黄土高原半干旱区水土保持植被恢复限度——以人工柠条林为例

为了确定水资源不足地区植被恢复潜力和水土保持林建设目标,在黄土丘陵半干旱区宁夏固原上黄试区,对相同立地条件的16年生人工柠条林进行疏伐,建立不同密度林地,进行林分密度、森林植被水土保持效益和土壤水分关系的定位实验。结果表明:平均基径随密度的增加而减少,二者为线性关系;盖度随密度的增加而增大,盖度与密度为对数关系;林冠截留随密度的增加而增大,二者为指数关系;地表径流随密度的增加而减少,二者为对数关系;泥沙含量随密度的减少而增加,二者关系可用倒S形曲线描述。虽然密度增加,盖度增加,森林植被水土保持效益增强,但是受土壤水资源的限制,柠条林有一个最大恢复限度。当超过限度时,势必会引发或加剧土壤旱化。

黄土高原半干旱区集雨补灌生态农业研究进展

黄土高原半干旱地区在中国旱作农业生产中占有重要地位。干旱缺水与水土流失并存是制约该区域经济发展的两大瓶颈因素。水保农业和径流农业两种旱作农业生产方式已趋于成熟,但对天然降水调控利用能力低下,难于实现农业生产的优质高产高效。集雨补灌生态农业是在继承水保农业和径流农业成功技术基础上,对降雨调控利用方式的进一步发展,它能在时间和空间两个方面实现降雨径流的富集叠加,能充分发挥环境资源与水肥光热因子的协同增效作用,大幅度提高农业生产力,实现同步缓解干旱缺水与水土流失双重目标。集雨补灌是黄土高原半干旱区农业可持续发展的一种综合模式和战略性措施,对黄土高原半干旱区生态型现代农业发展具有重要推动作用。

砂石覆盖厚度和粒径对土壤蒸发的影响

在干旱半干旱地区,砂石覆盖作为一项传统的覆盖技术,可以明显减少土壤蒸发,为作物生长提供良好的水分条件。为研究不同粒径和厚度砂石覆盖对土壤蒸发的影响,进行了室内模拟试验,对3种粒径(2.5~10、10~25和25~40 mm)和2种覆盖厚度(8 cm和14 cm)以及不同粒径砂石配比条件下土壤水分蒸发进行了研究。结果表明,砂石覆盖能有效地抑制土壤蒸发,在土壤含水量较高的阶段,这种抑制作用更加明显。砂石覆盖对土壤蒸发的抑制作用与粒径和覆盖厚度密切相关,在2.5~40 mm粒径范围内,随着砂石粒径的增大,砂石覆盖对蒸发的抑制作用降低,对蒸发过程的影响减弱,覆盖厚度越大,蒸发量越小。有效的砂石配比应选择细砂石处理,不宜过粗。

黄土高原半干旱区侧柏(Platycladus orientalis)树干液流动态

应用热扩散式树干茎流计(TDP)于2008年4～10月对黄土高原安塞县侧柏人工林树干液流速率进行了连续测定,并对周围气象、土壤水分等多个环境因子进行了同步测定。结果表明:侧柏在不同月份晴天树干液流速率变化具有明显的昼夜节律性,呈单峰曲线;且各月液流速率日均值受土壤供水水平限制总体上呈下降趋势,即4月份最大,为0.00135cm.s-1;10月份最小为0.00011cm.s-1;树干液流速率与光合有效辐射、大气温度、水汽压差呈极显著正相关,与相对湿度呈负相关,其相关程度:光合有效辐射>水汽压差>大气温度>相对湿度,并可用线性表达式来估算;侧柏边材面积和地径呈幂指数关系,并以此结合密度估算出样地侧柏人工林的边材面积为4.65m2,最终估算出侧柏人工林生长季总耗水量为1159.6t.hm-2。

