黄土区防护林主要造林树种水分供需关系研究

通过3年的定位观测,分析了晋西黄土区护林主要造林树种刺槐和油松寺地供水与耗水关系,油松和刺槐林地4－6月林地水分消耗大于供给,供耗矛盾突出;雨季水分供应充足,土壤贮水增加;相同条件下密度大的林分耗水量较大,在干旱季节和年份,相同条件下,密度大的林分林地有效供水较少,林地水分亏损较为严重;不同坡向的水分缺量大小顺序为阳坡＞半阳坡＞阴坡,本文引入耗水特性系数来表示林分耗水的大小和需水量的满足程度,研究表明,用耗水特性系数表示林木规律和水分供耗关系是适合的衡量指标。     

晋西黄土区土壤水分动态变化与植被群落关系研究

土壤水分是晋西黄土区植被群落生长与恢复的主要限制因素,为定量探讨该区域不同植被群落土壤水分变化规律,选择山西吉县蔡家川流域3种典型植被群落（油松人工林、刺槐人工林、天然次生林）为研究对象,研究土壤水分时空变化特征,以及土壤水分与降雨、气温和土壤养分的变化关系。结果表明：（1）近10年,研究区降雨分布极不均匀,表现为降雨前期不足,集中在中后期;近10年植被群落生长季,天然次生林土壤水分最大,刺槐林最小,且两者存在显著差异,但均与油松林地差异不显著;（2）研究区3种植被群落0~60 cm土层中根系分布存在差异。其中,同种植被群落不同土层间根系分布均存在显著差异;不同植被群落中,天然次生林与油松、刺槐林的根系分布在20~60 cm土层存在显著差异;（3）研究区植被群落土壤水分具有明显分层现象,即0~40 cm土层土壤水分变化较大,而40~100 cm土层波动较小,基本维持在10%~15%;表土层（0~40 cm）土壤水分变化与植被根系分布有关,且植被根系分布与土壤水分呈显著负相关;（4）通过对土壤水分与降雨、气温、有机碳、全氮、全磷、全钾等因素进行分析,发现土壤水分与降雨呈显著正相关,油松林地相关系数最高;气温只与次生林的土壤水分呈显著正相关;土壤水分与有机碳、全氮、全磷、全钾存在正相关,其中与全磷相关度最高。     

晋西北黄土区人工林土壤水分动态的定量研究

本文根据１９８８－１９９０年在定位观测资料,对晋西北黄土丘陵区河北杨林、刺槐林和柠条藻木林的土壤水分动态规律进行了定量分析。依次就水分分布分层、水分剖面特征、水分季节动态、水分循环模式与水分循环水分等问题进行了探讨。本文采用的新的分析途径和方法将有助于对黄土区不同植被类型土壤水分生态研究的进一步深化。     

黄土区荒草地和裸地土壤水分的循环特征

在人工、天然降雨条件下,研究了黄土高原地区荒草地和裸地土壤水分循环特征.结果表明,干旱年(天然降雨条件),荒草地和裸地剖面内土壤水分变异系数随土层深度的增加而降低,基于标准差和变异系数两个指标,采用聚类分析可以将土壤剖面水分垂直变化划分为4层.丰水年(人工降雨条件),由于持续降雨入渗和强烈的蒸发蒸腾作用,荒草地和裸地剖面内土壤水分变异系数随土层深度的增加呈现“降-升-降”的变化趋势,且表层土壤水分变异程度明显降低.与裸地相比,荒草地土壤水分循环深度和强度加剧,表现为活跃层、次活跃层深度和蒸散量增大.土壤水分的动态变化主要受降雨和蒸散过程的影响,尤其是浅层,而深层具有相对滞后性.土壤水分的动态变化具有明显的季节性,一般可划分为3个主要时期,如春季失墒期、夏秋增失交替期和冬季相对稳定期.干旱年,土壤水分收支负平衡,入渗雨量全为蒸发蒸腾所消耗;丰水年,土壤水分收支正平衡,但入渗雨量的大部分(＞80%)为强烈蒸发蒸腾所消耗.     

