• 2023年第37卷第1期文章目次
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    • 黄河流域水土保持综合治理空间均衡性分析

      2023, 37(1):1-7,22. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.001

      摘要 (921) HTML (0) PDF 1.26 M (1128) 评论 (0) 收藏

      摘要:黄河流域具有多类别的泥沙来源区,水沙异源特性突出,研究水土保持综合治理空间均衡性,对于优化水土保持空间布局和有效持续减少入黄泥沙极为必要。基于黄河泥沙来源区特征和水土保持综合治理现状分析,利用统计学理论与方法,研究水土保持综合治理空间均衡性的概念、评价原理和评价方法,并对治理现状的均衡性进行评价。结果表明:(1)与流域水土流失强度空间分异性相对应、且在一定程度上能够有效控制侵蚀产沙强度的治理是空间治理均衡性的基本体现,其治理程度可以利用治理效应定量反映;(2)不同治理程度的减沙作用不同的,通过分析全流域系统内不同分区治理措施减沙作用度的差异,可以判识治理的空间均衡性;(3)治理空间均衡性的评价内容主要包括划分评价流域分区、计算水土保持措施减沙作用度和空间治理均衡系数判识弱治理区;(4)目前黄河流域空间治理是不均衡的,兰州—头道拐片区、头道拐—龙门区间陕西北片的水土保持措施减沙作用度、空间治理均衡系数都很低,属于典型的弱治理区。提出的水土保持综合治理空间均衡性评价方法可定量识别弱治理区,为优化水土保持发展格局提供新的技术方法。

    • 降雨历时动态变化对临时苫盖措施坡面减流减沙效益的影响

      2023, 37(1):8-16,30. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.002

      摘要 (819) HTML (0) PDF 1.34 M (1056) 评论 (0) 收藏

      摘要:工程堆积体具有独特的物质组成,其土壤抗侵蚀能力差,受暴雨冲刷极易导致水土流失,密目网苫盖作为一种重要的临时措施,定量揭示密目网苫盖的蓄水保土机理具有重要意义。为分析降雨历时动态变化对工程堆积体密目网苫盖减流减沙效益的影响,试验设计60,90,120 mm/h 3个降雨强度,对5°,15°,25°,35°共4个坡度的堆积体坡面在裸地和密目网苫盖处理下进行人工模拟降雨试验。结果表明:60 mm/h降雨强度时,密目网苫盖处理在15°~35°对坡面产流历时抑制作用显著(p<0.05),当大于60 mm/h时,在15°~25°可显著延长坡面产流历时(p<0.05);不同坡度下60 mm/h与90,120 mm/h降雨强度减沙效益差异显著(p<0.05),密目网苫盖处理减流减沙效益随降雨历时延长而减小,均在90 mm/h降雨强度达阈值;幂函数可很好地描述减流减沙效益随降雨历时的变化关系,效益衰减系数(b)随降雨强度增大陡增;密目网苫盖处理减流减沙效益随降雨历时变化可分为高效阶段、递减阶段和稳定阶段,最佳减流效益历时总体小于30 min,最佳减沙效益历时在20 min附近。综上所述,考虑生产建设项目水土保持工作的开展,当生产建设项目施工区以短历时(<30 min)、强降雨(<90 mm/h)为主要降雨类型时建议采用临时苫盖措施,可有效减少施工区水土流失。研究成果可为生产建设项目水土保持监管提供参考。

    • 黄土高原清水河流域降水-径流的响应关系

      2023, 37(1):17-22. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.003

      摘要 (763) HTML (0) PDF 1.39 M (1023) 评论 (0) 收藏

      摘要:宁夏清水河流域地处黄土高原干旱、半干旱地区,选取清水河流域出口泉眼山水文站及气象站1989—2019年逐日径流和降水数据,并通过Chapman-Maxwell法对清水河流域径流时间序列进行基流分割,并将基流分割的结果应用于径流事件的分离,来探究径流事件对降水的响应特征。结果表明:(1)宁夏清水河流域降水量、径流量和基流量整体上均呈现上升趋势,经Mann—Kendall检验未发现突变显著的时间点,日降雨量10 mm以下的降水呈现增加趋势,年内降水主要分布在5—9月,占比达81.72%。(2)基于日径流时间序列,在清水河流域近30年间共分离出58次径流事件。在旱季降水总量与降雨强度显著相关,在土壤湿度和流域内水量存储条件的影响下,干旱时期的径流过程对事件前期降水响应较为敏感;在雨季,降水总量和降水强度是径流量的主要影响因素。(3)土壤水分对径流事件特征的影响具有阈值的变化,当前10天降水量未达5 mm时,峰值流量对其响应敏感。

    • 农田浅沟中不同植物的水土保持效果和机理分析

      2023, 37(1):23-30. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.004

      摘要 (524) HTML (0) PDF 1.33 M (867) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究不同植物在东北黑土地区农田浅沟中的水土保持效果,建立裸坡(LP)和种植有紫花苜蓿(V1)和马蔺草(V2) 2种植物的坡面浅沟模型,通过在浅沟内模拟上方汇水,进行不同植物覆盖下的浅沟坡面水力侵蚀试验,分析产流产沙特征及水动力学参数时空变化特征。结果表明:(1)相同流量下产流时间为裸坡<紫花苜蓿<马蔺草,产流时间延长,下渗量明显增大,紫花苜蓿(61%)的减沙效果显著优于马蔺草(29%),但紫花苜蓿(33%)减流效果弱于马蔺草(38%)。(2)相同流量下,紫花苜蓿的水力摩擦系数(f)(2.3)高于马蔺草(0.8),同时紫花苜蓿的平均流速(u)略低于马蔺草,弗劳德数(Fr)表现为紫花苜蓿<马蔺草,平均雷诺数(Re)表现为紫花苜蓿<马蔺草,整体表现为紊流。(3)通过拟合函数分析,3组处理下雷诺数与流速和摩擦系数呈正相关,但函数关系略有差别;弗劳德数与摩擦系数呈负相关,均符合对数函数变化规律。产流率和产沙率的降低归因于植被覆盖增大径流受到的摩擦力,同时提高径流入渗率,并且紫花苜蓿的减流减沙效果优于马蔺草;随着流量增大,马蔺草的减流减沙效益衰减速度大于紫花苜蓿,马蔺草防护临界流量在30~40 L/min,紫花苜蓿能够满足更高汇水流量下的水土保持需求。

    • 模拟降雨下前期含水量对黄绵土坡面产流产沙过程的影响

      2023, 37(1):31-36. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.005

      摘要 (889) HTML (0) PDF 1.15 M (978) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究不同前期土壤含水量条件下坡面产流产沙特征及产流产沙关系,以安塞黄绵土为研究对象,通过设置6个前期土壤含水量处理(5%,10%,15%,20%,25%,30%),采用室内人工模拟降雨试验来系统研究前期土壤含水量对坡面产流产沙过程的影响。每个含水量处理设置2个重复,坡面坡度为15°,设计雨强为90 mm/h,降雨历时为1 h。结果表明:(1)随着前期土壤含水量的升高,坡面初始产流时间幂函数减小,产流量线性增大。(2)坡面土壤流失量随前期土壤含水量增大呈幂函数增加,高含水量组(29.3%)土壤流失量分别是低含水量组(5.8%和10.6%)和中含水量组(15.3%,20.4%,25.1%)的86.1,8.9倍。当前期含水量接近饱和时,坡面侵蚀加剧,土壤流失量迅速增加。(3)不同前期土壤含水量条件下坡面产流量与产沙量呈幂函数关系,当产流速率超过1.4 L/min,产沙量迅速增加甚至翻倍,呈"水大沙多"的特点。前期土壤含水量通过影响入渗产流和改变径流泥沙关系双重作用来影响坡面产沙。因此,对黄绵土坡面而言,应注意防范连绵持久降雨后暴雨或特大暴雨所造成的水土流失问题,可采取耕作、植被覆盖等措施维持适当土壤含水量使土层不饱和来减少侵蚀。研究结果为黄土高原水土资源保护和管理提供科学依据。

    • 干旱河谷区草坡防火工程对坡面径流侵蚀的影响

      2023, 37(1):37-44. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.006

      摘要 (1166) HTML (0) PDF 1.22 M (1126) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究干旱河谷区草坡防火工程对坡面径流侵蚀的影响,以四川省凉山州的3个27.5°的草地坡面为研究对象,进行流量分别为6,9,12 L/min的模拟冲刷试验。3个坡面的处理为:(1)移除植被地上地下部分,平整坡面代表草坡防火通道;(2)移除植被地上部分代表草坡防火隔离带;(3)未进行处理作为对照。通过收集坡面出口的产流量和产沙量,研究不同的防火工程在不同的放水冲刷流量下分别对坡面径流侵蚀的影响。结果表明:(1)草坡由于修建防火通道导致坡面土质松散,水分入渗量增加,初始产流时间表现为草坡防火通道(20.33 min)>对照坡面(7.62 min)>草坡防火隔离带(5.22 min);(2)3个流量下的累计产流量和累计产沙量均表现为草坡防火通道>草坡防火隔离带>对照坡面,并且随着放水流量的增加3个坡面之间的差异显著增加,表明草坡防火工程的修建加剧陡坡水蚀;(3)对照坡面的产流量和产沙量之间呈线性关系,而草坡防火通道坡面的产流量与产沙量之间的关系呈指数、对数或线性关系,草坡防火隔离带坡面的产流量和产沙量之间呈对数或线性关系,表明草坡防火工程的修建改变水沙之间原有的线性关系。因此,草坡防火工程建设后要特别重视坡面的水土流失问题,研究结果可为干旱河谷区草坡防火工程对水土流失影响及防治措施的实施提供科学参考。

