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。     

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.     

西北地区不同土壤水分处理对温室大棚番茄产量和耗水的影响

根据番茄的生长发育特点,分别以50%、60%、75%田间持水量作为苗期、花期、结果期的土壤水分下限,按照不同的土壤水分上限设置不同的灌水量处理。对番茄不同生育期的灌水量、耗水量、产量、水分利用效率及其关系进行了研究。结果表明,灌水控制上限和下限之间存在交互效应,番茄灌水量、耗水量与其具有显著的正相关性;当灌水控制下限一定时,耗水强度和耗水模数随灌水控制上限的减小呈降低趋势;番茄苗期、花期和结果期的灌水控制上、下限(占田持)分别控制在50%～65%、60%～75%和75%～85%为宜。     

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。     

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。     

黄土高原人工林土壤水分效应的地带性特征

为提高黄土高原人工植被建设成效,依据天然植被呈地带性分布的规律,对比分析不同地带人工林与天然植被对土壤水分利用的差异。结果表明:不同植被地带的人工林下均存在一定程度的水分亏缺和干化层现象,其严重程度为森林带<森林草原带<典型草原带。森林带的水分条件可满足林木成材对水分的需求,林木采伐后土壤水分可得到很好恢复;森林草原带可满足10龄以下林木生长对水分需求,10龄以上林分的水分亏缺严重,林木采伐后土壤水分恢复进程缓慢;典型草原带不能满足人工林生长对水分需求。在此基础上,提出了与地带性水分条件相适应的人工林草植被建设模式。     

土壤微生物量和土壤呼吸对降雨的响应

本研究在北京门头沟龙凤岭水土保持科技示范园内进行,降雨前后连续测定土壤微生物量和土壤呼吸,探讨土壤微生物量和土壤呼吸对降雨的响应。结果表明：干旱的土壤降雨后土壤微生物量和土壤呼吸骤升随后逐渐衰减,第1场降雨后土壤微生物量碳、氮和土壤呼吸分别是干旱期的3.08、2.83、2.50倍,第2场降雨后土壤微生物量碳、氮和土壤呼吸分别是干旱期的1.08、1.63、1.68倍,降雨使土壤微生物量和土壤呼吸产生的激增效应仅持续1 d。第3场降雨量仅为0.40 mm,土壤微生物量和土壤呼吸增加的幅度不是很大。     

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。     

水分条件对中山杉406光合特性的影响

采用室内盆栽方式,以两年生落羽杉属杂交树种中山杉406(Taxodium‘Zhongshanshan 406’)为试验材料,设置对照、渍水和淹水3种处理,研究了水分条件对中山杉406叶片的叶绿体色素、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2摩尔分数(Ci)等光合特性的影响。结果表明,中山杉406的叶绿素a、叶绿素a+b和类胡萝卜素质量分数随土壤水分增加而逐渐降低,但处理间均无显著差异。同样,不同处理间的Tr、Gs和Ci等光合参数无明显规律。光合-光强响应曲线表现出明显的光饱和限制。不同光强下,对照与淹水处理的中山杉406叶片净光合速率高于渍水处理,但处理间没有显著差异。而光饱和在对照处理显著(P<0.05)高于渍水和淹水处理。在渍水和淹水下,中山杉406的光合特性没有发生明显变化,表明其具有良好的耐湿耐水特性,在湿地的恢复与构建方面有广阔的应用前景。     

黄土丘陵区小流域不同整地措施长期影响下的土壤水力学特性

水分是维持旱区生态系统健康与可持续性的关键因子.整地措施能够重塑地表微地形,利于旱区雨水收集、侵蚀防控和促进植被恢复,整地长期影响下的土壤水力学性质是本文的研究重点.以定西龙滩流域为研究区,通过野外采样与室内实验相结合,分析植被恢复过程中典型整地措施(鱼鳞坑、反坡台)的土壤水分时空分布、土壤水分特征曲线和水分常数,并辅以自然坡面为对照定量评价工程措施的土壤水力学特性.结果表明:(1)整地可以有效提高土壤水分含量.整地后土壤水分体积分数平均提高1.883%,相比自然坡面高出了22.62%.反坡台和鱼鳞坑整地后,土壤水分含量分别提高了29.69%和15.55%.(2)与对照相比,鱼鳞坑和反坡台的饱和含水量分别提高了7.52%和4.24%,有效水含量分别提高了4.74%和11.40%,整地措施能够提高土壤持水力和供水力,改善土壤水力学性质.(3)整地措施对表层土壤持水能力和供水能力的影响较深层大,与对照相比,鱼鳞坑和反坡台表层土壤(0~20 cm)有效水分提高了38.75%和23.84%,而深层(60~80 cm)有效水分与自然坡面差异只有3.34%和3.85%;土壤水分差异也随着土层深度而减少.本研究定量评价了不同整地方式和自然坡面的土壤水分特性,其结果期望为脆弱生态系统植被恢复和水土资源管理提供科学依据.