解集GCMs输出评估黄土塬区农田侵蚀的潜在变化

已经确认的极端降水事件增多等气候变化趋势,可能对黄土高原的土壤侵蚀造成重要影响。使用一种简单有效的转换函数法和天气发生器CLIGEN(CLImate GENerator),解集4种GCMs(General Circulation Models)在3种排放情景下的时空尺度建立气候变化情景,结合WEPP(Water Erosion Prediction Project)模型评估2010-2039年气候变化对黄土高塬沟壑区长武农田土壤侵蚀的潜在影响。结果表明,较1957-2005年,长武2010-2039年的年均降水量可能变化-2.6%-17.4%,年均降水方差是当前的0.984-1.389倍,降水量增多且暴雨次数增加的概率较大;最高和最低温度分别升高0.6-2.6℃和0.6-1.7℃,方差分别是当前值的0.748-1.155和0.736-1.387倍,方差增大的概率较大。受气候变化影响,2010-2039年径流普遍增长10%-130%,土壤侵蚀变化-5%-195%,侵蚀加剧的可能性极大;但保护性耕作可有效减少径流和侵蚀,是农田生态系统适应未来气候变化的有效措施。     

黄土塬区不同土地利用方式下深层土壤水分变化特征

利用长期定位监测数据,对陕西省长武黄土塬区裸地、高产农田、苜蓿草地和苹果林地下0—15 m黄土剖面土壤水分环境进行了研究。结果表明,不同土地利用方式下,干湿交替层内土壤水分具有明显季节性波动变化特征,但其深度范围有别。裸地、高产农田、苜蓿草地和苹果林地分别约为0—5 m,0—4 m,0—2 m和0—3.5 m。干湿交替层以下深层土壤水分状况主要受土地利用方式的影响,其影响大小依次为苜蓿草地苹果林地高产农田裸地,各土地利用方式下表现出不同的时间变化特征。黄土塬区土壤水量平衡计算中土层厚度大小的确定非常重要,这不仅与土地利用方式相关,也与林草植被的生长阶段相联。裸地和高产农田土层厚度选择不宜小于5 m和4 m;未形成深厚稳定土壤干层的苜蓿草地和苹果林地,土层厚度选择不宜小于15 m和10 m;对于已经形成稳定土壤干层的林草地来说,进行年尺度的水量平衡分析时,其计算深度可取降水入渗深度。研究可从土壤水资源的保持及利用的角度上服务于黄土塬区旱作农业的持续发展和土地利用方式的优化配置。     

黄土塬区不同土层土壤水分对旱作冬小麦耗水的贡献

通过采集长武塬区旱作冬小麦拔节期和抽穗期土壤水、小麦茎秆水,测定其氢氧稳定同位素组成,分析不同深度土壤水分对冬小麦耗水的贡献.结果表明:与大气降水相比,黄土塬区小麦茎秆水和土壤水均富集氢氧稳定同位素;无土壤干层条件下,冬小麦拔节期和抽穗期0～30 cm土层土壤水对其耗水的贡献率仅为5.4%和2.6%,60～90 cm土层土壤水贡献率为73.4%和67.3%,是冬小麦的主要水源,120 cm以下土层贡献率为7.9%和13.5%;随着生育期的推进,90 cm以下土层贡献率持续增加.研究时段内土壤物理蒸发水分主要来自于30 cm以上土层,而小麦蒸腾则主要由60 cm以下土壤水分提供.生产实践中需要做好夏闲期的雨水蓄存与合理的氮磷配施,以增加小麦底墒、促进根系深扎,提高深层土壤水分的利用率.     

基于土壤水分平衡的沙地草地最优植被覆盖率的研究

本文从土壤水分平衡出发,用动态仿真模型方法研究我国北方干旱半干旱沙地草地土壤不分平衡与立地条件,如坡度、坡向、土壤物理性状及植被覆盖率之间的关系。有如下初步结论和论点产生：（１）地表因植被的存在而形成的结皮对降水入渗到土壤中的阻滞作用几乎可以忽略。只有在坡度很大,瞬间降水强度很大时,结皮表面才可形成较大的迳流;（２）土壤水分的平衡随植被的覆盖率变化的情况取决于立地条件的差异,笼统地讲“植被覆盖率越     

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.     

