摘要:

摘要:[目的] 为探究不同植物群落切沟系统之间以及同一切沟不同部位间植被生长特性的差异。[方法] 以陕西省安塞区纸坊沟小流域5个典型植物群落切沟系统为研究对象,系统研究其物种多样性、盖度、地上生物量、枯落物蓄积量和地下生物量等植被生长特性。[结果] (1)地上生物量、枯落物和根系消减系数受植被类型的显著影响,表现为乔木切沟>灌木切沟>草本切沟,盖度表现为灌木切沟>草本切沟>乔木切沟;(2)切沟右壁(阳坡到半阳坡)物种多样性指数、盖度小于左壁(阴坡到半阴坡);(3)受水热条件综合影响,切沟沟底和原始坡面的植被生长特性无明显分异规律;(4)切沟原始坡面枯落物蓄积量大于沟坡不同部位的枯落物蓄积量。[结论] 研究结果为深入理解植被恢复对切沟发育的潜在影响、评估植被恢复阻控切沟侵蚀的功能提供数据基础和理论支撑。

摘要:[目的] 了解不同坡位和不同土地利用引起的土壤可蚀性和养分差异,讨论各因素对土壤可蚀性和养分情况的影响状况。[方法] 通过土壤和根系取样,使用加权求和法计算不同坡位和不同土地利用下的综合土壤可蚀性指数(CSEI)和综合土壤养分指数(CSNI)。[结果] (1)不同坡位下的CSEI和CSNI均存在差异,其中CSEI的最大、最小值分别出现在坡上(0.653)和坡下(0.275),CSNI的最大、最小值分别出现在坡顶(0.715)和坡上(0.341);(2)不同土地利用下的CSEI和CSNI均存在差异,其中CSEI的最大、最小值分别出现在撂荒地(0.617)和林地(0.252),CSNI的最大、最小值分别出现在林地(0.793)和撂荒地(0.322);(3)CSEI与黏粒含量、砂粒含量、根长密度和地上生物量呈显著负相关,与粉粒含量和土壤容重呈显著正相关,其中容重的直接影响最大(0.26);CSNI与黏粒含量、砂粒含量、根长密度和地上生物量呈显著正相关,与粉粒含量和土壤容重呈显著负相关,其中黏粒含量的直接影响最大(0.45);CSEI、CSNI二者间呈显著负相关。[结论] 坡位对CSEI和CSNI均有显著影响,在植被恢复中应注重坡上和坡中;各地貌部位植被恢复均有效降低CSEI并提升CSNI,其中乔木对水土流失的控制更为有效。

摘要:[目的] 探究土壤侵蚀对土壤养分含量及其化学计量比的影响,对于加深认识黑土区坡耕地质量退化过程及防控具有重要意义。[方法] 选择典型黑土区克山县开垦100多年的直形坡和开垦50多年的凸形坡为研究对象,根据¹³⁷Cs示踪技术估算坡耕地土壤侵蚀速率,定量分析土壤侵蚀与土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量及生态化学计量比的关系。[结果] (1)利用¹³⁷Cs示踪法得到坡面整体的年平均侵蚀速率为4 428.56 t/(km²·a),直形坡和凸形坡侵蚀速率平均值分别为3 284.53,5 884.59 t/(km²·a),侵蚀总量分别为3.21×10⁵,2.94×10⁵ t/km²。(2)坡面整体碳氮比(C/N)与SOC呈极显著正相关(p<0.01),碳磷比(C/P)与SOC呈极显著正相关(p＜0.01),氮磷比(N/P)与TP呈极显著负相关(p＜0.01)。直形坡SOC、TN、C/N、C/P和N/P均极显著小于凸形坡养分含量和化学计量比值(p＜0.01),TP含量大于凸形坡TP含量(p＜0.01)。(3)坡面土壤侵蚀空间分布特征与土壤有机碳、全氮及全磷的空间分布具有一致性。坡面土壤侵蚀量与SOC、TN、TP、C/P均呈极显著负相关(p<0.01),与C/N呈显著负相关(p<0.05),与N/P呈负相关但相关性不显著(p>0.05)。[结论] 土壤侵蚀导致坡面土壤SOC、TN和TP在坡面再分布,影响土壤养分化学计量比,造成坡面养分流失严重。

摘要:[目的] 探究龙川江流域土壤侵蚀时空变化及其主控因子并掌握当地水土保持情况,有利于筑牢长江上游生态屏障。[方法] 采用通用土壤流失方程RUSLE,结合GIS和RS技术,研究龙川江流域2000—2020年的土壤侵蚀时空变化特征,同时利用最优参数地理探测器(OPGD)模型,量化驱动因子对龙川江流域土壤侵蚀时空动态变化的影响力和相互作用。[结果] (1)龙川江流域土壤侵蚀主要以微度和中度侵蚀为主,面积占比分别为2000年49.17%,2010年50.29%,2020年59.29%。2000—2010年土壤侵蚀变化较小,2010—2020年,共有9.01%的中度及以上侵蚀区域转为微度和轻度侵蚀。(2)最优参数地理探测器结果显示,在选取的影响因子中土地利用类型对研究区土壤侵蚀时空动态变化解释力最强,q值为0.18。土地利用类型与坡度的交互作用对龙川江流域土壤侵蚀解释力最强,q值达到0.45。[结论] 龙川江流域的土壤侵蚀主要以微度和轻度侵蚀为主,整体呈好转趋势,但元谋盆地土壤侵蚀仍较剧烈。土地利用类型对流域内土壤侵蚀的影响最强,而研究区最主要的土地利用类型为植被,占总面积的67.02%,因此未来需重点关注植被覆盖区域变化,继续推进生态保护政策,警惕地形复杂区域水土流失加剧风险。

