陕北黄土区陡坡土壤水分变异规律研究

土壤水分是制约陕北黄土区陡坡林草植被建设主要限制因素,深入系统的研究陡坡土壤水分变异规律是科学开展林草植被建设的重要前提。目前,陡坡不同季节、不同坡向、不同坡度的土壤水分变异规律尚未见系统的研究。为此,本研究通过观测陕北黄土区坡面尺度的自然恢复流域陡坡土壤含水量,研究分析了陡坡土壤水分季节变化规律、陡坡土壤水分垂直变化规律,结果表明：（1）陕北黄土区陡坡的土壤水分消耗期、土壤水分积累期、土壤水分消退期和土壤水分稳定期分别对应3-6、7-9、10-11和12月-次年2月;（2）0~120 cm土层中0~60 cm土层土壤含水量变化活跃。土壤水分随着土层深度的增加而增加,且各层间的差异也越来越显著;（3）基于土壤水分的垂直变化规律,陡坡的土壤水分弱利用层、土壤水分利用层、土壤水分调节层分别为0~40、40~60和60~100 cm。（4）在垂直于陡坡坡面方向上,深度大于40~50 cm的土壤层能为植被生长提供良好的土壤水分环境,有利于人工植被建设在陡坡开展。     

红壤丘岗坡地土地利用与土壤水分的时空变化关系

利用连续2a土壤水分定位观测数据，对红壤丘岗坡地不同土地利用类型与土壤水分时空关系的研究结果表明：（1）生长季（3—10月）不同土地利用类型之间0—90cm深土壤平均含水量差异显著，丰水年的差异比平水年大。（2）不同水文年同一土地利用类型土壤水分季节变化差异明显。丰水年土壤水分含量较高，年内变化较平稳，土壤基本处于湿润状态；而平水年土壤水分先升高后显著降低再缓慢升高，出现明显的干湿交替。（3）从丰水年到平水年土壤水分的剖面结构类型没有发生改变，湿地松区属波动型，其他4种土地利用类型属增长型。（4）土壤水分沿坡位的年内变化始终是坡上大于坡下，持续干旱能减少土壤水分沿坡位分布的变化幅度。     

岷江上游干旱河谷典型阳坡海拔梯度上土壤水分动态

结合气象观察和土壤质地的分析，监测和研究了岷江上游干旱河谷茂县段典型阳坡土壤水分动态．结果表明：1．土壤水分的季节变化可分为土壤水分亏缺期、土壤水分补偿期和土壤水分消退期．2．土壤含水量在旱季随土层深度的增加呈升高趋势，雨季中期出现相反的变化趋势，据变异系数可将土壤剖面分为剧变层、渐变层和相对稳定层．3．相同土层深度含水量随海拔高度的增加先升高后降低．4．降雨和土壤特性是影响岷江上游干旱河谷土壤水分的主要因素：降雨量与0～100cm土层平均含水量的相关系数达到极显著水平，降雨对土壤含水量的影响随土层深度增加而减弱；大于10mm的降雨对土壤水分的补充作用明显，气温及蒸发量较低时，连续的小于10mm的降雨对土壤水分也有一定补充作用，降水可到达50cm土层深度．以沙质粘壤土为主的土壤含水量远高于以砂壤土为主的土壤含水量．岷江上游干旱河谷造林时间在4月为宜，以沙壤土为主的地段穴深在45～60cm较好，以沙质粘壤土为主的地段穴深在60—70cm比较适宜．图3表3参15     

黄土丘陵沟壑区深层土壤水分空间变异及其影响因子

以甘肃省定西市龙滩流域为例,对比分析了不同坡位、坡度和坡向典型植被(柠条林地、油松林地、侧柏林地、苜蓿草地、荒草地和农地)0～8 m深度土壤水分的空间变异状况。结果表明,不同植被和地形条件下,深层土壤水分的剖面分布特征均表现为随土层深度增加而增加。地形是浅层土壤水分空间变异的重要影响因子,而植被生长状况是深层土壤水分空间变异的决定因素,植被生长越好则深层土壤含水量越低。坡度对深层土壤水分有显著影响,缓坡地土壤含水量显著高于陡坡地。水土保持工程和耕作管理措施能有效提高深层土壤含水量,可作为提高土壤储水的有效途径。     

