Institute of Soil and Water Conservation,Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources
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修剪对山地苹果蒸腾的影响及模拟
No full text【目的】探究不同修剪强度对旱作山地苹果蒸腾的调控效应，为山地苹果园田间水分管理与可持续发
展提供科学依据。
【方法】以黄土丘陵区山地苹果为对象，设置不同修剪强度（对照 CK：无修剪；强度 I：轻度修
剪，去除 10%的侧枝长度;强度 II：中度修剪，去除 25%的侧枝长度；强度 III：重度修剪，去除 40%的侧枝长度）
，
采用观测（TDP 插针式茎流计）和数值模拟（MAESPA 模型）结合的手段研究修剪对苹果树蒸腾耗水规律的影响。
【结果】修剪显著降低了苹果树叶面积指数，强度 III 修剪处理的枝量、叶面积指数，冠幅直径平均较对照处理
减少 28.2%、30.5%、9.5%。修剪显著改变了苹果树蒸腾耗水特征，随着修剪强度的增加，日液流峰值下降，液流
强度变弱；逐月蒸腾耗水量从果实膨大期到着色成熟期逐渐降低，表现为 7 月最高，9 月最低，修剪强度 II、强
度 III 处理各月蒸腾耗水显著低于对照；各处理在整个研究期间的蒸腾耗水量较对照分别降低了 11.1%、24.1%、
37.9%，修剪强度 II、强度 III 蒸腾耗水量与对照存在显著差异。MAESPA 模型能够较好模拟不同修剪强度下果树
蒸腾耗水规律，不同修剪强度 7
—
9 月份蒸腾耗水量模拟的归一化均方差为
0.163
—
0.293，纳什系数为
0.616
—
0.83，一致性系数为 0.907
—
0.960。模型在光合有效辐射和饱和水汽
压差较低时，对蒸腾的模拟效果较
差。
【结论】随着修剪强度的增加，苹果蒸腾耗水量基本呈等比例下降趋势，在没有严重水分亏缺时，山地果园可
采取去除 10%侧枝的修剪强度；当发生严重水分亏缺时，去除 25%侧枝的修剪强度能以较小的产量损失显著降低蒸
腾耗水量，缓解水分供需矛盾，促进果园的绿色健康发展。</div
Analysis on yield gaps and its water and nitrogen use efficiency of winter wheat in Loess Plateau
No full text黄土高原是中国主要的冬小麦产地之一，探究该地区实际产量、水分限制产量、氮素限制产量与潜在产量之间产量差的时空分布特征，有助于定量估计区域内冬小麦产量的可提升空间，揭示限制产量提高的主要因素，明确未来提升作物产量的重点区域和优化增产的关键措施。本研究在全球产量差评估系统中的GYGA-ED（Global Yield Gap Atlas Extrapolation Domain）法划分的气候区基础上，根据冬小麦生育期内需要的有效生长积温(GDD)、干旱指数（年平均降水量/年平均蒸腾量）、DEM和地形因素，在保持了县界完整性的前提下，将黄土高原冬小麦种植区划分为4个农业气候区（Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ）。基于冬小麦种植区内32个气象站1961-2016年逐日气象资料、土壤数据、作物管理资料和各省市的统计年鉴，结合APSIM–Wheat模型模拟和ArcGIS空间分析功能，分析研究区冬小麦各级产量差的时空分布特征，解析引起产量差的主要限制因素并量化其限制程度。根据1961-2016年冬小麦生长季内逐年的降水量，将其划分为三种降水年型，明确了不同降水年型下的灌溉水利用效率（Irrigation water use efficiency，IWUE）和氮肥农学效率（Agronomic efficiency of applied Nitrogen，AEN），并探讨了不同降水年型下黄土高原各区域冬小麦产量的提升空间。主要结果如下：