    • 不同光照条件对侵蚀沟三维重建精度的影响

      2023, 37(1):45-51. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.007

      摘要 (851) HTML (0) PDF 2.28 M (964) 评论 (0) 收藏

      摘要:为深入探究不同光照条件下无人机重建三维模型精度的差异,在晴天以及阴天条件下,采用无人机摄影技术获得4期数字表面模型,并分别以RTK(real-time kinematic)测量的高程点和三维激光扫描仪获取的数字高程模型为基准,在典型剖面和整个侵蚀沟2个不同尺度上,分析在不同光照条件下侵蚀沟三维重建的高程精度差异。结果表明:(1)典型剖面尺度上,阴天构建的模型高程精度最高,晴天中午的高程模型精度相较于上午和下午的更高,而剖面阴影区高程误差比非阴影区增加0.138~0.217 m。(2)整个侵蚀沟尺度上,阴天条件下航测的高程模型的均方根误差达到最小仅为0.155 m;对于晴天的不同时段,中午航测所得的DSM高程误差最低,但仍比阴天DSM的高程误差高0.411 m;综合晴天的3期高程模型,阴影区高程误差比非阴影区增加0.250~0.346 m。(3)从不同坡向来看,阳坡的高程误差最低,而阴影面积的增加导致其他坡向误差进一步加大。光照产生的阴影显著降低高程模型精度,研究结果可为基于无人机的侵蚀沟航测制图研究提供参考。

    • 全风化花岗岩管沟回填土坡面侵蚀影响因素及交互作用

      2023, 37(1):52-58. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.008

      摘要 (576) HTML (0) PDF 1.16 M (930) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了查明全风化花岗岩地区输油气管道作业边坡坡面水土流失问题,通过野外典型边坡边界条件测量、坡面侵蚀特征冲沟沟深、冲沟截面积数据采集、岩土体取样测试,并结合室内模型降雨试验等方法。结果表明:降雨、坡长、坡度、汇水面积、岩土体特性5种因素均影响全风化花岗岩管沟回填土坡面侵蚀。产沙率和产流率随着降雨强度的增大而增大。坡长、坡度、汇水面积与冲沟沟深和冲沟截面积呈正相关关系,且随着坡长、坡度、汇水面积的增大,冲沟沟深和冲沟截面积也在增大。通过取样测试发现,原状土与回填土的颗粒组成相对含量具有较大差异,初始回填土粒度级配为良好土。降雨冲刷初期回填土坡面径流主要携带粉粒和黏粒。5年回填土相对于原状土,孔隙率增加到原来的1.13倍,土体渗透系数增大1个数量级,饱和状态下黏聚力降低为原状土的67.6%,内摩擦角降低为原状土的87.5%。通过查明全风化花岗岩管沟回填土坡面侵蚀影响因素及其作用,为后续的边坡治理提供依据。

    • 不同植被盖度对三峡库区边坡减蚀的室内模拟降雨研究

      2023, 37(1):59-64. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.009

      摘要 (497) HTML (0) PDF 1.15 M (1153) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究气候和植被覆盖度变化对三峡库区消落带库岸边坡的影响,通过开展人工模拟降雨试验,分析不同雨强和植被覆盖度(0,30%,50%,70%,90%)下坡面侵蚀规律及变化特征。结果表明:(1)在不同雨强下,植被边坡侵蚀累计产沙量均随植被覆盖度的增加呈现下降趋势,整体下降演变的趋势可分为迅猛—平缓—稳定3个阶段,三峡库区消落带库岸边坡的临界盖度为50%~70%,维持植被覆盖度在此区间可以有效抑制坡面的泥沙损失。(2)同一植被覆盖度条件下地表径流相对系数与雨强呈正相关。同一雨强条件下地表径流相对系数与植被覆盖度呈负相关,说明坡面植被可以有效地阻滞地表径流,对水土流失具有一定的抑制作用。(3)选用Horton降雨入渗模型分析不同植被覆盖度对降雨入渗速率影响,发现不同植被覆盖下边坡降雨入渗大体分为降雨初期迅速减小,中期减小幅度变缓,后期逐渐趋于稳定3个阶段。植被覆盖度越大,稳定入渗率越高。研究成果可为三峡库区库岸边坡水土流失治理与推动长江生态环境保护修复提供理论参考。

    • 紫色土坡耕地侵蚀耕层土壤养分变化特征

      2023, 37(1):65-70,83. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.010

      摘要 (744) HTML (0) PDF 1.27 M (1022) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过设置侵蚀模拟小区,研究紫色土坡耕地耕层质量退化过程中土壤养分的变化特征。以三峡库区紫色土坡耕地侵蚀耕层土壤为研究对象,基于铲土侵蚀模拟法建立5种侵蚀程度(0,5,10,15,20 cm)和2种管理措施的原位试验,采用田间原位检测、土壤化学性质分析等手段,对常规耕作侵蚀耕层土壤养分的恢复效应和土壤养分的年际变化趋势进行研究。结果表明:(1)耕层土壤养分各项指标均表现为F>CK,表明F较CK改善土壤养分效果较好,且对有机质、全氮和有效磷改善效果明显。(2)紫色土坡耕地耕层土壤养分主要富集在0—20 cm表土层,整体随侵蚀程度加剧,随剖面呈下降的趋势,F下0—30 cm土层土壤养分含量增加明显,对10—20 cm土层有机质含量增幅效果最优。(3)经过连续4年的定位试验,CK下有机质、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾含量较背景值增长4.33%~15.89%,全氮含量较背景值无明显变化,全磷含量较背景值降低11.78%;F土壤养分含量较背景值增长4.51%~49.46%。研究成果可为坡耕地合理耕层调控途径、提高土地生产力提供基础参数。

    • 冻融条件下藻结皮对土壤分离能力的影响

      2023, 37(1):71-76,83. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.011

      摘要 (420) HTML (0) PDF 1.16 M (905) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探明生物结皮存在时,冻融条件下结皮盖度、坡度和流量对土壤分离能力的影响,以黄土高原北部东柳沟小流域的藻结皮为研究对象,采用室内模拟冻融和放水冲刷相结合的试验方法,利用正交设计和田口方法分析藻结皮盖度、坡度、流量和冻融对土壤分离能力的影响。结果表明:土壤分离能力最大时盖度、坡度和流量分别为10%、20 °和24 L/min,而冻融次数正交设计和田口方法中分别为10,1次。冻融条件下,随藻结皮盖度的增大土壤分离能力逐渐减小;随坡度和流量的增加土壤分离能力增大;正交设计中土壤分离能力随冻融次数的增减呈先减小后增大的趋势,而田口方法中则在试验条件下无明显变化规律。正交设计中坡度是影响土壤分离能力的主要因子,各因子对土壤分离能力的贡献率为坡度(15.08%)>盖度(14.38%)>流量(13.69%)>冻融(-13.23%);田口方法中藻结皮盖度是土壤分离能力的主要影响因子,且各因子对土壤分离能力的贡献率为盖度(30.41%)>坡度(25.32%)>流量(1.59%)>冻融(0.85%)。田口方法预测的土壤分离能力相对误差变化幅度小(CV=0.49),决定系数大(R2=0.961,p≤0.001),在一定的试验条件下能够用田口方法预测土壤分离能力。研究结果可为黄土高原北部的土壤侵蚀研究提供理论参考。

    • 不同降雨强度及坡度条件下饱和紫色土坡面细沟形态特征

      2023, 37(1):77-83. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.012

      摘要 (636) HTML (0) PDF 2.27 M (898) 评论 (0) 收藏

      摘要:坡面细沟形态特征的定量分析是研究细沟侵蚀的基础。通过设计3种降雨强度(30,60,90 mm/h)和5种坡度(2°,5°,10°,15°,20°)组合条件下的人工降雨模拟试验,定量研究饱和紫色土坡面降雨强度及坡度对细沟形态及其空间变化特征的影响。结果表明:饱和紫色土坡面细沟平均宽度、深度和细沟宽深比分别为3.44~9.64 cm、1.01~8.14 cm和1.18~3.87,细沟宽度和深度沿坡面从上至下整体均表现出先增大后减小的趋势,细沟宽深比沿坡面表现为上坡<中坡<下坡的变化特征。整体来看,坡面细沟宽度和深度均与降雨强度和坡度呈正相关关系,且降雨强度和坡度对坡面细沟宽度的影响相近,而坡度对细沟深度的影响较降雨强度更显著;细沟宽深比与降雨强度和坡度呈负相关关系,且坡度对坡面细沟宽深比的影响显著大于降雨强度的影响。研究结果对认识饱和土壤坡面细沟侵蚀形态变化规律、进一步探究坡面细沟发育过程具有重要参考价值。

