• 2023年第37卷第5期文章目次
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    • 我国泥石流数值模拟研究历程及发展趋势

      2023, 37(5):1-11. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.001

      摘要 (410) HTML (0) PDF 3.98 M (693) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对泥石流流变特性和动力学过程复杂的特点,在系统收集国内泥石流数值模拟研究相关文献的基础上,按初步探索、逐渐完善和成熟多元3个阶段对我国泥石流数值模拟研究的历程及现状进行了总结。根据物质组成和动力学特征来看,泥石流的动力学模型可划分为连续介质、离散介质和混合介质模型,通过分析不同模型的特点及应用场景,对比总结各类模型和数值计算方法的适用性及不足,在此基础上针对当前泥石流模拟存在的难点,对泥石流数值模拟的发展进行了展望,旨在为泥石流数值模拟研究及应用软件开发提供参考。

    • 土壤矿质结合态有机碳形成及稳定机制的研究进展

      2023, 37(5):12-23. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.002

      摘要 (520) HTML (0) PDF 3.80 M (874) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着分子生物学的发展,微生物的作用改变了科学界对土壤有机碳(SOC)形成和固持的认知。土壤微生物残体与矿物结合形成矿质结合态有机碳(mineral-associated organic carbon, MAOC)加深了对SOC固存的理解。MAOC是以土壤微生物残体C为主的SOC组分,主要由分子量相对较低且可识别的微生物残体与矿物表面结合而成。由于MAOC对草地和农田生态系统土壤C库的贡献超过50%,且周转时间较长(百年-千年尺度),研究其形成过程和稳定机制已成为碳中和背景下土壤碳汇的焦点。现阶段的研究明确指出,MAOC的形成和稳定不仅与微生物残体C密切相关,还与土壤矿物有着非常紧密的联系。基于此,聚焦土壤微生物"碳泵"调控SOC形成这一前沿科学问题,围绕土壤微生物残体贡献MAOC形成这一科学构架进行概述,旨在揭示不同来源LMW-DC(溶解态低分子量C底物)对MAOC形成的贡献,探讨土壤矿物对LMW-DC选择性吸附机理,探究MAOC贡献稳定C库的影响因素。并对该研究领域未来的发展进行展望,以期能从分子水平出发,探究不同生态系统、土壤类型及土层深度微生物的调控差异,为土壤有机碳固持的研究提供理论参考,为丰富土壤C源/汇功能提供科学依据。

    • 土壤结皮对乌拉山矿山废弃地客土坡面侵蚀特征的影响

      2023, 37(5):24-30. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.003

      摘要 (215) HTML (0) PDF 1.29 M (573) 评论 (0) 收藏

      摘要:土壤结皮对坡面水分入渗及侵蚀产沙具有重要影响,但其具体作用过程和机理尚存在一定争论。以乌拉山矿山废弃地客土坡面为研究对象,采用原位冲刷试验,研究不同坡长(2,4,6,8,10 m)和产流产沙过程中,土壤结皮对径流泥沙的影响。结果表明:(1)2 m土壤结皮坡面总径流和泥沙量显著增加,分别是对照坡面的2.17,1.56倍;4~10 m土壤结皮坡面总径流量和总泥沙量降低,其中总径流量为对照坡面的67.17%~78.45%,总泥沙量为对照坡面的54.53%~83.56%。(2)土壤结皮坡面与对照坡面产流速率随产流时间变化基本一致,呈现波动稳定或略微提高趋势;产沙速率在对照坡面随产流时间呈下降趋势,而在结皮土壤坡面呈现下降与稳定2种趋势。(3)累积径流量、累积泥沙量与产流时间关系均可用线性函数和幂函数表达。随产流时间变化,土壤结皮坡面对累积径流量的影响可分为全程提高、全程降低、先提高后降低3种类型,对累积泥沙量的影响可分为提高与降低2种类型。因此,土壤结皮对坡面产流产沙过程的抑制或促进作用与坡长和侵蚀发生过程密切相关。

    • 基于WEPP模型的工程建设中施工便道边坡水土流失特征——以林芝市巴宜区为例

      2023, 37(5):31-39,47. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.004

      摘要 (312) HTML (0) PDF 1.34 M (483) 评论 (0) 收藏

      摘要:工程建设中施工便道导致的水土流失与传统土壤侵蚀不同,施工便道改变原自然坡面形态及水文过程,致使植被破坏、地表裸露,并形成路面、挖填边坡等多个侵蚀产沙部位,结构松散的路堑及边坡对降雨的响应更强、速度更快,土质低等级道路所引起的土壤侵蚀问题占比很大,因此研究可为工程扰动中施工便道的水土流失防治提供基础依据。以林芝市巴宜区为研究对象,采用WEPP模型对工程扰动下不同降雨条件、不同坡度坡长情况下施工便道边坡径流量、土壤流失量进行模拟分析,揭示施工便道边坡水土流失特征规律和关键影响因素。结果表明:(1)开始产生径流的60 min最大雨强(I60)为11.16 mm/h,降雨量为12.40 mm;I60处于10~17 mm/h范围内径流量低于0.50 mm,土壤流失量低于0.010 kg/m2,当I60超过17 mm/h后,I60与径流量、土壤流失量具有线性关系。(2)径流量随坡度增加呈"快速增加-增速减慢-逐渐减小"3个阶段,坡度在5°以下时产生最低径流量56.98~58.00 mm,坡度在30°~35°时产生最高径流量76.19~77.01 mm;土壤流失量随坡度增加呈"先快速增加-后趋于稳定"2个阶段,坡度在5°以下边坡土壤流失量最小,坡度在50°后趋于稳定。(3)靠山边坡径流量随坡长增加而降低,不靠山边坡径流量则随坡长变化保持稳定,坡长在50 m后靠山边坡径流量低于不靠山边坡,且差异随坡长的增加而增大;靠山边坡土壤流失量随坡长的增加呈"先快速增加-后增速减小"趋势,不靠山边坡土壤流失量随坡长的增加基本保持匀速增加。研究结果用于高寒区工程扰动后边坡水土流失驱动机制分析。

    • 草被覆盖、雨强和坡度对黄土坡面径流含沙量的影响

      2023, 37(5):40-47. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.005

      摘要 (162) HTML (0) PDF 1.23 M (667) 评论 (0) 收藏

      摘要:径流含沙量的大小体现水沙关系的消长和演变,可以作为评价植被影响下径流和产沙的交互演变过程特征的重要指标。通过人工降雨试验,研究不同草被覆盖度变化在不同雨强和不同坡度条件下对黄土坡面径流含沙量的综合影响特征。结果表明:(1)草被盖度越大,坡面径流的初始产流时间越滞后。有草被覆盖坡面的径流含沙量随降雨历时变化为降雨前15 min有波动,但总体上呈降低趋势,之后达到稳定,且有草被覆盖坡面的径流含沙量显著低于裸地。(2)径流平均含沙量均随雨强和坡度的增大而增大,平均含沙量对雨强和坡度的响应均可用幂函数方程描述,R2分别为0.823~0.974和0.880~0.971。随着盖度的增加,平均含沙量降低,且雨强对平均含沙量的影响随盖度的增加而减弱。平均含沙量对盖度的响应可用线性方程描述,R2为0.732~0.979。(3)径流平均含沙量对盖度和雨强(R2=0.822,NE=0.921,p<0.01)及对盖度和坡度(R2=0.975,NE=0.697,p<0.01)的响应关系皆可用二元幂函数方程描述,径流平均含沙量对盖度、雨强和坡度(R2=0.771,NE=0.774,p<0.01)的综合响应可用三元线性方程描述,其中基于盖度和雨强,以及基于盖度、雨强和坡度的模型拟合效果最佳,对于含沙量的影响程度为盖度>雨强>坡度。研究结果可为黄土坡面含沙量的变化特征及机理提供参考,对黄土高原水土流失治理和生态系统可持续发展具有重要意义。

