植物生长与土壤水关系调控起始期

确定植物生长与土壤水关系调控起始期是可持续利用土壤水资源的基础。以柠条为研究对象,采用中子仪对黄土丘陵半干旱区撂荒地,1～5年生柠条林生长和土壤水分进行长期定位观测和分析。结果表明:1 a内,随着时间推移,柠条利用土壤水分深度从播种时的表层土壤增加到220 cm;随着林龄增加,除丰水年2年生柠条林地土壤储水量增加外,柠条利用土壤水分深度和耗水量增加,林地土壤储水量下降。在2004年生长末期,3年生柠条林地100 cm土层的土壤含水量低于萎蔫系数,4年生柠条林地土壤旱化加剧,柠条生长与土壤水关系调控起始期是第5年。此时需要调控柠条生长与土壤水关系,采取措施降低柠条水分耗水量,实现土壤水资源可持续利用。

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。

黄土沟壑区砂石覆盖果园土壤剖面水分分布

以黄土高原沟壑区砂石覆盖苹果园为研究对象,对600 cm范围内土壤剖面水分含量的时间分异和空间分布状况进行了研究。结果表明:600 cm土层范围内,一周年内可划分为冬季增墒期和夏季失墒期两个阶段;土壤剖面水分空间分布随土壤深度的增加呈现波动性变化且稳定性不同,土壤含水量变化幅度随土层深度增加而变小,据此可将600 cm范围内的土壤剖面划分为速变层、相对稳定层、缓变层和稳定层;土壤水分在不同层次上的分布差异,8月土壤剖面不同层次含水量差异最大,11月次之,5月再次之,1月土壤不同层次含水量差异最小。综合看来,除土壤表层因砂石覆盖水分增加外,土壤剖面含水量随土壤深度的增加而减少且趋于稳定,水分下渗能力减弱;冬季土壤含水量多且分布均匀,夏季土壤水分减少且主要集中在上层,此时土壤不同层次水分含量差异大。

马家塔露天煤矿复垦区不同土地利用类型的土壤水分入渗过程研究

煤矿复垦区土壤结构重组,严重改变了其某些土壤物理性质,入渗过程也必然受到影响。因此以马家塔露天煤矿为研究对象,利用圆盘入渗仪研究分析复垦区4种土地利用类型(荒地、草地、灌木、林地)下土壤在3种负压(-15 cm,-3 cm,0 cm)下水分入渗过程及其影响机理,探讨了土地利用类型及复垦方式对煤矿复垦区土壤的水分运动过程的影响,为矿区土壤复垦及植被恢复提供理论基础。

土壤干旱对2个种源野生酸枣幼苗生长和生理特性的影响

以采自陕西杨陵和安塞的2个1年生酸枣幼苗为材料,采用盆栽称重控水法研究了中度和重度土壤干旱胁迫对它们生长和生理特性的影响。结果表明,不同程度的水分胁迫均使2种源酸枣新生侧枝长度受到极显著抑制,其苗高和基径也受到一定程度抑制,同时分别使叶片相对含水量和水分饱和亏有一定程度的降低和升高;2种源酸枣叶片的叶绿素a含量在各水分胁迫均极显著降低,它们的总叶绿素含量也在重度干旱下显著降低;随土壤干旱胁迫时间的延续,2种源酸枣叶片保护酶SOD、CAT、APX活性上下波动,其脯氨酸和可溶性糖含量逐渐升高,而超氧阴离子含量在较低水平下波动,丙二醛含量逐渐降低。杨陵酸枣在土壤水分较好的条件下表现良好,而安塞酸枣则具有更强的适应旱生能力。研究发现,在不同程度的土壤干旱胁迫下,2个种源酸枣的生长均受到一定程度的抑制,但它们均能调节自身的保护酶系统活性和渗透调节物质含量来减轻干旱伤害,维持植物体的正常生理代谢功能,表现出较强的抗旱耐旱能力。

TDR和FDR测定黄绵土土壤含水量的标定

时域反射仪(TDR)与频率反射仪(FDR)是目前最为先进,并且最具有发展前途的土壤含水量测量仪器。有便利、快捷、准确的优点。介绍了6种基于TDR或FDR原理的仪器对黄绵土含水量进行试验标定的方法与结果。标定结果表明:仪器的测量值与烘干法的测量值之间有一定的差异,CS616和Trime-T3烘干法测定结果接近,但是其余的4种仪器测定值均高于烘干法测定值,在应用这些仪器测定土壤含水量时需要进行标定。

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。

无压灌溉日光温室番茄作物-皿系数研究

以-25 kPa作为土壤水势临界值,将作物—皿系数(Kcp)设为0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2六个处理,研究了不同灌溉水量时的番茄产量、品质和灌溉水利用效率。通过经济效益评价,研究了杨凌地区无压灌溉温室番茄获得最高经济效益时的作物—皿系数。通过张力计读数变化规律,研究了利用张力计测量无压灌溉湿润体内土壤水势的特点。研究结果表明,Kcp为0.2~0.8时,灌溉水量的增加对番茄产量影响不大;Kcp为1.0~1.2时,灌溉水量的增加能显著提高番茄产量和果实大小;Kcp为0.2时的灌溉水量能极显著提高番茄的灌溉水利用效率。在综合考虑了杨凌地区水价、番茄使用目的和市场价格波动规律后,Kcp取值1.2能获得最高的经济效益。作物—皿系数法计算灌溉水量时的滞后性特点和张力计埋设位置,是判断利用张力计监测土壤水势临界值方法有效性的两个重要因素。