    • 黄绵土坡面细沟侵蚀剥蚀能力试验

      2023, 37(1):84-89,96. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.013

      摘要 (805) HTML (0) PDF 1.19 M (888) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究黄土坡面细沟侵蚀规律,探究水流剥蚀能力的室内测算方法,以黄绵土为研究对象,设置2,4,6,8 L/min 4个流量,5°,10°,15°,20° 4个坡度,土槽长度为12 m,进行室内径流冲刷试验,得到黄绵土坡面细沟侵蚀的临界沟长和输沙能力,基于二者之间的函数关系,推导出剥蚀能力的计算公式,以此研究不同试验条件下临界沟长、输沙能力和剥蚀能力的变化规律,并验证方法的准确性。结果表明:在设计水力工况条件下,黄绵土坡面细沟侵蚀的临界沟长的变化范围在5.33~11.12 m,且临界沟长随流量和坡度的增加而缩短;输沙能力随流量和坡度的增大而增大;剥蚀能力与流量之间存在明显的线性关系,与坡度之间存在较好的对数关系。试验方法与其他方法相比,操作便捷、结果吻合度高,能较好地确定黄土区细沟侵蚀的剥蚀能力。研究结果可进一步完善黄土坡面细沟侵蚀理论。

    • 岩土覆被格局对西南喀斯特坡地产流产沙的影响

      2023, 37(1):90-96. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.014

      摘要 (628) HTML (0) PDF 1.56 M (907) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究不同岩土格局对喀斯特坡地水土流失/漏失的影响,利用人工模拟降雨试验,以裸坡为对照组,研究镶嵌格局、横坡格局、顺坡格局3种岩土覆被格局下的坡面产流产沙特征。结果表明:(1)顺坡格局的地表产流量最多,分别较镶嵌格局、横坡格局与裸坡的地表产流量增加88.6%,67.1%,576.1%,同时顺坡格局的地下产流量最少,分别较镶嵌格局、横坡格局与裸坡减少37.5%,36.1%,39.2%。(2)地表产沙量顺坡格局>镶嵌格局>横坡格局>裸坡,地下产沙量镶嵌格局>横坡格局>顺坡格局>裸坡。3种岩土格局的地表产沙量较裸坡均有明显增加,但地下产沙量相对增加较少。(3)岩土格局可改变地表径流泥沙关系,地表累积径流量与地表累积产沙量呈幂函数关系,镶嵌格局明显改变地表径流泥沙关系,使坡面地表侵蚀量显著提升。研究结果可进一步深化对喀斯特坡地降雨侵蚀规律的认识,为喀斯特地区的石漠化治理提供参考依据。

    • 坡度对降雨径流挟沙能力影响的模拟试验

      2023, 37(1):97-102,113. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.015

      摘要 (373) HTML (0) PDF 1.21 M (784) 评论 (0) 收藏

      摘要:高陡边坡降雨径流侵蚀输移能力是一个重要的科学问题。通过室内模拟降雨试验研究相同雨强不同坡度和坡长条件下的降雨径流侵蚀输移规律。结果表明:(1)试验条件下,水深与水力坡度的1/3次方呈负相关,与坡长的3/5次方呈正相关,流速与水力坡度和水深呈幂函数增加;(2)相同雨强裸坡条件下,径流含沙量与水力坡度的1/2次方呈正相关,与坡长的4/5次方呈正相关。水流挟沙能力约与水力坡度的1/2次方呈正相关。(3)降雨径流的水流紊动扩散作用与重力作用的比值较明渠水流偏大,表明雨滴打击的紊动作用较明显,给出挟沙能力公式。与常用的河流泥沙挟沙能力公式比较,系数偏大,指数偏小。研究成果对深入分析降雨径流侵蚀输移的机制具有重要意义。

    • 无定河流域风沙滩区河道基流变化规律与驱动因素分析

      2023, 37(1):103-113. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.016

      摘要 (711) HTML (0) PDF 1.43 M (1177) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究风沙滩区河道基流变化规律与主要驱动因素,以1954—2018年无定河流域赵石窑水文站实测水文数据和多站点的降水量数据等资料为基础,分析比较3类方法(时间步长法、数字滤波法和平滑最小值法)对无定河流域风沙滩区河道基流分割的适用性,揭示河道基流量的变化特征,量化分析引起基流量变化的驱动因素(降水、植被覆盖度和农业灌溉等)。结果表明:时间步长法中的局部最小值法对风沙滩区河道基流分割结果较其他方法更为合理,其中多年(1954—2018年)平均基流量为3.29×108 m3,基流指数均值为0.71;基流量总体呈极显著下降趋势,且在1972年和2000年发生突变,其周期性变化主要由第1主周期(32年)控制;无定河流域风沙滩区河道基流变化是降水、植被覆盖度和农业灌溉等因素综合影响的结果,其中水文序列第2阶段(1973—2000年)和第3阶段(2001—2018年)与第1阶段(1954—1972年)相比,降水对基流量变化的贡献率分别为29.35%和4.52%,人类活动(植被覆盖度和农业灌溉)的贡献率分别为70.65%和95.48%,说明人类活动是其变化的主要驱动因素。研究结果可为无定河流域风沙滩区水资源合理开发利用提供基础依据。

    • 无定河流域极端泥沙变化特征及其影响因素

      2023, 37(1):114-122. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.017

      摘要 (455) HTML (0) PDF 3.87 M (951) 评论 (0) 收藏

      摘要:近几十年来,全球气候变化异常,极端水文事件频繁发生,认识极端泥沙的动态变化并探究其可能影响因素对于预防泥沙灾害具有重要的现实意义。以黄河中游无定河流域为研究对象,从量级、时间、强度和频次4个方面,构建最大1日含沙量(Sx1d)、最大5日含沙量(Sx5d)、年最大1日含沙发生时间(DSx1d)、年最大5日含沙发生时间(DSx5d)、年均含沙量(Sint)、强含沙量(S95p)、极强含沙量(S99p)、高含沙水流日数(S200)共8个极端泥沙指标,采用Mann-Kendall趋势检验、圆分布统计法分析极端泥沙指标的变化趋势及时间分布特征,基于Pettitt检验判定指标变异时间,并应用RVA法定量评价各指标的变化程度,最后探讨降雨侵蚀力和生态建设措施对极端泥沙变化的影响,以及造成极端泥沙变化的主要因素。结果表明:(1)1958—2018年,无定河流域极端泥沙指标均呈显著减小趋势(p<0.05);(2)Sx1d的发生高峰期为6月30日至8月18日,Sx5d的发生高峰期为7月11日至8月17日,比Sx1d的发生时间更为集中;(3)S200发生中度改变,Sx1d、Sx5d、Sint、S95p和S99p发生高度改变,且S95p和S99p的改变度最大,改变度达-100%,极端泥沙指标整体改变度为83.72%,属于高度改变;(4)1963—1966年,降雨侵蚀力的降低在一定程度上导致无定河流域极端泥沙的减少;1982—2018年,NDVI和年累积坝控面积(Ad)与极端泥沙指标均呈显著负相关(p<0.05),且通径分析表明,Ad比NDVI对极端泥沙指标的直接作用更大,是影响极端泥沙变化的主要因素。研究成果有助于增强对无定河流域极端泥沙变化的认识,为制定泥沙灾害防范策略提供一定的理论依据。

    • 耦合InVEST-PLUS模型的榆林市生境质量

      2023, 37(1):123-132. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.018

      摘要 (732) HTML (0) PDF 5.60 M (1357) 评论 (0) 收藏

      摘要:生境质量是衡量一个地区生态环境优劣的重要参考指标,土地利用变化研究可为区域生境质量时空动态演变特征评估提供科学依据。基于1980年、2000年、2018年土地利用数据,通过InVEST模型、PLUS模型、地理信息图谱法分析并预测榆林市土地利用变化情况,以此探究陕西省榆林市生境质量时空演变特征。结果表明:(1)榆林市景观基质主要由草地和耕地构成,林地和未利用地次之,水域和建设用地占比相对较少,退耕还林政策的实施、治沙工程的开展,以及建设用地的开发是土地利用变化的主要驱动因素。(2)从区域整体分析,1980年、2000年、2018年、2030年生境质量平均值分别为0.502 8,0.520 9,0.518 3,0.525 9,生境值总体变化不大,呈现先增后降再增的波动变化趋势。从空间格局分析,榆林市生境质量分布具有一定的规律性,整体呈现东高西低的格局。生境退化平均值分别为0.029 8,0.028 9,0.029 2,0.028 3,具有生境退化的威胁。研究结果对榆林市自然环境的保护和生境质量的提高具有理论支持和政策意义。

