土壤水分有效性研究综述

本文对土壤水分有效性的诸多方面，如田间持水量，凋萎湿度，土壤有效水量，土壤水分有效性的经典概念，土壤水分有效性的新概念，以及描述土壤水分有效性的评价标准和方法等，进行了介绍、评述和论述．     

基于相对湿润度指数的西南春季干旱10年际演变特征

基于相对湿润度的干旱指数分析方法,应用中国西南1958—2012年气候资料,分析近55年中国西南春季干旱10年际时空分布和演变特征。结果表明:1958—2012年西南春季干旱发生频率呈东北向西南递增分布特征,春季干旱发生频率80%以上区域分布于云南高原、川西高原和川西南山地区域;川西高原和川西南山地的部分区域几乎每年春季均会出现轻度干旱。重旱和特旱主要分布于川西高原南部、川西南山地和云南高原北部区域。西南春季轻旱、中旱和重旱以上干旱平均发生区域占研究区域总面积分别为42%~45%、16%~29%和1%~8%,春季轻旱发生面积呈波动变化,中旱和重旱发生面积呈略减少趋势。云南高原、川西高原和川西南山地春季干旱强度大,但干旱强度振荡幅度小,年际波动小;川东盆地、贵州高原春季干旱强度虽然相对较小,但干旱强度振荡幅度大,年际波动大。西南春季干旱变化经历了5个明显的变化阶段,即20世纪60年代,干旱强度逐渐增强;70年代,干旱强度逐渐减弱;80年代到90年代初,干旱强度又一次加强;在90年代中期到2004年,干旱强度再次减弱。西南春季干旱指数存在显著的2~3 a和7~8 a周期振荡,春季轻旱发生面积呈波动变化,中旱和重旱发生面积呈略减少趋势。2005年后干旱指数累积距平呈负增长趋势,干旱强度逐渐增强,预计未来10年干旱强度可能将增强。     

27年生杉木观光木混交林土壤肥力的初步探讨

对27年生杉木观光木混交林及杉木纯林的土壤肥力研究表明,混交林的孔隙状况、水分状况、团聚体结构和养分含量均比纯林有所改善.混交林0～20 cm土壤的非毛管孔隙比纯林的大3.68%,最大持水量、田间持水量和有效含水量分别比纯林高出8.56%、4.92%和8.892%;0～     

川西北高山/亚高山区6种典型土壤类型水文效应

通过测定川西北高山/亚高山区6种典型土壤类型(亚高山草甸土、高原草甸土、暗棕壤、棕壤、黄棕壤、褐土)不同土层深度有机碳含量、容重、孔隙度、持水蓄水及渗透性能,揭示6种土壤类型孔隙度及水文效应差异及在垂直空间的变化规律,建立6种土壤类型渗透速率与时间关系的渗透模型.结果显示:(1)0-100 cm土层6种土壤类型有机碳含量均值表现为高原草甸土亚高山草甸土褐土棕壤黄棕壤暗棕壤;不同土壤类型有机碳含量在相同土层差异显著(P 0.05),同一土壤类型随土层加深而减小;容重在0.87-1.79 g/cm~3之间,随土层加深容重增加;总孔隙度为37.6%-55.81%.(2)0-100 cm土层自然贮水量、最大持水量、非毛管持水量平均值亚高山草甸土最高;田间持水量、涵蓄降水量黄棕壤最高;随土层加深,最大持水量、毛管持水量、非毛管水量、田间持水量、涵蓄降水量增加.(3)6种土壤类型均表现为初渗速率大于稳渗速率,土壤类型间差异显著,渗透速率与时间呈幂函数关系,接近于考斯加柯夫公式.上述研究表明土壤类型的差异对孔隙特征和水文效应的作用显著,主要集中在土壤最大持水量、非毛管持水量及渗透速率方面;结果可为川西北地区不同土壤类型背景下生态环境恢复重建、生态系统水源涵养功能评价提供理论依据.(图2表5参26)     

