南方东部丘陵区季节性干旱成因及其对策研究

本文着重从气候和土壤两方面探讨红壤丘陵区土壤季节性干旱的成因。研究结果表明,红壤特殊的水分物理性质和该区特定的大气－土壤－植物系统水分运动模式的综合作用是红壤季节性干旱的主要成因。认为丘陵红壤的土壤水分管理应从土壤结构改良和协调气候－土壤关系两方面入手,通过合理的耕作技术和建立合理的利用方式体系,改良土壤结构,利用深层土壤水分,从而达到提高土壤水分利用率和抗旱、避旱的目的。复合农林业和免耕覆盖技术对红壤水分具有显著的调节作用。     

间作经济作物对黄土丘陵区旱作红枣土壤水分的调控效应

研究行间种植经济作物饲料油菜和黄花菜对黄土丘陵区旱作红枣林地土壤水分的调控效应.结果表明： 饲料油菜和黄花菜处理0～180 cm土层土壤含水量较无作物对照分别提高6.2%和10.1%;枣树生育期内土壤水分变化主要集中在0～60 cm土层,饲料油菜和黄花菜处理均明显增加了0～60 cm土层土壤含水量,保证枣树生育期内正常生长;持续干旱条件下,各处理土壤水分消耗主要在0～60 cm土层,其中0～20 cm土层土壤含水量与次降雨后干旱天数存在显著指数负相关,雨后18 d干旱期饲料油菜和黄花菜处理0～60 cm土层土壤水分含量均高于对照.该间作系统显著改善了红枣林土壤水分环境,是黄土丘陵区克服季节性干旱的有效措施.     

覆被对桔园旱季土壤水分变化和利用的影响

稻草覆盖和自然覆被是解决红壤丘陵区季节性干旱的有效措施.2005～2006年在桃源农业生态试验站进行了稻草覆盖和自然覆被对桔园降雨入渗、土壤蒸发、土壤水分调控和利用结构影响的研究,结果表明:稻草覆盖和自然覆被更有利于雨水的储存和向深层入渗,雨后48h分别比裸地土壤储水增量多3.33mm和1.33mm,降雨入渗深度分别为40cm和80cm.此外,稻草覆盖和自然覆被分别抑制了69.10%和36.53%的土壤蒸发,其蒸发抑制作用在午间高温时段表现尤为明显,使得更多的水分以植物蒸腾(稻草覆盖15.71%、自然覆被7.30%)和土壤蓄留的方式支出,并且分别降低了20.55mm(稻草覆盖)和14.33mm(自然覆被)的水分支出.覆被下土壤水分结构发生明显改变,0～20cm土层受外界条件影响较大,土壤水分变异系数较大,自然覆被由于覆盖的植被消耗表层水分,水分亏缺较大,平均含水量为稻草覆盖>裸地>自然覆被;20～80cm土壤水分变异减小,平均含水量稻草覆盖>自然覆被>裸地;120～160cm深土层中,自然覆被下土壤水分得不到补给,变异系数增大,稻草覆盖和裸地水分变化稳定,平均含水量稻草覆盖>裸地>自然覆被.     

黄土旱塬区苹果园土壤水分动态

选取黄土旱塬区盛果期果园,于2009-2013年对0～500 cm土层土壤含水量进行连续监测,了解其土壤水分动态变化规律.结果表明： 平水年,苹果园耗水主要发生在0～300 cm土层;年降水量小于400 mm时,果树主要消耗300 cm以下土层土壤水分;受年降水量和苹果耗水的共同影响,200～300 cm土层是土壤水分的最大波动层;苹果园4-6月底季节性干旱明显,土壤水分的蓄积主要发生在7-10月中旬,该期的土壤蓄水能有效缓解下一年的春季干旱.     

