2017(5):1-8. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.001
摘要:西南喀斯特区坡耕地特殊的地表、地下双层空间结构,使得岩溶区的土壤侵蚀过程具有特殊性和复杂性,并产生了一系列特殊的环境地质问题,如水土流失、旱涝、石漠化等。开展喀斯特坡地水土流失/漏失研究目的,主要是揭示喀斯特坡地水土流失/漏失过程及驱动机制,为喀斯特石漠化的综合治理及其石漠化生态恢复提供理论依据和技术支撑。同时,系统论述了我国西南喀斯特坡地地表侵蚀和地下漏失过程与机理的最新研究进展,其中地表侵蚀过程与机理都进行了定性和定量化的研究,而地下漏失过程与机理则处于定性描述和室内模拟探索阶段;喀斯特坡地有关的模拟和野外观测研究均表明,喀斯特坡地的土壤侵蚀方式是一个从地下漏失到地表侵蚀的转变过程,即小雨时以漏失为主,而暴雨时则以二者并重甚至以地表流失为主;此外,还深入分析了喀斯特区坡地水土流失阻控的研究动态及研究不足,并指出该区水土漏失过程与机制在未来的研究方向和发展趋势。
徐加盼 , 邓羽松 , 陈峰云 , 王秋霞 , 刘丹露 , 丁树文
2017(5):9-13. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.002
摘要:针对湖北通城花岗岩崩岗区发育的淋溶层(A层)、淀积层(B层)、过渡层(BC层)以及母质层(C层),采用不同坡度(8.8%,17.6%,26.8%,36.4%,46.6%)和不同流量(0.2,1.0 L/s)相结合的室内放水冲刷试验,分析崩岗各层次土壤的抗冲性指数,初步探讨花岗岩崩岗不同坡度及各层次土壤主要理化性质对抗冲性的影响。结果表明:⑴湖北通城县崩岗土壤A层、B层、BC层以及C层的理化性质存在较大差异。⑵当流量一定时,随着坡度的增大,土壤的抗冲性指数均表现为减小的趋势;当坡度一定时,大流量条件下土壤的抗冲性指数较小;在相同坡度和流量条件下,土壤的抗冲性指数均由A层向C层递减,说明A层抗冲性能最好,C层最差。⑶各层次的土壤抗冲性指数随坡度呈显著的线性递减关系(p<0.05),土壤的抗冲性能随坡度的增加而减小,其中A层回归方程的系数项绝对值最大,常数项也最大,说明A层的抗冲性随坡度的变化最快,抗流水侵蚀能力最强,土壤流失量最少。⑷土壤抗冲性与粉粒含量、黏粒含量、水稳性指数、渗透系数呈正相关;与土壤干密度、砂粒含量呈负相关,其中和干密度以及水稳性指数的相关性较高,表现为极显著相关;土壤抗冲性与有机质含量、CEC、游离氧化铁呈正相关,与土壤pH呈负相关,其中与有机质含量的相关性系数大于0.9,相关性极显著。
2017(5):14-18. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.003
摘要:在三峡库区香溪河流域典型石灰土坡耕地通过修建标准径流小区,设置栀子花(灌木)和黑麦草(草本)植物篱,研究不同类型植物篱对石灰土坡耕地耕层土壤理化性质及磷素流失特征的影响。结果表明:植物篱系统可有效的增加土壤耕层细颗粒含量和减小土壤容重,从而改善土壤分形特征,增强土壤疏通性及含水量,达到增大石灰土坡耕地土壤抗蚀性指数和防治土壤养分流失的目的;2种类型植物篱在不同深度耕层、植物篱带内和带间对石灰土坡耕地理化性质及磷素流失的影响表现出一定的差异性,但总体上差异不显著;土壤耕层黏粒含量与土壤中Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P和Ca10-P的含量均达到了极显著正相关(r=0.772,0.805,0.603,0.682,0.738),土壤容重与土壤黏粒含量存在显著的负相关关系(r=-0.648),表明植物篱系统是通过对土壤黏粒的有效阻滞和富集,从而减小石灰性土壤容重和磷素的流失,实现改善石灰土坡耕地土壤理化性质和防治农业面源污染的效果。
金 鑫 , , 谢斯琴 , , 宋 颖, 王春振, 赵华荣, 李世东[] , , 汪 蓬 ,
2017(5):19-24. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.004
摘要:为了研究人工红壤坡面对超大雨强降雨的响应过程,利用人工模拟降雨系统和变坡土槽,分别采用140,160,190 mm/h的雨强和10°,15°,20°,25°的坡度,对经过简单人工处理的红壤坡面在超大雨强降雨条件下的产流产沙响应过程进行了试验。结果表明:经过简单人工处理的红壤坡面在140~190 mm/h超大雨强下的土壤侵蚀模数明显低于50~120 mm/h雨强下未进行相应处理的坡面,细沟发育较为缓慢,对坡面土壤的处理方式能够有效提高坡面的抗侵蚀能力。在同雨强下,随着坡度的增加,产流时间先延长后缩短,在20°~25°存在产流的临界坡度。侵蚀模数在同雨强下随着坡度的增大呈先增大后减小的趋势,且不同雨强的临界坡度不一致,雨强为140 mm/h时侵蚀临界坡度为15°~20°,雨强为160 mm/h和190 mm/h时侵蚀临界坡度为20°~25°。总体来看,侵蚀过程受雨强的影响大于坡度的影响,雨强为140 mm/h时,不同坡度的侵蚀过程均较为平稳,细沟发育微弱;雨强为160 mm/h时,侵蚀有所加强,但侵蚀过程无明显规律;雨强为190 mm/h时,侵蚀主要发生在降雨的前30 min,且细沟发育相对较为剧烈,30 min之后趋于稳定。
2017(5):25-31. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.005
摘要:为研究降雨强度对紫色土坡耕地不同深度土壤水分含量和壤中流的影响,初步揭示紫色土水分和壤中流之间的相互耦合关系,通过原位人工模拟降雨试验,在60,90,120 mm/h 3种降雨强度条件下,采用Minitrase TDR可埋式探头对紫色土坡耕地土壤剖面浅层(0—20 cm)、中层(20—40 cm)、深层(40—60 cm)的土壤水分含量进行了实时连续测定,并在降雨过程中分层收集测量壤中流,开展了降雨—产流过程的观测试验。结果表明:(1)当雨强较小时,浅层土壤含水率变化曲线呈现上升期和稳定期,随着雨强和深度的增加则呈上升期、稳定期或始终处于稳定期;(2)随深度和降雨强度的增加,土壤含水率稳定时间增加,含水率变化越小,响应越不明显;(3)在不同降雨强度条件下,各土层均有壤中流产生,低雨强条件下壤中流都是单峰产流过程,中雨强和高雨强下为双峰产流过程;(4)壤中流产流时间随雨强增大而显著减小,随深度增加而显著增加;(5)降雨强度与土壤水分含量和壤中流参数三者间相互有显著相关性。
苏远逸, 李 鹏[], 李占斌 , , 任宗萍, 肖 列, 李 聪, 汤珊珊, 王 添, 张 祎
2017(5):32-39. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.006
摘要:通过室内放水冲刷试验,研究在坡沟系统土壤侵蚀过程中,不同坡面植被格局对能量的调控作用及其对水沙响应关系的影响,并建立不同坡面植被格局下基于能量参数的侵蚀产沙方程,深入了解能量与侵蚀产沙之间的响应关系。结果表明:(1)相比于裸坡,在坡面有植被覆盖的情况下,径流功率大幅度降低,植被能够有效地削减径流功率,起到保护土壤的作用;在不同时刻下,不同坡面植被格局的单位水流功率在坡面较小,进入沟道后单位水流功率急剧上升,呈“N”形曲线分布,经过SPSS软件分析,坡面植被格局对单位水流功率的影响不显著(P>0.05);坡面植被格局对径流能耗的变化基本没有影响,不同时刻,不同坡面植被格局下坡面上每个断面的径流能耗在1 500~2 000 J保持不变,在进入沟道后径流能耗急剧上升,达到4 800 J左右;(2)在坡沟系统的坡面上种植植被可以有效地起到蓄水减沙的作用,当草带位置距坡顶2 m时(格局F)的蓄水效益最好,达到19.07%,当草带位置距坡顶6 m时(格局B)的减沙效益高达69.02%;(3)不同坡面植被格局下坡沟系统的累积产流量与累积产沙量之间满足M=aQb的幂函数形式,而且相关系数a和b可以作为蓄水减沙效益的指示指标;(4)在不同坡面植被格局下,坡面平均输沙率与径流功率满足D=cω+d线性函数关系。
王丽园 , , 査 轩 , , 黄少燕 , , 陈世发 , , 戴金梅 , , 刘 川 ,
2017(5):40-44. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.007
摘要:坡度是红壤坡面侵蚀的重要因子,通过室内模拟降雨试验研究3个降雨强度(1.0,1.5,2.0 mm/min),3个坡度(10°,15°,20°)条件下坡度对红壤坡面产流、产沙过程影响。结果表明:(1)相同雨强下,坡面初始产流时间随坡度增加逐渐缩短,坡度与坡面径流量呈正相关关系;相同坡度下,随雨强增加初始产流时间及坡面径流量差异均减小。(2)坡度对红壤坡面含沙量的影响表现为平均产沙量随坡度增加而增大,其中15°坡度下坡面产沙过程波动较大。(3)坡度对坡面径流量的贡献率在60%以上,而坡度对坡面产沙量贡献率保持在30%左右。通过分析不同降雨条件下坡度对红壤坡面侵蚀过程影响,以期为红壤水土流失地区的水土保持预测与措施布设提供相应理论参考。
2017(5):45-50. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.008
摘要:通过对东北黑土区坡面8年和小流域7年的降雨产流产沙过程观测,对比每年受冻融作用影响的降雨和其余不受冻融作用影响的降雨产流产沙的特征,研究冻融作用在坡面和小流域尺度上对东北黑土区产流产沙的影响,为东北黑土区在冻融作用下多尺度土壤侵蚀定量评价及其转换模型的建立提供科学依据。结果表明:冻融作用减小了坡面和小流域的产流,径流系数分别减小0.07和0.03,坡面产流延迟71.7%,而小流域无明显延迟。坡面和小流域土壤流失量、土壤可蚀性K值及含沙量均显著增加,更易在较小降雨侵蚀力下产生较大流失量;与不受冻融的降雨事件相比,受冻融影响的降雨事件因径流减弱,在相同降雨量下的侵蚀量低,而在相同径流深下的侵蚀量高。冻融作用在径流较小时对坡面细沟的发育及产沙影响明显,在径流较大时对小流域切沟中松散堆积物的搬运及产沙影响明显。