陕北黄土区陡坡地人工植被的土壤水分生态环境

通过定点土壤水分测定与对比分析,研究了陕北黄土区35～45°陡坡地人工植被的土壤水分亏缺状况、年际、年内动态变化规律、干燥化特征及其补偿恢复特征.结果表明:陡坡地多年生人工植被的土壤水分亏缺极为严重,贫水年0～10m土层贮水量仅相当于田间持水量的26.2%～42.0%,丰水年贮水量也仅占田间持水量的27.0%～43.3%;亏缺次序为:柠条>刺槐>苜蓿>侧柏>杨树>油松>荒坡>杏>枣>农地.年际间同一植被土壤水分含量的变化主要发生在200cm以上土层内, 变异程度随土壤深度的增加而减弱.同一生长季,各种植被0～120cm土层含水量的变异系数都较大,但植被间差异较小;120cm以下土层,变异系数较小,但植被间差异较大.陡坡地多年生植被均有永久干层存在,但深层土壤干燥化强度因植物种类和生长年限而存在明显的差异.雨季土壤水分的补偿和恢复深度为1.0～1.4m,但不同植被的土壤贮水增量和补偿度有较大差异.同一植被丰水年的雨水补偿深度比干旱年可增加60cm以上,5m土层贮水增量增加3倍以上.在自然降雨条件下,陡坡地多年生人工植被的土壤贮水亏缺状况不能得到改善, 土壤干化现象也不可能有所缓解.     

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。     

黄土区农林复合生态系统中大豆和绿豆的光合生理特性

用Li-6400光合测定系统和FMS-2.02荧光仪测定了单作及间作农林复合系统中大豆和绿豆的光合荧光参数日变化特征,进一步解析复合系统光能竞争机理.结果表明:(1)从单作到间距核桃1 m间作模式,距核桃树越近,遮光愈多,各处理大豆、绿豆的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)表现出与光合有效辐射(PAR)基本一致的先升后降的日变化模式.(2)随着遮荫程度的提高,大豆、绿豆叶绿素含量和表观量子效率(Ф)升高,而光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)降低.(3)随着遮荫程度的提高,大豆、绿豆叶绿素荧光参数最大光能转换效率(Fv/Fm)、PSⅡ电子传递量子效率(ФPSⅡ)以及光化学猝灭系数(qP)均有不同程度的升高,而非光化学猝灭系数(qN)却逐渐降低.研究发现,大豆和绿豆能适应间作系统的弱光环境,在较低的光照条件下正常生长,植物的光合特性与其生境特点相符.     

不同带长微喷带灌溉对土壤水分布与冬小麦耗水特性及产量的影响

于2010—2012年度冬小麦生长季,选用高产冬小麦品种济麦22,采用测墒补灌方式,设置40m(T40)、60m(T60)和80m(T80)3种带长的微喷带灌溉处理,研究不同带长微喷带灌溉对土壤水分分布及冬小麦耗水特性和产量的影响.结果表明:拔节期和开花期采用微喷带补灌,随微喷带带长缩短,灌溉水在土壤中的水平分布均匀系数显著增加.拔节期补灌,T40和T60处理在距畦首0～40m范围内各小麦行间的0～200cm土层土壤含水量均无显著差异;T80处理在距畦首38～40m、58～60m和78～80m处各小麦行间的0～200cm各土层土壤含水量变化规律一致,均表现为随距微喷带的距离增加而减小.T40处理的小麦在拔节至开花期间和开花至成熟期间分别对40～60cm和20～80cm土层土壤贮水的消耗量显著高于T60和T80处理,而对深层土壤贮水消耗量和总土壤贮水消耗量、开花期补灌水量、总灌水量和总耗水量显著低于T60和T80处理.随微喷带带长缩短,小麦籽粒产量、产量水分利用效率显著升高,而流量降低,在灌水量一定的情况下,单位时间内的有效灌溉面积减小.综合考虑小麦籽粒产量、水分利用效率和流量,40和60m是本试验条件下的适宜微喷带带长.     