    • 工程堆积体流速及产沙特征对坡长及砾石作用响应

      2023, 37(5):48-56,102. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.006

      摘要 (91) HTML (0) PDF 1.32 M (427) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着经济社会的高速发展以及工程建设项目的快速递增,大量生产建设项目扰动地表并破坏原地貌植被,大范围且不平衡的挖填活动使得多余的土石混合堆积,尤其在山区工程建设形成的多余土石混合介质,堆积在沟道和河道上游及边坡,在强降雨条件下易发生严重水土流失,甚至造成滑坡、泥石流等灾害。以人为重塑工程堆积体为研究对象(坡度25°),通过模拟降雨试验,开展极端降雨条件下(降雨强度为2.5 mm/min)不同坡长(3,5,6.5,12 m)及砾石质量分数(0,10%,20%,30%)共同作用对堆积体流速空间分布特征及产沙特性影响的研究。结果表明:(1)坡长12 m时流速在降雨全过程始终处于波动状态,随砾石质量分数增大,波动幅度减小,而坡长3,5,6.5 m下的流速随产流历时呈先递增后趋于稳定的变化趋势。中下坡位平均流速是中上坡位的1.12~1.54倍,随着坡长增大,平均流速递增17.81%~335.94%,含砾石堆积体平均流速较纯土堆积体降低22.88%~54.67%,砾石质量分数比坡长对流速影响更显著。(2)纯土堆积体平均侵蚀速率随坡长显著增大,递增幅度达7.88%~87.67%,而含砾石堆积体随坡长增大在3~5 m呈下降趋势,降低9.10%~28.86%,但随后又显著增大,存在1个临界坡长。坡长为6.5,12 m的堆积体平均侵蚀速率较3 m增大22.33%~122.48%。砾石具有显著降低堆积体坡面侵蚀效果,其减沙效益达到24.99%~59.54%,且砾石对堆积体平均侵蚀速率影响的贡献是坡长的1.13倍。(3)堆积体坡面中上坡位流速对侵蚀速率影响大于中下坡位,平均侵蚀速率与流速之间呈极显著相关,流速可作为平均侵蚀速率的表征参数,其线性拟合关系较好(R2=0.67~0.95)。研究成果进一步深化了土壤侵蚀学科内涵,可为生产建设项目工程堆积体侵蚀预测模型提供数据基础,同时也为阐明工程扰动坡面侵蚀内在机制提供理论依据。

    • 喀斯特坡地侵蚀性降雨阈值初探

      2023, 37(5):57-63. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.007

      摘要 (130) HTML (0) PDF 1.15 M (411) 评论 (0) 收藏

      摘要:喀斯特坡地表层岩溶带发育,入渗强烈,产流机制与非喀斯特坡地有较大差异,为提高喀斯特坡地土壤流失模型预测准确性,以贵州省普定县陈旗小流域6个不同土地利用类型径流小区为观测对象,分析2007-2010年、2015-2019年2期泥沙和地表径流数据,了解产流产沙规律,并利用降雨侵蚀力偏差法计算各小区侵蚀性降雨量。结果表明:(1)植被覆盖率与喀斯特坡地地表产流产沙量呈负相关,高植被覆盖下,暴雨和极端暴雨是造成喀斯特坡地水土流失的主要降雨事件;(2)植被恢复十余年随着覆盖度的提高,年均土壤流失量呈显著下降趋势,多小于10 t/km2;(3)喀斯特坡地裂隙发育,地下漏失严重,土壤量少且不易被侵蚀,除少数极端暴雨外,多数降雨不产流不产沙,因此建议将喀斯特坡地侵蚀性降雨量阈值定为50 mm,该阈值显著高于非喀斯特地区。

    • 喀斯特坡面生物结皮发育对土壤抗蚀性能的影响

      2023, 37(5):64-70. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.008

      摘要 (106) HTML (0) PDF 1.16 M (433) 评论 (0) 收藏

      摘要:西南喀斯特地区普遍发育的生物结皮,对土壤侵蚀有显著的抑制作用。以贵州喀斯特坡面不同退耕年限地块(0,3,5,8,11年)生物结皮为研究对象,对不同流量水平(0.2,0.3,0.4,0.5 L/s)和坡度(5°,12°,17°,23°)条件下生物结皮对土壤抗蚀性能的影响机制进行研究。结果表明:(1)生物结皮发育能够促进土壤颗粒胶结,增强土壤团聚体稳定性,改善土壤结构,提高土壤持水和透水能力。(2)生物结皮发育可增强土壤抗崩解和抗剪切能力,与去除结皮处理相比,结皮存在时的土壤抗崩解和抗剪切能力分别提高24.83%~46.62%和25.77%~37.73%。(3)发育年限内(3~11年)结皮层抗拉力变化范围为1.95~5.76 N,随着生物结皮发育年限增加,结皮层结构越趋稳定,其抵抗破坏的能力也越强。(4)生物结皮可明显提高土壤抗冲性能,且受流量和坡度的双重制约,流量和坡度都存在临界值,分别为0.4 L/s和17°,超过临界值后,其保护作用显著减弱。研究结果对于喀斯特地区准确估算土壤流失和生态恢复建设正确评价具有重要意义。

    • 红壤丘陵区不同盖度生物结皮对水分入渗的影响

      2023, 37(5):71-77. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.009

      摘要 (232) HTML (0) PDF 1.14 M (426) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究不同盖度生物结皮对入渗特征的影响,在红壤丘陵区咸宁选取第四纪黏土发育土壤(S型)和泥质页岩发育土壤(N型)上的生物结皮,设计6个盖度水平(裸地,1%~20%,20%~40%,40%~60%,60%~80%,80%~100%),使用微型圆盘入渗仪(mini disk)测定土壤入渗过程,探究入渗过程的影响因素,同时采用3种常见的入渗模型对入渗过程进行拟合,并评价模型适用性。结果表明:(1)相对于裸地,生物结皮发育提高土壤有机质和黏粒含量,增加结皮厚度和生物量,降低砂粒含量。(2)第四纪黏土发育土壤水分入渗特征随生物结皮盖度的增加而逐渐降低,初始入渗速率、稳定入渗速率、平均入渗速率、非饱和导水率的变化范围分别为0.25~1.55,0.13~0.91,0.17~1.11,2.04~8.48 mm/min。泥质页岩发育土壤除40%~60%盖度砾石含量较高,土壤水分入渗也随盖度的增加而逐渐减小,80%~100%盖度的初始、平均和稳定入渗率较裸地分别降低91.14%,87.64%和91.30%,生物结皮的存在阻碍土壤水分入渗。冗余分析表明,对于第四纪黏土发育土壤,生物量(54.30%)对其入渗特征的解释度最高,泥质页岩发育土壤则为盖度(39.30%)和砾石含量(34.00%)。(3)Horton模型、Kostiakov模型、Philip模型3种主流入渗模型中Horton模型拟合效果最优。研究结果可为揭示湿润区生物结皮水分运移规律提供科学参考。

    • 江苏省种植业碳排放的测算及达峰分析

      2023, 37(5):78-85. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.010

      摘要 (101) HTML (0) PDF 1.15 M (486) 评论 (0) 收藏

      摘要:在实现"碳达峰、碳中和"的目标背景下,明确农业温室气体排放现状,模拟预测峰值,为促进江苏省农业低碳减排提供科学依据。基于农业物资投入和农田土壤利用2类碳源,采用IPCC碳排放系数法和清单法综合测算江苏省1990-2020年间种植业碳排放量,运用Tapio脱钩模型对农业碳排放量与农业经济增长的脱钩关系进行分析,并根据灰色预测模型GM(1,1)对2021-2060年碳排放量进行预测。结果表明:(1)2020年江苏省种植业碳排放为1 999.53万t,1990-2020年间呈现先增加后降低再增加然后趋于平稳的趋势;种植业碳排放主要来源于农田土壤利用,农田土壤利用碳排放占比为77.73%~86.95%,农资投入碳排放占比为13.05%~22.27%;(2)化肥是农资投入碳排放源中最主要的排放源,其占比为69.15%~79.20%,其次是农药和农膜,农机、灌溉、翻耕占比均较低;(3)水稻是农田土壤利用排放源中最主要的排放源,其占农田土壤利用碳排放的79.76%~87.23%,其次是小麦和蔬菜,大豆、玉米、棉花占比均较低;(4)脱钩关系以弱脱钩和强脱钩为主,表明随着种植业生产总值的提高,农业种植碳排放呈缓慢增长或递减的趋势;(5)分别以1990-2020(近30年)和1999-2020(近20年)年农业种植碳排放量数据为样本,预测2021-2060年江苏省农业种植碳排放呈持续增长趋势,2060年仍未达峰;以2010-2020(近10年)年农业种植碳排放量数据为样本预测,2021-2060年江苏省农业种植碳排放呈持续降低趋势,种植业碳排放已于2020年达到峰值,表明近年来江苏省在低碳绿色农业发展已初见成效。

    • 长江三峡山地集水区土壤水分空间变异特征

      2023, 37(5):86-93. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.011

      摘要 (151) HTML (0) PDF 1.33 M (463) 评论 (0) 收藏

      摘要:为阐明亚热带湿润气候区山地坡面土壤水分的时空变化及影响因素,以三峡库区针叶林覆盖的中山凹坡为研究对象,采用经典统计学和地统计学的方法,对2019-2020年5 m×5 m网格点监测的117个点位0-70 cm土层深度的土壤水分数据进行分析,研究了湿润和干旱条件下典型凹坡集水区内土壤含水量的统计学特征与环境因子的相关性,以及土壤含水量的空间变异特征。结果表明:(1)水平方向上,集水区内各层土壤水分均表现为中等变异(10%