李国荣[] , , 李希来, 陈文婷 , , 朱海丽 , ,李进芳, 祁 军, 王洪维
2017(5):51-55. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.009
摘要:为了阐明高寒草甸退化草地水土流失的规律,以黄河源区河南县退化草地为研究对象,采用野外现场原位人工模拟降雨试验方法,对不同降雨条件下土壤径流量、冲刷量随坡度、退化程度、降雨历时和降雨强度的变化规律进行了试验和分析。结果表明:天然退化草甸的含水量及密度均随坡度和退化程度呈递减趋势(P﹤0.05);同等条件下径流量与植被覆盖度呈幂函数负相关关系(y=140.69x-0.4667,R2=0.988 2),与降雨强度呈指数函数正相关关系(y=40.35e0.0252x,R2=0.970 8);泥沙量与植被覆盖度呈指数函数的负相关关系(y=4294.3e-0.0418x,R2=0.990 7),与降雨强度呈指数函数正相关关系(y=62.657e0.0201x,R2=0.968 8);坡度为30°的小区径流量较10°和20°的坡度小区分别增加了3.6倍和1.7倍,泥沙量分别增加了16倍和1.4倍,表明径流量、泥沙量随坡度的增加而急剧增大;植被覆盖度40%以下的区域其径流和泥沙含量变化幅度较大;降雨开始30 min内的地表径流量相对稳定,降雨时间30 min后地表径流量开始缓慢上升,坡面泥沙流失量主要集中在降雨后的5~15 min内,而降雨55~60 min后泥沙量急剧降低,因此试验认为降雨历时1 h为土壤颗粒流失的敏感期;天然边坡径流产生后坡面出现汇流冲蚀现象,是退化草地水土流失加剧的重要原因。
申 东 , , 唐家良, 章熙峰, 翟龙波, 薛 菲, 李 新
2017(5):56-63. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.010
摘要:为了揭示自然小流域尺度降雨、地形、土地利用结构等对泥沙和磷素输出的影响,根据丘陵区农业小流域自然地貌与土地利用特征,设计了不同尺度的小流域监测点,分别为苏荣、截流、大兴、万安,监测面积分别为3.0,34.6,480.3,1 236.4 hm2,并选择了降雨侵蚀力(R)分别为1 411.5,595.7,391.4 MJ·mm/(hm2·h)的3场降雨事件监测小流域内磷素流失过程特征。结果表明:(1)以居民点集镇和耕地为主的苏荣和截流小流域水文响应速度较快,暴雨事件中径流峰值出现在降雨峰值后的5~10 min,较大尺度大兴和万安小流域泥沙浓度峰值与径流峰值滞后于降雨峰值0.5~3 h。(2)3场暴雨径流中泥沙与全磷、颗粒态磷均存在较一致的显著相关关系(R>0.6,P<0.01),泥沙、全磷流失负荷在源头小流域(苏荣、截流)最高,3场暴雨苏荣全磷平均流失负荷达到0.36 kg/hm2,万安小流域泥沙、全磷流失负荷最低,全磷平均流失负荷为0.009 kg/hm2。(3)小流域径流中颗粒态磷占全磷流失量50%以上。(4)多元回归分析结果表明,径流量和泥沙含量可用于进行磷素流失通量预测。坡耕地、林地与水田带状组合结构可显著降低小流域泥沙和磷素流失负荷。研究结果为计算丘陵区农业小流域暴雨过程中磷素多尺度流失负荷提供参考。
吴丽萍 , , , 陈洪松 , , 付智勇 , , 王克林 , , 张 伟 , , 王 升 ,
2017(5):64-71. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.011
摘要:为了探究水土漏失过程对岩溶裂隙发育形态的响应,采用野外模拟降雨试验,研究了裂隙出露型岩土(XL)、裂隙埋藏型岩土(XM)两种结构形态岩溶裂隙对地下径流及氮素垂直渗漏的影响,并以全土微区(QT)为对照。结果表明:裂隙出露型岩土(XL)、裂隙埋藏型岩土(XM)和全土(QT)3个处理中地下径流对降雨的响应时间表现为XL<XM<QT,其初始地下产流时间分别是29,77,139 min,以QT的初始地下产流时间为基准,XL和XM初始地下产流时间分别减少了79.14%,44.60%;降雨产流阈值分别为20.64,55.06,94.90 mm,以QT的降雨产流阈值为基准,XL和XM的降雨产流阈值分别减少了78.25%,41.98%;地下径流达到稳定的时间分别为59,107,169 min,稳定径流速率分别为42.09,42.36,38.24 mm/h。不同结构形态岩溶裂隙下XL全氮、硝态氮渗漏浓度最高,浓度均值分别为11.64,10.45 mg/L,除XM外,XL、QT在降雨结束前地下径流中的全氮、硝态氮浓度基本达到稳定;不同结构形态岩溶裂隙下全氮渗漏量表现为XL>XM>QT,硝态氮渗漏量表现为XM>XL>QT,地下径流中氮素输出的主要形式为硝态氮,其比例约占全氮渗漏量的82.32%~90.12%,而铵态氮渗漏量占全氮渗漏量的比例不足2%。裂隙的存在,尤其是出露地表裂隙的存在,增加了微区底部单位面积土壤地下径流速率,同时还增加了微区底部单位面积土壤氮素渗漏量,喀斯特地区普遍存在的裂隙结构促进了水分入渗,加剧了地下径流中氮素的渗漏。本研究相关结果可为喀斯特地区水土漏失机制的探索以及物质迁移模型的构建提供科学依据。
杨奕如 , , 周志高, 王兴祥 ,
2017(5):72-80. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.012
摘要:通过田间径流微区定位试验,以中亚热带3种典型母质(花岗岩、红砂岩、红黏土)发育红壤花生坡地为研究对象,以当地常规化肥用量处理为对照,连续3年研究了在常规化肥用量减半条件下配施6个不同用量腐熟猪粪(猪粪含有0,0.5,1,2,4,8倍的对照处理磷用量)对红壤花生坡地水土流失和磷素流失的影响,以期为典型红壤旱地区合理施用猪粪提供科学依据。结果表明:化肥减半配施猪粪处理能有效降低红壤坡地的产流产沙,但随着猪粪用量的增加,径流水和泥沙磷含量均呈线性增加,环境风险增大。径流量和泥沙量均为花岗岩红壤>红砂岩红壤>红黏土红壤。配施3 500 kg/(hm2·a)猪粪,花岗岩红壤的径流量减少了28.0%、泥沙量减少了6.3%,红砂岩红壤的径流量减少了23.2%、泥沙量减少了37.1%;而配施7 000 kg/(hm2·a)猪粪,红黏土红壤的径流量减少了40.7%、泥沙量减少了12.8%。当花岗岩红壤、红砂岩红壤、红黏土红壤的猪粪用量分别达到14 000,28 000,28 000 kg/(hm2·a)时,径流水总磷平均含量超过地表水环境质量标准V类限值。径流水总磷含量为花岗岩红壤>红黏土红壤>红砂岩红壤,而泥沙总磷含量则为红黏土红壤>花岗岩红壤>红砂岩红壤。在减半化肥用量条件下花岗岩红壤和红砂岩红壤配施与常规化肥处理等磷量[P含量40 kg/(hm2·a)]的猪粪、红黏土红壤配施2倍常规化肥处理磷含量[P含量80 kg/(hm2·a)]的猪粪,可有效减少水土流失,且3年内不会增加磷素流失风险。
2017(5):81-86. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.013
摘要:坡面侵蚀产沙主要受坡面径流动态过程的影响,表征坡面径流过程特征是水力学特征参数。为了研究坡面侵蚀产沙与主要水力学特征参数的关系,揭示坡面侵蚀产沙的水动力学机理。采用人工模拟降雨的方式,通过不同坡长和雨强的组合试验,基于跨雨强和跨坡长的综合性分析的思路,应用经典水力学计算和统计拟合相结合的方法,对特定坡度(20°)下,5个坡长(1,2,3,4,5 m)13个降雨强度的试验监测数据进行了分析。结果表明:(1)在设计雨强(0.65~2.0 mm/min)和坡度范围内,坡面径流都属于缓流,雨强<0.7 mm/min都为层流,呈现紊流的最小雨强为1.01 mm/min;(2)坡长对弗汝德数和阻力系数的影响较大,对剪切力、径流深和雷诺数的影响很小,3 m坡长是坡面径流过程的波动步长,是模拟试验研究坡面径流水动力学参数的最小设计坡长;(3)流速是坡面侵蚀产沙的主要影响参数,剪切力是判断坡面侵蚀产沙强度的综合性指标之一。这些研究结论为实地大范围通过径流量和流速来预测侵蚀产沙的强度提供了简便快速的判断方法。
2017(5):87-92. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.014
摘要:为了研究陕北风沙区近26年来的土壤侵蚀变化特征,利用中国坡面水蚀预报模型结合GIS和RS技术,定量估算了1988—1996,1997—2004,2005—2013年3个时段陕北佳芦河流域土壤平均侵蚀量,分析了不同植被覆盖条件下和不同土地利用类型下的土壤侵蚀时空变化特征。结果表明:(1)中国坡面水蚀预报模型适用于该地区;(2)土壤侵蚀等级和降雨侵蚀力,地貌和土地利用类型关系密切;(3)将26年划分为3个时段,第1时段1988—1996年、第2时段1997—2004年和第3时段2005—2013年。多年平均降雨侵蚀力分别为923.09,1 010.75,1 551.40 MJ·mm/(hm2·h),对应土壤侵蚀模数分别为4 513,5 855,3 556 t/(km2·a)。第1时段和第3时段总侵蚀量分别为5.10×106,4.02×106 t,相比减少了21.18%。还林还草工程后,流域内土地利用发生较大变化,耕地所占比重由53.38%减少到25.87%,草地所占比重由38.64%增加到69.64%,不同土地利用类型的水土保持效益从大到小分别是未利用土地,草地,林地和耕地。说明当还林还草工程后,佳芦河流域土壤侵蚀呈现总量减少,强度降低的趋势,表明还林还草工程取得了明显的水土保持效益。
2017(5):93-98. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.015
