黄土丘陵区小流域不同土地利用方式土壤水分动态规律研究

土壤水是生态系统中植物赖以生存的基础，同时也是流域水循环中最为活跃的部分，影响着植物生长、生态环境建设以及水资源的合理分配与高效利用。黄土高原大部分地区地处半干旱、半湿润地区，加之其特殊成土过程形成的&ldquo;土壤水库&rdquo;，使得土壤水在该区生态环境建设中发挥着不可替代的作用。在黄土高原开展的以植被恢复为主的生态环境建设取得一定成绩的同时，土壤水资源储量被认为有减少的趋势。如何在开展生态建设的同时，实现土壤水资源的可持续利用是我们亟待解决的科学问题。本论文对黄土丘陵区延安燕沟流域不同土地利用方式的土壤水分时空变化及亏缺补偿特征进行了研究，并结合稳定性同位素技术，初步探讨了该区水循环中降水、土壤水、河流水和地下水的同位素组成特征，得出了以下结论：1）降水年型对不同植被类型土壤水分的季节变化和剖面垂直变化均有一定影响。旱农坡地平水年土壤水分的季节变化平缓；枯水年雨季前土壤水分缓慢减小，雨季后显著增加；丰水年则整体增加，且雨季后增加明显。刺槐林、沙棘灌丛和白羊草地平水年土壤水分的季节变化表现为整体降低；枯水年沙棘灌丛土壤水分先减后增，刺槐林与白羊草地呈&ldquo;W&rdquo;型曲线变化，两个最低值均出现在6月和8月；丰水年沙棘灌丛和刺槐林土壤水分的季节变化呈&ldquo;V&rdquo;型，白羊草地土壤水分波动较大，最低值出现在8月。旱农坡地枯水年的土壤水分活跃层和次活跃层深度较平水年下移，丰水年次活跃层消失；丰水年和枯水年，刺槐林和白羊草地土壤水分活跃层深度均较平水年下移，沙棘灌丛则上移。2）梯田各层土壤水分变化态势相似程度较高，即梯田土壤水分的垂直波动较小；不同土地利用方式下均是表层（0-30cm）和中层（30-100cm）土壤水分的灰关联度较大，即土壤水分的变化发展态势较一致，但由于不同利用方式的影响，土壤水分变化态势的相似程度为梯田＞白羊草＞刺槐＞沙棘，除白羊草地外，其他土地利用方式下表层（0-30cm）与深层（100-200cm）的土壤水分灰关联度最小，土壤水分变化差异较大。从各月土壤水分灰关联度来看，沙棘除10月外，其他各月土壤水分变化态势的相似程度较高；白羊草地正好相反，整个生长季土壤水分的变化波动很大；梯田和刺槐林地居中，但各月土壤水分变化态势的相似程度仍存在差异，表现为雨季前各月土壤水分变化较为一致，雨季后的9、10月份与4月份相比差异较大。说明不同的土地利用方式对土壤水分的垂直变化和月动态均产生不同影响。3）不同水土保持措施雨季前后土壤储水均处于亏缺状态。降雨最多的7月份土壤储水亏缺均有不同程度的缓解，退耕坡地和梯田亏缺状态明显减轻；8月份表层土壤储水亏缺加剧；雨季后的10月份土壤储水均得到恢复。退耕坡地土壤储水亏缺度随土层深度的增加而减小，鱼鳞坑则随土层深度的增加土壤储水亏缺程度增大。梯田与水平阶相同，100-200cm土壤储水亏缺度最大，0-50cm次之，50-100cm最小。降雨对退耕坡地和梯田0-200cm土壤水分均有正补偿作用，补偿深度均为160cm。水平阶90cm处和160cm以下均出现负补偿现象。鱼鳞坑仅在30cm处出现负补偿，降雨补偿深度为100cm。在0-200cm土壤剖面上，土壤储水亏缺补偿度CSW依次为退耕坡地＞梯田＞鱼鳞坑＞水平阶。4）黄土丘陵区降水线方程与全球降水线方程以及我国降水线方程相比，斜率与截距均偏小，这与研究区地处内陆，次降雨量小，空气湿度低，降水在降落过程中经过较强的蒸发有关。土壤水同位素组成变化远远小于降水。土壤水的氢氧同位素值均位于当地降水线的右下方，表明降雨在补给土壤水之前经历了强烈的非平衡蒸发，分馏明显。不同土层土壤水的氢氧同位素组成存在差异，表层30cm受降雨的影响较大，深层受土壤蒸发动力影响较大。2007年7月31日和8月10日土壤水氢氧同位素的剖面分布均呈&ldquo;凹&rdquo;型，最小值在200cm处，而9月1日土壤水氢氧同位素剖面分布呈&ldquo;凸&rdquo;型，最大值在200cm处。地表水氢氧同位素的平均值和标准差均小于降水。地表水氢氧同位素之间的关系为：&delta;D＝6.37&delta;18O－12.08（R2＝0.97，n＝21）。该方程斜率和截距均小于当地降水线方程的斜率和截距，氢氧同位素值大多数位于当地降水线右下方且与降水线接近，说明河流水来源于降水，并且受不同程度非平衡蒸发较小。河水的氢氧同位素组成受降雨的影响较大，也与前期河水同位素组成及流量有关。河水不同部位所受非平衡蒸发程度不同，导致河流水体不同部位氢氧同位素值不同，但经不同水体充分混合后，出现从上游至下游同位素值逐渐增大的趋势。井水与泉水的氢氧同位素组成较降水和土壤水变化范围明显都小。井水和泉水的&delta;D和&delta;18O均落在当地降水线右下方且与降水线接近，与降水的平均&delta;D和&delta;18O也很接近，说明井水和泉水均来源于大气降水，且在降水补给过程中由于非平衡蒸发引起的同位素分馏较小。降雨对泉水的补给滞后30天左右。降雨对井水的补给滞后时间以及土壤水对地下水的补偿作用还需进一步研究。</span

