科尔沁沙地典型固沙人工林地土壤水分时空特征及其对环境因子的响应

土壤水分时空动态特征对于干旱地区人工林的可持续经营与管理起着至关重要的作用。以位于科尔沁沙地南缘的樟子松和柠条固沙人工林为对象，于2018年11月-2019年11月连续观测了林地0-200 cm土壤剖面的含水量、温度及微气象因子，系统分析了土壤水分的时空变化特征及其对环境因子的响应。研究期内，两种林地土壤水分的季节变化可分为冻结期、补充期、消耗期和稳定期；依据土壤剖面的水分特征可分为易变层、活跃层和稳定层，但两种林地的分层深度有一定差异。在生长季内（5-10月），土壤含水量对大气降雨的响应随着土层深度的增加而减弱；降雨对樟子松人工林0-20 cm层土壤水分的影响极显著（P<0.01），对柠条人工林0-10 cm层的影响极显著（P<0.01）、20-60 cm层显著（P<0.05）。在土壤冻融周期内（2018年11月-2019年4月），两种林地的土壤均表现为"单向冻结"和"双向融化"的特点；土壤温度是影响冻融期内土壤含水量的关键因素，两者呈极显著的指数函数关系；樟子松和柠条人工林土壤的最大冻结深度分别为170 cm和190 cm，前者10 cm土层解冻时间要比后者晚11 d，可能与乔木树冠的遮阴作用有关。潜在蒸散与柠条林0-60 cm层、樟子松林0-20 cm和200 cm层的土壤水分呈极显著相关（P<0.01），而与樟子松林60 cm和160 cm层呈显著相关（P<0.05），这与树木蒸腾和土壤蒸发等综合作用有关。研究表明，由于两种人工林的树种组成、树冠大小、郁闭程度和根系分布等结构特征不同会导致林地土壤水分时空特征的异质性及其对环境因素响应的差异。     

2008-2014年新疆艾比湖流域土壤水分时空分布特征

传统的土壤水分模拟研究难以从土壤水分变化的时空双向出发表达其连续演变的过程,存在时空尺度效应问题。借助SWAT模型模拟的长时间序列优势,结合高分辨率卫星影像和遥感技术,力图在时空尺度效应问题上取得突破。并利用长时间序列的模拟结果分析流域土壤水分的空间格局和不同维度时空异质性。结果表明：（1）2008-2014年间艾比湖流域土壤水分主要受气温、降水及人类活动影响,呈波动变化,总体偏低且具有逐年减小趋势。（2）受降水、地形及土地覆被影响,土壤水分分布呈现出由山区向两侧平原减少的特点,且林地 > 农用地 > 草地 > 稀疏植被。（3）近10年间土壤水分低值区由原来的北部山区及平原向东部、东南部平原区及南部山区迁移,东部减少最为明显。（4）流域四季土壤水分变化差异显著。其中,春季主要受融雪影响;夏季、秋季主要受降雨量和气温影响;冬季主要受固态降雪和气温影响;且不同年份、相同季节、相同子流域土壤水分变化趋势表现一致。     