摘要:[目的] 黄土高原水蚀风蚀交错区是典型的脆弱生态系统,该区域生物结皮广泛分布,生物结皮在土壤有机碳积累与转化发挥着关键作用,然而,生物结皮演替及微生物对土壤有机碳转化相关酶类的影响规律尚不明确。[方法] 研究土壤有机碳-微生物-碳转化相关酶在生物结皮不同演替类型的变化规律,并运用SEM模型分析了三者之间的相互关系。[结果] (1)生物结皮演替显著增加土壤有机碳含量和碳转化相关酶活性,且它们在结皮层(0-2 cm)中的含量均显著高于裸沙和2—5 cm土层(p＜0.05);(2)结皮层细菌、真菌和放线菌数量在藓结皮中最高,其中放线菌、真菌数量在生物结皮演替呈显著增加趋势,结皮层中的细菌和真菌数量显著高于2—5 cm土层,但2—5 cm土层放线菌数量高于结皮层(藓结皮除外);(3)SEM模型表明,土壤有机碳、碳转化相关酶活性和微生物数量之间均呈现显著相关性。[结论] 生物结皮的演替对土壤有机碳的积累为碳转化相关酶类和微生物提供丰富基质,促进微生物和酶活性提高,微生物对碳转化相关酶类起着重要的驱动作用,对维持生物结皮的碳平衡发挥着关键作用。

摘要:[目的] 荒漠草原夏季降雨强度大且集中性强,水力侵蚀危害严重,明确荒漠草原区产流产沙过程及养分运移规律对该地区开展水土保持工作有重要意义。[方法] 试验基于天然降雨观测和人工模拟降雨的方法,研究荒漠草原区产流产沙过程及养分运移规律,并通过对植被进行不同处理研究植被对产流产沙的影响。[结果] (1)不同植被处理方式的水土保持效果不同。3种不同处理方式中天然草地的水土保持效果最好,减流率与减沙率分别为11.37%和49.67%。(2)产流产沙过程改变地表土壤物质组成,使地表土壤粗粒化,还对土壤养分产生影响。降雨后砂粒含量增加5.97%~15.71%,土壤速效N、P及有机质分别减少40.84%,27.08%,33.49%。(3)坡面产流产沙量随坡度和降雨强度的增加而增加,幂函数能较好地拟合降雨历时与产流量和产沙量的关系。随降雨强度增加,坡度为5°~25°的峰值产流量平均增加6.70 L;降雨强度0.6~2.0 mm/L时,产沙量增长速度加快的拐点出现在坡度15°~20°。[结论] 研究结果可为荒漠草原区水土流失的综合防治提供理论参考,有助于改善荒漠草原区生态环境,有利于该地区开展水土保持工作。

摘要:[目的] 冻融过程土壤呼吸在年土壤呼吸总量中占有重要比例,研究探讨土壤冻融过程中含水量、冻结温度和冻融循环次数对土壤碳矿化动态的影响。[方法] 以黑龙江省嫩江县鹤山农场九三水土实验站黑土为研究对象,开展室内冻融程度模拟试验,进行7次冻融循环,设置100%田间持水量(100%WHC)、60%田间持水量(60%WHC)和30%田间持水量(30%WHC)3种土壤含水量;10 ℃恒温处理(对照)、-5 ℃冻结处理(轻度冻结)和-15 ℃冻结处理(重度冻结)3种环境温度。[结果] 冻融循环次数、含水量和冻结温度对CO₂排放量有显著影响,影响度分别为-0.63,0.21,0.14。解冻过程显著增加土壤碳矿化量;轻度冻结时,前3次冻融循环60%WHC土壤碳矿化量比100%WHC和30%WHC分别提高33.0%,35.2%,后4次冻融循环差异不明显;重度冻结时,前2次冻融循环100%WHC土壤碳矿化量,比60%WHC和30%WHC土壤分别提高25.2%,68.0%,后5次冻融循环差异不明显。[结论] 冻融循环次数对土壤CO₂排放量影响最大,含水量次之,冻结温度最小。冻融作用增加低含水量土壤的CO₂累积排放量;降低高含水量土壤的CO₂累积排放量;而对中等含水量土壤,轻度冻结增加CO₂累积排放量,重度冻结降低CO₂累积排放量。一级动力学方程对冻融土壤CO₂排放量的拟合效果较好(R²>0.997),含水量和冻结温度对有机碳矿化潜力C₀值有显著影响。