    • 等高犁耕对黄土坡耕地坡形与坡度的影响

      2023, 37(5):94-102. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.012

      摘要 (82) HTML (0) PDF 1.23 M (441) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了明确等高犁耕条件下黄土坡耕地地形与坡度的变化特征,基于6个坡度(3°,5°,10°,15°,20°,25°)和5个耕作强度(6,12,18,24,30次)的组合,开展模拟耕作试验,利用测针法获取耕作后地表高程数据,探讨耕作强度和坡度对黄土直线形坡演化特征的影响。结果表明,在等高向下犁耕条件下,不同坡度的直线坡随着耕作强度的增加逐渐向"∽"形复合坡演化。同一坡度下,随着耕作强度的增加,坡脚延伸,整体小区投影坡长增大,坡脚高程增加幅度大,堆积现象明显,坡度大幅度减小;坡中高程增加,逐渐抬起坡度减小;坡顶形成的新分水岭的高程和位置随之减小和向下推移,直接侵蚀速率逐渐减小且趋于稳定。坡度通过影响土壤运动能力控制耕作时土壤的分布。因此坡度越大,单次耕作后坡形的变化越明显,直接侵蚀速率越大。研究结果有助于更加深入了解耕作侵蚀对坡耕地地形的影响,为控制坡耕地土壤侵蚀提供理论依据。

    • 水分胁迫和粉煤灰添加对风沙土颗粒分形维数及肥力的影响

      2023, 37(5):103-110. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.013

      摘要 (75) HTML (0) PDF 1.18 M (480) 评论 (0) 收藏

      摘要:探讨不同比例粉煤灰在水分胁迫下与风沙土复配对沙土颗粒分形维数及肥力的影响,为毛乌素沙地土壤肥力提升提供理论依据。采用盆栽控水方法,设置4个粉煤灰水平(F0、F1、F2、F3,分别占风沙土干重的0,1%,5%,10%)和3个水分梯度[W1、W2、W3,分别占田间持水量的(75±5)%,(55±5)%,(35±5)%],采用分形维数反映在水分和粉煤灰作用下风沙土粒径分布特点,利用主成分分析结合聚类分析方法评价不同处理下风沙土肥力变化。结果表明:(1)在相同水分条件下,风沙土分形维数随着粉煤灰复配比例的增加而增加。(2)在相同粉煤灰复配比例下,风沙土中硝态氮(NO3--N)含量随着水分胁迫利用效率提高,呈现出增加的趋势。(3)粉煤灰和水分处理条件下风沙土中全氮(TN)含量均处于较低水平,在实际生产过程中应考虑配施氮肥。(4)对风沙土肥力综合评价结果表明,粉煤灰10%复配比例效果较好,且在干旱情况下有一定的适用性。

    • 周期性淹水对水库消落带根土复合体抗剪性能的影响

      2023, 37(5):111-120. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.014

      摘要 (69) HTML (0) PDF 1.30 M (420) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探究三峡水库消落带根土复合体抗剪性能的影响机制,以狗牙根根土复合体为研究对象,利用三轴试验,定量分析含水率、干湿交替次数以及含根量对根土复合体抗剪性能的影响。结果表明:(1)随着干湿交替次数和含水率的增加,土壤抗剪性能逐渐劣化,含水率13%的根土复合体抗剪强度依次比含水率18%、含水率23%的土壤抗剪强度提高0.12%~14.76%,12.47%~21.14%;经历干湿交替6次与3次的根土复合体抗剪强度比经历1次的降低6.31%~14.71%与2.41%~8.19%。(2)根系含量能显著影响土壤抗剪性能,含根量为1.5 mg/cm3的土壤抗剪强度比含根量为0.5 mg/cm3的土壤抗剪强度提高0.86%~21.10%,内摩擦角增长0.09%~16.31%,黏聚力增长2.27%~30.55%。(3)含水率是影响土壤抗剪性能最主要的因素,对抗剪强度的贡献程度排序上为含水率(61.30%)>干湿交替次数(21.17%)>含根量(8.28%)。研究结果为消落带固土护岸的物种筛选、群落构建、水土保持生态建设、生态系统重建以及水库岸线管理等提供科学依据。

    • 渭干河上游流域近60年的入库水沙变化特征及趋势分析

      2023, 37(5):121-129. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.015

      摘要 (189) HTML (0) PDF 1.48 M (464) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究干旱半干旱地区多沙河流的水沙特性及趋势,对流域内水沙调控、水沙预测具有重要意义。基于宏观(微观)的角度来详细研究干旱半干旱地区多沙河流的水沙特性及趋势,以期为流域内水沙调控、水沙预测提供理论帮助。应用累积距平法、ITA法和ITA-CB法计算克孜尔水库入库流量、入库输沙率,并分别从年内、年际、年代际3个尺度系统地分析流量、输沙率的变化特征与趋势。结果表明:(1)年内水沙分布特征高度相似,二者的最高值均分布在7月,其最低值分别分布在3月和1月,年际尺度上波动性强且差异明显;(2)年度入库流量呈现上升趋势且有增加倾向,夏季表现为上升趋势且存在减弱倾向,其中高值区升高趋势减弱,需要注意干旱的极端气候;(3)年度输沙率呈上升趋势,季度尺度下的趋势特征均表现为下降趋势,其中夏秋两季下降趋势有减弱倾向,冬季出现增强倾向。与传统分析方法相比,ITA与ITA-CB方法能够有效识别出序列内部间存在的微观趋势,有助于详细分析区域水沙的变化特征。

    • 水土保持措施对密云板栗林坡面产流产沙的影响

      2023, 37(5):130-136. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.016

      摘要 (209) HTML (0) PDF 1.16 M (491) 评论 (0) 收藏

      摘要:以北京市密云板栗林为研究对象,设置植物措施、工程措施和植物+工程措施处理(裸地作为对照)分析不同水土保持单一措施及其组合措施对坡面产流产沙及水沙关系的影响,以期为密云区板栗林水土保持措施的制定提供科学依据。结果表明:植物措施方面,卷柏处理的减流率和减沙率分别为62.8%,88.3%,减流减沙效果优于椰丝毯、狗牙根和结缕草处理;工程措施方面,水平阶处理的减流率和减沙率分别为83.2%,92.9%,减流减沙效果优于鱼鳞坑处理;组合措施方面,水平阶+卷柏处理的减流率和减沙率分别为86.7%,96.1%,水土流失防治效果最好。不同水土保持措施对径流量和产沙量的影响还取决于降雨量和降雨强度。综上,考虑到植物+工程组合措施的减流减沙效果略强于工程措施,但差异不显著,因此在综合考虑经济效益和生态效益的基础上,建议采用工程措施进行板栗林水土流失防治,具体采取水平阶作为研究区的主要水土保持措施。

    • 三峡库区茶园坡面土壤水分空间分布特征及对降雨补给的响应

      2023, 37(5):137-144. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.017

      摘要 (77) HTML (0) PDF 2.27 M (405) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用高频率(5 min)的土壤水分探针和自动气象站监测三峡库区典型茶园坡面与林地坡面的土壤水分变化过程及其对降雨的响应,明确了林地和茶园土壤水分变化的规律,揭示了土地利用方式和微地形对土壤水分和降雨储蓄的影响机制。结果表明:(1)在时间上,茶园和林地土壤含水率随降雨量的变化而改变,土壤含水率随土层深度呈现"W"型和"S"型变化。土壤含水率年内变异系数随着土层深度的增加而降低,表层土壤(10 cm)含水率为中等变异水平(10%p<0.05),砂粒比表面积小,保水性差,因此林地各坡位储水量明显大于茶园。(3)坡位对林地和茶园土壤水分的影响体现为上坡土壤水分的季节变化幅度小于中下坡,在80-120 cm土层表现最明显,上坡80-120 cm土层水分较稳定,而中下坡80-120 cm土层水分波动较大。坡位对储水量补给量的影响表现为下坡补给量大于中上坡。(4)Pearson相关分析表明,林地和茶园各坡位土壤水分补给量与降雨量呈显著正相关关系(p<0.01),且线性回归结果表明,决定系数(R)除茶园上坡外均大于0.81,说明土壤水分补给量和降雨量的拟合度较好。研究结果可为山地丘陵区茶园坡面降水资源的合理利用和区域水土流失治理提供参考。

    • 3种植物基固沙剂固土性能及其对植物生长影响的试验研究

      2023, 37(5):145-151. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.018

      摘要 (89) HTML (0) PDF 1.21 M (424) 评论 (0) 收藏

      摘要:植物基固沙剂是以植物材料提取物为主成分的环保型固沙剂,为研究其应用于沙质耕地是否具有可行性,以3种植物基固沙剂(刺槐型、亚麻型和向日葵型)和沙土为研究对象,喷施等量清水处理为CK,开展不同用量植物基固沙剂对沙土形成的固结层抗压、抗风蚀及其植物种子萌发、幼苗生长的比较试验研究。结果表明:(1)刺槐型、亚麻型、向日葵型固沙剂喷施于风沙土地表,均可形成1~14 mm厚度固结层,其平均抗压强度较CK分别提高206.21%,147.51%,72.74%。(2)3种植物基固沙剂均具有显著的固沙效果,随用量增加土壤抗风蚀能力均显著增强,在5 g/m2用量下风蚀量最低,较CK分别减少65.92%,58.33%和69.55%。(3)刺槐型、亚麻型固沙剂对小麦种子萌发及芽生长有促进作用,向日葵型固沙剂有抑制作用,且随用量增加抑制效果明显,在3 g/m2用量时种子发芽受到显著抑制,发芽率较CK降低62.50%;在4 g/m2用量时,根系萌蘖受到显著抑制;在2 g/m2用量时,芽生长受到显著抑制。(4)固结层对幼苗破土有一定影响,刺槐型固沙剂固结层影响最大,当达到5 g/m2用量时,小麦、苜蓿的出苗率较CK分别显著降低10.54%,3.90%,但幼苗顶破固结层后,3种固沙剂均对小麦、苜蓿植株生长有一定促进作用。综合考虑抗压强度、植物种子萌发及幼苗生长因素,在C3、C4、Y3、Y4用量下有较好的抗风蚀效果,且对植物无抑制作用。研究结果为植物资源类固沙剂研发和应用提供理论依据,为耕地土壤风蚀治理技术提供参考。

