晋西黄土区不同入渗水量下刺槐林地优先流特征

为探究晋西黄土区刺槐林地是否存在土壤优先流及不同入渗水量条件下对优先流发育程度的影响,以山西吉县蔡家川小流域刺槐人工林为研究对象,结合野外染色示踪试验与室内图像处理的技术方法,获取垂直剖面染色形态特征图像并进行特征值的提取,选取基质流深度、染色面积比、优先流比、长度指数、平均最大染色深度和染色面积比变异系数6个特征指标,基于均方差决策法定量分析不同入渗水量条件下的优先流发育情况。结果表明:(1)刺槐人工林土壤水分入渗过程中存在优先流现象,随入渗水量的增加,优先路径逐步向侧向发展,优先流斜侧入渗现象明显;(2)染色面积比随土层深度的增加呈非线性减小趋势,水分呈现非均匀下渗现象;入渗水量为75mm时的优先流比达到47.11%,优先流发育程度最高;(3)3种入渗水量条件下的平均最大染色深度分别为25.33、32.20、38.87cm,与入渗水量的大小呈正相关关系,表明入渗水量的增加可以促进水分向深层运动,有利于优先路径的开启;(4)入渗水量与优先流评价指数之间呈正相关关系,优先流评价指数75 mm(0.81)>50 mm(0.39)>25 mm(0.36),入渗水量增加促使优先流发育程度更高。

气候变暖对晋北黄土高原半干旱区马铃薯适播期的影响

以气候变暖为主要特征的气候变化对马铃薯物候期、生长发育及产量都产生很大影响,研究马铃薯生长季热量资源和适播期变化特征,对调整品种布局和合理利用气候资源具有重要意义。利用1981—2016年晋北地区地面气象观测站和农业气象观测站资料,通过趋势分析和相关分析,研究晋北马铃薯气候资源变化特征及对马铃薯产量的影响;基于积温稳定性原理,建立气象产量预测模型,得出最高气象产量对应的适播期,并分析适播期的年代变化特征。结果表明,晋北马铃薯生长季气温以0.32℃·10a^(-1)速率呈升温趋势,≥5℃积温以47.0℃·d·10a^(-1)速率呈增加趋势。气候变暖背景下对晋北马铃薯产量影响显著的气候因子主要是出苗~分枝期的平均气温,全生育期的积温、日照时数、需水量,出苗~分枝期、花序形成~可收期及全生育期的最高气温≥30℃的日数。气温和日照基本为负效应,降水在营养生长期为负效应,生殖生长期为正效应。晋北马铃薯适播期随着气候变暖有提前的趋势,20世纪80年代适播期在5月上旬末至5月中旬,90年代适播期在5月上旬,21世纪最初10 a适播期在4月下旬至5月上旬初,2010年以后马铃薯适播期提前到4月中旬末至4月下旬。建议晋北黄土高原半干旱区盆地地区种植中晚熟品种,尽量选择早播,可以选择4月中旬末至4月下旬,高海拔地区建议种植中熟品种或采取地膜覆盖提早播期来种植中晚熟品种,可以在4月下旬末至5月上旬播种。

不同滴灌带布设方式对苹果-大豆间作系统土壤化感物质与微生物的影响

为探究不同滴灌带布设方式对果农间作系统土壤酚酸类物质、酶活性和微生物分布特性影响,初步探明间作滴灌条件下,土壤酚酸类物质与土壤生物因子的相互关系。以晋西黄土区典型的苹果—大豆间作系统为研究对象,设置3种(L1、L2、L3)滴灌带间距,分析不同水分分布下土壤酚酸类物质、酶活性和微生物数量的空间分布变化,并在相关性基础上利用逐步回归模型,分析3个土壤因子之间的相互关系。结果表明:除苯甲酸和间苯三酚外,滴灌带间距对酚酸类物质分布影响显著(p<0.05),除过氧化氢酶外,滴灌带间距对酶活性、微生物数量分布有显著影响(p<0.05)。在垂直方向上,不同滴灌带布设方式使酚酸更多地分布在深层土壤,微生物数量和部分酶活性在L1、L2处理中随土层加深而先减后增;在水平方向上,不同滴灌带布设方式对土壤酚酸类物质、细菌和真菌分布影响与间作对照处理一致,随距树距离增加而增加。滴灌条件下,除对羟基苯甲酸外,酚酸类物质受脲酶、过氧化氢酶和放线菌的抑制作用显著,间作处理土壤酚酸总量较单作有所减少。L1处理土壤酶活性、微生物总量最高,L2处理土壤酚酸类物质累积量最低。其中L2处理在酚酸累积量最低的基础上,土壤酶活性也处于较高水平,因此,建议在果农间作系统中采用隔行大豆布设滴灌带模式,改善土壤微生态环境的同时可缓解化感物质的抑制作用。

