南方红壤丘陵区杜仲人工林土壤水分动态

利用时域反射仪(TDR)定位监测方法,研究了南方红壤丘陵区杜仲人工林土壤水分分配规律.结果表明:不同月份间土壤蓄水量差异极显著(P<0.01),研究时段内土壤水分呈低-高-低的单峰变化.杜仲人工林土壤水分垂直变化显著,且不同季节变化规律各异:根据土壤水分的季节消长和物候变化趋势可将土壤水分变化分为土壤水分积累期和消耗期;按降雨量的季节分配可将土壤水分变化分为干季和湿季两个时段.土壤蓄水量与大气相对湿度(RH)、大气温度(t)、饱和水汽压差(VPD)、降雨量(R)显著相关(P<0.05),降雨量是最直接的影响因子,其次是大气温度.次降雨后土壤水分损失率与干旱天数呈显著的双曲函数关系(P<0.05),土壤蓄水量与雨后干旱天数呈显著线性负相关(P<0.05),在次降雨后的持续干旱条件下,土壤水分损失随着土层深度的增加逐渐趋于缓和.     

南方丘陵区不同坡地利用方式土壤水分动态

土壤水分异质性的存在对各种水文过程和土壤形成过程均有显著的影响,了解土壤水分的异质性对理解和预测土壤水分过程具有重要意义.应用时域反射仪(TDR)土壤水分定位监测方法,研究了南方丘陵区不同坡地利用方式土壤水分动态及其影响因子.结果表明:3种坡地利用方式土壤水分变化具有明显的季节特征,杜仲人工林土壤蓄水量最高,荒山草坡次之,坡耕地最低.植物非生长季节土壤含水量均值高于生长季节,生长季节土壤水分消耗大于补给,非生长季节土壤水分补给大于消耗;干季和湿季两个时段3种坡地利用方式土壤含水量垂直变化趋势具有相似性,其土壤含水量差异不显著.3种坡地利用方式土壤蓄水量与太阳辐射量和大气温度表现为负相关性,与降雨量、大气相对湿度和饱和水气压差表现为正相关性,降雨量是其最直接的影响因子,其次是温度.雨季单次降雨后土壤蓄水量与雨后干旱天数存在显著的线性负相关性(P<0.05),土壤水分损失率与干旱天数存在双曲函数关系(P<0.05), 随着干旱天数的增加,土壤水分损失率趋于平缓.雨季单次降雨后持续干旱条件下3种坡地利用方式土壤剖面含水量呈递减的变化趋势,杜仲人工林土壤水分损失率系数最高,荒山草坡次之,坡耕地最低.     

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。     

桉树人工林冠层、凋落物及土壤水文生态效应

水文功能是森林生态功能的重要方面,为了解桉树人工林的水文生态效应,采用定位研究并结合室内测定的实验方法,研究了广东肇庆桉树人工林冠层降雨再分配、凋落物持水能力、土壤水分物理及蓄水能力。结果表明,研究期间(2006-05-2007-05)的大气降雨量为2016.7mm,通过林冠层后降雨被重新分配,穿透降雨量、树干茎流量和林冠截留量分别占总降雨量的85.70%、3.62%和10.68%。产生树干茎流的临界降雨量为3.93mm,穿透雨量、树干茎流量与林外降雨量均呈极显著正相关(P0.01);林冠截留率与降雨量呈显著的负相关(P0.05),降雨量超过20mm后,林冠截留率基本保持稳定。本研究桉树人工林的凋落物最大持水量为4.27mm,凋落物中树叶的最大持水量最大,为2.54mm。0-100cm土层的最大蓄水量为470.06mm,其中非毛管蓄水量为98.22mm,土壤总孔隙度和非毛管孔隙度随土壤深度增加呈递减趋势;0-10cm土壤层的初渗速率和稳渗速率分别为25.03mm.min-1和8.83mm.min-1,且随土壤深度增加而逐渐减小。     