黄土塬区3种豆科牧草对土壤水分的消耗利用研究

在田间完全旱作条件下采用3个密度和2种播种方式观察了3种多年生豆科牧草生长第2年对土壤水分的消耗利用情况。结果表明:苜蓿主要耗水深度在2~3 m,最深可达5 m,其中、高密度处理3 m以上土壤水分含量都在稳定田间持水量之下,已经开始形成土壤下伏干层;沙打旺耗水深度在0~2 m,最低含水量(11.61%)处于80~100 cm,在雨季可以恢复到稳定田间持水量之上;达乌里胡枝子主要耗水深度在1 m以上,最低含水量也在稳定田间持水量之上。单播沙打旺、苜蓿和达乌里胡枝子全生长期内对土壤水分的消耗分别为249.9、180.2和136.6 mm,水分利用效率分别是29.39、26.04和8.91 kg.mm-1.hm-2。混播、加大播种密度都会增加3种牧草土壤水分消耗,降低土壤储水量,提高干草产量和水分利用效率,但影响程度因牧草种类、播种方式以及不同的生长时段而异。     

半干旱黄土区成熟柠条林地土壤水分利用及平衡特征

选择半干旱黄土区流域尺度不同地形条件下成熟柠条林作为研究对象,并以荒坡草地作为对照,在2009—2011年生长季节对0—210cm土壤含水量进行连续观测,开展了剖面土壤水分变异、动态平衡及影响因素研究。结果显示:土壤水分平均值:30—130cm对照>北坡>东坡>南坡,150—210cm南坡(上、中坡位)>对照>北坡>东坡,南坡和北坡样地上坡位>中坡位>下坡位。土壤水分的季节变化表现为9月﹥8月﹥7月,5、6、10月份最低;不同地形条件下,柠条林地土壤水分极差值和变异系数并没呈现出规律性变化,在垂直尺度上,柠条林地土壤水分极差值和变异系数曲线在0—50cm表现比较活跃,70—210cm则相对稳定;在连续干旱年份土壤储水量并没有连续的降低和亏缺,在第1个欠水年亏缺比较严重,第2个欠水年盈亏量基本平衡,而第3个欠水年则略有盈余。研究认为:小流域尺度下的地形条件差异造成了土壤水分规律性变化,但在特定植被生长发育状态和剖面尺度下,植被因子将会成为土壤水分动态变化的主控因子。柠条林发育至成熟阶段,土壤水分补偿与消减将会保持平衡状态。土壤水分与植被生长的相互关系一方面表现出一定的时间差,另一方面植被对土壤水分也具有一定的适应性。这是因为土壤含水率高促进植物生长,植物生长势增强会进一步加大对土壤水分的消耗,土壤水分含量不足则会抑制植物生长,植物生长势减弱会进一步降低对土壤水分的消耗。     

半干旱地区不同森林类型土壤水分动态模拟

采用暖温带落叶阔叶次生林、油松人工林和华北落叶松人工林样地土壤水分的生长季内观测数据和其他辅助观测数据,检验了Georgakakos等提出的土壤水分模型在半干旱林地的适用性。结果表明,该模型用于模拟半干旱林地日尺度土壤水分动态具有一定的可信度,且能够较好的反映不同森林类型的水文效应。模型参数的敏感性分析表明,不同目标函数的参数敏感度信息反映了该模型"异参同效"现象不显著,模型结构不确定性也较小。各参数的敏感度结果揭示了各参数在降雨入渗、深层渗漏和蒸散部分中的控制作用。从模型模拟的土壤水分变化通量来看,油松人工林地实际年蒸散发量大于其他林地,落叶阔叶林地年入渗量大于其他林地,而3种森林类型林地深层渗漏所占生长季降雨量的比例都较小。研究半干旱地区多年生人工林土壤水分的情况,不仅有助于从根本上认清半干旱地区土壤-大气-植被连续体的复杂作用关系,也为半干旱地区树种选择及造林后的生态水文效应研究提供理论依据。     

