典型岩溶洼地土壤水分的空间分布及影响因素

在桂西北典型岩溶洼地的旱季和雨季,用地统计学结合GIS方法研究了洼地表层(0—16cm)土壤水分的空间分布特征及其影响因素。结果表明:土壤含水量受前期降雨量的影响,且旱季土壤水分对降雨量的反应较雨季敏感。土壤水分均呈中等变异且变异系数随着平均含水量的增加而减少。土壤水分的半方差参数显示土壤水分空间变异及其主导因素随旱、雨季而不同。此外,不同取样区域及取样时段内土壤含水量高低差别明显,分布格局及空间变异程度各异,这主要与当地环境和人为因素的综合影响有关。旱、雨季土壤水分均与前期降雨导致的土壤平均含水量变化呈相反趋势,且不同土地利用方式下的土壤含水量不同。土壤含水量还与土壤有机碳含量呈显著正相关,此外,地势及裸岩率也是造成洼地土壤水分变异及其分布差异的重要因素。下一步应根据旱季和雨季土壤水分分布及影响因素的差异,在岩溶洼地采取有针对性地土壤水资源利用及其水分管理策略。     

黄土丘陵区林草景观界面雨后土壤水分空间变异规律

对黄土丘陵区刺槐林-草地景观界面上雨后土壤表层(0～10 cm)和亚表层(10～20 cm)水分的空间变异规律进行了研究.经典统计学分析表明,草地两层的土壤含水量分别高于林地;林草界面两层的土壤含水量均为弱变异程度,并具有明显的生态梯度.移动窗口法分析表明,林草界面对土壤表层和亚表层的水分影响范围为边界两侧4 m、3 m,影响域分别为8 m、6m.地统计学分析表明,草地两层土壤含水量空间分布均表现为纯块金效应,林地两层均可拟合成线性模型,而林草界面两层均可拟合成球状模型;林草界面土壤表层、亚表层水分空间依赖性和空间自相关较强,其空间结构异质性明显高于林地和草地.克立格制图描述的林草界面土壤水分的空间分布格局为从边界处向两侧的一定距离范围内,土壤含水量呈条带状分布,而在较远的距离,水分的空间分布呈现出几个明显的斑块状.     

岷江上游森林景观边界效应

应用地理信息系统和遥感技术对岷江上游森林景观在景观尺度上的边界效应进行了分析.结果表明:人工形成的林-农边界较清晰、其植被过渡明显,林地边缘的生物量低于林地内部,影响域为60m,农田边缘的生物量高于农田内部,边界效应范围为60～90m;自然形成的林-草边界过渡缓和,林地边缘的生物量低于林地内部,而草地边缘的生物量高于草地内部,边界效应对林地的影响范围为60m、对草地的影响范围为45～75m;林-灌边界的边界效应类似林-草边界,对林地影响域为60m,对灌木林地的影响域在45～75m之间.     

农林交错带界面的小气候边界影响域季节动态

采用移动分窗法和旱季、雨季的小气候测算,对吉林省西部林地与农田边界的小气候影响域的季节动态进行了分析.结果表明:研究区域内林地中移动分窗计算出的欧氏距离平方(SED)曲线变化稳定,旱季在40 m处出现峰值,雨季在20 m处出现峰值;农田小气候边界影响域则没有明显的时空变化,旱季和雨季SED曲线的峰值均为60 m.因此,边界对农田的影响域要大干林地,并且林地的影响域存在季节变化.说明在农林边界,小气候影响域存在着时空变化,其范围取决于边界两侧植被的季相变化和人为干扰的强度.     