（1）1961-2016年黄土高原冬小麦潜在产量最高，氮素限制产量最低，产量面积加权平均值分别为8868.62kgha-1和5415.61 kgha-1。55年来潜在产量、水分限制产量每年分别减少9.6 kg ha-1、21.17 kg ha-1yr-1，氮素限制产量则每年增加0.92kg ha-1。水分限制产量变异系数最大，为14.3%，该产量稳定性最差。各气候区中，Ⅰ区冬小麦潜在产量最高，氮素限制产量最低。Ⅲ区潜在产量最低而氮素限制产量最高。Ⅱ区水分限制产量最高，而Ⅳ区水分限制产量最低。
（2）气候变化背景下，冬小麦生长季内的太阳辐射、降水量、最高温度分别是影响黄土高原冬小麦潜在产量、水分限制产量和氮素限制产量的主要因素，均为正效应（P<0.01），相关系数分别为0.64、0.83和0.63。
（3）黄土高原冬小麦实际产量的空间差异明显，整体呈西北高东南低的空间分布特征，全区平均产量为3382kg ha-1，以每年增加64.99 kg ha-1的幅度上升。提高Ⅰ区的化肥施入，Ⅱ和Ⅲ区的农业机械投入，Ⅳ区的灌溉量可以最大程度地增产。
（4）黄土高原冬小麦产量仍旧具有很大的提升空间，影响各气候区产量提高的主要限制因素不同。黄土高原冬小麦实际产量仅达到潜在产量的43%，提升空间较大。两者之间产量差的平均值为5046.58 kg ha-1，2005-2016年，以每年174.62 kg ha-1的幅度下降。水分限制产量占潜在产量的比例为73％，仍旧有一定的提升空间。两者之间产量差的平均值为2353 kg ha-1。55年来该产量差平均每年增加11.57 kg ha-1。由氮素限制引起的产量差平均为3430 kg ha-1。氮素限制产量占潜在产量的比例为61％，提升空间稍大。55年来该产量差呈缩小趋势，每年下降11.57 kg ha-1。氮肥对黄土高原冬小麦产量影响最大，水分其次，但是对各地区的影响程度不同，其中氮肥水平对Ⅰ区的影响最大，水分投入对Ⅳ区的影响最大。
（5）干旱年型黄土高原冬小麦IWUE最高，为52.31%。在该年型下通过补充灌溉，产量的可提升空间最高，为39.9%。各气候区中，增加Ⅰ区的灌溉投入，得到的收益回报更大。湿润年型黄土高原冬小麦AEN最高，为50.11%。该年型下施加氮肥产量提升空间最高，为40.3%。提高Ⅲ区的氮肥利用效率是缩减该区氮肥限制造成的产量差的关键。</p
不同覆盖措施对干化土壤水分的影响研究
No full text为探索黄土丘陵区深层干化土壤在不同地面覆盖下的土壤水分恢复特征以及在干化土壤上种植植物的生长状况，在陕西省米脂县丘陵山地建造大型模拟干化土壤土柱，分别设置薄膜覆盖、石子覆盖、树枝覆盖、裸地、栽植枣树、刺槐、苜蓿、柠条、早熟禾9个处理，利用定位监测获取试验区土柱10米土层土壤水分，分析不同覆盖措施对土壤水分、储水量、水分入渗深度、降雨贮存效率等指标的影响。定期对植物生长状况进行测量，分析植物生长耗水状况，以期为干化土壤后续植被的建造提供理论依据，为干化环境中土壤水分管理提供依据。对2014-2017年土壤水分定位监测数据分析结果如下：
（1）裸地1-5月土壤含水率基本保持不变，土壤水分入渗深度没有发生变化；6-11月土壤水分累积土壤储水量、含水率增大，土壤水分入渗深度增加。坡耕地土壤水分0-200 cm范围内波动较大，坡耕地平均含水率15.26%，储水量为1526 mm，表层0-100 cm、900-1000 cm深度范围内土壤水分轻度亏缺，100-900 cm范围内土壤水分无亏缺现象。