黄土丘陵区不同土地利用类型土壤水分变化特征

土壤水分是制约黄土丘陵区生态建设和土地可持续利用的关键因子,认识不同土地利用类型的土壤水分状况对该地区植被恢复和土地资源的有效利用具有重要的理论和实际意义.本研究采用EC-5土壤水分传感器,对黄土高原园则沟流域坡耕地、梯田、枣园和草地生长季内(5—10月)0~160 cm土壤剖面含水量进行连续监测,探讨这4种典型土地利用类型的土壤水分变化特征.结果表明:在降水常态年和干旱年,不同土地利用方式土壤水分的季节变化、蓄水特征及垂直分布均存在差异.在2015年干旱年,梯田表现出良好的蓄水保墒效果,0~60 cm土层生长季平均土壤含水量分别比坡耕地、枣园和草地高2.6%、4.2%、1.8%(P<0.05),0~160 cm土层储水量分别比坡耕地、枣园和草地高43.90、32.08、18.69 mm.在2014年常态年,枣园0~60 cm土层生长季平均土壤含水量分别比坡耕地、梯田和草地低2.9%、3.8%、4.5%(P<0.05);在干旱年,0~160 cm土层有效水储量仅占土壤总储水量的35.0%.不同土地利用方式下均是表层(0~20 cm)与中层(20~100 cm)土壤水分的灰色关联度较大,且土壤水分变化态势的相似程度表现为梯田>草地>坡耕地>枣园.对于试验区内的坡耕地,可考虑改造为梯田,以提高雨水资源的有效利用、促进生态农业建设;而针对黄土丘陵区旱作枣园土壤缺水严重的现象,需采取适当水分管理措施以降低枣树自身耗水和其他无效耗水,实现枣园可持续发展.     

不同尺度下土壤粒径分布特征及其影响因子——以黄土丘陵沟壑区为例

土地利用方式和环境因子是影响土壤粒径的重要因素,尺度不同其影响效应差异明显。研究不同尺度表层土壤粒径与土地利用、环境因子的关系对评价黄土丘陵沟壑区土壤物理性质具有积极意义。选择黄土丘陵沟壑区安塞集水区和沐浴小流域作为研究区,探讨两个尺度上表层土壤粒径含量、分布特征及其与土地利用类型和环境因子的关系。研究结果表明:(1)研究区域内表层土壤颗粒主要为砂粒和粉粒,在小流域和集水区尺度上,各粒径百分含量属于中等变异,D值为弱变异,但随着研究区由沐浴小流域变化到安塞集水区,粒径和D值的空间变异性均有所提高;(2)尺度不同,土地利用对土壤粒径的影响效应不同,在沐浴小流域不同土地利用类型的砂粒含量从高到低依次为荒草地农用地林地灌木林地园地,在集水区的变化顺序依次为荒草地灌木林地林地农用地园地,粉粒含量的次序均与砂粒相反,小流域土壤粒径分形维数D依次为灌木林地荒草地林地园地农用地,在安塞集水区为灌木林地荒草地农用地林地园地;(3)在沐浴小流域和安塞集水区,土壤颗粒分形维数与土壤砂粒、黏粒百分含量呈极显著正相关关系,与土壤粉粒百分含量呈极显著负相关关系,且砂质壤土D值高于壤土和粉壤土;(4)在沐浴小流域,植被盖度、相对海拔和坡位相对于土地利用类型、坡向和坡度对土壤粒径影响较大;而在安塞集水区植被盖度、土地利用类型和坡度对土壤粒径影响较大。     

基于小流域尺度的土壤可蚀性K值空间变异

采用传统统计学和地统计学相结合的方法,以邓下小流域为研究区,利用EPIC模型中土壤可蚀性K值算法,研究了小流域尺度下土壤可蚀性K值空间变异特征及不同植被类型对其影响.结果表明:(1)研究区K值的变化范围为0.1498 ～0.4981,均值为0.3316,变异系数为22.11%,小流域土壤可蚀性存在中等程度的空间变异性.(2) 研究区土壤可蚀性K值总体分布趋势是从西北向东南增大,条带状分布明显,K值较高处以"岛状"嵌于小流域中南部.北部森林覆盖区土壤抗侵蚀能力较强,中南部耕作种植及居住生活区土壤抵抗侵蚀能力较弱.(3)研究区8种不同植被类型除旱耕地外,K值垂直变异特征均是K0～20cm＜K20～40cm＜K40～60cm,土壤可蚀性随土壤垂直剖面深度增大而增大,土壤表层(0～20cm)抗侵蚀性能力最强.8种不同植被类型土壤表层K值(K0～20cm)的大小顺序为:休闲地 >茶园 >旱耕地 >草地 >阔叶林 >灌木林 >针叶林 >毛竹林.     

