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"。

黄土高原半湿润区苜蓿草地土壤干层形成及水分恢复

研究了黄土高原地区不同生长年限苜蓿草地0-1000cm土层土壤水分消耗规律。结果表明,荒地与苜蓿草地土壤干层出现的区域及发生的程度不同：荒地在80-100cm土层深度,出现轻度干层;生长年限低于8a（含8a）的苜蓿草地,在250-350cm土层出现轻度干层,生长年限超过8a,出现中度干层,干层范围延至500cm土层以下。苜蓿生长超过18a,0-200cm上层土壤水分开始恢复,年均恢复1.49%;但在200-1000cm土壤深层,18、26年生苜蓿草地土壤含水量仅为10.20%,深层土壤通体干化,水分难以恢复。

黄土高原半干旱区苜蓿草地土壤干燥化特征与粮草轮作土壤水分恢复效应

实地测定了黄土高原半干旱区固原不同生长年限苜蓿草地和连作8a苜蓿草地翻耕轮作不同年限粮食作物后深层土壤水分特征,分析了苜蓿草地土壤干燥化特征和粮草轮作对土壤水分的恢复效应。结果表明：（1）苜蓿连作1a、5a、8a和12a等4类苜蓿草地0~1000cm土层平均土壤湿度值为6.6%,平均土壤水分过耗量702.8mm,平均土壤干燥化速率147.1 mm/a,达到强烈干燥化程度,苜蓿连作5a土壤干层深度超过1000cm,苜蓿连作8a土壤干层深度超过1360cm,苜蓿草地合理利用年限为7a。（2）连作8a苜蓿草地翻耕并轮作4~7a和25a粮食作物等5类粮田0~1000cm土层土壤湿度介于6.74%~11.95%,土壤贮水量恢复值介于210.6~887.3mm,平均土壤水分恢复速率为80.8mm/a。轮作6a后粮田土壤干层轻度恢复程度以上深度达到1000cm。通过粮草轮作使苜蓿草地土壤湿度恢复到当地土壤稳定湿度需要13a以上。黄土高原半干旱区适宜的粮草轮作模式为：7a苜蓿→13a粮食作物。

黄土高原半湿润区苜蓿草地土壤干燥化与草粮轮作水分恢复效应

【目的】揭示黄土高原半湿润区苜蓿草地土壤干燥化发生规律与草粮轮作对干燥化苜蓿草地土壤水分恢复效应。【方法】在甘肃镇原试验站实地测定了不同生长年限苜蓿草地与不同类型草粮轮作粮田深层土壤湿度,分析了苜蓿草地土壤干层分布特征与草粮轮作对土壤干层水分恢复效应。【结果】15—28年生苜蓿草地0—1000cm土层土壤湿度平均值为10.20%,土壤干燥化速率为34.2mm·a-1,土壤干层最大分布深度超过了1400cm;苜蓿草地翻耕并轮作3—25年粮食作物后土壤干层湿度能够逐步恢复,土壤干层恢复厚度为583cm,土壤湿度恢复速率为77.3mm·a-1,土壤湿度恢复度达到83.3%。通过草粮轮作方式使15年生苜蓿草地土壤湿度恢复到当地土壤稳定湿度值需要8年以上。【结论】有利于土壤水分恢复的适宜草粮轮作模式是"10年生苜蓿→8年以上轮作粮食作物"。

黄土丘陵半干旱区人工林迹地土壤水分恢复研究

为了研究黄土丘陵半干旱区人工林迹地土壤水分恢复情况,该文以正在生长的人工林土壤水分含量为人工林迹地土壤水分恢复的起点,并分别以持续农地和持续放牧荒坡的土壤含水量为林后农地和草地土壤水分恢复的上限,对位于黄土丘陵半干旱区绥德县境内的人工林迹地土壤水分恢复情况进行了研究。结果表明,人工林死后的放牧荒坡在20a的时间里,其土壤水分没有补偿;人工林死后的保护草地土壤水分有微弱恢复迹象,但年恢复速度在0.5～3.7 mm之间,以这样的速度恢复到持续放牧荒坡的土壤含水量,至少需要150a以上;林后农地土壤含水量有恢复趋势,年平均恢复速度为15 mm左右,其土壤含水量要恢复到持续农地当前的水平,大约需要40a的时间。研究结果揭示了黄土丘陵半干旱区人工林对土壤水分影响的长期性,并为制定可持续的土地利用规划提供借鉴资料。