Soil Moisture Dynamics Under Differewt Land Uses in Hilly and Gully Area on Loess Plateau

采用定位监测法,对黄土丘陵沟壑区的延安燕沟不同土地利用方式下土壤水分动态变化规律进行了系统分析。结果表明,在2002年降雨前期较多后期较少的情况下,土壤水分4&mdash;10月间呈现总体下降趋势,降雨对土壤水分的补偿效应明显不足;不同植被下土壤水分季节变化存在明显差异,苹果园和退耕坡地土壤水分衰减幅度小,林灌草地则水分逐渐减小,变化幅度较大;植被对土壤水分的差异性利用使得土壤平均水分含量以及水分剖面分层均存在差异。各层土壤水分变异系数的垂直变化也因植被类型的不同而存在差异。除浅层0&mdash;10 cm外,不同层次土壤水分变化趋势较缓和,较一致。土壤含水量逐月下降,个别月份水分略有升高,说明降雨对土壤水分的补偿作用在该降雨年型下表现微弱

The Spatial-temporal distribution of rainfall, runoff, and soil water in small watershed and its utilization

基于黄土丘陵区的延安燕沟多年监测资料,通过对燕沟流域的降雨、径流、及其不同土地利用方式下土壤水分等时空分布特征分析,明确了黄土丘陵区降雨的时间、空间分布具有显著差异性。降雨量在6~9月相对集中,年际、月际变异大;同时次降雨量、月降雨量均存在显著空间异质性,如降雨量沿燕沟沟道变化及坡向分异。径流特征是降雨及其下垫面特征的综合反映,3月左右由于气温上升,河道解冻,径流量出现小高峰,雨季后2个月出现最大高峰水量。对径流的利用则由于供水/需水时间错位,利用主要集中在枯水季节(4~6月),土壤水资源由于地形、降雨、植被覆盖等的差异性,特别是植被差异性利用,则存在时空异质性。土壤水分在雨季后1~2月在0~150cm形成高值期,150cm以下的土壤恢复缓慢。植被差异利用形成了土壤水分剖面不同:梯田&gt;草地&gt;拧条林&gt;拧条+五角枫林&gt;沙棘林&gt;刺槐林。根据对水资源系统分析,提出了流域水资源开发利用的对策:农作物适雨种植制度;植被空间合理布局;降雨、土壤水、径流三水联合御旱,提高水资源利用效率

Ecological Water Requirement of Robinia Perseudoacacia in Loess Hilly Region

刺槐林的生态需水量可以理解为该林地的蒸散耗水量,受大气环境、植被生长状况与生长特性、土壤水分条件的综合影响。林木暂时凋萎含水量和生长阻滞含水量分别是能保证林木基本生存和正常生长时土壤含水量的下限,因此,相应的刺槐林地耗水量分别为平均最小生态需水量和平均适宜生态需水量,其数值通过计算林地的潜在蒸散量并利用土壤水分修正系数和林木系数进行订正获得。经计算,黄土丘陵区燕沟流域刺槐幼年林生长季(5&mdash;10月)的最小生态需水量为420.3mm,适宜生态需水量为506.7mm;刺槐青年林的最小生态需水量为602.4mm,适宜生态需水量为730.4mm

