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土壤水分变异对降雨和植被的响应

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第30卷　增刊22008年11月北　京　林　业　大　学　学　报JOURNA L OF BEI J I NG FORESTRY UNI VERSITYV ol.30,Supp.2N ov.,2008收稿日期:200722062212http :ΠΠw w ,http :ΠΠ基金项目:“十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAD03A02、2006BAD09B022203)。

第一作者:杨启红,博士生。

主要研究方向:水土保持、生态环境监测。

电话:0102262390034　Email :yangqh0354@1631com 地址:100083北京林业大学590号信箱。

责任作者:陈丽华,教授,博士生导师。

主要研究方向:流域治理、城镇规划、森林水文。

电话:0102262336108　Email :c 2lihua @ 地址:100083北京林业大学水土保持学院。

土壤水分变异对降雨和植被的响应杨启红1　陈丽华1　张　富2　张超波1(1北京林业大学水土保持学院,水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室　2甘肃省定西市水土保持工作总站)摘要:在我国半干旱地区水土流失严重的黄土高原,开展土壤水分的时空变异研究有着极其重要的生态意义,是土地可持续利用的基础。

该文利用时间序列分析方法,研究了黄土高原丘壑区降雨、植被对土壤水分特征变化的影响。

结果表明,红豆草和豌豆的表层土壤含水量对降雨响应速度快于油松土壤含水量;水分入渗增湿与同期降雨量密切相关;土壤含水量对降雨的响应时间随土层深度的增加而变长。

关键词:土壤水分;降雨;植被;时间序列中图分类号:S71417 文献标识码:A 文章编号:1000221522(2008)增刊22200882207Y ANG Qi 2hong 1;CHE N Li 2hua 1;ZH ANG Fu 2;ZH ANG Chao 2bo 1.R esponses of soil moisture variations torainfall and vegetation .Journal o f Beijing Forestry Univer sity (2008)30(Supp.2)882294[Ch ,9ref.]1K ey Laboratory for S oil and Water C onservation &Desertification C ombating of Ministry of Education ,C ollege of S oil and Water C onservation ,Beijing F orestry University ,100083,P.R.China ;2S oil and Water C onservation Station of Dingxi City ,G ansu Province ,743000,P.R.China.S oil m oisture is a basic survival factor for plants.S oil erosion is serious in the Loess Plateau of China.The research on the tem poral and spatial variation of s oil m oisture has an im portant ecological significance and it is als o the basis of sustainable land use.The method of time 2series analysis was used to study the effects of rain fall and vegetation on s oil m oisture characteristics in the hilly areas on the Loess Plateau.The results indicated that the response rates of s oil m oisture content for Onobrychis viciaefolia and Pisum sativum in surface layer were m ore quickly than that for Pinus tabulaeformis .The in filtrating m oisture was closely related to the rain fall am ount.The response time of s oil m oisture content increased with the increase of s oil depth.K ey words s oil m oisture ;rain fall ;vegetation ;time series 土壤水分是生态系统重要的影响因子,决定着土壤的演化和土地生产力,制约着植被的形成和发展。

土壤水分垂直空间分布和动态变化的研究有利于田间土壤水分的管理和利用。

土壤水分的时空变异研究是土地持续利用的基础[1]。

根据观测或取样测定的资料,分析反映土壤水分特征各指标参数的时空分化特征,参数自身及其与影响因子的时空关系[2]。

土壤水分时空变异是由多重尺度上的土地利用(植被)、气象(降雨)、地形、土壤、人为活动等多因子综合作用的结果。

近年来,时间序列分析发展非常迅速,在气象、天文、水文、机械、电力、生物、经济等各个领域已有广泛应用,显示出强大的生命力。

本文研究了黄土高原丘壑区土壤水分对降雨、植被变化的动态响应,并用时间序列分析方法确定了它们之间的相关关系,为该地区土壤水分的动态预报以及优化水土保持措施提供了科学的依据。

1　研究区概况研究区称钩河流域位于甘肃省定西市安定区西北部,距离定西市区45km ,属黄土丘陵沟壑区第五副区,系黄河流域祖历河水系二级支流,流域总面积118km 2。

地理位置介于东经104°14′15″～104°28′31″,北纬35°41′07″～35°35′10″,海拔1957～2273m ,相对高差316m。

该流域属中温带半干旱气候,多年平均气温613℃,≥10℃积温2239℃,年日照时数2500h,无霜期141d,多年平均降水量380mm,汛期降水量25416mm,多年平均径流深25mm,年径流模数25000m3Πkm2,年均土壤侵蚀模数5600tΠkm2,年输沙量508300m3。