摘要:在不同层面对研究区数字高程模型(DEM)重分级,探讨地形因素对侵蚀沟发育的影响。以第一次全国水利普查侵蚀沟普查成果(2010年)与辽宁省第五次土壤侵蚀普查侵蚀沟普查成果(2015年)获取侵蚀沟分布数据,基于1∶50 000 DEM获取侵蚀沟高程、坡度、坡向、坡长和空间分异特征。在地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术的支持下,分析辽宁省侵蚀沟发育特性与地形分异特征。结果表明:5年间研究区侵蚀沟密度增加0.02 km/km2,侵蚀沟高发区主要集中在辽西;70%以上区域密度变化值<50 m/km2,大部分处于微度增加区;高程在325~350 m时密度变化值最大;坡向上南坡、西南坡为密度变化高值区;坡度在1.5o~15o时密度变化曲线呈抛物线形,<1.5o和>15o时无明显变化;坡长在600~800 m时密度变化值最大,坡长>1 000 m时密度变化值无明显差异。
2017(5):99-107. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.016
摘要:三峡库区腹地作为生态环境脆弱和土壤侵蚀敏感地区,其土壤侵蚀研究对库区生态建设具有重要意义。选取大宁河和梅溪河流域,借助GIS和RS技术,以1988,2000,2010,2015年遥感影像为数据源,结合实地调查,提取土壤侵蚀数据,通过土壤侵蚀强度综合指数、景观格局指数等研究方法,分析其不同高程、坡度带土壤侵蚀演变空间差异,探究土壤侵蚀防控的措施。结果表明:(1)从土壤侵蚀严重程度来看,两个流域最严重土壤侵蚀带及其演变趋势均具有较大的差异性。大宁河流域1 000~1 200 m范围内的25°~35°坡度带最为严重,梅溪河流域则以800~1 000 m范围内的25°~35°坡度带最为严重;(2)从土壤侵蚀演变程度来看,两流域土壤侵蚀演变程度快慢存在一定的差异性。大宁河流域以>2 000 m高程带和>35°坡度带演变最明显,<200 m和<5°坡度带最不明显;梅溪河流域则以1 000~1 200 m高程带和25°~35°坡度带演变速度最快,<200 m和<5°坡度带最不明显;(3)从土壤侵蚀景观格局演变特征来看,在800~1 200 m高程带和25°~35°坡度带,大宁河流域土壤侵蚀剧烈程度可能性大于梅溪河流域。以上研究结果,为后续对两流域800~1 200 m高程带不同坡度、25°~35°坡度带不同高程的土壤侵蚀空间分布规律以及主控自然因子与土壤侵蚀的相互关系等科学问题的研究奠定了基础。
王 森 , , 戎玉博, 谢永生 , , 骆 汉 , , 王海燕, 赵 暄 ,
2017(5):108-113. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.017
摘要:为室内试验中更好地模拟工程堆积体,利用图像分析法和经典统计学方法对6大典型水蚀区的368座工程堆积体中粒径D>1 cm的坡面砾石的分布和含量进行概化分析,得到工程堆积体下垫面上中下坡位砾石含量的概化区间。结果表明:工程堆积体坡面各粒径砾石含量大多服从正态分布,且山区和平原丘陵区之间的砾石总含量有显著性差异。工程堆积体坡面砾石重力分选作用明显,且随着砾石粒径的增加,分选程度增大。在室内进行工程堆积体下垫面设计时,山区堆积体的砾石总含量宜设置在50%~60%,其中,细粒砾石含量宜设置在20%~30%,中粒砾石含量宜设置在10%~15%,粗粒砾石和巨粒砾石含量宜设置为10%,堆积体上中下坡位坡面砾石含量配比宜设置为1∶1.3∶1.5;平原丘陵区的砾石总含量宜设置在15%~20%,其中细粒砾石、中粒砾石、粗粒砾石、巨粒砾石含量分别宜设置为5%~10%,3%~7%,2%~5%,2%~3%,堆积体上中下坡位坡面砾石含量配比宜设置为1∶1.5∶2.5。
2017(5):114-119. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.018
摘要:试验以天然降雨为侵蚀动力,采用标准径流小区法,对比研究了连续型降雨与间歇型降雨条件下横垄与顺垄玉米径流形成和泥沙迁移规律。结果表明:连续型降雨产流过程形态呈“W”或倒“V”形,产沙形态呈“W”或“M”形;顺垄产流与产沙时间长度一致,产流总量和产沙总量分别是横垄的1.66~5.80倍和5.02~5.52倍;顺垄与横垄产流产沙峰值差异显著,仅横垄与雨强存在错峰现象,延后1 min。间歇型降雨产流形态为倒“V”形,产沙形态呈倒“V”或“M”形;顺垄产流和产沙总量分别是横垄的1.83倍和2.32倍;首次产流量占总量的70%以上,产沙量占总量的94%~100%,且横垄和顺垄与雨强均存在错峰现象,顺垄产流和产沙量较雨强延后1~4 min,横垄延后1 min;除首次产流外,其余产流产沙过程时间较短均无错峰现象。天然降雨条件下,横垄与顺垄产流产沙过程较为复杂,研究结果可为区域坡地水土流失防治及水土资源管理利用提供理论依据。
何石福 , , , , 荣湘民 , , , ,李 艳, 刘 强 , , , , 彭建伟 , , , , 谢 勇 , , , , 张广宇
2017(5):120-126. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.019
摘要:在自然降雨条件下的中南丘陵茶园小区进行定点观测,比较了农民习惯施肥处理(T1)、分别以有机肥代替10%化学氮肥或磷肥(T2、T4)及有机肥代替10%化学氮肥或磷肥+覆盖稻草(T3、T5)对不同形态氮、磷养分径流流失的影响,以期为防控茶园氮磷流失从施肥和茶园管理的角度提供借鉴。结果表明:与T1相比,T2和T4径流量减少15.4%~31.5%(P<0.05),T3、T5减少46.8%~52.9%(P<0.01)。相同降雨条件下,相比T1,T2和T4径流损失TN分别减少42.4%(P<0.05)和57.2%(P<0.05),T3和T5分别降低74.7%(P<0.01)和74.6%(P<0.01);相比T1,T2和T4径流损失TDN分别降低18.2%(P>0.05)和39.2%(P>0.05),T3和T5分别降低75.6%(P<0.01)和74.1%(P<0.01),且与T2、T4差异极显著(P<0.01);NH4+-N和NO3--N流失总量表现为,T2、T4与T1差异均不显著(P>0.05),T3、T5则分别降低61.5%~71.9%(P<0.05)和78.2%~92.7%(P<0.05)。与T1相比,T2和T4处理TP流失均降低,但只有T4差异达到显著水平(P<0.05),而T3、T5 TP损失减少达66.5%~70.6%(P<0.01)。另外,氮素流失以溶解态为主(83.8%~95.1%),而磷素流失以颗粒态为主(72.7%~84.3%)。研究证明配施有机肥和覆盖稻草均能够有效减少茶园氮磷径流损失,两者结合效果更好,对降低面源污染风险意义重大,适合大面积推广。
2017(5):127-132. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.020
摘要:为探究水蚀因子对冻融坡面土壤剥蚀率的影响,采用2个坡度(10o,15o)、4个流量(4.5,6.5,8.5,10.5 L/min)和4个起始解冻深度(2,5,10,15 cm),模拟野外径流冲刷试验。采用BP神经网络方法和逐步回归分析法,分析土壤剥蚀率和流量、坡度、起始解冻深度、流速、水流剪切力、水流功率与单位水流功率7个水蚀因子关系。结果表明:通过BP神经网络连接权关系分析水蚀因子对冻融坡面土壤剥蚀率影响顺序为水流功率>单位水流功率>起始解冻深度>水流剪切力>流量>流速>坡度。BP神经网络模型的土壤剥蚀率预测平均误差为2.848%(R2=0.954);逐步回归模型的土壤剥蚀率预测平均误差4.820%(R2=0.925);基于单一水蚀因子(水流功率)模型的土壤剥蚀率预测平均误差5.298%(R2=0.867)。基于BP神经网络的土壤剥蚀率预测效果最好,为春季解冻时期冻融坡面不同起始解冻深度条件下土壤侵蚀预报模型的建立提供了新思路。
2017(5):133-138. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.021
摘要:采用德国HSC-OTT Persivel32激光雨滴谱探测仪监测南小河沟流域自然降雨的雨滴谱,分析不同雨型自然降雨雨滴特征及其分布规律,并分析了降雨特性各要素间的相互关系。结果表明:(1)该区自然降雨雨滴直径集中在0.3~1.5 mm,与黄土高原利用传统的滤纸色斑法测定结果基本一致,但略小于东北和闽南地区。当雨强I<10 mm/h时,雨滴中数直径随雨强的增大而增大;当I≥10 mm/h时,雨滴中数直径骤然下降,这在一定程度上和雨强增大后大雨滴破裂有关。该地区雨谱随雨强的变化可用Best分布拟合。(2)普通型降雨雨滴数量随直径的分布曲线较平缓,其动能与雨强呈线性相关;而短阵型降雨的雨滴数量随直径的分布曲线较陡峭,其动能与雨强呈幂函数关系。两种雨型的降雨动能均随雨强的增大而增大,但短阵型降雨动能增大的更快,因此短阵型降雨的侵蚀力更大。
2017(5):139-144. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.022
摘要:为确定冲刷条件下冻融坡面侵蚀产沙时空分布特征,利用稀土元素(REE)示踪技术,采用2个坡度(10°,15°),4个初始解冻深度(2,5,10,15 cm),4个流量(4.5,6.5,8.5,10.5 L/min)进行径流小区冲刷试验,分析冻融坡面侵蚀产沙时空变化规律。结果表明:相同初始解冻深度条件下土壤侵蚀产沙量随着坡度和流量的增大而增大,坡面第1坡段发生侵蚀最大,占总产沙量的68.24%,第3坡段产沙量一直趋于平稳状态;坡度相同时,侵蚀产沙量随着起始解冻深度和流量的增大而增大;冻融坡面侵蚀产沙量沿坡面方向和沿土壤深度方向逐渐降低;La元素示踪区产沙量随时间变化呈先增大后减小的趋势,其他各稀土元素示踪区产沙量随侵蚀时间变化的趋势与La元素示踪区产沙量的变化趋势基本一致。