（2）至试验期结束薄膜覆盖、石子覆盖、树枝覆盖、裸地土壤含水率分别为19.6%、16.0%、14.1%、12.5%；恢复深度分别为：1000 cm、1000 cm、700 cm、480 cm，薄膜覆盖、石子覆盖、树枝覆盖、裸地0～1000 cm深度范围内土壤储水量分别增加1211.4 mm、853.4 mm、662.5 mm、523.2 mm，全年覆盖降雨贮存效率分别为63.4%、42.4%、29.4%、23.0%。
（3）到2017年末，早熟禾、苜蓿、柠条、枣树、刺槐土壤含水率分别为9.1 %、6.3%、6.9%、7.8%、5.3%，较初始土壤含水率变化量分别为1.3%、-1.3%、-0.8%、-2.4%、0.2%。
（4）到2017年末，早熟禾高度为42.3 cm，苜蓿高63.7 cm、地径为3.3 mm，柠条高114.3 cm、地径为10.2 mm，枣树高146 cm、地径为73.8 cm × 88.2 cm、刺槐高480 cm、地径为189.3 cm × 197.4 cm。储水量变化量依次为135.9 mm、-131.8 mm、-61.8 mm、17.8 mm、-235.6 mm；年均蒸散量依次为523.1 mm、611.1 mm、588.0 mm、586.4 mm、666.5 mm。
（5）5种植物根系耗水深度变化最大时期为每年5-7月，9-11月份为植物表层土壤水分恢复时期，可在5-7月采取较大力度的土壤水分保持工作。至2017年末早熟禾耗水深度范围为0-200 cm；柠条耗水深度达540 cm，年均耗水深度为180 cm，以此速度发展3年以后柠条耗水深度将达1000 cm；苜蓿耗水深度达1000 cm；2017年刺槐深层土壤含水率与2016年基本相同，0-1000 cm平均含水量为5.3%，枣树耗水深度范围为0-300 cm<span styl
Water Infiltration and Simulation of Typical Loess-developed Soils Affected by Soil Internal Forces
No full text水资源短缺是黄土高原地区农业生产和生态环境建设中遇到的主要限制因子。 土壤水分入渗作为地表水转化为土壤水的一个重要过程， 不仅决定着土壤对雨水和灌溉水等有限水源的利用程度，而且也深刻影响着地表径流和土壤侵蚀强度。 土壤水分入渗特性受到土壤内外部许多因素的影响。其中团聚体稳定性是影响土壤水分运动的重要因素。 新近的研究表明， 介观尺度土壤颗粒间的内力作用（包括静电斥力、分子引力和水合斥力） 可高达数百个大气压， 是土壤团聚体破碎的主要推动力。 而团聚体的破碎将会改变土壤孔隙状况，进而对土壤水分运动产生影响。然而目前有关土壤颗粒间内力作用对土壤水力性质的影响研究尚且较少，且考虑颗粒间内力作用后经典水分入渗模型的适用性还有待进一步验证。因此，本研究选取四种典型的黄土母质发育土壤（黑垆土、黄绵土、褐土和塿土）为研究对象，通过理论计算与试验验证相结合的方法，探究土壤内力作用对土壤水分入渗过程的影响，并采用经典土壤水分入渗模型和水分特征曲线模型进行拟合， 验证并比较分析了模型的适用性。 本研究取得以下结果：
（1） 定量获取了几种典型黄土内力作用大小及分布特征。 随着电解质浓度的降低， 四种供试土壤的表面电位（绝对值）、表面电场强度增大，静电斥力、DLVO 力和净作用力皆不同程度地增大。土壤颗粒间的内力作用皆随相邻颗粒间
距离的增加而减小。 净作用力仅在浓度为 1 mol·L-1 时出现净吸引力。 黑垆土、黄绵土、褐土和塿土的临界电位分别是-211.9、 -203.6、 -223.3 和-232.6 mV。对应的临界浓度都约为 0.01 mol·L-1。 当颗粒表面电位大于该临界值，以颗粒间距离 2 nm 为例， 颗粒间净作用力均保持不变；而当电位小于该临界值时，随土粒表面电位的增加颗粒间净作用力增加。这表明，土粒间内力作用随体系电解质浓度减小， 电位的增大将表现出先增大而后减小的趋势。
