我国土壤水分状况的估算

根据改进的彭曼公式估算出的年干燥度，依据《中国土壤系统分类（修订方案）》中有关土壤水分状况的定量诊断指标，对我国的土壤水分状况进行估算，初步将我国划分为３个土壤水分区，６个土壤水分亚区，为我国土壤资源的定量评价与管理提供了科学依据     

利用区域遥感ET分析山东省地表水分盈亏的研究

论文利用MODIS遥感数据和常规地面气象观测数据基于SEBAL模型定量反演了山东省区域地表蒸散量(Evaportranspirations,ET),并利用站点Lysimeter实测ET资料与经联合国粮农组织修正的Penman-Monteith公式计算的ET对遥感反演的ET进行验证,获得了较高的精度,日模拟值的平均相对误差约为11.34％,相关系数为0.872,一致性指数达0.917。在此基础上,结合气象站点降水量的空间分布格局,分析了研究区不同土地利用/覆被类型下2005年和2006年逐月与季节的水分盈亏状况。研究结果表明在2005年3-11月期间山东省总的实际蒸散量平均为637.45 mm,降水量为639.61 mm,降水量基本满足ET消耗;而2006年同期蒸散量为578.48 mm,但降水量仅为443.98 mm,水分亏损量为134.50 mm。春秋季节水分亏缺严重,旱情发生的几率较高;夏季水分亏损量相对较小,降水量满足地表蒸散耗水需求。     

气候变化对我国干旱区分布及其范围的潜在影响

为确定气候变化对土地荒漠化影响,以干燥度指数及A1,A2,B1和B2气候变化情景分析了气候变化对我国干旱区分布范围的影响. 模拟结果表明:气候变化将导致我国极端干旱区和湿润区分布范围缩小,干旱区、半干旱区和半湿润区分布范围扩大. 极端干旱区分布范围缩小并被干旱区所代替,半干旱区向半湿润区东、南部方向扩展,湿润区东北部和西部被半干旱和半湿润区所代替. 极端干旱区和湿润区分布范围变化与全国年均气温增量呈负相关性,干旱区、半干旱区和半湿润区分布范围变化与全国年均气温增量呈正相关性. 多元回归分析表明,干旱区和极端干旱区分布范围随全国年降水量增加而减少;半湿润区和湿润区分布范围随全国年降水量增加而增加;除A1情景外,其他气候情景下半干旱区分布范围均随全国年降水量增加而减少;湿润区分布范围随全国年均气温增加而减少,其他气候区范围随全国年均气温升高而增加. 随着气候变化,我国荒漠化范围将增加,干旱胁迫总体上减弱.      

氢同位素组成及光合特征对梵净山珙桐水源的解析

珙桐(Davidia involucrata)系我国特有的单科单属植物,为第三纪孑遗种,被列为我国一级珍稀濒危植物。贵州省梵净山地区气候常年温凉湿润,在梵净山国家级自然保护区内,选取人工种植及天然分布的珙桐为研究对象,通过测定珙桐的光合参数,比较阴天和晴天珙桐光合日变化,分析生长地大气降水、土壤水分、地下水以及珙桐树枝水分氢同位素组成,研究了梵净山珙桐的水分利用状况和不同水源利用份额。结果表明,珙桐幼树为阳生植物,蒸腾速率较低,适宜在阴凉的环境生长,且温度不宜超过30℃。人工林种植和天然生长的珙桐利用大气降水分别为76%和58%。低蒸腾速率导致根部对土壤水的拉力小,因此,利用土壤深层水分的份额小。阴凉、多雨、云雾缭绕的环境为梵净山的珙桐生存提供良好的水分条件。     