黄土丘陵区土壤水分空间分布差异性探讨

在对黄土丘陵区典型区域多点土壤水分调查数据的分析的基础上,系统总结了研究区土壤水分分布的区域性和地块性差异特征及其发生分异的主要因子。文章认为,降水格局是土壤水分具有南、北向逐渐增加的区域分布特征的主导因子。热量、地貌、植被等的不同组合使得土壤水分发生地块尺度的分异。地域尺度土壤水分表现为南部好于中部,中部好于北部。在地块尺度内,则由于地貌、植被、土地类型等因素,土壤水分一般表现为:坡下部>坡中部>坡上部;阴坡>半阴-半阳坡>阳坡;隔坡梯田好于梯田;植被不同会造成土壤水分利用型差异。由于影响土壤水分的因素之间存在复杂的关系,其分布的差异性随季节、土壤层深度等不同而在表现程度上具有差异性。这一研究对黄土丘陵区植被恢复中合理利用土壤水资源具有十分重要意义。     

洞庭湖区不同土地利用方式对土壤酶活性的影响

对洞庭湖区不同土地利用方式下与主要营养元素循环相关的关键土壤酶(蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶)进行分析研究,结果表明,在0-30 cm土层,土地利用方式对4种酶活性的影响极其显著,且随土层深度的增加,土壤酶活性受土地利用方式的影响逐渐减小.碱性磷酸酶、蔗糖酶与脲酶在整个土壤刮面中受到土地利用方式的影响都较大,而过氧化氢酶对土地利用方式的响应只限于0-30 cm土层.不同土地利用方式下土壤蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性均随土层深度的增加呈下降趋势,表明土壤有机质的分解、土壤营养元素的循环与土壤剖面结构息息相关.     

半干旱黄土区柠条林土壤水分和养分与群落多样性关系

为了探讨半干旱黄土区柠条土壤水分和养分与群落多样性关系,选择半干旱黄土区不同林龄柠条林作为观测样地,测定0-100 cm(0-20、20-40、40-60、60-80、80-100 cm)土壤水分和养分含量。结果表明,(1)不同林龄柠条草本群落多样性有明显的差异,其中,总盖度、生物量、物种数、均匀度指数、多样性指数、丰富度指数随着林龄的增加呈先增加后降低趋势,在20年达到最大,之后有所降低。(2)不同林龄柠条土壤含水量随着土层深度的增加呈逐渐降低趋势,其中,20-40 cm以下土层土壤含水量呈急剧降低趋势,80-100 cm土层土壤含水量差异并不明显。(3)不同林龄柠条土壤养分(有机碳、全氮、全磷和全钾)随着土层深度的增加呈逐渐降低趋势,其中,20-40 cm以下土层土壤养分呈急剧降低趋势;相同土层土壤养分大致随着林龄的增加呈先增加后降低趋势,在表层差异最大;双因素交互分析显示:林龄和土层深度对土壤有机碳、全氮、全钾均具有显著的影响(P0.05),林型×土层深度对土壤有机碳、全氮、全钾具有极显著的影响(P0.01);林龄、土层深度、林型×土层深度对土壤全磷没有显著的影响(P0.05)。(4)不同林龄柠条土壤微生物量(微生物量碳、氮、磷)随着土层深度的增加呈逐渐降低趋势,相同土层土壤微生物量大致随着林龄的增加呈先增加后降低趋势,在表层差异最大;双因素交互分析显示:林龄和土层深度对土壤微生物量碳、氮具有显著的影响(P0.05),林型×土层深度对土壤微生物量碳、氮具有极显著的影响(P0.01);林龄、土层深度、林型×土层深度对土壤微生物量磷没有显著的影响(P0.05)。(5)相关性分析显示:植被总盖度、地上生物量、丰富度指数和多样性指数与土壤有机碳和水分呈显著的相关关性,物种数和均匀度指数指数与土壤养分和水分均没有显著的相关性(P0.05),由此说明植被群落的地上生物量和物种多样性与土壤养分及水分是相互联系,相互制约的。     