Grey relational analysis of soil moisture under different landuses in the Loess Hilly Region

运用灰色关联度分析法,分析了黄土丘陵区的延安燕沟不同土地利用方式下土壤水分的垂直变化和月动态。结果表明:梯田各层土壤水分变化态势相似程度较高,即梯田土壤水分的垂直波动较小;不同土地利用方式下均是表层(0~30 cm)和中层(30~100 cm)土壤水分的灰关联度较大,即土壤水分的变化发展态势较一致,但由于不同利用方式的影响,土壤水分变化态势的相似程度为梯田&gt;白羊草&gt;刺槐&gt;沙棘,除白羊草地外,其他土地利用方式下表层(0~30 cm)与深层(100~200)的灰关联度最小,土壤水分变化差异较大。从各月土壤水分灰关联度来看,沙棘除10月份外,其他各月土壤水分变化态势的相似程度较高;白羊草地正好相反,整个生长季土壤水分的变化波动很大;梯田和刺槐林地居中,但各月土壤水分变化态势的相似程度仍然存在差异,表现为雨季前各月土壤水分变化较为一致,雨季后的9、10月份与4月份相比差异较大。说明不同的土地利用方式对土壤水分的垂直变化和月动态变化均产生不同影响

Dynamic changes of soil moisture in loess hilly and gully region under effects of different yearly precipitation patterns.

采用定位监测法,对黄土丘陵沟壑区不同降水年型下旱农坡地、刺槐林、沙棘灌丛和白羊草地土壤水分的时空变化规律进行了分析.结果表明,降水年型对研究区不同植被类型土壤水分的季节变化和剖面垂直变化均有一定影响.旱农坡地平水年土壤水分的季节变化平缓;枯水年雨季前土壤水分缓慢减小,雨季后显著增加;丰水年则整体增加,且雨季后增加明显.刺槐林、沙棘灌丛和白羊草地平水年土壤水分的季节变化表现为整体降低;枯水年沙棘灌丛土壤水分先减后增,刺槐林与白羊草地呈&quot;W&quot;型曲线变化,两个最低值均出现在6月和8月;丰水年沙棘灌丛和刺槐林土壤水分的季节变化呈&quot;V&quot;型,白羊草地的波动较大,最低值出现在8月.旱农坡地枯水年的土壤水分活跃层和次活跃层深度较平水年下移,丰水年次活跃层消失;丰水年和枯水年,刺槐林和白羊草地土壤水分活跃层深度均较平水年下移,沙棘灌丛则上移

Soil and water conservation benefits and suitability of different forestation trees in tableland-gully area of the Loess Plateau

研究黄土高原沟壑区不同树种幼林的水土保持效益及其适应性。【方法】以草地为对照,对黄土高原沟壑区刺槐、油松、沙棘、侧柏纯林及其混交林径流小区的产流产沙情况、土壤水分状况及各树种的生理特性进行了分析。【结果】造林初期,各树种及其不同造林方式的水土保持效益均比较差,处于水土保持功能低下阶段,土壤侵蚀的差异主要是由植被的不同覆盖度引起的,二者呈二次多项式关系;回归分析表明,当覆盖度达53%时土壤侵蚀较为轻微。草地和各树种林下0~250 cm土层土壤水分变化较大,其中以刺槐消耗土壤水分最多,其次是侧柏,油松、沙棘和草地之间差异不明显;刺槐纯林与其混交林下土壤水分的差异比较明显,而其他树种不同造林方式下的土壤水分无明显差异。各树种叶片的水分利用效率表现为侧柏&gt;油松&asymp;沙棘&gt;刺槐,油松与沙棘混交造林后两者的水分利用效率都有显著提高;各树种叶片的蒸腾速率表现为刺槐&asymp;沙棘&gt;油松&gt;侧柏,沙棘与油松或刺槐混交后,油松与刺槐的蒸腾速率均有所降低,而沙棘变化不显著。【结论】综合考虑树种的水保效益及其适应性可以发现,沙棘与油松混交可能是黄土高原沟壑区较为适宜的一种造林方式