划破是草原改良的基础措施之一,划破强度是划破措施的关键环节,划破对草原健康持续管理有重要意义.目前的研究主要集中在划破对植物群落结构和生产力的影响上,然而草原植物群落与土壤水分对划破强度的响应尚不清楚.在黄土高原典型草原开展不同程度的草地划破试验,探究不同划破强度(27.4％、46.3％和61.9％)对草地植物群落物种多样性、生物量和土壤水分的影响.结果表明:3个划破强度下划破带物种丰富度显著低于未划破带1-3种/m2,划破带和未划破带群落相似性分别低于整区23.85％—119.23％和44.43％—84.55％.地上生物量随物种丰富度的增加而增大,且地上生物量与Simpson指数和Shannon Weiner指数显著负相关.3个划破强度下未划破带地下生物量和总生物量分别高于划破带88.2％—134.6％、52.4％—67.8％、2.5％—16.6％和 103.9％—152.9％、59.3％—75.8％、9.1％—22.6％.植物群落物种丰富度和地上生物量随划破强度的增加呈"驼峰"型曲线变化,当划破强度分别为43.7％—55.3％和43.8％—45.7％时,植物群落物种丰富度和生物量均最高.本试验阐明了划破对典型草原植物群落特征和土壤水分的作用机制,研究结果为采用划破措施实现草地培育和草原修复提供了科学依据,对保护草地生物多样性和提高生产力具有重要意义.

土壤水库是旱作农业区粮食稳产和可持续发展的基础.本文结合长期田间定位试验,通过对黄土高原南部长武旱塬2012-2015年冬小麦土壤水分变化的研究,分析了土壤水库的年际与年内变化特征和动态规律.结果表明:研究区冬小麦田间平均土壤含水量垂直分布曲线均呈“双峰双谷”形,第1处峰点在10～20 cm土层,第1处谷点在50 cm左右,第2处峰点在100 cm左右,第2处谷点在280 cm左右.无论何种降水年型下,土壤水库对降水的响应滞后且滞后的程度一致.降水年型对土壤水库的年际与年内动态变化影响较大.与丰水年相比,枯水年、平水年土壤水库对大气干旱的调节能力降低,表现为主要供水层上移;枯水年、平水年降水量虽少,但对土壤水分的补充作用较丰水年明显;丰水年土壤水库有较大盈余(84.2 mm),水分平衡出现正补偿,枯水年土壤水库稍有亏缺(1.5 mm),水分平衡出现负补偿,平水年土壤水库稍有盈余(9.5 mm),水分平衡出现正补偿.长武旱塬冬小麦田间土壤水分动态可分为4个时期:苗期耗水期、缓慢消耗期、大量消耗期、收获期,整体蒸散耗水大小顺序为:大量消耗期＞苗期耗水期＞收获期＞缓慢消耗期.

该研究以桂林会仙喀斯特湿地典型芦苇植物群落土壤为对象,研究了土壤氮含量的季节动态变化特征,探讨了土壤氮对水热季节变化的响应趋势.结果表明:土壤有机氮在全氮中所占比例较大,0~10 cm土层的全氮与0~10 cm和10~20 cm土层的速效氮季节变化特征一致,表现为夏季>秋季>春季>冬季;10~20 cm和20~30 cm土层的全氮和有机氮均表现为春季>夏季>秋季>冬季.0~10 cm土层的有机氮和10~20 cm土层的速效氮变化趋势一致,表现为秋季>夏季>春季>冬季.各层土壤硝态氮呈现出先升高后降低的单峰曲线变化趋势,均表现为夏季>春季>秋季>冬季,并与铵态氮0~10 cm和10~20 cm土层的季节变化趋势相一致.20~30 cm土层的铵态氮与0~10 cm和20~30 cm土层的土壤微生物量氮含量时间动态一致,均表现为春季>秋季>夏季>冬季,10~20 cm土层的微生物量氮表现为秋季>春季>夏季>冬季的趋势.土壤铵态氮含量明显高于硝态氮,各层土壤铵态氮含量基本呈现出不规则"M"形的双峰曲线变化.会仙喀斯特湿地典型芦苇植物群落不同土层土壤各形态氮含量的动态特征对水热变化的季节响应差异较大,不同月份之间有所不同,但均在冬季含量最低,与月均气温和月均降雨量的变化关系表现为不完全的同步趋势.土壤氮含量季节变化特征的差异主要与气温、水分条件、不同生长期芦苇吸收利用、土壤有机碳、凋落物养分的归还以及有机氮矿化等影响有关.该研究结果为桂林会仙喀斯特国家湿地公园生态功能恢复与可持续发展利用提供了科学依据.

