黄土高原“林分自创性”有效水分供给体系的研究

在黄土高原半湿润区,对无林沟坡(荒坡)与林地土壤分水储量变化的多年定点测定结果表明,在蒸发潜力很大的气候条件下,在很少有植物消耗水分的荒坡近裸立地上,和在林木每年蒸腾消耗大量水分之后的林地上,若以降雨丰、欠年周期为单位计算,土壤水分的收支均保持着相对的平衡关系。表现出林地与荒坡水分收支关系有着本质的差异。提出了开展林地有效水分获取途径研究的必要性。根据对林分改造自身生存环境,为自己提供有效水分功能的定点测定结果,从系统水分收支平衡原理出发,经过对林分、荒坡各自水分小循环过程及二者水分数量关系的分析,提出了黄土高原林分“自创性”有效水分供给体系假说,建立了“自创”潜力表达方程。对“自创性”假说提出的意义、作用及应用价值,进行了阐述。提出了它在黄土高原森林水文效应及森林培育学理论研究上,具有开拓新思路的重要作用。

不同气候条件下葡萄成分与土壤有效水分的关系

据《Scientia Horticulturae》的一篇研究报道(https://doi.org/10.1016/j.scienta.2019.109063),来自西班牙莱里达大学环境与土壤科学系的研究人员研究了不同气候条件下丹魄葡萄整个生长周期果实成分与土壤有效水分之间的关系。该项研究在西班牙Rioja DOCa进行,研究人员分析了非灌溉植株上果实着色期至成熟期的果实成分(包括浆果重量、酸度和本分类成分)和整个生长周期中土壤有效水分的关系。

以东亚及中亚地区虚拟湖泊水位变化为代表的全新世有效水分变化的连续模拟

流域内的水量平衡可以通过单个湖泊的水位波动体现,而区域湖泊水位的一致性波动则可以反映区域有效水分的变化.以往的研究主要通过分析湖泊沉积物的多代用指标来重建过去的有效水分,缺少对区域有效水分变化的定量研究.本研究基于瞬态气候演变模型、湖泊能量平衡模型及湖泊水量平衡模型,以构建的虚拟湖泊为载体,进行东亚及中亚地区全新世以来有效水分变化的连续模拟实验.使用的虚拟湖泊水位、面积、水深、盐度与实际区域的湖泊状况并不相同,但能够通过假设来估算区域有效水分的相对变化.此外,还对不同地理区域有效水分变化的驱动机制进行了探讨.研究结果表明:中国北方全新世以来有效水分的逐渐降低主要受到长波和短波辐射导致的蒸发增加,以及夏季太阳辐射降低导致的降水减少的共同影响;青藏高原和中亚南部全新世以来有效水分的降低主要受控于亚洲夏季风的减弱而造成的降水减少;而西风环流增强导致的降水逐渐增多是中亚北部全新世晚期有效水分增加的原因.

晋西黄土区土壤水分有效性分析的克立格法

以山西吉县蔡家川小流域土壤水分有效性分级为基础，通过对291个土壤水分监测点在旱季的土壤水分监测（TDR土壤水分测定法），以变异函数为主要工具，以普通克里格法和指示克立格法为基本方法，研究土壤水分空间分布及土壤水分有效性水平在空间上的概率分布。研究结果表明：试验区土壤有效水和无效水的分界为13．46％（0～30cm）、12．48％（30～60cm），速效水和迟效水的分界为15．20％（0～30cm）、14．20％（30～60cm）；通过克立格插值估计整个研究区坡面0～30cm、30～60cm土壤水分平均值为10．94％、11．88％，处于土壤无效水含量范围内的面积占总面积的75．7％、55．7％；土壤水分有效性的概率分布与坡向关系密切，土壤有效水的概率自东北向西南递减。30～60cm土层出现有效水区域及相对应的概率远大于0～30cm土层。