摘要:[目的] 研究冻融作用对东北黑土区坡面土壤侵蚀的影响,可加深对黑土坡面侵蚀过程机理的认识,并为区域侵蚀治理提供重要科学依据。[方法] 以东北黑土区单一侵蚀营力驱动的融雪、风力和降雨侵蚀为对照,通过设计冻融-融雪、冻融-风力、冻融-降雨双侵蚀营力叠加的模拟试验,分析冻融作用对坡面融雪、风力和降雨侵蚀的影响。试验处理包括1次冻融作用、2个融雪径流量(1,2 L/min)、1个风速(12 m/s),1个降雨强度(100 mm/h)和1个坡度(3°)。[结果] (1)冻融作用显著增加坡面融雪、风力和降雨侵蚀量(p<0.05)。与无冻融作用相比,1次冻融作用使坡面融雪侵蚀在1,2 L/min融雪径流下分别增加2 042.9%和777.9%,使风蚀量和降雨侵蚀量分别增加118.0%和74.9%。(2)冻融作用对坡面水蚀(融雪和降雨侵蚀)过程的影响大于对径流过程的影响,且加剧坡面侵蚀过程,使坡面侵蚀活跃期历时增长和侵蚀强度增加;冻融作用也使风力侵蚀的输沙高度增加30%,各高度风蚀输沙量均增加50%以上。(3)冻融作用降低土壤抗侵蚀能力,其使表层土壤密度、土壤抗剪强度、土壤硬度分别显著减小2.5%,22.6%,15.0%。同时,冻融作用使水蚀过程中的坡面水流流速平均增加13.6%~25.0%,水流剪切力平均增加2.3%~81.9%,而阻力系数减小1.6%~20.6%,进而加剧坡面侵蚀过程。[结论] 冻融作用改变侵蚀动力与阻力关系,加剧坡面融雪、风力和降雨侵蚀过程。

摘要:[目的] 水土保持是保护和改善生态环境的重要途径,是生态系统可持续发展的重要基础,而区域尺度水土保持成效研究可为水土保护工作提供有效的理论依据。[方法] 基于遥感技术,采用修正的通用土壤流失方程(revised universal soil loss equation,RUSLE)构建区域尺度水土保持率遥感估算方法体系,并估算山西省土壤侵蚀空间格局。[结果] 山西省水土流失等级以中度侵蚀为主,水土流失面积约49 545.68 km²,2022年水土保持率为68.38%,水土保持率高的等级面积占比最大。自然植被水土保持率高于农田,其中,森林水土保持率最高,为84.37%,且在自然植被与农田类型中,水土保持率高的等级面积占比最大,分别为48.11%,46.46%。水土保持率受坡度影响较大,且随坡度的变化呈现先显著减少后平缓波动的趋势。通过与已有研究成果对比,估算得到的山西省水土流失空间格局及规律与现有水土流失数据基本一致,且水土保持率估算结果与公布的水土保持率目标值呈显著强相关。[结论] 综上所述,区域尺度水土保持率遥感估算方法可为水土保持生态工程及其他国家重大生态工程的成效和效益评估提供重要的理论和方法依据。

摘要:[目的] 解析日输沙率与关键环境因子之间的尺度依赖关系,探索有效的预测方法,以应对由于泥沙输运机制的复杂性和水文过程的非线性所带来的预测挑战。[方法] 采用集合经验模态分解与自适应噪声(CEEMDAN)方法,分析了西南地区涪江流域4个水文站点控制区域2013—2018年的日输沙率与5个潜在影响变量(流量、降水量、平均气温、潜在蒸散发量和NDVI)间多时间尺度变异特征,识别不同时间尺度下日输沙率与相关变量相互作用关系,在此基础上,对日输沙率作出预测。[结果] CEEMDAN方法成功将日输沙率及其潜在影响变量分解为10-11本征模态函数(IMF)和残差项,揭示出日输沙率在3~730天不同时间尺度上的显著变化。分解后的日输沙率与流量、降水量在各个时间尺度上均显示出显著的相关性增强,而气温、潜在蒸散发量和NDVI主要与长时间尺度的日输沙率显著相关。通过逐步多元线性回归预测日输沙率,模型的预测性能显著,R²值在所有站点均超过0.55。[结论] CEEMDAN方法能够有效揭示输沙率及其影响变量之间的尺度依赖性,为理解河流输沙动态提供了新的视角。

摘要:[目的] 为阐明不同降雨类型下各土地利用类型产流产沙规律,评估不同降雨类型下各土地利用类型的减流减沙效益。[方法] 基于黄土高原地区自然降雨条件下31个径流场连续2年(2015—2016年)的径流量和土壤流失量监测数据,探讨不同土地利用类型(农地、撂荒地、人工草地、自然草地、灌丛地、人工林地)的产流产沙特征,明确不同降雨类型下各土地利用类型的减流减沙效率。[结果] 年降雨尺度下撂荒地径流量与土壤流失量最大(30 mm, 86 t/hm²),人工林地最小(8 mm, 24 t/hm²),其他土地利用类型无显著差异。次降雨尺度下,通过聚类分析根据降雨历时、30 min最大降雨强度和降雨强度将120场降雨分为3个降雨类型。降雨类型Ⅰ:降雨历时适中(749 min),降雨量适中(35.4 mm),降雨强度适中(16.9 mm/h);降雨类型Ⅱ:降雨历时短(222 min),降雨量适中(25.2 mm),降雨强度大(23.8 mm/h);降雨类型Ⅲ:降雨历时长(1 451 min),降雨量大(40.6 mm),降雨强度低(11.5 mm/h),发现径流系数在3种降雨类型下表现为Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ,土壤流失量表现为Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ。降雨类型Ⅰ灌丛地产生的径流系数显著高于其他土地利用类型,达到17.7%,是人工林地的2.36倍;降雨类型Ⅱ下各土地利用类型径流系数无显著差异,平均径流系数为19.9%;降雨类型Ⅲ撂荒地、人工草地、自然草地与农地的径流系数(平均14.3%)显著高于灌丛地与人工林地(平均9.0%);农地、人工草地、灌丛地和人工林地在降雨类型Ⅱ产生的土壤流失量(3.94,0.87,1.06,1.08 t/hm²)＞降雨类型Ⅰ(1.60,0.60,0.59,0.63 t/hm²)＞降雨类型Ⅲ(0.09,0.20,0.06,0.04 t/hm²)。[结论] 在黄土高原地区,中低雨强的中长历时降雨条件下人工林地是有效控制水土流失的首选,在短历时强降雨条件下灌丛地与草地水土保持效果较好。

