黄土区不同土地利用方式下径流量的神经网络模拟

基于黄土坡面降雨—径流关系的复杂性且非线性特性,引用3层前馈型BP网络模型,对不同土地利用方式(草灌地、刈割地、翻耕地)径流量进行模拟,以植被盖度、降雨强度、坡度、土壤前期含水率和土壤容重5个因子作为输入层变量,次降雨下径流量作为输出层变量,并利用野外人工模拟降雨试验所得到不同降雨强度下各类土地利用径流小区的径流量实测资料,对网络进行模拟训练和预测,取得了较好的结果,平均误差不超过10%。研究结果表明,与传统回归统计方法进行了误差比较,该模型的预测精度更高。

模拟降雨下初始含水量对砂黄土硝态氮迁移特征的影响

利用室内人工模拟降雨,研究了不同初始含水量砂黄土在降雨条件下入渗-径流、土壤侵蚀,以及NO3--N随径流流失和土壤深层淋溶特征。结果表明,初始含水量对产流时刻的影响在相对含水量为49.4%和76.9%之间存在一个转折点,高初始含水量较低含水量产流提前大约15 min;土壤侵蚀量随着土壤初始含水量的增加而增加,相对含水量为97.1%时,侵蚀泥沙量分别是相对含水量22.9%时的2.8倍,49.4%时的2.3倍,76.9%时的1.5倍。初始含水量高的处理径流初始NO3--N浓度高,随后各处理均衰减很快,10 min左右NO3--N含量趋于雨水本底值;土壤初始含水量越低,NO3--N被淋洗的程度越严重,土壤剖面中NO3--N的浓度峰越深。对于黄土高原坡地砂黄土NO3--N迁移特征来看,按照NO3--N迁移数量,随径流和泥沙流失量比向土壤深层迁移的数量小。说明在降雨条件下,NO3--N主要通过土壤深层淋溶损失,且土壤初始含水量越低其损失越严重。针对黄土高原降水量小、分布集中的特点,采取措施增加入渗,蓄积水分,在一定含水量下施肥,以提高氮肥利用率,降低NO3--N的淋溶。

科尔沁沙地小叶锦鸡儿人工固沙群落土壤水分与适宜密度研究

土壤水分是影响半干旱区人工固沙植被生存生长的关键因素。本文依据水量平衡原理，在植物群落层次上探讨沙地水分与植被恢复关系。以科尔沁沙地流沙治理中广泛应用的小叶锦鸡儿群落为研究对象，通过对降水入渗、根系分布和生长、蒸腾速率的研究，分析了不同年龄、密度和坡向的小叶锦鸡儿群落生长季节土壤水分动态和蒸散量，从水分平衡角度探讨在科尔沁沙地西部条件下人工植被建设中的适密度问题。研究结果表明：对于1mx1m密度小叶锦鸡儿人工植被区：随着植被年龄增长，根系分布呈现浅层化趋势，82.25％以上根系分布在O一100cm深度土壤中，浅层土壤截留降水能力增加，降水入渗深度减少，土壤逐步由水分淋溶型转变为非淋溶型；土壤水分含量降低，群落的稳定性下降。对不同年龄、密度、坡向的沙地小叶锦鸡儿群落生长季节土壤水分状况和蒸散量分析表明，1m×1m密度4年生植被区和2m×2m密度19年生植被区土壤含水量高于凋萎湿度，生长末期土壤贮水量有较多节余，土壤水分能够满足植物生长需求。在保证小叶锦鸡儿群落的固沙作用和群落稳定性、土壤水分收支平衡的前提下，科尔沁沙地西部小叶锦鸡儿固沙植被适宜密度为：植被建立初期（1-4年）采用1m×1m密度，成龄后适宜密度为2m×2m。

黄土丘陵区小流域土壤水分时空变异

采用定位监测法,对2002—2005年黄土丘陵区小流域土壤水分的时空动态规律及其主要影响因素进行了分析.结果表明,研究区年均土壤水分剖面呈倒"L"型,水分最低点出现在1.0m深处.表层(0~0.2m)和下层(2.4m以下)土壤水分年际间的差异达显著水平,而季节间的显著差异则表现在土壤表层和中层(1.0~2.4m);干旱年的降水不足显著提高了中、下层土壤水分的空间变异性,而丰水年的降水补充作用则显著降低了上层土壤水分的空间变异性,对中、下层土壤水分变异的影响不大.坡向对土壤水分变异的影响最大,其次是土地利用类型,坡位的影响最小.在干旱年或每年雨季开始时,坡向对土壤水分的影响随土层的加深而减弱,土地利用类型的影响则随之增强;在丰水年或每年雨季结束时,土地利用类型只对上层土壤水分状况具有显著影响,且其影响程度小于坡向的影响.