晋西黄土区土壤水分有效性研究

在不同林地土壤水分特征曲线测定的基础上，进行土壤水分有效性的分级。通过分析不同林分的持水、供水能力，并结合生长季中土壤水分的测定，确定了不同林地土壤水分有效性水平。研究结果表明：不同立地条件下的各层土壤水分特征曲线几乎重合、形状基本相似，无显著差异；天然次生林地土壤持水能力最高，其余依次为油松×刺槐、侧柏×刺槐、侧柏、油松、灌草地、刺槐；土壤的供水能力侧柏×刺槐〉次生林〉刺槐〉油松〉侧柏〉油松×刺槐〉灌草地，同一立地条件下底层土〉表层土；在7～10月期间，样地各土层均处于有效水范围内，0～80cm土层平均有效水储量为24．27～70．47mm。

黄土高原坡面带状植被土壤水分有效性的空间分异特征

对黄土高原柠条和山杏2种带状格局植物篱20cm土层处土壤水分有效性的空间分异及动态变化进行了分析。结果表明:(1)2种带状植物篱带内、带前、带间、带后土壤水分有效性均差异显著(P<0.05)。柠条植物篱土壤水分有效性随距植被带距离的增加而提高,而山杏植物篱土壤水分有效性随距植被带距离的增加而降低。(2)土壤水分有效性分级比较表明,柠条植物篱带间土壤水分为中效水,带后、带前、带内均为难效水,而山杏植物篱带内土壤水分为易效水,带后和带间均为中效水。(3)在土壤持水性能方面,柠条植物篱最大持水量表现为带间(69.91%)、带内(62.54%)高于带后(60.31%)、带前(56.52%),而最小持水量为带间(53.20%)最高、带内(33.05%)最低。山杏植物篱带间土壤最大持水量、毛管持水量、最小持水量分别是带内的1.05,0.96,1.35倍。(4)在20—100cm土层内,柠条植物篱各部位土壤体积含水量除在40cm土层处差异不显著外,其他各土层均差异显著(P<0.05)。在表层(20cm)表现为带内>带后>带前>带间,随着土层深度的增加带内土壤体积含水量逐渐降低,带间土壤含水量逐渐增加。山杏植物篱各部位土壤体积含水量基本相同,且增减变化一致,土壤含水量不受植被带距离的影响。(5)在降水条件下,柠条植物篱各部位土壤水分有效性空间动态变化表现为带间>带后>带前>带内,山杏植物篱各部位土壤水分有效性动态变化表现为带内>带后>带间。(6)柠条植物篱系统带内和带间在20—200cm土层内为干层;梯田在60—200cm土层内为干层;植被严重影响着土壤干层的厚度及分布;干层化程度表现为柠条植物篱带内>带间>梯田。在进行植被恢复重建时应考虑当地的降水变化、土壤理化性质、植被类型,选择适宜的植被类型,并合理设置种植密度,才能减少因土壤干层化引起的土壤水分亏缺对植被恢复重建的影响。

土壤水分有效性及其影响因素定量分析

为探讨土壤水分有效性及其与大气、土壤和作物因素的定量关系,将作物实际腾发量作为土壤水分有效性的评价指标,采用土壤水分概率模型建立土壤水分有效性系数的计算模型,分析大气、土壤和作物因素对土壤水分有效性的影响效应。研究结果表明:降水量和降水分布均对土壤水分有效性产生显著影响,土壤质地对土壤水分有效性的影响并不明显;在总降水量小于150mm的干旱条件下,凋萎系数小于0.3的土壤质地更有利于作物对土壤水分的吸收;在总降水量小于50mm的极端干旱和总降水量大于750mm的极端湿润条件下,由于降水影响强烈,弱化了潜在蒸发蒸腾量对土壤水分有效性的作用;当总降水量接近300mm时,潜在蒸发蒸腾量对土壤水分有效性的影响明显。在不同的环境中,土壤水分有效性对降水和作物参数的敏感度不一致。以作物实际腾发量为指标评价土壤水分有效性比较全面地反映了土壤水分对作物的有效性与大气条件、土壤质地和作物类型的动态关系,与动力学方法相比,建立在土壤水分概率模型基础上的土壤水分有效性系数解析模型便于分析输入参数与模型结果的响应关系。