洪泽湖调蓄灌溉与南水北调常态化调水影响下,湖区水位显著波动对湿地土壤水分及植被生长产生深刻影响.以洪泽湖湿地典型杨树林为对象,借助涡度相关系统,研究杨树生长季(4-9月)CO2通量的动态变化特征,解析气象因子的影响.结果表明:杨树生长季净生态系统CO2交换量(NEE)与环境因子均具有明显的日、月变化特征.NEE的月平均日变化总体表现为“U”型曲线,累计达-1758.10 g CO2·m-2,在生长季表现为明显的碳“汇”.光合有效辐射(PAR)与日间净生态系统CO2交换量(NEEd)的变化符合双曲线关系,PAR能解释34.3％～75.5％生长季的NEEd的变化.5 cm土壤温度(Ts)与夜间净生态系统CO2交换量(NEEn)之间符合极显著的指数函数关系,Ts能解释38.9％ ～55.2％生长季的NEEn的变化.不同时间尺度碳通量与环境因子的分析发现,NEE的日变化主要受土壤含水量(SWC)、净辐射(Rn)和水汽压亏缺(VPD)的影响,而月变化主要受降雨量(P)和土壤含水量(SWC)的影响.因此,洪泽湖水位变化对湿地土壤水分的影响可能显著改变湿地碳汇功能.

以黄土丘陵沟壑区坊塌流域不同植被类型为研究对象,在野外调查的基础上,利用离心机法测定不同植被类型0-10、10-20 cm土层不同吸力下的土壤含水率,并利用Van Gennuchten模型对土壤水分特征曲线进行拟合,对比分析了不同植被类型不同土层土壤水分特征曲线、土壤水分有效性和持水性.结果表明:随着植被恢复的进行,不同植被类型土壤水分特征曲线出现了明显的差异,但是其斜率基本不变且不同植被类型0-10、10-20 cm土层土壤水分特征曲线都呈近似的“S”型;不同植被类型0-10、10-20 cm土层土壤有效水范围分别为22.65％-26.80％、23.97％-28.13％,除白羊草群落和刺槐林外呈现出多年生蒿禾类群落低于灌木群落而高于一年生草本群落的变化趋势;不同植被类型土壤持水能力在0-10 cm土层没有显著性差异,在10-20 cm呈现出多年生蒿禾类群落低于灌木群落而高于一年生草本群落,其中白羊草群落最大,刺槐林最低.刺槐林有效水分和土壤持水能力都较低,建议适当采取间伐并促进其近自然化恢复来实现土壤水分的可持续利用,尽量避免在阳坡缺水地区种植刺槐.对于研究地区土壤水分的可持续利用、植被恢复和科学合理的进行植被配置具有重要意义.

夹粘沙丘是指剖面中分布有一层红褐色粘化层的沙丘,其夹粘层埋藏深度常在120-500cm左右,厚度在40-100cm之间,粘粉粒含量达到90％以上.夹粘沙丘人工梭梭固沙植被郁闭度在0.5以上,明显高于相同水热条件下的植被生产力,这可能与夹粘层通过改变土壤持水性及水分状况,从而提高了土壤水分承载力有关.以河西走廊绿洲边缘夹粘沙丘为研究对象,在测定0-8.0m剖面土壤物理性质和土壤水分特征曲线的基础上,计算了土壤孔隙分布和持水特性,研究了剖面中土壤持水性的变化规律及其影响因素.结果表明:(1)夹粘层土壤含水量最高,上覆沙土土壤含水量最少且随深度增加而增加,下伏沙土受地下水毛管作用影响水分含量较高;(2)土壤机械组成决定了不同土层的持水特性,土壤中粘粉粒含量越高,田间持水量和饱和含水量就越大,夹粘层的土壤持水性远高于沙土层;(3)夹粘层是沙丘土壤水分暂时贮存的重要土层,可以为植被提供深层土壤水分,这对绿洲边缘人工固沙植被的生存和繁衍有重要影响,而土壤持水性和毛管作用的强弱决定了夹粘层对沙丘水分调节能力的强弱.本研究为深入理解绿洲边缘雨养固沙植被斑块状分布的机理提供了一定的理论依据.