不同滴灌带布设方式对苹果×大豆间作系统养分分布及利用特征的影响

为探究不同滴灌带布设方式对果农间作系统养分的分布及利用特征的影响,以晋西黄土区典型的苹果/大豆间作系统为研究对象,设置裂区试验,分析不同滴灌带布设措施下,苹果/大豆间作系统的土壤养分的空间分布、大豆产量及养分吸收利用效率。设置3种滴灌带间距(L1:每行大豆根部布设滴灌带;L2:每间隔1行大豆布设1条滴灌带;L3:每间隔3行大豆布设2条滴灌带)和2种覆膜方式(M1:覆白膜;M0:不覆膜)。结果表明:覆膜和滴灌带间距对土壤养分分布影响显著(P<0.05),在水平方向上距树不同距离的土壤养分含量出现“V”和“N”型变化规律,通过改变滴灌带间距调节水肥的再分布可以促进生态位的分离而缓解竞争,同时提高养分的吸收利用效率有效的增加产量,其中养分含量及吸收利用效率最高的是覆膜+每间隔一行大豆布设一条滴灌带的处理,其产量为1747.6 kg/hm^(2),该模式更适合为缓解苹果/大豆间作群体的种间水肥竞争提供参考。

晋西黄土区果农间作土壤养分空间分布

为了研究黄土区农林复合系统土壤养分的空间分布及效应,对山西吉县残塬面核桃×花生、核桃×大豆和核桃×玉米3种典型果农间作类型下0～100cm土层中土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾进行了测定和分析。结果表明:1)3种间作类型土壤养分的空间分布特征具有一定的相似性。在垂直方向上,土壤养分含量随土层深度的增加而减少,并且距果树越远,土壤养分的垂直递减梯度越小;在水平方向上,离果树越近,土壤养分越少。2)效应分析结果表明,间作系统中果树与作物存在竞争,间作系统中作物土壤养分的综合效应优劣说明间作作物以花生为最佳、大豆其次、玉米最差。根据研究结果提出了研究区果农间作系统减少土壤养分竞争的相关建议:加强水肥管理、增加果树和作物的间作距离、设置根障。

晋西苹果＋大豆间作土壤水分分布及其对大豆生长的影响

果农间作是晋西黄土区农林复合的主要模式之一。采用定位监测方法,以4、6和8年生苹果与大豆间作系统为研究对象,分析其土壤水分空间分布及其对大豆生长的影响。结果表明:1)不同树龄苹果+大豆间作系统在垂直方向上土壤含水量随着土层深度增加而增高,在水平方向上土壤含水量随着距离果树距离的增大而增高;2)土壤含水量总体表现为8年生间作系统>4年生间作系统>6年生间作系统,8年生间作系统比4年生间作系统高3.13%,比6年生间作系统高10.38%;3)随着树龄的增长,间作大豆平均株高、生物量和产量均逐渐减小,其中8年生间作系统中,大豆生长受影响最严重。随着果树树龄的增长,建议增加果农界面的距离或适时停止复合经营。

晋西黄土区不同空间尺度径流影响因子的辨析

【目的】研究不同空间尺度下晋西黄土区径流的主要影响因子,为当地生态建设和水土流失治理提供参考。【方法】通过对晋西黄土区坡面和小流域2个不同空间尺度下生态水文过程进行长期定位和半定位监测,应用SPSS统计分析软件和灰度关联方法分析了2个空间尺度下径流的主要影响因子。【结果】在坡面尺度,对径流影响最大的是降雨强度和郁闭度,权重分别为21.84%和21.81%;其次为雨前土壤含水量和降雨量;对坡面径流影响最小的因子为坡度,权重为16.39%。在小流域尺度,对径流影响最大的是降雨量和流域面积,权重均为18.11%;其次为形状系数、降雨强度和森林覆被率;沟道比降对径流的影响最小,其权重为14.05%。【结论】在本研究尺度范围内,随着研究空间尺度的增大,降雨量对径流的影响作用加大,降雨强度和植被对径流的影响作用变小,坡度和沟道比降对径流的影响均较小。

