil layer during the whole study period. However, in this layer, the PAW was significantly lower in the silt loam soil than in the sandy soil. Total actual evapotranspiration (ET_a) was slightly higher from the sandy soil plots than from those of the silt loam soil during both growing seasons. Our study indicated that mature C. korshinkii effectively uses about the same amount of water from either the silt loam or sandy soils, but that more soil water at depth was extracted from silt loam soil than from sandy soil.     

水热积指数的估算及其在中国植被与气候关系研究中的应用

试图利用大气年平均气温、年降水量、可能蒸散和土壤水分平衡之间的关系建立一个水热积指数,并应用年平均气温、年土壤水分盈亏值和水热积指数三个气候变量来限定植物群落组合,构成一个圆形的生命-气候图式。根据全国689个标准气象台站的气候资料,计算了中国8个植被地带和26个亚地带的年平均气温、年土壤水分盈亏和水热积指数,绘制了各气候指标在中国的分布图及散点图,较好表现了中国各植被类型与气候指标的关系和格局,包括寒温带针叶林、冷温带针阔叶混交林、暖温带落叶阔叶林、亚热带常绿阔叶林、热带雨林和季雨林、温带草原、温带荒漠、青藏高原高寒植被,并得到了中国各植被地带的气候指标范围及界限。通过分析可以看出,年平均气温的等值线较好地反映了中国大陆的热量梯度,经度和纬度方向的区分均较明显;年土壤水分盈亏曲线的等值线则比较零乱;综合了热量和水分差异的水热积指数等值线与热量梯度和水分梯度均有一定的对应性,与植被类型的对应也较好。这是在宏观尺度上进行的植被与气候关系研究的一种尝试。     

新疆若干植物群落对土壤和地下水指示性的初步研究

本文对北疆玛纳斯河流域和南疆策勒河流域共10种植物群落与土壤和地下水的关系进行了初步研究,分析了一些植物的指示意义。1．多枝柽柳是一种富Cl和S的植物,它所生长的土壤中Cl-和SO42-的含量较高．生长多枝柽柳群落的土壤盐化类型一般为氮化物、硫酸盐型1）。2．梭梭和白梭梭的化学元素类型很相似,它们都是富Na植物．土壤中Na+离子的相对含量一般在50%以上。3．琵琶柴在南疆多分布在砾质戈壁上,在北疆则多出现于黄土状母质上。一般说来,琵琶柴生长地段0—30cm土层内的盐分平均含量不超过1%。4．花花柴是一种潜水指示植物,它的地下水深度一般不超过3m。花花柴也是一种富S植物,土壤中SO42-离子的相对含量较高。5．疏叶骆驼刺是一种淡水指示植物。在南疆多生长在沙丘间低地和平沙地上．地下水深多在5m以下,土壤盐渍化较弱。6．铃铛刺也是潜水植物,在玛纳斯河流域它一般指示地下水深度在2—4m左右．该植物体内的低灰分含量与土壤弱盐渍化程度相联系。7．膜果麻黄生长在砾沙质的棕色荒漠土上,土体中有明显的石膏淀积层。8．黑刺是典型盐土植物,所在土壤0—30cm平均含盐量大于2%,黑刺是富Na和富Cl植物,土壤中Na+离子和Cl-离子的相对含量也较高。 9．昆仑蒿总是与昆仑黄土相联系,它是一种富K植物,可用来指示土壤中K的较高含量。     

半干旱黄土丘陵区垄沟集雨对紫花苜蓿人工草地土壤水分和产草量的影响

研究了黄土丘陵区垄沟集雨技术对紫花苜蓿(Medicago sativa)人工草地生产力以及土壤水分的影响。垄和沟的宽度均为30或60 cm,且垄上覆膜的处理水分利用效率分别比平作对照显著提高了13%和41%。垄和沟的宽度均为30 cm且垄上覆膜的处理4年的干草产量和平作对照无显著差异,而垄和沟的宽度均为60 cm,且垄上覆膜的处理干草产量比平作对照显著提高了41%,并且使紫花苜蓿草地产草高峰期提早了1~2年。垄和沟的宽度均为30或60 cm,且垄面裸露的两个处理产草量比平作对照有不同程度的降低。紫花苜蓿草地生长的第三年,深度为150 cm左右的土层是降水补充和水分消耗的平衡点。所有处理在紫花苜蓿生长4年后,200~500 cm 深度的土壤水分已经接近萎蔫系数。     

渗漏型蒸渗仪对梭梭和柠条蒸腾蒸发的研究

利用非称量蒸渗仪对梭梭、柠条的蒸散进行了研究,结果表明：3年生的梭梭的单株蒸散量是515．3mm,3年生柠条的单株蒸散量是499．1mm。供水量和蒸散量之间存在着一定的正相关关系。3年生和2年生梭梭的单株平均蒸腾量分别是105．8mm和202.77mm;3年生和2年生柠条的单株平均蒸腾量分别为120．67mm和128．72mm。在3种供水条件下,柠条的蒸腾量都是梭梭的81％左右。在水分充足的情况下,梭梭和柠条的蒸腾量呈单峰曲线;在土壤水分亏缺的情况下,它们的蒸腾量呈双峰曲线。在干旱胁迫情况下,柠条和梭梭的蒸腾量与土壤含水率之间存在着极显著的线性关系,它们分别是:ET＝－33．29＋3217.93x（r＝0.8643）和ET＝－35．63＋1674．42x（r＝0．8273）。全年的沙面蒸发量是104.6mm-131．6mm,6－9月份的沙面蒸发量占全年沙面蒸发量的76．84％。沙面蒸发呈明显的双峰曲线。在供水条件下,沙面蒸发量随供水量的增加而增大。在无供水条件下,降水量的90．88％用于蒸发,9．12％保留于土壤中。对3年3个不同供水量蒸渗仅实测值进行多因子回归分析,得出沙面蒸发量与环境因子的关系：Ee＝－42．5131＋730．2497x1＋0．7422x2＋0．5494x3．其中Ee为月蒸发量,x1为0—40cm沙层月均含水率,x2为月均日辐射强度,x3为某月日平     

Assessing trends in climate aridity and vulnerability to soil degradation in Italy

The present study illustrates a framework to analyze changes in climate aridity and soil degradation on a country scale in Italy. The spatial distribution of an indicator of soil vulnerability to degradation (the SQI, soil quality index) was compared with an aridity index (the ratio of annual rainfall to annual reference evapotranspiration) estimated on a decadal basis during 1951–2010. The aridity index decreased by 0.38% per year indicating increased aridity and a non-uniform spatial distribution of soil vulnerability to degradation. Changes in the aridity index were found associated with the lowest SQI classes, suggesting that the largest increase in climate aridity affects land with high-quality soils. Territorial disparities in the aridity index between high-quality and low-quality soils decreased over time indicating a more homogeneous and dry climate regime prevailing in the more recent decades. Results may inform sustainable land management policies and National Action Plans to combat desertification in the Mediterranean region. Areas classified at increased aridity and high vulnerability to soil degradation should be identified as a key target for climate change mitigation policies. Sustainable land management strategies are required to address the dependency between climate variations, land-use changes and soil degradation processes.