长武塬区降雨入渗特征

为了深入理解深厚黄土层的降雨入渗机制,在黄土高原塬区的长武试验站,应用TDR监测天然降雨下大型土柱土壤含水率的动态变化,并结合土柱底部出流量测定数据,分析天然降雨的入渗特征。结果表明:降雨对土壤含水率的影响主要集中在160 cm深度以上,且随深度增加而递减,至240 cm土层降雨峰值信息几近消失;湿润锋运移速率与降雨强度呈正相关关系,与土壤初始含水率成负相关关系,湿润锋运移深度同降雨量和降雨强度正相关;降雨对300 cm土壤水的补给行为普遍存在,入渗补给以活塞流方式为主;降雨入渗补给土壤水的滞后作用表现出对100～200 cm土壤水的补给滞后时间为15～18 d,对300 cm深度土壤水的补给滞后时间为30～45 d。研究结果对明确黄土塬区水循环机制具有一定参考意义。

长武塬区大气降水中氢氧同位素特征分析

通过测定长武塬区2005年降水水样的氢氧同位素组成,分析了该区降水氢氧同位素组成的基本特征。结果表明,长武塬区大气降水线方程为δD=7.44δ^(18)O+1.69,其斜率和截距与全球以及我国大气降水线相比均偏小,这与研究区地理位置和气候条件有关;降水氘盈余d值4—6月份较大,大于或接近10,7—10月份则小于10;以天为时间单位采集的次降水,其氢氧同位素组成的温度效应和降水量效应均不显著,而连续2 d长历时降水的雨量效应极显著;降水氢氧同位素组成季节变化明显,春季降水的氢氧同位素值较高,夏季同位素值降低,秋季同位素值最小,这在以次降水量为权重的加权平均值中表现得更加明显。

长武塬边坡不同植被下土壤团聚体及入渗特征

黄土塬塬坡的水土流失一直是一个重要热点问题而得到广泛关注。本文以长武塬边坡的刺槐、侧柏和草地3种植被类型为研究对象,于2016年5月测定了3类样地0~30 cm土壤的水稳性团聚体组成、有机碳含量(SOC)及土壤稳定入渗率(SIR)等土壤物理性质,探讨不同植被类型下土壤团聚体和入渗特征的差异性。结果表明:刺槐林地表层0~30 cm土壤水稳性团聚体的平均质量直径(MWD)、分形维数(D)、SOC及SIR的测定结果为:2.63 mm、2.60、5.62 g/kg和10.40 mm/min;侧柏林地分别为3.67 mm、2.60、4.87 g/kg和5.41 mm/min;草地分别为2.44 mm、2.58、6.07 g/kg和12.45 mm/min。结果表明:草地和刺槐林地的土壤结构性状相对优良,SOC高且入渗能力强,有利于长武塬边坡地区的水土保持,侧柏林地虽具有一定的大团聚体塑造能力,但其土壤SOC和入渗能力相对较低,不利于降水的就地入渗。因此,建议适度种植常绿性(侧柏)树种,合理配置该地区退耕还林还草植被类型。

应用时间序列模型分析长武塬区地下水水位的变化特征

针对长武塬区地下水资源贫乏的问题,运用时间序列分析理论对长武塬区地下水位动态变化进行了分析和横拟。采用多项式拟合计算水位动态的趋势分量,运用谐波分析提取周期项,利用自回归(AR)模型模拟随机分量,将得到的三个分量进行叠加建立预报模型。依据长武塬区三口监测井的月平均水位埋深资料,运用SAS提供的指数平滑模型建立地下水位动态模拟和预测模型,并对模型的模拟和预测精度进行分析。(1)时间序列分析法可以简易快捷地模拟预测研究区的地下水位变化,且计算简单,所需资料较少且易于获得,可作为一种简易快速的地下水位模拟预测模型;(2)所建立的时间序列模型需要及时更新资料以提高预测精度;(3)通过对周期项的分析可知研究区地下水位变化存在的主要周期为7.4～10a,且周期逐年增长,揭示了地下水位的多年变化规律;(4)研究区地下水水位呈下降趋势,尤其近几年水位下降幅度增大,应加以控制。

长武塬区地下水位动态特征分析

依据长武塬区1975-2005年间地下水位4个不同长度时间序列监测资料,对塬区不同地段地下水位多年动态变化进行系统研究。距离塬心较近位置监测井551#和552#的地下水季节变幅分别达0.26 m和0.29 m,受降水补给明显;多年动态监测均呈先稳定后下降的趋势,受年降水量先增后减和地下水开采量逐渐增加的影响;距离塬心较远的监测井554#和555#水位季节变化较小,年际变化也各异,受降水垂直补给影响较小,与地下水埋藏较深、塬面破碎有关。针对塬区地下水变化特点,为保护有限地下水,应该加强地下水资源统一管理,限制地下水的开采量,＂以补定采＂;同时,合理规划,增加地下水补给量,从而实现塬区地下水有效持续利用。