（2） 系统研究了不同内力作用下土壤水分入渗特性。 随着电解质浓度的降低，土壤颗粒间净斥力作用的增强， 水分入渗速率降低，湿润锋运移速度降低，土壤水分累积入渗量减少。 其中电解质浓度 0.01 mol·L-1 是控制水分运动的临界浓度。 当电解质浓度低于临界浓度时， 水分入渗速率、 湿润锋运移速度等参数不再随电解质浓度而发生变化； 而当电解质浓度高于临界浓度时， 随浓度的增大，水分入渗速率、湿润锋运移速度、水分累积入渗量均增加。Kostiakov 模型和 Philip模型均可对累积入渗量随测定时间的变化情况进行较高程度地拟合， 其中Kostiakov 模型的拟合效果更好。
（3）探讨了不同内力作用下土壤持水性能的变化。随着电解质浓度的降低，净斥力作用增强，土壤饱和导水率减小，土壤持水能力增强。 van Genuchten 模型和 Gardner 模型皆能较好地拟合四种土壤不同内力作用下的水分特征曲线， 总体分析， Gardner 模型对不同内力作用下的水分特征曲线变化拟合效果更好。
</p
基于Budyko假设下的黄土高原典型流域径流变化原因辨析
No full text近半个世纪以来，在气候变化和人类活动的共同作用下，黄河径流呈现出下降趋势。研究河流径流变化及其归因分析对流域治理以及水土保持工作意义重大。为此，本研究采用Mann-Kandall趋势检验、Pettitt突变检验法、双累积曲线等方法研究了黄河河龙区间的三个典型流域（皇甫川流域、无定河流域和延河流域）的径流变化特征，并基于Budyko假设定量评估了气候和下垫面变化对径流量变化的影响程度。取得了如下主要结论：
（1）皇甫川、无定河和延河流域的降水量和潜在蒸发量年际变化趋势均不显著，而径流量均呈显著的下降趋势且具有明显的阶段性和突变性特征。3个流域降水量和潜在蒸发量的MK趋势检验统计量均未达到显著性水平，而径流量均达显著的下降水平。皇甫川径流的突变点为1996年；无定河径流存在1971年和1996年2个突变点；延河径流的突变点为1996年。
（2）流域的径流深对下垫面参数的敏感性大于气候因子，且互补法计算的径流深精度最高。三个流域径流深R对ω、P和ET0的敏感性系数均值分别为-3.52，2.61和-1.62。对3个流域径流变化进行归因分析表明，不同流域变化期下垫面变化均为径流变化的主导因素；皇甫川流域下垫面变化对径流减小的影响为88%，无定河流域1997-2016年间下垫面变化对径流的贡献为61%，延河流域下垫面变化对径流的影响为37%；采用“两段平均”法计算全微分法中的偏导，得到3个流域的径流变化与实际观测值之间的相对误差分别为13.52%、1.74%和0.44%；对比分析四种归因方法：全微分法、互补法、分解法以及外推法的特点可知互补法是计算归因分析最佳方法。
（3）下垫面参数对气候季节性指数敏感性小于对植被覆盖度的季节性指数。3个流域气候季节性指数无显著的年际变化趋势，而植被覆盖度呈显著的上升趋势；各流域年干旱指数与蒸散率的所有点都集中在Budyko曲线周围，参数ω在皇甫川、无定河以及延河流域内对气候性季节指数S的敏感性系数分别为-0.04、-0.05、-0.03，而对植被覆盖度的敏感性系数分别达到0.24、0.29、0.31。表明，在影响无定河流域和皇甫川流域径流变化的因素中，人类活动、土壤状况以及地形坡度等因素的贡献量较大。除气候、下垫面变化以外，流域蓄水量变化也对径流变化有一定的贡献。近年来退耕还林以及水土保持措施对径流的减小起到了很大的作用。</p
黄土丘陵区不同坡向土壤水溶性有机物特征及其根际效应