晋西黄土区苹果+大豆间作系统小气候及其对作物生产力的影响

为了评价果农间作系统的生态效益和经济效益,指导果农间作系统的物种选择和行间配置等农艺措施的生产实践,以晋西黄土区山西省吉县3年生苹果＋大豆间作系统（T1）、5年生苹果＋大豆间作系统（T2）、7年生苹果＋大豆间作系统（T3）和大豆单作系统（CK）为对比试验材料,通过布设根障,在分析苹果＋大豆间作系统小气候各因子特征的基础上,利用灰色关联法,研究不同树龄间作系统的小气候综合效应,并评价小气候对作物生产力的影响.结果表明：1）与大豆单作系统相比,苹果＋大豆间作系统光合有效辐射强度降低了30.3％ ～ 59.0％,气温下降了5.9％～17.9％,表层土壤温度下降了14.6％～42.7％,空气相对湿度增加了7.0％ ～ 17.9％;2）随着树龄的增加,苹果＋大豆间作系统对大豆单作系统的小气候关联系数逐渐降低,其中,小气候各因子中,空气相对湿度和光合有效辐射强度与大豆单作系统的关联度最小;3）各树龄苹果＋大豆间作系统的大豆根茎叶生物量和产量均低于大豆单作系统.树龄越大,苹果＋大豆间作系统的光拦截作用和降温增湿作用越明显,小气候综合效应也越强,但各树龄苹果＋大豆间作系统的小气候均会对间作大豆生产力水平产生负面效应.

晋西幼龄苹果×大豆间作的土壤中水分、养分空间分布特征及对大豆的影响

为了研究幼龄苹果(Malus pumila)×大豆(Glycine max)间作系统中土壤水分、养分的空间分布特征及其对大豆生长和产量的影响,选取晋西黄土地区具有典型代表性的幼龄苹果×大豆间作模式作为研究对象,对苹果×大豆间作系统及大豆单作系统(对照)的土壤水分、养分含量进行了定位监测。结果表明:(1)在垂直方向上,土壤水分含量随着土壤深度的增加而逐渐增加,土壤养分含量随着土壤深度的增加而逐渐减小;(2)在水平方向上,随着与树行距离的增加,土壤水分含量呈现递增的分布特征,土壤养分含量呈现高低高的分布特征;(3)与大豆单作系统相比,间作系统的土壤水分、养分含量出现不同程度的降低,整体上均表现为负效应;(4)苹果×大豆间作系统中苹果树与大豆间的土壤水分、养分竞争对大豆植株生长发育造成了较大影响,土壤水分含量、速效磷含量和全氮含量是影响大豆产量的主要因素,影响的主要区域在苹果树行两侧1.5m的范围内;(5)建议采取适当的调控和管理措施缓解种间水肥竞争提高大豆的产量,以获取更多的经济收益。

苹果-大豆间作系统光照分布及其对作物的影响

以4年生、6年生和8年生苹果-大豆间作系统为研究对象,通过定位观测,定量分析不同树龄、距果树不同距离处光合有效辐射(PAR)与作物生物量及产量的关系。结果表明:1)苹果-大豆间作系统中PAR均值随着树龄的增大而减弱,与4年生间作系统相比,6年生间作系统PAR均值减小了27.29%,8年生间作系统减小了37.86%。2)4年生、6年生、8年生果农间作系统光照分布均表现为距离树行越近,PAR越弱。3)与单作大豆相比,4年生、6年生和8年生间作系统大豆产量分别降低3.09%、12.53%和43.02%,且大豆产量与PAR显著相关,说明随着果树树龄增长,间作系统PAR逐渐减小,大豆生长受到严重影响,建议8年生间作系统应增加果农复合界面的距离或停止复合。

晋西黄土丘陵区3个树种人工林枯落物的持水特性

【目的】研究晋西黄土丘陵区油松、杨树和刺槐3种典型人工林枯落物的持水特性。【方法】采集研究区油松、杨树和刺槐人工林不同层次枯落物,测定其蓄积量、最大持水量、吸水速率、最大吸湿比、有效拦蓄量等持水特性参数。【结果】3个树种人工林地中枯落物的蓄积量依次为油松林(13.72t/hm2)>杨树林(13.42t/hm2)>刺槐林(6.88t/hm2),枯落物的最大持水量依次为杨树林(18.83t/hm2)>油松林(14.24t/hm2)>刺槐林(11.44t/hm2),枯落物的最大吸湿比依次为刺槐林(2.85)>杨树林(2.75)>油松林(2.17),枯落物的有效拦蓄量依次为杨树林(27.23t/hm2)>油松林(22.02t/hm2)>刺槐林(15.80t/hm2)。3种人工林枯落物的吸水过程均表现为在浸水0～3h持水量不断增大、吸水速率由最大不断下降,到4～12h变化趋于平缓,到24h变化基本达到动态平衡。建立了3种林枯落物持水量与浸水时间及吸水速率与浸水时间之间的关系式。【结论】杨树林枯落物的持水能力比油松林和刺槐林强,对土壤的水源涵养作用更明显。