长武塬区光合有效辐射的基本特征及气候学计算

利用长武农业生态试验站2010年气象观测资料,分析了长武塬区光合有效辐射及其占太阳总辐射比例系数的日变化、季节变化特征和影响因素。结果表明：就日变化过程而言,光合有效辐射和总辐射趋势一致,晴天呈单峰型,起伏平滑;阴天的形状则不稳定,最大值出现在12∶30~15∶00之间。光合有效辐射具有明显的季节变化特征,春夏较大,秋季次之,冬季最小,从春到冬其平均日总量分别为6.32、7.23、5.63MJ/m2和3.58MJ/m2。光合有效辐射系数阴天大,晴天小;就月平均值而论,6月份最大,为0.423,1月份最小,为0.327。根据观测数据,论文给出了适合该地区的光合有效辐射计算的经验模型。

长武塬区不同土地利用条件下土壤水分深剖面分布特征比较

通过调查取样的方法对长武塬面不同土地利用条件下（作物地，果园，苜蓿地）土壤水分状况在0～600cm范围深度内进行对比，结果显示：长武塬区小麦收获期，不同土地利用条件下土壤水分含量总体存在较大差异，其中春玉米地由于上年小麦收获后直到春玉米播种前土地休闲，土壤含水量显著高于其它土地利用方式。其它土地利用条件下土壤平均含水量相对较低，在0～300cm的范围内含水量分布表现为果园〉苜蓿地〉小麦地。300cm以下含水量表现为小麦地〉果园〉苜蓿地；同时，不同利用条件下土壤水分剖面低湿层的位置深度也不相同，小麦地土壤水分低湿层深度较果园地和多年苜蓿地浅，土壤水分剖面形态与分布特征受利用模式影响显著。

陕西长武塬区蒸发皿蒸发量影响因子及预测

以长武农业生态试验站2007—2015年的蒸发皿蒸发量与气象因子进行灰色关联和主成分分析,研究不同时间尺度下影响蒸发皿蒸发的主要因子。结果表明:年尺度下,温度、水汽压、气压和日照时数是影响蒸发皿蒸发量的主要因子;季节尺度下,影响蒸发皿蒸发的主要因素表现为:春季受日照时数和温度的影响,夏季受温度和气压的影响,秋季和冬季受日照时数和水汽压的影响;月尺度下,温度、日照时数、气压是影响蒸发皿蒸发的重要因子。基于主成分分析方法和多元线性回归分析法建立了蒸发皿蒸发的预测公式,预测的相对误差为0.45%~90%,均方根误差为5.56 mm。

长武塬区涝池演变特征分析

[目的]基于黄土高原长武塬区涝池多年变化的调查数据,分析长武塬区涝池演变过程、特征与影响因素,以阐明其作为地表水体在补给地下水方面的可能作用。[方法]采用野外实地调查获取涝池数据。[结果](1)研究区域涝池数量和面积在调查时段内总体呈现缩小态势,其中20世纪80年代前变化相对平缓,其后缩小速率加快,2010—2014年涝池数量和面积年缩小速率均达到最大,分别为-5.71%和-4.80%。(2)随着经济社会的发展,涝池在农村中的地位愈来愈低,村落布局及管理上对涝池的忽视,导致大量涝池消失,而且现存涝池蓄水时段缩短,多为季节性蓄水。(3)研究区域涝池面积的缩小与地下水位下降有同样趋势,表现出一定的因果关系,这可以解释为涝池对地下水的补给量减少,可能影响到地下水位变化。[结论]在人类活动的影响下,长武塬区涝池减少严重,今后应予以一定程度的恢复与重建。

不同栽培模式对长武塬区冬小麦干物质积累转运的影响

在大田栽培条件下,以不同的品种和氮肥等肥料的施入研究了5种栽培模式,即品种为长武134(T1)、长旱58+追氮肥75 kg/hm2(T2)、长旱58+追氮肥75 kg/hm2+有机肥4 500 kg/hm2(T3)、长旱58(T4)、长旱58+有机肥4 500 kg/hm2(T5),对黄土高原地区小麦干物质的积累、转运和分配的影响。结果表明:干物质量随灌浆的进行而呈增长趋势。T3花前干物质输出率及其对籽粒的贡献率比T4分别高8.54%、11.44%,差异达到显著水平。T4花后干物质转运对籽粒的贡献率最高,为80.85%。花后干物质对籽粒的贡献率显示T4最高,其值为80.85%,T1、T2、T5无显著差异,其值分别为77.97%、77.06%、77.65%。T3能促进灌浆期小麦干物质的积累并获得较高的产量。