    • 青藏高原坡度坡长因子(LS)空间格局及影响因素分析

      2023, 37(1):133-139. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.019

      摘要 (777) HTML (0) PDF 3.85 M (1204) 评论 (0) 收藏

      摘要:地形是影响土壤侵蚀的主要因素,但目前关于青藏高原地形因子的分布格局和影响因素有待研究。基于1弧秒分辨率的SRTM(shuttle radar topography mission)高程数据,计算坡度、坡长、LS因子(slope length and steepness factors, LS),结合高程积分和Hack剖面等,对青藏高原LS因子的分布格局、统计分布特征和影响因素进行研究,结果表明:(1)坡度、坡长和LS因子这3个地形指标,均表现出高原内部小、四周高山大的格局,内流区与外流区的坡度均值分别为6.55°和14.3°,坡长均值分别为122.9,172.2 m,LS均值分别为4.8和12.7;(2)青藏高原LS因子整体受坡度影响,但高原边缘陡峭地区LS因子主要受坡长影响;(3)青藏高原6条主要河流的Hack剖面都呈上凸形态,该地区地貌演化整体上处于幼年期;(4)青藏高原LS因子的分布特征与土壤侵蚀类型及其组合有对应关系:周边地区的高值对应冰川侵蚀—水蚀,西北部的低值对应水力—冻融侵蚀和风蚀,东南部边缘向高原内部过渡地区的较高值对应水力—重力侵蚀。通过分析LS因子的分布格局和统计特征,可为土壤侵蚀学评价提供理论和数据支撑,对于青藏高原地球系统物质迁移转换研究具有重要意义。

    • 喀斯特区土壤侵蚀与石漠化协同演变及交互关系

      2023, 37(1):140-150. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.020

      摘要 (771) HTML (0) PDF 3.79 M (841) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究喀斯特地区土壤侵蚀、石漠化协同演变规律、驱动因子及主要驱动因子下二者交互关系。采用优化后的RUSLE模型估算贵州省喀斯特地区2005—2015年土壤侵蚀,并利用贵州省全国石漠化普查数据库计算同期石漠化状况,运用地理探测器探究驱动因子以及主要驱动因子下二者交互关系。结果表明:2005—2015年贵州省喀斯特地区土壤侵蚀与石漠化均以中度及以下为主,其中土壤侵蚀中度及以下占比58%以上,而中度及以下石漠化占比达80%以上;时间上二者存在发生时间的异同性,但研究期间,二者均不同程度地趋于好转;中度及以下石漠化中土壤侵蚀发生率较大,中度以上中占比极少,其中无石漠化中土壤侵蚀发生率达70%以上;土壤侵蚀驱动因子解释力大小依次为土地利用>坡度>年降雨量>海拔>岩石裸露率>植被盖度>岩性>土层厚度,石漠化驱动因子解释力大小依次为岩石裸露率>土层厚度>年降雨量>海拔>岩性>土地利用>植被盖度>坡度。因子组合(交互)对土壤流失及石漠化的解释力均较单因子有所增强,其中土壤侵蚀的主导因子为土地利用,石漠化的主导因子为岩石裸露率;主要驱动因子下二者交互关系结果表明,土壤侵蚀与石漠化存在因果关系且土壤侵蚀先于石漠化发生发展,但简单线性关系并不能解释二者关系,而是分阶段呈正相关或负相关的复杂关系。研究结果可为喀斯特地区土壤侵蚀与石漠化防治提供理论参考。

    • 基于PLUS和InVEST模型的安徽省碳储量演化分析与预测

      2023, 37(1):151-158. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.021

      摘要 (933) HTML (0) PDF 5.25 M (1456) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探讨安徽省土地利用变化对碳储量的影响,揭示碳储量时空演化特征和未来变化趋势,通过耦合InVEST模型碳储存模块和PLUS模型,分析1990—2018年安徽省土地利用类型和碳储量时空演化特征,并从自然发展和生态保护情景预测2034年、2050年安徽省碳储量变化趋势。结果表明:安徽省1990年、2000年、2010年、2018年的碳储量分别为1 218.37×106,1 215.65×106,1 211.39×106,1 206.18×106 t,呈现逐年减少趋势,主要由于耕地、林地被侵占。此外,省内土地利用类型空间差异显著,碳储量整体表现为"皖南较高、皖北皖中较低"的空间分布特征。不同情景预测表明,自然发展情景下,安徽省2034年和2050年的碳储量分别为1 197.93×106,1 196.08×106 t;生态保护情景下,其碳储量分别为1 202.89×106,1 200.37×106 t。与自然发展情景相比,生态保护情景下建设用地扩张受到限制,森林、草地等高碳密度地类得到保护,碳储能力提升。研究结果为深入厘清安徽省碳储量时空格局奠定基础,以期为安徽省深入实施可持续发展战略、加快推进生态省建设和"双碳"战略规划提供科学参考。

    • 快速城镇化地区景观格局变化对水生态系统服务的影响

      2023, 37(1):159-167. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.022

      摘要 (758) HTML (0) PDF 4.37 M (1426) 评论 (0) 收藏

      摘要:探究快速城镇化流域景观格局变化的水生态系统服务响应机制,对流域景观规划和生态系统服务提升具有重要意义。以太湖流域为研究区,基于土地利用数据,综合景观格局指数、应用SCS与InVEST、偏相关分析等模型与方法,在刻画景观格局以及雨洪调节、水土保持、水质净化3种典型水生态系统服务的空间分异特征基础上,重点探讨子流域尺度上水生态系统服务对不同景观格局特征的响应关系。结果表明:景观组成和配置对3类典型水生态系统服务的影响中,大部分结论与现有研究结论或认识一致,但也发现太湖流域耕地、林地景观斑块形状复杂程度均能改善河流水质,子流域中的湿地稀少斑块有利于减少面源污染。控制耕地规模、优化耕地与水体距离、减少坡耕地可以有效提升3种水生态系统服务;增加滨水地带林地面积并提高其斑块边缘密度、增加子流域湿地、草地比重有利于更好地控制水体污染;湿地、草地这类关键少量的景观类型的增加是提高水质净化服务最有效的途径。为更全面准确地刻画格局与水生态系统服务的响应关系,还需在生态系统服务流、非线性关系和阈值、不同格局特征对服务的相对贡献等方面开展深化研究。

    • 城市不透水表面的梯度格局、演变驱动与景观优化

      2023, 37(1):168-175. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.023

      摘要 (779) HTML (0) PDF 2.51 M (1301) 评论 (0) 收藏

      摘要:不透水表面扩张对城市生态系统的过程、功能、服务有显著影响,研究其演变规律对城市发展有重要意义。以南京市为研究区,基于2000—2020年土地利用数据,采用空间梯度分析与景观格局分析相结合的方法,沿城市中心向外设置等距辐射状梯度带,分析不透水表面时空分布和梯度变化特征,同时建立沿江、跨江样带,研究不透水表面扩张规模与方向演变背后的驱动机制,最终为南京市景观格局优化提供政策依据。结果表明:(1)不透水表面景观优势度沿梯度带逐渐降低,城市中心不透水表面高度集聚,外围城区是扩张的重点区域,耕地、林地、水域等景观面积缩减严重,景观格局变化剧烈,城郊区域保持低速稳定扩张。(2)地形地貌与河流水系显著影响不透水表面扩张方向,政策规划也起到一定的作用,经济发展、人口增长、产业结构优化影响不透水表面扩张规模。(3)南京市应从改善城市生活空间、转变城市发展模式、控制城市扩张规模3个方面对城市景观格局进行优化。

    • 基于空间插值逐日降水格点数据的福建省降水时空变化分析

      2023, 37(1):176-187,203. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.024

      摘要 (807) HTML (0) PDF 5.60 M (1245) 评论 (0) 收藏

      摘要:构建可靠的高时空分辨率降水数据集,揭示全球变暖背景下的降水时空变化特征,对于水资源管理与水土流失预防与治理至关重要。利用组合空间插值方法,以福建省1979—2018年400余个站点观测逐日降水数据为原始数据源,得到研究区0.05°×0.05°高空间分辨率逐日降水格点数据集。以此数据集为基础,计算8个极端降水指数和3个降水集中程度指标,分析福建省降水时空变化特征。结果表明:提出的组合空间插值方法可以有效提高逐日降水插值精度,并且数据精度高于目前常用的再分析与卫星遥感降水数据产品;福建沿海地区、闽江下游1日最大降水量、5日最大降水量、强降水量、降水总量、降水强度5个极端降水指标有大面积显著上升趋势;全区域降水集中期以鹫峰山脉-闽江下游-戴云山脉一线为界,西北地区早于6月11日,东南地区则晚于6月11日,与福建省前后汛期时段基本相符;西北地区前汛期雨季有后推趋势,东南地区后汛期雨量有增多趋势。

    • 芒萁侵入红壤退化裸地对土壤理化性质和细菌组成的影响

      2023, 37(1):188-196,203. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.025