哈尼梯田景观水源区土壤水分时空变异性

哈尼梯田景观的稳定维持依赖于上游水源区对水资源的涵养,土壤水分的时空变异性是揭示水源区土壤水源涵养格局的重要指标。通过网格法采集水源区表层(0~20cm)土样162个(旱季81个,雨季81个),应用经典统计学和地统计学方法分析水源区旱、雨季土壤水分空间变异特征。结果表明:(1)以200 m的间距采样,旱季土壤水分变异系数(Cv)为18.50%,半变异函数结构比值为99.9%,变程为383 m;雨季土壤水分Cv为18.19%,半变异函数结构比值为99.9%,变程475 m。土壤水分均呈中度变异,表现出高度的空间自相关性。从旱季到雨季,土壤水分的空间结构参数存在差异,变程变化最明显;各向异性存在一致性但各向异性比值差异明显。(2)Kriging插值图表明,旱季土壤水分空间格局明显呈斑块分布,斑块破碎度较大,空间连续性较差。雨季呈阶梯状分布,空间连续性强,土壤水分变异的复杂程度变小。旱、雨季土壤水分格局总体变化趋势较一致,但旱季的格局更显著,基本与土地利用格局分布相一致。(3)旱、雨季土壤含水量及其变异受降雨量影响而存在相一致的变化趋势,但旱季土壤水分对降雨量的反应较敏感。(4)土地利用是导致土壤水分空间变异的主要因素,降雨会加强或减弱这种差异的趋势;土壤水分含量受海拔的影响大,受坡度的影响小。(5)土壤水分时空变异能够反映水源涵养格局,对识别水源涵养关键区,保护水源区生态安全格局,维持整个流域水源供给平衡,维持梯田景观的稳定性意义重大。     

土层厚度对刺槐旱季水分状况和生长的影响

该研究测定了旱季和雨季刺槐(Robinia pseudoacacia)林不同土层厚度的土壤含水量, 刺槐的树高、胸径、小枝凌晨水势、叶片碳稳定同位素组成(δ¹³C)、叶面积、比叶重和气体交换指标; 分析了刺槐旱季和雨季的水分状况和土层厚度之间的关系; 通过刺槐对季节性干旱胁迫的反应, 估计华北石质山区不同土层厚度土壤水分对刺槐的承载能力; 并求证近年来该地区刺槐衰败和水分因素的关系。结果显示: 随着土层厚度减小, 旱季土壤含水量下降、凌晨小枝水势降低; 气孔导度和最大光合速率都减小, 而瞬时水分利用效率增加, 雨季上述指标无显著性差异, 旱季土壤含水量只有雨季的60%左右。随着土层变薄, 刺槐叶片δ¹³C增高, 叶面积减小, 比叶重增加; 刺槐树高和胸径减小。以上结果表明: 刺槐在不同季节下的水分状况综合反映土壤的供水能力, 土层浅薄导致土壤水分承载力不足, 致使刺槐在旱季受到较严重的水分胁迫, 这可能是刺槐出现衰败的重要原因。     

黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤水分变化特征

选择黄土丘陵区砖窑沟流域不同土地利用方式为研究对象,在2016年6月至11月对0—300 cm土层土壤含水量进行监测,分析刺槐林、草地、柠条灌木林、小叶杨林、海红林和撂荒地6种土地利用方式下土壤含水量的垂直剖面分布特征、土壤贮水量的季节变异特征。结果表明:(1)土壤含水量随深度的变化自上而下均呈"S"状分布,随着土层深度的增加,土壤含水量呈先增加后减小的趋势,具有明显的垂直变异特征。(2)不同土地利用方式具有不同的土壤湿度剖面,土壤水分活跃层、次活跃层、相对稳定层的深度范围不同。(3)6种土地利用方式下各土层的土壤贮水量均具有明显的季节变化特征,海红林的土壤贮水量最大,为258.21 mm,然后依次为小叶杨林、撂荒地、草地和刺槐林,柠条灌木林样地最小;监测期内土壤贮水量随时间呈增长趋势,在11月达到最大值。土壤含水量的变异系数均随着土层深度的增加逐渐递减,在100 cm以下土壤深层季节变异趋于稳定。研究认为,乔灌林消耗更多深层的土壤水分,柠条灌木林易引起土壤干燥化,海红林的土壤水分条件较好,撂荒地和草地土壤水分条件相对稳定。     