降水量年内分配极不均匀,冬季降水量占全年降水量的1%～3%,7—9月的降水量占全年降水量的50%～60%,且多以暴雨形式出现,降水历时短,强度大,极易造成水土流失和滑坡泥石流灾害。

该地区近20年的平均潜在蒸发量为1450mm。

由于在古代侵蚀的基础上,经历了长期的现代侵蚀,形成了切割严重的梁峁和沟谷,地形、地貌十分复杂。

主沟道长1715km,比降5%,由花园、李家坪、双乐、新胜4条支流会聚而成,是全区境内最大的3条河流之一。

流域内大于3km2的支沟有14条,小于3km2的支毛沟有24条,沟壑密度2172kmΠkm2。

2　研究方法211　调查方法试验地选取的土地利用类型为林地(油松, Pinus tabulaeformis)、农地(豌豆,Pisum sativum)、农牧地(红豆草,Onobrychis viciaefolia)、沙棘地(Hippophae rhamnoides)共12块样地,主要情况如表1～4所示,豌豆和红豆草播种日期均为1999年5月12日,收割日期为1999年9月21日。

试验时间自1999年3月至2000年10月。

每块试验地内均匀布置了8个点,分别埋设了中子管,20～-150cm土壤含水量用中子仪测定,每20cm测定1个土壤含水量数据, 1999年3月—2000年10月每周测定1次。

0～20 cm土壤含水量通过取土用烘干法测定[3]。

表1　林地径流场基本情况T ABLE1　A survey of forest experimental plots小区编号土质坡向坡度Π(°)坡长Πm坡宽Πm面积Πm2树种林龄Πa胸径Πcm郁闭度Π% 7黄绵土阴坡151010100油松28101564 8黄绵土阴坡101010100油松28101978 10黄绵土阴坡201010100油松2891636表2　农地径流场基本情况T ABLE2　A survey of agricultural experimental plots小区编号土质坡向坡度Π(°)坡长Πm坡宽Πm面积Πm2作物名称播种前耕翻深度Πm 2黄绵土阴坡1010550豌豆0125黄绵土阴坡1510550豌豆01212黄绵土阴坡2010550豌豆012表3　农牧地径流场基本情况T ABLE3　A survey of agricultural and pasture experimental plots小区编号土质坡向坡度Π(°)坡长Πm坡宽Πm面积Πm2作物名称播种前耕翻深度Πm 1黄绵土阴坡1510550红豆草0124黄绵土阴坡1010550红豆草01211黄绵土阴坡2010550红豆草012表4　灌木地径流场基本情况T ABLE4　A survey of shrub experimental plots小区编号土质坡向坡度Π(°)坡长Πm坡宽Πm面积Πm2树种林龄Πa郁闭度Π% 3黄绵土阴坡1510550沙棘242 6黄绵土阴坡1010550沙棘235 9黄绵土阴坡2010550沙棘233212　时间序列分析对于2个时间序列,不管二者采样的尺度是否相同,各自的变异性是否相似,只要在时间上同步,就可以用互相关函数来描述这2个时间序列的相关性[4225]。

对于2个采样时间间隔相同的平稳时间序列x和y,其互相关系数可用下式表示:p xy(h)=τxy(h)[τxx(0)τyy(0)]1Π2=τxy(h)δxδy式中:pxy(h)表示滞后时间为h时,x、y为二序列的互相关系数值;τxy(h)表示滞后时间h下x、y二序列的互协方差值;τxx(0)和τyy(0)分别表示x序列和y序列的方差;δx、δy分别为x、y二序列的标准差;h为滞后时间距。

p xy(h)定义为h=0,±1,±2,±3时的值,当相关系数为0时,二序列显著不相关。

采用Bartlett方法估计近似标准误差,并用2倍标准差来衡量二98增刊2杨启红等:土壤水分变异对降雨和植被的响应序列间的相关关系,如估计的协方差值大于2倍标准差,则认为二序列相关。

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土壤养分变异系数

土壤养分变异系数

土壤养分变异系数土壤养分变异系数主要包含以下几个方面：1. 土壤类型和质地：不同类型和质地的土壤具有不同的颗粒组成、矿物质含量和有机质分布，这些差异会导致土壤养分的变异。

