施永屯小流域不同土地利用类型土壤物理性质研究

土壤水分是制约黄土丘陵区生态建设和土地可持续利用的关键因子,认识不同土地利用类型的土壤水分状况对该地区植被恢复和土地资源的有效利用具有重要的理论和实际意义.本研究采用ec-5土壤水分传感器,对黄土高原园则沟流域坡耕地、梯田、枣园和草地生长季内（5—10月）0～160cm土壤剖面含水量进行连续监测,探讨这4种典型土地利用类型的土壤水分变化特征.结果表明：在降水常态年和干旱年,不同土地利用方式土壤水分的季节变化、蓄水特征及垂直分布均存在差异.在2015年干旱年,梯田表现出良好的蓄水保墒效果,0～60cm土层生长季平均土壤含水量分别比坡耕地、枣园和草地高2.6%、4.2%、1.8%（p〈0.05）,0～160cm土层储水量分别比坡耕地、枣园和草地高43.90、32.08、18.69mm.在2014年常态年,枣园0～60cm土层生长季平均土壤含水量分别比坡耕地、梯田和草地低2.9%、3.8%、4.5%（p〈0.05）;在干旱年,0～160cm土层有效水储量仅占土壤总储水量的35.0%.不同土地利用方式下均是表层（0～20cm）与中层（20～100cm）土壤水分的灰色关联度较大,且土壤水分变化态势的相似程度表现为梯田〉草地〉坡耕地〉枣园.对于试验区内的坡耕地,可考虑改造为梯田,以提高雨水资源的有效利用、促进生态农业建设;而针对黄土丘陵区旱作枣园土壤缺水严重的现象,需采取适当水分管理措施以降低枣树自身耗水和其他无效耗水,实现枣园可持续发展.

通过对比晋西黄土区蔡家川流域人工刺槐林地、人工油松林地、退耕荒草地和农地土壤有机碳和总氮含量的差异性,探讨了土地利用变化对该流域土壤碳氮储量的影响。结果表明：（1）4种土地利用类型下,土壤有机碳和总氮均表现出表聚效应,且荒草地垂向降幅最大,各样地土壤有机碳和总氮均呈极显著线性正相关;（2）油松林地0—48cm土层有机碳含量高于其他样地,刺槐林地0—48cm土层总氮含量显著高于其他样地,而4种土地利用类型在48—96cm土层和96—160cm土层中有机碳和总氮含量差异不显著;（3）从蔡家川流域退耕土壤固碳和固氮效应整体而言,退耕林地具有显著的土壤碳氮固存效应,随着人工林地面积占比的增加,流域土壤总有机碳和总氮储量相应增加。

通过对比晋西黄土区蔡家川流域人工刺槐林地、人工油松林地、退耕荒草地和农地土壤有机碳和总氮含量的差异性,探讨了土地利用变化对该流域土壤碳氮储量的影响。结果表明：（1）4种土地利用类型下,土壤有机碳和总氮均表现出表聚效应,且荒草地垂向降幅最大,各样地土壤有机碳和总氮均呈极显著线性正相关;（2）油松林地0—48cm土层有机碳含量高于其他样地,刺槐林地0—48cm土层总氮含量显著高于其他样地,而4种土地利用类型在48—96cm土层和96—160cm土层中有机碳和总氮含量差异不显著;（3）从蔡家川流域退耕土壤固碳和固氮效应整体而言,退耕林地具有显著的土壤碳氮固存效应,随着人工林地面积占比的增加,流域土壤总有机碳和总氮储量相应增加。

以国家自然科学基金为依托建立模拟实验区,探究不同施工机械和碾压次数下的土壤物理指标(压实度、容重、孔隙度、含水量、电导率和温度)的变化。研究结果表明:随土层深度的增加,压实度、容重和电导率逐渐递增,孔隙度、含水量和温度逐渐递减;随碾压次数的增加,压实度和容重逐渐递增,孔隙度逐渐递减,土壤含水量、电导率和温度先增加后降低,其中使用自卸汽车时,3次碾压指标值最高,使用履带式推土机时,5次碾压指标值最高,而使用履带式推土机的处理效果要好于使用自卸汽车;通过对各处理与对照间的拟合度分析发现,使用履带式推土机碾压5次的土壤中各指标与对照拟合度最高,表明采用\"履带式推土机×碾压5次\"的组合,复垦土壤中物理性质与正常土壤最为接近。

