黄土高原粗质地土壤剖面水分运动与浅层地下水补给可能性模拟

黄土高原水土流失严重,生态环境脆弱,水资源短缺,地下水对保障区域社会经济发展和维持生态系统平衡具有重要意义,而该区的地下水转化和补给机制尚不明确。为探究黄土高原水蚀风蚀交错区土壤剖面深层水分运动及降水对浅层地下水补给的可能性,利用六道沟小流域分布的粗质地风沙土样地2013—2016年土壤剖面0~600 cm含水量数据,运用HYDRUS-1D模型对各土层水力参数进行反演和验证,并用于模拟样地土壤深剖面0~1 500 cm水分运移过程。结果显示,在平水年2014年(439 mm)和干旱年2015年(371 mm),0~600 cm土壤含水量生长季末与生长季初持平或略有亏缺;降水充沛年2013年(669 mm)和2016年(704 mm)土壤含水量生长季末远高于生长季初,降水入渗深度超过观测深度(600 cm)。深剖面水分运动模拟显示,2014年和2015年剖面含水量变化不明显,水分向深层运移微弱缓慢;但是,2013年和2016年降水可分别入渗运移至1 100 cm和1 200 cm深度,远超过样地上生长的旱柳根系区域,可能补给浅层地下水。在4年模拟期间,平均土壤蒸发为14.87 cm·a-1,平均植物蒸腾为33.70 cm·a-1,土壤水分主要以植物蒸腾形式损耗。在2个丰水年,得益于较充足的降水和粗质地风沙土壤的高入渗率,降水大量转化为土壤水快速向下入渗运移,模拟显示当年生长季末降水最深运移至1 200 cm,至年末已超过模拟深度(1 500 cm),水分继续运移可能补给浅层地下水。相关研究结果为黄土高原水蚀风蚀交错区地下水来源和补给机制提供理论依据。

添加外源有机物料和黏土矿物对菠菜生长及土壤理化性质的影响

【目的】快速提高粗质地贫瘠土壤的有机质量,增强其在土壤中的稳定性,提升与维持土壤肥力。【方法】选择菠菜作为供试作物,试验设8个处理,包括对照(H0)、木本泥炭(HW)、生物炭(HB)、褐煤(HC)、腐植酸(HH)、木本泥炭+膨润土(HWb)、木本泥炭+伊利石(HWa)和木本泥炭+高岭石(HWg)。探究在粗质地黄绵土中添加不同外源有机物料和黏土矿物对植物生长和土壤理化性质的影响。【结果】与H0处理相比,单施外源有机物料的HW、HB、HC处理和HH处理对菠菜生长、产量和土壤理化性质有改善作用,HB处理收获期菠菜净光合速率、株高、叶面积和产量分别显著提高了21.5%、23.5%、69.5%和70.9%,收获期土壤有机质量和全氮量分别显著增加了236.2%和20.7%;HH处理收获期土壤pH值显著降低了16.8%,菠菜产量仅提高4.7%。与HW处理相比,添加黏土矿物的HWb、HWa、HWg处理菠菜产量分别提高了22.7%、9.0%、9.0%,土壤有机质量分别增加了33.5%、2.4%和27.0%。【结论】在单施有机物料的处理中,添加生物炭对粗质地土壤培肥效果最好;在添加黏土矿物的处理中,木本泥炭添施2∶1型胀缩性黏土矿物膨润土对菠菜的生长具有良好促进作用,并且可显著提高粗质地土壤肥力水平,稳定土壤碳库,具有一定的应用推广价值。

王茂沟流域淤地坝系土壤颗粒与有机碳分布特征研究

为了研究黄土高原丘陵沟壑区坝系坝地土壤颗粒与有机碳的分布特征,以陕北绥德县王茂沟小流域为研究对象,选取了47个土壤剖面,采集土样940个,分析了分形维数、粗化度、有机碳与各粒径组成之间的关系。结果表明：（1）研究区坝地的土壤粒径分布中,粉粒含量占主导地位,依次为砂粒、黏粒;（2）王茂沟坝地土壤颗粒的分形维数在2.674~2.829之内变化,垂直剖面上变化很微小,坝前、坝中、坝后土壤颗粒分形维数分别为2.803 3,2.783 6,2.795 8;（3）王茂沟坝地土壤质地粗化度在0.27~0.58,平均值为0.44,坝前（0.40）〈坝后（0.45）〈坝中（0.46）;（4）坝地土壤颗粒在0.05~0.002mm和〈0.002mm范围内与土壤颗粒的分形维数成极显著正相关,在2.0~0.05mm范围内与土壤颗粒的分形维数成极显著负相关;坝地土壤有机碳与粉粒和黏粒呈正相关,与细砂粒和极细沙粒含量呈负相关。