梁建财, , 史海滨 , 李瑞平 , 徐 昭 , 郑 倩 , 荆彦丽
2017(5):145-151. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.023
摘要:为了探讨在寒旱盐灌区覆盖秋浇后冻融土壤的冻融特性及水热盐协同调控机制,在盐渍土壤进行覆盖后秋浇田间冻融试验,设5个处理,秸秆覆盖量1.2 kg/m2(F1.2)、秸秆覆盖量0.9 kg/m2(F0.9)、秸秆覆盖量0.6 kg/m2(F0.6)、秸秆覆盖量0.3 kg/m2(F0.3)、未覆盖(CK)。结果表明:秸秆覆盖影响了土壤冻结融化推进过程,改变了土壤温度对气温变化的响应关系,影响了水分、盐分在土壤剖面(特别是土壤表层和耕作层)的重新分配,提高了翌年春季水分可利用量,抑制了表层及耕作层春季返盐,提高了秋浇的灌水效果。秸秆覆盖处理的最大冻结深度小于CK处理4~26 cm,初冻时间滞后0~12 d,融化时间滞后0~21 d;秸秆覆盖的各处理由于覆盖层的存在,消融水蒸发受到抑制,表层积盐现象较弱;消融期结束后,在土壤表层0—10 cm,F0.9的土壤含水率最高,处理F1.2较秋浇前脱盐率为81.18%,脱盐效果最好;在耕作层0—40 cm,F0.9的土壤含水率最高,处理F0.6较秋浇前脱盐率为75.65%,脱盐效果最好;为保证在翌年春播时的适宜含盐量及含水率,以覆盖量0.6~0.9 kg/m2为宜。研究结果可为河套灌区秋浇制度的优化提供参考。
2017(5):152-157. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.024
摘要:团聚体的力稳性是决定土壤抗侵蚀能力的关键因素。为探究地带性土壤团聚体抗张强度的变化规律及其影响因素,自北向南选取我国中南部地区6种典型地带性土壤(褐土、黄褐土、棕红壤、红壤、赤红壤和砖红壤)的不同粒径(1~2,2~3,3~5,5~10 mm)团聚体作为研究对象,通过测定团聚体的抗张强度(TS),探究其与土壤基本理化性质的关系,揭示该区域团聚体抗张强度的变化特点和稳定机制。结果表明:(1)供试土壤皆为黏性土壤,自北向南,随着水热条件的增加,土壤的pH值逐渐降低,高岭石含量和游离氧化物(Fed、Ald)呈现明显的增加趋势;有机质含量随土壤深度的增加而降低。(2)同种土壤团聚体的抗张强度随着粒径的增大而逐步减小,从北至南,相同粒径团聚体的抗张强度整体呈现减小的趋势。(3)TS与pH、粉粒含量、蛭石含量呈极显著正相关(r>0.63,p<0.01),TS与黏粒含量、1.4 nm过渡矿物含量、高岭石含量、游离氧化铁、铝(Fed、Ald)呈显著负相关(r<-0.53,p<0.05)。(4)逐步回归分析表明,Fed和CEC可以较好的预测和评价3~5 mm团聚体的抗张强度(R2=0.80,p<0.01)。总体而言,黏土矿物类型及其含量是影响地带性土壤团聚体力稳性的重要因素。研究结果可为该区域土壤侵蚀预测提供一定的理论依据。
王 浩, 杨方社,, 李怀恩, 刘兴誉, 马艺坤, 张鸿敏, 韩 琛
2017(5):158-163. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.025
摘要:为了进一步研究沙棘“柔性坝”对砒砂岩沟道泥沙的影响,基于内蒙古砒砂岩地区沙棘“柔性坝”野外试验,根据单座沙棘“柔性坝”一次降雨淤积后的试验数据,运用对比分析的方法,研究了沙棘“柔性坝”对砒砂岩沟道泥沙粒径分布及有机质的影响及其拦沙效果。结果表明:单座沙棘“柔性坝”能够提高砒砂岩沟道泥沙有机质含量,具有淤粗排细的分选功能和良好的拦沙效果。泥沙有机质从沙棘“柔性坝”上游到下游逐渐增加,沿泥沙剖面表现出先增后减的趋势;泥沙粒径从沟道上游到下游先增大后减小,沿一次降雨淤积的泥沙剖面也表现出先增后减的趋势;暴雨后沙棘“柔性坝”单位面积淤积泥沙的平均厚度为0.369 m,与对比沟相比,淤积的泥沙厚度明显较高。
2017(5):164-169. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.026
摘要:为了分析土壤结构对土壤入渗规律的影响,通过研究云南红壤土滴灌条件下水分运动特征,采用室内外对比试验,试验共设计了3个滴头流量,分别为2.68,3.74,4.68 L/h,土壤容重为1.2g/cm3,分别进行了单、双点源滴灌入渗试验,着重分析了原状土与扰动土在一定的滴头流量下湿润锋、湿润体变化特征,揭示区域土壤水分运移规律,进而为区域性作物灌水提供参考依据。结果表明:(1)原状土湿润锋运移速率比较快,原状土地表湿润比随交汇时间增加的速率快于扰动土,说明湿润锋的运移速率与土壤孔隙有关;(2)相同观测时间下,原状土湿润体变化比较快,原状土湿润体扁率α大于扰动土,原状土a=16.53%,扰动土a=45%;(3)原状土与扰动土含水率等值线变化有相同的趋势,但不重合,疏密程度有差异;(4)原状土分形维数比扰动土的小,说明原状土孔隙分布差异大,扰动土的质地较均匀。研究结果揭示了该地区原状土与扰动土水分运动特征,为进一步的机理研究提供参考。
2017(5):170-175. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.027
摘要:为了探究非常规水水质对亚热带红壤水分运移参数的影响,采用蒸馏水(CK)、再生水(RW)、稀释2,4,6倍再生水(RW-D2、RW-D4、RW-D6)和生活污水(WW)等6种不同水质的非常规水模拟红壤水分入渗过程,利用水平土柱吸渗法测定红壤湿润锋运移速率和水分扩散度,应用压力膜仪法测定了土壤水分特征曲线并且借助van Genuchten(VG)模型提取了相应的土壤残余含水量θr、土壤饱和含水量θs、α和n等特征参数值。结果表明:不同水质入渗下红壤湿润锋运移速率、水分扩散度均存在着一定差异,湿润锋运移速率由快到慢分别为VCK≈VRW-D2﹥VRW-D6≈VRW-D4﹥VWW﹥VRW;在同一含水率下DRW-D6(θ)﹥DRW-D4(θ)﹥DWW(θ)﹥DRW-D2(θ)﹥DCK(θ)﹥DRW(θ)。不同水质处理对VG模型参数变化率的影响程度不同,对α的影响最大,对θr的影响最小。因此,非常规水灌溉会降低红壤入渗速率、持水性能以及抗旱能力。
吴方涛,, 曹生奎[],, 曹广超,, 汉光昭, 林阳阳, 成淑艳
2017(5):176-182. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.028
摘要:基于涡度相关技术,研究了2015年青海湖2种高寒嵩草湿草甸湿地生态系统水热通量的特征。结果表明:(1)2015年青海湖高寒藏嵩草和小嵩草湿草甸湿地生态系统日平均水汽通量分别为1.74,0.99 mm,年水汽通量分别为633.3,362.1 mm。(2)青海湖2种高寒嵩草湿草甸湿地生态系统感热、潜热和净辐射日变化均呈单峰曲线,感热和潜热月平均日变化最大值出现的时间均晚于净辐射。藏嵩草湿草甸湿地生态系统感热月均日变化最大值最大为179.06 W/m2,最小为46.02 W/m2;潜热最大为312.55 W/m2,最小为30.58 W/m2;小嵩草湿草甸湿地生态系统感热月均日变化最大值最大为161.86 W/m2,最小为31.60 W/m2;潜热最大为215.44 W/m2;最小为14.08 W/m2。(3)通过波文比分析发现,2种高寒嵩草湿草甸湿地生态系统生长季能量分配以潜热为主,非生长季小嵩草湿草甸湿地生态系统能量分配以感热为主,藏嵩草湿草甸湿地生态系统则较为复杂。藏嵩草湿草甸湿地生态系统全年能量平衡率为0.82,小嵩草湿草甸湿地生态系统为0.89,增加土壤热通量项能改善能量平衡状况。
任启文 , , 毕 君 , , 李联地 , , 尤海舟 , , 高克号
2017(5):183-188. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.029
摘要:依据组织热平衡原理,运用热扩散探针法,于2015年3月1日—2016年3月1日对冀北山地小五台山自然保护区油松的树干液流速率进行连续监测,并同步观测气温、相对湿度、净辐射、总辐射、风速等环境因子的变化,研究油松树干液流对环境因子的响应。结果表明:(1)小五台地区,油松树干液流启动于4月下旬,结束于10月下旬,前后历时184 d。晴天条件下,油松不同月份树干液流速率日变化均呈典型的单峰曲线。不同月份油松树干液流的启动、到达峰值、结束时间以及液流升降速率存在差异。(2)油松树干液流速率日均值变化,除4月和10月较低外,其余各月都达到0.02 kg/(h·cm)以上,尤以5月和8月最高,分别达到0.028,0.027 kg/(h·cm)。各月峰值变化与日均值变化基本一致。(3)油松树干液流速率与空气温度、净辐射、总辐射、水汽压亏缺、风速呈极显著正相关,与空气湿度呈极显著负相关。各环境因子对油松树干液流速率影响大小顺序为:空气温度>净辐射>总辐射>空气湿度>风速。(4)油松整个生长季单株总耗水量为(2679.58±579.83)kg,以5月、8月耗水量最大,分别为(585.14±110.92)kg和(510.08±87.96)kg。
2017(5):189-195. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.030
摘要:基于冠层截留历时过程降雨同位素和化学特征的研究很少,但却有助于揭示冠层截留特征及其对降雨同位素和化学特征的影,于2016年9月17—18日和10月22—23日对黄土高原丘陵沟壑区的2场降雨事件林外降雨、穿透降雨和树干茎流历时过程进行连续采样及室内分析,研究降雨过程中矮化枣树冠层截留对降雨同位素和化学成分的改变、2016年7—10月4棵矮化枣树树干茎流以及林外降雨取样测定,分析矮化枣树形态特征对其树干茎流率的影响。结果表明:(1)矮化枣树树干茎流率可达2.3%~5.6%,2场降雨事件中当降雨量分别达到1.4,1.2 mm时,开始产生树干茎流;(2)通过比较2场降雨事件历时过程穿透降雨、树干茎流同林外降雨的稳定同位素和水化学特征算术平均值得出,穿透降雨、树干茎流δ2H分别富集1.6‰~4.0‰和6.6‰~8.9‰,Cl-浓度分别增加到林外降雨1.4~3.0倍和13.3~13.4倍,SO42-浓度分别增加到1.5~2.7倍和4.8~7.1倍,穿透降雨和树干茎流相对林外降雨呈现一定滞后;降雨历时过程中稳定同位素δ2H与前时刻降雨以及截留过程进一步蒸发有关,水化学成分改变受植被截留影响逐渐减弱。