摘要:[目的] 裸露岩石如何影响坡地产流产沙及水动力特征尚需进一步深入研究。[方法] 通过室内模拟试验,设置不同岩石裸露率(0,10%,30%,50%,70%)的坡地,开展不同雨强(30,60,90 mm/h)条件下的人工模拟降雨试验,旨在探究雨强与裸露岩石对坡地产流产沙及水动力特征的影响。[结果] 坡地地表产流产沙随雨强增大呈增大趋势,而随岩石裸露率的增加呈减小趋势。在不同雨强条件下,0岩石裸露率坡地与10%岩石裸露率坡地的产流产沙差异多呈不显著(p>0.05),而与其他岩石裸露率坡地之间呈显著差异(p<0.05)。低岩石裸露率坡地(10%)与高岩石裸露率坡地(50%及以上)间产流产沙差异显著(p<0.05)。流速(V)、水深(h)、雷诺数(Re)、弗罗德数(Fr)、水流剪切力(τ)及水流功率(w)随雨强增大呈增大趋势,阻力系数(f)随雨强增大呈减小趋势。流速(V)、弗罗德数(Fr)随着岩石裸露率增加呈减小趋势,而水深(h)、阻力系数(f)随着岩石裸露率增加呈增大趋势,雷诺数(Re)、水流剪切力(τ)与水流功率(w)在不同雨强下变化规律有差异。水动力参数变化在不同坡地间具有一定差异性。产沙与水动力参数数量关系以指数函数拟合效果最好,流速(V)(R²=0.819,p<0.05)、水流剪切力(τ)(R²=0.858,p<0.05)及水流功率(w)(R²=0.890,p<0.05)预测坡地产沙效果较好,其中水流功率(w)为最佳预测参数。[结论] 研究结果进一步丰富了岩溶坡地土壤侵蚀理论,并可为建立适合于岩石裸露坡地的水蚀预测模型提供参考。

摘要:[目的] 为探究紫色土区不同农林复合模式土壤入渗特征及其影响因素。[方法] 通过野外调查和室内试验,分析紫色土区无作物(CK)、花生(HS)、花椒(HJ)、花生+花椒(HS+HJ)4种农林复合模式下土壤物理性质与入渗过程变化特征,评价了3种土壤入渗模型(Kostiakov、Horton、Philip)的适用性。[结果] (1)HJ模式下土壤总孔隙度与CK、HS+HJ模式差异不显著,但显著高于HS模式(p<0.05);CK和HS模式的土壤抗剪强度差异不显著,但均显著高于HJ模式和HS+HJ模式(p<0.05);各模式下土壤容重、含水率、温度、斥水性、紧实度、土壤硬度差异均显著(p<0.05)。(2)4种模式土壤水分入渗过程差异较大,CK和HS下土壤水分入渗在20 min左右进入稳渗阶段,而HJ和HS+HJ模式下土壤入渗分别在70,80 min左右进入稳渗阶段。HS+HJ模式的土壤稳定入渗率分别比CK、HS、HJ模式高出162%,140%,82%(p<0.05)。(3)与Horton和Philip模型相比,Kostiakov模型拟合入渗过程的效果最佳(决定系数R²=0.933~0.991);Horton模型拟合效果相对较差(R²=0.849~0.979)。(4)相关性与多元线性回归分析发现,土壤总孔隙度与土壤抗剪强度是影响土壤入渗的关键因素。[结论] 研究结果为紫色土区农林复合模式的优化选择提供科学依据。

摘要:[目的] 花岗岩红壤剖面风化强度与崩岗形成密切相关,促进崩岗侵蚀的发育和扩张,研究风化强度和理化特性对崩岗的作用机理,可为花岗岩崩岗科学防治提供理论依据。[方法] 选取花岗岩红壤区典型崩岗剖面为研究对象,测定不同土层的常量氧化物含量和土壤理化性质,分析花岗岩红壤风化强度对理化特性的影响。[结果] (1)土壤剖面常量氧化物组成以SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃为主,花岗岩风化壳表现出脱硅富铁铝化过程,风化强度随土壤剖面深度增加而降低,处于高等风化阶段。(2)土壤剖面的理化性质具有异质性。表层有机质、阳离子交换量、黏粒含量和饱和导水率高,黏结性和持水性强;下层砂粒含量高,结构松散,透水性强。(3)相关性和通径分析结果表明,风化强度与非毛管孔隙度、有机质、阳离子交换量、黏粒含量、饱和导水率、界限含水率呈正相关,Fe₂O₃对黏粒含量、砂粒含量和界限含水率的综合决定性能力最强。(4)表层风化强度高,黏粒比例高,对水的吸附能力强,土壤颗粒间的胶结作用强,土体稳定性好。下层风化强度低,胶结物质含量和界限含水率低,土体抗蚀性差,当土体暴露或者水蚀的条件下,容易崩塌形成崩岗。[结论] 土壤剖面风化强度对理化特性产生影响,是促进崩岗形成的重要影响因素。