陕北黄土丘陵区撂荒演替过程中的土壤水分效应

根据陕北黄土丘陵区17块不同撂荒年限样地土壤水分的普查和10块样地土壤水分的定位测定,利用多元回归分析和通径分析法研究了植被恢复过程中土壤水分的变化和各植被、土壤因子对土壤水分的作用效应:①农田撂荒后,随着植被的恢复,因群落生物量、植被盖度和土壤有机质等这些对土壤水分有直接作用因子的变化,而间接表现为随着撂荒年限的增加,土壤含水量越来越低,而土壤水分的波动却越来越大;②用地形因子(包括坡度、坡向和海拔)、土壤因子(地表土壤容重和有机质含量)和植被因子(地上生物量和植被盖度)可以较好地对土壤水分做出多元拟合,影响表层土壤水分含量和根系层水分波动的主导因子是植被盖度,而影响深层土壤水分波动的主导因子是地上生物量;③土壤水分两次测定期间深层储水量差值与累积降雨量成显著正相关,说明土壤水分测定下边界存在上渗与下渗运动,而且储水量差值多数为正值,说明是以下渗为主。因此O根据土壤水分来估算群落蒸散时会有正的系统误差。为此论文将深层储水量差值作为补偿调节因子自变量,以提高多元拟合精度。拟合结果说明群落蒸散可由群落生物量、群落盖度、坡度、坡向和土壤表层容重或坚实度来估计。在植被恢复过程中影响群落蒸散的最大因子是群落蒸腾,其次是植被盖度。     

矿区不同复垦措施下土壤呼吸与环境因子关系的研究

为研究不同植被恢复方式和施肥处理下土壤呼吸的季节变化的影响因素,对山西省孝义市露天矿区复垦区土壤呼吸、温度和水分进行了2年的野外观测,采用不同单双变量模型分析了土壤呼吸与温度、水分间的关系.结果表明,植被恢复方式和施肥处理及其交互作用均显著影响土壤基础呼吸速率(R10)和土壤温度敏感性指数(Q10).在单变量模型分析中,百脉根和苜蓿草本恢复方式下,土壤呼吸与土壤温度间拟合水平较高,而油松林和混交林乔木恢复方式下,土壤呼吸与土壤水分间拟合水平较高;剔除土壤水分低于10%时的土壤呼吸值,可提高土壤呼吸与温度间拟合水平;对土壤呼吸值进行标准化,可提高土壤呼吸与水分间拟合水平.相较于其它施肥处理,有机肥处理的样地土壤呼吸与温度间拟合系数较高,而土壤呼吸与水分间的拟合系数较小.土壤呼吸与温度、水分间4个双因子模型的拟合系数因植被恢复方式和施肥不同而有所不同.总之,土壤呼吸与温度、水分间双变量模型比单变量模型可更准确预测土壤碳通量值.     

雨水资源、土壤水资源与土壤水分植被承载力

在我国北方少雨地区开展雨水资源、土壤水资源与土壤水分植被承载力研究对于防治林草地土壤旱化和林草植被经营具有重要意义。2002年4月以来,在上黄生态实验站对多年生人工林林外和林内降水、地表径流、植物生长和土壤水分动态进行了定位观测,结果表明:次降雨林冠层截留量为0.2～6.47mm,为降水量的3.1%～53.3%,截留总量占降水量的16.9%;地表径流量为0.24～1.5mm,是降雨量的1.6%～6.8%;柠条林地土壤剖面水分垂直变化可分为活跃层、次活跃层和相对稳定层;年内土壤水分胁迫时,植物通过改变叶的颜色,降低自身的含水率、落叶或产生大量落叶来适应干旱的土壤水环境,但不会死亡。土壤水分植被承载力为土壤水分承载植物的最大负荷,是指在较长时期内,当根层土壤水分消耗量等于或小于降雨补给量时,所能维持特定植物群落健康生长的最大密度。     

全国干湿分布区动态变化研究

在全球气候变化的背景下,我国的干湿状况发生相应变化。本文主要研究过去60年全国干湿状况动态变化,以便于了解气候变化对我国干湿状况的影响。基于1951~2010年全国756个气象站点的气象数据,根据Penman-Monteith潜在蒸散量方法计算潜在蒸散发量,再结合降水量数据计算干燥度指数。利用干湿区划分阈值,划分1951~2010年不同干湿分区,主要有极端干旱区、干旱区、半干旱区、干性半湿润区、半湿润区、湿性半湿润区、湿润区分区,并研究1951~2010年10年年际动态变化。研究结果表明,全国在总体上趋向于干旱,尤其东北地区最为严重,而北疆地区趋向于湿润。不同年代呈现不同的干湿波动性规律,80年代为湿润时期,90年代为极端干旱时期,半干旱区范围明显增加并往东南移动。本研究对理解我国植被空间分布的变化和生态环境建设具有一定的指导意义。     