溶质类型与矿化度对半干旱盐渍化地区果园土壤水分有效性的影响

盐渍化土壤水分有效性是制约土地生产能力的关键因素之一。研究不同盐分类型及矿化度的盐溶液对土壤水分有效性的影响,可为微咸水合理灌溉以及促进土壤生产潜力的发挥提供科学依据。本研究采用离心法在室内研究了脱水过程中灌溉水的溶质类型(NaCl和Na2SO4)与矿化度(0、1 g.L 1、3 g.L 1、5 g.L 1、10 g.L 1)对半干旱盐渍化地区果园土壤水分有效性的影响。结果表明:不同矿化度的NaCl和Na2SO4处理均可使田间持水量、暂时萎蔫系数、永久萎蔫系数、迟效水和无效水较对照有所降低。不同矿化度的NaCl处理以及1g.L 1的Na2SO4处理土壤全有效水和速效水都较对照增加,3 g.L 1、5 g.L 1和10 g.L 1的Na2SO4处理土壤全有效水和速效水都较对照减小。不同矿化度的NaCl和Na2SO4处理均可使土壤通气孔隙和毛管孔隙相对减少,非活性孔隙增大,其中矿化度为5 g.L 1的NaCl和Na2SO4处理对其影响最为明显,通气孔隙分别较对照减小16.8%和14.8%,毛管孔隙分别较对照减小5.2%和6.5%,非活性孔隙分别较对照增加15.7%和14.4%。NaCl对于土壤比水容量和毛管断裂的延迟效果比NaSO4明显。且土壤溶液盐分含量增加,土壤持水能力下降、供水性能增加而土壤抗旱性降低。

黄土半干旱区刺槐和侧柏林地土壤水分有效性及生产力分级研究

采用LI 6 2 0 0型植物光合测定系统和LI 16 0 0型稳态气孔计 ,对黄土半干旱区刺槐、侧柏的净光合速率、羧化效率、蒸腾速率、水分利用效率、气孔导度、气孔阻力、胞间CO2 浓度和气孔限制值与土壤含水量的关系进行研究 ;并对林地土壤水分有效性及生产力进行分级与评价 .结果表明 ,刺槐与侧柏林地土壤含水量分别在 4 .5 %和 4 .0 %以下为“无效水” ;土壤含水量在 4 .5 %～ 10 .0 %和 4 .0 %～ 8.5 %阈值内属于“低产低效水” ;在 10 .0 %～ 13.5 %和 8.5 %～ 11.0 %阈值内为“中产高效水” ;在 13.5 %～ 17.0 %和11.0 %～ 16 .0 %阈值内属于“高产中效水” ;在 17.0 %～ 19.0 %和 16 .0 %～ 19.0 %阈值内为“中产低效水” ;土壤含水量在 19.0 %以上也属于“低产低效水” .

丹江口库区石渣土土壤水分有效性研究

土壤水分有效性的高低是制约石渣土生产能力的关键因素之一。对丹江口库区郧县石渣土 3种不同土石比土壤水分有效性的研究表明 :土壤水分有效性与土壤中的土 (<2 mm)石 (>2 mm)比关系密切。土壤蒸发、持水、导水和供水能力均与土壤中的土石比的大小有关。 3种土壤的持水能力 ,以石砾含量较少、质地较粘的土壤最强 ,以石砾含量较多、质地为壤质的土壤最低。而土壤水分蒸发能力与砾石含量呈负相关 ,土壤水分扩散率则与砾石含量呈正相关。适中土石比的土壤可提高入渗性能 ,减少蒸发量 ,提高供水性能。