摘要:[目的] 降雨侵蚀力可以反映降雨对土壤侵蚀的潜在作用,是评价区域土壤侵蚀风险的重要指标。分析北京市1981—2020年降雨侵蚀力时空变异特征,对科学评估和防治区域水土流失风险具有重要意义。[方法] 基于1981—2020年北京市及周边地区119个雨量站点逐日降水数据,采用Kriging插值、Mann-Kendall非参数检验、小波分析等方法对北京市年降雨侵蚀力和中雨(10~25 mm)、大雨(25~50 mm)、暴雨(≥50 mm)降雨侵蚀力的空间分布、趋势变化以及周期变化特征进行分析。[结果] 北京市1991—2020年年降雨侵蚀力范围为1 691.51~3 914.89 (MJ·mm)/(hm²·h·a),年降雨侵蚀力与大雨和暴雨的降雨侵蚀力的空间分布特征相似,与中雨的降雨侵蚀力的空间分布特征有所差异。空间整体上表现为从东北向周围递减的趋势。近40年来,北京中雨侵蚀力呈显著增加趋势,年降雨侵蚀力、大雨、暴雨以及夏季7,8月的降雨侵蚀力变化趋势均不显著,且均没有发生显著的突变。局部区域如密云、平谷一带的年降雨侵蚀力下降趋势相对较大。年降雨侵蚀力以及中、大、暴雨的降雨侵蚀力变化的主周期约为25年,且存在2~3次"低-高"交替变化。[结论] 研究结果可为北京开展水土保持工作、农业和生态保护等工作提供科学依据。

摘要:[目的] 由于工程中渗流侵蚀发生的隐蔽性和发展的复杂性,离散元模拟成为学者开展渗流侵蚀机理研究的重要手段。固体模型的参数化构建通过控制模型内部颗粒的填充和分布影响水流作用下颗粒的运移和流失,是开展渗流侵蚀离散元模拟的关键环节。[方法] 当前有关离散元模型参数的研究主要为单参数讨论,从土体孔隙、土体颗粒和墙体边壁3个维度出发,考虑孔隙率、颗粒重叠比和墙体模量的变化构建6组土体模型,对其进行向上渗流计算并记录内部颗粒流失过程、力链结构变化及孔隙率变化过程,以评估3个参数对模型的影响性大小并从细观角度分析离散元模型参数对渗流侵蚀过程的影响机理。[结果] 离散元模型参数通过影响模型内部的颗粒和力链组成影响水流作用下颗粒的流失阶段。初始孔隙率控制模型内部的颗粒填充数目;墙体模量和颗粒重叠比影响模型内部的接触数目。颗粒和接触数目较多的模型,其内部颗粒多以颗粒群的形式移动;反之,不形成接触的自由细颗粒以单颗粒在模型内部发生纵向迁移,孔隙率曲线呈现波动变化。[结论] 研究结果从细观角度阐述参数对模型的影响,以期为基于流固耦合理论的离散元模拟方法的使用提供理论参考。

摘要:[目的] 青藏高原是我国重要生态屏障,高寒草甸是其重要组成部分,水土保持功能是高寒草甸重要生态服务功能。开展青藏高原高寒草甸区水土流失过程研究对减少人为扰动水土流失、保障西南地区生态安全具有重要意义。[方法] 选取青藏高原高寒草甸未退化、轻度退化、中度退化、裸坡与人工植被恢复5种不同类型坡面,通过野外模拟降雨试验,分析不同雨强条件下,不同植被退化与恢复坡面产流产沙过程,揭示植被退化与人工植被恢复坡面土壤侵蚀机理与水沙关系。[结果] (1)高寒草甸未退化坡面与人工植草恢复坡面因其根系较为致密,其水分下渗能力相对较弱,故初始产流时间相对较短;而对于轻度退化坡面,侧流与纵向入渗能力相对较强,初始产流时间相对较长。(2)在常规降雨条件下(30,60 mm/h),轻度退化坡面产流量最小,减流效益最高,达到77.13%;人工恢复坡面产流量与未退化坡面接近,略高于轻度退化坡面;而裸土坡面累计产流量最大,且显著高于其他坡面;极端降雨条件下(90 mm/h)未退化坡面产流量激增,仅低于裸坡并明显高于人工植被恢复坡面。(3)在常规降雨条件下(30,60 mm/h),人工恢复植被坡面减沙效益最高,分别达到81.97%和89.82%,其次是未退化坡面,且随着植被退化程度增大,减沙效益逐渐降低;但在极端降雨条件下,人工恢复植被和未退化坡面减沙效益几乎相同,而中度退化坡面产沙量是未退化坡面的4.59倍;轻度退化坡面虽然具有较好的减流效益,但是减沙效益相对较差。[结论] 研究结果可为高寒草甸区植被恢复与生态安全提供重要科学依据。