为了解压实对城市新建绿地土壤物理性质的影响,以西安植物园新园区为研究对象,依据土壤压实程度的不同以及地表植被的差异进行区域划分,对不同区域内的土壤分层采样,并进行土壤容重、孔隙状况、水分常数等物理性质的测定。结果表明:随着压实程度的增加,土壤各层次间的发生规律发生了改变,土壤出现退化现象。研究区域内的土壤容重偏高,平均值为1.52g/cm3;土壤总孔隙度、通气孔隙度、土壤含水量、田间持水量、土壤饱和导水率明显偏低,平均值分别为44.71%、12.81%、15.46%、20.77%、20.7mm/h。土壤容重与总孔隙度、通气孔隙度、田间持水量、自然含水量、饱和导水率之间呈极显著的负相关;通气孔隙度与饱和导水率、自然含水量、田间持水量之间均呈现显著的正相关。压实对各层土壤物理性质的影响表现为表层土>浅层土>深层土,人为践踏产生的压实只影响到表层土壤。

基于太湖流域平原区典型土地利用类型(林地、菜地)不同深度(10,20,40,60cm)土壤水分以及降雨的监测数据,分析2种土地利用类型下土壤水分变化对降雨的响应模式。结果表明:(1)菜地表层土壤水分波动较深层剧烈,而林地不同深度的土壤水分变化模式相似;(2)菜地表层土壤水分对降雨的响应受初始含水量影响显著。初始土壤较干燥时,降雨入渗较快,10cm和20cm土壤水分对降雨的响应时间基本一致,而若初始土壤较湿润,土壤水分对降雨响应的早晚与土壤深度正相关;(3)菜地土壤在40cm深度出现明显分层,降雨入渗到该界面时停止下渗并不断累积而趋于饱和;(4)受冠层截留以及地表枯枝落叶对雨水吸持的作用,中小降雨事件难以引起林地土壤水分的显著变化,当发生较大强度的持续降雨时,林地深层土壤水分容易受到周边侧向壤中流汇水以及土壤大孔隙的优势流影响,而在集中性强降雨过程中,林地深层土壤水分变化则主要受土壤大孔隙的优势流影响。

对海伦市红光农场纯大豆模式、分别复合种植7a和3a的落叶松-大豆复合模式及杨树-大豆复合模式的土壤物理性质进行了分析,结果表明:(1)各模式容重都有随土壤层次的加深而增大的趋势,种植3a的落叶松-大豆模式、杨树-大豆复合模式与纯大豆模式相比,前者能够降低20~30cm、40~50cm土层土壤的容重,后者能够降低0~20cm土层土壤的容重;复合7a的模式中,杨树-大豆模式可以明显降低各土层土壤容重,随着复合年限的延长,落叶松-大豆模式和杨树-大豆模式20~50cm、20~40cm土层土壤容重变化明显。(2)复合3a的模式与纯大豆模式相比,土壤孔隙度基本无明显变化;复合7a的2种模式中,杨树-大豆模式毛管孔隙度和总孔隙度分别高出纯大豆模式6.31%和6.94%,并且杨树-大豆模式土壤孔隙度均明显低于落叶松-大豆模式,随着复合年限的延长,2种模式土壤孔隙度基本无明显变化。

该文依据不同植被类型与盖度,对黄羊滩沙化土地的剖面特征和物理性质进行了野外调查与室内分析,结果显示:土壤剖面呈通体沙质特征,结构性差;机械组成以沙粒为主,容重与固相率远高于正常的森林土壤,总孔隙度明显偏低;流动沙地存在稳定的干沙层,半固定沙地能形成干沙覆盖,固定沙地不能形成干沙覆盖层。风蚀沙地普遍具有耕性差的特点,固定沙地垒结紧实,流动、半流动沙地呈粗骨质形态。

本试验以甘肃省庄浪县桃木山林场的修枝后10年、20年的华北落叶松人工林为试验对象,对其林下土壤物理性质进行了研究,结果表明不同的修枝强度间差异显著。

调查分析了武夷山不同类型毛竹林的土壤水分物理性质状况。结果表明,不同类型毛竹林的土壤容重大小为对照地>竹杉林>竹阔林>毛竹纯林;土壤总孔隙度大小为毛竹纯林>竹阔林>竹杉林>对照地;各林地土壤最大持水量、毛管持水量大小为毛竹纯林>竹阔林>竹杉林>对照;最小持水量大小为毛竹纯林>竹杉林>竹阔林>对照;三项持水量依次是对照值的1.04~1.19倍、1.06~1.14倍、1.09~1.14倍。毛竹林分在0~60cm土壤层的质地较为疏松,孔隙增多,透气性好,有利于水分的运输与贮存,适宜毛竹鞭根生长,因此,科学合理地经营毛竹林分,避免过度人为干扰可有效改善林分的水分物理状况,促进竹林丰产。