紫色土丘陵区农用地土壤水分动态变化规律研究

依据定位观测数据，对紫色土丘陵区农用地土壤水分的动态变化规律进行了初步研究。结果表明，该区农用地土壤水分的季节变化主要受降水、蒸发和土地利用状况的影响，呈现出明显的三峰三谷型；垂直梯度变化由于受降雨入渗分布与土壤水分向上蒸发的综合作用，基本表现为增长型。并利用标准差和变异系数对土壤水分的垂直梯度变化进行了具体描述和层次划分。最后，通过分析该地区典型农作物及其不同栽培方式对农用地土壤水分的影响，认为优化农作物栽培方式是提高紫色土丘陵区农用地土壤水分利用效率和减少水土流失的有效途径。

黄土区退果还耕对黑垆土硝态氮积累和迁移的影响

在黄土高原沟壑区王东沟小流域,针对塬面、梁地和坡地三种地形,分别选取了盛果期果园、老果园和退果还耕地等,研究了退果还耕条件下,三种地貌类型土壤剖面中水分含量变化及NO_3~--N、NH_4~+-N积累和迁移规律。结果表明,无论塬面、梁地或者坡地上,果园土壤水分含量显著降低(10%～14%);果园退耕后,土壤水分开始缓慢恢复。盛果期,塬面NO_3~--N峰值主要处于100—200 cm之间,退果还耕后,100 cm以上土层中NO_3~--N含量降低,100cm以下NO_3~--N积累量在增加,并且峰值不断向下移动。盛果期果园NO_3~--N积累量为631～3032 kg/hm~2;退果还耕地、老果园NO_3~--N积累量都显著高于盛果期果园。盛果期40%以上的NO_3~--N积累在100—200 cm土层,但退果还耕地上50%左右集中分布在200—300 cm土层。土地利用与管理方式的变化对NH_4~+-N分布特征的影响并不明显。

子午岭森林群落土壤水分与生物量关系研究

通过对黄土丘陵区子午岭北部山杨林、白桦林、油松林和辽东栎林植被群落特征的分析,研究了植被演替过程中土壤水分和生物量的变化及其相互关系。结果表明,在植被正向演替过程中,土壤含水量随植被正向演替而逐渐减少,土壤含水量的大小顺序依次为山杨>白桦>油松>辽东栎;土壤含水量对树枝和树干生物量的影响较大,立地条件致使各林分地上生物量发生明显变化;在林龄差距不大的条件下各林分平均单株生物量的大小关系为辽东栎>白桦>山杨>油松。

秸秆覆盖量对农田土面蒸发的影响

为研究秸秆量与夏玉米农田保墒效果之间关系,【方法】结合小区试验和微型蒸发皿定量观测,研究了0、0.6、0.9、1.2 kg/m24种不同秸秆覆盖量对农田土面蒸发的影响规律。【结果】试验表明在无种植情况下,秸秆覆盖大于0.6 kg/m2时,能明显影响和保持0￣50 cm土层的土壤含水量。秸秆覆盖量大于0.9 kg/m2时,保墒效果不再明显增加。结合干旱小区玉米试验发现,秸秆覆盖量在0.6￣0.9kg/m2范围时,玉米增产效果明显。【结论】秸秆覆盖量为0.6￣0.9 kg/m2范围时,可获得较好的保水和增产效果。

黄土高原区农田覆盖效应与前景分析

依据黄土高原区的水热条件,结合已有研究结果,简述了黄土高原地区农田不同覆盖类型,诸如秸秆覆盖、聚氯乙烯薄膜覆盖、生物覆盖等。分析了农田覆盖技术的生态环境效应和经济效应,农田覆盖可提高土壤含水率,增加土壤耕层温度,改善土壤肥力状况,减少水土流失,促进作物生长,并指出生物覆盖、秸秆还田和聚氯乙烯薄膜覆盖技术在该区的应用前景。

渭北旱塬不同覆盖措施的土壤水分分布特征

通过田间定位试验研究了渭北旱塬秸秆覆盖、地膜覆盖、秸秆加地膜覆盖及传统耕作保墒方式的土壤水分含量及动态变化 ,结果表明秸秆覆盖方法的保墒效果最好 ,2 m土层的有效水达 2 74.3 mm,比对照增加 3 3 .3 mm,降雨可下渗到 1 .6m。9月 1 5日分析 ,秸秆覆盖的表层土壤含水 2 9.9% ,地膜覆盖的 1 8.6% ,对照只有 1 3 .8%。