      摘要 (1096) HTML (0) PDF 3.02 M (816) 评论 (0) 收藏

      摘要:芒萁是最早侵入红壤退化裸地的先锋植物,其侵入过程对土壤环境的改变在退化裸地生态恢复进程中具有重要意义。以福建省长汀县红壤侵蚀裸地为研究对象,分析测定退化裸地中芒萁侵入区和非侵入区土壤理化性质和细菌组成及多样性。结果表明:芒萁侵入裸地显著提高土壤最大持水量、土壤含水率、全碳、全氮、全钾、有机质和pH,并显著降低土壤容重;芒萁侵入区增加根瘤菌目和慢生根瘤菌属等14种土壤优势细菌,变形菌门和甲型(α)变形杆菌的相对丰度显著提高(p<0.05),而土壤绿弯菌门和AD3菌纲的相对丰度显著降低(p<0.05),这些土壤细菌主要功能为化能异养、好氧化能异养和纤维素分解;芒萁侵入裸地显著提高土壤细菌群落结构多样性(p<0.05);芒萁侵入区和非侵入区土壤细菌群落结构差异显著(p<0.05);土壤细菌群落结构的主要影响因子是土壤含水率、全碳、有机质、土壤容重和pH。这些影响因子与疣微菌门、变形菌门、疣微菌纲和甲型(α)变形杆菌纲正相关。综上所述,芒萁侵入后可显著改善红壤侵蚀退化裸地的土壤理化性质,改善土壤细菌群落组成,增加土壤细菌群落多样性和优势菌群,对土壤细菌群落有积极效应。

    • 三峡库区2种土地利用方式下土壤盐基离子及

      2023, 37(1):197-203. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.026

      摘要 (574) HTML (0) PDF 1.18 M (844) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究三峡库区2种土地利用方式下土壤交换性盐基离子及土壤碳氮含量对氮添加的响应,以湖北省秭归县的林地和果园土壤为研究对象,进行室内土柱淋溶模拟试验,研究4种不同氮添加量(0,50,120,200 kg/(hm2·a))下,土壤中交换性Ca2+、Mg2+、Na+、K+以及NO3--N、DOC的变化。结果表明:随着氮添加量的增加,林地土壤中的交换性盐基离子淋失量显著增加(p<0.05),而果园土壤中的交换性盐基离子淋失量无显著变化,且林地土壤中交换性盐基离子淋失总量与各盐基离子淋失量均高于果园土壤;经N1、N2、N3处理后,与对照组(N0)相比,林地土壤中的交换性盐基离子淋失总量分别增加1.78%,4.45%,8.49%,且NO3--N淋失量分别增加89.21%,77.73%,157.25%,说明氮添加通过加剧土壤中NO3--N的淋失带走土壤中交换性阳离子;林地土壤DOC累计淋失量经N2、N3处理分别降低1.15%,9.53%,果园土壤DOC累计淋失量经N1、N2、N3处理分别降低15.55%,5.88%,17.16%;氮添加下,与人为干扰的果园土壤相比,相对自然状态下的林地土壤中交换性盐基离子淋失量对氮添加的响应更敏感。研究表明氮添加量的增加提高林地土壤交换性盐基离子与NO3--N的淋失量,减少林地与果园土壤DOC的淋失量。

    • 青藏高原东北边缘云杉属-冷杉属林火烧迹地枯落物持水特征

      2023, 37(1):204-210,219. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.027

      摘要 (555) HTML (0) PDF 1.21 M (841) 评论 (0) 收藏

      摘要:以青藏高原东北边缘云杉属-冷杉属林火烧迹地为研究对象,基于典型抽样法于2020年8月和2021年7—8月在火烧迹地和未过火天然林采集枯落物样品,采用室内浸泡法测定分析枯落的蓄积量、持水量、有效拦蓄量等指标,探究林火干扰下不同坡位枯落物的水文效应,为更好地促进森林水源涵养以及水土保持功能提供依据。结果表明:(1)在植被恢复过程中,枯落物的厚度和蓄积量随着恢复年限的增加而增加,且厚度为3.75~8.31 cm,蓄积量为6.16~8.13 t/hm2。恢复5,15年火烧迹地上、中、下坡枯落物厚度和蓄积量与天然林差异显著。(2)枯落物的最大持水量为20.94~26.22 t/hm2,恢复5,15年火烧迹地枯落物最大持水量与天然林差异达显著水平。在枯落物持水达到饱和前,不同恢复年限下各坡位枯落物持水量与浸水时间呈对数函数关系,吸水速率与浸水时间呈幂函数关系。(3)枯落物的有效拦蓄量为14.58~16.95 t/hm2,有效拦蓄深为1.44~1.78 mm。恢复5年火烧迹地枯落物有效拦蓄量表现为中坡>上坡>下坡,恢复15年火烧迹地和天然林有效拦蓄量均为下坡>中坡>上坡。综上所述,在植被恢复过程中,枯落物的厚度、蓄积量、持水性能都随着恢复年限的增加而提高,呈现天然林>恢复15年>恢复5年;火烧迹地枯落物的持水性能及持水过程呈现中、下坡大于上坡,即枯落物的水文效应受坡位和火烧干扰的影响。

    • 基于稳定水同位素和原状土柱的贡嘎山原始森林暴雨入渗过程

      2023, 37(1):211-219. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.028

      摘要 (651) HTML (0) PDF 1.47 M (888) 评论 (0) 收藏

      摘要:在贡嘎山原始森林不同土壤质地的样地采集制备原状土柱,监测并分析2020年夏季2场暴雨期间入渗出流过程及出流水稳定同位素(δ18O)变化特征。结果表明:(1)海拔2 649 m的富含砾石的粉壤土样地A在8月6日和8月11日次降雨后平均总出流量(分别为4.14,14.61 L)比海拔3 000 m的粉壤土样地B(1.45,11.99 L)大。样地A的出流过程对降雨的响应也更敏感。(2)出流水的同位素变化幅度小于降雨同位素变化幅度,入渗过程中新旧水混合强烈。(3)2个样地出流水来源和运移路径的变化模式存在明显差异。样地A在初始降雨峰值时体现出极高的降雨贡献和快速触发的优先流路径,出流消退中逐步体现活塞流特征;样地B在相对缓慢的入渗过程中以活塞流为主导,新旧水交换程度更高。因此,较高的有机质和砾石含量以及较大雨强有利于优先流产生,优先流和活塞流的产生转变过程对于降雨强度变化有着快速响应,这对于流域的含水层补给和溶质运移等过程可能产生进一步影响。

    • 三峡库区坡耕地典型香榧套种模式土壤

      2023, 37(1):220-226. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.029

      摘要 (700) HTML (0) PDF 1.47 M (818) 评论 (0) 收藏

      摘要:为阐明三峡库区坡耕地典型香榧套种模式对土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其生态化学计量特征的影响,在重庆市云阳县宝坪镇香榧种植基地内,选取香榧纯林(TG)、香榧-黄精(TGP)、香榧-大豆(TGG)3种套种模式为研究对象,分析不同模式及土层深度下土壤C、N、P含量及其生态化学计量特征。结果表明:不同模式的土壤C含量无显著差异,N、P含量均表现为TGG(0.80,0.53 g/kg)>TGP(0.71,0.40 g/kg)>TG(0.56,0.39 g/kg),且与TG相比,TGG的N、P含量分别显著提高42.9%,35.9%。土壤C、N主要富集在0—10 cm土层,而P主要集中在10—20 cm土层。3种模式的土壤C∶N、C∶P、N∶P分别为8.39~10.73,31.63~45.22,3.25~5.61,均低于全国平均值(14.4,136.0,9.3)。N∶P<10,表明N为研究区限制性养分。相关性分析结果表明,土壤pH、容重和总孔隙度也是影响土壤C、N、P含量及其生态化学计量的重要指标。香榧套种模式有利于土壤养分的积累,TGG的C、N、P含量高于TGP和TG,有较好的培肥效果。