半干旱区土壤微生物呼吸对极端降水的响应

了解土壤微生物呼吸对极端降水的响应对深入理解全球变暖趋势下降水格局的改变对土壤碳循环的影响具有重要意义.于2015年雨季(7~9月)在长武农田生态系统国家野外站,模拟了3种雨季降水量(最高600 mm;平均300 mm;最低150 mm)条件下两种降水形式(每次10 mm:P_(10),每次150 mm:P_(150)).利用土壤碳通量测量系统(Li-COR,Lincoln,NE,USA)监测不同降水条件下土壤微生物呼吸速率及其土壤水分、温度的变化.相同次降水量条件下,土壤微生物呼吸波动因雨季降水量变化而不同.P_(150)较P_(10)波动剧烈,600 mm降水量下土壤微生物呼吸变异系数分别为36%和33%;300 mm降水量下为28%和22%,150 mm降水量下依次为43%和29%.与P_(10)相比,P_(150)土壤微生物呼吸累积量在600 mm降水量下降低20%;但150 mm降水量下增加22%,300 mm降水量下二者无显著差异.土壤累积呼吸量与水分胁迫时间长短呈显著负相关(R2=0.75).全球变暖趋势下极端性降水事件增加对土壤微生物呼吸的影响不容忽视.     

黄土丘陵沟壑区苜蓿地土壤水分环境效应

根据田间试验资料,分析研究了黄土丘陵沟壑区苜蓿地土壤水分的周年变化规律,并以休闲地和几种一年生作物地作为对照进行对比研究,得出以下主要结论:①雨季降水对苜蓿地土壤水分的补给起着重要的作用,其土壤贮水量动态与年内的降雨周期相吻合,但总体上朝着土壤不断干化的方向发展;②经过一个雨季,苜蓿地的土壤贮水量与平均含水量分别呈不同程度的下降,而休闲地与4月份持平;③相同的降水对不同作物地的补给效果不同,以3m土层计算,苜蓿地的农田蒸散量与谷子、玉米相当,比豆子地高,但要低于高粱地;④长期种植苜蓿引起的深层土壤干化问题必须引起足够的重视,干化土地的水分恢复不是一朝一夕的事情。     

贵州省土壤温度状况估算

土壤温度是土壤重要的内在属性,亦是反映区域环境特征和土壤系统分类体系中的重要基础性指标。但在贵州省境内,由于缺乏数据观测体系,目前还缺乏完整的土壤温度报道和估算方法。介于此,本文收集了贵州省境内84个气象站多年的地面气候资料数据,通过拟合土壤温度与年平均气温、纬度、经度和海拔高度之间的关系,构建了相应的土壤温度估算模型,并与其他三种地区性土温测算方法进行比对,得到了相对一致的分析结果。模型估算的区域土壤温度结果显示,贵州省各地区土壤温度以"热性土壤"为主(15℃≤Y22℃),少数地区如:毕节的大方、威宁和六盘水的水城三个地方为"温性土壤"(8℃≤Y15℃)。     

Soil CO2 flux in relation to dissolved organic carbon, soil temperature and moisture in a subtropical arable soil of China

IntroductionCarbondioxide(CO2 ) ,concentrationofwhichinatmosphereisincreasingat 0 5%annually ,isthemostimportantgreenhousegascausingglobalwarming(Lal,1 995) .SoilCO2 evolutionfromsoilsisoneoftheimportantsourcesofatmosphericCO2 aswellasamainoutputpathwayofsoilorganiccarbonpool(SOC) (Eswaran ,1 993 ;Batjes,1 996;Mosier,1 998) .ApartfromcontributingCtotheatmosphere ,soilCO2 evolutioncanalsobeusedasanindexofunder groundprocesses,andoftheCcyclingcapacityofsoilecosystems.SoilCO2 evolutionge…     