重量法研究大豆水分吸附速率和有效扩散系数

在5种温度（10~35℃）、3个湿度（RH 65%、86%及100%）组合环境中,以称重法测定了初始低水分（4.33%~5.85%）、正常水分（11.74%~12.65%）、高水分（17.58%~17.89%）两个大豆品种“中黄37”和“澄豆”含水率随时间的变化,并采用修正的扩散方程描述水分吸附/解吸速率变化规律,对径向对称的球形大豆籽粒采用斜率方法分析计算水分扩散系数和活化能。在RH 65%~100%范围内,大豆初始水分越低,10~35℃条件的水分吸附速率越大,且温度较高,吸附速率较大。同样的初始水分条件,暴露的相对湿度越高,大豆的水分吸附/解吸速率越大。正常水分的大豆样品20~35℃水分吸附速率均在72 h内快速降低,而10℃水分吸附速率在96 h内缓慢降低。测定的两个大豆品种正常含水率样品10~35℃吸附过程中,水分有效扩散系数为1.920×10-8~5.253×10-8m2·h-1,活化能为10.711~23.358 k J·mol-1。对相同初始水分样品,随着温度增加,大豆籽粒水分扩散系数增加;随着相对湿度增加,籽粒活化能呈现增加趋势。随着进样初始水分增加,同一大豆品种籽粒水分扩散系数和活化能呈现增加趋势。

土壤保墒性能与土壤水分有效性综述

土壤保墒性能与土壤水分有效性多年来一直是土壤物理学领域中最为活跃的研究课题之一,也是半干旱地区农业研究中迫切需要解决的问题。土壤水分是植物需水的主要来源,其保蓄和储存在一定程度上决定于土壤的保墒性能。而植物从土壤中吸水的容易程度决定于土壤水分有效性。随着SPAC理论的发展,土壤与植物水分关系的概念已发生了根本变化;本文拟将土壤保墒性能与土壤水分有效性研究进展做一综述。

土壤水分有效性对梭梭苗根系导水率的动态影响

为探讨土壤水分有效性和萌芽后天数对梭梭苗根系导水率的影响,进行了盆栽试验。试验结果表明,梭梭苗的根系总导水率随土壤水分有效性和萌芽后天数的增加均呈线性增加;梭梭苗的单位面积根系导水率随土壤水分有效性的增加呈先增后减的抛物线变化,随萌芽后天数的增加呈线性递减。获得的梭梭苗根系导水率的动态变化规律,可用于根系吸水动力学模型和植物体水分传输规律的研究。

黄土丘陵区退耕地土壤水分有效性及蓄水性能——以陕西省吴旗县柴沟流域为例

对退耕还林还草区具有代表性的乔木（山杏和刺槐）、灌木、农田的土壤水分有效性和蓄水能力进行了测定和对比研究。结果表明，不同植被类型的土壤有效水含量变化范围为1．92％～15．73％，林地比农田增加约75．31％。0—40cm土层土壤蓄水量为228．30～251．07t／hm^2，林地比农田增加约8％。刺槐林地的蓄水性能好于山杏。研究成果对于科学地评价退耕还林还草的土壤改良效应具有重要的意义。

土壤结构改良剂影响下的土壤水分有效性研究

以聚丙烯酰胺(PAM)与磷石膏(PG)为土壤结构改良剂,利用离心机法,测定土壤水分特征曲线,从分析土壤的吸水能力和持水能力的角度出发,研究土壤结构改良剂对土壤水分有效性的影响。研究结果表明,土壤的吸水能力、持水能力与释水能力均表现出与用量密切相关;在使用土壤结构改良剂的情况下,仍然可用van Genuchten方程很准确的模拟土壤吸力与含水率之间的关系,即可作为使用土壤结构改良剂后的土壤水分特征曲线的模拟表达式;在试验的用量范围内,土壤结构改良剂的使用不会影响植物对水分的吸收和利用。