    • 氮沉降下滇中高原森林凋落物分解特征对其持水性的影响

      2023, 37(1):227-237. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.030

      摘要 (644) HTML (0) PDF 1.35 M (828) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究模拟氮沉降下凋落物分解特征对其持水性的影响,旨在为氮沉降背景下森林生态系统养分循环和水分循环相关研究提供理论依据。以滇中高原常绿阔叶林和高山栎林为研究对象,在野外开展模拟氮沉降下凋落叶、枝原位分解研究试验,设置0(对照CK),10(低氮LN),20(中氮MN),25(高氮HN) g/(m2·a)N共4种处理,利用尼龙网袋法和室内浸泡法,探究不同处理下凋落叶、枝质量残留率、持水量和持水率及吸水速率变化特征。结果表明:(1) 2种林分凋落叶、枝质量残留率随分解时间延长而减少;与CK质量残留率相比,LN处理2种林分凋落叶、枝无显著影响(p>0.05),MN和HN处理使常绿阔叶林凋落叶分解第16,19,23,24个月和HN处理高山栎林凋落叶分解第16个月分别增加5.05%~7.45%,7.88%~8.62%,4.72%。(2)与CK分解95%所需时间相比,LN处理使常绿阔叶林凋落叶、枝和高山栎林凋落枝分别增加0.549,0.366,0.402年,高山栎林凋落叶则减少1.011年,MN和HN处理使2种林分落叶、枝增加0.236~3.638年。(3)分解时间和氮沉降及其二者交互作用显著影响凋落叶、枝最大持水量、最大持水率和最大吸水速率(p<0.001);与CK最大持水量、最大持水率和最大吸水速率相比,LN和MN处理使常绿阔叶林凋落叶分别减少21.99%,6.47%,54.47%,16.14%,4.15%,1.25%,HN处理分别增加0.24%,0.80%,0.96%,LN、MN和HN处理使常绿阔叶林凋落枝和高山栎林凋落叶、枝分别增加8.03%~38.22%,5.47%~60.00%,0.46%~5.72%。(4) 2种林分凋落叶、枝持水量和持水率与浸泡时间呈对数函数关系(m=a+bln t),吸水速率与浸泡时间呈幂函数关系(v=at-b)。(5)常绿阔叶林凋落叶和高山栎林凋落枝质量残留率分别与其最大持水量、最大持水率和最大吸水速率呈显著正相关关系(p<0.05)。综上,凋落物持水性受其分解阶段和氮沉降干扰的影响。

    • 氮添加对亚高山针叶林土壤结构及水分入渗性能的影响

      2023, 37(1):238-245. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.031

      摘要 (594) HTML (0) PDF 1.24 M (942) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究大气氮沉降增加导致的土壤团聚体结构变化规律及其对土壤水分入渗性能的影响,在贡嘎山针叶成熟林和中龄林内分别设计2种氮肥形态[(NH4)2SO4、KNO3]和4个浓度水平(0,10,20,40 kg/(hm2·a)N)的添加试验,研究不同形态大气氮沉降对亚高山森林土壤团聚体结构和土壤水分入渗特征的影响。结果表明:(1)随施氮量增加,中龄林土壤大团聚体含量逐渐增加,土壤持水量、孔隙度和水分稳定入渗率逐渐增大;成熟林土壤大团聚体含量、土壤持水量、孔隙度和水分稳定入渗率均表现出先增加后降低的趋势;(2)不同形态氮添加对土壤团聚体结构、孔隙度及水分稳定入渗率的作用无显著差异;(3)土壤持水能力、孔隙度和团聚体结构是土壤入渗性能的主要影响因子,外源氮添加增加中龄林土壤持水量和孔隙度,改善中龄林土壤团聚体结构稳定性和水分入渗性能。

    • 基于干、湿筛法下滇中森林土壤团聚体

      2023, 37(1):246-253. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.032

      摘要 (840) HTML (0) PDF 1.21 M (1188) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究森林土壤团聚体酶活性对氮沉降的响应差异以及团聚体酶活性的影响因素,以滇中亚高山云南松林和华山松林为研究对象,于2020年6月至2021年5月通过野外模拟氮沉降试验,设置对照[CK,0 g/(m2·a)N]、低氮[LN,10 g/(m2·a)N]、中氮[MN,20 g/(m2·a)N]、高氮[HN,25 g/(m2·a)N],分别采集旱季(2021年2月)和雨季(2020年8月)的土壤样品,分析土壤团聚体中脲酶(Ure)、蔗糖酶(Inv)和酸性磷酸酶(AP)的变化特征,以及与环境因子的交互作用,阐明不同筛分方式下土壤团聚体酶活性对氮沉降的响应特征。结果表明:(1)氮沉降对2种林分下土壤团聚体的分布未造成显著影响,而不同筛分方式则影响显著;不同氮沉降水平下,土壤团聚体中3种酶活性均表现出LN促进,MN与HN抑制;(2)与干筛法相比,湿筛法下土壤团聚体中酶活性均有显著下降,Inv和Ure的团聚体酶活性的降幅均在20%以上,AP的降幅可达57.55%;(3)土壤干筛、湿筛团聚体酶活性的几何平均数(GMea)均高于混合土壤,且干筛条件下GMea最高,较湿筛条件下平均增加50.35%;影响土壤酶活性的因子中,林分对Inv的影响最大,而季节对Ure和AP的影响最大。综上,土壤团聚体对土壤酶活性具有隔离保护作用,同时保护效果受季节、林分类型、筛分方法与施氮水平等因素共同影响。研究结果为氮沉降下对区域森林生态系统的土壤生态学过程及维护土壤生态系统的稳定性提供理论依据。

    • 滨海防护林土壤CO2排放和土壤因子对计划火烧的响应

      2023, 37(1):254-261. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.033

      摘要 (601) HTML (0) PDF 1.19 M (858) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究林火对滨海沙地森林生态系统碳循环的干扰作用,以尾巨桉防护林(Eucalyptus urophylla × Eucalyptus grandis)和木麻黄防护林(Casuarina equisetifolia)为研究对象,利用LI-8100土壤CO2通量全自动测量系统测定不同防护林火烧迹地和对照样地的土壤CO2通量,同时测定样地内土壤温湿度和土壤pH、全量碳氮和矿质氮含量,并分析不同林地土壤CO2通量与水热因子关系以及土壤理化特性的变化。结果表明:2种防护林火烧迹地土壤CO2通量均显著低于对照样地,尾巨桉林火烧迹地和对照样地土壤CO2通量月平均值分别为2.47,3.32 μmol/(m2·s),木麻黄林分别为2.48,3.28 μmol/(m2·s)。林火干扰后2种防护林土壤温度和湿度均高于对照样地,在指数函数模型中尾巨桉林和木麻黄林10 cm处土壤温度解释土壤总呼吸的10.4%~21.4%,在二项式函数模型中尾巨桉林和木麻黄林10 cm处土壤湿度解释土壤总呼吸的15.8%~29.4%,在双变量回归模型中土壤温湿度以及其交互作用共同解释土壤总呼吸的33.1%~66.8%。轻度火干扰对尾巨桉和木麻黄林地土壤pH、全量碳氮和矿质氮含量的影响较小,2种防护林火烧迹地土壤pH均有所升高,NH4+-N、NO3--N含量均有所下降。综上所述,林火干扰导致研究区内2种防护林土壤碳排放显著降低,不同样地土壤温度、湿度的双变量模型拟合效果均优于单因素模型,土壤碳排放受到两者的共同影响,为气候变暖背景下林火干扰对滨海沙地防护林土壤碳平衡影响的研究提供参考数据和理论支持。

    • 阿尔泰山哈巴河地区不同草地类型物种

      2023, 37(1):262-271,279. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.034

      摘要 (482) HTML (0) PDF 1.54 M (930) 评论 (0) 收藏

      摘要:以阿尔泰山哈巴河地区5个林区的4种草地类型为研究对象,分析哈巴河地区5个林区各草地类型的物种多样性变化特征。运用回归分析、相关分析和VOR指数等方法,探讨不同草地类型群落物种组成及多样性的影响因素,对草地生态系统健康状况进行评价。结果表明:(1)在不同的草地类型中,荒漠草原与山地草甸草原、山地草甸间群落的相似性系数在0~0.25,异质性大,山地草原和山地草甸草原间的相似性系数处于0.50~0.75,异质性小。(2)在4种草地类型中,各草地类型的Margalef指数与Simpson指数、Shannon-Wiener指数之间R2均小于0.75,且二次项拟合显示出较大的差异,盖度与生物量均呈极显著相关(p<0.01)。(3)海拔与生物量关系均较差,R2均小于0.40,仅山地草甸的海拔与生物量呈极显著相关(p<0.01),其余均不相关。(4)5个林区总体上9月生物量小于6月,但白哈巴林区的山地草原和山地草甸草原的生物量6月小于9月,呼吉尔特林区的荒漠草原生物量6月小于9月。(5)通过对5个林区平均的生物量与VOR指数做拟合分析,R2介于0.118~0.712。5个林区草地生态系统健康水平为那仁(0.914)>白哈巴(0.863)>铁列克(0.848)>呼吉尔特(0.845)>齐巴契列克(0.827)。研究结果为了解哈巴河地区草地生态系统的健康状况提供重要依据,对理解阿尔泰山哈巴河地区不同草地资源的空间分布格局及合理化利用具有重要的意义。