2017(5):196-202. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.031
摘要:基于红外气体分析技术,对陇东黄土高原田家沟水土保持科技示范园不同林龄(12,14,15,18 a)刺槐林土壤碳通量进行定位监测,同时以荒草地为对照,分析土壤碳通量日、季变化及组分特征。结果表明:不同林龄刺槐林土壤碳通量日变化差异显著(P<0.01),日变化趋势表现为昼高夜低的单峰曲线,13:00—15:00达到最大值,最小值出现在2:00—5:00;不同季节间土壤碳通量差异显著(P<0.01),具体表现为夏季>春季>秋季>冬季,夏季土壤碳通量为冬季的8.78~20.32倍;刺槐林春季土壤碳通量以自养呼吸为主,夏、秋两季以异养呼吸为主,冬季自、异养呼吸贡献率基本一样,荒草地春、夏、秋3季以异养呼吸为主,冬季与林地表现一致;刺槐林年土壤CO2排放量随林龄增加而增加,年排放量2 069.63~4 590.35 g/m2,荒草地土壤CO2年排放量2 806.27 g/m2,低于18 a刺槐林,高于其余各林龄。研究结果为陇东黄土高原刺槐人工林土壤的固碳效应及经营措施提供依据。
尉迟文思, 姚云峰, 郭月峰, 祁 伟 , , 韩兆敏, 刘 龙
2017(5):203-207. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.032
摘要:为深入了解砒砂岩地区主要树种的水分利用特征,以内蒙古圪秋沟小流域砒砂岩区水土保持科技示范区为研究区域,运用茎热平衡法(SHB)对沙棘、柠条、油松3种主要树种蒸腾耗水进行研究,监测3种树种的边材液流日变化及不同天气条件下的液流速率。结果表明:(1)在生长期内,3种树种的液流速率均呈单峰曲线,其到达峰值时间大体相同。(2)在晴天时,沙棘的平均液流速率最高,可达到0.117 72 cm/s,而油松与柠条的液流速率相近,3种树种的日平均流速分别为0.029 01,0.018 15,0.022 03 cm/s。(3)在不同天气条件下,3种树种的边材液流速率变化规律均为晴天>阴天>雨天,各树种达到峰值的时间也有所差异,其规律亦为晴天>阴天>雨天。研究结果旨在为砒砂岩地区植物水分供求关系提供数据支撑,为该地区生态恢复与环境治理提供理论依据。
2017(5):208-214. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.033
摘要:为了定量研究燕山山地不同林龄华北落叶松人工林的碳密度特征及其分配格局,为森林碳汇服务功能提升提供科学依据。以河北省木兰围场国有林场管理局新丰林场3种林龄(11,21,32 a)华北落叶松人工林为研究对象,基于9块样地本底调查和27株标准木树干解析数据,采用标准木回归分析法、样方收获法、土壤剖面取样法和重铬酸钾—浓硫酸氧化外加热法等,获取不同林龄华北落叶松人工林的碳密度,分析了其特征及变化趋势。结果表明:不同林龄华北落叶松人工林生态系统总碳密度表现为32 a(97.29 t/hm2)>21 a(90.56 t/hm2)>11 a(44.57 t/hm2),以土壤层和乔木层为主要碳库,二者之和所占比例高达52.59%~71.51%;随着年龄的增长乔木层碳积累能力逐步增强,11,21,32 a华北落叶松人工林乔木层碳密度分别为14.27,38.57,42.37 t/hm2,且达到了显著性差异水平;3个林龄华北落叶松各器官的碳密度均表现为干>枝>根>皮>叶,各器官贡献率之间均达到了极显著性差异。其中,树干贡献率最大;随着林龄的增加,树干的碳密度分配比例增加,树枝、树叶、树皮的分配比例下降,而根系的分配比例相对稳定;林冠下层碳密度大小呈现出凋落物层>草本层>灌木层的规律,且随着林龄的增加而增加;0—60 cm土壤层碳密度表现为随着土层的加深,碳密度逐步降低,表层有机碳含量最高,且随着林龄的增加而增加,不同林龄间存在显著性差异;选择胸径、树高两因素构建乔木层二元可加性碳密度预测模型效果较好。可见,华北落叶松人工林碳密度的变化主要受到其自身生长发育的影响。同时,也受到人工抚育产生的密度变化的影响。
2017(5):215-221. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.034
摘要:为探究喀斯特土壤有机碳分布特征及其对人为干扰的响应,挖掘了2 854个土壤剖面,采集了22 786个土壤样品,分析了贵州省不同土地利用方式下土壤有机碳分布规律;并结合贵州省石漠化防治规划,初步估算了石漠化防治工程的土壤碳增汇贡献。结果表明:贵州省土壤有机碳呈现含量高、密度小的特征。表层土壤(0—20 cm)有机碳平均含量25.07 g/kg,平均密度仅为4.27 kg/m2。不同用地类型土壤表层有机碳含量大小为灌木林地>乔灌木林地>灌草地>乔木林地>弃耕地与荒地>草地>水田>园地>旱地与坡耕地;表层碳密度大小为水田>灌木林地>乔木林地>乔灌木林地>弃耕地与荒地>灌草地>旱地与坡耕地>草地>园地。0—60 cm土层土壤有机碳含量对人为干扰较为敏感,60—100 cm土层土壤有机碳含量差异较小。实施退耕还林,人工种草及人工造林等石漠化防治工程会明显促进土壤有机碳的积累,到2050年,贵州省0—10,0—20,0—30,0—100 cm土层土壤有机碳将增加1.99×1013,3.37×1013,4.45×1013,6.29×1013 g。可见,喀斯特地区土壤有机碳具有含量高、密度低的显著特征,石漠化治理能有效增加喀斯特地区土壤碳汇。
2017(5):222-230. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.035
摘要:为了更好地理解黄土高原植被恢复与生态重建过程对土壤碳循环过程的影响,研究选取位于黄土高原六道沟小流域的典型土壤地形序列(东北坡NE序列,西坡W序列),分析了不同坡向间及同一坡向内随植被类型变化土壤有机碳和无机碳的剖面分布特征及其影响因素。结果表明:六道沟小流域地形序列土壤有机碳含量在0—50 cm土层内随土层深度增加而显著降低,50 cm土层以下基本趋于稳定,且剖面上层(0—50 cm)有机碳含量显著高于剖面下层(50—200 cm,p<0.05),但在同一深度土层(0—50,50—200,0—200 cm)不同坡向林地和草地土壤有机碳平均含量均没有显著差异(p>0.05)。与有机碳相比,无机碳含量相对较高并且主要在剖面下部(50 cm以下)不同深度土层富集。NE序列林地和草地剖面无机碳平均含量接近(p>0.05),而W序列林地剖面无机碳平均含量显著高于草地(p<0.05);不同坡向草地剖面无机碳平均含量无显著差异(p>0.05),但不同坡向林地剖面无机碳平均含量表现为W序列显著高于NE序列(p<0.05)。0—50 cm土层有机碳含量与pH、容重和土壤含水量均呈极显著负相关关系,而与土壤总孔隙度呈极显著正相关关系;50—150 cm土层无机碳含量与pH和土壤总孔隙度均呈极显著负相关关系,而与容重、黏粒含量和土壤含水量均呈极显著正相关关系。NE序列和W序列2 m土体总碳密度相当,分别为15.2~47.4 kg/m2和18.3~51.3 kg/m2,其中无机碳密度占78%~94%,1—2 m土层总碳密度占2 m土体总碳密度的35%~74%。若只考虑土壤有机碳库或只考虑浅层1 m土壤碳库,六道沟小流域2 m土体总碳储量平均将被低估88%和51%。
刘泽彬, 王彦辉, 田 奥, 刘 宇, 邓秀秀, 王 晓, 王亚蕊, 于澎涛
2017(5):231-239. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.036
摘要:冠层截留是森林蒸散的重要组成部分,其定量描述一直是生态水文学研究的热点问题之一,相关观测研究多是在固定样地的空间尺度上进行的。林冠截留量除在样地上受降水、气象条件和冠层结构及生长过程的动态影响外,还在坡面上受植被生长和冠层结构的坡位差异而有很大空间变化和尺度效应,需对此深入理解和精细刻画,从而为实现从样地观测结果上推到坡面的尺度转换并基于此准确评价森林水文影响来提供科学依据。在六盘山香水河小流域,选择一个水平坡长425.1 m的华北落叶松人工林典型坡面,并均匀划分为空间连续的16个样地。于2015年5—10月,测定了森林冠层结构(特别是叶面积指数,LAI)的坡位差异和动态变化,并同步观测了林外降雨和林内穿透雨及树干茎流,依此计算得到每次降雨事件的冠层截留量。以“离坡顶水平距离(水平坡长)”为尺度标量,分析林冠截留量沿坡面的时空变化规律及影响因素。结果表明,林冠截留量存在沿坡变化和坡面空间尺度效应,且月份变化明显。在整个生长季,林冠截留量沿坡变化总体表现为随水平坡长增加先升高,在坡面中部达最大,之后逐渐降低,以每100 m水平坡长的变化量表示的坡面尺度效应为+5.62 mm/100 m(坡段0~316.6 m)和-2.37 mm/100 m(坡段316.6~425.1 m);在5月,林冠截留量沿坡变化总体表现为随坡长增加而逐渐降低,坡面尺度效应为-0.26 mm/100 m(0~425.1 m);在6—8月,林冠截留量沿坡变化总体趋势均和整个生长季相同,6月份坡面尺度效应为+1.28 mm/100 m(0~261.1 m)和-1.78 mm/100 m(261.1~425.1 m),7月为+0.92 mm/100 m(0~267.6 m)和-0.88 mm/100 m(267.6~425.1 m),8月份为+1.28 mm/100 m(0~211.2 m)和-0.34 mm/100 m(211.2~425.1 m);在9月、10月,林冠截留量沿坡变化表现为随坡长增加逐渐升高,坡面尺度效应分别为+2.38 mm/100 m和+0.81 mm/100 m(0~425.1 m)。林冠层叶面积指数的坡位差异及其季节变化是影响林冠截留时空变化的主导因素,各月林冠截留率均与叶面积指数呈显著正相关。可基于不同坡位样地的叶面积指数与其坡面均值的关系、叶面积指数与林冠截留量的关系,以及不同坡位样地的叶面积指数测定值,上推估计林冠截留的坡面均值。