汤溪水库蓝藻水华发生的影响因子分析

汤溪水库位于北回归线附近的热带地区,是广东省东部的大型供水水库。1997年来该水库频繁在10～11月份发生蓝藻水华,但在2003年,蓝藻水华提前在7月份发生。对影响蓝藻水华发生的主要因子进行了分析,探讨了2003年蓝藻水华提前发生的原因。汤溪水库的营养物质主要来源于流域降水形成的地表径流,其中5月份降水多,水库营养盐输入量大;该水库浮游植物生长基本不受N、P营养盐限制,具备蓝藻水华发生的N、P营养盐基础。在4～11月份,水库表层水温为25～35℃,适合蓝藻水华的发生,水温与蓝藻、微囊藻的丰度具有显著相关性,较高的水温是蓝藻水华发生重要条件之一。在具备充分营养盐与适合水温条件下,水体稳定性是控制汤溪水库蓝藻水华发生时间的关键因子。2003年全年的降水仅为多年平均值的76.8%,且汛期7月份降水量只有64mm,远小于往年的同期降水量,汛期反常的水体稳定性导致了蓝藻水华的提前发生。     

红壤旱地不同种植方式物质循环与调控

利用长期定位资料研究了红壤旱地不同种植方式下水分、养分循环和平衡以及能量流动特点．研究表明,红壤地区3～6月降雨量占全年的60％,导致季节性干旱经常发生,水土流失严重;红壤旱地N、P、K配比不合理,肥料施用量大,化肥投入过多,不同种植方式间存在差异,使投产比降低．优化的种植方式提高了光能利用率和水分利用率,减缓了干旱发生频率和干旱程度;提高了养分再循环率,使N、P、K的配比较为合理．合理开发利用红壤的措施之一,是建立种养结合的复合农业生态模式。并采用节水灌溉、增加覆盖、农林间套作,提高有机肥比重、进行平衡和合理施肥;进一步优化种植结构,调整投能结构。减少外部输入能,完善种养协调机制和食物链多级利用技术．     

黄土塬区深剖面土壤水分垂直分布特征及其时间稳定性

研究土地利用方式对深剖面土壤水分时空动态的影响,对于了解区域水循环在变化环境下的表现特征具有重要意义.本研究基于长期定位监测数据,对2012年9月至2015年12月黄土塬区4种土地利用方式0～15 m剖面土壤水分状况进行分析.结果表明: 苜蓿草地(>7年)、休闲地、高产农田和低产农田平均土壤含水量分别为15.1%、22.0%、19.6%和21.1%(0～15 m、年度平均值);干湿交替层季节性失水和蓄水分别出现在3—6月和7—10月,其深度范围分别为0～2、0～4.6、0～3和0～4.2 m.深层土壤水分具有较好的时间稳定性,其垂直分布受土地利用方式的影响.观测年份内苜蓿产量和耗水量均呈逐年增加趋势,造成深层土壤的干燥化程度加大,2～10 m土层形成稳定土壤干层,阻断了降水补给地下水的途径.对于其他3种土地利用方式下的土壤水分平衡,冬小麦生长季农田与休闲地均表现为负平衡;玉米生长季高产农田表现为负平衡,而低产农田与休闲地表现为正平衡;在作物休闲期,农田与休闲地均表现为正平衡.通过施肥处理所形成的高产农田的作物水分利用效率是低产农田的3倍以上.     