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。

黄土高原半干旱偏旱区苜蓿-粮食轮作土壤水分恢复效应

该文测定和分析了黄土高原半干旱偏旱区不同生长年限苜蓿草地以及轮作不同年限粮食作物后0～1000cm深层土壤水分变化规律。结果表明:随着苜蓿生长年限的延长,苜蓿草地土壤干层厚度逐渐增加,3年生苜蓿草地土壤干层深度达到760cm,6、7、10年生苜蓿草地土壤干层深度均超过1000cm,6年生苜蓿地1000～1500cm土层仍为干燥层,土壤平均湿度为9.68%;采用草粮轮作能明显减小苜蓿草地干层的厚度和范围,0～1000cm土壤水分较10年生苜蓿草地都有不同程度的恢复,轮作2、6、8、12和18a粮田平均土壤水分恢复速率25.2mm/a,年均累积恢复土层厚度123.1cm,0～300cm土层水分恢复程度较高,且轮作年限愈长,土壤水分恢复效果越好,轮作18a粮食作物后0～660cm土层土壤水分恢复量达到了531.1mm;苜蓿草地适宜翻耕年限为5～6a,且6年生苜蓿草地0～1000cm土壤水分恢复到当地土壤稳定湿度值需要23.8a,该地区适宜的苜蓿-粮食轮作模式为"5～6年生苜蓿→24年粮食作物"。

云雾山草地植被恢复过程土壤水库特性及影响因素

为了了解植被恢复过程土壤水库特征的变化及其驱动因子,为半干旱典型草原区植被恢复的土壤环境效应提供评价依据,研究了宁南半干旱典型草原区植被恢复80 a对土壤水库库容、实际贮水量和贮水效率的影响及驱动因子。结果表明:土壤水库总库容、吸持库容、实际贮水量、贮水效率以及土壤物理性质均在草原植被恢复25 a内不断提高,经37 a略微下降后随植被演替土壤水库特征和土壤物理性质继续改善。通过逐步回归分析,容重、有机质含量和水稳性团聚体分形维数是影响土壤水库总库容的主要因子,毛管孔隙度则是影响土壤实际贮水量和贮水效率的主要因子。土壤有机质含量与容重、分形维数呈显著负相关(P<0.05),与毛管孔隙度呈极显著正相关(P<0.01)。植被恢复促使有机质积累,从而改善了土壤结构状况,提高了土壤土壤贮水能力、贮水量和贮水效率。可以认为土壤有机质积累是土壤水库功能提高的直接动力。

黄土高原半干旱区人工林刺槐展叶期树干液流动态分析

应用热扩散式树干茎流计(TDP)于2008年4月26日至5月31日,在黄土高原半干旱区安塞县对人工林刺槐展叶期树干液流及其气象、土壤水分等6个指标进行连续测定。结果表明:刺槐展叶期可分为芽期、展叶初期、中期和全叶期。在芽期,刺槐树干液流速率日变化无明显昼夜波动;在展叶初期至全叶期日变化呈现出从微弱波动逐渐增大到趋于平稳的剧烈波动;在展叶中期以后液流速率表现为上升快、下降缓慢的单峰曲线;在全叶期平均峰值约为0.0027cm.s-1;树干液流速率与光合有效辐射强度、大气温度、水蒸气压亏缺和风速呈极显著正相关,与相对湿度呈负相关,其相关程度依次为光合有效辐射强度>大气温度>水蒸气压亏缺>相对湿度>风速,且可用光合有效辐射强度和大气温度线性表达式来估测;土壤水分在展叶期呈逐渐减少趋势,但对树干液流的胁迫不显著;在展叶期刺槐单株日蒸腾耗水量随直径的增大而增大并与胸径呈良好的线性关系,可用来估算展叶期刺槐人工林蒸腾耗水量。

不同保水剂对宁南山区马铃薯生长发育和产量的影响

为促进宁南半干旱山区产业支柱作物马铃薯的生产,解决马铃薯生产、特别是苗期的干旱缺水问题,采用田间试验方法,进行PAM保水剂、多功能保水剂与一定配方尿素+过磷酸钙的施用对马铃薯生长发育、产量及效益的试验。结果表明,两种保水剂均能促进马铃薯生长发育,增加干物质积累,但是在不同生育时期促进作物生长的效果有所不同。1%PAM保水剂浸种2~3 min处理在前期效果显著,多功能保水剂在后期效果突出。马铃薯以施用多功能保水剂30 kg/hm2效果最好,其产量和商品薯分别比对照高出52.33%、138.29%,增收5 356.8元/hm2。研究表明,施用30 kg/hm2多功能保水剂比用1%PAM保水剂浸种2~3min更适宜宁南半干旱区及其同类地区旱地种植马铃薯。