内蒙古锡林河流域主要植物种、功能群和群落水分利用效率的研究

近二十年来，碳同位素技术己被广泛应用于植物生态学，特别是植物“碳一水”关系的研究中。植物的碳同位素组成（δ13C值）是叶片组织合成过程中光合活动的整合，它反映了植物长期的水分利用效率。内蒙古锡林河流域位于我国温带典型草原的核心区域，水分是制约本区植物生产力和群落稳定性的限制因素。因此关于本区植物水分利用效率和水分利用状况的研究，对探讨植物对生境干旱化的适应与响应机制具有十分重要的理论和实践意义。本研究沿土壤水分梯度在锡林河流域选取了沼泽化草甸、盐化草甸、草甸草原、典型草原、退化草地和疏林沙地等8个代表性植物群落，研究主要植物种、功能群和群落的碳同位素组成及叶片含水量、脯氨酸含量等与植物抗旱性相关的生理指标的变化，从植物种、功能群和群落三个层次研究了不同水分条件下植物水分利用效率的变化及其对不同水分生境的响应与适应机制。 　　1）在所调查的8个植物群落中，C3植物占绝对优势;C3植物的δ13C值和水分利用效率越大，其在整个流域中的分布频度越高，生物量也越大;与生长在湿润生境中的植物相比，生长在较干旱生境中的植物能积累更高水平的脯氨酸。以上结果表明，锡林河流域的植物可能通过两种机制适应当地的干旱生境：一是通过调节气孔导度提高植物的水分利用效率;止是通过积累高水平的脯氨酸增强植株的渗透调节能力并维持相对稳定的水分含量。 　　2）依照生活型将锡林河流域主要植物种划分成6个植物功能群：乔木、灌木、半灌木、多年生禾草、多年生杂类草和一年生植物。在较湿润生境，多年生杂类草更加丰富并构成了群落地上生物量的绝大部分;而在较干旱生境下，多年生禾草在群落中起更重要的作用;随着土壤含水量下降，灌木和半灌木逐渐增多，且在退化草地和沙地中其相对生物量迅速增加;多年生禾草别3c值显著高于其它功能群;随着土壤水分可利用性降低，多年生禾草和杂类草的别3c值表现出增加的趋势，而灌木／半灌木则表现出相反的趋势。以上结果进一步证明了，在典型草原区以生活型为基础划分的植物功能群可以用来进行较大尺度植物一水分关系的研究。 　　3）依照植物的水分生态类群，将锡林河流域主要植物种划分为六个植物功能群：旱生植物、中旱生植物、旱中生植物、中生植物、湿中生植物和湿生植物。在较湿润生境中（沼泽化草甸和盐化草甸），湿中生和湿生植物成为优势种并构成地上生物量的主体;在干旱生境中（草甸草原、典型草原和退化草地），旱生和中早生植物占绝对优势并构成群落生物量的90％以上;随着不同水分生态类群所适应的生境从干旱到湿润逐渐转变，植物的δ13C值和水分利用效率显著降低;旱生植物叶片脯氨酸含耸最高，湿中生和湿生植物脯氨酸含量最低，不同水分生态类群脯氨酸含量与其δ13C值和地上生物星．显著正相关关系。 　　4）不同群落类型的平均δ13C值有显著不同，表现为：典型草原＞退化草地＞沙地＞退化恢复草地＞草甸草原之盐化草甸＞沼泽化草甸。C4植物的出现、不同物种δ13C值的差异和同一物种在不同生境下δ13C值的变化是影响群落平均δ13C值的主要因素，而这些因素与土壤水分状况和干扰历史（特别是放牧）密切相关。 　　此外，本文还研究了氮素添加对羊草和大针茅光合和水分利用效率的影响。土壤含氮量的增加可以显著提高羊草叶片光合能力和叭JE，而对大针茅的影响不大。作为锡林河流域两种优势植物，羊草和大针茅通过不同的生理机制来维持较高的WUE适应干旱生境：羊草为高光合、高蒸腾，而大针茅为低光合、低蒸腾。羊草较高的WUE是以降低氮利用效率 （NuE）为代价的;而大针茅在维持较高WUE的同时仍能维持较高的NUE，这一特征使大针茅可以广泛分布于更加干旱和贫瘩的地区。 　　以上研究结果，为深入开展典型草原生态系统植物与水分关系的研究提供了有价值的信息，进一步证实了稳定性碳同位素技术可以有效地指示不同群落类型中主要植物种长期水分利用效率。同时，通过对其它相关生理指标的测定，可以更好地探讨植物对水分限制的适应策略。我们的研究结果从植物种、功能群和群落三个层次进一步揭示了植物对干旱生境的适应机制，并初步阐明了人类干扰特别是过度放牧对草原群落建群种和优势种的生态替代或／和灌丛入侵的影响。这些研究对生物多样性保护、全球变化和区域可持续发展等热点问题的研究都具有重要的意义。在今后的研究中，结合其它稳定性同位素（如2H，18O和15N）技术，将有助于我们进一步深入研究蒙古高原植物对气候变化和过度放牧的适应与响应机制。 　　