模拟降雨减少对刺槐人工林土壤养分和微生物群落的影响

降雨是黄土高原地区土壤水分的最主要来源。为探明降雨减少对黄土高原半湿润区土壤养分和土壤微生物群落的影响，以刺槐人工林为研究对象，通过搭设透光遮雨板将部分穿透雨导流至样地外，实施了4年减少总降雨输入约47%的处理，测定了在不同降雨条件下林地的土壤养分含量、土壤微生物多样性及群落结构特征，分析了土壤养分和土壤微生物对降雨减少的响应。结果表明：减雨处理4年后(1)处理样地土壤有机碳、全氮、全磷含量均低于对照样地，全氮含量差异达到显著水平(P<0.05)。(2)对照样地生长季和非生长季土壤微生物多样性差异不显著，减雨处理样地非生长季的细菌均匀度显著低于处理样地生长季和对照样地非生长季(P<0.05);降雨减少对细菌和真菌的群落结构有显著影响(P<0.05),降雨减少显著降低了酸杆菌门(Acidobacteria)的相对丰度，提高了放线菌门(Actinobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)、子囊菌门(Ascomycota)和被孢霉门(Mortierellomycota)的相对丰度(P<0.05)。(3)土壤有机碳、全氮含量与部分细菌相对丰度显著相关，土壤...     

小流域土层厚度对土壤水分时空格局的影响

以丹江口库区五龙池小流域为研究区,通过定点观测,探讨了土层厚度对土壤水分时空格局的影响.结果表明：土壤含水量在降雨后立即升高,随后逐渐降低,空间异质性则相反.不同土层厚度剖面含水量差异显著.其中,0～20 cm厚度的土壤剖面含水量较低,与降雨有相似的变化趋势,季节变异大;中等厚度（20～40 cm）的土壤水分受降雨特征影响,剖面含水量居中,季节变异中等;较大厚度（>40 cm)的土壤的剖面含水量较高,季节变异小.土壤水分的剖面格局是降雨、蒸发蒸腾和渗漏综合作用的结果,半湿润期呈增长型,湿润期呈波动型,干旱期包括增长型和波动型.土壤剖面含水量与土层厚度呈显著正相关,相关系数在0.630～0.855.土层厚度与表层（0～15 cm）土壤水分相关不显著,但与中下层（20～55 cm）土壤水分显著相关.     

三种干旱指数在干旱区沼泽湿地土壤水分遥感反演中的应用

湿地水文条件对湿地生态系统结构和功能起着关键作用。借助卫星遥感技术,以干旱区疏勒河中下游沼泽湿地为研究对象,基于Landsat8 OLI遥感影像的温度植被干旱指数(TVDI)、垂直干旱指数(PDI)和归一化干旱监测指数(NPDI)3种干旱监测方法,结合野外湿地实测土壤水分数据进行比较和验证。结果表明:(1)TVDI、PDI和NPDI3种干旱指数在不同土层中均与土壤实测水分呈显著负相关(P0.01),且NPDI指数与表层土壤水分的拟合效果最好。不同土层中,3种干旱指数与土壤水分的拟合优度大小均为NPDITVDIPDI;(2)研究区同一湿地类型不同土层的土壤水分存在显著差异(P0.05),且不同湿地类型的土壤水分总体上表现为随着土壤深度的增加呈递增态势;(3)研究区同一土层不同湿地类型的土壤水分差异显著(P0.05),且不同土层中土壤水分的大小均为:沼泽化草甸草本沼泽季节性咸水沼泽内陆盐沼。     