    • 黄土丘陵区柠条人工林土壤水分动态

      2023, 37(1):272-279. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.035

      摘要 (613) HTML (0) PDF 1.23 M (1054) 评论 (0) 收藏

      摘要:明确黄土丘陵区降雨对土壤水分影响,对准确评估降雨格局变化对生态系统结构和功能的影响具有重要意义。以陕北黄土丘陵区退耕地栽植后自然撂荒23年的柠条人工纯林为研究对象,通过土壤湿度传感器监测不同土层土壤体积含水量,探讨不同土层土壤水分补充增量对降雨特征(降雨量、降雨历时和降雨强度)的响应。结果表明:(1)土壤水分消耗和补充主要集中于0-500 cm土层,其月变化在垂直剖面呈"双峰"(4—5月)、"单峰"(6月)和"双峰"(7—10月),随土层深度增加变化率减弱;(2)当降雨量>4 mm时表层土壤水分得到有效补充,当其超过142.8 mm时补充深度可到达200 cm土层,其中长历时强降雨较短历时强降雨对土壤水分补充增量小,但其补充深度较深,达到峰值时间长,但小降雨长历时则土壤水分补充增量较小;(3)降雨特征对土壤水分影响随土层深度增加而减弱,其中降雨量和降雨历时对土壤水分影响主要在0—50 cm土层,而降雨强度对其影响主要在0—30 cm土层。降雨量(降雨历时)和土壤水分补充增量对数拟合最优,而降雨强度与其则表现为幂函数拟合最优,其可分别解释土壤水分补充增量的39%~76%(降雨量)、0~97%(降雨历时)和1%~91%(降雨强度)。综上所述,降雨量越大,降雨历时越长,对深层土壤水分补给增量越大,且土壤水分消耗和降雨对其补充分别在0—500 cm土层和0—200 cm土层。

    • 黄土丘陵区植被群落水分利用策略对干旱胁迫的响应

      2023, 37(1):280-288. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.036

      摘要 (554) HTML (0) PDF 1.30 M (882) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探讨气候变化下灌草群落中主要植物水分来源差异及动态变化。以黄土高原典型自然恢复植物(油蒿、苜蓿与藜)为研究对象,通过减少自然降水的15%(中度干旱)与30%(极端干旱)来控制干旱程度,研究植物水分利用来源与生长对干旱胁迫的响应特征。将植被群落潜在水源划分为浅层(0—20 cm)、中层(20—60 cm)与深层(60—120 cm)土壤水,采用稳定水同位素技术与MixSIAR模型定量分析不同干旱胁迫程度(减雨30%、减雨15%与对照)下植被根系水分吸收特征。结果表明:(1)土壤水与植物水中稳定氢氧同位素值(δD和δ18O)均位于当地大气降水线的右下方,说明土壤水同位素受蒸发影响发生富集;(2)3种典型植物在遭遇干旱胁迫时,其水分利用来源均可灵活转换于不同土层之间,呈浅层土壤水分利用比例减少,中层与深层土壤水分利用比例增加的规律,且随干旱胁迫程度增大愈加明显;(3)不同植被响应干旱胁迫的水分利用策略不同,平地,减雨30%、减雨15%及CK处理下油蒿均主要利用浅层土壤水(贡献率分别为48.2%,52.7%,57.6%),而藜分别主要利用来自中层(43.5%)、浅层(49.6%)与浅层土壤水(53.6%);坡地,减雨30%、减雨15%及CK处理下油蒿均主要利用浅层土壤水(贡献率分别为42.5%,44.5%,58.1%),而苜蓿分别主要利用来自中层(40.9%)、中层(46.7%)与浅层土壤水(53.9%)。这表明半干旱黄土丘陵区植被群落主要物种可通过可塑性转换水分来源以应对干旱胁迫,并在空间上分割群落水源以有效缓解对水分资源的竞争压力,从而通过在水分资源利用上的生态位分化促进物种间的共存。

    • 贺兰山油松林冠层的辐射能量截获及传输利用特征

      2023, 37(1):289-295. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.037

      摘要 (665) HTML (0) PDF 1.18 M (913) 评论 (0) 收藏

      摘要:油松作为我国北方地区典型的森林植被类型,研究辐射能量在其冠层中的分配、收支及传输,是构建森林冠层辐射传输模型和生态过程模型的理论基础,对阐明森林植被群落中能量流动和物质循环机理具有重要意义。基于贺兰山生态站油松林通量塔定位观测获取的上、下行长短波辐射、光合有效辐射(photosynthetically active radiation,PAR)以及气象数据,分析2021年4—9月不同天气和季节条件下油松林冠层的辐射能量截获及传输特征。结果表明:(1)晴天条件下太阳总辐射的日变化表现为光滑的"单峰"曲线,但多云条件下则呈现不规则的"多峰"曲线,且减弱48.3%的太阳总辐射能量到达冠层顶部。(2)太阳总辐射以下行短波辐射为主,晴天的上行短波辐射日变化虽也呈"单峰"形态,但仅占下行短波辐射的8.1%,上行和下行长波辐射随昼夜交替略有波动。(3)太阳短波辐射的季节动态特征表明,上行和下行短波辐射在6月最高,而上行和下行长波辐射在7月最高。(4)在冠层上方(25 m处)呈规则"单峰"形态的PAR日动态曲线,经过冠层截获和传输作用后,在冠层下方(7 m处)变为不规则曲线;PAR的透过率为32.2%~53.9%,透过率在6月达到最高。(5)4-9月生长季短波反射率为7.8%~8.8%,而地表长波辐射收支比为0.73~0.80。结果显示,贺兰山油松林冠层对辐射能量有明显的截获作用,其辐射传输在不同天气条件和不同季节表现出较大的差异。

    • 不同改良剂对河套灌区盐碱土入渗特性及水盐分布的影响

      2023, 37(1):296-303. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.038

      摘要 (816) HTML (0) PDF 1.16 M (899) 评论 (0) 收藏

      摘要:为对比研究改良剂对河套灌区盐碱土入渗特性及水盐分布的影响,设置对照组及2种施用水平(1%和2%)下的2种改良剂(生物炭和脱硫石膏)共5组处理,进行室内土柱试验。结果表明:(1)相比于对照组,1%施用量的生物炭能使入渗时间延缓8.9%,抑制水分入渗,降低相同时间内的土壤累积入渗量,2%施用量的生物炭对水分入渗过程起到先抑制后促进的作用,能使入渗时间缩短35.6%,2种施用量的脱硫石膏都能使入渗时间缩短91.1%,促进水分入渗,提高相同时间内的累积入渗量;只有2%施用量的生物炭使最终的累积入渗量大幅增加62.8%。(2)湿润锋运移距离与时间呈幂函数关系,用Kostiakov模型对累积入渗量和时间的关系拟合相对于Philip模型效果更好。(3)相比于对照组,只有1%施用量的生物炭使入渗后的土壤含水率降低2.7%,其余各处理均出现不同程度的增加;2种施用量的生物炭分别使入渗后的土壤含盐量显著降低28.5%和52.0%,但2种施用量的脱硫石膏分别使土壤表层含盐量显著提高184.3%和403.7%,其中2%施用量处理使土壤整体平均含盐量显著提高73.0%。综合考虑各处理改良后的入渗特性、土壤含水率和脱盐效果,2%施用量的生物炭更适用于河套灌区的盐碱土改良。

    • 玛纳斯河流域不同灌区棉田土壤CO2和N2O排放通量

      2023, 37(1):304-312. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.039

      摘要 (583) HTML (0) PDF 1.39 M (819) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究石河子灌区、新湖总场灌区、莫索湾灌区之间土壤温室气体排放的差异性,通过长期的野外观测及样品采集,采用静态箱—气相色谱法,于2019年棉花出苗期、花铃期、吐絮期对玛纳斯河流域石河子灌区、新湖总场灌区、莫索湾灌区棉田土壤温室气体进行日观测,应用统计学方法,并结合土壤温度、含水量、pH、有机碳、铵态氮、硝态氮等因素分析。结果表明:(1)土壤CO2和N2O具有明显的季节变化和日变化,土壤CO2和N2O排放通量的峰值出现在花铃期,分别为527.160,1.713 mg/(m2·h)。同时,CO2排放通量日变化峰值出现在13:00,N2O排放通量日变化峰值出现在17:00,表现为单峰曲线。2种土壤温室气体在生育期内的排放通量在不同灌区之间有所差异,呈现出新湖总场灌区>莫索湾灌区>石河子灌区。(2)土壤CO2和N2O排放通量受温度影响更为显著,土壤CO2和N2O均与温度呈显著正相关。石河子灌区、新湖总场灌区、莫索湾灌区Q10分别为1.31~1.82,1.40~2.68,1.32~1.92。(3)石河子灌区、新湖总场灌区、莫索湾灌区在棉花生育期碳库储量分别为3.34,2.93,2.8 Tg。

