喀斯特高原区土壤水分的时空变异分析——以贵州清镇王家寨小流域为例

以贵州喀斯特高原区王家寨峰丛洼地小流域为研究对象,于2005年11月至2006年12月测定了小流域内不同植被的土壤水分年变化,探讨不同植被类型峰丛坡面土壤水分的时空变化规律,并且与同属小流域内的非喀斯特土山进行对比研究。结果表明:各种植被类型的土壤水分年变化趋势大致相同,主要受降雨和蒸散过程的影响,但变化幅度存在差异,次生林和灌木灌丛变化幅度大于非喀斯特土山和稀疏灌草丛。雨后连续晴天各植被土壤水分变化幅度呈相同格局。观测期内土壤水分的动态变化具有明显的季节性,划分为4个阶段:冬季平稳低墒期、春季及夏初蓄水期、夏季及秋初消耗期及秋季及冬初回升期。各植被土壤剖面水分存在差异,次生林、灌木灌丛坡面土壤剖面含水量从表层到深层表现为降低型,稀疏灌草丛、非喀斯特土山则为增加型。同一坡面不同坡位间土壤水分差异不显著,反映了喀斯特地区复杂多变的小生境和其独特的二元结构水文系统。     

小流域土壤有机碳的分布和积累及土壤水分的影响

地形和土地利用决定的土壤水分和土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)的空间分布格局为研究水碳关系提供了重要的线索,但土壤水分的强变异性和SOC的相对稳定性对土壤水碳关系的研究提出了挑战。研究基于陆地水量平衡角度,选择雨季后土壤水分恢复期在晋西黄土丘陵小流域尺度进行了重复采样,按照3种地貌类型(沟底、 沟坡、 峁坡)和3种土地利用方式(农地、 林地、 草地)共布置37个样点,采集0~100 cm土壤样品测定土壤水分和SOC,探讨土壤水分与SOC分布特征及其相互关系。结果表明:同一土地利用方式下,土壤水分和SOC总体上沟底>沟坡>峁坡;同一地貌类型下,土壤水分农地>草地>林地,SOC农地<草地<林地。SOC与土壤水分呈现正相关关系,二者符合指数增长(y=y₀+log a×a^x,y为SOC,x为土壤水分)关系,因地貌部位和土地利用方式的不同决定系数在7%~37%之间变化。这一结果为基于土壤水分变化预测SOC积累和分布提供了参考。     

黄土丘陵小流域土壤水分空间格局及其影响因素

为了定量探讨土壤水分的空间格局及其影响因素的相对重要性,以甘肃省定西市安家沟小流域为例,对坡面44个样地的土壤水分及其环境因子进行了定点观测。研究结果表明:①时间动态:对于农地、撂荒地、灌木林地、林地和荒草地等5种土地利用类型,其土壤水分在2002年的生长季节内都表现为下降型;其中农地具有较高的土壤水分,撂荒地居中,林地、灌林地和荒草地较低。②层次格局:在湿润时段(4月24日到6月23日),5种土地利用类型的土壤水分都表现为下降型,而在干旱时段(7月12日到8月9日)都为增长型;但在中等湿润时段(8月23日到9月18日),各种土地利用类型变化格局不同。③在湿润和中等湿润时段,土地利用是影响土壤水分(表层除外)变异的主要因素。对于相同的土地利用类型来说,坡向只在湿润或中等湿润时段对部分层次的土壤水分有明显的影响;坡位、相对高程、坡度及坡面曲率等4个环境因子的影响都不显著。干旱时段土壤水分的变异格局主要受土壤性质的影响。本项研究还发现,6～7月份的极度干旱严重地影响到本地植物的生长。建议:①建立不同土地利用类型斑块的镶嵌格局是控制水土流失的基础;②间作、灌溉以及覆盖等措施都可用以促进本区的植被恢复和农业发展。     