摘要:[目的] 为探明侵蚀坡耕地黑土硬度的时空特征及关键驱动因素。[方法] 基于典型水蚀坡耕地110个样点土壤穿透阻力动态监测及其相关因素的测定,在阐明土壤穿透阻力时空特征的基础上,利用多元线性回归(MLR)和随机森林(RFR)模型分析土壤穿透阻力的影响因素,并进一步构建其传递函数。[结果] 土壤穿透阻力时空变异性受土层深度、水分条件及农事活动等因素的综合影响,耕作层土壤穿透阻力空间上的异质性显著低于亚表层,变异系数分别为17.4%和26.3%。随土壤由湿变干和距离翻耕的时间增加,空间异质性呈增强趋势。土壤侵蚀影响土壤穿透阻力,强烈侵蚀区土壤穿透阻力高于沉积区,特别是在湿润条件下,差异更为显著(p<0.05)。与自然林地相比,所研究坡耕地73%样点的土壤穿透阻力增加,尤其在强侵蚀区。土壤含水量、容重和有机碳(SOC)是土壤穿透阻力的主要影响因素,Pearson系数分别为-0.69,0.58,-0.54,三者共同解释土壤穿透阻力88%的变异。RFR模型在土壤穿透阻力预测中表现优于MLR模型,在生长季均值的预测中,R²可达0.91,RMSE仅为91.2 kPa。[结论] 研究结果加深对侵蚀背景下黑土硬度空间分异特征的理解,为黑土压实管控提供理论依据。

摘要:[目的] 工程扰动加剧亚高山草甸水土流失和植被破坏。研究滇中亚高山草甸土理化性质和崩解特性关系,为亚高山草甸水土流失防控和植被保护提供参考。[方法] 通过X射线衍射、电镜扫描和静水崩解试验等,测定滇中亚高山草甸土矿物成分、微观结构等理化性质和崩解特性,分析土壤崩解特性与理化性质的相关性,探讨滇中亚高山草甸土崩解原因。[结果] (1)滇中亚高山草甸土遇水易崩解,同一土层不同母质抗崩解特性表现为砂岩>石灰岩≈玄武岩,同一母质不同土层表现为淋溶层>淀积层>母质层。(2)相关性分析表明,土壤平均崩解速率与有机质(r=-0.84)、全氮(r=-0.83)呈极显著负相关,与黏粒(r=0.88)呈极显著正相关,与蒙脱石(r=0.68)、四氧化三铁(r=0.77)呈显著正相关。(3)生物作用和蒙脱石、伊利石等亲水性黏土矿物的膨胀作用是影响滇中亚高山草甸土崩解特性的主要原因。[结论] 滇中亚高山草甸土不同母质抗崩解特性为砂岩>石灰岩≈玄武岩,不同土层抗崩解特性为淋溶层>淀积层>母质层;滇中亚高山草甸土遇水易崩解,生物作用和蒙脱石、伊利石等亲水性黏土矿物的膨胀作用是影响滇中亚高山草甸土崩解性的主要原因。

摘要:[目的] 作为森林土壤中活性最高的组分,可溶性有机质(DOM)不仅可以直接被微生物利用,还是生态系统中C、N、P等元素迁移的主要载体,其迁移过程受到透冠雨驱动的水力作用和溶解过程的影响。[方法] 通过野外原位控制透冠雨输入试验,以亚热带常绿阔叶林的砂质红壤为对象,对照林窗降雨,分析降雨季节森林透冠雨对不同土层土壤可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)和可溶性有机磷(DOP)动态变化的影响。[结果] (1)相对于林窗降雨,整个降雨季节以透冠雨为载体输入到土壤的DOM显著增加(p<0.01),DOC、DON和DOP浓度分别增加37.00%,93.47%,85.12%,DOC、DON和DOP通量分别增加20.76%,49.93%,61.55%,但通过40 cm深土壤后,其输出通量差异并不显著,表明土壤对透冠雨中DOM具有较强的吸收能力。(2)相较于林窗降雨,透冠雨显著降低土壤表层输入C/N的29.19%,C/P的26.00%,而无明显改变N/P,而经过40 cm深土壤后,透冠雨显著降低土壤40 cm深度输入C/N的19.35%,C/P的13.35%和N/P的7.45%。表明透冠雨DOM增加主要是因为吸收冠层中的DON与DOP,而在土壤中DOM减少部分主要集中在DOC与DOP。(3)土壤DOC与DOP表现为截留减少,而DON表现为富集增加。相较于林窗降雨,透冠雨显著增加0—40 cm土壤对DOC截留量的39.93%和DOP截留量的72.42%,显著减少对DON释放量的32.37%。[结论] 研究结果充分证明亚热带常绿阔叶林透冠雨能促进DOM的输入,有利于土壤各层次对DOM的吸收,对于生态系统可持续经营和管理具有一定的科学意义。