干旱荒漠区植物生态位对水盐的响应

全球气候变化对生态系统功能的影响决定着种群地位和群落演替,由于干旱区的特殊性成为研究生物响应环境变化的热点地区。为探索艾比湖流域荒漠区植物生态位对土壤水盐梯度的响应,在研究水、盐含量和植物生态位特征的基础上,应用变系数模型,分析了土壤水盐梯度下的群落组成和生态位响应趋势。结果显示:(1)随土壤水盐梯度的降低,艾比湖流域群落的物种组成呈倒"V"型分布,说明土壤水盐交互作用影响着植被分布和群落类型。(2)高水盐环境下,胡杨(Populus euphratica)、琵琶柴(Reaumuria soongorica)和梭梭(Haloxylon ammodendron)等生态位宽度值(B_i)较大,柽柳(Tamarix ramosissima)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)和甘草(Glycyrrhiza uralensis)等B_i较小;中水盐环境下,白刺(Nitraria schoberi)和琵琶柴的B_i较大,铃铛刺(Halimodendron halodendron)、甘草和盐节木(Halocnemum strobilaceum)的B_i较小;低水盐环境下,梭梭、花花柴(Karelinia caspica)和琵琶柴等B_i较大,盐节木的B_i较小;说明土壤水盐环境和物种生态学特性是影响B_i的重要因素。(3)物种水平上,B_i较大的种群与其他物种的生态位重叠(O_(ij))一般较大,但B_i较小的物种间的O_(ij)不一定小(例如:高水盐土壤环境下柽柳和骆驼刺的O_(ij)为1);群落水平上,B_i与O_(ij)具有一定的正相关性;说明由于资源纬度的相似性增大了低B_i物种间的O_(ij),并且B_i和O_(ij)由物种向群落尺度转换时,两者之间的关系存在冗余。(4)土壤水盐梯度与群落生态幅呈现一种非线性相关特征,高水盐格局对群落B_i有一定的促进效应,而低水盐模式对B_i具有一定的限制作用,表明土壤水盐的协同效应影响着物种在群落的地位,并在一定程度上决定了群落向正负两极演替的方向。     

干旱条件下夏玉米地-气温差的影响因素及其模拟

地-气温差指标表征作物水分亏缺状况已经被广泛研究,但地-气温差随作物生育进程的变化特征及其影响因子的观测研究仍较少,制约着地-气温差的准确模拟.基于夏玉米2014年三叶期和2015年拔节期的5个灌溉水分控制试验资料的研究表明: 随着夏玉米生育进程的推进,土壤水分的变化显著影响了夏玉米农田的地-气温差,土壤水分亏缺越严重,地-气温差越高.在整个水分处理期间,归一化植被指数是地-气温差的主要影响因子且两者呈显著的线性关系,但不同生育期地-气温差还受其他因子的影响:三叶期后受冠层吸收光合有效辐射比影响且呈显著的线性关系,三叶期至拔节期则受土壤相对湿度和空气相对湿度的影响且呈显著的线性关系.在此基础上,基于2014年试验资料建立了夏玉米全生育期地-气温差模拟模型、营养生长期地-气温差模拟模型和生殖生长期地-气温差模拟模型,并利用2015年夏玉米拔节期5个灌溉水分控制试验资料进行了模型验证,结果表明,夏玉米全生育期地-气温差模型可以解释2015年地-气温差变异的63%,但地-气温差分生育期模拟模型,即营养生长期地-气温差模拟模型和生殖生长期地-气温差模拟模型综合的模拟结果则可解释2015年地-气温差变异的79%.研究结果为基于地-气温差的作物干旱指标定量评估作物干旱提供了依据.     

陕西不同区域苹果林土壤水分动态和水分生产力模拟

基于WinEPIC和偏最小二乘回归模型对1981—2016年陕西不同区域成龄苹果林的水分生产力影响因子和土壤水分动态进行比较.结果表明: 研究期间,陕北丘陵沟壑区、渭北残塬区和关中平原区成龄苹果林年均产量分别为16.94、22.62和25.70 t·hm^-2,年均蒸散量分别为511.2、614.9和889.88 mm,水分生产力分别为3.81、3.82和3.24 kg·m^-3.在陕北区和渭北区,林地水分胁迫最严重,年均胁迫天数分别为54.89、28.38 d,关中区的N素胁迫较为剧烈,年均胁迫天数为25.87 d.陕北区和渭北区影响苹果林产量的最大因子是降水量,其标准化回归系数分别为0.274和0.235,但施N量对产量也有较大影响,回归系数分别达0.224和0.232;关中区的最大影响因子为施N量,回归系数为0.335,其次是供水量和施P量,回归系数分别为0.154和0.147.陕北区和渭北区影响苹果林水分生产力的最大因子是降水量,其标准化回归系数分别0.238和0.194;关中区最主要的影响因子为施N量和供水量,回归系数分别为0.182和0.178.在模拟期间,陕北区、渭北区和关中区苹果林地的过耗水总量分别为1152.17、1342.95和1372.42 mm,2~15 m土层土壤有效含水量下降速率分别为63.44、57.08、51.41 mm·a^-1,深层土壤干层出现时间分别为8、13和17年后,干层稳定至11 m深的时间分别为18、21和26年,干燥化严重.不同区域苹果林的管理重心应参考水分生产力的主导因子确定.     

