黄土丘陵区枣农复合系统土壤水分利用与竞争

探明黄土丘陵区农林复合系统植物土壤水分利用策略对评价其配置合理性与可持续性具有重要意义。论文以黄土丘陵区枣农（枣树+农作物）复合系统为对象,测定不同生育期植物木质部水和土壤水氧稳定同位素比率（δ¹⁸O）,利用IsoSource模型分析了复合系统中枣树与间作农作物（黄花菜和饲料油菜）土壤水分利用策略,判断两种复合系统作物间是否发生水分竞争。结果表明：枣树各时期对表层（0~20 cm）土壤水利用较少,在旱季主要使用中层（20~60 cm）和深层（60~200 cm）土壤水,雨季有显著降雨后主要利用中层土壤水。黄花菜、饲料油菜在旱季对低雨量有效降雨反应灵敏,但其仍主要利用中层土壤水,雨季显著降雨后两者对表层土壤水利用比例显著增加。总之枣树与黄花菜和饲料油菜土壤水分利用策略存在明显区别,但在较为干旱的5月和7月对中层和深层土壤水存在明显竞争。因此可在枣树株间修建深度为40 cm肥水坑,增加中层和深层土壤含水量,促进枣树根系向下生长,缓解水分竞争对枣树生长和产量造成的不利影响。     

黑岱沟露天矿区排土场2种典型植物的水分来源及利用策略

论文利用稳定性同位素示踪技术,分析排土场2种典型植物水分来源的差异及水分利用策略.结果表明,黑岱沟矿区大气降水的氢,氧同位素含量均落在中国大气降水的变化范围之内,不同月份大气降水的δD(δ¹⁸Ο)值表现出明显的降水量和季节效应.旱季小叶杨主要利用10 cm土层以下的水分,对100~150 cm土层水分利用率最高,达25.6%;沙棘对各层次土壤水分的利用比例接近,差异不明显,对表层土壤水分的利用最高,达26.5%;为了避免种间竞争,小叶杨很少利用表层(0~10 cm)土壤水分.雨季小叶杨主要利用表层和浅层土壤水分,利用比例高达70.9%,沙棘主要利用30~60 cm土层的水分,达73.5%,其次是10~30 cm土层,达17.4%.两种不同生活型植物通过不同策略合理利用旱季有限的水分,而在雨季水分供给充分时,均优先利用浅层水源,使其组成的生态系统更好地适应矿区排土场脆弱的生态环境.     

长沙地区樟树林土壤水稳定同位素特征及其对土壤水分运动的指示

为研究长沙地区林地土壤水分运动规律,基于2017年3月-2018年2月长沙地区樟树林土壤水分及0~130 cm土壤水、地下水和降水中稳定同位素监测数据,分析了土壤水中稳定同位素特征及其与降水中稳定同位素的关系.结果表明:①土壤水分季节变化表现为丰水期（3-6月,土壤蓄水量大而稳定）、耗水期（7-10月,土壤水分以消耗为主）、补水期（11月-翌年2月,土壤水分以补给为主）3个阶段,土壤含水量由表层至深层呈增加趋势,稳定性增强,土壤含水量的垂向差异依次为耗水期 > 补水期 > 丰水期.②受到冠层截留和地表枯枝落叶吸持的影响,林地的有效降水为降水量（P）>3.3 mm,并且LMWL_{P > 3.3 mm}（降水量>3.3 mm时的当地大气水线）较LMWL的斜率和截距显著增加,与各深度SWL（土壤水线）更接近.③由表层至深层,土壤水稳定同位素受降水入渗、新旧水混合和蒸发的影响减小,0~40 cm土壤水中δ18O均表现为丰水期 > 补水期 > 耗水期,而40~130 cm土壤水中δ18O的季节变化不显著.④观测期间不同水体中lc-excess（δD与LMWL的差值）的平均值依次为降水（0） > 地下水（-2.80‰） > 土壤水（-5.00‰）,土壤水中lc-excess随深度的增加而增大.研究显示:土壤水下渗时新旧水混合是一个持续累积的过程,旧的土壤水逐渐被降水替代;受土壤结构、质地等性质的差异及不同降水事件的影响,土壤水分的补给在剖面上存在时滞.      

