径流曲线法在黄土区小流域地表径流预测中的初步应用

径流曲线法是目前国际上预测无径流观测资料地区降水地表产流的主要模型,由于气候、水文及下垫面的差异,在黄土高原地区的应用受到限制。利用黄土高原地区3个小流域的303场降雨径流资料,针对黄土高原降雨地表径流特点优化模型中的初损率λ,并提出降雨强度修正函数,将降雨强度因子引入径流曲线法。优化后的模型效率E达到0.812,实测径流深与预测径流深的线性回归决定系数R2达到0.822。改进后的SCS-CN模型可用于黄土区小流域降雨地表产流预报,对黄土高原无资料地区侵蚀产流预报、指导水土保持工程配置和设计具有重要的理论和工程实践意义。

WEPP模型坡面版在黄土丘陵沟壑区的适用性评价——以坡度因子为例

利用安塞试验站1985-1992年的气象观测数据和野外坡度径流小区径流和土壤侵蚀量监测资料,评价了WEPP模型在黄土丘陵沟壑区不同坡度条件下的适用性。结果表明,径流量的模拟值在10°、15°、20°、25°和28°五个坡度条件下,变化幅度不如实测值明显,但模拟值随坡度变化的趋势和实测值相一致;WEPP模型对次降雨、年平均和多年平均土壤侵蚀量模拟结果较好,且无论是模拟值在不同坡度之间的差值、还是模拟值随坡度变化趋势均与实测值接近。I30对WEPP模型模拟次降雨径流量有重要影响,当I30大于0.92mm/min,模型模拟误差较大。WEPP模型对次降雨土壤侵蚀量的模拟与PI30密切相关,当PI30大于129mm2/min时,模型模拟误差较大。∑PI30对WEPP模型模拟年平均径流量和侵蚀量有重要影响,当∑PI30大于150mm2/min时,模拟精度明显下降,且∑PI30对径流模拟影响较对土壤侵蚀模拟影响明显。WEPP模型对次降雨、年平均和多年平均径流量模拟的Nash-Sutcliffe有效性ME分别为0.914、0.912和0.617;对次降雨、年平均和多年平均土壤侵蚀量模拟的Nash-Sutcliffe有效性ME...

黄土高原南瓜高糖低硝酸盐施肥模式研究

采用N、P、K3因素最优设计,在陕北黄土高原进行了南瓜氮、磷、钾用量及其肥效反应模式田间试验,研究不同施肥量对南瓜硝态氮、可溶性糖两项营养品质的影响,旨在探讨南瓜品质高糖低硝酸盐的N、P、K肥效反应模式,提出优化的施肥方案。结果表明,N肥单因素对南瓜硝态氮和可溶性糖含量影响最大,K肥单因素对南瓜硝态氮和可溶性糖含量影响不显著,N与P交互作用对南瓜高糖低硝酸盐影响显著,K肥施用量一定时,氮肥与磷肥的施用量不易过大。根据南瓜N、P、K肥效反应模式,筛选出南瓜品质硝态氮含量在200mg·kg-1以下、可溶性糖含量在7%以上的较佳施肥量为施氮95～120 kg·hm-2,施磷40～70 kg·hm-2,施钾35～80 kg·hm-2,N∶P2O5∶K2O=1∶0.42∶0.37。

黄土高原水蚀风蚀交错带不同土地利用类型土壤呼吸季节变化及其环境驱动

water wind erosion crisscross region; soil respiration rate; seasonal changes; land use pattern; soil temperature; soil moisture; 【摘要】 以黄土高原水蚀风蚀交错区神木县六道沟小流域为研究区,采用动态密闭气室法对植物生长季节(2007年5～10月)5种土地利用方式的土壤呼吸速率进行了测定,并结合水热因子,对不同土地利用方式间土壤呼吸速率的差异性以及其和温度、含水量之间的关系进行了分析。结果表明:5种土地利用类型土壤呼吸速率季节性变化均呈现单峰型曲线,与气温变化趋势一致,其7、8月份土壤呼吸速率均显著高于其它月份(P<0.05);生长季节土壤CO2平均释放速率顺序为:长芒草地>苜蓿地>柠条地>农地>沙柳地,草地在生长前期和旺盛期土壤呼吸强度均显著高于农地和灌木林地;除沙柳地和苜蓿地以外,在土壤呼吸与所有温度指标的关系中,与10cm深度的土壤温度相关性最好,且除沙柳地外,其它4种土地利用类型均与之达到显著相关;农地土壤呼吸对温度的响应最敏感(Q10值为2.20),除沙柳地(Q10值为1.48)外,其它4种土地利用类型Q10值均在2.0左右,接近于全球Q10的平均水平;通过Van’t Hoff模型估算,2007年植物整个生长季节(5～10月份),5种土地利用类型土壤呼吸量从高到低依次为:苜蓿地259gC·m-2,长芒草地236gC·m-2,柠条地226...