    • 黄土高原间作大豆对幼龄果园土壤水分及氮素累积的影响

      2023, 37(5):152-159. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.019

      摘要 (124) HTML (0) PDF 1.27 M (400) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探明间作豆科作物对幼龄果园土壤水分、硝态氮含量以及树木生长的影响,并对黄土高原旱作果园土壤肥力提升与可持续发展提供指导,以黄土丘陵区苹果/黄豆复合系统为研究对象,通过测定种植黄豆整个生育期内试验小区水分、硝态氮含量以及果树叶片含氮量和生理指标的变化来评价不同间作密度黄豆对果树生长的影响。结果表明:(1)相较于清耕果园,中密度间作在黄豆花期前对果园土壤水分含量有一定的提升作用,而高密度间作加剧行间水分的消耗,显著降低土壤含水量。(2)不同土层硝态氮相对累积量随黄豆生育期后移呈现逐渐下移且分布逐渐均衡的趋势,土壤总硝态氮累积量处理间未表现出显著差异。(3)中、高密度间作均可有效提升果树叶片氮含量,促进果树生长,而中密度间作黄豆使土壤含水量最高提升17.6%,叶片氮含量最高增加8.04%。因此,中密度间作黄豆在黄土高原旱作苹果园更具有间作优势。

    • 基于斜坡单元的怒江州滑坡易发性研究

      2023, 37(5):160-167. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.020

      摘要 (70) HTML (0) PDF 5.24 M (421) 评论 (0) 收藏

      摘要:开展滑坡易发性分析是制定合理的地质灾害防治规划的基础,对防灾减灾工作具有重要意义。以怒江州为研究区,斜坡单元为评价单元,选取高程、坡度、坡向、NDVI、距河流距离、降雨量、岩性、距断层距离和距道路距离9个因素为评价因子,采用信息量(I)模型、确定性系数(CF)模型以及I-LRCF-LR耦合模型进行滑坡易发性评价,并对4种模型进行精度验证。结果表明:(1)CF-LR模型中滑坡点落入高、极高易发区占比最大,为88.77%,且滑坡点密度(0.309 2)最大,高于I模型(0.285 4)与CF模型(0.277 6)单一模型;(2)极高、高易发区主要发育于怒江、独龙江、澜沧江和通甸河4条河流一带;中易发区主要分布于研究区东部;低和极低易发区主要分布在研究区的北部、中部以及西部边缘地区;(3)根据基于Sridevi Jadi经验概率法和ROC曲线的结果均表明,CF-LR模型预测精度高于其他3个模型。

    • 土地利用和植被覆盖变化对长汀县30多年土壤侵蚀变化的定量影响

      2023, 37(5):168-177,188. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.021

      摘要 (109) HTML (0) PDF 10.57 M (480) 评论 (0) 收藏

      摘要:土地利用和植被覆盖是人类活动对大自然改造的直接体现,为研究人类活动对土壤侵蚀的定量影响,以中国南方红壤典型水土流失区——福建省长汀县为研究区,利用每间隔3~4年的11个年份的遥感影像,基于USLE模型评估该县1988-2020年30多年来的土壤侵蚀时空变化特征,定量分析不同土地利用和植被覆盖度(fractional vegetation cover, FVC)变化对土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)长汀县土壤侵蚀严重区域主要集中于县域中部河田镇、三洲镇和策武镇等地,30多年来,土壤侵蚀强度呈先增后减的趋势,1988-1994年土壤侵蚀状况逐渐严重,1994年的水土流失率高达30.49%,90年代中期后开始逐渐好转,至2020年水土流失率降为6.22%。(2)1988-1994年和1994-2001年2个时期,林地转化成裸地的面积最大,导致土壤侵蚀增加量平均约占每个时期增加量的93%;2001-2010年和2010-2020年2个时期,裸地转化成林地的面积最大,引起的土壤侵蚀减少量平均约占每个时期减少量的73%。(3)30多年来长汀县FVC呈先减少后增加的趋势,1988-1994年平均FVC从44%减少到35%,随后开始增加,至2020年,FVC增加至79%;土壤侵蚀量与FVC呈反比,FVC减少对土壤侵蚀量的影响更大,FVC平均每降低1%,土壤侵蚀量增加7.49万t;而FVC平均每增加1%,土壤侵蚀量减少3.75万t。(4)FVC对土壤侵蚀的敏感性与坡度呈正比,低坡度下土壤侵蚀随FVC变化较均匀,高坡度等级下,FVC低于60%时,对土壤侵蚀的敏感性高,FVC每增加10%,土壤侵蚀模数平均减少262.73 t/(km2·a)。研究结果有助于分析长汀县土壤侵蚀在长时间序列上的时空变化及人类活动对土壤侵蚀的影响,为长汀县未来的土地利用规划和生态保护提供重要的科学支持。

    • 植被覆盖变化与土壤保持演变空间异质性研究

      2023, 37(5):178-188. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.022

      摘要 (150) HTML (0) PDF 3.66 M (396) 评论 (0) 收藏

      摘要:为定量研究植被覆盖与土壤保持两者之间的关系及植被覆盖对土壤保持的影响,选取十大孔兑为研究区,利用趋势分析法、空间自相关分析、InVEST模型,重点分析十大孔兑2000-2020年植被覆盖、土壤保持时空变化及植被覆盖变化对土壤保持的作用。结果表明:(1)研究期内,十大孔兑区植被覆盖均呈增加趋势;(2)2000-2020年,土壤保持量随着植被覆盖的增加而增加,说明植被覆盖增加对于土壤侵蚀有明显的抑制作用,对土壤保持服务功能有明显的促进作用;(3)植被覆盖与土壤保持局部空间自相关,Moran's I指数<0,但2000-2020年相关系数逐渐增大,在空间分布上,相关性分布差异明显,"高-高"和"低-低"分布在中游库布齐风沙区以及上游丘陵沟壑区有零星分布,"高-低"和"低-高"分布在上游丘陵沟壑区和下游冲积平原区,主要是上游丘陵沟壑区海拔较高,对于土壤保持能力较强,但植被覆盖度较低,下游冲积平原区主要为农田生态系统,生长季NDVI较高,但土壤抗蚀性差,土壤保持能力较弱。通过对十大孔兑区植被覆盖变化和土壤保持演变及其空间异质性和相关关系进行分析,说明植被覆盖增加在一定程度上对土壤保持有促进作用,同时也为研究区的水土流失治理工作提供一定的参考作用。

    • 基于InVEST模型的青弋江流域土壤侵蚀与影响因素研究

      2023, 37(5):189-197. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.023

      摘要 (123) HTML (0) PDF 3.45 M (394) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究安徽省青弋江流域土壤侵蚀的演变规律和驱动因素,采用InVEST模型对该流域2000-2018年的土壤侵蚀特征开展了研究,量化了不同土地利用类型、海拔、坡度下土壤侵蚀状况,并借助地理探测器对流域土壤侵蚀影响因素进行分析。结果表明:(1)2000年、2010年、2018年该流域平均土壤侵蚀模数分别为15.29,14.14,10.74 t/(hm2·a),侵蚀总量分别为1.08×107,1.00×107,0.76×107 t,呈现逐渐减小特征;(2)流域内土壤侵蚀空间差异显著,呈现"北低南高"的分布格局;(3)不同土地利用类型土壤侵蚀模数大小表现为裸地>草地>林地>耕地>建设用地>水体,全流域林地侵蚀量最大,占总侵蚀量的73.71%;(4)地形因子对流域内土壤侵蚀存在显著影响,坡度是青弋江流域土壤侵蚀主导因子,因子间交互作用对土壤侵蚀的解释力均大于单因子,其中坡度与年降水量和土地利用的协同作用解释力最强,分别达22.93%和22.29%;(5)坡地坡度降缓及增加草地和林地覆盖可以有效降低土壤侵蚀。研究结果为厘清青弋江流域土壤侵蚀分布格局和驱动因素,以及为青弋江流域推进水土保持治理工作和提高生态效益提供决策依据。