浑善达克沙地南缘黄柳林地不同水体氢氧同位素特征

本文选取浑善达克沙地南缘正蓝旗的黄柳林地为研究对象,通过2020年5月至10月野外采集降水、土壤、地下水、植物茎干分析各水体的稳定氢氧同位素特征,比较各水体之间同位素关系。研究发现:①土壤水线和植物茎干水线的斜率均小于当地大气降水线,各水体同位素富集程度为地下水＜降水＜土壤水＜植物茎干水,降水的稳定性最差,变异性较大;②由于蒸发和降水入渗,浅层土壤δ¹⁸O值和土壤含水量变化显著,而中深层水分受影响较小。降水中的δ¹⁸O值相对于浅层土壤水偏正,并且土壤水的δ¹⁸O值从浅层到深层逐渐呈偏负趋势,雨后各层土壤水波动的峰值出现有一定的时间推迟。③黄柳在生长季节主要利用浅层土壤水,各月对其利用率分别为96.20%、90.60%、84.90%、95.50%、86.70%和86.50%,随降水的减少也利用了中深层水;论文通过对黄柳林地内各水体的同位素变化特征的研究,摸清了土壤-植物-大气连续体中不同水体的同位素组成及其相互关系,对于揭示区域水循环的过程和机制至关重要,为浑善达克沙地防护林生态系统的生态水文过程研究提供理论依据。     

宁南旱区紫花苜蓿土壤干层水分特征及时空动态

通过连续两年对宁南山区不同生长年限的苜蓿土壤深层水分进行测定,结果表明：①随着苜蓿生长年限的增加,土壤整体上干燥化程度加剧。 2004年测定的4、7和12年生苜蓿地0~700cm土层平均含水率分别为5.30%、5.22%和5.01%,2005年测定的3、6和10年生苜蓿地0~800cm平均含水率分别为6.26%、5.60%和5.27%。3年生以后,苜蓿根系已达300cm以下,对300~800cm土层水分消耗强烈,而对300cm以上土层水分消耗减缓。②根据不同生长年限苜蓿土壤深层水分分布和动态分析,可将土壤剖面分为4个层次：降水蒸发易变层（0~100cm）、降水继续扩散层（100~300cm）、根系耗水干燥层（300~800cm）和深层储水调节层（800~1000cm以下）。③苜蓿在6年生前,耗水深度和干层厚度逐年迅速增加;6年生时耗水深度和干层厚度均超过1000cm,0~1000cm平均含水率仅5.73%,土壤水分亏缺严重;7~12年生苜蓿生长衰退,耗水深度和干层厚度有所减小,300~700cm干层湿度仅维持在4.00%左右,而800~1000cm水分有回升现象。     

湘西北红壤丘陵区土壤水运移的稳定性同位素特征

稳定同位素技术为土壤水运移研究提供了新的研究手段.通过对红壤丘陵区降水和不同深度土壤水稳定性氢氧同位素的示踪,研究了2种不同植被类型(油茶林、玉米地)土壤水分运移过程.结果表明,该区大气降水稳定性同位素存在明显的降水量效应和季节效应.油茶林0~50 cm、玉米0~40 cm土壤水氢氧同位素值随深度增大而增大,但干旱时段降水后表现出相反的趋势;油茶林50 cm、玉米40 cm以下土壤水氢氧同位素值随深度增大而减少,蒸发影响微弱.油茶林入渗率受降水量影响明显,大雨后2~3 d入渗率约为50~100 mm/d,之后入渗率明显减慢,50 cm土层常成为阻隔层.玉米地由于通透性差,入渗率更低.红壤丘陵区土壤水氢氧同位素值变化主要是受前期降水形成的混合水样的影响,蒸发影响次之.油茶林蒸发强度小于玉米地,但蒸发深度较玉米地深.     