摘要:[目的] 为揭示黄土高原梯田土壤有机碳含量的时空规律和梯田土壤固碳时空分布特征。[方法] 基于META分析的方法,研究梯田土壤有机碳含量随土层深度和梯田修建年限的变化特征,分析黄土高原各区域梯田土壤固碳的时空分布特征。[结果] (1)SOC含量和固碳效益随土壤深度的增加而减少,80—100 cm土层的SOC含量为0-20 cm土层的60.74%,0—20 cm土层的固碳效益为23.1%,80—100 cm土层为5.7%。(2)梯田固碳效益随修建年限呈非线性增加,梯田0—20 cm土层固碳效益由修建第1年的-8.29%逐步增加,在第24年时达到最大值34%,此后保持稳定。(3)1979-2023年黄土高原梯田总固碳约为38.29 Mt C,平均固碳38.49 t C/(km²·a)。泾河上中游流域平均固碳速率最高,为50.14 t C/(km²·a),河龙区间平均固碳速率最低,为29.04 t C/(km²·a)。[结论] 在黄土高原兴修梯田可以提高SOC含量,并且梯田的固碳是一个相对漫长的过程,需要科学的设计及管护才能更好地发挥其固碳效益。在黄土高原开展梯田建设加之合理规划、设计、科学的管护是提高区域土壤固碳效益的有效措施。研究结果可为黄土高原地区水土保持固碳效益核算提供理论与方法支持。

摘要:[目的] 在"双碳"战略背景下,明确我国农业净碳汇的时空动态及其驱动因素,为促进我国农业低碳发展提供理论依据。[方法] 基于水稻种植、农地利用、农用物资及畜禽养殖4大方面19类主要碳源和7类主要碳汇,测算2002—2022年我国及31个省市区(除港澳台)农业净碳汇,运用Arc GIS统计软件分析其时空动态,并采用LMDI模型分析影响我国农业净碳汇的因素。[结果] 我国农业碳排放的主要碳源已由畜牧业的肠道发酵和粪便管理转向种植业的农用物资;碳汇以水稻和玉米的贡献为主;农业净碳汇和碳汇水平整体呈现波动上升的态势,不同地区的农业净碳汇和碳汇水平表现为东北部高西部低的空间分布格局;农业净碳汇存在显著的全局空间正相关,各地区呈现出高高聚集或低低聚集的特征,且空间聚集呈增长趋势;农业净碳汇强度、农业产业结构和农村人口规模在抑制农业净碳汇方面发挥了重要作用,农业经济发展水平在一定程度上增强了碳汇能力。[结论] 我国农业净碳汇呈现明显向好趋势,提高农业生产水平、优化农业产业结构对推动我国农业低碳发展、实现低碳循环具有重要作用。

摘要:[目的] 探索PEE系统的互动耦合特征,可为三峡库区城镇生态化发展提供理论支撑和量化依据。[方法] 在2000—2020年三峡库区PEE系统综合评价基础上,运用耦合协调度模型、引力模型和障碍度模型对系统耦合协调度的时空演化特征、空间联系特征及主要障碍因子进行实证研究。[结果] (1)2000—2020年库区PEE系统综合发展水平呈逐步上升态势;(2)研究期内系统的耦合协调度基本不变,协调等级不高,协调类型呈"西南-东北""中部-北部"的空间特征,总体呈良性上升发展趋势;(3)邻近区域系统耦合协调度的空间相关性存在显著的正自相关,空间联系总量总体上升,空间联系强度较弱,且随着地理距离增大而逐渐减弱;(4)各因素对系统发展影响具有趋同性,经济和人口系统是主要制约子系统,而环境系统的障碍度逐年增加。[结论] 库区PEE系统耦合协调发展水平总体向好,区域差异缩小,未来应重点从单一系统优化向多元系统协调出发,从系统自身与区域协同2个角度进行调整,加强政策制度调控,科学探索发展路径。

摘要:[目的] 窟野河流域地处黄河流域重要补给段,是黄河中上游侵蚀最强烈的地区之一,其生态环境不仅影响自身的发展,还影响黄河下游的区域生态发展。[方法] 为了对窟野河流域生态系统服务功能有更加全面的认识与理解,运行InVEST模型定量评估1990-2020年生态服务功能(碳储量、土壤保持、水源涵养、生境质量),并采用地理探测器分析其驱动因素。[结果] (1)在土地管理政策的驱动下,建设用地的面积显著增加,未利用地的面积明显减少,主要土地类型以草地为主,植被覆盖度呈波动上升的趋势。(2)窟野河流域生态服务功能均表现出在2000年左右下降,2010年后波动升高,生境质量指数基本稳定在0.22~0.24,整体生境质量较差。(3)土壤保持和生境质量指数在流域内以低-低聚集的冷点分布为主,碳储量和水源涵养量冷点和热点的空间分布较为分散,高值和低值在空间上呈现交错分布。(4)近30年碳储量、生境质量主要受土地利用影响,土壤保持和水源涵养主要受地形、土壤类型和降水影响。[结论] 研究结果可为窟野河流域生态服务综合效益的提升和水土保持措施的配置提供科学的依据。