黄土高原石灰性土壤不同形态磷组分分布特征

以黄土高原自北向南采集的12个0～20 cm耕层土壤为供试土样,采用Tiessen和Moir修正的Hedley土壤有机无机磷分级方法研究了黄土高原石灰性土壤中不同形态磷组分的分布特征。结果表明:供试土壤各形态P总体分布特征为:HCl-P>Residual-P>NaHCO3-Po>NaHCO3-Pi>NaOH-Po>NaOH-Pi>H2O-P,以HCl-P和Residual-P为主,分别占土壤全磷的54.00%～88.96%和0～39.11%。黄土高原土壤磷含量总体分布表现为南高北低。在各土壤类型间,NaOH-Po、Residual-P和全磷平均含量表现为干润砂质新成土<黄土正常新成土<简育干润均腐土<土垫旱耕人为土,自北向南依次增加;H2O-P和HCl-P表现为简育干润均腐土<黄土正常新成土<干润砂质新成土<土垫旱耕人为土,自北向南先降后升,且上升幅度较大。黄土高原土壤全氮与全磷及各形态磷含量相关性均达显著水平,其中与NaOH-Pi、NaOH-Po、HCl-P及全磷含量达到极显著水平。C/N、pH及砂粒与全磷及各形态磷含量呈负相关关系,其中pH与NaHCO3-Po呈显著负相关,与H2O-P、NaHCO3-Pi...

对间隙淋洗长期通气培养条件下黄土高原土壤供氮能力的评价

采用间隙淋洗长期通气培养法,通过对黄土高原物理化学性质差异较大的10种农田土样起始矿质氮、起始提取态总氮、起始可溶性有机氮,以及培养期间淋洗矿质氮、淋洗总氮、可溶性有机氮含量及其与作物吸氮量关系的研究,分析并评价黄土高原主要农田土壤氮素矿化能力以及包括和不包括培养淋洗可溶性有机氮对土壤供氮能力的影响。结果表明,供试土样起始可溶性有机氮平均为N 23.9 mg/kg,是起始提取态总氮的28.8%,土壤全氮的2.4%。在通气培养淋洗总氮中,可溶性有机氮所占比例不高,经过217 d通气培养,淋洗出的可溶性有机氮平均为N 28.8mg/kg,占淋洗总氮量的19.8%。相关分析表明,淋洗可溶性有机氮量与第l季作物吸氮量相关不显著,但与连续2季作物总吸氮量显著相关。淋洗矿质氮、淋洗总氮与两季作物总吸氮量的相关系数明显高于与第一季作物吸氮量的相关系数;与第一季作物吸氮量达显著相关水平,与连续两季作物吸氮量达极显著相关水平。总体上看,可溶性有机氮和土壤全氮、土壤微生物氮不能作为反映短期可矿化氮的指标;间隙淋洗通气培养淋洗液中淋洗矿质氮、淋洗总氮是评价可矿化氮的较好指标,不仅适宜于第一季作物,而且也适用于对连续两季作物土壤供氮...

黄土高原冬小麦田光谱特征变化及其与二氧化碳日收支的相关分析

根据光谱辐射仪对黄土高原冬小麦整个生育期光谱反射率的连续观测数据及CO2通量观测数据,对冬小麦田光谱特征变化及其与CO2日收支的相关性进行了分析.结果表明:冬小麦田不同波长光谱反射率和归一化植被指数(NDVI)呈现明显的日变化和季节变化.同一天内,反射率随太阳高度角的变化而变化,变化最大的波段(550nm左右、700～1050nm)表现为峰.不同生育期同一时刻,可见光波段(350～670nm)反射率变化不大,近红外波段(700～1050nm)出现较大差异,在出苗期、分蘖期和越冬期后红边位置向长波方向"红移";越冬期前出现向短波方向"蓝移"的现象;但成熟期"蓝移"现象不明显,表现为突变;其他生育时期没有观测到波谱位移.NDVI的日变化呈U型,13:00左右最低,16:00后出现较大波动,与抛物线有较好的拟合效果,小麦生长旺盛时期,对其地面遥感观测应选择在NDVI变化不大的13:00左右进行;整个冬小麦生长季11:00反射率及NDVI以播种后第140天为中心对称,NDVI的季节变化表现为M型,可用四次多项式拟合;在整个小麦生育期中NDVI与CO2的日收支呈极显著负相关,但正午左右的相关性稍差.