基于涡度相关和波文比气象土壤监测系统,研究了2016年科尔沁草甸湿地生态系统生长季5-9月CO2通量的动态变化特征,分析了温度、水分等环境因子与其的响应关系.结果表明:生长季累计净生态系统碳交换量(NEE)为-766.18 g CO2·m-2,总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸量(Re)分别为3379.89和2613.71 g CO2·m-2,Re/GPP为77.3％,表现为明显的碳汇.NEE各月平均日变化呈单峰“U”型曲线,其中5-7月和8月中旬表现为吸收CO2,8月后半月和9月表现为释放CO2.日间NEE与光合有效辐射(PAR)呈显著的直角双曲线关系,同时受饱和水汽压差(VPD)、土壤含水量(SWC)和气温(Ta)等环境要素调控.回归关系表明,日间NEE达到最大时,VPD和SWC值分别为1.75 kPa和35.5％,而NEE随Ta增加逐渐增大,当Ta达到最大时,并未对NEE产生抑制作用;夜间NEE随土壤温度(Ta)呈指数趋势上升.在整个生长季,生态系统呼吸的温度敏感性指数(Q10)为2.4,且SWC越高,Q10越小,夜间NEE受Ts和SWC共同调控.

开展工程措施进行植被恢复是防治水土流失的有效方式.在黄土高原半干旱小流域,工程措施能够利用有限的降水资源,促进植被恢复.以甘肃定西龙滩小流域典型水土保持工程措施鱼鳞坑和反坡台为研究对象,采用配对实验设计,在实测土壤水分特征曲线基础上,分别利用Brooks-Corey、Gardner和van Genuchten模型对不同工程措施的土壤水分特征曲线进行模拟.研究结果发现:反坡台(10.63％)、鱼鳞坑(9.78％)粘粒含量显著高于对照样地(9.66％),粉粒含量反坡台(71.42％)与鱼鳞坑(70.74％)显著高于对照样地(67.85％).较之对照样地,反坡台和鱼鳞坑饱和导水率分别提高53.5％和46.9％.3种模型均能够很好的拟合不同工程措施土壤水分特征曲线.较之对照,工程措施长期开展后,鱼鳞坑和反坡台的土壤有效水分分别提高15％和9％,且对表层土壤水分有效性的改善更为显著.

为探讨桉树(Eucalyptus spp.)人工林土壤呼吸及其对气象因子的响应,采用LI-8100A土壤碳通量自动测量系统,对雷州半岛北部尾巨桉(E.urophylla×E.grandis)人工林的土壤呼吸速率进行监测.结果表明,尾巨桉人工林土壤呼吸速率具有明显的时间变化特征,表现为单峰曲线型变化趋势,2016年5月和翌年2月分别达到最高值[(3.17±0.12)μmolm-2s-1]和最低值[(1.18±0.16) μmol m-2s-1],年均值为(2.34±0.70) μmol m2s-1.根据相关系数,土壤呼吸速率的影响因子以土壤温度＞气温＞气压＞光合有效辐射＞饱和水汽压差＞土壤湿度.主成分分析表明,温度、光合有效辐射等引起的热能量变异和土壤湿度等引起的水分变异是土壤呼吸速率的主要影响因子.回归分析表明,气象因子综合模型能解释土壤呼吸速率94.0％的变异情况,模型可靠性较高.尾巨桉林土壤表面全年CO2通量为893.31 g C m-2a-1.气象因子的综合作用能更全面地解释土壤呼吸的时间变异情况.

运用Granier热扩散探针法(TDP),于2011年5月对黄土丘陵区延安市南郊公路山辽东栎群落优势种(辽东栎)和3个伴生种(山杏、细裂槭、桃叶卫矛)树干液流进行连续测定,并同步监测气象环境因子(太阳辐射、空气温度和相对湿度)和土壤水分动态,比较分析辽东栎、山杏、细裂槭、桃叶卫矛的树干液流通量密度日变化动态及其对环境因子的响应特征.结果表明,辽东栎、山杏、细裂槭和桃叶卫矛液流通量密度日变化动态特征总体上反映了气象环境因子变化的昼夜规律性,呈单峰或双峰型曲线,但辽东栎与山杏、细裂槭、桃叶卫矛液流通量密度日变化规律存在一定的差异.辽东栎液流启动时间较早,通常在5:00左右,而山杏、细裂槭和桃叶卫矛液流启动时间均晚于辽东栎一个小时以上.辽东栎液流达到峰值的时间也较其它树种早,通常出现在9:00前后;细裂槭、桃叶卫矛和山杏液流通量密度达到峰值的时间分别在10:00、11:00和13:00前后.细裂槭和桃叶卫矛液流通量密度日变化曲线峰值较窄.除此之外,土壤水分状况对伴生种的影响程度要比优势种的大.相关分析表明,树干液流通量密度与太阳辐射和空气水汽压亏缺均呈极显著正相关.优势种与伴生种的液流动态差异可能与树木本身特性以及群落对光能的限制性再分配有关.