2. 气候条件：气候条件如降雨、温度和蒸发等都会影响土壤养分的分布和变异。

例如，降雨会导致养分淋失，温度变化会影响有机质的分解和矿物质的溶解，而蒸发则会导致盐分在土壤表面的积累。

3. 土壤pH值：土壤pH值是影响土壤养分变异的重要因素之一。

不同pH值的土壤对养分的吸附、释放和移动性都有显著影响，从而影响养分的变异系数。

4. 土壤水分含量：土壤水分含量的变化会影响养分的溶解、吸附和移动性，进而影响养分的变异系数。

5. 植被类型：不同植被类型对养分的吸收和释放具有不同的影响，从而导致土壤养分的变异。

例如，某些植物会选择性吸收某些养分，而其他植物则可能释放一些养分，这些因素都会影响养分的变异系数。

6. 农业管理措施：农业管理措施如施肥、灌溉、耕作等都会影响土壤养分的分布和变异。

例如，施肥会导致养分在土壤中的不均匀分布，而灌溉则可能导致养分淋失或积累。

7. 土壤剖面结构：土壤剖面结构会影响养分的垂直分布和移动性，从而影响养分的变异系数。

例如，具有良好剖面结构的土壤有利于养分的分层分布和有效利用。

8. 地球化学因素：地球化学因素如岩石风化、成土过程、元素迁移等都会影响土壤养分的分布和变异。

例如，岩石风化会释放大量养分进入土壤，而成土过程则会导致养分的重新分配和变异。

综上所述，土壤养分变异系数受到多种因素的影响，这些因素相互作用共同决定着土壤养分的变异程度。

因此，在了解和研究土壤养分变异系数时，需要综合考虑多种因素并进行深入分析。

全球气候变化对农田土壤的影响

全球气候变化对农田土壤的影响

全球气候变化对农田土壤的影响全球气候变化是当前全球面临的最大挑战之一。

随着温室气体排放的增加，气候系统发生了明显的变化，这对农田土壤的生态系统功能和农业生产产生了深远的影响。

本文就探讨全球气候变化对农田土壤的影响进行综述。

一、气候变暖导致农田土壤水分紧缺气候变暖导致地表温度上升，蒸发增加，降水不足，导致农田土壤水分紧缺。

土壤水分的减少会导致农作物生长受限，减少产量和质量。

此外，干旱条件下土壤水分流失速度加快，土壤腐殖质含量下降，破坏土壤的保水性能，进而导致土壤贫瘠化。

二、频繁的极端天气事件增加土壤侵蚀风险全球气候变化引发了频繁的极端天气事件，如强热浪、暴雨、洪涝以及干旱等。

这些极端天气事件增加了农田土壤的侵蚀风险。

强热浪和干旱使土壤暴露在高温和干燥的环境中，容易出现裂缝，进而增加土壤的侵蚀率。

而暴雨和洪涝则会导致土壤冲刷和水土流失，减少土壤的肥力和保持能力。

三、海平面上升威胁沿海农田土壤全球气候变化引起的海平面上升是一个日益严重的问题。

沿海地区的农田土壤面临着巨大的威胁，因为海平面上升将引发盐水入侵，导致土壤盐碱化。

高盐浓度会破坏土壤的结构和水分保持能力，限制作物的生长，甚至导致土地荒漠化。

四、变异的降雨模式影响土壤养分循环气候变化带来的降雨模式的改变也对农田土壤的养分循环产生了影响。

降雨的频率和强度变化会导致土壤养分的流失和淋溶，从而降低土壤的肥力。

此外，大范围的洪涝和干旱还会破坏土壤微生物群落的平衡，影响土壤中微生物的活性和功能，进一步损害土壤养分循环。

五、气候变化对农田土壤生物多样性的影响农田土壤是一个复杂的生态系统，拥有丰富的生物多样性。

气候变化对农田土壤生物多样性的影响是多方面的。

首先，气候变化会导致土壤温度和湿度的变化，从而改变土壤微生物、昆虫和蠕虫等生物的分布和活动。

其次，频繁的降雨和干旱等极端天气事件也会对土壤生物多样性产生直接影响。

生物多样性的变化将进一步影响土壤的生态功能和养分循环。

气候变化对土壤质量的影响研究

气候变化对土壤质量的影响研究

气候变化对土壤质量的影响研究随着全球气候的变化，土壤质量也在受到越来越大的影响。

本文旨在探讨气候变化对土壤质量的影响，并探索可能的解决方案。