沙地小叶杨和柠条细根分布与土壤水分消耗的关系

以生长在陕北水蚀风蚀交错带沙地上的人工小叶杨(Populus simonii)和柠条(Caragana korshinkii)为研究对象,采用剖面法调查2个树种的细根分布特征,通过2年土壤水分定位观测研究,初步分析沙地小叶杨和柠条细根分布与土壤水分消耗的关系。结果表明:1)沙地小叶杨和柠条随土层深度增加,细根表面积密度逐渐减小,0~100cm土层分别集中了整个剖面细根总量的63%和95%;2)小叶杨和柠条林地剖面土壤水分与细根垂直分布密切相关,小叶杨和柠条林地土壤水分特征类似,可分为3个层次:0~50 cm土层为速变层,50~200 cm土层为缓变层,200cm以下土层为缓慢衰减层;3)2年观测期内,小叶杨和柠条林地总蒸散量接近,与同期降水量基本持平,而裸沙地土壤储水量增加;4)小叶杨和柠条细根趋于浅表化的分布特征是对沙地浅层土壤经常获得雨水补给适应的结果。研究结果可为水蚀风蚀交错带沙区防护林建设提供理论依据。

黄土高原典型草原区草地土壤种子库的动态分析

采用野外调查取样和室内试验相结合的方法,研究了黄土高原典型草原区草地土壤种子库的物种组成、密度、时空格局和物种多样性等特征。结果表明,(1)土壤种子库中共统计到37个物种,隶属于16科,其中禾本科、菊科、唇形科、豆科和毛茛科的植物占优势。(2)从返青期到枯黄期,种子库中豆科、禾本科、堇菜科所占比例呈下降趋势,唇形科和菊科所占比例明显提高,种子库的密度也显著提高。(3)种子库中种子数量在垂直分布上呈现出由表层土壤向深层逐层减少的变化规律;在水平分布上的变化规律为:封禁>放牧;阴坡>阳坡;下坡>中坡>上坡。(4)封禁地土壤种子库中的Margalef丰富度和Shannon—Wienner指数都高于放牧地,Pielou均匀性指数低于放牧地。从返青期到枯黄期,封禁地和放牧地土壤种子库的Margalef丰富度、Shannon—Wienner指数、Pielou均匀性指数都呈下降趋势。

黄土高原典型土壤有机氮矿化过程

以黄土高原从北向南不同地区典型土壤类为对象,采用Bremner淹水培养法,研究黄土高原典型土壤有机氮的矿化过程。结果表明,淹水培养期间矿化出的部分NH4+-N会被粘土矿物固定,固定量因土壤不同而异,因此在测定有机氮矿化量时,只有考虑这一部分氮素,才可获得可靠结果。不同土壤有机氮量矿化明显不同,表现为土垫旱耕人为土>黄土正常新成土>简育干润均腐土>干润砂质新成土,从南到北氮素矿化量呈减小趋势。添加C/N低(C/N比为21.7)的紫花苜蓿(Medicago stativa)茎叶有利于促进土壤有机氮矿化,而添加C/N高(C/N比为43.3)的长芒草(Stipa bungeana)会促进矿质氮的生物固定;不同类型植被土壤间在培养20、40d和60d时的矿化量差异显著(p值分别为0.0177、0.0109和0.0073),均表现为均为林地土壤>裸地土壤>草地土壤>农田土壤;从平均看,加(NH4)2SO4后有机氮矿化量有一定减少。在不同培养阶段,不同土类间氮素矿化率不同,在20d和40d时存在显著差异(p分别为0.0092和0.0381),60d时差异不显著,不同土类氮素矿化率的大小顺序为干润砂质新成土>黄土正常新成土>...