    • 膜下滴灌制度与生物炭用量对玉米生长及水氮利用效率的影响

      2023, 37(1):313-322. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.040

      摘要 (511) HTML (0) PDF 1.30 M (921) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探明干旱地区盐碱地膜下滴灌不同灌水下限施用生物炭对玉米产量和水肥利用效率的响应差异及相互影响关系,提出较优的灌溉制度和生物炭用量。连续2年在河套灌区盐渍化农田玉米生长阶段进行小区控制试验,设计3个灌水下限[土壤基质势为-15(W15),-25(W25),-35(W35)kPa,灌水定额为22.5 mm]和3个生物炭用量水平,2因素完全随机试验设计,共9个处理。测定并分析玉米全生育期0—15 cm土壤理化性状、作物生长特征和水氮利用效率。结果表明:不同灌水下限施用生物炭整体提高玉米全生育期土壤含水率、有机质和碱解氮含量,同一灌溉水平下生物炭用量越高,各指标提升的幅度越大。施用生物炭提高玉米地上部干物质积累量和产量,灌溉水利用效率和氮肥偏生产力显著提高,且生物炭施用当年的效果普遍优于翌年。相较于不施用生物炭的对照,W15、W25、W35条件下,B15使玉米产量平均增加12.8%,10.3%,14.2%,灌溉水利用效率提高14.2%,10.4%,12.9%,氮肥偏生产力提升12.8%,10.4%,14.0%,其节水增产提效的作用普遍优于同一灌水处理的B30。建议河套灌区盐渍化农田玉米生育期的膜下滴灌灌水下限为-35 kPa,生物炭施用量为15 t/hm2

    • 灌水量和生物有机肥对滴灌枣田水盐动态及土壤养分属性的影响

      2023, 37(1):323-331. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.041

      摘要 (703) HTML (0) PDF 1.42 M (970) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过探究不同灌溉水平下施用生物有机肥对红枣田土壤水分、盐分及土壤养分属性的影响,为红枣种植提供适宜的水肥方案。设置2个灌溉水平(W1:6 000 m3/hm2,W2:6 600 m3/hm2),3个基施水平(S1:1 200 kg/hm2,S2:1 650 kg/hm2,S3:2 100 kg/hm2),以不施加生物有机肥作为对照(W1CK,W2CK),共8个处理,开展田间试验。施加生物有机肥可以提高土壤含水率、土壤有机质和总碳含量,且同一灌溉水平下,随施肥量的增加均表现为S3>S2>S1>CK。W1灌溉水平下,较CK处理相比,施加生物有机肥后0—150 cm土壤含水率、土壤有机质和总碳含量分别提高3.20%~17.97%,9.96%~20.31%,2.03%~5.42%,W2灌溉水平下,较CK处理相比,各项指标分别提高5.37%~20.19%,6.55%~21.18%,2.09%~6.34%。施加生物有机肥可以降低0—150 cm土壤盐分含量和土壤pH,且同一灌溉水平下,随施肥量的增加均表现为S3

    • 我国近20年主要粮食作物产量、进出口及化肥投入变化特征

      2023, 37(1):332-339. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.042

      摘要 (1030) HTML (0) PDF 1.23 M (1207) 评论 (0) 收藏

      摘要:为明确我国近年来主要粮食作物产量、进出口及化肥投入变化特征,基于中国统计年鉴数据,分析我国2000—2020年稻谷、小麦、玉米、豆类和薯类5种粮食作物的总产、单产、播种面积、进出口量及化肥投入的时空变化特征。结果表明:我国主要粮食产量在2003—2020年间连续17年递增,粮食总产的增加主要表现为东北、华北和西北农区玉米产量的增加。近20年5种粮食作物单产水平均呈上升趋势,以稻谷单产最高,但小麦单产提升幅度最高,为89.9%,稻谷单产提升幅度最低,为12.3%。与2000年相比,我国5种作物播种面积增加10.4%,总体上我国粮食播种面积和单产水平对粮食增产的贡献率分别为19.9%和80.1%。2000—2020年,我国稻谷、小麦、玉米和大豆4种作物进口量呈增加趋势,其中以大豆进口量最高,2020年占到4种粮食进口量的82.6%。我国化肥用量和施用强度均经历先增后减过程,峰值为2015年的6 022.6万t。我国化肥用量主要集中在华北农区和长江中下游农区,年均化肥用量占全国年均投入量(5 146.5万t)的55.1%,化肥施用强度则以东南农区和华北农区最大,分别较全国平均水平(322.6 kg/hm2)高66.4%和25.7%。综合上述,我国近20年主要粮食作物总产量整体呈增加趋势,粮食平均单产提高是我国粮食增产的主要贡献因子,我国粮食进出口由最初的调剂余缺转变为以大豆为主的大规模进口,化肥总用量以2015年为峰值经历先增后减变化规律。

    • 秸秆深埋配合减氮对旱塬春玉米水分利用的影响

      2023, 37(1):340-344,353. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.043

      摘要 (419) HTML (0) PDF 1.15 M (820) 评论 (0) 收藏

      摘要:提高土壤水分利用是黄土旱塬区农业可持续发展的重要目标。通过4年春玉米田间试验,研究秸秆深埋配合减氮对土壤剖面耗水和水分利用分布的影响,旨在为黄土高原旱作农业区水肥科学管理提供科学依据。试验于2017年4月至2020年9月在陕西长武中科院黄土高原农业生态试验站进行。试验设置4个处理:常量施氮(CON1,N250 kg/hm2),秸秆深埋配合常量施氮(CON2,N250 kg/hm2+秸秆),减量施氮(CR1,N200 kg/hm2)和秸秆深埋配合减量施氮(CR2,N200 kg/hm2+秸秆)。结果表明:(1)秸秆深埋处理提高春玉米产量9.80%~10.43%;减量施氮至200 kg/hm2并不降低春玉米产量, 配合秸秆深埋处理显著提高春玉米产量。(2)土壤耗水量波动主要发生在100—200 cm土层,0—100 cm土层土壤耗水达到动态平衡;秸秆深埋显著降低土壤总耗水量(p<0.05),2017年和2019年秸秆深埋处理土壤总耗水量降低10.86,20.31 mm。(3)试验4种处理水分利用效率为CR2>CON2>CR1>CON1,秸秆深埋配合减氮至200 kg/hm2水分利用效率最高,为33.16 kg/(mm·hm2)。在黄土旱塬区,秸秆深埋配合减量施氮至200 kg/hm2是提高水分利用效率的有效措施。

    • 功能菌剂与生物炭配施对沙化土壤的影响

      2023, 37(1):345-353. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.044

      摘要 (813) HTML (0) PDF 1.29 M (929) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究生物炭和功能菌剂协同调控沙化土壤养分和微生物多样性与功能,可为沙化土壤肥力培育提供理论依据。选择毛乌素沙地典型生态经济林沙化土壤为研究对象,采用田间定位试验,运用高通量扩增测序技术,解析不同添加量(2%,4%,8%)生物炭处理及其配施定量功能菌剂(枯草芽孢杆菌+巨大芽孢杆菌+胶质芽孢杆菌)处理对土壤化学性质及细菌菌群多样性与功能的影响。结果表明:(1)与单一生物炭处理相比,生物炭+功能菌剂处理组土壤有效氮、磷养分含量分别提升44.71%和187.36%;(2)生物炭单施或者配施功能菌剂均使酸杆菌门相对丰度显著降低,而生物炭+功能菌剂处理中厚壁菌门的相对丰度,分别增加163.80%,155.15%,100.21%,并且不同程度上调土壤细菌物种丰富度和多样性;(3)功能菌剂与生物炭配施改变土壤细菌介导的碳氮循环功能,如显著提高土壤细菌的有机物质分解功能,壳聚糖和木聚糖分解过程较对照组分别上升186.54%,242.46%,增强细菌的氨化和呼吸功能,而单施生物炭处理提升细菌的反硝化与固氮功能。综上,生物炭和功能菌剂的添加提高土壤有效氮磷养分含量,显著改变土壤细菌群落多样性与群落功能,生物炭配施功能菌剂优于单施生物炭处理,该结果可为沙化土壤改良方法的选择提供科学依据和理论参考。

    • 耐盐菌联合化学复合改良剂协同改良

      2023, 37(1):354-360. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.01.045

      摘要 (571) HTML (0) PDF 1.69 M (1056) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究生物和化学方法联用对黄河三角洲地区盐碱土的改良效果,首先进行粉煤灰的改性和土著耐盐菌的筛选,选取其中2株耐盐菌(BY-4、BY-8)与化学复合改良剂(改性粉煤灰+脱硫石膏+腐殖酸(FSZ))通过联合配施的方法开展室内土柱淋溶试验,研究渗滤液和土壤中盐基阳离子、可溶性有机碳(DOC)、土壤钠吸附比(SAR)以及土壤有机质等的变化规律。结果表明:BY-4和BY-8除具有明显的耐盐和产吲哚乙酸能力,还分别具有较高的溶磷与解钾能力;与对照(CK)处理相比,添加化学复合改良剂(FSZ)能显著促进水溶性Na+的淋洗,降低土壤中水溶性Na+的总含量和SAR值,提高土壤中DOC和有机质含量,且耐盐菌BY-8联合化学复合改良剂的处理(FSZ8)效果最好;与CK相比,FSZ8处理下土壤水溶性Na+总量下降33.30%,耕层土壤SAR下降79.76%,DOC淋溶损失下降34.60%,耕层土壤有机质含量上升79.47%。研究结果有助于理解耐盐菌在改良盐碱土壤中的作用,并可为生物和化学复合改良剂的研发和利用提供理论和数据参考。