一、气候变化对土壤质量的影响气候变化会对土壤质量产生严重的影响。

首先，气候变化导致了降雨量和降雪量的变化，这会影响土壤的水分含量。

土壤水分对于种植作物至关重要，干旱和过度的降雨都会影响作物的生长和土壤的水分含量，进而影响土壤质量。

其次，气候变化还会导致温度的变化。

随着气温的升高，土壤的酶活性会增强，而有机物的分解速度也会加快。

当有机物分解过快时，土壤质量会受到损害。

此外，土壤的微生物会受到影响，其数量和活性水平都会受到影响，从而影响土壤质量。

最后，气候变化还会导致海平面的上升，这会引起盐水渗入沿海地区的土壤中。

过多的盐分会使土壤质量下降，从而影响种植作物的生长和收成。

二、解决方案为了减轻气候变化对土壤质量的负面影响，需要采取一些行动。

首先，应该采取节约用水的措施，例如开发雨水收集系统，使用滴灌系统等。

这些措施可以减少水分消耗，保证土壤的水分含量。

其次，需要实施农业土壤改进计划，以保护和增强土壤健康。

这些计划可以包括使用源于有机物的肥料（如堆肥、沼气残渣、生物固氮）来增加土壤营养物质，控制农药和化肥的使用，植物轮作，适度耕种等。

此外，应该推广植被恢复计划，以防止水和风的侵蚀。

最后，需要控制二氧化碳释放量以减缓气候变化。

可以通过推广可再生能源，减少使用化石燃料等方式减轻对土壤和生态系统的负面影响。

三、结论本文探讨了气候变化对土壤质量的影响，并提出了一些解决方案。

随着全球气候变化的加剧，保障土壤质量将成为促进农业及其生产性和可持续性的重要措施。

通过采取有效的改进方法，可以提高土壤质量并减轻气候变化的影响。

雨水与土壤侵蚀雨水对土壤侵蚀与保持的影响

雨水与土壤侵蚀雨水对土壤侵蚀与保持的影响

雨水与土壤侵蚀雨水对土壤侵蚀与保持的影响雨水与土壤侵蚀：雨水对土壤侵蚀与保持的影响雨水是自然界中一种重要的水资源，对土壤侵蚀与保持起着重要的影响。

本文将探讨雨水对土壤侵蚀与保持的影响，分析其原因并提出相应的解决方案。

一、雨水对土壤侵蚀的影响雨水是土壤侵蚀的主要动力，通过雨滴和雨水流动，对土壤造成直接冲刷和间接破坏。

主要表现为以下几个方面：1. 雨滴打击力：雨滴在落地时具有较强的打击力，会破坏土壤表面结构，使其松散，易于被冲刷。

2. 表面径流：强降雨时，土壤表面无法迅速渗透水分，形成大量的雨水径流，导致土壤流失。

3. 山洪暴发：山区地势陡峭，雨水容易形成山洪暴发，进一步加剧土壤侵蚀的程度。

4. 水分侵蚀：雨水充分渗透土壤时，带走土壤中的养分和有机质，进一步破坏土壤肥力。

二、雨水对土壤保持的影响除了直接引起土壤侵蚀外，雨水也对土壤保持起到积极的作用。

以下是雨水对土壤保持的几个方面影响：1. 强化植被覆盖：适量的降雨可促进植被的生长，植物根系能够稳固土壤颗粒，减少土壤流失的可能性。

2. 注入土壤水分：适量的降雨可以补充土壤水分，提供植物生长所需的养分，增加土壤肥力。

3. 降低土壤温度：降雨后土壤受到的冷却效应能降低土壤黏性，减少土壤流失的风险。

4. 水源补给：降雨将水源补给土壤，维持环境水循环的正常进行。

三、应对雨水对土壤侵蚀的解决方案为了应对雨水引起的土壤侵蚀问题，我们可以采取以下措施：1. 植被保护：加强植被的保护与种植，通过合理的植被配置和种植措施，减少雨滴的直接冲击并增加土壤覆盖，从而降低土壤的侵蚀风险。

2. 构建防护设施：在易受侵蚀的地区，可以采用构建梯田、沟渠、防洪堤等防护设施，减少雨水径流速度，阻止土壤流失。

3. 合理的水土保持措施：采取适当的农田管理措施，如合理的耕作方式、有机肥的使用和轮作制度的实施，可减少水分和养分的流失，提高土壤质量。

4. 教育与宣传：通过加强对土壤侵蚀的教育和宣传，提高公众对土壤保护的意识，共同参与到保护环境、减缓土壤侵蚀的行动中。