吐鲁番盆地葡萄园土壤重金属环境容量评价与预测

土壤与农产品重金属污染风险评价是当前国内外研究的热点领域。从新疆吐鲁番盆地葡萄园采集101个代表性土壤样品，测定其中As、Cd、Cr、Ni、Pb和Hg等6中元素的含量。采用综合环境容量指数法（PI），分析葡萄园土壤重金属环境容量特征及其空间分布规律，估算静态和动态环境容量，并预测其近百年变化趋势。结果表明：（1）吐鲁番盆地葡萄园土壤中As、Cd、Cr、Ni、Pb与Hg含量平均值均未超出《农用地土壤污染风险管控标准（GB15618-2018）》中的土壤风险筛选值；（2）葡萄园土壤各重金属元素单项环境容量指数平均值由大到小依次为：Ni > Pb=Hg > As > Cr > Cd其中，Ni元素的环境容量指数处于高容量状态As、Cd、Cr、Pb与Hg等5种元素环境容量指数均处于中容量状态。研究区98.02%的葡萄园土壤处于中容量区，研究区中部葡萄园土壤重金属元素的PI值较高，研究区东部和西部葡萄园土壤重金属元素的PI值较低；（3）静态年容量和动态年容量排序相同大小依次为：Cr > Ni > Pb > As > Hg > Cd。20~40 年之内的静态和动态年容量变化速度大于其他年限的变化速度，各年限动态年容量均大于静态年容量。     

贵州省毕节市威奢乡农田土壤环境质量特征研究

本文采用元素地球化学的研究理论与方法对贵州省毕节市威奢乡耕作土壤环境特征进行研究并采用单因子指数法和综合污染指数法对其环境质量进行科学评价,得出如下主要研究结果:威奢乡现代耕作土壤总体呈弱酸性,pH值介于5.10~7.38之间,平均值为6.12;有机质含量丰富,介于3.29%~12.06%之间,平均值为5.85%;土壤全氮含量介于1735~6325mg/kg之间,平均值为3722 mg/kg;全磷含量介于667.2~1579.69 mg/kg之间,平均值为1161.4 mg/kg;全钾含量介于5016.06~15063.03 mg/kg之间,平均值为9186.2 mg/kg,对比全国第二次土壤普查养分分级标准,研究区土壤全氮、全磷含量为一级,无需补充,但全钾含量为五级,应适量施加含钾元素肥料,以提高土壤肥力;研究区Ca、Mg元素含量均低于贵州省表层土壤平均值,应注意适量补充Ca、Mg元素;有害重金属元素Cr、Cd、As、Pb含量具有CrPbAsCd的区域特征,且Cr、Cd含量均高于贵州省表层土壤平均值。单因子污染指数法评价结果显示研究区农耕土壤Cd已经明显污染,成为该地区最主要的污染物。内梅罗综合污染指数法评价结果显示,研究区大部分土壤已达到严重污染程度(P综3)。其中,重金属Cd、Zn主要来源于外源污染,且大部分富集在土壤表层,给农业生产带来极大风险。     

玉米秸秆生物炭对贵州黄壤持水能力的影响

生物炭具有丰富的微孔结构,能够影响土壤的持水性能,对植物生长和土壤中养分的保持有着重要意义。而土壤水分特征曲线又是表征土壤持水能力的一个重要指标。本文通过压力膜法测定添加不同比例生物炭的黄壤水分特征曲线,并结合van Genuchten模型对实测结果进行拟合,推导水动力学参数。结果表明,随着生物炭施入量的增加(0、5%、10%),土壤的田间持水量增加,凋萎含水量降低,土壤有效含水量增加。生物炭添加能够显著提高土壤的持水能力,增强水分的可利用性。同时,van Genuchten模型拟合结果同实测值高度相似,可以用作预测生物炭改良土壤的水动力学参数。     

Effect of moisture regime on the redistribution of heavy metals in paddy soil

Sequential extraction procedure was applied to assess the dynamics of solid-phase transformation of added Cu, Pb, Cd, and Hg in a typical Chinese paddy soil incubated under three moisture regimes (75% field capacity, wetting-drying cycle, and flooding). The heavy metals spiked in the soil were time-dependently transferred from the easily extractable fraction (the exchangeable fraction) into less labile fractions (Fe-Mn oxide- and organic matter-bound fractions), and thus reduced lability of the metals. No significant changes were found for the carbonate-bound and residual fractions of the heavy metals in the soil during the whole incubation. Change rate of the mobility factor (MF), a proportion of weakly bound fractions (exchangeable and carbonate-bound) in the total metal of soil, reflected the transformation rate of metal speciation from the labile fractions toward stable fractions. It was found that soil moisture regime did not change the direction and pathways of transformation of metal speciation, but it significantly a ected the transformation rate. In general, the paddy soil under flooding regime had higher metal reactivity compared with 75% field capacity and wetting-drying cycle regimes, resulting in the more complete movement of metals toward stable fractions. This might be related to the increased pH, precipitation of the metals with sulfides and higher concentration of amorphous Fe oxides under submerged condition.     