    • 典型黑土小流域侵蚀强度时空变化特征——以海伦市光荣小流域为例

      2023, 37(5):198-206. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.024

      摘要 (81) HTML (0) PDF 3.95 M (492) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了系统反映黑土区典型水蚀小流域土壤侵蚀特征,基于连续的Landsat TM/OLI影像计算NDVI,并基于优化后的土壤和土地利用参数,结合实地调查,利用中国土壤流失方程(CSLE)、基于单位流量加权侵蚀沉积模型(USPED)分别模拟了海伦市光荣小流域2000-2021年间平均土壤侵蚀模数和侵蚀沉积分布格局,并通过融雪侵蚀模型(SHI)模拟了2017年春季融雪侵蚀空间分布,综合分析了小流域的侵蚀格局成因。结果表明:2000-2021年间CSLE模拟发现,小流域平均土壤侵蚀模数为5.57 t/(hm2·a),平均土壤流失量为0.55 mm/a,坡上侵蚀量较少[0~2 t/(hm2·a)],为微度侵蚀,坡中处于极强烈侵蚀和剧烈侵蚀等级,侵蚀贡献主要来自坡度2°~6°区域,占总侵蚀量的79.56%;USPED模拟发现,小流域78.11%面积发生侵蚀或沉积,其中侵蚀面积占流域面积24.89%,平均侵蚀模数为9.40 t/(hm2·a),且多集中在坡中和坡底侵蚀沟位置;沉积面积占流域面积的53.22%,平均沉积模数为-4.39 t/(hm2·a)。受降雨的变化影响,2000-2021年间小流域平均侵蚀模数整体呈上升趋势,侵蚀性降雨集中发生在7,8月。SHI模型结果显示,小流域2017年春季平均融雪侵蚀模数为1.65 t/(hm2·a),占该年总侵蚀量的32.07%,高于基于降雪量数据计算的融雪侵蚀模数。研究结果可为东北典型黑土小流域水土流失模拟和科学防控提供依据。

    • 基于CSLE-TLSD耦合模型的近40年洞庭湖流域土壤侵蚀时空分异及归因分析

      2023, 37(5):207-214,266. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.025

      摘要 (81) HTML (0) PDF 3.29 M (392) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了精确模拟洞庭湖流域土壤侵蚀动态过程并定量评估其影响因素贡献,在中国水土流失方程(CSLE)的基础上耦合泥沙输送限制模型(TLSD),实现对土壤分离-搬运-沉积全动态过程分析。在此基础上,采用趋势分析和地理探测器方法探究洞庭湖流域1980-2020年土壤侵蚀时空分异特征与影响机制。结果表明:(1)CSLE-TLSD耦合模型在各水文站的年输沙量模拟值和实测值拟合结果较好(R2=0.56);(2)1980-2020年洞庭湖流域年均土壤侵蚀模数为5.09 t/(hm2·a),侵蚀模数和面积在整体上均呈下降趋势,其中侵蚀显著改善区域占流域总面积的22.60%,而显著加剧区域仅占2.69%;(3)年侵蚀总量以2005年为突变点,呈现出先下降后上升的趋势;(4)2005年前后导致土壤侵蚀变化的主导因子从地类变化转变为年降雨量变化。综上,洞庭湖流域土壤侵蚀总体呈现侵蚀面积收缩、局地恶化的趋势,其中极端降雨事件和经果林开发是侵蚀加剧的主要原因。

    • 长株潭城市群土地利用碳排放与生态系统服务价值时空关系分析

      2023, 37(5):215-225. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.026

      摘要 (71) HTML (0) PDF 4.75 M (386) 评论 (0) 收藏

      摘要:在"双碳"目标和保护生态环境的双重约束下,研究土地利用变化引起的碳排放与生态系统服务价值之间的交互关系对促进碳中和目标实现与区域高质量发展具有重要意义。选取长株潭城市群主城区为研究对象,以2000-2020年5期土地利用、能源消耗和社会经济等数据为基础,综合运用网格分析法和双变量空间自相关模型探索土地利用碳排放与生态系统服务价值的时空演变特征及交互作用规律。结果表明:(1)2000-2020年各土地利用类型间发生不同程度的转移,其中,耕地与林地分别减少392.77,268.10 km2,建设用地增加661.80 km2。(2)2000-2020年长株潭城市群的净碳排放量为正,整体表现为碳排放,且净碳排放量显著增加,由1 099.84×104 t增长到4 109.21×104 t;碳排放强度呈现中心高、边缘低的空间分布特征。(3)ESV缓慢降低,由392.06×108元下降到292.86×108元,下降幅度为5.34%;ESV强度整体呈现湘江流域高、周边区域低的空间分布特征。(4)土地利用碳排放强度与ESV强度之间存在明显的负相关性;二者的局部集聚类型可分为高高、低低、低高、高低4种,其空间分布范围各异。研究结果为揭示土地利用变化引起的碳排放与生态系统服务价值时空关系提供了参考。

    • 未来气候及土地利用变化对水源涵养量的影响

      2023, 37(5):226-234. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.027

      摘要 (254) HTML (0) PDF 2.27 M (356) 评论 (0) 收藏

      摘要:四水四定背景下,科学量化变化环境下城镇或小流域未来水源涵养量是水资源管理、水利规划和水生态保护等工作的重要基础。水源涵养量尺度转化是目前生态水文学研究的难点之一,较高精细尺度研究是尺度转化的重要切入点。以秦岭北麓灞河流域为研究区,应用SWAT模型、CA-Markov模型、ArcGIS、RClimDex等分析工具,评估NEX-GDDP-CMIP6高分辨率数据集对灞河流域月流量模拟能力,选取最优气候模式,模拟未来土地利用变化,分析灞河流域未来30年水源涵养量演变趋势,旨在为秦岭生态保护、水资源管理、土地利用保护等提供基础数据。结果表明:(1)NEX-GDDP-CMIP6高分辨率数据集ACCESS-CM2、ACCESS-ESM1-5、CanESM5等9个气候模式对月平均流量均值模拟效果较好,对极端流量模拟效果较差,NESM3气候模式相比其他8个气候模式有较好的流量模拟效果。(2)NESM3气候模式低估极端降水情况,高估持续干燥天数,月尺度降水数据模拟能力高于年尺度和日尺度。(3)通过Kappa系数检验CA-Markov模型在灞河流域土地利用变化方面具有较好的适用性。(4)在土地利用和气候变化叠加背景下2023-2050年灞河流域水源涵养量呈下降趋势。研究结果对灞河流域水资源管理、秦岭水源涵养功能研究及秦岭生态保护具有重要意义。

    • 无定河流域基流变化特征及其对降水的响应

      2023, 37(5):235-242. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.028

      摘要 (253) HTML (0) PDF 5.21 M (282) 评论 (0) 收藏

      摘要:基流是干旱区河流水资源的重要组成部分,在维持河川径流和维护流域生态安全等方面具有重要作用。探究无定河流域基流变化特征及其对降水的响应,对优化黄土高原水资源配置意义重大。基于无定河流域1960-2019年逐日降水量、径流量数据,利用数字滤波法、小波变换、双累积曲线及弹性系数法等,分析了降水量与基流深年际和年内变化特征,探讨了降水量与基流深的时频域关系及基流对降水的时滞效应,并明确了降水-基流关系的变化方向。结果表明:无定河流域年基流深和年基流指数分别呈极显著下降趋势(p<0.001)和不显著增大趋势(p<0.1),多年平均值分别为23.83 mm和0.67。基流深和基流指数值在春秋两季较大,夏冬两季较小;夏秋季降水对基流的控制能力在高能量和低能量区均明显强于春冬季;基流对降水的年均时滞时长为3.2天,月均(5-10月)时滞时长均在7天内。在过去60年间,流域基流储量增加7倍以上;降水量与基流深的关系发生2次变化,变化点分别为1971年和2000年;2000年后基流对降水的敏感性减弱,二者关系变化的方向更加稳定。研究结果以期为黄河中游地区水资源可持续开发利用提供理论支撑。

    • 高寒草地植被与土壤水源涵养功能的时空耦合关系

      2023, 37(5):243-251,274. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.029

      摘要 (209) HTML (0) PDF 3.60 M (297) 评论 (0) 收藏

      摘要:探究草地植被格局与土壤水源涵养功能的关系,对于评价和有效利用土壤及草地植被资源起着重要的作用。以黄河源区的高寒草地生态系统为研究对象,运用MODIS数据构建土壤水源涵养功能模型并探究其时空变化特征,明确草地植被的时空变化规律,以耦合协调度理论为基础探讨二者耦合关系的季节性变化和空间分布特征。结果表明:(1)2000-2021年土壤水源涵养功能指数和综合植被指数在各个季节上均呈增加趋势,22年的季平均值表现为夏季和秋季高于春季和冬季;(2)2000-2021年各个季节土壤水源涵养功能-植被(SWCF-VEG)的耦合协调度基本上均呈增加趋势,同时各土层深度耦合协调度值的空间分布差异明显,且在季节上表现为夏季>秋季>春季>冬季;(3)2000-2021年季节上各草地类型的SWCF-VEG耦合协调度均为增加趋势;各季节温性草原不同土层深度耦合协调度的平均值均最大,且夏季、秋季和冬季各草地类型的值均表现为10-20 cm>0-10 cm;各草地类型不同季节的耦合协调发展类型各异。研究结果为黄河源区草地植被与土壤水源涵养功能的耦合关系提供高效定量的时空分析方法,可为草地植被-土壤的可持续发展奠定基础。