半干旱区草粮轮作田土壤水分恢复效应

采用野外实地观测和作物模型模拟相结合的方法,研究了不同轮作模式黄土高原半干旱区长期种植苜蓿地农田土壤水分恢复状况。结果表明:长期连作苜蓿地土壤干燥化进程与不同轮作模式下土壤湿度恢复的进程均表现为前期快后期慢;8～10m深层土壤湿度恢复困难,6～8年生苜蓿草地翻耕后适宜采用PPW轮作模式(马铃薯→马铃薯→春小麦)以恢复土壤水分,种植16～20a粮食作物后可以再次种植苜蓿。该研究结果可为黄土高原半干旱区苜蓿草地的土壤水分利用和恢复提供参考。

西安地区人工林土壤干层与水分恢复研究

为查明西安地区土壤干层和丰水年之后的土壤水分的恢复,利用烘干法研究了人工林地土壤含水量。结果表明,西安地区丰水年极端降水前杨树林,法国梧桐林、中国梧桐林和苹果林地大约1.5～4m深度范围内土壤含水量分别为9.3%、9.0%、9.7%和9.1%,普遍存在土壤干层,干层厚度约2.5m。丰水年之后土壤水分得到了很好的恢复,干层全部消失。经过1a左右的入渗,水分恢复深度可达6m左右。根据丰水年之后土壤含水量的不断消耗确定,西安地区丰水年之后一般经过3～4a左右的时间,人工林地的干层将会再次出现。发育弱的土壤干层并未影响到人工林的正常生长,表明在西安或与西安类似降雨量的黄土高原其他发展人工乔木林是可行的。

西安地区不同植被下土壤含水量及水分恢复研究

通过大量土壤样品采集和室内水分测定，对西安地区极端降水前后不同植被下0～6m土壤水分含量及其水分恢复进行了研究。结果表明，西安地区杨树林、法国梧桐林和中国梧桐林下大约1．5～4m深度范围内土壤含水量分别为9．3％，9．0％和9．7％，土壤干层已存在，干层厚度约2．5m。麦地和草地下0～6m未出现土壤干层。丰水年极端降水后土壤干层消失，水分得到很好的恢复，原来的土壤干层所在层位恢复后的水分含量明显高予其上部和下部。发育弱的土壤干层并未影响到人工林的正常生长，说明在西安或与西安地区类似降雨量的黄土高原其他地区，种植高大的乔木林是可行的，但应避免更为严重的土壤干层出现。

宁南半干旱地区不同立地农田水分恢复评价

长期测定得到，宁南半干旱地区的农田土壤水分都能得到全面恢复或基本恢复，可恢复到当地田间持水量的８０％～１００％，以豌豆地恢复最好，马铃薯地较差。为年周期水分恢复类型区；剖面土壤水分，一般都在０～２ｍ土层内得到全面和基本恢复；土壤水分恢复时间在雨季，即７～１０月，山地比源地提前一个月，源地比川台地提前半个月，马铃薯、谷糜、胡麻比其它作物地提前近一个月。按照水分恢复情况要作好秋墒保护工作。

西安附近丰水年秋季苹果林地土壤水分恢复研究

通过对西安市附近曲江池村丰水年春季和秋季15龄苹果林地土壤含水量的测定,以及不同季度该地土壤含水量的对比,研究了苹果林地0～6m土层间土壤含水量的变化与土壤干层的恢复问题。研究结果显示,春季西安市南郊苹果林地2～4m土层含水量为8%～10%,表明该地有弱的干层发育;丰水年秋季西安南郊苹果林地2～4m土层含水量在23%以上,远高于春季该层位的土壤含水量,说明该地区的土壤干层己经消失。分析得出,在降水丰富的年份,发育较弱的土壤干层水分不仅可以得到恢复,且恢复的深度可达5m,恢复速度也很快。