复杂地形条件下根系对土壤有机碳的贡献

在地形条件复杂的地区,量化根系对土壤有机碳的贡献对科学评价水土流失区的土壤碳储量具有重要意义.本研究在黄土高原丘陵沟壑区的砖窑沟小流域内,基于地貌类型(梁峁坡、沟坡和沟谷)和植被措施(农田、林地和草地措施)两大因素采集土壤和根系样品,在流域尺度上研究根系密度(FRD)对土壤有机碳密度(SOCD)的贡献.在砖窑沟小流域内,地形、植被措施和土层厚度及其交互作用显著影响SOCD和FRD的空间分布. SOCD和FRD在不同地形部位下均呈现出沟谷沟坡梁峁坡的趋势,在不同植被措施下均呈现出林地措施草地措施农田措施的趋势,在不同土层厚度上均呈现出表层(0～20 cm)大于下层(20～100 cm)的趋势.此外,FRD对SOCD的影响显著(P 0. 05),SOCD随着FRD增加呈现出对数增加的趋势,且不同地形和植被措施下的根系-碳转化效率差异显著(P 0. 05).在农田措施下,沟谷(0. 87)的根系-碳转化效率均是沟坡(0. 43)和梁峁坡(0. 43)的2. 0倍;在草地措施下,沟坡(0. 57)的根系-碳转化效率分别是沟谷(0. 45)和梁峁坡(0. 27)的1. 3倍和2. 1倍;在林地措施下,梁峁坡(0. 56)的根系-碳转化效率是沟坡(0. 44)的1. 3倍.因此,在砖窑沟小流域内,从增加根系-碳转化效率的角度而言,沟谷适合进行农业生产,沟坡适宜进行退耕还草,而梁峁坡适合进行退耕还林.     

黄土丘陵区土地利用与土壤水分的时空关系

论文根据连续两年土壤水分的定点和观测数据,对黄土丘陵区不同土地利用类型及其结构与土壤水分的时空关系进行了分析。结果表明:①在欠水年,土地利用间土壤水分的差异显著,而在丰水年,土地利用间土壤水分的差异不显著;②在丰水年,土壤水分的年内变化只有灌木地为消耗型,间作地、果园、林地、草地、撂荒地和农地等6种土地利用类型为平衡型或增长型,欠水年所有土地利用均为消耗型;③从丰水年到欠水年,土壤水分的剖面结构类型降低型向波动型转化,波动型向增长型转化;④单一土地利用结构的土壤水分从坡顶到坡脚具有增长的趋势,而土地利用结构复杂的土壤水分沿坡面分布复杂。     

黄土丘陵区小流域土壤碳氮比的变化及其影响因素

研究土壤C:N的变化有助于深入理解土壤有机碳氮的积累过程及其土壤质量的变化趋势。以黄土高原丘陵沟壑区砖窑沟小流域为单元,基于地貌类型和土地利用方式两大因素,采集737个土壤样品,研究流域内土壤C:N的变化差异及其影响因素。梁峁坡上,林地和草地0~20 cm土层的土壤C:N分别是农田土壤C:N的1.13和1.03倍;沟坡上,林地、草地和农田土壤的C:N分别为13.88、12.58、9.02。农田条件下,梁峁坡、沟坡和沟谷的土壤C:N分别为10.34、9.02和10.77;林地条件下,沟坡和梁峁坡的土壤C:N分别为13.88、11.67;草地条件下,沟坡土壤C:N是梁峁坡土壤C:N的1.19倍。同一地貌类型或土地利用方式条件下,土壤C:N均呈现表层大于深层的趋势,0~20 cm和20~40 cm土层的土壤C:N分别是40~100 cm土层土壤C:N的1.05~1.17和1.16~1.42倍。     