    • 鄱阳湖湿地不同环境条件土壤AM真菌群落特征及其影响因素

      2023, 37(5):252-258. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.030

      摘要 (74) HTML (0) PDF 1.87 M (356) 评论 (0) 收藏

      摘要:丛枝菌根(AM)真菌可以与湿地植物共生,并在湿地生态系统的修复与维护过程中具有重要作用。然而,不同环境条件下湿地土壤AM真菌群落分布特征及其影响因素仍然有待明晰。选择鄱阳湖湿地不同水位条件(高水位和低水位)2种典型植物群落(南荻和水蓼)为研究对象,运用高通量测序技术探究水位和植被类型对鄱阳湖湿地土壤AM真菌群落结构和多样性的影响,比较不同环境条件下AM真菌群落结构和多样性差异,分析其与土壤理化性质的关系。结果表明,AM真菌OTU数为21~38,水位和植被类型影响鄱阳湖湿地土壤AM真菌OTU数,高水位下AM真菌OTU数高于低水位,水蓼群落高于南荻群落。被鉴别出的菌属为GlomusClaroideoglomusParaglomus,其中,Glomus是优势属,占比85%以上,其相对丰度在高水位下显著高于低水位(p<0.05),南荻群落高于水蓼群落。AM真菌多样性指数(Simpson和Shannon指数)受水位和植被类型以及二者交互影响(p<0.01),低水位下不同群落之间的AM真菌多样性指数无显著差异,而高水位下水蓼群落AM真菌多样性指数显著高于南荻群落(p<0.05)。水位对AM真菌群落结构的影响高于植被类型,只有在低水位下植被类型才显著影响AM真菌群落结构。相关性分析显示,AM真菌多样性指数(Shannon和Simpson指数)与土壤因子无显著关系,低水位下土壤含水量与Glomus和OTU数量呈显著负相关(p<0.05),而高水位下pH与优势属Glomus数量呈显著正相关(p<0.05)。因此,湿地生态系统中土壤含水量对Glomus的影响存在阈值效应。研究结果能为退化湿地生态系统修复提供科学指导。

    • 基于层次分析-熵权法的内蒙古农牧交错带农业用水水平综合评价

      2023, 37(5):259-266. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.031

      摘要 (211) HTML (0) PDF 1.14 M (312) 评论 (0) 收藏

      摘要:在我国北方干旱半干旱地区,农业灌溉是水资源消耗的主要途径,农业水资源利用效率的高低,直接决定着区域可利用水资源量。为探究我国北方农牧交错带农业用水水平,以内蒙古农牧交错带农业灌溉用水为研究对象,在综合分析用水现状的基础上,通过层次分析-熵权法和模糊综合评价相结合的方法,选取体现农牧交错带农业用水特征的代表性指标,构建农牧交错的农业用水水平综合评价体系,对2020年内蒙古农牧交错带农业用水进行综合评价。结果表明:内蒙古农牧交错带各旗县间农业灌溉用水量相差较大,整体呈现东高西低趋势,灌溉水量为582.41~4 905.86 m3/hm2,灌溉水利用效率为51%~84%;各旗县农业用水综合评价得分为2.26~3.67,农业用水水平整体处于中等偏上,29个旗县中较高水平占比44.80%,中等水平占比55.20%;与作物水分利用效率(WUE)对比,构建的综合评价体系可以更真实地反映出农牧交错带农业用水实际情况,对于农牧交错带中农业用水水平处于中等偏下水平的旗县地区,需加大力度发展农业节水措施,提升农业水资源利用效率。

    • 适宜喷播基质的保水材料制备及其应用效果

      2023, 37(5):267-274. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.032

      摘要 (91) HTML (0) PDF 1.36 M (314) 评论 (0) 收藏

      摘要:喷播基质是矿山边坡植被修复的重要材料,但受降雨冲刷后易产生水肥流失问题。以增强喷播基质水肥保持能力为目的,制备以菌糠、醋酸乙烯酯和丙烯酸为原料的保水材料,通过模拟降雨冲刷方法研究其对喷播基质改良的保水保肥和植物修复影响。结果表明:m(菌糠)/m(丙烯酸)为1/3、中和度为80%、交联剂用量为0.09 g、引发剂用量为0.36 g、醋酸乙烯酯用量为6 mL时保水材料在蒸馏水中吸水倍率为123.94 g/g,在0.9%的氯化钠溶液中吸水倍率为84.36 g/g。该保水材料可显著提升喷播基质的抗冲刷性和植物修复效果,且纤维可增强保水材料的效果。在冲刷-蒸发循环中降低18.57%的径流量,延长初始产流时间;使硝态氮、铵态氮、总磷的流失量分别降低15.89%,56.52%,58.21%;黑麦草出芽率、存活率、干重分别增加76.19%,48.45%,33.33%;黑麦草全氮、全磷、全钾含量分别提高77.48%,33.33%,60.66%;根际喷播基质较对照的含水量提高30.50%。研究结果为解决喷播基质修复矿山边坡时的水肥流失问题提供理论依据。

    • 水氮调控对暗管农田土壤脱盐效果及向日葵产量品质的影响

      2023, 37(5):275-282. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.033

      摘要 (71) HTML (0) PDF 1.19 M (305) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究暗管排水条件下盐渍化农田最适宜的水氮制度,在河套灌区暗管布设区开展2年田间试验,设置低水(120 mm,I1)、中水(210 mm,I2)和高水(330 mm,I3)3个灌溉水平及低氮(0 kg/hm2,N1)、中氮(105 kg/hm2,N2)和高氮(210 kg/hm2,N3)3个追氮水平,分析不同水氮组合对土壤脱盐率及向日葵水氮利用效率和产量品质的影响。结果表明:暗管排水条件下,高水中氮(I3N2)的脱盐效果最佳,较其他水氮处理的脱盐率平均提高5.82%。高水(高氮)条件下,产量随着施氮量(灌水量)的增加而升高,其中高水高氮(I3N3)的产量最高,平均为5 129.72 kg/hm2。相同灌水量下,高氮(N3)水平的灌溉水利用效率最高,追氮量越大,肥料偏生产力越低。低水(I1)和中水(I2)条件下高氮(N3)水平最有利于籽仁蛋白质和必需氨基酸的合成。高水(I3)条件下,中氮(N2)水平有利于籽仁蛋白质和必需氨基酸的合成,低氮(N1)水平最有利于籽仁粗脂肪的合成。各灌水水平中,中水(I2)和高水(I3)各处理中蛋白质和必需氨基酸含量整体上高于低水(I1)处理,而粗脂肪含量整体上低于低水(I1)处理。基于主成分分析和隶属函数综合评价确定高水中氮(I3N2)即灌水量为330 mm、追氮量为105 kg/hm2是暗管农田中适宜的水氮组合。研究结果可为河套灌区暗管农田制定科学的水氮制度提供理论依据。

    • 荒漠草原表层土壤有机碳粒径组分及碳库管理指数特征

      2023, 37(5):283-290. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.034

      摘要 (80) HTML (0) PDF 1.16 M (329) 评论 (0) 收藏

      摘要:以探讨荒漠草原表层土壤粒径分布分形、不同粒径有机碳含量、碳库管理指数特征及其关系为目的,通过野外调查选取宁夏回族自治区盐池县花马池镇荒漠草原柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)、黑沙蒿(Artemisia ordosica)、短花针茅(Stipa breviflora)、蒙古冰草(Agropyron mongolicum)4种典型植被作为研究对象,采集典型植被冠下和丛间2种生境下表层(0-5 cm)土壤,分析不同植被表层土壤不同粒径有机碳含量、土壤碳库动态变化特征及其相关性。结果表明:(1)4种典型植被土壤粒径呈"单峰"型分布趋势,土壤颗粒主要集中分布于2~250 μm粒径,分形维数(D)为2.56~2.63,100~500 μm颗粒含量是植被间差异显著的主要原因。(2)4种典型植被冠下有机碳含量大于丛间有机碳含量,>250 μm粗砂粒组分有机碳含量最高,不同粒径组分有机碳含量在灌丛和草本植被间差异显著(p<0.05)。(3)4种典型植被土壤TOC、AOC含量均表现为冠下大于丛间,TOC在不同群落间差异显著,灌木群落冠下碳库活度(A)和碳库管理指数(CPMI)相对大于丛间,各指标在不同群落间因生境不同差异较大,表明不同典型植被在碳库循环机制中扮演不同角色,不同程度增强土壤碳汇功能。(4)土壤粒径分形与碳库稳定性关系复杂,2~50 μm细粉粒是土壤有机碳无机胶体,其含量增多明显提高土壤颗粒与有机碳形成有机-无机胶结体的机会,对维持土壤结构和有机碳库稳定性具有重要意义。研究结果表明适宜的植被恢复措施对维持荒漠草原土壤颗粒及土壤有机碳库稳定性具有一定的参考价值。