西安地区丰水年有林地土壤水分恢复效应研究

通过对西安南郊平水年与丰水年秋季有林地土壤含水量的测定,研究了地下0-6 m之间土壤含水量的变化与土壤水分恢复问题。研究结果表明,正常年西安地区人工林2-4 m土壤含水量为9%-10%,发育了明显的土壤干层,表明土壤干层在黄土高原分布具有普遍性;丰水年西安南郊人工林下2-4 m的土壤含水量在18%-24%之间,高出正常年份这一层位含水量的8%-14%,土壤干层已经消失;丰水年4-6 m的土壤含水量也明显升高。分析得出,在降水丰富的年份,土壤水分得到恢复,而且恢复的深度可达5 m,恢复的速度也较快。

深层干化土壤水分恢复试验研究

为探索黄土丘陵区深层干化土壤在不同覆盖措施下的土壤水分恢复特征,在陕西省米脂县丘陵山地建造大型模拟干化土壤土柱,地表分别进行薄膜覆盖、石子覆盖、树枝覆盖、栽植枣树、刺槐及裸地6个处理,对2014—2017年土壤水分进行定位监测。数据分析结果表明:至试验期结束,薄膜覆盖、石子覆盖、树枝覆盖、裸地土壤水分恢复深度分别为1 000、1 000、700、480 cm,薄膜覆盖、石子覆盖、树枝覆盖、裸地、枣树、刺槐0～1 000 cm深度范围内土壤储水量变化量分别为1 211. 4、853. 4、662. 5、523. 2、17. 8、-235. 7 mm,全年覆盖降雨贮存效率分别为63. 4%、42. 4%、29. 4%、23. 0%、-8. 5%、-20. 3%,4年生枣树耗水区域为0～300 cm范围,刺槐耗水深度达1 000 cm,枣树年均蒸散量为586. 4 mm、刺槐年均蒸散量为666. 5 mm,是枣树的1. 1倍。该研究结果对黄土区大面积干化土壤修复及合理选择人工栽植植物具有积极意义。

自然降雨条件下干化土壤水分恢复试验

土壤干燥化是制约黄土丘陵半干旱地区生态环境可持续发展的瓶颈问题,自然降雨是当地土壤水分补充的唯一来源。为探究自然降雨条件下干化土壤的水分恢复状况,在陕北米脂试验站构建野外10 m深大型地下土柱,2014—2019年间利用CS650-CR1000型土壤水分自动监测系统和BLJW-4小型气象观测站对土壤水分、气象状况进行连续定位观测,分别对次降雨、月降雨、年降雨条件下的干化土壤入渗恢复深度进行研究。结果表明:黄土区降雨分布的阶段性和年际不均衡性是直接影响深层干化土壤水分入渗的主导因素,年内降雨可以划分为3个阶段:降雨匮乏阶段(上年11—次年3月)、降雨过渡增加阶段(4—6月)、降雨丰沛阶段(7—10月)。试验期间,能够促进深层干化土壤水分恢复的有效降雨(入渗深度大于50 cm)发生次数为56次,有效降雨量1455.20 mm,分别为6a总降雨次数和总降雨量的16.23%、64.68%。月尺度、年尺度条件下,逐月、逐年降雨入渗深度均随降雨量增加呈二次函数增大变化,累积降雨入渗深度则随时间延续持续增大,对深层干化土壤水分恢复起决定作用。至2018年12月,累积降雨入渗深度达到1000cm。以农地土壤水分为标准,2014—2019年自然降雨条件下干化土壤完全恢复深度分别为140、180、300、600、700、700cm,完全恢复程度依次可达14%、18%、30%、60%、70%、70%。研究结果对于探讨半干旱黄土区在自然降雨条件下林地深层干化土壤水分恢复规律,制定合理措施促进干化土壤水分恢复,以及深入干化土壤水文循环机理研究具有重要意义。