基于氢氧稳定同位素的华北农田夏玉米耗水规律研究

农作物耗水规律的研究对提高农业用水效率,缓解我国华北地区的水资源短缺现状具有重要意义。论文基于水文监测与氢氧稳定同位素方法,以山西省运城市董村农场为例,研究了夏玉米在不同生长期的根系吸水深度变化,以及农田灌溉条件下SPAC系统的水分通量。研究结果表明,夏玉米拔节期、开花期和成熟期的主要根系吸水深度分别为0~20 cm(96%~99%)、20~50 cm(58%~85%)、0~20 cm(69%~76%),在整个生长期内存在着先由浅变深,后由深变浅的规律;夏玉米漫灌后,蒸腾量占蒸散发量的71.3%,深层入渗损失量占到灌溉水量的43.3%,灌溉水的利用率仅为40.4%,应采取措施减小深层入渗量以提高灌溉水利用率。     

人工油松林不同生长阶段深层土壤有机碳和活性碳的差异及其影响因素

研究深层土壤碳库动态对了解陆地生态系统深层碳汇潜力、应对全球CO₂升高具有重要意义。论文以黄土丘陵区人工油松林为研究对象,以撂荒地为参照,分析了不同生长阶段的人工油松林地0~200 cm土层土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）和活性有机碳（readily oxidizable carbon,ROC）动态变化特征及其影响因素。结果表明：在0~200 cm剖面上,不同生长阶段油松林SOC含量及储量较撂荒地显著提高。浅层（0~100 cm）SOC平均含量,成熟林为撂荒地的2.03倍,提高最大;其次是中龄林,为1.85倍;最后是幼龄林,为1.59倍。深层（100~200 cm）SOC平均含量,幼龄林、中龄林和成熟林分别较撂荒地提高了1.43、1.38和1.36倍。各生长阶段油松林浅层和深层SOC储量分别占0~200 cm SOC储量的61.0%~69.8%和30.2%~39.0%,不同生长阶段间浅层SOC储量差异显著,但深层SOC储量差异不大。浅层ROC储量,幼龄林、中龄林和成熟林依次提高了54.8%、82.0%和91.6%;深层ROC储量依次提高了32.4%、40.9%和58.1%,且深层储量占0~200 cm土层的31.2%~33.3%。不仅浅层SOC和ROC含量受多个因素的影响,而且深层ROC含量也与油松高度、根系生物量以及枯落物厚度、干重呈极显著正相关。因此,人工林建设不仅显著提高浅层SOC和ROC含量,而且对深层土壤的固碳能力有一定改善。     

华北平原地下水浅埋区土壤水分动态的时间序列分析

以沧州和衡水实验站为华北平原地下水浅埋区典型区,利用3 a土壤水负压和地下水观测数据,研究了不同年份和土壤质地土壤水分动态。土壤水分数据表明,平水年或丰水年后的枯水年土壤水分从表层到深层为增长型趋势,枯水年为增长-减小-增长趋势;在土壤非均值条件下(沧州),土壤水分具有补给和消耗的季节性变化,而土壤均质条件下(衡水),无明显季节性变化。时间序列分析结果表明,平水年或丰水年沧州实验点土壤浅层(100 cm以上)和深层(100 cm以下)具有明显差异,从上到下土壤水分更加稳定,衡水实验点无明显差异性;枯水年两实验站浅层和深层差异性更小。土壤质地在降水和土壤水以及地下水的响应关系方面具有显著作用。     