休闲期深翻覆盖对旱地小麦土壤水分及籽粒蛋白质积累的影响

采用大田试验研究旱地小麦休闲期不同时间深翻不同材料覆盖对土壤水分、籽粒蛋白质形成的影响及其生理机制。结果表明:前茬小麦收获后45 d深翻覆盖较15 d可提高播前120～300 cm土壤蓄水量,而降低开花期0～300 cm(除80 cm土层外)土壤蓄水量;显著提高籽粒蛋白质及其组分含量、蛋白质产量、谷/醇比,提高旗叶GS活性及花后10～15 d、25 d旗叶GOGAT活性,均以渗水地膜覆盖效果较好。结果还表明,播前80～200 cm、开花期260～280 cm土壤蓄水量与旗叶GS、旗叶GOGAT活性显著相关,且与旗叶GS活性关系更密切。籽粒蛋白质组分含量、谷/醇比、蛋白质产量与旗叶GS、旗叶GOGAT活性显著相关,且与旗叶GS活性相关性较密切,尤其是谷/醇比。播前和开花期120～300 cm土壤蓄水量与籽粒蛋白质及其组分含量显著相关,播前60～220 cm、开花期240～300 cm土壤蓄水量与谷/醇比显著相关。总之,休闲期等雨后深翻覆盖有利于蓄积休闲期降雨,有利于提高播前深层土壤水分,最终提高籽粒蛋白质品质及质量,且采用渗水地膜覆盖效果最好。     

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.     

降水变化对科尔沁沙地樟子松人工林土壤氮矿化和淋溶的影响

为研究降水量减少对沙地森林土壤氮循环过程的影响,以科尔沁沙地15年生樟子松人工林为研究对象,野外模拟不同降水量（自然降水、减少30%和50%）对沙地樟子松人工林土壤无机氮（SIN）含量、氮矿化速率和淋溶动态的影响。研究结果发现,沙地樟子松人工林SIN主要以硝态氮形态存在,模拟降水减少降低土壤硝态氮含量（P<0.05）和硝态氮/SIN值（P<0.001）,而增加土壤铵态氮含量（P<0.05）。与自然降水相比,降水减少降低土壤净硝化速率和净矿化速率（P=0.002）,但不同降雨处理的土壤净氨化速率差异不显著（P=0.86）。科尔沁沙地樟子松人工林土壤以硝态氮淋溶为主,不同降雨处理土壤硝态氮淋溶量差异不显著（P=0.09）,但模拟降水减少降低土壤铵态氮淋溶（P=0.04）。此外,沙地樟子松人工林SIN含量、净氮矿化速率和淋溶量具有明显月动态特征,与降雨月动态规律基本一致。降水处理和采样时间对SIN含量和净氮矿化速率具有显著交互作用,但土壤氮淋溶量的交互作用不显著。可见,降水变化能够显著影响科尔沁沙地樟子松人工林土壤氮有效性、氮矿化速率和淋溶等过程,未来干旱加剧可能降低科尔沁沙地樟子松人工林土壤氮的可利用性。     

红壤坡地土壤水分时间序列分析

基于时间序列法,分析了2002—2004年3—9月茶园和农作区两种土地利用方式下土壤水分与降雨的相关关系.结果表明,降雨为不相关序列,而不同深度(10、30、50、70和90 cm)土壤含水量有高度自相关性,为自相关序列,相关时间域为30～45 d.降雨和土地利用方式是影响土壤水分与降雨相关关系的主要因素.降雨对土壤水分的影响强度由表层到深层不断减弱,其在土壤表层(10和30 cm)的有效性时间为7～8 d;在深层有效时间长短不一,但雨后2～3 d,降雨对土壤水分(0～100 cm)的影响最显著.旱季土壤含水量与降雨的相关时间比雨季短1～3 d,若持续5 d降雨量小于5 mm,土壤表层水分含量就会明显降低,可能引发季节性干旱.与农作区相比,降雨对茶园表层水分的影响较弱,但对深层水分的影响较强且持续时间长.     

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。     

Contrasting effects of repeated summer drought on soil carbon efflux in hydric and mesic heathland soils