Importance of soil-water relations in assessing the endpoint of bioremediated soils

This study was conducted to investigate water movement in hydrocarbon contaminated soils. Three soils were studied, a hydrocarbon contaminated soil, the same soil after 3 years of bioremediation, and a control soil from the same site. There was a critical soil water content around 18% (bioremediated soil) and 20% (contaminated soil), above which the sorptivity of the contaminated soil was near that of the control soil. For soils with water contents below this value, there was a strong divergence in sorptivity between contaminated and control or bioremediated soils. Results suggest that water availability in contaminated soils will be highly dependent on soil water properties as water potential approaches the permanent wilting point (-1.5 MPa matrix potential).Infiltration of water into air dry (2% m.c. w/w) hydrocarbon contaminated soils was up to three orders of magnitude slower than for the control soil. For air dried soils, the infiltration rate of the contaminated and bioremediated soils was constant with time. This was in contrast to the control soil where infiltration rate was a function of the reciprocal of the square root of time.     

黄土丘陵沟壑区林地水文生态效应

根据安塞水土保持试验站1993～2002年林地径流小区的降雨产流产沙的定位观测资料及2002年土壤含水量资料,分析了不同树种对坡面尺度降雨产流产沙及土壤水分的影响.结果表明:场降雨径流小区的产流量、产沙量与降雨量具有较好的相关性;多元回归分析表明,场降雨产流量和产沙量与降雨量和最大30 min 雨强的乘积呈正相关,与植被覆盖度呈负相关,场降雨产沙量回归方程复相关系数为0.253,各处理场降雨产流量回归方程复相关系数的变化范围为0.465～0.723,均达到了极显著的水平(P＜0.01).同时,各树种均具有良好的减流减沙功能,与农地相比,年均产流量和产沙量分别减少4.8%～52.9%和26.8%～86.0%;沙棘纯林及其混交林的减流减沙效益优于油松纯林.同时,沙棘纯林及其各混交林在造林初期就表现出良好的减流减沙效益,随着树龄的增长,其作用更加明显;而油松纯林在造林初期作用不明显,甚至出现产流量和产沙量大于农地的现象,但随着树龄的增长,减流减沙作用逐渐呈现并增大.沙棘纯林及其混交林30 cm 以下土壤含水量在整个生长季中均呈递减趋势,生长季初(4月份)土壤含水量最高,而生长季末(10月份)降到最低值.2002年沙棘纯林的耗水深度为220 cm,而其混交林的耗水深度达到300 cm.同时,在整个生长季节中,沙棘纯林及其混交林整个剖面平均土壤含水量存在着显著的差异,表现为:沙棘×杨树＜沙棘＜沙棘×油松.     

黄土丘陵沟壑区不同植被类型土壤有效水和持水能力

以黄土丘陵沟壑区坊塌流域不同植被类型为研究对象,在野外调查的基础上,利用离心机法测定不同植被类型0—10、10—20 cm土层不同吸力下的土壤含水率,并利用Van Gennuchten模型对土壤水分特征曲线进行拟合,对比分析了不同植被类型不同土层土壤水分特征曲线、土壤水分有效性和持水性。结果表明:随着植被恢复的进行,不同植被类型土壤水分特征曲线出现了明显的差异,但是其斜率基本不变且不同植被类型0—10、10—20 cm土层土壤水分特征曲线都呈近似的"S"型;不同植被类型0—10、10—20 cm土层土壤有效水范围分别为22.65%—26.80%、23.97%—28.13%,除白羊草群落和刺槐林外呈现出多年生蒿禾类群落低于灌木群落而高于一年生草本群落的变化趋势;不同植被类型土壤持水能力在0—10 cm土层没有显著性差异,在10—20 cm呈现出多年生蒿禾类群落低于灌木群落而高于一年生草本群落,其中白羊草群落最大,刺槐林最低。刺槐林有效水分和土壤持水能力都较低,建议适当采取间伐并促进其近自然化恢复来实现土壤水分的可持续利用,尽量避免在阳坡缺水地区种植刺槐。对于研究地区土壤水分的可持续利用、植被恢复和科学合理的进行植被配置具有重要意义。     