黄果柑果园不同坡位土壤水文生态功能及其影响因子

坡地果园是大渡河干暖河谷两岸一种常见的土地利用方式.大面积坡地果园垦殖导致了严重的水土流失.为了解坡位是否以及如何影响果园土壤的水源涵养能力,选择大渡河流域典型的2类黄果柑坡地果园为研究对象,比较不同坡位间(下坡、中坡、上坡)的土壤物理性质与持水能力的差异,并探讨土壤颗粒组成、孔隙度、容重以及细根生物量与土壤水源涵养能力的关系.结果显示:与下坡位相比,中坡位和上坡位黏粉粒质量分数分别降低4%-30%和20%-42%,而0.1-2 mm砂粒的质量分数分别增加7%-10%和7%-16%,表明上坡位的土壤有粗骨化的趋势;中坡位和上坡位土壤容重分别增加7%-10%和11%-16%,土壤总孔隙度分别减少3%-12%和19%-25%,最大持水量分别减少2%-12%和4%-13%.在同一坡位,土壤容重随着土层的加深而增加,而土壤总孔隙度和最大持水量呈相反趋势.进一步分析发现,坡位通过影响土壤容重和总孔隙度是决定坡地果园表层土壤持水量的主要因素,而细根生物量对总持水能力也有一定的影响.坡地开垦导致上坡位土壤粗骨化,而下坡位土壤具有良好的水文生态功能;这些结果对于指导坡地种植时控制坡度和坡地的水土流失有一定的理论与实践意义.(图2表7参49)     

杨树刺槐混交林沙地土壤的水分—物理性质

研究了刺槐与杨树混交林后沙地土壤水分－物理性质变化的状况,结果表明,刺槐与杨树混交后,土壤水分－物理性质得到了改善,表现在土壤最大持水量增加,毛管持水量、田间持水量得以提高,土壤有效持水量也有了较大幅度的提高,刺槐与杨树混交后土壤总孔隙度、非毛管孔隙度、毛管孔隙度得到提高,并由此而改善了混交林土壤的渗透性能,表4参7     

南亚热带丘陵土壤水分循环及其有效性的研究──Ⅳ.丘陵土壤贮水量的增减规律

根据三年定位实测资料,阐述0～100cm土层贮水量的动态变化,分析土壤贮水增减与降雨、蒸发的关系．观测结果表明,在气候正常年,雨季土壤贮水为增量,旱季土壤贮水为减量,但在坡地不同坡段和梯地不同梯级,土壤贮水增减有差异。在旱月土壤贮水减至最低,仅相当子田间持水量的55％～80％．因此在土壤水分管理上．应当密切注意土壤贮水减量最大的时期,以采取有效措施减少土壤水分蒸发,提高土壤水分利用率。     

生草和地布覆盖对攀枝花地区芒果园土壤性质及果实品质的影响

为向半干旱区芒果园土壤管理制度的制定提供理论依据,以攀枝花‘凯特’芒果果园为研究对象,设置紫云英生草刈割覆盖模式(雨季生草、旱季刈割覆盖)和地布覆盖模式2个处理,以清耕为对照(CK),于覆盖后第2年测定0-60cm土壤pH、容重、孔隙度、含水量、持水量、贮水量、入渗速率与有机质、速效养分等性状,分析两种地面覆盖模式对芒果叶片叶绿素含量、比叶重及果实品质、产量的影响.结果表明:(1)两种覆盖模式均降低了芒果园土壤pH值、提高土壤水分含量及毛管孔隙度,紫云英生草刈割覆盖还提高了土壤非毛管孔隙度及土壤通气度、降低容重,影响主要集中在0-40cm土层.(2)两种覆盖模式均提高了土壤持水量及贮水量,紫云英生草刈割覆盖优于地布覆盖,0-60 cm土壤最大、毛管、非毛管、田间持水量及吸持贮水量分别较清耕提高27.81%、31.65%、15.16%、10.38%、9.98%,且土壤合理灌溉定额较清耕降低3.80 mm.(3)紫云英生草刈割覆盖区0-60 cm土壤初渗速率、平均渗透速率、稳渗速率和渗透系数较清耕提高18.87%-36.86%,而地布覆盖区土壤入渗性能则无明显提高.(4)地布覆盖区土壤有机质、碱解氮含量与清耕无明显差异,而土壤有效磷、速效钾含量分别较清耕提高31.84%、14.43%;紫云英生草刈割覆盖区土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量分别较清耕提高74.48%、56.60%、84.20%、21.59%.(5)两种地面覆盖模式均提高了芒果叶片叶绿素含量及比叶重,提高了芒果果实可溶性固形物含量及固酸比,紫云英生草刈割覆盖模式还降低了芒果可滴定酸含量、提高了芒果单果重.可见,两种地面覆盖模式在改善土壤理化性质、提高土壤蓄水保墒能力、增强土壤肥力、提高果实品质方面均有良效,攀枝花半干旱区芒果园采用紫云英生草刈割覆盖模式效果更佳.(图3表3参49)     