丘陵区坡面土壤有机碳及颗粒有机碳分布特征

测定了紫色丘陵区疏林地、荒草地和坡耕地三种土地利用方式下土壤有机碳和颗粒有机碳含量,探讨不同利用方式与坡位下土壤有机碳和土壤颗粒有机碳的分布特征.结果表明:不同土地利用方式下上坡位和中坡位土壤有机碳和颗粒有机碳含量均为疏林地＞坡耕地＞荒草地,而在下坡位两者含量变化差异较大;不同土地利用方式下各坡位土壤剖面有机碳含量均是在0～5 cm层富集,颗粒有机碳的含量也表现出一定在剖面分异性;不同土地利用方式土壤颗粒有机碳分配比例为(0.74±0.01)～(0.34±0.02),不同土地利用方式之间土壤颗粒有机碳分配比例差异较小.相关分析表明,不同利用方式下土壤有机碳、全氮和颗粒有机碳含量之间均呈显著的相关性.     

黔中土壤CO2的释放特征及其影响因素

利用密闭箱-气相色谱法在20062007年对黔中地区退耕荒草地、灌丛、马尾松林、阔叶林土壤二氧化碳的释放通量进行原位观测.结果表明,各观测点均为CO2的源,释放通量介于C (119.2±62.0)～(199.7±72.2) mg·m-2·h-1,植被条件和土壤类型影响土壤CO2的释放通量.相同植被条件下,黄壤释放的CO2高于石灰土土壤.不同植被条件下,黄壤CO2的释放具有相同的季节变化规律,夏季最高而冬季最低,年均释放量按林地、灌丛、退耕荒草地的顺序递减;石灰土CO2的释放季节变化规律则差异较大,年均释放量按灌丛、林地、退耕荒草地顺序递减.相关性分析表明,温度和土壤水分对土壤CO2释放通量的影响在不同观测点表现不同,总体表现为对黄壤的影响要比石灰土明显.     

泥石流频发区不同土地利用类型土壤粒径分布多重分形特征

通过研究泥石流频发区不同土地利用类型土壤粒径分布多重分形特征,可揭示土地利用变化对泥石流频发区土壤粒径分布的影响.在蒋家沟流域选取裸地、草地、灌丛、林地等4种典型土地利用类型,在0-50 cm采集不同土层土壤样品进行粒径分析,基于多重分形理论计算多重分形参数,并分析土壤质地与多重分形参数之间的相关关系.结果显示:土地利用类型显著影响土壤的粒径分布,粉粒体积分数灌丛(65.15%-72.13%)、林地(61.22%-74.04%)显著大于裸地(35.18%-48.48%)、草地(39.92%-47.08%),砂粒总含量体积分数裸地(43.73%-59.10%)、草地(43.28%-44.76%)显著大于灌丛(17.99%-23.32%)、林地(12.73%-25.06%),在0-50cm深度范围内,同一土地利用类型土层深度对土壤粒径分布无显著影响.本研究中各样地土壤粒径分布广义维数谱曲线为反"S"型曲线,土壤粒径奇异谱函数均为非对称上凸曲线,说明各样地不同深度土层土壤粒径分布均呈现出非均质特征,具有多重分形特性.不同土地利用类型土壤粒径分布多重分形参数差异显著,从裸地、草地、灌丛到林地,土壤质地逐渐变细,土壤粒径分布非均匀程度逐渐减弱.本研究中粉粒体积分数与土壤粒径分布局部密集程度和非均匀性呈显著相关.上述研究表明多重分形参数可揭示泥石频发区土地利用变化时土壤体积分数的微小差异,研究结果可为泥石流频发区土壤结构改良和土地利用优化提供理论依据.(图3表5参32)     

雨季红壤坡地油茶林土壤水势变化特征及耗水规律

利用野外定位观测数据,研究了雨季红壤坡地油茶林土壤水势变化特征及耗水规律.结果表明,土壤水势及其变异系数均为坡上大于坡下,坡上深度50cm、坡下深度40cm以上土层显著受到土壤蒸发和植物蒸腾的双重影响,坡上、坡下深度90cm附近土壤水势变化大于相邻层次.土壤物理性质、根系分布对土壤水势影响显著,深度40、90cm分别为黏土层向砾石层、砾石层向网纹层的转变,水分容易积聚,根系易于向此靠近;吸水根(根直径<1mm)根干重与土层深度呈显著指数型相关,且在深度90cm处所占比例最大,达46.95%;吸水根干重所占比例与深层(70-110cm)土壤水势变化量呈明显正相关.通过零通量面分析,雨季持续干旱时段深层水分整体向上蒸发,但深度90cm处水势变化最大,证实土层深度90cm附近为雨季油茶林主要耗水区域.     