黄土丘陵区不同恢复植被类型的固碳特征

为分析黄土高原水土流失严重区不同恢复植被类型的固碳特征,比较恢复年限和坡向因素对植被碳汇效应的影响,在陕北黄土丘陵区选取了6种典型植被类型（农地、草地、沙棘、柠条、刺槐和山杨）,研究了不同类型的生态系统碳密度及其构成特征.结果表明：①半干旱黄土区植被恢复具有明显的碳汇功能,不同植被组分（地上生物、地下根系和枯落物）碳密度均表现出乔木>灌丛>草地>农地的变化特征.农地0~40 cm土层土壤有机碳密度最低（1355.5 g ·m^-2）,草地、沙棘、柠条、刺槐和山杨较农地分别增加了91.4%、125.2%、144.0%、124.5%和232.6%.②草地、沙棘、柠条和山杨的不同植被组分碳密度和不同土层（0~5、5~20和20~40 cm）土壤有机碳密度随恢复时间的推移总体上表现出增加趋势.③坡向对农地和草地植被碳密度无明显影响,沙棘、柠条、刺槐和山杨不同坡向间的植被碳密度差异明显.土壤有机碳密度存在明显的阴阳坡差异,农地、草地、沙棘、柠条、刺槐和山杨阳坡土壤有机碳密度分别比阴坡减少了22.9%、34.3%、75.8%、49.1%、22.4%和69.4%.④不同类型的生态系统碳密度差异明显,其中农地最低（2022.1 g ·m^-2）,草地、沙棘、柠条、刺槐和山杨较农地分别增加了48.7%、152.8%、125.1%、166.3%和530.7%.生态系统各组分碳密度总体表现为：土壤层>地上生物层>根系层>枯落物层.土壤有机碳构成了农地、草地、沙棘、柠条和刺槐碳密度的主体,分别占生态系统碳密度的67.0%、86.3%、59.7%、72.7%和56.5%.研究结果可为黄土高原地区科学管理生态系统碳库和推进生态环境治理提供重要依据.     

黄土高原水蚀风蚀交错带不同植被类型下土壤水分动态特征

为掌握黄土高原水蚀风蚀交错带不同植被类型下0~500 cm土壤含水量的时空变化特征及其剖面变异规律,采用定位观测和经典统计学相结合的方法,本文研究了陕西神木六道沟小流域老爷满渠4种不同植被类型(杏树、杨树、沙蒿以及柠条)下的土壤水分状况。结果表明:在气象、地形、地貌、土壤等立地条件基本一致的情况下,同种植被下土壤含水量的变化趋势具有较高一致性,表层(0~40 cm)土壤含水量在雨季显著大于旱季,并且上层土壤水分(0~40 cm)的变异程度大于下层(40~500 cm);不同植被类型间,杏树地土壤含水量在垂向的变化趋势最稳定,杨树地和沙蒿地次之,柠条地最剧烈。不同植被类型下的土壤水分动态特征与剖面分布具有明显差异。     

黄土丘陵区小流域植被建设的土壤水文效应

以纸坊沟流域为研究对象,研究了植被恢复后不同植被对土壤水分的影响情况,得出如下结论:①草地土壤水分含量大于灌木林地,灌木林地土壤水分含量大于乔木林地;②选用乡土树种油松造林对土壤的干化程度较轻,选用刺槐造林时要考虑立地条件和造林密度,林草隔带种植可以减轻土壤干化程度;③灌木林下阴坡土壤干层并不比阳坡干层程度轻。土壤干化程度和植被种类直接相关。此外,受种植密度及人为干扰影响;④和以前人们的认识不同,天然草本植被也会形成土壤干层,其中白羊草和长芒草形成有利于自身群落稳定的干层,但茭蒿形成的干层则对自身稳定不利,在植被建设上应引起足够重视。     

黑岱沟露天矿排土场不同植被配置土壤水分研究——土壤水分垂直动态研究

文章通过黑岱沟露天煤矿排土场不同植被配置土壤水分垂直动态研究,阐述了不同植被配置类型对土壤水分的影响。结果显示：9种植被配置类型的土壤台水量随土层深度的增加而减小,但变化幅度有差异;原生植被处的土壤水分利用层厚度大于人工植被。     