华北农牧交错带农田-草地界面土壤水分影响域分析

在华北农牧交错区,选择线状边界的农田与草地典型区进行调查与土壤水分测定,采用移动窗口法,对农田-草地景观界面表层（0～20 cm）土壤水分影响域进行研究.结果表明：界面水分的影响域为草地6 m到农田4 m,总宽度10 m,属急变型界面;将农田-草地景观界面划分为3个功能区：农田功能区、草地功能区和农田-草地复合功能区.其中农田-草地复合功能区的土壤含水量变化剧烈,而草地功能区与农田功能区内土壤水分基本呈线性分布;草地生态系统土壤平均含水量比农田高约1 g·g^-1,这主要是由于草地开垦为农田后风蚀等作用而引起的土壤毛管持水力下降所致.作为植被覆盖不同的两个生态系统,不同的植物蒸腾和地表蒸发,可使不同功能区的土壤含水量产生明显差异,从而使土壤水势发生变化,使水分跨生态系统运移成为可能.     

黄土丘陵沟壑区坡面尺度土壤水分空间变异及影响因子

土壤水分空间分布特征及其影响因子是土壤前期含水量模拟和小流域产流机制研究的重要内容,也是半干旱地区进行生态建设的重要参考。通过对黄土高原典型坡面雨季前后100 cm深度内土壤含水量进行观测,分析地形、植被和雨季对土壤水分空间分布的影响。基本统计分析显示,土壤水分的空间异质性在上层(<20 cm)较小,在下层(>40 cm)较大。坡面尺度上,土壤含水量的空间差异主要表现在不同植被类型之间,而不是坡位之间。各覆被类型的土壤含水量相对大小为荒草地>8年生刺槐林>20年生刺槐林>沙棘林。即使沙棘林和刺槐林位于更利于获取土壤水分的地形条件下,其土壤含水量仍然明显低于荒草地。地形对土壤水分的影响被植被类型的影响所掩盖。上述规律在雨季前后都有明显表现。因此,完全基于地形指数的土壤水分预测模型在黄土高原应该慎用,植被类型应该作为土壤水分空间预测的一个重要参数。雨季使土壤含水量整体提高,但是土壤水分空间分布格局并没有根本改变,高处仍高,低处仍低,各样点处的土壤含水量在雨季前后达到显著相关水平,说明土壤水分空间格局并不是瞬时状态,而具有明显的时间稳定性。     

陕北黄土区雨季后山地枣林土壤水分动态变化研究

选取陕北延川县齐家山红枣试验基地枣林地、苹果林地和撂荒草地为研究对象进行土壤水分动态变化研究，结果表明：①不同坡位、不同坡向和不同整地方式的枣林地土壤水分存在显著差异；其中，研究区下坡位土壤水分最高，为14.19%；阴坡土壤水分最高，为14.19%；水平阶整地枣林土壤水分显著高于原状坡。②研究区不同植被类型间土壤水分垂直变化趋势基本一致。枣林地土壤水分最高，为11.49%；不同植被类型0~100 cm土壤贮水量依次表现为枣林地（144.76 mm） > 苹果林地（124.19 mm） > 撂荒草地（72.20 mm）。③不同植被类型土壤贮水亏缺度存在差异。雨季前，0~20 cm土层亏缺度最小，平均亏缺度表现为撂荒草地 > 枣林 > 苹果林；雨季后，土壤水分亏缺度表现为撂荒草地 > 苹果 > 枣林，除枣林地外均高于雨季前土壤水分亏缺度。④雨季后，研究区3种植被类型0~20 cm土层土壤水分亏缺加剧；20~100 cm土层中，枣林土壤贮水补偿度为正值，土壤水分得到补偿，但最高仅为22.95%，枣林土壤水分仍处于亏缺状态并未完全恢复；苹果林地土壤贮水补偿度则为负值，表明土壤水分亏缺进一步加剧；撂荒草地土壤水分补偿度基本维持在0左右，土壤水分亏缺没有持续恶化。     