黄土高原退耕柠条林对土壤理化性质的影响研究

为了评价退耕还林过程中柠条林的生态效应,探索柠条林对土壤的改良作用,采集我国黄土区同一坡面上柠条林Caragana korshinski和对照农田5、20、45、80 cm深度土壤样品,分析其CaCO3、全氮、SOC、含水量、容重值并进行对比分析。结果发现,(1)各深度土壤CaCO3含量、全氮、SOC含量都表现为柠条林大于农田。柠条林和对照农田CaCO3含量和SOC含量差异在土壤表层最大,底层差异减小,而全氮在土壤各层的差异大小与深度没有明显的关系。(2)柠条林土壤含水量在各深度都小于农田,C/N值在表层大于农田,底层小于农田。(3)结合土壤容重计算土壤各指标1 m厚度贮量,农田退耕为柠条林后,其CaCO3、全氮、SOC贮量分别增加1.46、0.01、0.05 g·cm 2。柠条林土壤表层枯落物的累积、根系的穿透及分泌物改变了土壤水分及养分条件。研究证明退耕柠条林能够改善土壤碳氮养分状况,但土壤含水量减少并出现CaCO3的富集。     

高寒沙地典型人工林土壤水分动态及其对降雨的响应

分析青海共和盆地中间锦鸡儿人工林在不同生长阶段、不同深度的土壤水分动态变化特征,探讨不同深度土壤水分对不同降雨量的响应过程,深入了解高寒沙地植物与降雨关系,为高寒沙区的植被恢复与合理配置提供科学依据。以不同生长阶段(3、5、16、30 a)的中间锦鸡儿(Caragana intermedia)人工林为研究对象,利用ECH_2O土壤含水量监测系统分别对每个林龄的不同土层深度(10、20、30、40、60、90、120、150 cm)土壤水分进行连续监测;利用Dynamet-1k科研级自动气象站记录降雨量,以3场不同降雨事件进行分析,研究其土壤水分对不同降雨量的响应状况。2008年9月-2017年9月间,试验区内降雨主要集中在5-9月,且雨量小频率高,降雨量小于2 mm的降雨事件占总降雨事件的48.21%,贡献率仅为9.68%。4种人工林土壤蓄水量的年内变化可分为土壤水分消耗期(9至次年1月)、土壤水分积累期(2-4月,7-8月)和稳定期(5-6月)。5 mm以下的降雨能够使30 cm以上的土层水分产生波动,5-18 mm的降雨量能影响0-40 cm的土壤水分,而18 mm以上的降雨量能够引起0-60 cm土层水分的变化。土壤蓄水量随着土层深度的增加而先减小后增加,林龄越大,土壤水分对于降雨量响应的滞后性越明显,土壤水分增量也相对减少。因此,在高寒沙区造林应注意苗木栽植的密度,在造林过程中加强水土保持措施,降低干旱胁迫对造林成活率的影响。     

古尔班通古特沙漠生物结皮中土壤微生物垂直分布特征

对新疆古尔班通古特沙漠主要沙丘类型———沙垄的不同部位、不同类型生物结皮中土壤微生物数量变化特征进行研究,结果表明:(1)微生物总数从垄顶至垄间低地呈递增趋势,在沙垄不同部位0~20cm土层中的垂直分布有差异.(2)土壤微生物各类群数量垂直变化规律为:细菌数量在垄顶0~10cm土层中递减,到10~20cm有所回升;在迎风坡和背风坡的0~10cm土层中递增,到10~20cm有所下降;在垄间低地0~20cm土层中呈递增趋势.放线菌数量在各部位均随土层加深而递减.真菌数量在垄顶和迎风坡0~20cm土层中的垂直变化与细菌在垄顶的垂直变化一致,在垄间低地和背风坡,真菌数量均在2~5cm土层中出现峰值,然后随土层加深递减.(3)微生物类群的组成表现为:细菌数量>放线菌数量>真菌数量.在垄间低地细菌所占微生物总数比例相对垄顶有所增加,而放线菌和真菌相应减少.(4)土壤微生物的数量变化特征与生物结皮的类型、分布以及土壤有机质含量等因子有一定相关性.图5表1参34     