陕北风沙滩地区紫花苜蓿地下滴灌带埋设深度初步研究

研究了半干旱沙区不同滴灌带埋设深度下紫花苜蓿的生长特性。通过试验研究分析了滴灌带埋设深度对紫花苜蓿植株高度、茎粗、分枝数、根系生长、根系密度和产量等生长特性的影响。采用主成分分析法对不同滴灌带埋设深度的紫花苜蓿等生长特性进行了综合评价。结果表明,滴灌带不同埋设深度对苜蓿各个生育期生长特性指标影响不同。在苗期,埋设深度为10 cm的处理,有利于苜蓿生长。从分枝期起,埋设深度为30 cm的处理优于其它处理;在整个生育期内,不同埋设深度对苜蓿生长特性影响的综合评判结果为:埋深30 cm>埋深20 cm>埋深10 cm>埋深40 cm。

半干旱区施氮和灌溉条件下覆膜对春玉米产量及氮素平衡的影响

以典型半干旱区干湿砂质新成土(Ust-Sandic Entisols)为供试土壤进行田间试验,研究地膜覆盖、施氮及补充灌水量对春玉米(Zea maysL.)产量、土壤矿质氮(NO3--N和NH4+-N)及氮素平衡的影响。结果表明,0—100 cm土体范围内,随着土层加深,播前和收获后土壤NO3--N含量呈降低趋势,NH4+-N有所增加,但变幅不大;总矿质氮量(NO3--N和NH4+-N)表现为下降。说明地膜覆盖和施氮并没有使NO3--N深层累积量增加,这可能与土壤本身供氮能力严重不足有关。与不施氮相比,施氮各处理氮肥表观损失量增加;与不覆膜相比,作物氮素累积量比不覆膜显著增加(P<0.05)。在低灌(80 mm)覆膜和高灌(160 mm)覆膜条件下,玉米的氮肥利用率均比不覆膜提高了18.8%,说明覆膜低灌在相同施氮条件下,可节约80 mm灌水。但低灌(80 mm)与高灌(160 mm)不覆膜间氮肥利用率差异不显著,表明在相同施氮条件下,覆膜可有效提高氮肥利用率,减少氮素损失。综合考虑子粒产量和氮肥利用率,"覆膜+补灌80 mm+施氮90 kg/hm2"可能为本试验条件下较优的栽培模式。

半干旱风沙区植物功能特性与植物功能型研究

半干旱风沙区是我国北方土地沙漠化严重的生态脆弱地区，建设和保护本区植被是生态建设和环境保护的当务之急。为了深入了解半干旱风沙区的植被的组成和演替动态，为当地的植被管理提供建议，本文以科尔沁沙地乌兰敖都地区为例，比较系统地探讨了本区植被的数量特征、筛选出90种具有代表性的植物种类，研究了各物种的62种功能特性、并对代表种进行植物功能型划分，从植物功能特性和功能型的角度分析了半干旱风沙区植被的分布动态和管理。 研究结果表明：（1）90种代表植物的38种营养阶段特性和24种繁殖阶段特性之间呈现显著相关（P＜0.05）的特性对的比例要低于营养阶段和繁殖阶段内部，与营养特性显著相关（P＜0.05）的特性对占总显著相关特性对的83.9%，营养特性是植物生长过程中非常重要的特性；（2）应用62种功能特性将90种代表植物划分为6类植物功能型，植物体内氮和钾含量、营养扩散、种子萌发率、叶面积和叶体积等是本区植物重要的功能特性，6类植物功能型分别以豆科植物、菊科植物、多年生C3草本植物、单子叶草本植物、叶片较小的植物和叶片较大植物为主的类群；（3）生长在各种沙丘上的群落类型的功能多样性低于生长在草甸草原和丘间低地植物群落中的功能多样性；（4）土壤有机质、全氮、全磷、地下水位和速效钾是影响植物种类、群落、植物功能特性和功能型分布的重要因素。

丘陵半干旱区春小麦耗水特征与水分高效利用

该文利用Penman-Monteith公式和田间灌溉试验，对丘陵半干旱区春小麦的需水耗水特征进行了计算分析，并利用旱棚和田间试验、数理统计和系统分析等方法，对冬灌和涌流灌溉的节水效果、喷灌制度和喷灌水量分布、水肥耦合互馈作用、有限水量的最优分配等进行了综合研究.通过模拟寻优得出了春小麦不同产量水平下的水肥管理优化方案.以Jensen模型为基础，利用动态规划确定了不同初始土壤含水量和可利用灌溉水量下的最优分配决策.