该文以半干旱荒漠区典型湖泊红碱淖为例,分析水分减少引起流域土地利用/覆盖类型发生变化进而对土壤理化性质特征产生的影响。结果表明,红碱淖湿地流域土地利用类型呈现以湖泊为中心由盐碱沼泽向沼泽化草甸、草地、草原化沙地、沙地变化,土壤粉粒和黏粒含量减少,砂粒增加,土壤含水量降幅19.17%~82.20%。与盐碱沼泽相比,沼泽化草甸、草地、草原化沙地、沙地土壤有机质含量分别下降了7.73%、32.01%、52.32%、53.42%;全氮含量分别下降了2.05%、4.46%、31.56%、34.15%;全磷含量分别下降了34.82%、36.80%、31.40%、47.25%。深层土壤有机质、全氮、全磷含量在不同土地覆盖类型中差异更明显。土壤有机质、全氮和土壤全磷含量与土壤粒度存在显著相关关系。

随着鄱阳湖流域开发进程加快,土地利用类型势必发生转移,从而对鄱阳湖流域的生态环境产生影响。为了能反映鄱阳湖流域由于土地利用变化对土壤侵蚀的影响效应,本文通过采用3s技术手段,获取鄱阳湖流域土地利用空间数据与土壤侵蚀数据,引入土地利用变化转移矩阵指数和土壤侵蚀强度指数,对鄱阳湖流域土地利用变化和土壤侵蚀效应空间关系进行定量分析。结果表明:①1985年～2000年间,影响鄱阳湖流域土壤侵蚀强度变化的土地类型主要集中在农田、林地和草地,而水域、工矿居民用地与未利用地三种土地类型对土壤侵蚀强度变化总体变化不大;②加重土壤侵蚀强度的主要是林地转化为农田、林地转化为草地、草地转化为农田;而土地利用类型农田转化为林地、林地内部之间的转化减轻了侵蚀强度。土地利用类型和土壤侵蚀强度之间的定量研究结果反映了土壤侵蚀效应的变化,与鄱阳湖流域的水土流失现实情况一致。

西南岔河为汤旺河一级支流,随着人类活动对下垫面的影响,河道内的悬移质泥沙含量逐年增多。本文应用swat(soilandwaterassessmenttool)分布式水文模型构建了流域水沙模型,研究分析了西南岔河流域1995—2015年土地利用空间变化对土壤侵蚀的影响,模拟分析了绿化对减轻水土流失的作用,为当地水土保持选择灌木品种和种植规模提供依据。

土地利用/土地覆被变化及其环境效应研究成为当前土地变化科学研究的热点领域。我国西南喀斯特山区山高坡陡,地形破碎,土壤侵蚀严重,不合理的土地利用方式是造成喀斯特山区土壤侵蚀的主要人文因素。本文采用\"3s\"技术和rusle模型,分析了近30年来贵州省猫跳河流域土地利用/覆被变化的时空特征,模拟了不同土地利用空间格局下的土壤侵蚀状况,探讨了土地利用变化对土壤侵蚀的影响。结果表明:近30年来流域内土地利用/覆被发生了显著变化,1973年~1990年,水田、灌木林、其他林地、灌草地均在减少,旱地、有林地、水域、建设用地、裸岩地均在增加;1990年~2002年,水田、有林地、灌木林、灌草地、水域、城镇农村居民点建设用地均明显增加,旱地和裸岩地均大幅度减少。流域土壤侵蚀模数由1973年的30.88t/(hm2.年)上升到1990年的35.08t/(hm2.年),2002年下降到28.16t/(hm2.年)。旱地和灌草地是流域发生土壤侵蚀的主要土地利用类型。封山育林、植树造林和退耕还林,减少陡坡旱地,是流域进行水土流失治理的有效措施。

采用gis空间分析与传统统计分析相结合的方法,通过在arcgis8.1的grid模块中,对澜沧江流域南段土地的栅格(grid)图进行地图代数运算,形成具有复合数据的新grid数据表;对新生成grid属性表的数据进行统计计算,获得研究时段内不同空间范围的土地利用转移矩阵数据及各类用地上的土壤侵蚀数据;通过土壤侵蚀综合指数(index)的计算,反映了不同区域、不同土地利用类型上的土壤侵蚀程度及其变化.研究结果表明,耕地、其它林地、低覆盖度草地上土壤受侵蚀的可能性较其它用地类型大;耕地、中覆盖度草地、水域的土壤侵蚀强度较其它用地类型大;土地利用变化对土壤侵蚀变化的影响在澜沧江中游和下游区域表现较为明显,而在上游区域不明显;上游区域土壤侵蚀的主导因素不是土地利用及其变化,而是地形、气候等其它因素.