黄土丘陵区坡耕地与撂荒地土壤水分对降雨的响应特征

为了揭示黄土丘陵区不同土地覆被方式下土壤含水量对不同强度降雨的响应过程,选取山西省冯家沟小流域农耕地和撂荒地为研究对象,基于2019年4—10月降雨和土壤含水量以小时为单位的观测数据,分析了土壤含水量对不同强度降雨的响应规律。结果表明:(1)小雨、中雨、大雨和暴雨对土层的影响深度分别为20、20、60 cm和60 cm,研究区降雨最主要的形式—小雨对土壤水分的补给作用较小。(2)各强度降雨过程中,除0—10 cm土层外,农耕地土壤含水量均大于撂荒地,且大雨条件下农耕地各土层土壤含水量变化较显著,而撂荒地仅0—10 cm和10—20 cm土层土壤含水量有所增加。(3)不同土层土壤含水量对降雨的响应不同,表层响应相对明显而深层相对减弱;农耕地土壤平均含水量最大值出现在50—60 cm土层,而撂荒地出现在30—40 cm土层。(4)本地区农耕地土壤含水量高于撂荒地,表明在该地区适当的作物种植有较好的储存土壤水分的作用。本研究的结果对地区水资源的高效利用和水土流失防控提供了一定的科学依据。     

宁夏东部风沙区沙化草地土壤水分和植被的空间特征

土壤水分作为土壤-植被-大气连续体的关键因子,对沙化草地的演化过程具有重要作用。为探讨宁夏东部风沙区沙化草地土壤水分、物种丰富度指数及植被盖度的空间变异及其相互关系,以哈巴湖自然保护区沙化草地为对象,采用样线法自潜在沙化草地至重度沙化草地进行植被调查和土壤取样,通过经典统计学和地统计学分析,得出以下结果：0—100 m各土层土壤水分含量、植被盖度和物种丰富度指数的分布范围分别为0.82%—28.22%、41.00%—93.00%和0.82—2.80,变异系数范围为0.20—0.48,均属于中等变异。各土层土壤水分和物种丰富度指数表现为中等的空间自相关性,植被盖度则表现为强烈的空间自相关性。Kriging插值结果表明,0—100 cm各土层土壤水分和植被盖度的空间插值图呈条带状和斑块状的梯度变化,物种丰富度呈斑块分布,自潜在沙化草地至重度沙化草地,表现为逐渐降低的趋势。相关分析表明,植被盖度与0—40 cm各土层土壤水分呈显著正相关,与40—100 cm各土层土壤水分呈极显著正相关。宁夏东部风沙区沙化草地土壤水分含量总体较低,由于结构因素和随机因素的共同作用,随草地沙化程度的加重,表现为...     

根区交替控制灌溉条件下玉米根系吸水规律

为了阐明根区交替控制灌溉(CRDAI)条件下玉米根系吸水规律,通过田间试验,在沟灌垄植模式下采用根区交替控制灌溉研究玉米根区不同点位(沟位、坡位和垄位)的根长密度(RLD)及根系吸水动态。研究表明,根区土壤水分的干湿交替引起玉米RLD的空间动态变化,在垄位两侧不对称分布,并存在层间差异;土壤水分和RLD是根区交替控制灌溉下根系吸水速率的主要限制因素。在同一土层,根系吸水贡献率以垄位最大,沟位最低;玉米营养生长阶段,10—30 cm土层的根系吸水速率最大;玉米生殖生长阶段,20—70 cm为根系吸水速率最大的土层,根系吸水贡献率为43.21%—55.48%。研究阐明了交替控制灌溉下根系吸水与土壤水分、RLD间相互作用的动态规律,对控制灌溉下水分调控机理研究具有理论意义。