黄土丘陵沟壑区不同降水年型下土壤水分动态

采用定位监测法,对黄土丘陵沟壑区不同降水年型下旱农坡地、刺槐林、沙棘灌丛和白羊草地土壤水分的时空变化规律进行了分析.结果表明,降水年型对研究区不同植被类型土壤水分的季节变化和剖面垂直变化均有一定影响.旱农坡地平水年土壤水分的季节变化平缓;枯水年雨季前土壤水分缓慢减小,雨季后显著增加;丰水年则整体增加,且雨季后增加明显.刺槐林、沙棘灌丛和白羊草地平水年土壤水分的季节变化表现为整体降低;枯水年沙棘灌丛土壤水分先减后增,刺槐林与白羊草地呈“W”型曲线变化,两个最低值均出现在6月和8月;丰水年沙棘灌丛和刺槐林土壤水分的季节变化呈“V”型,白羊草地的波动较大,最低值出现在8月.旱农坡地枯水年的土壤水分活跃层和次活跃层深度较平水年下移,丰水年次活跃层消失;丰水年和枯水年,刺槐林和白羊草地土壤水分活跃层深度均较平水年下移,沙棘灌丛则上移.     

黄土丘陵区植被恢复的土壤碳水效应

黄土高原大规模植被恢复显著影响了这一区域土壤水分和有机碳(SOC),从而影响其承载的土壤水源涵养和固碳服务。明确深层土壤水分和有机碳对植被恢复的响应特征是当前黄土高原地区生态水文与生态系统服务研究的一个重要科学问题,其中植被类型以及生长年限是这一过程的重要影响因素。然而,目前关于深层土壤有机碳和土壤水分对植被恢复的响应及二者关系的研究较少。通过对陕北典型黄土丘陵区不同植被类型和生长年限下0—5 m土壤水分与有机碳的监测,分析了深层土壤水分和有机碳对植被恢复的响应及其特征。研究发现:(1)植被恢复后0—5 m土层均出现水分亏缺,土壤水分亏缺在表层1 m最低,2—3 m最高;对于不同恢复方式,林地土壤水分亏缺在恢复至21—30a时显著高于前一阶段(11—20a),而在恢复31a后水分开始恢复,而灌木、草地土壤水分亏缺程度则随恢复年限延长不断增加。(2)林地、灌木、草地0—5 m平均土壤有机碳含量为1.97、1.77、1.72 g/kg;林地土壤固碳量随恢复年限的增加而增加,并且在恢复20a时固碳量与对照农田相比出现净增;灌木土壤固碳量随恢复年限先增加后降低;草地土壤固碳量则随退耕年限增加呈下降趋势并且低于对照农田。(3)表层0—1 m土壤水分随恢复年限增加变化不显著,深层土壤水分则随恢复年限增加显著降低;相比而言,随恢复年限增加,土壤有机碳随年限的变化在各层土壤中均不显著。深层土壤水分与土壤有机碳呈现显著的正相关,且土壤有机碳的增加速率低于土壤水分,研究认为,深层土壤固碳与土壤水分关系密切,且深层土壤固碳需要充足水分参与。深层土壤水分亏缺可能限制植被细根的发展,使深层土壤有机碳输入减少。     