对杉木、马尾松、湿地松、尾叶桉和马占相思林的土壤物理性质、凋落物持水量以及土壤贮水性能进行了研究。5种林分土壤的毛管孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度均为上层大于下层,而土壤容重为上层小于下层。总体来看,5种林分中杉木和马占相思林土壤疏松、孔隙度大;尾叶桉林土壤紧实、孔隙度小,马尾松林和湿地松的土壤孔隙度中等。凋落物最大持水量呈现杉木林(18thm-2)>马占相思林(15thm-2)>尾叶桉林(14thm-2)>马尾松林(11thm-2)>湿地松林(10thm-2)。土壤是森林涵养水源的主体,其最大持水量占林地最大持水量的99%以上,顺序为杉木林地和马占相思林(2064和2061thm-2)>湿地松林(2041thm-2)>马尾松林(2032thm-2)>尾叶桉林(1941thm-2)。林地最大持水量的顺序为杉木林地(2082thm-2)>马占相思林地(2076thm-2)>湿地松林地(2051thm-2)>马尾松林地(2043thm-2)>尾叶桉林地(1955thm-2)。

本文以贵阳市喀斯特地区白云岩组土壤为研究对象,通过对该区典型土壤样品的调查和分析,筛选和确定了土壤质量评价指标,通过分析试图研究土壤性质与不同土地利用方式之间的关系,并用该研究结果对该研究区土地的可持续利用,提出一些建设性的意见和措施。

土壤质量、土壤蓄水保肥能力和土壤养分吸收利用与土壤物理性质有密切联系。在甘肃省河西走廊民乐县至高台县自东向西的天然降水梯度上,选择荒漠区的7个研究点对土壤表层(0—20cm)和亚表层(20—40cm)分别采集42个土壤样品,在野外采用张力入渗仪测定饱和导水率,室内采用常规方法对土壤容重、孔隙度、颗粒组成等项目进行了测定。结果表明,在360～100mm的降水梯度上,荒漠土壤粉粒和黏粒含量降低,砂粒含量增加;伴随着土壤的粗粒化,引起土体的风散和结构的破坏,使土壤容重增加、孔隙度降低、持水性能下降等一系列物理性质的恶化。土壤表层、亚表层饱和导水率ksat和变异系数cv分别为70.0%和86.3%,均是土壤表层和亚表层各物理性质中变异系数最高的。

以毛乌素沙地榆林沙区樟子松人工林土壤为研究对象,分析不同林龄樟子松人工林土壤质量含水量、土壤体积质量、孔隙度时空变异规律。结果表明,土壤质量含水量在流沙地为丘间地>迎风坡>背风坡>丘顶,在樟子松人工林为丘间地>背风坡>迎风坡>丘顶,并随土层深度增加而增加,0～5cm土层质量含水量樟子松人工林高于流沙地,5～25cm和25～50cm土层低于流沙地。土壤体积质量在流沙地为丘顶>迎风坡>背风坡>丘间地,在樟子松人工林为丘顶>中部(迎风坡、背风坡)>丘间地,随土层深度增加而增加,且樟子松人工林对应各层土壤体积质量均小于流沙地。毛管孔隙度均为丘间地>中部(迎风坡、背风坡)>丘顶,土壤孔隙度(总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度)随土层深度增加而降低,樟子松人工林对应各层土壤孔隙度均大于流沙地。随樟子松林龄增加,质量含水量和孔隙度分别增加1.32%～21.82%、2.88%～12.00%,土壤体积质量降低1.16%～7.12%。统计分析表明,所测指标总体上存在显著差异。

土壤是人类生存和发展的必要物质基础,土地利用方式的改变直接影响土壤性质。从土壤理化性质和微生物特性两个方面,综述了土地利用变化对土壤性质的影响,旨在为土地有效利用及可持续发展提供科学依据。

为了实现土地的可持续利用和生态的可持续维护,以藉河流域5期土地利用数据和构建生态系统服务评价模型为基础,运用马尔科夫模型对藉河流域的土地利用及生态服务价值变化进行评估,结果表明:研究时段内坡耕地、梯田、林地和草地的总面积占流域面积的90%以上,坡耕地面积逐期减少,梯田和林地面积增加;1975—2030年流域总的生态服务价值呈增加趋势,草地和林地占总价值比例达到70%以上;预测2020年和2030年流域的生态服务价值分别增加到5.499亿元和5.633亿元,1975—2030年间单项生态服务价值中土壤形成与保持、维持生物多样性、气候调节和气体调节4项占总价值的60%左右。

利用不同时相的遥感影像解译成果数据,在地理信息系统软件支持下,分析鄱阳湖流域土地利用时空格局、土地利用类型的变化趋势及其变化速率等。研究结果表明,自1985-2010年近25年来,鄱阳湖流域的主要土地利用类型为林地和耕地;研究期内,工矿居民点用地、林地和水域面积增加,而耕地、草地和未利用地面积减少;工矿居民点用地增加来源主要为耕地,林地来源主要为耕地,水域来源主要为未利用地;从土地利用稳定性来看,工矿居民点用地相对不稳定,从流域分析来看,鄱阳湖区的土地利用相对最不稳定。