华北山区典型人工林土壤水势动态和水分运移规律

大规模植树造林工程有效缓解了我国北方水土流失等问题,但伴随植被生长和降水格局变化,水循环过程发生明显改变。土壤水分运动是水循环的关键过程,研究变化环境下人工林植被土壤水分运移规律,对植被生态恢复具有重要意义。基于2014-2018年多时间尺度（半小时、天、月和年）华北山区崇陵流域典型人工侧柏林和荒草土壤剖面水势监测数据,阐明不同植被覆盖下土水势动态变化规律,提出土壤水分运移和植被水分利用模式。研究结果表明：侧柏林土壤水势日变幅显著低于荒草植被,但土水势日变幅随土壤深度增加而减小的速率90 a侧柏依次大于60 a侧柏和荒草;月、年尺度侧柏林不同深度土水势变化对降水的响应大于荒草地,其中60 a侧柏林年均土水势与年降雨量显著线性相关（P<0.05）。由水势梯度和零通量面多年平均变化可知,90 a侧柏林0-50 cm土壤水呈下渗趋势,根系水力提升促使50-100 cm土壤水向上蒸散;60 a侧柏林0-20 cm、70-100 cm以及枯水年30-70 cm土壤水均以蒸散为主,根系可同时吸收利用表层和深层土壤水分;荒草地0-20 cm土壤水分蒸发强烈,且为根系主要吸水深度,20-100 cm土壤水稳定下渗。相比60 a侧柏林和荒草,90 a侧柏林的土壤调蓄能力增强,与荒草互被可减少植被间水分竞争,充分利用土壤水,从而减少流域内地表径流和土壤侵蚀量。     

黄土高原四种人工植物群落土壤呼吸季节变化及其影响因子

以黄土高原侧柏、柠条、沙棘和油松人工植物群落为对象,土壤呼吸日动态和季节变化及其与环境因子之间的关系,结果表明:4种植物群落土壤呼吸速率具有典型的日变化和季节变化模式, 4种群落中,以侧柏6月土壤呼吸日变幅最大,沙棘6月土壤呼吸日变幅最小,大部分群落不同月份最大土壤呼吸与最小土壤呼吸倍数在1.1～1.6之间.4种群落中,以柠条土壤呼吸季节变幅最大,侧柏最小,最大土壤呼吸与最小土壤呼吸的倍数为1.5～2.2倍之间.同一植物类型土壤呼吸具有明显的季节变化特征,其具体变化趋势因植物类型而异.4种植物群落土壤呼吸速率与土壤和大气温度以及土壤含水量的关系在不同季节表现为不同的关系,其中侧柏和柠条土壤呼吸与土壤温度均呈乘幂关系,与大气温度为指数关系.沙棘土壤呼吸与土壤温度和大气温度均为乘幂关系,油松土壤呼吸与土壤温度和大气温度均为线性关系.这表明土壤呼吸与土壤和大气温度之间的关系及其紧密程度因植被类型而异.综合分析表明,同一气候区相同环境因子对不同植物群落土壤呼吸的影响作用不同,且因其自身具有明显的季节变化,从而导致对土壤呼吸的调控作用也具有明显的季节变异模式.     

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。     

川西平原灌区不同水旱轮作模式周年土壤呼吸特征

水旱轮作是川西平原灌区重要的稻田种植模式,为探究本区域不同水旱轮作模式对周年土壤呼吸的影响,在四川崇州设置蒜-稻(GR)、麦-稻(WR)和油-稻(RR)三种水旱轮作模式,采用静态箱-气相色谱法测定不同模式周年土壤呼吸,并同步测定温度、水层高度等水热生态因子。结果表明:三种轮作模式周年土壤呼吸累积排放量表现为GRRRWR,分别为193.36、160.27、157.28 kg/hm~2;土壤呼吸速率日动态规律基本一致,均表现为单峰型变化趋势,最高值出现在12:00—15:00,6—8月的日变幅高于其余月份;土壤呼吸速率季节动态均呈双峰型变化趋势,在6月和9月达到峰值,其中GR模式土壤呼吸速率年均值最高;三种模式土壤呼吸速率均受0—10 cm、10—20 cm土壤温度的显著影响,而与土壤含水量无显著相关性。土壤温度是旱季土壤呼吸速率季节变化的主要影响因素,土壤水层深度和土壤温度共同作用影响了稻季土壤呼吸速率的变化。     