Current predictions of climate change include altered rainfall patterns throughout Europe, continental USA and areas such as the Amazon. The effect of this on soil carbon efflux remains unclear although several modelling studies have highlighted the potential importance of drought for carbon storage. To test the importance of drought, and more importantly repeated drought year-on-year, we used automated retractable curtains to exclude rain and produce repeated summer drought in three heathlands at varying moisture conditions. This included a hydric system limited by water-excess (in the UK) and two mesic systems with seasonal water limitation in Denmark (DK) and the Netherlands (NL). The experimental rainfall reductions were set to reflect single year droughts observed in the last decade with exclusion of rain for 2–3 months of the year resulting in a 20–26% reduction in annual rainfall and 23–38% reduction in mean soil moisture during the drought period. Unexpectedly, sustained reduction in soil moisture over winter (between drought periods) was also observed at all three sites, along with a reduction in the maximum water-holding capacity attained. Three hypotheses are discussed which may have contributed to this lack of recovery in soil moisture: hydrophobicity of soil organic matter, increased water use by plants and increased cracking of the soil. The responses of soil respiration to this change in soil moisture varied among the sites: decreased rates were observed at the water-limited NL and DK sites whilst they increased at the UK site. Reduced sensitivity of soil respiration to soil temperature was observed at soil moisture contents above 55% at the UK site and below 20% and 13% at the NL and DK sites, respectively. Soil respiration rates recovered to predrought levels in the NL and DK sites during the winter re-wetting period that indicates any change in soil C storage due to changes in soil C efflux may be short lived in these mesic systems. In contrast, in the hydric UK site after 2 years of drought treatment, the persistent reduction in soil moisture throughout the year resulted in a year-round increase in soil respiration flux, a response that accelerated over time to 40% above control levels. These findings suggest that carbon-rich soils with high organic matter content may act as a significant source of CO₂ to the atmosphere following repeated summer drought. Nonrecovery of soil moisture and a persistent increase in soil respiration may be the primary mechanism underlying the reported substantial losses of soil carbon from UK organic soils over the last 20 years. These findings indicate that the water status of an ecosystem will be a critical factor to consider in determining the impact of drought on the soil carbon fluxes and storage.     

Physiological water strategy of Artemisia ordosica around soil threshold of drought

The mechanism for plants around the soil threshold of drought (close to the soil wilting water content) is a problem that needs to be further explored. In this paper, Artemisia ordosica, which grows in the Tengri Desert, was selected to analyze the changes in the plant water potentials in the soil-plant-atmosphere continuum (SPAC), the water contents in the roots, shoots and leaves of A. ordosica, and the indices in enzymatic and non-enzymatic systems. Based on the statistics, we discussed the water physiology mechanism around the soil drought threshold. The results show that, around the soil drought threshold, besides absorbing and transporting water, the roots could serve as temporary water reservoirs that enable A. ordosica to continue to transport the SPAC water and survive severe drought. As drought becomes more severe, the activity of superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) increases and they have significant correlations with the tissue water content. The activity of peroxidase (POD) decreases and it has no significant correlation with the tissue water content. During daytime, when temperature is high, the soluble sugar does not participate in the osmotic adjustment but eliminate the active oxygen free radicals. Thus, around the soil threshold of drought, A. ordosica maintains a physiological water metabolism by harmo-nizing water itself and eliminate the active oxygen and the free radicals by the joint efforts of enzymatic and non-enzymatic systems.     

Physiological water strategy of Artemisia ordosica around soil threshold of drought

The mechanism for plants around the soil threshold of drought (close to the soil wilting water content) is a problem that needs to be further explored. In this paper, Artemisia ordosica, which grows in the Tengri Desert, was selected to analyze the changes in the plant water potentials in the soil-plant-atmosphere continuum (SPAC), the water contents in the roots, shoots and leaves of A. ordosica, and the indices in enzymatic and non-enzymatic systems. Based on the statistics, we discussed the water physiology mechanism around the soil drought threshold. The results show that, around the soil drought threshold, besides absorbing and transporting water, the roots could serve as temporary water reservoirs that enable A. ordosica to continue to transport the SPAC water and survive severe drought. As drought becomes more severe, the activity of superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) increases and they have significant correlations with the tissue water content. The activity of peroxidase (POD) decreases and it has no significant correlation with the tissue water content. During daytime, when temperature is high, the soluble sugar does not participate in the osmotic adjustment but eliminate the active oxygen free radicals. Thus, around the soil threshold of drought, A. ordosica maintains a physiological water metabolism by harmonizing water itself and eliminate the active oxygen and the free radicals by the joint efforts of enzymatic and nonenzymatic systems.     