不同带长微喷带灌溉对土壤水分布与冬小麦耗水特性及产量的影响

于2010-2012年度冬小麦生长季,选用高产冬小麦品种济麦22,采用测墒补灌方式,设置40 m(T₄₀)、60 m(T₆₀)和80 m(T₈₀)3种带长的微喷带灌溉处理,研究不同带长微喷带灌溉对土壤水分分布及冬小麦耗水特性和产量的影响.结果表明： 拔节期和开花期采用微喷带补灌,随微喷带带长缩短,灌溉水在土壤中的水平分布均匀系数显著增加.拔节期补灌,T₄₀和T₆₀处理在距畦首0～40 m范围内各小麦行间的0～200 cm土层土壤含水量均无显著差异;T₈₀处理在距畦首38～40 m、58～60 m和78～80 m处各小麦行间的0～200 cm各土层土壤含水量变化规律一致,均表现为随距微喷带的距离增加而减小.T₄₀处理的小麦在拔节至开花期间和开花至成熟期间分别对40～60 cm和20～80 cm土层土壤贮水的消耗量显著高于T₆₀和T₈₀处理,而对深层土壤贮水消耗量和总土壤贮水消耗量、开花期补灌水量、总灌水量和总耗水量显著低于T₆₀和T₈₀处理.随微喷带带长缩短,小麦籽粒产量、产量水分利用效率显著升高,而流量降低,在灌水量一定的情况下,单位时间内的有效灌溉面积减小.综合考虑小麦籽粒产量、水分利用效率和流量,40和60 m是本试验条件下的适宜微喷带带长.     

土壤水分与遮荫水平对棉花叶片光全特性的影响研究

以盆栽棉花（中棉２３号）做为供试材料,通过人工遮荫,设计了３种遮荫水平（不遮光（ＣＫ）,遮光７５％（ＤＮ）,遮光４０％（ＳＮ）和高、中、低３种水分组合处理,其土壤含水量分别为田间持水量的８５％￣１００％（高水分,ＨＷ）、６５％￣８５％（中水分,ＭＷ）和４５％￣６５％（低水分,ＬＷ）。探讨了土壤水分和遮荫水平共同作用对嘿期至蕾期中午的气孔寻度、净江合速率、蒸腾速率和叶水势等的影响。高水分下ＤＮ和ＳＮ     

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.     

黄土高原荒坡与林地土壤水分变化规律研究

为探讨黄土高原有、无林地土壤水分全年变化规律之异同,在黄土高原半湿润区,采用中子水分测定仪定位测定方法,对无林沟坡（荒坡）与林地土壤水分储量变化进行了连续３年的定点测定,结果表明,在０－３２０ｃｍ的测定深度内,阴坡上、下部与阳坡下部荒坡土壤储水增量分别为－１６５．７ｍｍ、－１１５．２ｍｍ和－７４．９ｍｍ;阴坡上部的油松林地,在０－３２０ｃｍ深度内,林地却在林木每年蒸腾消耗大量水分（达３８０ｍｍ以上     

黄土高原子午岭退耕地土壤物理性质与群落特征

通过对子午岭北部黄土丘陵沟壑区4、9、15和20a退耕地的生境和植被群落特征的分析,研究了不同年限退耕地的植被群落、土壤水分、容重和生物量的变化。结果表明：随退耕年限的增加,杂草群落中物种分布较均匀,物种丰富度明显增加,植物种数和个体数增加,其优势种和亚优势种分属于6科9属;根系在土层中分布增多,在一定深度范围内土壤结构逐渐疏松,致使土壤容重随退耕年限的增加而减小;在0～80cm土层内土壤含水量从高至低依次为4a、20a、15a和9a退耕地;80～300cm土层的土壤含水量得到明显改善,土壤含水量从高至低依次为20a、4a、15a和9a退耕地;地面生物量随退耕年限的延长而增加,但增加幅度逐渐趋于缓慢。     