    • 基于径流小区实测的干热河谷土壤侵蚀荟萃分析

      2023, 37(5):291-297. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.035

      摘要 (89) HTML (0) PDF 1.61 M (305) 评论 (0) 收藏

      摘要:为详细了解干热河谷地区的土壤侵蚀状况,通过对径流小区资料的广泛收集、整理和标准化分析,对干热河谷主要土地利用类型的土壤侵蚀模数和水土保持措施效益进行定量评价,并将当地主要土地利用类型平均坡度下的土壤侵蚀模数与容许土壤流失量进行对比分析。结果表明:(1)灌草地、农地、园地和裸地等主要土地利用类型标准坡长坡度条件下的土壤侵蚀模数分别为110.88,389.58,320.66,507.87 t/(km2·a),呈现出裸地最大,农地和园地次之,灌草地最低的特点。(2)封禁、水平阶整地、梯田和植物篱等水土保持措施均能较好地发挥水土保持效益,平均可以减少72%的土壤侵蚀量。(3)各流域主要土地利用类型,特别是农地和园地在当地平均坡度下的土壤侵蚀模数明显高于容许土壤流失量,说明该地区土壤侵蚀状况仍相当严峻。研究结果将有助于进一步深化对干热河谷地区土壤侵蚀规律的认识,并为后续水土流失治理和水土保持措施优化配置提供技术支撑。

    • 生物炭添加对盐渍土CT孔隙序列分形特征来源的影响

      2023, 37(5):298-304. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.036

      摘要 (63) HTML (0) PDF 1.19 M (523) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了揭示生物炭改良土壤孔隙的复杂结构及其影响因素,以江苏滨海盐渍土为研究对象,采用添加生物炭改良盐渍土,设置0,2%,5%(占表层0-20 cm土重比)3个生物炭添加水平。每年10月在水稻收割后,采用塑料环刀取表层(0-20 cm)原状土,进行Micro-CT扫描获取土壤CT孔隙序列。基于多重分形去趋势波动分析理论,并结合数据重排,分析施加生物炭对CT孔隙序列多重分形特征及其来源的影响。结果表明,所有处理的CT孔隙序列的复杂度均随着年份增长;2%生物炭处理的CT孔隙序列的复杂程度较0和5%生物炭处理分别提高7.54%和5.28%;概率密度函数与长程相关性均影响CT孔隙序列的多重分形特征;孔隙和空间的长程相关性是主要影响因素;生物炭的添加促使孔隙分形特征更易受到土壤中生物微生物活动的影响。研究结果为定量化分析生物炭改良盐渍土孔隙结构提供了理论支持。

    • 雨强与水土保持措施对西南植烟红壤Cu、Mo和Zn流失的影响

      2023, 37(5):305-311,319. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.037

      摘要 (99) HTML (0) PDF 1.21 M (326) 评论 (0) 收藏

      摘要:降雨强度和水土保持耕作措施对坡面径流、侵蚀泥沙及土壤微量元素影响显著。采用野外降雨观测的方法研究植烟红壤在不同雨型、整地方式和覆被情况下,Cu、Mo和Zn 3种微量元素的流失特征。结果表明:(1)降雨强度对植烟土壤3种微量元素的流失具有显著作用,随着降雨强度的增加,Cu、Mo和Zn 3种微量元素的总流失量均呈表现为大雨>中雨>小雨;(2)秸秆覆盖和横坡种植措施虽然能够有效减少因侵蚀性降雨而产生的侵蚀泥沙,但泥沙中Cu、Mo和Zn 3种元素的富集比均有所提高;(3)与无秸秆覆盖处理相比,秸秆覆盖处理的Cu、Mo和Zn 3种微量元素在径流中分别减少44.99%,47.42%和62.24%;在泥沙中分别减少67.35%,56.88%和67.85%,且秸秆覆盖处理对微量元素总流失量的减小具有显著作用(p<0.05);(4)横坡种植处理较顺坡种植处理的Cu、Mo和Zn 3种微量元素在径流中分别减少43.31%,46.39%和45.62%;在泥沙中分别减少66.34%,53.95%和59.66%,横坡种植处理显著减少3种微量元素的流失量(p<0.05);(5)Cu、Mo和Zn 3种微量元素在泥沙中的总流失量显著高于在径流中的总流失量,且3种微量元素在径流和泥沙中的流失量均表现为Zn>Cu>Mo。研究结果可为有效减控西南地区典型植烟红壤因水土流失导致的微量元素流失及植烟红壤的水土保持提供理论依据和数据支持。

    • 不同耕作方式下秸秆还田对晋中玉米田水分时空分布及产量的影响

      2023, 37(5):312-319. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.038

      摘要 (101) HTML (0) PDF 1.21 M (342) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探讨保护性耕作和秸秆还田有机结合对春玉米休闲期蓄水保墒效果、生育期土壤水分时空变化、贮水量季节变化、产量及水分利用效率的影响,设置不同耕作方式(免耕、深松、翻耕)结合秸秆还田(100%秸秆还田、秸秆不还田)6个处理组合,2016-2018年在山西晋中连续2年进行定位试验研究。结果表明:(1)春玉米冬闲期不同耕作处理下土壤贮水量差异显著,且随着时间推移贮水量都有降低趋势,免耕和深松处理分别较翻耕土壤贮水量平均增加10.4,9.3 mm。在玉米的整个生育时期,免耕和深松处理土壤贮水量分别比翻耕提高4.8%,1.2%。(2)平均2年土壤含水量大小顺序为免耕>深松>翻耕,各处理平均土壤含水量分别为23.0%,21.8%,21.5%。丰水年不同耕作方式土壤含水量垂直变化在各生育时期差异较大,干旱年其变化的差异较小。(3)免耕与100%秸秆还田组合下玉米产量和水分利用效率最高,2年平均产量和WUE(水分利用效率)分别为12 679.9 kg/hm2和25.8 kg/(hm2·mm),翻耕与100%秸秆还田处理组合最低。无论是否秸秆还田,免耕和深松处理在春玉米冬闲期土壤蓄水保墒效果、生育期土壤水分状况、产量与水分利用效率均优于翻耕处理;在秸秆还田下免耕和深松耕作方式对玉米田水分的集蓄保用有良好的效果,以免耕秸秆还田效果最佳,可在晋中地区春玉米生产中推广应用。

    • 绿肥配施氮肥对双季稻产量和养分吸收的影响

      2023, 37(5):320-327. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.039

      摘要 (81) HTML (0) PDF 1.20 M (320) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于2016年的田间定位试验,在冬闲(F)和冬种绿肥(G)2种模式下,探究不同施氮量(N0:不施氮;N50:减氮50%;N100:常规氮;N150:增施氮50%)对双季稻产量、养分吸收特征及氮素利用率的影响,以期为南方稻区绿肥利用和氮肥施用提供科学理论依据。结果表明,与冬闲模式相比,冬种绿肥模式提高4种不同氮水平下的早晚稻产量,其中早、晚稻稻谷产量平均增产8.0%,5.7%。2种模式下的早稻产量随施氮量增加均呈现出先增加后降低的趋势,而晚稻则呈现上升的趋势。冬种绿肥模式同样提高植株地上部氮(N)、磷(P)和钾(K)素积累量和氮肥偏生产力。随施氮量的增加,这2种模式的早晚稻养分收获指数和氮肥利用率大多呈下降趋势,高量氮肥处理(N150)降低早稻地上部K素的积累量。早晚稻稻谷产量与水稻N、P和K素积累量存在显著正相关,2种模式下的高氮处理(N150)K素吸收的降低与其早稻产量下降相关联。结合稻谷产量与施氮量拟合分析、养分吸收利用等多方面效应,综合考量,冬闲模式下,早稻季氮肥适宜施用范围为150.0~170.3 kg/hm2,冬种绿肥模式下,早稻季氮肥适宜施用范围为75.0~122.8 kg/hm2。因此,在我国南方双季稻区,冬种植绿肥还田,可提高水稻对N、P和K素的吸收量,早稻季可以实现氮肥减施,且不降低双季稻产量,对于实现水稻高效生产具有实际意义。

    • 基于AquaCrop模型的库尔勒香梨生长动态模拟及滴灌制度优化

      2023, 37(5):328-336,344. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.040

      摘要 (203) HTML (0) PDF 1.30 M (297) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究省力化栽培模式下库尔勒香梨园适宜的灌溉制度,依据4种灌溉定额(3 750,5 250,6 750,8 250 m3/hm2)条件下2年香梨的田间试验数据,通过冠层覆盖度、土壤含水量和蒸散强度(ETa)和产量指标,确定AquaCrop模型参数。设置不同灌水场景,综合考虑产量、水分利用效率和灌溉水利用效率,利用AquaCrop模型优化香梨灌溉制度。结果表明:Y2W3处理产量高出其余处理3.87%~16.86%,Y2W1处理水分利用效率高出其余处理2.88%~27.20%;AquaCrop模型模拟与试验地实测结果的决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、标准均方根误差(NRMSE)、拟合度指数(d)和Nash效率系数(NSE)评价指标表明,冠层覆盖度R2变化范围为0.89~0.93,土壤含水量d为0.92~0.98,ETa的RMSE为1.06~1.61 mm/d;AquaCrop模型预测15种不同场景,灌溉定额7 200 m3/hm2、灌水次数11次和灌溉周期14天的灌溉方案表现最优,其产量为6 793.62 kg/hm2,水分利用效率为10.90 kg/(hm2·mm),灌溉水利用效率为1.03 kg/m3。AquaCrop作物生长模型可用于香梨产量预测和田间用水管理,其研究结果可为地表滴灌技术适用性选择提供依据。