荒漠人工固沙植被区土壤水分的时空变异性

表层土壤水分具有高度的时间和空间变异性.研究的目的:(1)揭示沙坡头人工固沙植被区浅层土壤水分的时空变异性特征;(2)确定驱动土壤水分变异的主要环境因子.在人工固沙植被区内一个4500m2的网格样地上每隔10m设置取样点,在连续7个月的时间内 (2005年4～10月),每隔15d用时域反射仪测量各样点表层以下15cm和30cm深度的土壤容积含水量.结果表明,该区网格尺度上浅层土壤水分的分布具有明显的空间变异性,其变异性随着土壤水分含量的降低而减小;相对海拔是驱动土壤水分空间变异的主要环境因子,其作用在降雨后尤为显著,且其对土壤下层的影响比上层更明显;植被和土壤水分含量的相关性时间序列与相对海拔一致--降雨使其相关性增加;土壤质地(土壤粒径分布)和土壤水分含量的相关性时间序列特征与植被和相对海拔相反,且其对土壤上层的影响比下层更明显.因此,在沙坡头荒漠人工固沙植被区,降雨后的短暂湿润期,地形和植被是驱动浅层土壤水分变异的主要影响因子,而随着降雨之后土壤逐渐变干,土壤质地的影响变得更加明显.     

黄土塬区不同土地利用方式土壤水分消耗与补给变化特征

对黄土塬区不同土地利用方式下2012年3—10月7龄果园(挂果初期)、17龄果园(盛果期)、小麦地、玉米地土壤水文状况进行分析,结果显示,0—600 cm试验土层7龄果园土壤贮水量最高,其次为玉米地、小麦地,17龄果园最低,且不同土地利用方式下贮水量随着降水量的变化而上下波动,但其变化滞后于降水。不同土地利用方式均表现为随土壤深度增加土壤含水量变异程度减弱的特征,且其土壤剖面的水分含量变化存在季节变异。农田和7龄果园中不存在土壤干燥化现象,而17龄果园土壤剖面存在较厚的干燥化土层,其分布深度为320—600 cm。不同的土地利用方式的土壤水分的消耗和补充深度有较大差异,17龄果园消耗深度为500 cm,补充深度为200 cm;7龄果园、玉米地和小麦地消耗深度分别为200、300 cm和300 cm,且补充深度均超过了测定的土壤深度,大于600 cm。     

黄土塬区不同地形部位和土地利用方式对土壤物理性质的影响

在黄土塬区王东沟流域采集不同地形部位和不同土地利用方式下土壤样品,测定其颗粒组成、容重和饱和导水率,借助变异系数、非参数检验等方法研究了不同地形部位和不同利用方式对土壤物理性质的影响.结果表明：土壤物理性质在水平方向和沿垂直剖面都存在变异,但在同一地形部位或同一土地利用类型内,容重和颗粒组成基本相似.水平方向,饱和导水率属强变异,粘粒和砂粒含量属中等变异,粉粒含量和容重属弱变异;沿垂直剖面,土壤的粒级分布具有连续性,但0～25 cm的土壤容重和饱和导水率与下层土壤差异显著.沿坡面从上向下,土壤趋向粘重,但饱和导水率增大;其中上坡位和中坡位的土壤性质相似,在相关研究中可以进行合并.草地与其他利用方式下的土壤性质差异显著,主要受地形部位的影响;耕地和果园的土壤性质相似且不同于其他利用类型,表明人为干扰对土壤物理性质有重要影响.     