基于植被/温度特征的黄土高原地表水分季节变化

地表水分是监测土地退化的一个重要指标,是气候、水文、生态、农业等领域的主要参数。选择陕北黄土高原地区作为研究区域,首先采用基于植被覆盖特征的植被状态指数（Vegetation Condition Index,简称VCI）和基于地表温度特征（Land Surface Temperature,简称Ts）的温度状态指数（Temperature Condition Index,简称TCI）分别评价了区域地表水分状况的季节变化。在此基础上分析了植被指数与地表温度特征线性关系的季节变化规律,计算了基于两者经验关系的地表干燥度指数（Temperature Vegetation Dryness Index,TVDI）。该指数对Ts／NDVI特征空间的生态特征的解释,对土壤和作物的水分含量具有综合的指示意义。文中利用该指数综合评价了研究区域地表水分状况的时空分布差异,进一步对VCI、TCI与TVDI相关关系的季节变化进行比较分析,并结合气候因子进行了相关验证,从而对不同指数的应用范围做出判定。研究结果表明,单独采用TCI或VCI表征地表水分会受到明显的季节影响,而TVDI能在不同季节综合体现植被覆盖和地表温度特征对地表水分的影响,从而能较好的反映区域地表水分状况的时空变化特征。各区域的TVDI值季节分布上皆为4—7月份高于10-翌年1月份,但各区TVDI值的季节变化则存在显著不同,而各流域内部TVDI值的空间变异性也存在季节差异,其中在10月份较为显著。     

基于地统计学的黄土高寒区典型林地土壤水分盈亏状况研究

土壤水分是黄土高寒区水循环、地下水补给和植被恢复的关键因素,基于地统计学研究土壤水分空间分布及其盈亏状况,揭示林地土壤水分的空间分布规律、变异特征及空间结构,对于区域植被恢复具有重要价值。以大通县安门滩小流域人工林地作为研究对象,运用地统计学方法对其5月、7月和9月的土壤储水量、林地耗水量和土壤水分盈亏量进行综合分析。研究结果表明:(1)土壤储水量总体表现为9月5月7月,而林地耗水量为7月9月5月,5—7月绝大多数林地的土壤水分呈亏损状态,而7—9月所有林地土壤水分都得到了补充,总体来看,5—9月研究区多数林地的土壤水分有所盈余,土壤储水量、林地耗水量和土壤水分盈亏量均采用指数模型作为最优理论变异函数模型;(2)5月、7月和9月土壤储水量呈南高北低、西高东低的空间分异规律,且西南-东北方向变异较东南-西北方向剧烈;各月林地耗水量在西南-东北方向变异较东南-西北方向剧烈,总体表现为西南部区域低于东北部区域;在5—7月、7—9月和5—9月这三个时期内,土壤水分盈亏量的取值均呈现出东北部区域小于西南部区域的特点。综上,当地土壤水分状况与林地耗水量分布格局并不完全匹配,虽然绝大部分林分能够维持土壤水分收支平衡,但部分山脚处的青杨林地和中部区域的华北落叶松林地出现了土壤水分亏损的现象。为防止林地水分环境恶化,在之后黄土高寒区的植被建设过程中,应适当调整林分配置。     

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。     

黄土丘陵沟壑区典型人工林土壤CO2释放规律及其影响因子

为了解黄土丘陵沟壑区人工林土壤有机碳排放特征,于2007年8月、2007年10月和2008年5月对黄土丘陵沟壑区杏树、沙棘和刺槐3种人工林下土壤CO2释放速率及相关环境因子进行研究,探讨了半干旱地区侵蚀环境下不同植被土壤CO2释放速率的变化规律及影响因子.杏树、沙棘和刺槐3种人工林土壤CO2释放存在差异,日平均释放速率分别为0.83～2 61μmol·m-2·s-1、0.83～3.32μmol·m-2·s-1和0.80～3.45μmol·m-2·s-1,刺槐和沙棘人工林土壤CO2释放速率高于杏树林,3种人工林的土壤CO2释放速率日变化及季节性变化表现一致,春季和夏季的土壤CO2释放高于秋季.相关分析表明,土壤温度是影响土壤CO2释放的主要因子,但在干旱的春季和夏季,土壤水分是土壤CO2释放的主要限制因子,同时,土壤理化性质和微生物生物量也对土壤CO2释放有显著影响.     