宁南山区紫花苜蓿(Medicago sativa)土壤干层水分动态及草粮轮作恢复效应

以各类作物农田水分为对照，连续两年对宁南山区不同生长年限苜蓿深层土壤水分以及10年生苜蓿地耕翻后轮作不同年份作物农田的水分进行了测定。结果表明，随着苜蓿生长年限的增加，干层深度与厚度先增加后减小。3年生苜蓿干层深度为720cm，6年生干层最深可达1000cm以下，10年生干层深度为920cm，3—12年生苜蓿地0—700cm土层基本上均属于土壤干层范围。苜蓿地0—800cm土壤湿度随生长年限增加而降低，2004年测定的4、7年生和12年生苜蓿地0—700cm土层平均含水率分别为5．30％、5．22％和5．01％；2005年测定的3、6年生和10年生苜蓿地0—800cm土层湿度分别为6．26％、5．60％和5．27％；而800～1000cm土层湿度在一定年限后有恢复趋势。300cm为苜蓿地降水下渗的最大临界深度，300cm以下土壤干层一旦形成，将长期存在，7—12年生苜蓿300～700cm土层湿度仅维持在4．0％左右。苜蓿地和农田的土壤干层厚度与湿度有较大差异，草粮轮作可使苜蓿土壤干层水分基本恢复到农田湿度，而且轮作年份越长，土壤各层次水分恢复效果越好，10年生苜蓿轮作18年后土壤水分基本恢复到农田状态。

长武旱塬草粮轮作田土壤水分可持续利用模式模拟

采用实地观测和计算机模拟相结合的方法,以长期定位试验数据为基础,通过对不同草粮轮作模式的模拟研究,分析了长武旱塬草粮轮作田的土壤水分恢复效应,以期探索出适合该地区的土壤水分可持续利用的草粮轮作模式。验证结果表明:草粮轮作田0～2m土层土壤贮水量模拟值和观测值间的相关系数为0.97;0～5m土层土壤湿度的模拟值和观测值间相关系数在苜蓿草地、冬小麦田和马铃薯田分别为0.94、0.93和0.87,均达到了极显著水平。模拟结果表明:苜蓿翻耕后,种植马铃薯和糜子均有利于土壤水分的恢复。在土壤干燥化程度较严重时,种植冬小麦或者春玉米能够在一定程度上缓解土壤干燥化;在无干燥化或者干燥化程度较轻时,种植冬小麦和春玉米会导致土壤含水率的下降。在长武旱塬,"马铃薯-糜子-春玉米-马铃薯-糜子-冬小麦"的粮食轮作模式有利于苜蓿地土壤水分恢复,持续种植9～12a后可以再次种植苜蓿。

黄土高原区多年生苜蓿地土壤干层恢复的适宜后茬筛选

采用大田试验方法研究换茬种植、休闲对9年生苜蓿地土壤水分的恢复作用及产量效应。结果表明:连续种植9年的苜蓿地0-300cm土层整体出现干燥化现象,随着苜蓿生长季的延长和土层加深,干燥化现象加剧,连续2个丰水年,降雨对连续生长11年苜蓿地30-50cm表现出恢复作用,对80-140cm表现出加剧作用,0-30cm和140-300cm缓解作用。在雨养条件下换茬种植玉米、谷子、休闲3种处理的水分恢复效果最好,马铃薯与春小麦次之,要使0-300cm土层土壤水分得到完全恢复,换茬种植玉米、谷子、马铃薯、春小麦分别需要净恢复土壤水分3.85,13.55,16.50,20.40mm,休闲需16.17mm;生长9年苜蓿地挖除苜蓿休闲1年后采用全膜双垄沟播技术种植玉米既能恢复土壤水分又能提高毫米水产能。从土壤水分恢复和提高生产力两方面综合分析,玉米是试验区多年生苜蓿地土壤水分恢复适宜后茬。