水土流失风险扰动下区域人地系统适应性研究——以榆林市为例

适应性概念为可持续性科学领域提供了新的研究思维。论文在总结、梳理适应性内涵,整合相关适应性理论与方法的基础上,提出了基于风险扰动的适应性分析框架,采用风险-适应能力指数评估区域人地系统适应性,将系统适应性分解为风险干扰和适应能力（包括生态、经济、社会能力3个参数）两个维度,从研究区水土流失风险出发,构建系统适应性评价指标体系。通过美国通用土壤流失方程（USLE）与适应性函数模型,分析榆林市水土流失风险以及人地系统适应能力时空演化特征,在系统适应性水平评估基础上,揭示榆林市不同时期人地系统适应性演化的驱动因素。研究结果表明：1）2000—2011年榆林市水土流失风险显著下降,但时空演化明显,到2011年高流失区转移分布于西南部、长城沿线等县域;2）12 a间榆林市系统适应性水平整体呈增高趋势,但空间上出现两极分化,呈现“西北高、东南低”的格局,其中北部县区（根据榆林市当地分区,北部县区包括府谷、神木、榆阳、横山、靖边、定边6县区;南部县域包括佳县、米脂、吴堡、子洲、绥德、清涧6县。）在生态、经济和社会子系统能力上明显高于南部,但南部县域适应性水平提升较北部更为明显;3）人地系统适应性演化驱动力由社会经济发展转化为生态环境修复、经济能力增强和社会保障提升的共同作用。     

黄土高原草地土壤水分和物种多样性沿降水梯度的分布格局

研究土壤水分、生物多样性的空间变异性是认识陆地生态系统对降水变化的响应特征及适应机制的有效途径。论文利用黄土高原自东南向西北的天然降水梯度,采用样带研究方法对47个草地0~3 m土壤水分和物种多样性进行测定,系统分析了草地土壤水分和植物物种多样性在降水梯度上（250~550 mm）的空间分异及二者之间的权衡关系。结果表明：降水自东南向西北递减是控制黄土高原草地0~3 m土壤水分和物种多样性空间异质性的关键因素。随降雨减少,土壤水分呈线性递减趋势,其中浅层土壤水分（0~1 m）与年降水量相关系数最大。物种丰富度指数和物种多样性指数随降水减少呈显著的线性递减趋势,物种均匀度指数在降水梯度上没有明显变化。370 mm年均降水量是物种多样性和土壤水分权衡关系的转折点,转折点以上二者存在协同关系,即土壤水分和物种多样性沿降水梯度以相同速率变化。370 mm年均降水量以下,物种多样性和土壤水分的权衡增大,意味着维持物种多样性以消耗土壤水分为代价。     

贵州喀斯特区域土壤有机质的分布与演化特征

中国西南喀斯特区域是全球最大的喀斯特生态区域之一,该区生态环境脆弱,水土流失严重,石漠化趋势严峻。土壤有机质是极为重要的保持土壤结构与质量的物质,深刻认识喀斯特区域土壤有机质的特征与演化是防治和改善我国西南喀斯特区域石漠化现状的迫切需求。本文以贵州省为例,总结归纳前人的研究成果,阐述了该区土壤有机质的分布规律与演化特征,探讨了影响该区土壤有机质分布的因素,以期提出更好的石漠化防治策略。中国西南喀斯特区域土壤受该区多山地形的限制,具有水平地带性以及垂直地带性特征,同时受到喀斯特地质地貌的控制,发育各种非地带性土壤,本区土壤类型多、成因复杂;土壤有机质的分布、演化特征与土壤类型密切相关,具有明显的区域特点。贵州省分布广泛的主要土壤有黄壤、石灰土、红壤、紫色土、黄棕壤、棕壤以及水稻土等。其中,棕壤有机质含量最高,原因可能是棕壤存在区域海拔高,气温低,抑制微生物活动,土壤有机质分解过程比较缓慢;石灰土有机质含量高,原因可能是土壤中钙的含量较高,有机质的保存可能受益于腐殖酸钙及碳酸盐沉淀的包裹保护;而黄壤和红壤等酸性土壤有机质主要是与R_2O_3结合,有机质的活性高于石灰土;黄棕壤有机质含量介于棕壤和黄壤之间;紫色土由于土壤质地的原因,有机质含量最低。