东北典型黑土区坡沟侵蚀耦合关系

东北黑土区是中国重要的商品粮基地,但是严重的水土流失给其粮食产量带来了严峻考验。论文在遥感和GIS支持下,选择黑龙江省乌裕尔河和讷谟尔河两流域包含的东北典型黑土区作为研究区,以USLE模型和SPOT 5影像为基础,分别获取了2005年研究区的坡面侵蚀量和侵蚀沟分布数据,据此分析了典型黑土区坡面侵蚀和沟蚀之间在不同等级、 坡度、 坡向等方面的耦合关系。研究发现微度侵蚀和轻度侵蚀是坡面侵蚀主要区域,沟蚀发展程度比较剧烈;坡度小于5°时,坡度是沟蚀产生的制约因素,当大于5°时,坡度已经不是侵蚀沟形成过程中的主要控制因素;阳坡坡面侵蚀量高于阴坡的坡面侵蚀量,坡向在东北典型黑土区不是影响沟蚀发育的首要因子;侵蚀强度在2 500 t/(km²·a)以下的地区,随着坡面侵蚀量的增大侵蚀沟密度增大,而当大于2 500 t/(km²·a)以后,侵蚀沟密度比较稳定。     

The effects of land use and its patterns on soil properties in a small catchment of the Loess Plateau

Due to relatively strong human activities in the hilly area of Loess Plateau,the natural vegetation has been destroyed,and landscape pattern based on agricultural land matrix was land use mosaic composing of shrub land,grassland,woolland and orchard.This pattern has an important effect on soil moisture and soil nutrients.The Danangou catchment,a typical small catchment,was selected to study the effects of land use and its patterns on soil moisture and nutrients in this paper.The results are as follows:The comparisons of soil moisture among seven land uses for wet year and dry year were performed:(1)the average of soil moisture content for whole catchment was 12.11% in wet year,while it was 9.37% in dry year;(2)soil moisture among seven land uses was significantly different in dry year,but not in wet year;(3) form wet year to dry year,the profile type of soil moisture changed from decreasing type to fluctuation-type and from fluctuant type to increasing type;(4)the increasing trend in soil moisture from the top to foot of hillslope occurred in simple land use along slope,while complicated distribution of soil moisture was observed in multiple land uses along slope.The relationships between soil nutrients and land uses and landscape positions were analysed:(1)five nutrient contents of soil organic matter(SOM),total N(TN),available N(AN),total P(TP) and available P(AP) in hilly area were lower than that in other areas.SOM content was less than 1%,TN content less than 0.07%,and TP fallow land and cropland,and higher level in soil fertility was found in crop-fruit intercropping land among croplands;(3)soil nutrient distribution and responses to landscape positions were variable depending on slope and the location of land use types.     

黄土丘陵区土地利用变化对深层土壤有机碳储量的影响

通过研究黄土丘陵子午岭林区5种典型土地利用类型土壤剖面有机碳分布特征,分析了天然乔木林转变为人工乔木林、天然乔木林转变为农田、天然灌木林转变为农田及撂荒后土壤有机碳变化特征.同时,以浅层(0~100 cm)土壤为对照,探讨了土地利用变化对深层(100~200cm)土壤有机碳储量的影响.结果表明,在0~200 cm剖面上,天然乔木林、天然灌木林、人工乔木林、撂荒地、农田土壤有机碳含量分别为5.85、3.96、4.98、3.09、3.20 g·kg-1,天然乔木林、人工乔木林土壤有机碳含量显著高于天然灌木林、撂荒地和农田(p0.05).各土地利用类型下浅层和深层土壤有机碳含量分别占0~200 cm土壤有机碳含量的58%~73%和27%~42%,不同土地利用类型间浅层土壤有机碳含量差异显著,但深层土壤有机碳含量差异不大.土地利用变化对土壤有机碳储量影响显著.天然乔木林转变为人工乔木林、天然乔木林转变为农田、天然灌木林转变为撂荒地、天然灌木林转变为农田4种土地利用转变方式0~200 cm土壤有机碳储量分别减少了9.68、52.90、20.20、12.49 t·hm-2,减幅为7%、39%、21%、13%,其中,浅层土壤减少了2%~48%,深层土壤减少了12%~22%.相对于林地开垦为农田而言,农田退耕还林后土壤有机碳的恢复要慢得多.研究结果揭示了浅层和深层土壤有机碳对土地利用变化的敏感性,反映了深层土壤有机碳具有较大的稳定性.     