黄土旱塬不同氮肥用量下冬小麦干物质累积和氮素吸收利用过程研究

利用旱作长期定位施肥试验研究了不同氮肥用量对冬小麦干物质累积和氮素吸收利用的影响,结果显示,不同处理下干物质累积变化趋势都呈"S"型曲线,且冬小麦各生育期干物质量,随氮肥用量的增加而增大,说明氮肥对促进冬小麦干物质累积作用显著。干物质累积速率均呈现明显的单峰曲线,拔节-灌浆阶段累积速率最大,是干物质累积的重要时期。小麦植株含氮量和氮素累积量都随氮肥用量增加而升高,在冬前-拔节期和开花-灌浆期两个阶段,冬小麦植株氮素累积量较大,累积速率快,是氮素吸收利用的两个关键阶段。

黄土高原石灰性土壤长期间隙淋洗淹水培养下的氮素矿化过程及其模拟

选择描述黄土高原石灰性土壤氮素矿化过程的合适模型,明确可溶性有机氮(soluble organic nitrogen,SON)对矿化模型拟合效果的影响。【方法】采用长期间隙淋洗淹水培养方法,研究了10种黄土高原主要农业土壤在包括和不包括浸提液中有机氮的情况下氮素矿化过程,在此基础上选择①有效积温式;②一级反应式(One-pool模型);③两部分一级反应式(Two-pool模型);④带常数项一级反应式(Special模型)对这两种情况下的氮素矿化曲线进行拟合。【结果】发现4种模型在拟合包括SON的氮素矿化曲线时效果更好。从模型均方根误差、估计标准误差、参数误差以及与作物吸氮量的相关分析等比较发现,One-pool模型拟合效果最差,Two-pool模型和Special模型优于有效积温模型,而Special模型参数精度及与作物吸氮量的相关性更高。【结论】综合比较认为Special模型能较好反映石灰性土壤在淹水条件下的氮素矿化过程。

长期施氮磷化肥对不同种植体系土壤有效硫累积研究

以22 a定位试验为基础,在黄土高原旱地研究了长期施用氮磷化肥,对不同种植体系土壤有效硫在剖面上分布与累积状况。结果表明,在60-80 cm土层各处理出现第一个累积峰,累积峰值为:玉米-小麦(2 a)+糜子轮作27.07 mg/kg,豌豆-小麦(2 a)+糜子轮作25.42 mg/kg,小麦(2 a)+糜子-玉米轮作24.23 mg/kg,豌豆-小麦(2 a)+玉米轮作22.61 mg/kg,小麦连作16.56 mg/kg,红豆草-小麦(2 a)轮作15.14 mg/kg;在120-180 cm土层又出现有效硫的第二个累积峰,累积峰值为:小麦(2 a)+糜子-玉米轮作34.20 mg/kg,豌豆-小麦(2 a)+糜子轮作32.16 mg/kg,豌豆-小麦(2 a)+玉米轮作31.00 mg/kg,红豆草-小麦(2 a)轮作30.32mg/kg,玉米-小麦(2 a)+糜子轮作29.16 mg/kg,小麦连作26.22 mg/kg。0-200 cm土层有效硫总累积量玉米-小麦+糜子轮作高达559.64 kg/hm2,其次是小麦+糜子-玉米轮作为538.88 kg/hm2,豌豆-小麦+糜子轮作为514.34 kg/...

黄土高原草地封育与放牧条件下土壤种子库特征

对半干旱区黄土高原草地在封育和放牧条件下土壤种子库种子密度、种子库组成、种子库物种多样性及均匀性进行了比较研究,并得出主要结论:1)封育提高土壤种子库的植物种类和密度,使优良禾草和多年生植物增加。2)种子库的垂直分布规律是随着土层的加深,种子在数量上递减的速度较快。3)坡向和坡位对土壤种子库有较大影响,种子库密度变化趋势是阴坡>阳坡;坡下部>坡中部>坡上部。4)从丰富度、Shannon-Wiener多样性和均匀性3个方面比较分析封育和放牧样地土壤种子库多样性,得出封育样地Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener指数都高于放牧地,Pielou均匀性指数低于放牧地。

黄土高原植被演替不同阶段植物系数的变化与适应性评价

用4年长期定位试验资料,利用植物系数、蒸散量、土壤含水量和土壤水分对植物的有效性等指标,研究了黄土高原植被群落不同演替阶段(草本群落→灌木群落→早期森林群落→顶级群落)的耗水特性与生态适应性。结果表明:不同演替阶段,群落实际蒸散量主要受降水控制,群落间差异不显著(P>0.05);土壤含水量是早期森林群落明显高于其它群落,草本群落明显高于灌木群落(P<0.05);植物系数是灌木群落>草本群落>乔木群落,而顶级群落大于早期森林群落;土壤水分对植物的有效性是早期森林和顶级群落明显高于草本和灌木群落(P<0.05)。因此,进行植被建设不但要考虑植物系数还要考虑土壤水分对不同植物的有效性。