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。     

氮添加对生长季寒温带针叶林土壤有效氮和酸化的影响

基于低剂量、多形态的N添加控制实验,以大兴安岭寒温带针叶林为研究对象,通过长期持续的原位增N处理,测定了2010年、2012年和2013年生长季初期(5月)和生长旺季(8月)0~10 cm土壤有效氮(NH+4-N和NO-3-N)含量以及土壤p H值.结果表明,生长季初期和生长旺季土壤有效氮均以NH+4-N为主,NO-3-N含量较低,其中NH+4-N含量占无机氮含量的96%以上.随着增N时间的延长,同生长旺季相比,增N对生长季初期0~10 cm土壤NH+4-N影响较为明显,且主要受施N类型影响.与此相反,生长旺季0~10 cm土壤NO-3-N含量高于生长季初期.N输入对生长季初期和生长旺季土壤NO-3-N影响较为明显,且低N处理更倾向于促进0~10 cm土壤NO-3-N的富集.随着时间的延长,土壤NH+4-N和NO-3-N对增N的响应都由前期的不显著向后期的显著转变.增N对生长季初期和生长旺季0~10 cm土壤p H值影响显著,其中低N处理的土壤和生长旺季阶段土壤p H值相对较低.随着增N时间的延长,土壤p H值对增N的响应也由前期的不显著向后期的显著转变.长期持续的增N处理已经使大兴安岭寒温带针叶林0~10 cm土壤产生了明显的酸化.     

不同水分条件沼泽湿地土壤轻组有机碳与微生物活性动态

通过野外实验与室内分析,对三江平原生长季内毛果苔草(Carex lasiocapa)沼泽湿地生物量及0~20cm土壤不同有机碳组分进行观测,分析了不同水分条件下毛果苔草湿地土壤轻组有机碳(LFOC)与微生物量碳(MBC)的变化动态.结果表明,随水位增加毛果苔草群落地上生物量积累明显,与10~20cm积水条件相比,17~30cm水位状况下湿地土壤具有较高的轻组有机质含量与比例.生长季初期冻融过程提高了土壤轻组分(LF)有机碳含量与LFOC含量,之后随植物生长毛果苔草沼泽湿地土壤重组有机碳(HFOC)含量增长快于LFOC,说明毛果苔草沼泽湿地土壤具有较高的重组有机质持有能力.此外不同水位条件下毛果苔草沼泽湿地微生物活性受到土壤有机碳含量影响不同,低水位条件下微生物量碳与SOC呈显著正相关关系(R2=0.859),17~30cm水位条件下二者关系不显著,并且高水位毛果苔草沼泽湿地具有较低的MBC与微生物熵,表明该条件下土壤碳库具有较高的稳定性.     

不同水分条件下小叶章湿地表土有机碳及活性有机碳组分季节动态

通过野外试验与室内分析,考察了三江平原生长季内不同水分条件小叶章(Calamagrostis anguatifolia)湿地表层0～20cm土壤有机碳(SOC)、轻组有机碳(LFOC)与微生物生物量碳(MBC)的季节变化动态.结果表明,不同水分条件小叶章湿地表土SOC及各组分含量季节变化明显.季节性积水条件对表土活性有...     

祁连山区亚高山灌丛土壤含水量的空间分布与月份变化规律

为了探究祁连山区不同灌丛类型的土壤水分时空变异规律,论文以祁连山排露沟小流域的箭叶锦鸡儿（Caragana jubata）、吉拉柳（Salix gilashanica）、金露梅（Potentilla fruticosa）、鲜黄小檗（Berberis diaphana）、甘青锦鸡儿（Caragana tangutica）5种灌丛为对象,建立固定样地,进行了一个生长季的分层（0~10、10~20、20~30、30~40、40~60 cm）土壤含水量监测。结果表明：1）在各灌丛类型样地之间,土壤含水量差异很大,由大到小依次为：箭叶锦鸡儿>吉拉柳>金露梅>鲜黄小檗>甘青锦鸡儿。2）在小流域内空间尺度上,地形（海拔、坡向）、气象（降水、温度）、植被、土壤等作为主要因素共同影响着土壤含水量的差异,导致土壤含水量的空间分布具有随海拔（降水）升高而增大、随地形遮荫作用增强而增大（阴坡高于阳坡）的变化规律。3）不同灌丛类型样地土壤含水量在生长季内各月的变异程度均为弱变异或中等变异,相同土层含水量变异系数大小顺序基本为：鲜黄小檗>箭叶锦鸡儿>吉拉柳>金露梅>甘青锦鸡儿。     