黄土高原植被破坏与重建过程中土壤侵蚀强度变化

运用137Cs示踪方法,通过采集不同利用方式的坡面土壤,研究了黄土高原典型丘陵区流域植被破坏与重建过程中土壤侵蚀强度的变化情况.研究结果表明:植被破坏耕垦后使137Cs遭受了大量流失,坡耕地耕垦时间越长,土壤侵蚀愈严重;植被恢复重建有效地减轻了侵蚀强度;通过比较刺槐林、果园及封禁自然恢复的撂荒地三种植被建造方式的土壤侵蚀模数,发现以封禁自然恢复的撂荒地土壤保持效果最好,其次是刺槐林,最差的是果园,其原因与果园的管理方式有关.立地条件不同的同种植被建造方式.土壤侵蚀强度差异较大,表现为峁坡阳坡此槐林地侵蚀模数远远大于谷坡阴坡刺槐林地.根据退耕时间不同的坡地土壤侵蚀强度的变化及流域土地利用类型的变化等方面对燕沟流域土壤侵蚀变化趋势作了进一步预测.     

民勤绿洲天然胡杨林生长季土壤水盐动态

利用经典统计学与地统计学方法研究民勤绿洲天然胡杨林生长季的土壤水盐动态变化规律。结果表明,民勤县双茨科乡和苏武乡土壤含水量随土层深度增加而增大,夹河乡土壤含水量则随土层深度增加先增大后减小。研究区0～20 cm土壤含水量较低,为8.5～34.0 g.kg-1,平均值为18.2 g.kg-1。土壤含水量属中等变异性,且呈中等程度的空间相关性。各季节土壤含水量从高到低依次为春季、秋季和夏季。土壤全盐量属中等变异性,总体变化趋势为随土层深度增加而减小,夹河、苏武和双茨科乡0～20 cm土壤全盐量平均值分别为15.4、28.0和11.1 g.kg-1。各季节土壤全盐量由高到低依次为春季、夏季和秋季。胡杨胸径与土壤水盐含量间呈负相关。     

川西高寒山地灌丛草甸不同海拔土壤碳矿化特征

研究不同海拔土壤碳矿化特征对深入认识不同海拔高寒灌丛草甸土壤有机碳动态变化有重要作用.以折多山3 800 m、4 000 m、4 200 m的半阴坡和半阳坡土壤为研究对象,采用野外调查与室内分析相结合的方法对不同海拔土壤碳矿化差异进行探讨.结果表明:各海拔土壤有机碳矿化速率随着培养时间的推移逐渐降低,且前21 d降低幅度明显高于后21 d,土壤有机碳矿化速率和累积碳矿化量在坡向上和土层中大体呈现出半阴坡高于半阳坡,0-20 cm土层高于20-40 cm土层且差异显著(P 0.05),但在海拔上没有一致变化规律.一级动态方程均能很好地拟合各海拔土壤累积矿化量,各海拔土壤潜在可矿化有机碳量(C_0)、C_0/SOC值均表现出半阴坡高于半阳坡,且都在3 800 m灰化土达到最大,表明在相同的环境温度背景下,半阴坡土壤固碳能力低于半阳坡,且灰化土固碳能力最弱.各海拔土壤活性有机碳含量占总有机碳含量比例呈现出半阴坡大于半阳坡,说明与半阳坡相比半阴坡土壤有机碳质量更高.除3 800 m灰化土以外,土壤有机碳、活性碳含量均表现0-20 cm土层高于20-40 cm土层且差异显著(P 0.05).土壤碳矿化速率、累积矿化量与土壤有机碳、活性碳显著相关,且活性碳更能直接影响有机碳矿化.综上所述,高寒地区阴阳坡土壤有机碳矿化存在差异,阴坡有机碳矿化量高于阳坡.(图2表4参33)     