间伐对仁用杏园土壤理化性质及生长结果的影响

为了探讨密闭仁用杏园衰败的原因,采用常规的方法研究了间伐对仁用杏园土壤养分、水分及树体生长等方面的影响。结果表明:间伐减小了土壤容重,略微增加了土壤孔隙度;间伐显著提高了0-40 cm土层土壤有机质、0-20 cm土层土壤全氮,略微提高了0-20 cm土层土壤全磷;间伐显著提高了0-80 cm土层土壤速效氮、0-40 cm土层土壤速效磷和0-60 cm土层土壤速效钾,且间伐强度越大土壤养分越高;间伐显著提高了0-500cm土层土壤水分,在干旱的春季、夏季优为显著,且间伐强度越大,土壤水分越高;间伐显著促进了仁用杏生长,提高了坐果率和杏仁产量。白于山山区仁用杏间伐后密度应为167~222株/hm2。

长武塬区不同土地利用条件下土壤水分深剖面分布特征比较

通过调查取样的方法对长武塬面不同土地利用条件下(作物地,果园,苜蓿地)土壤水分状况在0~600 cm范围深度内进行对比,结果显示:长武塬区小麦收获期,不同土地利用条件下土壤水分含量总体存在较大差异,其中春玉米地由于上年小麦收获后直到春玉米播种前土地休闲,土壤含水量显著高于其它土地利用方式。其它土地利用条件下土壤平均含水量相对较低,在0~300 cm的范围内含水量分布表现为果园>苜蓿地>小麦地。300 cm以下含水量表现为小麦地>果园>苜蓿地;同时,不同利用条件下土壤水分剖面低湿层的位置深度也不相同,小麦地土壤水分低湿层深度较果园地和多年苜蓿地浅,土壤水分剖面形态与分布特征受利用模式影响显著。

水肥处理对黄瓜土壤养分、酶及微生物多样性的影响

以津优1号黄瓜为试材,设3个土壤相对含水量水平(50%～60%、70%～80%、90%～100%)和2个肥料追施量(600kgN·hm-2和420kgP2O5·hm-2,420kgN.hm-2和294kgP2O5·hm-2)处理,研究了不同水肥供应对日光温室黄瓜土壤养分、酶活性及微生物多样性的影响.结果表明:土壤中NH4+-N含量随施肥量的增加而提高,随土壤相对含水量的增加而降低;水肥供给的增加有利于提高土壤中速效磷含量和蔗糖酶活性;肥料增加使土壤中蛋白酶活性降低,而水分降低使土壤中脲酶活性提高.土壤中微生物多样性与土壤中养分含量无显著相关性,与土壤脲酶活性呈显著正相关,与蔗糖酶活性呈显著负相关.土壤相对含水量70%～80%、氮肥追施量600kgN·hm-2和420kgP2O5.hm-2处理的土壤养分含量、蔗糖酶、磷酸酶和脲酶活性较高,且土壤中微生物多样性和均匀度显著高于其他处理,土壤生产潜力最优.

黄土丘陵半干旱区退化刺槐林不同改造方式效果分析

采用野外典型抽样调查和室内分析测定的方法,在黄土丘陵半干旱区-安塞水土保持综合试验站研究了退化刺槐林经萌蘖更新和重造侧柏林改造后林地土壤水分含量、乔木根系生物量和生物多样性指标的差异。结果表明:萌蘖更新林地内的土壤水分含量和生物多样性指数均高于重造侧柏林地;不同改造方式下整个土层内根系生物量的差异较大,根系生物量最大的是重造侧柏林地,为17.59 g,最小的是退化刺槐林,为16.59 g。萌蘖刺槐林与退化刺槐林相比,土壤水分含量和生物多样性指数变化不大,但林内乔木种类较退化刺槐林内丰富。因此利用间伐萌蘖方式对退化刺槐林改造是可行的。