地膜覆盖对菜地土壤剖面温室气体的影响

为了解地膜覆盖对菜地剖面温室气体的影响,本研究利用扩散箱法测定了2014-2015年西南地区辣椒-萝卜轮作菜地10、20和30 cm土壤剖面的CH₄、CO₂和N₂O的浓度.结果表明,整个观测季覆膜（F）和不覆膜（NF）处理土壤剖面的CH₄浓度均随土壤深度增加而降低.与NF相比,覆膜极显著提高了辣椒季30 cm土层的CH₄浓度（p<0.01）,但极显著降低了萝卜季20 cm土层的CH₄浓度（p<0.01）,且对观测季其他土层的CH₄浓度无显著影响（p>0.05）;与CH₄相反,整个观测季覆膜和不覆膜处理土壤剖面的CO₂浓度均随土壤深度增加而增加.与NF相比,覆膜显著提高了辣椒季30 cm土层和萝卜季各土层的CO₂浓度（p<0.05）;与CO₂相似,整个观测季节覆膜和不覆膜处理土壤剖面的N₂O浓度均随土壤深度增加而增加.与NF相比,覆膜对辣椒季各土层的N₂O浓度影响不显著（p<0.05）,却显著增加了萝卜季各土层的N₂O浓度（p<0.05）.总之,在辣椒季,地膜覆盖有利于深层土壤（30 cm） CH₄和CO₂的积累,而对N₂O的影响却不显著.在萝卜季,地膜覆盖不利于中层土壤（20 cm） CH₄的积累,但有利于各土层CO₂和N₂O的积累.Pearson相关性分析结果表明,在辣椒季,各处理10 cm土层的CH₄浓度与土壤充水孔隙度（WFPS）呈显著正相关（p<0.05）,各处理10 cm土层的CO₂浓度与各环境因子相关性均不显著（p>0.05）.与CO₂类似,覆膜处理10 cm土层的N₂O浓度与各环境因子相关性不显著（p>0.05）,但不覆膜处理10 cm土层的N₂O浓度与WFPS呈显著正相关（p<0.05）.在萝卜季,各处理10 cm土层的CH₄浓度与各环境因子相关性不显著（p>0.05）,各处理10 cm土层的CO₂和N₂O浓度与地下10 cm温度和土壤氮素呈显著正相关（p<0.05）.WFPS是影响10 cm土层CH₄浓度的主要因素,土壤温度和土壤氮素是影响10 cm土层CO₂浓度的主要因素,WFPS、土壤温度和土壤氮素是影响10 cm土层N₂O浓度的主要因素.     

芦苇湿地生态系统对造纸废水中铅的净化研究

采集辽宁双台河口芦苇湿地芦苇样品,于沈阳农业大学实验场的试验池内进行了对废水中Pb净化的模拟试验.分析了芦苇生长季内,造纸废水、湿地土壤和芦苇组织中的Pb分布特征.结果表明,芦苇灌溉20%浓度的造纸废水,对Pb的去除率最高;芦苇在拔节期阶段,去除效果最好.对于同一生长期,在10cm水深处Pb的含量最少,净化效果最明显;在10~40cm深度土壤对Pb的热力学吸附差异显著.随着采样深度的增加,土壤在10cm深处对Pb的吸附量最大,净化效果最明显.芦苇组织中Pb的分布特征为,在芦苇整个生长期内,芦苇根组织对Pb的吸收量最大,其次为茎组织,而叶组织对Pb的吸收量最小.