吉林西部大安灌区土壤贮水能力空间变异特征及土壤水分有效性

为研究吉林西部土壤贮水能力的空间分布特征和水分有效性,以吉林西部大安灌区为研究对象,通过试验测定土壤贮水量及根系区土壤的水分特征曲线,并利用van Genuchten模型进行水分特征曲线拟合,结合经典统计和地统计分析方法分析土壤贮水量空间变异特征。结果表明:盐碱土和非盐碱土吸持贮水量、滞留贮水量和饱和贮水量的均值之间不存在显著性差异(P>0.05),实际贮水量均值存在显著差异(P<0.05);土壤实际贮水量呈现由西向东、由北向南逐渐升高的变化趋势,且南北方向的空间变异性均高于东西方向的空间变异性;轻度盐碱地、水田和旱田实际有效含水量分别占其最大有效含水量的78.94%、58.28%和56.62%,水分有效性较高,蔬菜地、高粱地、草甸土以及中度和重度盐碱土实际有效含水量占其最大有效含水量的20.83%27.13%,土壤水分有效性较小;水田、轻度和中度盐碱地的贮水和持水能力强,旱田和蔬菜地土壤贮水能力较强,持水能力中等,而重度盐碱地、高粱地、草甸土等土壤的持贮水能力较弱。研究结果对旱改水工程水资源管理和预防次生盐渍化有重要意义。

冷冻处理氢氧化铝污泥干燥过程水分有效扩散系数

实验测定了有无进行冷冻处理的工业铝厂氢氧化铝污泥在恒温降速干燥阶段的干燥速率曲线 ,并分别给出了它们在降速干燥过程中水分的有效扩散系数及其经验关联式 ,最后对二者进行了比较和分析。显然 ,冷冻后水分有效扩散系数比冷冻前大约增加了 4 3倍 ,系由于冷冻使污泥粒子粗大化和多孔化所造成的结果。

黄土丘陵区金矮生苹果园土壤水分有效性及生产力分级

在半干旱黄土高原丘陵沟壑区,采用Li Cor6200便携式光合仪和Li Cor1600便携式稳态气孔计,对9年生金矮生苹果树的净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、气孔导度、胞间CO2浓度和气孔限制值与土壤水分的定量关系进行了研究;以光合作用生理参数为指标对苹果园土壤水分有效性及生产力进行了分级与评价。结果表明:苹果园的土壤相对含水量在21 5%以下为"无效水";21 5%～46 5%为"低产低效水";46 5%～65 0%为"中产高效水";65 0%～75 0%为"高产中效水";75 0%～79 0%为"中产低效水";79 0%以上也属于"低产低效水"。依据干旱与半干旱地区农林业生产以提高水分利用效率为核心的土壤水分管理思想,确定金矮生苹果园适宜的土壤相对含水量为46 5%～65 0%;最佳土壤相对含水量为65 0%左右,此土壤水分可使苹果树达到获得高产高效的生产水平,称之为"高产高效水"。

晋陕峡谷河流阶地枣林土壤水分有效性及干燥化分析

选取晋陕峡谷河流阶地枣林土壤作为研究对象,采用土壤水分有效性指标A_(w)、土壤干燥化强度指数(SDI)等,定量研究河流阶地0~500cm土层土壤水分有效性及干燥化的空间差异。结果表明:不同阶地土壤水分有效性A_(w)具有显著性差异(P<0.05),一级阶地(0.36)显著高于二级(0.08)和三级(0.14)阶地。不同深度土壤水分有效性差异为:0~200cm土层土壤,除60~ 100cm土层外,各层三级阶地显著高于一级、二级阶地( P<0.05);110~300 cm. 310~500 cm土层土壤水分有效性分别表现为一级阶地最低(最大值-0.06)和最高(最大值1.04)的水分状况(P<0.05)。对土壤水分有效性分级,一级阶地多处于无效水和富余水状态,二、三级阶地多处于难效水状态。200~ 500cm土层土壤平均干燥化强度为:三级阶地( 69.87%)>二级阶地(69.23%)>一级阶地(-24.74%)。综合考虑土壤水分相关指标及植被生长规律,河流三级阶地更适合枣树生长,而一级、二级阶地需加强灌溉管理,并增加适当的农艺措施才能满足枣树的正常生长发育条件。