咸阳市三原县新庄不同植被土层含水量研究

通过测定咸阳市三原县新庄2005和2006年降雨正常年份人工林地土壤含水量得知,从地表向下土层含水量呈由高到低再到高的变化;2005年草地和玉米地土层含水量由上向下呈逐渐增高趋势,比同年12龄杨树林地和13龄中国梧桐林地平均含水量高约7%。2003年降水量达880 mm丰水年后,人工林土壤干层中水分完全恢复,人工林出现持续近4年茂盛生长期,预计2007年该区将会再次出现发育弱的土壤干层。

咸阳地区近年苹果林地土壤含水量动态变化

利用人力钻采样法和烘干称重法,研究了咸阳地区2002—2008年间苹果林地6 m深度范围土壤含水量的动态变化、土壤干层的等级、土壤干层水分恢复、动力机制与消耗过程。资料表明,咸阳地区干旱年苹果林地土壤含水量较低,发育了长期性土壤干层。2003和2007丰水年苹果林地土壤干层中的水分得到了显著恢复,经过当年的水分补给,土壤干层已经消失。丰水年土层中重力水含量较高,并能到达2 m深度以下。持续时间较长的重力水的存在是土壤干层水分恢复的驱动力,但干层水分恢复的直接动力是薄膜水的水膜压力。在年降水量800 mm或更多的条件下,不论黄土厚度有多大,土层水分完全能够满足人工林生长的需要。咸阳地区干旱年苹果林地土壤水分不足,土壤水分收入量小于支出量,土壤水分为负平衡,没有剩余的水分通过入渗补给地下水;丰水年苹果林地土壤水分充足,土壤水分收入量大于支出量,土壤水分为正平衡,有剩余的水分通过入渗补给地下水。在年降水量为800 mm左右的丰水年,该区补给的土壤水分可维持苹果林地在3 a内不会出现长期性干层,3 a之后一般还会出现长期性土壤干层。

白膜、黑膜全年覆盖下的土壤水、热、盐变化

地膜覆盖因能有效地增温保墒增产而在黄土丘陵区旱作农林生产中广泛应用。为明确不同薄膜覆盖的差异以及连续覆膜条件下的土壤水热盐变化特征,于2015年7月1日—2017年6月30日在陕北米脂进行野外连续覆膜定位观测,试验设裸地(CK)、白色薄膜(WF)与黑色薄膜(BF)3种处理,利用GS3仪器监测0～150cm深度的土壤水分、温度和电导率。结果表明:1)连续覆盖两年后,两种覆膜处理平均土壤含水量为16.9%, CK为13.6%,土壤储水量分别达314.56mm、204.44mm,具体表现为土壤含水量BF在0～15cm高于WF(P<0.05),15～30cm低于WF(P<0.05); 0～150 cm, WF和BF总储水量差异不显著,与CK差异显著(P<0.05);在作物生育期覆膜平均较CK提高储水量60.8 mm。2)膜覆盖下近地面日温差WF大于BF, 0～150 cm,两种覆膜周年土壤平均温度无显著差异,较CK高1.3℃(P<0.05);气温较高条件下WF比BF、CK缩短冻融时间分别达8d和24d,WF更有利于土壤解冻和早春土壤增温。3)周年土壤表层盐分高,其中0～30 cm土层电导率为BF>WF>CK, 30～50 cm土层为WF>BF>CK,但土壤总体盐分较低,无土壤盐渍化趋势, 50 cm以下3种处理盐分没有差异。综合而言, WF较BF更能提高表层土壤温度, BF较WF更能提高表层土壤水分,覆膜保墒增温,延长作物生长时间。研究成果可为黄土丘陵区旱作农业覆膜应用提供土壤水热盐调控依据,也为果园和林地常年连续覆膜提供参考。