雒 琼 , , , 王玉刚 , , 邓彩云 , , , 马 健 ,
2017(5):240-246. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.037
摘要:土壤无机碳作为干旱区土壤碳库的主要存在形式,其数量分布影响着区域内土壤剖面碳聚积和存储的格局。以往由于缺乏深层土壤剖面数据,无法准确量化土壤剖面碳分布与碳存储特征,使得土壤无机碳的数量存在很大的不确定性。以三工河流域典型的农田和相邻荒地土壤作为研究对象,共6个剖面190个采样点,挖掘取样深度至潜层地下水位,分析了剖面土壤无机碳(SIC)和可溶性盐离子的分布特征,并且通过冗余分析探究无机碳与土壤盐碱性之间的相互关系。结果表明:(1)农田的SIC含量显著大于荒地的SIC含量(p<0.05),相比于荒地,农田的SIC含量增加了27.9%,变化范围增大了3.66倍;荒地和农田的SIC含量在剖面上分别表现为“S”形和“M”形分布。(2)在整个剖面上,同层次的农田土壤中的可溶性离子含量显著小于荒地中的含量(p<0.05),并且在剖面上分布荒地表现为增加—减少趋势,而农田为逐渐减小趋势,表明农业活动显著改变了可溶性离子的数量和分布特征。(3)所有剖面土壤无机碳储量为0—100 cm土层<100—300 cm土层<300 cm以下土层(p<0.05),虽然层次间其数值差异较大,但在相同层次,农田和荒地的土壤无机碳储量所占比例却基本相同,为10%,35%,55%(p<0.05)。(4)通过冗余分析得到土壤盐碱性因素对SIC的贡献作用排序,正相关性,pH>ESP>SAR>CO32->HCO3-,负相关性,K+>Ca2+>Mg2+>Cl->盐分>SO42->Cl->Na+。
2017(5):247-252. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.038
摘要:采用盆栽试验,研究了不同W-OH喷施浓度(1%,3%,5%)对玉米生长及土壤养分淋失的影响。结果表明:与对照(不喷施W-OH)相比,喷施W-OH对玉米生长有促进作用,且这种作用自玉米生长中期逐渐明显。试验条件下,低、中浓度W-OH(1%和3%)更有利于玉米生长;盆栽3个月后,与对照相比,低、中浓度处理下玉米株高分别增加16%和35%,净光合速率分别增加3%和17%,气孔导度分别增加34%和79%,蒸腾速率分别为对照的2倍和3倍。降雨量对W-OH的保水作用影响不同,小雨和中雨下,3%浓度处理的渗流量最低,保水效果最显著;降雨量达到大雨及以上时,W-OH的保水作用与其喷施浓度成正比。在玉米生长初期W-OH的保肥作用与其喷施浓度成正比,随着后续降雨渗流反复淋溶,其保肥作用趋于稳定;3%和5%浓度的W-OH均能有效减少观测期的土壤养分淋失量,且以硝态氮降幅最大。研究结果为土壤固化剂在坡耕地中的应用提供理论指导。
2017(5):253-259. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.039
摘要:为了明确黄土丘陵区梯田种植类型对0—200 cm有机碳垂直分布的影响,以甘肃庄浪县堡子沟流域玉米、小麦、土豆、苹果和间作(苹果+土豆)5种典型种植类型梯田的土壤为研究对象,分析土壤有机碳含量、储量在0—200 cm的垂直分布特征及影响因素,探讨种植类型对0—200 cm土层有机碳分布稳定性的影响。结果表明:(1)5种种植类型梯田的0—200 cm土层中,有机碳含量平均为3.33~4.86 g/kg,储量平均为8.0~11.69 t/hm2;含量和储量均在间作和苹果地显著高于玉米地、小麦地(P<0.05);各样地有机碳含量均表现出明显的层次性,0—20 cm显著高于其他各层(P<0.05),20 cm以下的各层中的变异较小,有机碳储量的垂直分布特征与含量相同,且层次间差异更为显著。(2)土壤有机碳分配比例在0—20 cm为17.57%,20—100 cm为41.21%,100—200 cm为41.22%,种植类型对0—200 cm土层有机碳分布稳定性影响较小。有机碳分层比例SR(0—20 cm/20—40 cm)为1.51~1.78,SR(0—20 cm/40—60 cm)为1.78~2.02,表明土壤正向发育熟化,土壤质量明显提高。(3)水分能够影响有机碳垂直分布,种植类型对土壤有机碳的深层分布和固存有一定影响,苹果园的发展有利于梯田土壤有机碳的提高。
芮绍云, 袁颖红, 周际海, 刘贵军, 张文锋, 李 丽, 黄欠如,成艳红
2017(5):260-265. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.040
摘要:基于室内模拟培养试验,研究改良剂(生物质炭、过氧化钙)对旱地红壤微生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮的影响。试验设置4个处理,即CK、Ca(过氧化钙,1.72 g/kg)、C(生物质炭,21.46 g/kg)、C+Ca。结果表明:各处理土壤微生物量碳、氮以及可溶性有机碳具有相同的变化趋势,即前期(3 d内)都增加较快,在第3天达到最大值,随试验进行有所下降,配施效果优于单施。各处理可溶性有机氮在21 d内缓慢增加;第21天时,C+Ca、Ca、C相比CK分别显著增加了62.1%,55.5%,40.9%;35 d以后,配施(C+Ca)与单施过氧化钙(Ca)的效果显著优于单施生物质炭(C)和对照(CK)。120 d培养期内,配施(C+Ca)处理能够明显提高微生物量碳、氮以及可溶性有机碳、氮的平均含量;微生物量碳的平均含量大小顺序为C+Ca>C>CK>Ca,微生物量氮的平均含量C+Ca处理显著高于其他处理;可溶性有机碳的平均含量大小顺序为C+Ca>Ca>C>CK,可溶性有机氮的平均含量C+Ca、Ca处理显著高于CK、C处理。微生物量碳、氮以及可溶性有机碳之间互为极显著正相关(P<0.01),而微生物量碳与可溶性有机氮之间呈极显著负相关。因此,生物质炭和过氧化钙能有效提高旱地红壤微生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮,且生物质炭与过氧化钙配合施用更有助于土壤改良。
2017(5):266-272. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.041
摘要:以广泛分布于西南丘陵区的紫色土为研究对象,通过田间微区试验,研究了油菜/玉米轮作下秸秆不同还田方式对紫色土微生物量碳、氮、磷和可溶性有机质的影响,以期为秸秆在农业生产上的综合利用提供理论依据。结果表明:秸秆直接还田(CS)、生物质炭还田(BC)、秸秆+促腐剂还田(CSD)和秸秆1∶1配施生物质炭还田(CSB)均有效提高土壤微生物量碳(SMBC)、氮(SMBN)、磷(SMBP)含量,其中以CSD处理的微生物量碳、磷最高,分别比CK(单施化肥)增加了46.32%,94.09%;CSB处理的微生物量氮最高,其次为CSD处理,分别达到了104.47 mg/kg和104.14 mg/kg。对土壤可溶性有机质而言,除BC处理外,其他秸秆还田处理下土壤可溶性有机碳(DOC)提高了63.26%~189.46%,其中CSD处理最高,达72.74 mg/kg;与CK处理相比,秸秆不同还田方式显著降低了土壤可溶性有机氮(DON)含量,但4种处理的土壤可溶性有机磷(DOP)均有提高,特别是CSD处理对土壤可溶性有机磷的提高效果最佳。与CK处理相比,秸秆不同还田方式降低了土壤DON/TN,但有效提高了SMBC/SOC(除BC处理),其中CS和CSD处理的提高效果显著,同时CSD处理的DOC/SOC和SMBN/TN值最高,分别达到了0.49%和7.66%。秸秆不同还田方式能有效提高作物产量,与CK处理相比,各处理的油菜和玉米产量分别提高了3.37%~7.01%和1.49%~3.92%,其中以CSD处理的增产效果最佳。因此,油菜/玉米轮作下西南丘陵山区紫色土最优的秸秆还田方式为秸秆+促腐剂还田,该还田方式下活性有机质含量最高,有利于提高土壤生产力。
2017(5):273-277. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.042
摘要:通过13年连续的番茄栽培灌溉试验,分析了沟灌、滴灌和渗灌3种灌溉处理0—80 cm土层土壤有机碳及其腐殖质组分(胡敏酸、富里酸、胡敏素等)含量,探讨了不同灌溉方法对温室土壤有机质变化的影响。结果表明:3种灌溉处理土壤总有机碳、腐殖质各组分含量剖面变化特征一致,均随土层加深而降低,且这一变化主要集中在0—50 cm土层,50—80 cm土层变化较小。土壤总有机碳及其组分各灌溉处理间差异明显,将土壤剖面分为0—20,20—80 cm上、下2个层次,总体上总有机碳含量上层为渗灌>沟灌>滴灌,下层滴灌>沟灌>渗灌;腐殖酸含量上层滴灌>沟灌>渗灌,下层为渗灌>滴灌>沟灌;胡敏素上层为沟灌>滴灌>渗灌,下层为渗灌>滴灌>沟灌。滴灌处理既能使0—40 cm土层土壤有机碳含量保持较高水平,土壤腐殖质含量又高于沟灌、渗灌处理,这对于提升设施土壤肥力水平、保证番茄养分供应是有利的。
2017(5):278-286. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.043