科尔沁沙地人工杨树林生态服务效能评价

采用定位观测法,系统评价了杨树(Populus simonii)林的防风、抗蚀和滞尘等生态服务效能及其间接价值,同时定量探讨了风速减弱系数与实测林地叶面积指数的关系。结果表明,在研究区主害风(西北风)天气下,林地迎风区6H(H为平均树高)、3H、林地中央、林地背风区林缘、6和8H处2m高度的日平均风速与对照点(流动沙丘)相比均有不同程度减弱,风速减弱系数在18．3％～66．2％之间。林地背风区6H处0．25、0．5、1和2 m 4个高度的月平均风速减弱系数与林地叶面积指数呈显著非线性相关,其间存在良好的三次曲线关系(P<0．0001,R²=0．43～0．94,n=80)。在主害风天气下,林地各观测点的地表日风蚀量与对照点相比大幅度降低,平均降幅85．2％～99．9％。在观测期内,林地中央的日平均降尘量为13.2 kg·hm^-2,而林地迎风区6H处的日平均降尘量为9．9 kg·hm^-2,林地的日滞尘能力约为3．3kg·hm^-2。       

华北农牧交错带农田-草地界面土壤水分的空间特征

利用经典统计与地统计学方法,对华北农牧交错带农田-草地界面不同采样粒度（1 m×1 m、2 m×2 m）0～50 cm土层土壤水分的空间异质性进行了分析.结果表明：研究区农田、草地、农田-草地界面土壤水分均属中等变异,草地土壤水分的变异系数较农田大;土壤水分的变异系数随土层深度的增加而逐渐增大,且1 m×1 m采样粒度下农田-草地界面土壤水分变异系数与土壤深度呈显著相关(P＜0.05);1 m×1 m采样粒度下,农田-草地界面各土层土壤水分的空间异质性明显高于邻近的农田和草地,表现为中度到强度的空间自相关性,变程在7.65～30.99 m,且具斑块分布格局;2 m×2 m采样粒度下,农田-草地界面各土层土壤水分的空间结构既有中到强度的空间自相关性,又有完全随机化的纯块金效应,变程在4.16～18.86 m;在农田-草地边界存在土壤水分的界面效应.     

岷江上游林农边界网络的生态效应

应用地理信息系统软件从遥感影像中提取出岷江上游的农田边界类型图,结合坡面尺度上林农边界效应的分析结果,对林农边界效应在景观尺度上的影响进行了研究。结果表明:研究区的农田边界共有5种类型,分别是农田与林地、灌木林地、草地、水体、建筑用地之间的边界,其中林农边界长2473.68km,占农田边界的37.57%,广泛分布在岷江干流及其支流的河谷中,在很大范围上影响着农田的土壤水分和生物多样性,对林地的影响相对较小;边界效应使林地边缘和农田边缘的土壤水分低于其内部,研究区有2103hm2的农田和371hm2的林地的土壤水分受到边界网络影响,分别占研究区农田面积和林地面积的2.33%和0.03%。由于土壤水分是制约研究区植物生长的限制性因子,且岷江上游的农田斑块面积较小且分布零散,因此应避免农林复合景观中边界密度进一步增加。     

祁连山排露沟流域典型植被类型的水源涵养功能差异

土壤水分是"绿水"重要的储存,连接植被与水文系统的纽带。水源涵养功能是山地生态系统重要的生态系统服务,这种功能主要体现是生态系统将水分保持在系统内的过程和能力,并受多种因素的影响(如植被类型、土壤类型和地形)。通过对祁连山排露沟流域的土壤属性、土壤温湿度和降雨2个生长季的野外调查与观测,以及计算水源涵养功能指标来评估3种典型植被类型土壤水分涵养能力的差异。研究结果:(1)灌丛和青海云杉林下有机质、粉粒和砂粒含量、田间持水量、饱和持水量和孔隙度等土壤属性值高于草地,而土壤容重和粘粒含量低于草地;(2)青海云杉林的根区土壤累计入渗量高于灌丛和草地,草地土壤水分损失较灌丛和青海云杉林更快;(3)整个生长季内青海云杉林和灌丛土壤湿度明显高于草地湿度,青海云杉林的水源涵养功能指标值多大于1。这些结果表明青海云杉林较灌丛和草地具有更强的水源涵养能力。因此,研究结果能为国内干旱区山地生态系统的流域生态系统管理与可持续发展提供科学参考。