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。

夏玉米低定额畦灌田间试验研究

为了合理利用水资源,探索实现低定额均匀灌溉的适宜方法和技术路线,设计作物高效用水的有限灌溉制度,在陕西省杨凌区中壤土玉米地开展了不同畦田规格和灌水定额对土壤水分及玉米产量影响的田间试验。结果表明:对于田面坡度一定的试验田块,入畦单宽流量在3～6lm/s范围内,畦田宽度在4m以内时,各处理小区的土壤平均含水量无显著性差异,但畦田内土壤水分分布却有不同差异,当畦宽2～3m,畦长50m时可达到较高灌水效率(Ea>80%)和灌水均匀度(DU>80%);玉米拔节-抽雄期的灌水定额处理对玉米的生长存在明显影响;不同灌水定额对作物产量、水分利用效率影响显著。

砂粒含量对土壤水分蓄持能力影响模拟试验研究

通过人工配制不同质地土壤,测定土壤水分特征曲线,研究了土壤中砂粒含量对其水分蓄持能力的定量影响。结果表明:(1)砂粒含量对土壤水分蓄持能力有较大影响,土壤持水能力随砂粒含量增加递减,表征土壤持水能力的水分特征曲线Gardner模型参数及表征土壤饱和含水量的Van Genuchten模型参数均随砂粒含量增加逐渐减小。(2)砂粒含量对土壤比水容量有较大影响,试验土壤在任一吸力水平下的比水容量值均随其砂粒含量增加递减。(3)试验土壤饱和含水量与砂粒含量呈线性关系,田间持水量、凋萎系数与砂粒含量都呈开口向下抛物线右半段的关系。(4)试验土壤有效水、迟效水含量随砂粒含量增加递减,二者与砂粒含量均呈开口向下抛物线右半段的关系。易效水含量与砂粒含量呈开口向上抛物线关系。

山地红枣林地滴灌水分运移规律试验研究

在米脂山地微灌枣树示范基地研究了一定流量范围、不同灌水量条件下,地表滴灌水分在水平和垂直方向上的运移规律及滴灌结束后的水分再分布特征。试验结果表明:在流量稳定条件下,湿润体的水平和垂直扩散距离均与时间有显著的幂函数关系;在4.6~5.0 L/h的流量范围内,湿润体的水平和垂直扩散距离与灌水量也存在显著的幂函数关系;滴灌停止后24 h内的土壤湿润体扩散很大,湿润体平均含水量降低很快,24 h后的扩散较小,平均含水量下降较小,确定滴灌停止后24 h时的湿润体特征值可作为滴灌系统设计的依据。

黄土高原苜蓿草地在不同种植方式下的土壤水分变化

在长期定位试验的基础上,通过田间实地测定0~400 cm土壤含水量,分析和比较了不同种植方式下苜蓿草地土壤水分的变化。结果表明,连作苜蓿地、轮作苜蓿地的400 cm土层平均土壤含水量分别为10.6%和11.4%,均低于土壤稳定湿度,其干燥化指数为24.6%和37.2%,分别属强烈干燥化和严重干燥化,而小麦连作的干燥化指数为86.4%,属轻度干燥化。连作苜蓿地土壤干层最厚,400 cm处仍十分干燥,而轮作苜蓿地和连作小麦地到240 cm以下时,土壤水分开始有所恢复。连作苜蓿地和轮作苜蓿地通过降雨可恢复部分土壤水分,可恢复的土壤深度为40 cm和60 cm,而连作小麦地可达100 cm。不同施肥措施下连作苜蓿地土壤干燥化程度都很严重,施肥措施不是造成土壤干燥化的主要原因。轮作系统中不同轮作年限苜蓿地的土壤水分状况有一定的差异,但是均没有形成深厚的土壤干层。与连作苜蓿相比,轮作苜蓿不会大量消耗土壤深层水分而形成深厚的土壤干层,有利于土壤水分的可持续利用。

桃树茎直径微变化与土壤水势及气象因子的关系

通过对充分供水和逐步干旱处理的盆栽"仕女红"桃树茎直径微变化动态的观测,分析了茎直径日最大收缩量(MDS)、日增长量(DI)和日最大值恢复时间(RT)对水分状况和气象因子的响应,并对适宜灌溉控制指标进行了探讨。结果表明:随土壤水势降低,桃树茎直径MDS和RT呈增大趋势,DI呈下降趋势并由正值变为负值;气象因子对桃树茎直径变化影响显著,太阳辐射(Rn)和空气相对湿度(RH)对MDS影响最强烈,连续降雨对DI和RT影响显著。DI受土壤水势影响产生变化的趋势明显并受气象因子影响较小,是最理想的灌溉控制指标,可将DI=0作为灌溉控制临界值;MDS受气象因子影响强烈,变异性较大,且需要充分灌溉条件下的MDS作为参考,RT与土壤水势的相关性不高,因此均不适合单独作为灌溉控制指标。

黄土高原(土娄)覆盖层与黏化层的土壤水文效应

黄土高原(土娄)土在《中国土壤系统分类(修订方案)》中属土垫旱耕人为土类的相应亚类,其土壤水分状况是诊断表层所属人为表层类堆垫表层(覆盖层)和诊断表下层(黏化层)的重要诊断特征。以土壤持水性能、蒸发性能和水分移动性能为切入点,对(土娄)土覆盖层和黏化层的土壤水文效应进行研究论证,以期对土垫旱耕人为土类及其亚类的诊断层与诊断特征获取更深层的认识。