土壤湿度对香樟幼苗根系生长和构型的影响

以1年生香樟(Cinnamomum camphora)幼苗为试材,设置对照组(CK)、中度干旱处理(M)、重度干旱处理(S)三个处理,比较不同土壤湿度下香樟幼苗不同时期地上部分生长和根系构型,探究香樟幼苗根系对不同土壤湿度的适应性及其耐旱机制。结果表明,中度和重度干旱处理组的香樟根系及地上部分干物质积累、根系长度、根系表面积、根系直径和根尖数均显著小于对照组(P<0.05)。同时干旱显著增加香樟幼苗的根系拓扑指数,降低香樟根的分形维数和平均分枝角度(P<0.05)。可见土壤湿度程度及处理时间显著影响香樟根系的生长及在土壤中的布局。较低土壤湿度可显著抑制根长的延长、根表面积扩大和根的增殖,且随着土壤湿度的继续降低以及处理时间延长,香樟幼苗根系的生长受到水分亏缺的抑制作用加重,根系建成成本增高的同时,根系分枝的复杂性降低,根系必须通过朝着更陡、更深的方向生长伸长来提高水分吸收效率。建议在园林绿化工程养护过程中制定科学的水分管理策略,以满足香樟生长过程中对土壤水分的需要。     

万木林保护区毛竹林土壤呼吸特征及影响因素

2009年1-12月,利用Li-Cor 8100开路式土壤碳通量系统测定福建省万木林自然保护区毛竹林土壤呼吸速率,分析毛竹林土壤呼吸动态变化及其与凋落物量的关系.结果表明:毛竹林土壤呼吸月变化呈明显的双峰型曲线,峰值分别出现在6月(6.83 μmol·m-2·s-1)和9月(5.59μmol·m-2·s-1).土壤呼吸速率的季节变化较明显,最大值出现在夏季,最小值出现在冬季;土壤呼吸速率与土壤5 cm温度呈显著正相关关系(P＜0.05),与土壤含水量无显著相关性(P＞0.05);毛竹林凋落物量月变化呈单峰型曲线.毛竹林土壤呼吸速率与当月凋落物归还量呈显著正相关(P＜0.05).土壤温度和凋落物量的双因素模型可以解释土壤呼吸速率变化的93.2%.     

辽东栎(Quercus liaotungensis)幼苗对土壤干旱的生理生态适应性研究

用盆栽方法人工模拟土壤干旱条件,研究辽东栎天然萌生幼苗对土壤干旱的生理生态反应。结果表明:随土壤含水量的减少,辽东栎幼苗的耗水量明显下降,耗水高峰期提前,在重度干旱下耗水峰形由单峰变为双峰。在干旱胁迫前期辽东栎叶水势变化较平缓,后期则急剧下降,尤其在严重干旱下,水势变化趋势呈"M"形,叶片含水量较稳定,对土壤水分含量变化不敏感。在中度干旱下辽东栎叶片的持水力有所增加。辽东栎属低蒸腾速率树种,平均仅为2.98μg cm^-2·s^-1。不同生长季节蒸腾速率日进程不同, 8月份的蒸腾速率日进程在适宜水分下是双峰曲线,在中度干旱下是单峰曲线,重度干旱下蒸腾速率一直维持在较低水平,呈波状起伏;9月份的蒸腾速率下降近50%,仍有明显的单峰(适宜水分下)和双峰(中度干旱下)。对蒸腾速率与环境因子的简单相关分析表明:在适宜水分和中度干旱下,光照强度对辽东栎幼苗蒸腾速率影响最大,在重度干旱下,大气温度对辽东栎的蒸腾速率影响较大。随土壤含水量减少,辽东栎幼苗的蒸腾速率在中度干旱时上升,重度干旱时急剧下降,光合速率、瞬时水分利用效率、羧化效率均下降;地上部生长受抑,根冠比加大, WUE₁下降,而WUE₂在中度干旱下升高,在重度干旱下下降。其幼苗不耐高温强光,高温强光对其光合和蒸腾有抑制作用,特别是在土壤严重干旱下表现更明显。