长武塬区苹果园和农田相互转换的深层土壤水环境效应

研究长武塬区苹果园和农田相互转换后0~1000 cm土壤含水量特征,分析了苹果园土壤干燥化和苹果园转换为农田后土壤水分的恢复效应。结果表明:2、7、17、23、29 a苹果园200~1000 cm的平均土壤含水量分别为22.8%、21.4%、16.8%、15.4%、14.9%。500~1000 cm土层中,29 a苹果园平均土壤含水量(14.5%)高于23 a的果园(13.3%);17~29 a的苹果园均表现为轻度干燥化;基于苹果园和农田转换后土壤水分变化情况估算,苹果园最大种植年限为21 a。苹果园转换为农田1、5、10 a后,农田200~1000 cm土层土壤含水量分别为:15.3%、15.7%和16.2%,恢复到土壤稳定湿度以上的土层厚度分别为140 cm(1 a)、220 cm(5 a)和400 cm(10 a)。

黄土区长武塬地下水埋深动态特征及影响因素分析

【目的】明确地下水补给机制并指导地下水资源合理开发。【方法】基于1976—2017年长武塬区5眼监测井的地下水埋深数据,分析了地下水埋深动态变化,并利用互相关和多元线性回归等方法识别地下水埋深的影响因素。【结果】长武塬区地下水埋深介于25~95 m之间,各井因水文地质和人为干扰程度等差异表现出不同的波动特征。地下水埋深总体呈波动下降趋势,降幅介于0.08~0.21 m/a。气象因子、植被和人为因素在年内或年际尺度对地下水埋深都有一定影响,但主导性不同。年际尺度,人为因素主导地下水埋深变化,贡献率达74%。年内尺度,植被是影响地下水埋深的主要因素,贡献率为40%。【结论】人口、GDP和苹果园面积的增加对地下水埋深影响较大,需要考虑人类活动与水资源间的可持续性。

基于贝叶斯模型MixSIAR的不同水同位素输入方法对苹果园吸水特征分析结果的影响

准确量化浅、中、深3层土壤水源对植物根系吸水的贡献是明确植物水分利用策略的前提。为探究同位素混合模型MixSIAR中不同水同位素输入方法对预估植物水分来源的影响,该研究于2019年5-9月在陕西长武塬区对7年和18年苹果园共进行5次土壤和植物木质部取样,测定对应样品水同位素比值(δ2H、δ^(18)O)和土壤含水量,并分别利用基于单同位素(2H、^(18)O)、双同位素(2H&^(18)O)和经木质部氢同位素校正后双同位素(2H(+8.1)&^(18)O)输入的MixSIAR模型计算了根区不同土层(0-0.4、0.4-2、>2 m根系深度)土壤水对苹果(Malus pumila)树根系吸水的贡献率。结果表明:与2H单同位素方法相比,利用^(18)O单同位素方法得到的2 m以下深层土壤水的贡献率更低,而表层(0-0.4 m)土壤水的贡献率更高,且更接近于2H(+8.1)&^(18)O同位素方法。与2H&^(18)O双同位素方法相比,利用2H(+8.1)&^(18)O方法得到的表层土壤水的贡献率在表层土壤水同位素值富集时较高,在表层土壤水同位素值贫化时较低。苹果树木质部氢同位素校正后更靠近于土壤水同位素所在的蒸发线,因而相比于2H和2H&^(18)O,^(18)O和2H(+8.1)&^(18)O分析方法更符合根系吸水过程同位素质量守恒定律。与7年苹果园相比,18年苹果园浅层(0-2 m)土壤水的季节性变异更大,对表层土壤水的依赖更强。对于7年和18年苹果园,深层土壤水对其根系吸水贡献率的年平均值为19%和23%,两者无显著性差异。综上,建议今后在利用水稳定同位素研究植物水分来源时要进一步明确不同水同位素输入方法对植物水源划分分析结果的影响。

土地利用类型对黄土塬区深层土壤含水量的影响——以长武塬区为例

对长武塬区不同土地利用类型条件下深层土壤水分特征及其生态环境效应进行了研究。结果表明:各土地利用类型测定范围内土壤平均含水量总体上呈涝池>裸地>小麦地>12年生果园>20年生果园的趋势,其值分别为:21.41、19.71、18.55、17.92和17.84%、15.42和14.07%。在相同树龄条件下,12龄果园不同样点之间土壤剖面水分存在较大差异,耗水深度可达10-13m,耗水深度因果树生长差异而有所差别;而20龄果园不同样点间土壤含水量的差异较小,耗水影响深度可达19m,形成了深厚的生物利用型干层,限制了降水入渗补给地下水。裸地和涝池土壤含水量总体上高于其他土地利用类型下土壤含水量。裸地在丰水年或者较大规模集中连续降水情况下,降水有可能通过1360cm的深厚土层继续向下补给;涝池在积水后快速入渗补给地下水,之后经过近一年的较长时间再分布后,在土体内水势梯度作用下重新趋于相对平衡。