    • 基于EEMD我国粮食主产区农业旱情对气候变化的响应

      2023, 37(5):337-344. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.041

      摘要 (85) HTML (0) PDF 1.27 M (302) 评论 (0) 收藏

      摘要:量化旱情统计数据与气候因子间的响应关系对保障粮食安全有着重要意义。针对我国13个粮食主产省份1980-2019年的农业干旱受灾率,采用集合经验模态分解(EEMD)构建了实际灾情对不同月份气候因子的响应关系,进而探求重要气候因子与大尺度大气-海洋指数(LAOI)的可能联系。结果表明:(1) EEMD从灾情逐年序列分离出中短期波动表征的气候干旱强度(IMF-H)和趋势项表征的干旱脆弱性;(2) IMF-H的峰值差异表明东北3省的干旱强度明显高于其他省份;(3) IMF-H与气候因子的线性关系表明夏季气候异常对灾损贡献最高,特别是7月份的日均日照时间及降水被筛选为10个省份的干旱关键影响因子(KDII);(4)各省份KDII的时序诊断结果表明,2000以来长江北部地区的夏季干旱风险有一定的增强趋势;(5) 在0~12个月时滞下,Nino海温、南方涛动、北太平洋遥相关型等表征ENSO及北半球大气低频振荡的LAOI对研究区KDII有着显著影响。研究结果可为区域干旱监测及预警提供科学依据。

    • 露天煤矿排土场覆土厚度对土壤水分入渗及植物水分利用的影响

      2023, 37(5):345-351,362. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.042

      摘要 (101) HTML (0) PDF 1.42 M (319) 评论 (0) 收藏

      摘要:表土回覆是露天煤矿排土场生态修复的关键步骤,覆土厚度直接影响植物生长和复垦成本,为研究露天煤矿排土场不同覆土厚度对土壤水分入渗及植物水分利用的影响,采用室内土柱模拟试验,设置10,20,30,40,50 cm共5个覆土厚度,分别进行垂直入渗试验和室内盆栽试验(玉米),并结合氢氧同位素稳定示踪技术,研究不同覆土厚度土壤入渗和玉米水分利用特征,筛选研究区排土场最佳覆土厚度。结果表明:覆土厚度为10~30 cm(27.05~33.02 mm/min)的初始入渗速率显著高于40~50 cm(21.59~24.89 mm/min)的初始入渗速率(p<0.05),稳定入渗速率随覆土厚度的增加而增大,当覆土厚度高于40 cm后,随着覆土厚度的增加稳定入渗速率维持在3 mm/min左右。矸石层入渗过程受覆土层的影响较大,覆土厚度高于40 cm后,矸石层入渗速率基本稳定在土层连接面的入渗速率上。不同覆土厚度下玉米木质部水氢氧同位素值与土壤水氢氧同位素随土层变化曲线交点主要集中在覆土层,因此,玉米生长水分主要来源于覆土层。覆土厚度越大,2条线交点增多、交点分布范围增大,玉米对土壤水分的利用范围越大,当覆土厚度超过40 cm后,玉米水分利用范围基本维持在10~40 cm。结合阜新市最大降雨强度190 mm/h,该地区露天矿排土场覆土厚度应高于40 cm。

    • 菌剂配施有机肥下植物-土壤-微生物生态化学计量特征及内稳性——以内蒙矿区排土场中药复垦模式为例

      2023, 37(5):352-362. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.043

      摘要 (239) HTML (0) PDF 1.23 M (449) 评论 (0) 收藏

      摘要:生态化学计量学是研究生态系统与多重化学元素平衡的有效方法,明确不同施肥制度对植物-土壤-微生物连续体碳、氮、磷含量及其生态化学计量比的影响,可为揭示生态系统养分循环、实现矿山复垦农业系统元素平衡及可持续发展提供参考依据。以武家塔露天煤矿排土场复垦地为研究对象,设置微生物菌剂配施不同有机肥(A1B0、A2B0、A3B0、A1B1、A2B1、A3B1) 6个施肥处理,结合苦参的种植,研究其植物-土壤-微生物碳氮磷特征及内稳性。结果表明:(1)与单施有机肥相比,有机肥配施微生物菌剂对茎叶磷、土壤碳氮磷和微生物量氮影响显著(p<0.05),但对根系养分影响不显著。其中,微生物菌剂与A1有机肥配施下对土壤全磷影响最大,增加90.06%;与A2有机肥配施下,对土壤有机碳和生物量氮影响最大,分别增加104.60%和71.95%;与A3有机肥配施下,对茎叶全磷和土壤全氮影响显著,茎叶全磷减少183.96%,土壤全氮增加29.14%。(2)施肥处理下,相比于茎叶和微生物,苦参根系内稳性较弱,对于外源养分的输入比较敏感。(3)施肥处理下,植物根系养分与土壤及土壤微生物之间相关性较强,因此可通过根系敏感协调各组分的养分平衡,以维持植物体的稳定。研究结果可为矿山复垦农业系统的养分管理提供科学依据和技术支撑。

    • 生物炭不同施用方式对水盐调控及小麦苗期生长的影响

      2023, 37(5):363-369. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.044

      摘要 (95) HTML (0) PDF 1.19 M (324) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究生物炭不同应用模式对盐碱土水盐调控及小麦苗期生长的影响。通过室内桶栽模拟试验,生物炭以2种物理状态(粉状和杆状)、3个添加量(1%,3%和5%质量百分比)分别作为覆盖和添加物,以不添加生物炭的处理作为对照。结果表明:"干播湿出"条件下,FF(粉状覆盖)、GF(杆状覆盖)处理小麦出苗率分别为对照(CK)的7.33~9.00,3.00~3.33倍;FH(粉状混合)、GH(杆状混合)处理的出苗率较CK分别提高66.67%~166.67%,33.00%~367.00%。FF、GF处理的株高大幅提高,较CK分别提高21.52%~34.55%,24.54%~40.48%;FH、GH处理的株高小幅提高,较CK分别提高-1.35%~12.22%,3.76%~8.59%。不同应用模式的灌后含水率差异明显,FF处理的表层土壤较CK提高0.31%~15.58%;而GF处理的表层土壤含水率较CK下降0.40%~7.65%;FH、GH处理的土壤含水率较CK分别提高7.33%~18.61%,1.33%~18.38%;蒸发后FF、GF处理的含水率较CK分别提高4.34%~45.38%,27.08%~53.22%,蒸发后0-15 cm土层的含水率明显提高,FH、GH处理土壤含水率较CK分别提高3.26%~16.66%,5.77%~36.37%。CK 0-10 cm土层的电导率相对变化率最大,为124.76%,FF、GF处理的电导率相对变化率分别为59.61%~114.73%,18.21%~86.47%;GH、FH处理的电导率相对变化率分别为67.26%~96.30%,72.05%~122.32%。FF、GF处理的蒸发量较CK分别减少0.76%~27.21%,53.49%~77.02%;FH、GH处理的蒸发量与CK相比分别减少1.95%~4.79%,1.71%~14.82%。生物炭改良作用的大小取决于生物炭的添加量和应用方式,等炭量投入条件下FF、GF处理在水盐分布、抑制蒸发和作物生长的作用优于FH、GH处理,可作为干旱区添加生物炭改良盐碱地的适宜模式。

    • 科尔沁沙地南缘樟子松人工林对土壤水盐的影响

      2023, 37(5):370-376. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2023.05.045

      摘要 (89) HTML (0) PDF 1.63 M (306) 评论 (0) 收藏

      摘要:为掌握科尔沁沙地南缘樟子松造林40多年对土壤水分、盐度的影响。以科尔沁沙地樟子松林地、草地2020年3月至2021年11月土壤、气象数据为基础,采用双累积曲线法(DCM)验证样地选取的合理性,利用空间代替时间法(STM)研究樟子松林地、草地土壤含水量、盐度的变化规律,以及与气象因子关系的差异。樟子松林地改变了土壤纵向剖面水分、盐度分布规律,二者均趋于正"S"形分布;林地有效提高土壤储水量(p<0.05),降低土壤盐度,缩减水分次活跃层范围;林地土壤水分变异性更高(p<0.05),盐度变异性更低(p>0.05);林地的气象因子与土壤水分、盐度指标各分项之间关联程度与草地不同,减弱与降雨的相关性,增加与水汽压亏缺的相关系数。樟子松林生态系统具有较强的涵养水源、抑制土壤盐渍化的功能。