山西芦芽山林线附近土壤水分空间分布特征及其影响因素

于2008年植被生长季,在芦芽山荷叶坪亚高山草甸及森林-草甸过渡带内布设观测样带,应用FDR土壤剖面水分测量仪测量10～40 cm深度土壤含水量,并分析其空间分布特征和影响因素。结果表明:(1)根据所处位置及地上植被状况可将样带分为林地样带和草甸样带,林地样带土壤含水量随深度增加呈先升高后降低的变化趋势,草甸样带则恰好相反。(2)10和40 cm深度为土壤含水量稳定层,20和30 cm深度为活跃层,且林地样带10 cm深度土壤含水量小于草甸样带,20、30和40 cm深度土壤含水量则大于草甸样带。(3)降雨发生后,阴坡上部树岛样带土壤含水量增幅最大,阳坡上、中、下部草甸样带土壤含水量增幅也较大;不同土层深度比较而言,10cm深度土壤含水量增幅最大,20、30和40 cm深度土壤含水量增幅较为接近,土壤含水量对降雨的响应存在1～2d的时滞。(4)10、20和30 cm土壤含水量变化值与坡度呈显著正相关,30、40 cm土壤含水量变化值与初始土壤含水量呈显著负相关,20、30 cm土壤含水量变化值与地形湿度指数呈显著负相关。研究区内土壤含水量空间分布格局及其动态变化受植被和降雨影响显著,初始土壤含水量、坡度以及地形湿度指数对其也有一定影响。     

荒漠草原区不同土地利用类型土壤水分时空特征

土壤水分是荒漠草原区土地可持续利用的重要指标,通过多个连续生长季的观测能够分析土壤水分的可持续性.对2011-2012年连续2a土壤水分和降水量进行定点观测,比较分析了荒漠草原区不同土地利用类型土壤水分的时空变化.结果表明:枯水年不同土地利用类型之间土壤水分差异比丰水年大;枯水年5种土地利用类型土壤水分随时间的变化均呈增长型,而在丰水年均呈波动型;5种土地利用类型土壤水分在枯水年呈现3峰3谷的变化特征,在丰水年与降水量的波动显著相关,并且有较长时期处于稳定期(7月至次年4月);无论是丰水年还是枯水年,荒漠草原区土壤含水量以人工苜蓿地和人工甘草地较大,甘草苜蓿昆合草地和天然草地次之,柠条林地最低.通过对比分析不同年份5种土地利用类型土壤水分的时空变化,以及水分补给与消耗在土壤剖面上的变化特点,可以更好地理解在景观尺度上的生态过程,对荒漠草原区土壤水分的有效利用及水土保持具有重要意义.     

模拟增温对青海省玉树州称多县高寒草甸土壤水分的影响研究

三江源区具有重要的水源涵养功能,该区土壤水分的时空分布和变化对当地及周边地区的生态系统和气候调节有重要意义。为了解未来三江源草地土壤生态系统变化趋势,探究土壤温度和水分对模拟增温的响应规律,利用温湿度自动记录仪实时监测记录,分析了青海省玉树州称多县高寒草甸模拟增温条件下土壤温度和土壤水分的变化规律及冻融转换期土壤温度和水分的相关性。结果表明,(1)模拟增温条件下,0—5 cm和15—30 cm土层的土壤温度分别增加了2.50℃和1.36℃,对表层土壤(0—15 cm)的增温效果更加明显,且增温改变了不同土层解冻期和冻结期的长度。(2)0—15 cm和15—30 cm土层的土壤水分分别增加了0.07%和0.09%,15—30 cm土层的土壤水分的增幅大于0—15 cm土层,并且呈现出生长季变化波动大、非生长季变化波动小的规律。(3)在0—15 cm土层中,冻结期与解冻期,土壤温度和土壤水分均存在正相关关系(P0.01);在15—30 cm土层中,冻结期土壤含水量随着温度的增加呈现显著上升趋势。