黄土丘陵区不同土地利用模式对深层土壤含水量的影响

对陕北米脂人工经济林、神木退耕还林和榆林榆阳区防风固沙林具有代表性植被类型0～20 m土壤剖面水分特征的差异进行了研究,分析黄土丘陵区不同土地利用模式对深层土壤剖面水分分布和储存特征的影响及生态环境效应.结果表明: 在0～20 m土层,不同位点具有代表性土地利用方式均影响土壤含水量的垂直分布;在整个剖面中,人工经济林土壤储水量有显著差异,为矮化枣树 ＞ 未矮化枣树,储水量相差587.9 mm;神木退耕还林和榆林榆阳区防风固沙林土壤剖面中土壤储水量无较大差异,在神木整个剖面中土壤储水量的大小为退化人工草地 ＞ 柠条林,储水量相差98.8 mm;在榆阳为荒草地 ＞ 樟子松,储水量相差7.5 mm.与未矮化枣树相比,人工经济林矮化枣树减少了对土壤水分的消耗,矮化枣树冠幅较小,降低了蒸腾作用,从而更加有利于土壤水分的可持续利用;人工柠条林和退化人工草地土壤水分含量无明显差异,这是因为退化人工草地过去为苜蓿地,根系分布深以及生物量大,对土壤深层水分利用较大所致;防风固沙林樟子松与荒草地整个剖面中的平均土壤含水量较低,土壤砂粒含量较高,土壤持水性差,土壤含水量随土壤深度的增加而增加,平均土壤含水量分别为3.4%和3.6%,且该地植物对深层土壤水分影响有限.综上,土壤剖面中土壤水分除了受土壤质地的控制,不同土地利用模式由于植物根系不同,对土壤水分也产生较大的影响.为此,选择合适的植物对于土壤深层水的保护和持续利用非常重要.     

撂荒年限对陕北黄土区山地枣林深层土壤有机碳的影响

以陕西省延安市延川县齐家山红枣试验示范基地不同撂荒年限山地枣林(Ziziphus jujuba Mill.)为研究对象,采用空间代替时间的方法,研究该地区0～340 cm土壤有机碳的分布特征以及撂荒年限对有机碳分布的影响.结果显示:研究区土壤有机碳含量及有机碳储量具有明显的表聚现象;不同撂荒年限土壤有机碳储量差异显著,...     

晋西黄土区人工林细根与土壤水碳的耦合关系

以晋西黄土区山西离石典型人工林刺槐、侧柏、核桃为研究对象,研究其深剖面（0-500 cm）细根参数、土壤水分和有机碳的分布特征,并以农地为对照,评价各人工林土壤水分亏缺和有机碳积累效应,在此基础上探讨三者的耦合关系。结果表明：（1）3种人工林土壤浅层（0-70 cm）细根累计生物量占整个土层的56%-71%,具有明显表聚性。（2）3种人工林土壤深层（70-500 cm）土壤水分亏缺效应均显著高于浅层（P < 0.05）,与农地相比,其亏缺值表现为：侧柏 > 核桃 > 刺槐。（3）3种人工林深层土壤有机碳密度占整个土层的77%-86%;与农地相比,侧柏和核桃土壤有机碳积累效应总体为正向积累作用,刺槐则相反。（4）在土壤浅层,细根参数与土壤水分和有机碳密度均有显著相关性,而在深层,细根主要与有机碳密度显著相关,与土壤水分的相关性仅在刺槐样地显著。晋西黄土区不同人工林深层细根分布有很大差异,且已对其深层土壤水分和有机碳的分布产生影响。综合来看,刺槐的细根分布已造成深层土壤水分亏缺,同时也不利于深层有机碳的积累。