东部湿润区典型小流域土地利用的土壤水效应

不同土地利用类型下土壤水变化机制对流域水文过程与生态环境有较大影响。基于我国东部湿润区野外综合观测土壤墒情数据,探讨了不同土地利用类型下土壤水的动态变化特征。结果表明：（1）总体上,杨梅林土壤含水量在32%~37%之间波动;农田土壤含水量在20%~30%波动。坡耕地土壤含水量稳定在27%~35%之间;竹林土层土壤含水量大致稳定在25%~32%之间。垂直剖面上,表层（10 cm、20 cm）土壤水分变化大,深层（60~80 cm）土壤水分变化较小。表层土壤水分时间变化特征的波动幅度较深层土壤大。（2）不同降雨强度下,竹林土壤水分对降雨的响应程度大于杨梅林、农田和坡耕地。降雨强度越大,土壤水分响应程度越大;降雨停止后,土壤水分消退起伏下降,深层土壤水分变化较表层稳定。（3）通过增墒系数和减墒系数对土壤水分变化进行量化,发现竹林的消退最明显,其余三种土地利用类型变化幅度相当。杨梅林、农田和竹林均是表层变化较深层大,坡耕地变化更为复杂。研究结果将为我国东部湿润地区产汇流机理及防洪减灾研究提供一定参考。     

黄土高原半干旱区土壤呼吸对土地利用变化的响应

明确土地利用方式变化条件下引起土壤呼吸差异性的因素,对预测黄土区退耕还草条件下土壤碳循环变化有重要意义。基于建立于1984 年的长期定位试验,于2011 年3 月至2012年12 月,利用Li-8100 系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)监测了退耕还草(苜蓿)处理和农田(冬小麦)土壤呼吸季节变化以及土壤表层(0~5 cm)温度和含水量,研究了土地利用变化下土壤呼吸变化特征及其与土壤温度、水分以及有机碳特性之间的关系。结果发现,退耕27 a 来(自1984年麦地转化为苜蓿地),土壤呼吸速率苜蓿地(3.55 μmol·m^-2·s^-1)达小麦地(1.36 μmol·m^-2·s^-1)的2.61 倍,累积呼吸量苜蓿地(981 g·m^-2)达小麦(357 g·m^-2)的2.75 倍。土壤呼吸温度敏感系数(Q₁₀)苜蓿地较小麦地2011 年提高24.5%,2012 年提高2.4%。苜蓿地SOC含量(10.5 g·kg^-1)较小麦地(6.5 g·kg^-1)提高61.5%,微生物量碳(204 mg·kg^-1)较小麦地(152 mg·kg^-1)提高34%,0~5 cm土壤水分含量同期高于小麦地,但二者土壤温度差异不显著。土壤水分、SOC、微生物量碳等是造成二者呼吸差异的因素。     

黄土丘陵区退耕地生物结皮对土壤理化性状的影响

以黄土丘陵区易形成生物结皮的阴坡自然撂荒地为研究对象,运用时空互代法,通过野外调查结合室内分析,研究了不同年限(1～13a)撂荒地上生物结皮的形成对0～20cm剖面土壤含水量、容重、地表粘结力、水分渗透性、有机质含量以及土壤全量和速效养分含量等基本理化性状的影响。结果表明,生物结皮的形成可显著影响0～20cm土层土壤的理化性状,表现为:①退耕后,由于生物结皮的形成,退耕地较农地土壤渗透性显著降低,0～20cm土层土壤含水量随退耕年限的延长经历了一个先增后减的变化过程,导致了10a以上退耕地土壤含水量的降低;②生物结皮可显著提高退耕地土壤表面粘结力,10a以上退耕地保留结皮土壤的粘结力是初始退耕地和/或除掉结皮层土壤粘结力的6倍以上,退耕地表面粘结力的增强与退耕后土壤自然沉实以及容重增加关系不大;③生物结皮的形成导致了退耕地土壤渗透性的降低,保留结皮的土壤,其稳定渗透系数(K10)随退耕年限延长而降低,除掉结皮,K 10随退耕年限延长而增加;④生物结皮的形成,使土壤有机质、全氮含量剖面分布呈表聚现象,随退耕年限的延长,表聚现象更趋明显,土壤全磷亦有弱表聚现象。生物结皮层的形成,还可提高结皮层土壤速效养分含量。