黄土高原水土保持林对土壤水分的影响

黄土高原植被恢复的限制因素主要是土壤水分,植被与土壤水分关系的研究对黄土高原植被恢复具有重要意义.2008年7月1日至2009年10月31日间采用EnviroSMART土壤水分定位监测系统以每30min监测1次的频度,对晋西黄土区刺槐人工林地、油松人工林地、次生林地的土壤水分变化进行了研究.研究得出:次生林地0-150 cm土层中平均蓄水量为331.95mm,刺槐人工林地为233.85 mm,有整地措施的油松人工林地为314.85mm,刺槐人工林比次生林多消耗的98.10mm土壤水分主要来源于80 cm以下土层.次生林主要消耗0-80 cm土层的水分,而人工林不但对0-80 cm土层水分的消耗量大于次生林,对深层土壤的消耗也较次生林大,这将有可能导致人工林地深层土壤的“干化”.在土壤水分减少期(11-1月)刺槐人工林土壤水分的日均损耗量为0.86mm、油松人工林为0.82 mm、次生林为0.84 mm.土壤水分缓慢恢复期(2-5月)刺槐人工林地土壤水分的恢复速度0.90mm/d,油松人工林地为0.53 mm/d、次生林地为0.79 mm/d.土壤水分剧烈变化期(5-10月)刺槐人工林地土壤水分含量的极差为95.71mm,油松人工林地为179.1mm,次生林地为72.03mm.在干旱少雨的黄土高原进行植被恢复时,应多采取封山育林等方式,依靠自然力量形成能够与当地土壤水资源相协调的次生林,是防止人工植被过度耗水形成“干化层”、保障水土保持植被持续发挥生态服务功能的关键.     

黄土高原丘陵区生物结皮土壤的斥水性

采用滴水穿透时间法和酒精溶液入渗法,研究了黄土高原丘陵区浅色藻结皮、深色藻结皮、藻+少量藓结皮、藓+少量藻结皮、藓结皮5种不同发育阶段的原状生物结皮土壤的斥水性及其与土壤含水量的关系.结果表明: 生物结皮增加了土壤的斥水性,其斥水强度和持久性均显著增加.生物结皮土壤的斥水性随生物结皮的演替逐渐降低,当生物结皮中藓类植物盖度在20%以上时,斥水持久性显著低于藻结皮.生物结皮土壤的斥水性与土壤含水量及优势种密切相关,藓类生物结皮土壤的斥水性随着含水量的降低逐渐增加,藻类生物结皮土壤的斥水性随含水量的变化呈双峰曲线.     

黎钦铁路增建二线工程的水土流失影响程度分析

铁路建设工程中的路基修筑、隧道开凿、取土弃渣均会导致大量的水土流失,对铁路沿线生态环境造成不利影响。论文以广西黎钦铁路增建二线工程为例,通过水土流失影响指数评价模型来定量分析、评判该工程的水土流失影响程度。结果表明,该项目的水土流失影响指数值为0.11,不到全国铁路建设项目水土流失影响指数平均值的40%,这表明与新建铁路工程相比,增建二线工程造成的水土流失影响程度较小。其主要原因是工程占地(2.02hm²·km^-1)和影响面积(0.28hm²·km^-1)较小、工程总土石方量(3.86×10⁴m³·km^-1)和弃方量(0.28×10⁴m³·km^-1)较少、工程水土流失总量(211.61t·km^-1)不大。通过缩短施工期和增加水土流失治理面积,可进一步减弱该工程的水土流失影响,更好地保护项目沿线的生态环境。