晋西黄土区不同土地利用类型降雨-径流关系的研究

本文以北京林业大学山西吉县科研试验场蔡家川流域为研究对象,采用对比分析法,对降雨—径流关系进行了研究。分析得出在蔡家川流域雨强是影响地表径流的主要因素;由于整地等人工措施的影响,人工林水土保持效果好;对于农地、半牧半农等人为活动频繁的小流域,弱雨强时径流系数极小,大雨强时径流系数相对较大,尤其是半农半牧流域,水土流失严重;当雨量>20mm时,无林流域初损历时小于森林流域,小尺度流域的初损历时小于大尺度流域。

苹果花生间作系统土壤水分动态及主要竞争区域

以晋西黄土区典型苹果-花生间作系统为研究对象,研究间作系统界面土壤水分动态变化以及土壤水分的主要竞争区域,旨在提高该地区果农间作系统降水生产力、土壤水分利用效率。采用烘干称重法对苹果树行(行距为5 m)距苹果树不同距离处0~60 cm土层的土壤水分含量进行监测,利用移动窗口法对土壤水分的主要竞争区域进行分析。研究表明:花生的苗期、开花期、结荚期和成熟期,土壤水分含量较低,均未超过20%,且各时期土壤水分含量差异显著,苗期和成熟期土壤水分含量高于开花期和结荚期,开花期土壤水分含量最低;以距苹果树南北两侧各2.5 m为分界线,距离果树越远,土壤水分含量先降低再升高,最低点在距树行1.2 m左右;在花生各生育期,与花生单作比较,间作系统土壤水分皆呈现出负效应,分别是-25.16%、-20.26%、^(-1)2.97%和^(-1)1.13%;苹果-花生间作系统苗期的主要竞争区域是距树南侧0.8~2 m和距树北侧0.8~1.8 m,竞争宽度2.2 m;花生开花期的主要竞争区域为距树南侧0.8~1.8 m和距树北侧1~2 m,结荚期和成熟期土壤水分的主要竞争宽度最小,为1.8 m,主要竞争区域分别是距树南侧0.8~1.8 m、距树北侧0.8~1.6 m和距树南侧0.8~1.6 m、距树北侧0.8~1.8 m。

黄土残塬沟壑区坡度和坡长对土壤侵蚀的影响分析

该研究以黄土区坡地的坡长与坡度对于土壤侵蚀的影响为研究内容 ,旨在为因害设防 ,更好的治理水土流失 ,对黄土高原坡地综合治理提出理论依据和切实可行的实践指导 .根据在山西省吉县黄土残塬沟壑区长期定位水土流失观测与调查资料 ,并结合以往关于黄土区的研究成果分析了坡长和坡度与侵蚀的关系 ,研究表明 :随坡长和坡度的增大 ,径流增大 ,侵蚀量越大 ,侵蚀模数增大 ;年侵蚀模数与坡长呈正相关关系 ;随着坡长增大 ,细沟侵蚀和浅沟侵蚀明显增强 ;坡耕地坡长最好小于 15m .

晋西黄土洞穴成因研究

在野外调查、室内实验基础上,对晋西黄土洞穴的成因进行了分析,研究表明:晋西黄土洞穴的形成是多种内外因素综合作用的结果,主要因素包括黄土的土性、微观结构、节理裂隙、地层结构厚度、水文气候、地形地貌等,其中黄土土性和微观结构是黄土洞穴形成的内因,节理裂隙和地层分布状况为洞穴发育提供了空间和物质基础,水成为黄土洞穴形成的源动力,地形地貌则控制着黄土洞穴的分布。