Translocation of a montane meadow to simulate the potential impact of climate change

Abstract. The effects of wanning on a montane meadow was simulated by a translocation experiment. A coherent piece of turf and soil was transferred from 600 m to 170 m a.s.1., corresponding to an increase in temperature of ca. 2.8 K. The vegetation was monitored by recording cover and counting individuals one year before the translocation and continued for the subsequent seven years. For comparison, a control plot that had also been translocated but remained at 600 m was monitored. Four of eight species with a montane distribution in Europe showed a constant degree of cover during the investigation period (Nardus stricta, Poa chaixii, Polygonatum verticillatum,Potentilla erecta). In contrast, another four montane species declined in cover or died out (Arnica montana, Meum athamanticum, Hypericum maculatum, Galium harcynicum). None of these species declined on the control plot. It is argued that the species' responded individualistically to the site factors that had changed with the translocation to low altitude. A direct effect of enhanced temperature was probably the reason for the decline of only one species (Meum athamanticum). Reduced humidity might be the reason for the extinction of two moisture demanding species (Viola palustris, Succisa pratensis). The biomass of the plot increased by increased growth of one of the matrix species (Festuca rubra), probably due to elevated nutrient mineralization. Many low growing species responded indirectly to the reduced light availability, caused by an increased level of competition for light (e.g. Galium harcynicum). Increased slug herbivory at low altitude resulted in the extinction of Arnica montana. At the end of the investigation period, the similarity in species composition to the initial state was only 45%, indicating that the community had changed into a different plant association. The importance of considering biotic interactions when predicting the impacts of climate change is discussed.     

黄绵土坡耕地大豆的水肥产量效应

研究了不同施肥量(N、P配施)下黄绵土坡耕地大豆的水肥产量效应．结果表明,水分利用效率(WUE)与作物产量(Y)正相关,y＝0．0017l 0.0035WUE．单施磷时,作物产量和WUE随磷的增加而增大;单施氮时,作物产量和WUE随氯的增加先增大后降低,表明施用氮应该配合施用一定量的磷．施肥能显著提高作物产量和WUE,与不施肥相比,施肥时作物产量和WUE分别提高了86．76％一470．16％和69．64％一438．47．与单施氦、磷相比,氮、磷合理配施能提高作物产量和水分利用效率,适宜的N、P(P205)配施比例为1．3：1．     

Computerized equipment to control soil water matric potential and soil temperature in inoculum potential assays of soil-borne pathogens

Computerized equipment to control soil temperature and soil water matric potential, at high soil hydric conditions was developed and evaluated. A series of experiments demonstrated the accuracy and reproducibility of the equipment's performance and its adequacy for the assessment of the inoculum potential of soil-borne pathogens in soils with different characteristics. Control of soil water potential is achieved by variation in the height of the water table in a medium with high water conductivity supporting the soil. The equipment consists of double-walled tanks, permitting the adjustment of soil temperature. It is provided with sensors, control software and valves for automatic operation. in a growth chamber at 24°C. with RH 70% and irradiation of 90 W.m^–2, was maintained in dynamic equilibrium for pF values ranging from 1 (–1 kPa) to 2 (–10 kPa) in various arable soil samples during the four to five weeks period of the bioassays. During the fourth week of pea or iris growth at pF=2, the system controlled within an amplitude of 0.4 pF-units. Between replications, variance was approximately 0.1 at F=2, decreasing with increasing. Soil temperature in the system could be maintained at a constant level with a variance below 0.1, within an amplitude of 0.3°C.     

黄土丘陵区人工沙棘林水土保持作用机理及效益

沙棘是我国半干旱地区用于水土保持造林的主要生态经济型树种,在“三北”地区生态环境建设中发挥重要作用.对野外试验资料分析表明,7～10龄沙棘林冠年平均截留率为85%,6～10龄沙棘林地枯落物层单次可截留089mm降水;沙棘林通过改善土壤理化性质,具有提高土壤入渗和抗冲性能作用,其中土壤中毛根数量是决定土壤抗冲能力的主要指标.沙棘林的水土保持作用随林龄变化明显,幼林(2～3龄)阶段的作用很小,降水特性是决定林地产流产沙量的主要因素;成林(4～5龄)阶段,产流产沙量受降水和林分生长的共同影响;成林后(6～12龄)阶段,降水特性的影响很小,林地产流产沙量维持相对稳定,年径流深与侵蚀模数分别为03～34mm、0～675t·km^-2.幼林至成林(2～5龄)阶段,径流含沙量急剧减少,成林后(6～12龄)阶段,径流含沙量趋于稳定,含沙量变化在0～509kg·m^-3.     