摘要:为了阐释外源有机碳在土壤有机碳运转中的作用机制,以黑土为供试材料,进行了5年的室外培养试验,并结合室内全土及颗粒组分单独矿化培养试验,研究了不同外源有机碳对黑土有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)含量及其矿化特征的影响。试验包括单施化肥、牛粪配施化肥、鸡粪配施化肥、秸秆配施化肥和树叶配施化肥5个处理。结果表明:(1)单施化肥黑土SOC的损失主要来源于POC的损失,外源有机碳有利于SOC和POC的累积,与对照相比,禽畜粪便处理的SOC和POC平均增加幅度分别为16.6%和27.8%,植物残体处理的SOC和POC平均增加幅度分别为27.0%和46.4%;(2)一级动力学方程能较好地描述SOC和POC的矿化动态(R2>0.9),且POC比SOC易矿化,POC的60 d累积矿化量是SOC的3倍以上;(3)禽畜粪便处理和植物残体处理的POC平均矿化率分别为31.5%和29.8%,禽畜粪便处理的POC更易矿化;(4)外源有机碳有效降低了黑土有机碳的矿化,尤其是牛粪,其SOC矿化率为1.9%,比对照低了3.4%,其POC矿化率为24.8%,比对照低17.4%;(5)外源有机碳在黑土中的碳累积能力表现为树叶>秸秆>牛粪>鸡粪。
2017(5):287-291. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.044
摘要:以6 a生苹果为试材,采用15N同位素示踪技术,研究了果实膨大期等氮量分次(1次,2次,8次)追施N肥对15N-尿素吸收、利用、损失及0—60 cm土层氮素累积动态的影响。结果表明:随着果实的膨大,植株新生器官(叶片、新梢和果实)Ndff值以8次施氮处理最高,1次施氮处理最低;果实成熟期,8次施氮处理15N吸收量分别是2次和1次施氮处理的1.61倍和2.10倍;植株营养器官和生殖器官15N分配率均以8次施氮处理最高,1次施氮处理最低;随时间推移,8次施氮处理0—60 cm土层15N残留量逐渐高于2次和1次施氮处理,且主要集中在0—40 cm土层;在果实成熟期,8次施氮处理15N肥料利用率为17.65%,显著高于2次(10.99%)和1次施氮处理(8.37%),而15N损失率为47.54%,显著低于2次(59.05%)和1次施氮处理(67.92%)。综合考虑,果实膨大期8次施氮处理效果最佳,可使氮肥在树体需肥的关键期充分发挥作用,能显著降低氮肥损失,保证稳定充足氮素供应,提高氮素利用率。
2017(5):292-297. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.045
摘要:分析气候变化对农业生产的影响,有利于制定相应的对策,保障粮食安全。在分析陕北地区1957-2013年气温、降水等气象因子变化趋势的基础上,利用AquaCrop作物生长模型模拟分析气温及CO2浓度等气象因子变化对陕北地区冬小麦产量的影响。结果表明:陕北地区1957-2013年平均气温呈上升趋势,上升速率为0.22 ℃/10 a,平均降水量呈下降趋势,下降速率为0.15 mm/10 a。气温每升高0.1 ℃,榆林和延安两地冬小麦分别增产1.5%和0.5%;CO2浓度每增加10 μmol/mol,两地冬小麦分别增产3.8%和2.0%;气温和CO2浓度同时变化(即气温升高0.1℃同时CO2浓度增加10 μmol/mol),两地冬小麦分别增产5.1%和2.3%。仅考虑气温及CO2浓度变化,陕北地区“暖干+高碳型”气候有利于提高冬小麦生产力,未来18年陕北地区冬小麦产量将实现不同程度的增产,在3种不同典型年下与2012年相比,榆林地区2020,2025,2030年枯水年、平水年和丰水年冬小麦分别增产21.2%~31.8%,25.4%~36.0%,29.7%~40.7%;延安相应3种典型年下增产3.3%~8.3%,4.4%~9.7%,4.8%~10.5%。因此,可在陕北地区适度增加冬小麦种植面积,增加农业产量。
毛云飞, 郭小静, 王增辉, 高付凤, 张佳腾, 杨恒峰, 陈学森, 毛志泉, 沈 向
2017(5):298-304. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.046
摘要:研究土施麦芽糖等糖类对重茬土壤改良和苹果砧木生长的影响,为缓解当前苹果连作障碍提供新的途径。2014年4月,在装有10 kg重茬土的苗盆中栽种长出5片真叶的平邑甜茶幼苗,分别施入浓度为50,100,200 mg/kg的果糖、葡萄糖、麦芽糖和阿拉伯糖;2014年9月,测量生长量、土壤微生物及土壤总有机碳(TOC)。结果表明:与CK相比,200 mg/kg葡萄糖处理,株高增加52.9%;200 mg/kg麦芽糖处理,地茎增加12.2%、叶绿素相对含量增加12.5%;100 mg/kg葡萄糖处理光合速率增加18.5%;50 mg/kg果糖和阿拉伯糖处理能显著增加土壤中的细菌数量,分别增加了119.7%和127.6%;土壤中的放线菌数量会随着阿拉伯糖的施入浓度增加而显著提高,按施入浓度从低到高,土壤放线菌的数量分别增加了66.7%,222.9%,266.7%;50 mg/kg麦芽糖处理,土壤中的真菌数量降低最多,减少了71.7%,效果极显著;100 mg/kg葡萄糖处理,土壤TOC含量最高,升高60.0%。在研究结果基础上进行主成分分析得知,在100 mg/kg麦芽糖处理下,相对于CK,株高提高47.9%、茎粗增加11.1%、叶绿素相对含量提高8.5%、光合速率提高16.3%、土壤中真菌数量降低49%、土壤中TOC含量高47.6%,均差异极显著。综上,土施100 mg/kg麦芽糖显著提高苹果砧木生长;抑制重茬土中土壤真菌数量优势明显,其土壤改良效果显著。
2017(5):305-308. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.047
摘要:为了研究施用生物炭对采煤塌陷复垦土壤的熟化效果,以山西省晋城市采煤塌陷复垦区土壤为研究对象,连续3年采用生物炭与有机肥、无机肥配施等方式研究其对复垦土壤主要理化性状的影响。结果表明:不同施肥处理均不同程度改善了土壤的理化性状,有机肥配施生物炭处理明显降低了复垦土壤容重(降幅10%),提高了土壤孔隙含水率(增幅7.14%),但对土壤pH影响不明显。有机肥处理和无机肥处理的土壤全氮、全磷含量差异不显著;无机肥配施生物炭处理与单施无机肥处理相比,速效磷增加了8.33%,速效钾增加了6.34%,增幅较明显,对碱解氮影响则不明显。有机肥配施生物炭,土壤细菌、真菌、放线菌数量增幅不明显;无机肥配施生物炭,真菌数量增幅最为明显(11.7%)。有机肥、无机肥配施生物炭处理玉米产量分别提高了3.03%和2.70%,生物炭的增产作用有限。因此,在复垦土壤上施用生物炭后可以提高有机肥和无机肥的培肥效果,单施生物炭效果不明显。
李叶鑫 , , 吕 刚 , , 刁立夫, 傅昕阳, 刘雅卓
2017(5):309-314. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.048
摘要:采用野外调查和室内综合分析,系统研究了露天煤矿排土场不同植被类型的枯落物特征、土壤物理性质、土壤渗透性能和蓄水能力变化,并采用主成分分析对各样地持水能力进行综合评价。结果表明:不同植被类型枯落物的厚度和蓄积量均差异显著(P<0.05),乔木林地、灌木林地和荒草地枯落物厚度依次为1.80,1.23,0.83 cm,枯落物蓄积量为6.76,2.96,0.58 t/hm2;乔木林地枯落物的持水能力和拦蓄能力最强,显著大于灌木林地和荒草地(P<0.05)。各样地土壤容重依次为荒草地>灌木林地>乔木林地,乔木林地和灌木林地的土壤入渗能力显著高于荒草地(P<0.05),初始入渗率、稳定入渗率和渗透总量分别为1.53~4.08 mm/min、0.20~1.51 mm/min和28~133 mL。乔木林地和灌木林地的实际库容大于荒草地,林地水库贮水效率显著高于荒草地(P<0.05)。采用主成分分析法评价露天煤矿排土场不同植被类型的持水能力,15个评价指标可优化为3个主成分,累计贡献率为96.832%,各样地持水能力综合得分为乔木林地>灌木林地>荒草地。从排土场枯落物层和土壤层的持水能力角度,可选择乔木树种(刺槐)作为主要复垦植被。
2017(5):315-320. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.049
摘要:以江西省玉山县红壤丘陵区不同林龄(1 a和15 a)人工油茶林地土壤为研究对象,按不同坡位(上、中、下)、土层(0—10,10—20cm)采集土壤样品,分析其理化性质。结果表明:(1)随着油茶林龄增加,土壤容重呈减小趋势,而土壤含水量、田间持水量均呈增大趋势;土壤pH、有机质含量除上坡位外均呈显著增大趋势(P<0.05);全氮、全磷、全钾均呈减小趋势;红壤坡地水平阶整地种植油茶后,土壤理化性质有所改善,土壤含水量、田间持水量和土壤有机质含量均有不同程度的增加,而土壤容重和养分(N、P、K)含量有所降低,为满足生产需要,在油茶林抚育过程中,应注意合理施肥,尤其是磷肥的施用。(2)不同坡位间土壤理化性质表现出一定的规律性。土壤容重表现为上坡位<中坡位<下坡位;土壤含水量在上坡位最大,而田间持水量在下坡位最小;有机质含量、全钾均为上坡位<中坡位<下坡位,有机质含量在各坡位间差异显著,而全氮、全磷没有显著差异;(3)与1 a油茶林地相比,15 a林龄的油茶林地土壤理化性质空间差异趋于均匀化。研究结果旨在揭示水平阶整地种植人工油茶复合措施的水土保持效应,为南方红壤坡地水土流失综合治理及人工油茶林地可持续经营提供理论依据。
张建新, 郦 枫 , , 马 丽 , ,张晓晓 , , 吴玉环 , , 杨云峰, 徐根娣 , , 刘 鹏 ,
2017(5):321-327. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.050