晋西黄土区刺槐人工林林冠截留模拟

为探讨晋西黄土区刺槐人工林生态水文过程和影响机制,以2007和2008年7—10月的19场降雨和气象及林分结构资料,用修正的Gash林冠截留模型,对刺槐人工林林冠截留进行模拟。结果表明:刺槐人工林林冠持水能力和树干持水能力分别为0.55和0.109 1 mm,使林冠达到饱和的降雨量为0.75 mm,使树干达到饱和所必需的降雨量为8.70 mm;修正的Gash模型可以较好地模拟晋西黄土区刺槐人工林的林冠累计截留量,林冠累计截留量相对误差最小值为0.76%,最大值为12.60%,平均林冠累计截留量相对误差为6.40%,林冠累计截留量模拟值小于实测值,截流率比实测值低2.64%。

晋西黄土区不同树种配置对林下植被物种多样性的影响

以晋西黄土区的油松林、刺槐林和油松刺槐混交林3种人工林群落为研究对象,通过地表植被调查,分析了不同树种配置对林下层物种多样性的影响。结果表明:在晋西黄土区,针阔叶树种的配置更有利于林下层植被多物种的共存;油松和刺槐的搭配种植显著提高了森林土壤的养分质量分数和林下植物群落的生物量,这些生态因子的改善又有利于其林下植被物种多样性的增加。因此,建议在该地区可适当扩大油松和刺槐混交林的种植面积,在充分发挥其水土保持功能的基础上提高地表植被的物种组成多样性。

晋西黄土区林草复合界面土壤水分养分分布规律研究

通过对晋西黄土区刺槐林与天然草带的复合界面及其对照(林地、草地)生长季土壤水分和养分(有机质、全氮、速效氮和速效钾)的测定,分析比较了其水分和养分的空间分布特征及其变化规律。结果表明,不同土壤层次的土壤含水量在水平方向上存在差异,在浅层土壤(0-20cm),土壤含水量从大到小依次为:草地、林地、林草界面,在深层土壤(20-100cm),土壤含水量从大到小依次为:草地、林草界面、林地;在垂直方向上,随着土层深度的增加,研究区林地、草地、林草界面的土壤含水量表现为逐渐降低的趋势,刺槐林地在60-100cm土层中土壤含水量有少许回升。研究区复合类型内土壤养分分布不均衡,水平方向上有机质平均含量为林草界面<草地<林地;全氮平均含量为林草界面最小,草地与林地相差不大;速效磷平均含量为林地<草地<林草界面;速效钾平均含量为草地<林草界面<林地;垂直方向上,各个生态类型的有机质含量、全氮含量、速效钾含量随着土壤层次的加深逐渐减少,而速效磷含量在土壤的不同层次呈现不同的变化。

晋西黄土区苹果-农作物间作土壤水分研究

以晋西黄土区具有代表性的苹果(Malus pumila)—花生、苹果—大豆两种果农间作模式为研究对象,对苹果—农作物间作系统中土壤水分的时空分布特征和水分效应(EM)情况进行分析,旨在为该地区间作系统水分分布模型的建立,水分生态特征的分析等提供一定的基础资料。研究表明:(1)苹果—农作物间作系统土壤含水量在不同物候期变化显著。(2)苹果—农作物间作系统中果树对作物产生的影响程度与二者之间的距离有关,离树体越近,土壤含水量越小。二维分布等值线图直观性强,对于描述间作系统土壤水分分布情况具有良好效果。(3)土壤水分效应表明果树对作物存在竞争。当土壤层次取0—40cm时,苹果—花生和苹果—大豆间作的土壤水分效应分别为-10.54%和-12.81%;当土壤层次取0—100cm时,其土壤水分效应分别为-11.20%和-16.83%。研究结果可为该地区土地资源合理利用和农林复合经营的可持续发展提供科学依据。

晋西黄土区果农间作系统根系生态位特征

为了进一步分析农林复合系统的土壤水肥效应,指导农林复合系统的物种选择和行间配置及其水肥管理等农艺措施,以晋西黄土区核桃—大豆间作系统为研究对象,采用分层挖掘根系法,研究核桃和大豆的根系生态位分布特征及地下种间竞争关系。结果表明,在1.0~3.0m各区域,核桃根系生态位宽度均大于大豆根系生态位宽度,而在3.0~3.5m区域,则反之;在垂直方向上,除1.5~2.0m区域的大豆外,大豆和核桃的根系生态位均随土壤深度的增加而下降;距树行1.0~3.0m各区域,核桃对大豆的生态位重叠指数均大于大豆对核桃的生态位重叠指数,而在距树行3.0~3.5m区域,则反之。距树行1.0~2.5m区域的核桃和大豆根系生态位相似性和地下种间竞争指数均较大,为种间土壤水肥竞争的主要区域。