川西亚高山6种彩叶林群落土壤持水动态特征

森林土壤作为森林涵养水源的主要场所,可能通过对降水的再分配作用对森林生态系统水循环产生重要影响.为探究高寒地区不同森林生态系统土壤持水差异,以地处高山峡谷区的6种不同类型亚高山彩叶林为对象,以裸地为对照,在2018年8月至2019年5月间,通过生长季和冻融季节前、后采样监测不同林分土壤的持水动态特征.结果显示:川西亚高山彩叶林群落土壤现存贮水量在生长季、冻融前和冻融后分别为25.13-287.55 mm、31.15-230.62 mm和38.68-307.15mm.彩叶林群落土壤间的持水性存在差异,土层厚度高的裸地(bareland,BL)和落叶松林(Larixgmelinii forest,LF)土壤持水量高,而亮叶桦-青麸扬林(Betulaluminifera-Rhuspotaniniiforest,BRF)土壤持水率更大,其不同时期下的毛管持水率、非毛管持水率、最大持水率和最小持水率分别为139.66%-221.35%、64.63%-102.48%、204.29%-323.83%和93.48%-132.46%,持水能力强.同时,林分土壤的持水性随季节改变,在冻融后,林分土壤贮水量、持水量显著增加,而持水率有不同程度的增加.本研究表明群落环境和土壤结构不同使彩叶林群落土壤间持水性存在差异,且冻融循环通过改变土壤物理结构可提高土壤持水能力;上述研究结果可为改善该区域彩叶林水文生态功能提供科学数据.(图4表3参39)     

宁夏河东沙区柠条植株叶片蒸腾对干旱胁迫的响应

以宁夏河东沙地沙生灌木柠条(Caragana korshinskii Kom.)为材料,采用采用盆栽方法分析不同土壤水分条件下的柠条植株叶片蒸腾日变化特征及其与环境因子的相关关系,研究干旱胁迫下柠条蒸腾对主要环境驱动因子的响应机制,为区域植被恢复与重建及林分结构的优化配置提供理论依据。结果表明,(1)充分供水条件下的柠条蒸腾速率是土壤水分严重胁迫下的3.43倍,随着水分胁迫的加剧,蒸腾速率峰值前移,且日蒸腾过程在较为干旱时表现为双峰型;各水分梯度下柠条蒸腾速率日过程与气孔导度具有相同的变化规律,呈极显著的线性相关。(2)随着土壤含水量的逐渐降低,柠条苗木叶片蒸腾速率先增加后缓慢下降,过高的土壤含水量同样会抑制植物的蒸腾,该临界值为15.78%,即土壤质量含水量为田间持水量的74.1%。(3)低光强柠条叶片蒸腾作用的光响应曲线差别不大,都表现出随着光合有效辐射强度增加而缓慢上升的趋势,但启动速度随着土壤含水量的减少而降低;在土壤水分受到限制时(土壤质量含水量≤40%田间持水量),进一步增强光合有效辐射量(≥1 000μmol·m-2·s-1)并没有使蒸腾速率提高,严重水分胁迫下,增加光辐射强度反而导致蒸腾速率降低。(4)柠条蒸腾速率的主要影响因子偏相关分析表明:充分供水下,光合有效辐射(PAR)是主要影响因子,贡献率为54.4%;随着土壤含水量的下降,气孔对PAR的敏感性下降,叶片内外水汽压饱和亏缺成为调节柠条蒸腾过程的主导因素。     

赤红壤的贮水量及其有效性

（１）赤红壤的贮水总量和有效水量的分布有明显的规律性．２—９月占全年的７０％左右，１０月—翌年１月占３０％左右．（２）赤红壤的有效水量占总贮水量的３１％—４４％，土壤肥力高的耕作赤红壤，其有效水量占总贮水量的３６％以上．在年降雨量小于１６００ｍｍ、蒸发量大于１１００ｍｍ的条件下．表土层有效贮水量低于萎蔫含水量出现的时间与土壤熟化程度有关，熟化度高的出现在１２月—翌年１月，熟化度低的往往出现在１０月—翌年１月．历时３—４个月．（３）赤红壤０—１００ｃｍ土体的贮水量及有效贮水量低于红壤而高于砖红壤．     

秸秆覆盖对旱地红壤水分动态变化的影响

在中国科学院红壤生态实验站的猕猴桃园上进行秸秆覆盖改进方法的试验．结果表明,旱地红壤覆盖秸秆后再覆±5-10cm,与原来单纯覆盖秸秆相比,在干旱季节表层土壤水分含量可增加1．5％,凋萎含水量出现几率减少8％,抗旱效果大大增强,是一种值得推广的防旱措施．另外,与对照相比,深翻0．8m对改善土壤水分状况也有明显效果．不同覆盖物的试验结果表明,覆盖草本植物残体,在改善表层土壤水分状况、提高作物产量上的效果优于覆盖秸秆植物残体,建议在应用诸如玉米等稿秆作物的秸秆进行覆盖时应进行切碎处理并适当配施无机肥料．     