黄土丘陵半干旱区柠条林密度对土壤水分和柠条生长的影响

研究密度对土壤水分和植物生长的影响对森林植被恢复和生态建设具有重要的意义。以黄土丘陵半干旱区人工柠条为研究对象,对相同立地条件下不同密度柠条林生长与林地土壤水分进行了长期定位观测和分析。研究表明,1—5年生柠条不同密度林地土壤水资源量差异显著,从第3年开始,土壤水资源量随着密度增加而增加;10—12年生柠条密度越低土壤水资源量越高(Treatment4除外,T4),不同密度之间水资源量差异不显著。1—3年生柠条密度越高会促进其株高生长;从第四年开始,柠条密度过高会抑制其株高生长;1—5年生柠条密度越高基径生长越快,不同密度生长差异不显著;10—12年生密度过高(Treatment1,T1)或过低(T4)均会抑制柠条株高与基径生长。在柠条播种后第5年,高密度试验小区(T1和Treatment2,T2)柠条林地最大入渗深度土壤水资源量降到水资源利用限度,此时需要依据土壤水分植被承载力通过平茬来降低林分密度,以达到减少土壤水分消耗和可持续利用土壤水资源之目的。     

Influence of root density on the critical soil water potential

Estimation of root water uptake in crops is important for making many other agricultural predictions. This estimation often involves two assumptions: (1) that a critical soil water potential exists which is constant for a given combination of soil and crop and which does not depend on root length density, and (2) that the local root water uptake at given soil water potential is proportional to root length density. Recent results of both mathematical modeling and computer tomography show that these assumptions may not be valid when the soil water potential is averaged over a volume of soil containing roots. We tested these assumptions for plants with distinctly different root systems. Root water uptake rates and the critical soil water potential values were determined in several adjacent soil layers for horse bean (Vicia faba) and oat (Avena sativa) grown in lysimeters, and for field-grown cotton (Gossypium L.), maize (Zea mays) and alfalfa (Medicago sativa L.) crops. Root water uptake was calculated from the water balance of each layer in lysimeters. Water uptake rate was proportional to root length density at high soil water potentials, for both horse bean and oat plants, but root water uptake did not depend on root density for horse bean at potentials lower than −25 kPa. We observed a linear dependency of a critical soil water potential on the logarithm of root length density for all plants studied. Soil texture modified the critical water potential values, but not the linearity of the relationship. B E Clothier Section editor     

黄土高原丘陵沟壑区典型小流域水土流失治理模式

黄土高原是我国水土流失最为严重的区域,几十年的水土流失治理工作成果显著。当前生态文明建设已是我国国家战略之一,对黄土高原水土流失治理模式现状进行系统总结十分必要。对水土流失治理措施体系和流域土地利用情况系统分析,整理和总结了黄土高原6个典型流域的治理模式,包括治沟造地、防蚀固沙、生态农业发展、三大体系、梯田开发和水资源高效利用等6种模式。对比各治理模式发现,小流域综合治理模式是以环境治理为手段,从而达到改善人类生存和发展空间的终极目的,措施技术体系构建上体现了从坡面到沟道、工程措施植物措施相结合的特征;但不同的生态环境现状和社会经济条件下,治理模式有不同的表现形式。基于小流域水土流失治理模式的相似性和差异性,从自然地理条件和社会经济发展需求两方面探讨了流域水土流失治理模式,提出黄土高原水土流失治理模式形成机制框架,以期对当前黄土高原水土流失治理、黄河流域生态保护与高质量发展提供参考。