No full text为研究不同坡向对土壤水溶性有机物影响及其根际效应,选取黄土丘陵区不同坡向（阳坡、半阳坡、阴坡）的根际土和非根际土壤为研究对象,分析了水溶性总氮（WSN）、水溶性铵态氮（WSNH+4-N）和硝态氮（WSNO-3-N）、水溶性有机氮（WSON）、水溶性有机碳（WSOC）的含量及其水溶性有机物（DOM）并进行了紫外—可见光光谱分析。结果表明:（1）土壤的水溶性碳、氮养分均会受到坡向的影响,其中WSNH+4-N的含量在阳坡达到最高,而WSN,WSNO-3-N、WSON以及WSOC的含量在半阳坡最高,并且养分含量尤其是WSON和WSOC的坡向分异会受植物根际效应的影响产生变化。（2）根际土的水溶性氮组分和WSOC均会显著高于非根际土,不同物种的根际效应不同,且根际效应也会受到坡向的影响。（3）半阳坡土壤的DOM腐殖化水平最高,植物的根际效应也会显著提高土壤DOM的腐殖化程度,并且根际效应产生的作用远大于坡向的作用。 </p
基于多孔吸滤材料的自动灌排垂直 绿化装置的结构设计和参数确定
No full text为了实现垂直绿化中针对不同景观植物的灌溉需求，设计了基于多孔吸滤材料的自动灌排垂直绿化装
置。装置利用土壤水分平衡原理，通过多孔吸滤材料使土壤水势由负压向正压的变化，营造不同的土壤水分环境，以
满足多种景观植物需水要求，并通过土壤含水率与土壤基质势之间耦合关系调节灌水器出流量，实现针对不同植物
的自动灌溉。为了确定装置参数，将水箱高度、土壤埋深、吸水线材材质及直径、多孔陶瓷渗水片原料配比作为待定参
数，通过景观植物灌溉需水量的理论计算、不同线材材质及直径对土壤吸水高度和含水率的影响试验的结果分析，多
孔陶瓷渗水片原料配比优选，确定了装置中各项待定参数。通过效益分析对比，装置较现有垂直绿化装置成本降低
50% ～ 70%。</div
黄土高原４种植被带草本群落特征 及其对降水变化的响应
No full text以黄土高原草本群落为研究对象，选取陕西省榆林市榆阳区至延安市富县的４种植被带，测定草本群落物
种多样性和生物量，结合研究区近２０年的气象数据资料，分析４种植被带草本群落物种多样性和生物量的分布特
征以及它们对降水变化的响应规律，以期为黄土高原植被恢复和水土保持生态建设提供参考。结果表 明：（１）４种
植被带草 本 群 落 Ｍａｒｇａｌｅｆ指 数、Ｐｉｅｌｏｕ指 数 以 及 Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ指 数 均 为 草 原－荒漠带数值最小，森 林 带 数 值 最
大，且都随着年均降水量的增加呈先增大后减小的变化趋势，最大值都出现在森林－草原带。（２）地上、地下和总生
物量的大小顺序均为草原－荒漠带＜森林带＜草原带＜森林－草原带，它们随着年均降水量的增加呈“单 峰 曲 线”的
变化趋势，曲线的拐点都出现在森林－草原带；地下／地上生物量与年均降水量之间存在显著正相关关系。</div
人工樟子松林对毛乌素沙地土壤颗粒 组成和固碳效果的长期影响
No full text［目的］探讨人工樟子松林对毛乌素沙地土壤颗粒组成和固碳的长期影响，为综合评价沙地植被
恢复的生态环境效应提供科学依据。［方法］选择毛乌素沙地东南缘人工栽植 ２１ ， ３６ 和 ５６ａ 的樟子松林和
流沙地为采样地，对０ — ３０ｃｍ的土壤进行了分层取样分析，以探讨人工林建设对半干旱荒漠区土壤颗粒
组成及不同粒级含碳量的长期影响。［结果］随着栽植年限的增加，土壤颗粒呈逐渐细化的趋势，且表层
（ ０ — ５ｃｍ ）细颗粒含量均高于下层（ ５ — ３０ｃｍ ）。造林后土壤有机碳（ ＳＯＣ ）和无机碳（ ＳＩＣ ）含量均显著增加，
最高值分别是流沙地的４．９０倍和４．３２倍；栽植年限对ＳＯＣ含量和土壤有机碳密度（ ＳＯＣＤ ）的影响大于
ＳＩＣ 含量和土壤无机碳密度（ ＳＩＣＤ ）。相对于流沙地，各粒级 ＳＯＣ ， ＳＩＣ 含量均在栽植 ５６ａ 样地增幅最大，
且均在细砂粒组分中增幅最大。团聚体和粉黏粒有机碳含量与土壤总有机碳含量之间存在显著的线性相
关关系（
ｐ ＜０．０１ ），粗砂粒和粉黏粒有机碳对总有机碳的贡献率和粉黏粒无机碳对总无机碳的贡献率较为显
著（
ｐ ＜０．０５ ）。［结论］随着樟子松栽植年限的增加，土壤团聚体、粉黏粒含量和土壤固碳能力均显著提高。</p