福建赤红壤旱地与红壤旱地水分特性的比较

释放80%的有效水时赤红壤旱地的t值（当释放的土壤有效水占有效水库容的比率为80%时的土壤水吸力值）较小,表明赤红壤旱地持水性较红壤旱地更差,植物更容易受到干旱的协迫。赤红壤旱地贮水库容比红壤旱地小,赤红壤旱地的比水容量达到10-2数量级（难效水）在-10kPa~-30kPa就开始出现,而红壤旱地出现在-30kPa以下,表明赤红壤旱地的失水速度快,保水供水性能弱于红壤旱地。最后,讨论了影响旱地土壤水分性质的因素。     

Impact of climate change on soil moisture dynamics in Brandenburg with a focus on nature conservation areas

Global warming impacts the water cycle not only by changing regional precipitation levels and temporal variability, but also by affecting water flows and soil moisture dynamics. In Brandenburg, increasing average annual temperature and decreasing precipitation in summer have already been observed. For this study, past trends and future effects of climate change on soil moisture dynamics in Brandenburg were investigated, considering regional and specific spatial impacts. Special Areas of Conservation (SACs) were focused on in particular. A decreasing trend in soil water content was shown for the past by analyzing simulation results from 1951 to 2003 using the integrated ecohydrological model SWIM [Krysanova, V., Müller-Wohlfeil, D.-I., Becker, A., 1998. Development and test of a spatially distributed hydrological/water quality model for mesoscale watersheds. Ecol. Model. 106, 261–289]. The trend was statistically significant for some areas, but not for the entire region. Simulated soil water content was particularly low in the extremely dry year 2003. Comparisons of simulated trends in soil moisture dynamics with trends in the average annual Palmer Drought Severity Index for the region showed largely congruent patterns, though the modeled soil moisture trends are characterized by a much higher spatial resolution. Regionally downscaled climate change projections representing the range between wetter and drier realizations were used to evaluate future trends of available soil water. A further decrease of average available soil water ranging from −4% to −15% was projected for all climate realizations up to the middle of the 21st century. An average decrease of more than 25 mm was simulated for 34% of the total area in the dry realization. Available soil water contents in SACs were generally higher and trends in soil moisture dynamics were lower mainly due to their favorable edaphic conditions. Stronger absolute and relative changes in the simulated trends for the past and future were shown for SACs within Brandenburg than for the state as a whole, indicating a high level of risk for many wetland areas. Nonetheless, soil water content in SACs is expected to remain higher than average under climate change conditions as well, and SACs therefore have an important buffer function under the projected climate change. They are thus essential for local climate and water regulation and their status as protected areas in Brandenburg should be preserved.     

库布齐沙漠自然植被与人工植被土壤水盐的空间异质性比较研究

干旱半干旱地区土壤水盐的空间分布对土地利用和生态恢复具有重要作用。运用传统统计学和地统计学对库布齐沙漠5种自然植被和5种人工植被0～10和10～20cm深度土壤水分和盐分的空间异质性进行了小尺度比较分析。结果表明：9种群落的土壤水盐平均值下层大于表层,且盐分的空间相关性较水分更高;人工植被土壤水分（CV=5.3%～22.7%）和盐分（CV=15.7%～51.2%）具有空间分布均匀、层间差异不明显等特征,而自然植被水分（CV=9.9%～32.6%）和盐分的（CV=26.9%～180.0%）却与之相反;小尺度上,人工植被土壤不同层间的水分关系、盐分关系以及水盐关系可能随建植时间的增加会越来越不明显,格局强度将不断减弱,这也极有可能改变大尺度上的水盐运移状况,进而影响研究区生态系统的稳定性和安全性。     