丘陵半干旱区小流域雨水集蓄与高效利用

探索基于小流域土壤侵蚀治理基础上的雨水集蓄利用模式和技术，是解决丘陵半干旱区水资源短缺，实现生态环境良性循环和农业可持续发展的重要途径，也是雨水集蓄利用研究的热点。本文运用水土保持、径流叠加与异地利用理论和方法，在小流域入渗产流特征及雨水资源潜力分析基础上，开展了小流域坡耕地集流梯田工程和沟壑荒地窖棚工程雨水集蓄利用试验，对小流域雨水集蓄利用工程设计、集流蓄水与高效利用效果进行了系统研究。利用Philip入渗理论和逐步回归分析方法对人工降雨和自然降雨结果处理分析，建立了小流域坡耕地、林地和荒地土壤的入渗产流及其相关因子数学模型。雨水潜力分析表明，该地区典型小流域水资源供需态势基本上都处于用水高度紧张状态，而且生态需水比重最高，占总需水量的69．29％。研究建立了小流域坡耕地—集流梯田雨水集蓄叠加利用模式和技术，确定了集流梯田工程的平坡比、田面宽度和田坎高度等断面参数。集流梯田和坡耕地相比土壤含水量提高16.61％-25.87％，增加产值70.98％-114.30％；该区坡耕地适宜修建1: 1平坡比的集流梯田，集流坡面种植矮秆作物和林果。研究建立了小流域沟壑荒地—窖棚雨水集蓄异地利用模式和技术，确定了坡面窖群集蓄型、沟道坝窖结合型和山泉窖池长蓄短用型等雨水集蓄工程及其断面参数。窖棚模式渗灌比畦灌节水50.0％以上，灌溉效率提高19.01kg·m-3·hm-2，单位水产值增加 107.1％-143.2％，而且较好地改善了大棚内的环境条件。

半干旱地区固沙林土壤氮素转化及其有效性研究

土壤氮素（N）转化是生态系统关键的生态学过程之一；而土壤N有效性是沙地生态系统生产力和稳定性的关键限制性因子。以科尔沁沙地东南缘樟子松（pinus sylvestris var．mongolica）、赤松（P.densiflora）和小叶杨（populus simonii）固沙林以及草地为研究对象，采用野外试验和室内实验相结合的方法，全面系统地开展了凋落物分解、土壤N矿化、淋溶等过程及土壤N有效性的研究，旨在揭示半干旱区固沙林土壤N转化及其有效性的特征和机制，为沙地植被恢复、重建、管理和评价提供科学依据。主要结论如下：（1）采用网袋法进行凋落物的分解试验，结果表明不同类型凋落物乘量衰减、元索释放、质员变化均存在明显差异，分解第1年供N能力表现为小叶杨＞草＞樟子松＞赤松；（2）采用PVC顶盖理管法和离子交换树脂袋法分别研究了林地和草地土壤N矿化过程，结果表明土壤N矿化速率表现为小叶杨川章子松七赤松＞草地，N相对有效性表现为赤松＞樟子松＞草地全小叶杨；（3）草地和小叶杨林地土壤N潜在性淋济较高，而樟子松林地较轻；（4）土壤容重、pH值、养分、温度、水分、土壤微生物、土壤动物、林下植被等环境和生物因子反映区域土壤N转化及共有效性的一般特征，而强烈的人类干扰是引起生态系统问差异的关键因索：造林有利于提高沙地土壤N积累和有效性，但樟子松造林30年后才有明显效果：放牧地土壤N硝化速率及其有效性明显高于禁牧地，但质量下降，即NH4+-N/NO3--N失衡，不利于植物吸收、微生物调控和环境保护；（5）赤松、樟子松和小叶杨均为研究区固沙造林的可选树种，合理和科学管理有利于维护生态系统N平衡，实现．可持续经营。