摘要:为阐明紫金牛属植物在镉胁迫下的生理响应,比较2种紫金牛属植物抗逆性强弱,通过水培试验,研究了不同浓度镉(0,0.025,0.05,0.1,0.2,0.4 mol/L)对2 a生扦插苗虎舌红和朱砂根株高、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、脯氨酸(Pro)、叶片丙二醛(MDA)含量、光合特性及荧光特性等生理指标的影响。结果表明:(1)镉胁迫处理后,朱砂根和虎舌红的株高、SOD、POD以及CAT活性均有不同程度的上升,但随着处理时间的延长,株高以及抗氧化酶活性均显著降低;(2)低浓度镉(≤0.025 mol/L)在处理时间≥20 d时,可明显诱导2种植物Pro的积累,其中虎舌红增幅显著,达149.21%;(3)在处理时间≥20 d时MDA含量增加,最高上升169.07%和122.70%;(4)低浓度镉(≤0.025 mol/L)处理下虎舌红光合电子转移效率(ETR)上升较为明显,qP则无显著变化,高浓度Cd(≥0.2 mol/L)处理后虎舌红ETR显著降低,qP也大幅下降。朱砂根的ETR荧光参数在处理前期就呈现下降趋势,且后期下降幅度增大。综合分析认为,较低浓度镉处理下朱砂根和虎舌红均可经过提升各种抗氧化酶活性的措施来抵御逆境,而高浓度镉则会对植物抗氧化酶系统、光合系统等造成损害。通过比较虎舌红与朱砂根抗镉性强弱,发现前者抗逆性更强,在较高的镉浓度环境中具有较为突出的种植优势。
李志贤 , , 冯 涛, 陈 章, 陈国梁, 陈远其, 向言词, 刘庆龙, 刘 顺
2017(5):328-333. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.051
摘要:为揭示镉(Cd)富集植物龙葵的Cd吸收、积累与光合生理特性间的相关性,采用室内盆栽试验,在不同Cd添加水平下(0,2,5,10,20 mg/kg,分别记为Cd0、Cd2、Cd5、Cd10、Cd20),研究了龙葵对重金属Cd的吸收、积累特性及生理响应。结果表明:龙葵对Cd有极强的耐性,在Cd浓度为20.0 mg/kg的污染土壤中仍能正常生长;Cd≤10.0 mg/kg的污染土壤中龙葵对Cd的富集、转运系数均大于1;但Cd20处理龙葵对Cd的富集和转运能力显著下降。Cd在龙葵中的分布为地上部>地下部,并且各处理(Cd0、Cd2、Cd5、Cd10、Cd20)龙葵地上部Cd的积累量也显著高达地下部Cd积累量的10~15倍。同时,随土壤Cd浓度增加不仅引起龙葵对重金属Cd的吸收、转运的变化,也会引起龙葵光合生理指标的相应变化,当土壤Cd含量增加到10 mg/kg时,龙葵地上部旗叶光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)最强,显著高于Cd0、Cd2、Cd5处理(p<0.05)23.71%~79.80%,当土壤Cd含量持续增加,龙葵的光合强度呈显著下降的趋势。龙葵吸收Cd主要受植物外部因素土壤Cd浓度(SCCD)的影响,与Pn、Tr和Gs等内部因素并无显著相关性。因此,试图通过对龙葵的光合生理调控实现提高龙葵对Cd的吸收、积累并不能达到理想的效果,对揭示龙葵富集Cd的机理及调控机制还需进一步的研究。
郑黎明 , , , 张 杰 , , , 杨红飞 , , , 李全发 , , , 袁 静 , ,
2017(5):334-339. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.052
摘要:采用盆栽土培法,从播种开始培育132 d后,研究0,3,6,9 mg/kg镉胁迫对荻的生长、镉富集与分布和土壤酶活性的影响。结果表明:荻耐性指数随处理浓度的增加先上升后下降,镉浓度≤6 mg/kg时,促进荻生长,镉浓度为9 mg/kg时,抑制荻生长。叶绿素、丙二醛和可溶性糖含量均随处理浓度的增加先升高后降低,在镉浓度为6 mg/kg时达到最大值;类胡萝卜素含量为先降低后升高,在6 mg/kg时达最小值。荻根部铜、锌和铁含量均随处理浓度的增加而升高,地上部铜和铁含量先降低后升高,而锌含量持续降低。根部和地上部镉含量随镉处理浓度增加呈线性增加趋势,且根部镉含量均高于地上部;不同浓度镉处理荻根部富集系数均大于1,但地上部富集系数和转运系数均小于1;根部镉积累量随处理浓度的增加先升高后降低,在镉浓度为6 mg/kg时达到最大值,地上部镉积累量持续升高,荻体内镉主要分布在根部。镉处理组的土壤脲酶和过氧化氢酶活性与对照相比总体无显著差异(P>0.05),镉浓度为6 mg/kg和9 mg/kg对土壤脲酶活性有一定促进作用,但会抑制过氧化氢酶活性,根际土壤酶活性总体高于非根际土壤酶。研究表明,荻对镉有较强的耐性,且根部对镉有较强的富集能力,因此,荻在土壤镉污染稳定化修复方面具有一定的应用潜力。
赵树民, 李晓东, 虞方伯, 鲍雅莉, 沈 颖, 张 媚, 林马水, 王冰璇,林海萍
2017(5):340-344. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.053
摘要:采用盆栽试验方法,研究了接种巨大芽孢杆菌LY02对黑麦草修复Cd、Cu污染土壤以及二者复合污染土壤效果的影响。结果表明:在Cd、Cu污染土壤及复合污染土壤中接种巨大芽孢杆菌LY02,可显著提高黑麦草地上部生物量,增幅达65.0%~108.3%;促进了黑麦草在3种污染土壤中对重金属的吸收,其中对Cd污染土壤中黑麦草吸收Cd的影响最为显著,地上部Cd吸收量较对照组增加了45.8%(P<0.05);3种污染土壤中黑麦草根际土壤有效磷含量显著升高,较对照组分别增加了18.2%,26.7%,16.2%;黑麦草根际土壤中有效态Fe含量显著提高,Cu单一污染土壤中增幅最大,达到152.5%;3种污染土壤中有效态重金属含量升高,在Cu污染土壤中,有效态Cu增幅达到49.7%(P<0.05)。综上所述,巨大芽孢杆菌LY02通过增加污染土壤中生物可利用态P和Fe,促进黑麦草生长;通过提高有效态Cd和Cu的含量,增加黑麦草对其吸收,从而提高了黑麦草对Cu、Cd污染土壤的修复效率。
张金洋 , , 王定勇 , , 张 成 , , 王永敏 , , 梁 丽
2017(5):345-349. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.054
摘要:为了研究纳米TiO2对土壤吸附解吸汞性能的影响,以三峡水库消落区土壤为代表,选择2种晶型(锐钛矿和金红石)的纳米TiO2颗粒,设置3个浓度梯度(2,4,8 g/kg),制成含有不同浓度纳米TiO2颗粒的土样,配制不同浓度的Hg2+溶液,进行吸附解吸试验。结果表明:纳米TiO2颗粒可提高土壤对Hg2+的吸附量,但受颗粒的晶型和浓度的影响;锐钛矿颗粒对土壤吸附解吸Hg2+的影响更大,其吸附作用力更强,不易解吸,其中4 g/kg处理组吸附作用最强,与对照相比,最大吸附量可提高32.65%,且其解吸率低于对照组;金红石颗粒处理组对Hg2+的吸附量随颗粒浓度的升高而增大,但吸附作用力较弱,容易被解吸,8 g/kg处理组影响最大,与对照相比,最大吸附量提高18.18%,但其解吸率也最大。因此,纳米TiO2颗粒增强土壤对汞的吸附作用,从而可能影响汞在环境中的迁移转化过程,特别是锐钛矿型颗粒。
张丽秀, 李 岩, 李 橙, 赵欧亚 , , 石 维, 冯圣东, 杨志新
2017(5):350-355. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.055
摘要:以煤矿区高环芳烃(HMW-PAHs)污染农田土壤为研究对象,通过添加淀粉且接种菌株ZH-H2(Fusarium sp.)的苜蓿盆栽试验,研究苜蓿单一处理、ZHH2-苜蓿2因素处理和ZHH2-淀粉-苜蓿3因素处理对污染土壤5环、6环HMW-PAHs的修复效果。结果表明:苜蓿单一处理(M)对6种HMW-PAHs单体(BbF、BkF、BaP、InP、DbA和BghiP)的去除率为4.22%~45.01%;不同接菌剂量与苜蓿2因素处理对HMW-PAHs的降解作用有明显差异,其中H1+M、H2+M对6种HMW-PAHs单体的去除率分别为11.01%~45.30%和15.20%~43.58%,与苜蓿单一处理相比,BkF的去除率分别提高了1.62倍和2.60倍,其他单体差异不显著。H3+M对HMW-PAHs的去除却表现出显著抑制作用。在2因素基础上,进一步添加不同剂量淀粉的3因素处理(D1+H1+M,D1+H2+M,D1+H3+M,D2+H1+M,D2+H2+M和D2+H3+M)强化了对6种HMW-PAHs的修复效果,在所有3因素处理中,对BbF、BkF、BaP、InP、DbA和BghiP的去除率以D1+H2+M处理为最高,分别为28.87%,54.59%,47.04%,65.91%,66.42%,71.88%,比H2+M处理分别提高了0.46,2.59,1.71,1.15,0.52,1.37倍(P<0.05),但是与D1+H1+M对各个HMW-PAHs单体的去除效果差异不显著。因此,淀粉(0.25g/kg)-ZHH2(0.1g/kg)-苜蓿处理成为了修复该煤矿区农田污染土壤的优势组合。
2017(5):356-360. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.05.056
摘要:为分析汉中市水域承载力的变化,反映水域利用的安全程度,以寻求提高水域承载力的途径与方法,对汉中市水域生态承载力进行了计算和分析。结果表明:从2001—2013年,汉中市水域生态承载力整体处于安全状态,汉台区的生态承载力指数为0.56,处于基本安全状态,其余各县的生态承载力指数均小于0.50,处于安全状态。其中,宁强、略阳、镇巴、留坝、佛坪5个县的生态承载力指数小于0.10,洋县、西乡、勉县3个县的生态承载力指数在0.20~0.30,南郑县的生态承载力指数在0.30~0.40,城固县的生态承载力指数在0.40~0.50。但是出现生态压力增加、生态承载力下降、安全程度逐渐降低等趋势,建议相关部门下一步需做好渔业生产规划,加强水源地生态环境保护治理和加强水域管理监测等措施来提高水域生态承载力。