土壤水分胁迫对花生籽仁矿质元素含量的影响

选用我国北方地区近年来选育或推广应用的29个花生品种（系）,采用全生育期内人工控水盆栽试验,设置正常供水（控制整个生育期土壤含水量为田间持水量的75%~80%）和中度干旱胁迫（控制土壤含水量为田间持水量的45%~50%）2个水分处理。收获后分析籽仁中铁、锌、锰、铝、镉等微量元素和钙、镁、钾、磷、氮等主要矿物质元素含量。结果表明,花生籽仁中铅、铬含量极低,未能检测出;品种间各微量和其他矿质元素含量均存在明显差异,微量元素中,铝平均含量最高,锰含量最低,铁和锌含量居中。干旱使花生籽仁中除铝之外的铁、锌、镉、锰微量元素含量显著增加,尤其是铁,其含量是浇水条件下的2.9倍,其次是镉,为浇水条件下的2.4倍,锌也达1.6倍;但干旱使籽仁中钙、镁含量降低,氮、磷、钾3元素的变化不大,两处理间差异不明显;两处理中除锌元素外其余矿质元素含量间的相关系数间均呈显著或极显著相关关系,镁、锰和镉三元素间的相关系数最大,均在0.95以上,钙次之,磷最小。表明土壤干旱可提高花生籽仁中铁、锌、镉、锰微量元素含量,且微量矿质元素协同效应明显;土壤湿润降低花生籽仁中磷、钾元素与其他矿质元素间的相关关系。     

高寒沙区两种典型固沙植物改良土壤的策略

植被恢复与重建是退化土地生态修复的重要途径,植物与土壤环境的关系一直是热点科学问题,但对高寒沙区尚缺乏系统性的研究。为探明不同沙生植物对高寒沙地土壤的改良策略,以青海共和盆地中间锦鸡儿(Caragana intermedia)和乌柳(Salix cheilophila)两种典型固沙植物为研究对象,通过对比细根分布规律分析其环境适应性,结合林地土壤物理性质、有机碳含量和土壤含水量等要素,分析两种植物对土壤的改良作用。结果表明,(1)两种植物的细根主要集中在0-60 cm土层,中间锦鸡儿水平方向分布更多,且细根平均生物量密度和有机碳含量都高于乌柳。(2)乌柳人工林各深度土壤有机碳密度均高于中间锦鸡儿,其累计百分比在0-40 cm土层较高,中间锦鸡儿在40-120 cm较高。(3)两种人工林的土壤容重、最大持水量和毛管持水量均值差异不显著。中间锦鸡儿林地土壤容重在0-40 cm土层大于乌柳,在40-120 cm小于乌柳;其最大持水量和毛管持水量在0-60 cm小于乌柳,在60-120 cm大于乌柳。(4)两种人工林土壤含水量和土壤温度都呈表层高,随土壤深度递减趋势。乌柳林地各深度土壤含水量均高于中间锦鸡儿,土壤温度均低于中间锦鸡儿。研究表明,中间锦鸡儿的环境适应性和固沙能力较强,倾向于深层土壤改良和固碳策略;乌柳人工林的固碳作用和涵养水源能力较强,倾向于表层土壤改良和固碳策略;同时,两种人工林都倾向于表层保水的策略。该文通过对比分析不同沙生植物改良土壤的策略,为长期研究高寒沙区生态修复与优良固沙植物筛选等工作提供理论依据。     

土壤温度和湿度对鲁东南杨树人工林土壤呼吸的协同影响

利用GXH．3051红外C02气体分析仪结合自制密闭箱对鲁东南中龄杨树人工林（MAP）和成熟杨树人工林（MP）土壤呼吸、自养呼吸和异氧呼吸进行了为期2a的定位研究,分析土壤温度和湿度与土壤呼吸的关系及动态变化,探讨土壤温度和湿度对土壤呼吸的协同影响。结果表明,（1）MAP和MP土壤呼吸具明显的季节特征,均呈单峰变化,7月达到高峰,分别为4．43和3．55μm01·m-2．s-1,1月处于低谷,分别为0．72和0．54tmaol·m-2．S-1。（2）土壤温度与土壤呼吸的关系可用指数模型R=ae加’进行拟合,土壤湿度与土壤呼吸的关系可用线性模型R=aW＋b进行拟合。（3）土壤温度和湿度与土壤呼吸的综合关系可用非线性模型R=aebrWc较好地拟合,共同解释了MAP和MP不同年份土壤呼吸、自养呼吸和异氧呼吸的83．3％－85．1％、71％－79．2％、58．6％－76．5％和82．4％－88．3％、68．9％－78．2％、50．2％－78．2％,双因素模型明显优于仅考虑土壤温度或土壤湿度的单因素模型,表明鲁东南杨树人工林土壤呼吸主要受土壤温度和土壤湿度的协同影响。     

雷州半岛桉林-砖红壤水分动态变化特征研究

根据定位观测数据,对雷州半岛浅海沉积物发育的桉林地砖红壤水分状况及其动态变化进行了初步探讨.结果表明,受水分蒸发量大等因素的影响,0～100 cm土层月均贮水量较低;主要受降雨分布的影响,土壤水分呈明显的季节性变化特征且季节性干旱时间较长,8～