摘要:[目的] 以科尔沁沙地南缘不同初植密度沙地樟子松人工林为研究对象,旨在明晰不同初植密度林分碳储量、碳汇功能及其对气候的响应机制,以便于评估森林生态系统的固碳功能及其适应性管理。[方法] 利用林分胸高断面积估算樟子松人工林碳储量及固碳速率,结合气象因子分析其对温度、降水及蒸发的响应,利用GM(1,1)灰色预测模型对2030年林分碳储量进行预测。[结果] 不同初植密度樟子松人工林碳储量和固碳速率年际波动趋势基本一致,碳储量逐年增加,固碳速率曲线呈"U"形。初植密度过低或者过高均降低樟子松人工林碳汇能力;在林龄29年之前,碳汇强度最高林分初植密度为1 500~2 000株/hm²,31~42年林龄的林分最优密度为1 000~1 200株/hm²。林分碳储量随林分密度增加而增加,且二者拟合公式符合Logarithm方程。樟子松人工林固碳速率对降雨无响应。不同初植密度林分的气温对固碳速率响应模式不同,前一年8月及当年3,5,6,7月平均气温是限制高密度、极高密度樟子松人工林碳汇的主要气候因子;前一年8月及当年3,10月平均气温是限制低密度、中密度樟子松人工林碳汇的主要气候因子。由蒸发和密度林固碳速率相关分析可知,低密度樟子松人工林碳汇对蒸发的响应更为敏感。基于GM(1,1)灰色模型可知,过高或者过低初植密度均降低未来樟子松人工林固碳潜力,固碳速率最优初植林分密度为1 772 株/hm²。[结论] 林分初植密度对沙地樟子松林的碳储量和碳汇及其对气候响应存在明显影响,初植密度调整可能是气候变化下樟子松人工林适应管理的关键措施之一。

摘要:[目的] 通过分析滇中城市群碳储量的时空演变特征及其对土地利用/覆被(land use/land cover,LULC)变化的响应,以深化对该区域碳循环的理解,从而有效地指导碳管理和生态恢复策略的制定。[方法] 利用InVEST和PLUS模型模拟并预测1990—2030年滇中城市群碳储量的时空演变规律,结合土地覆被变化数据,定量分析碳储量与LULC变化之间的响应关系。[结果] (1)1990—2020年滇中城市群的土地类型主要以林地、耕地和草地为主,林地、耕地和建设用地呈增长趋势,其中建设用地增幅最大;(2)滇中城市群碳储量呈现出"先增后减,逐渐趋于平稳"的变化特征,2000年达到最高值,为1.46×10⁹ t,到2020年下降到1.45×10⁹ t,空间上呈"西高东低"的分布特征;(3)未来不同发展情景下的碳储量预测显示,与2020年相比,4个情景到2030年碳储量均呈下降趋势,其中生态发展情景下降最少,相比2020年下降0.43×10⁷ t,而耕地发展情景下降最为显著,相比2020年下降1.05×10⁷ t;(4)耕地和林地间的转变是影响碳储量的主要因素,其中耕地向林地的转换对滇中城市群碳储量增加尤为关键,林地增加可显著提升区域碳储量,而草地减少则对碳储量产生负面影响。[结论] 林地和耕地转换对增加或降低滇中城市群碳储量具有显著影响。

摘要:[目的] 探索京津冀土地绿色利用效率时空格局与影响因素,为推动土地利用绿色发展转型、促进国土空间开发保护格局优化提供理论参考。[方法] 以京津冀为研究区域,构建土地绿色利用效率评价指标体系,运用SBM-DEA模型、探索性空间数据分析(ESDA),揭示京津冀土地绿色利用效率时空格局特征,并采用Tobit多元回归模型探讨其影响因素。[结果] (1)2008年以来,京津冀土地绿色利用效率整体呈上升趋势,尤其是2012年以来明显上升,达到有效状态。(2)空间上呈现"中间高四周低"的空间非均衡性特征,京津两市处于高效率中心,且全域空间正相关性显著且不断增强,局域空间集聚特征明显,邻近城市间效率值关联特征显著。(3)经济发展、生态环境治理对土地绿色利用效率提升具有显著的正向影响,经济发展水平影响最为突出,而土地城镇化、人口集聚体现为明显的负向影响。[结论] 加快促进京津冀绿色发展转型,进一步深化京津冀协同发展,着力提高低效率区域的经济发展水平。建议加强优化国土空间开发保护格局,实施严格的土地利用制度,加强土地生态系统修复与维护,差异化制定土地绿色利用效率提升举措,全面推动土地绿色利用效率提升。

摘要:[目的] 为定量评价黄河中游复杂下垫面典型流域的林草生境适宜性及提质潜力。[方法] 综合地理探测器、空间分析、数理统计等多种方法,构建三川河流域林草生境适宜性评价指标体系及评价方法,评价流域现状土地利用条件下的林草适宜度及其提质潜力。[结果] (1)三川河流域影响林地适宜分布的主导因子包括光合有效辐射分量、海拔、土壤侵蚀强度和土壤类型等,影响草地适宜分布的主导因子包括海拔、光合有效辐射分量、土壤类型和土壤湿度等。(2)林地不同适宜度的面积由大到小依次为高度适宜、中高度适宜、不适宜、中度适宜,中度适宜以上面积占林地总面积的81.9%,流域林地布局较为合理;草地不同适宜度的面积由大到小依次为不适宜、中度适宜、中高度适宜、高度适宜,中度适宜以上面积占草地总面积的55.3%,流域草地布局仍有较大优化空间。(3)林地提质面积为223.2 km²,占中度适宜及以上区域总面积的15.4%,区域内大部分林地已达覆盖度阈值水平;各适宜度区域的林地Ⅰ级提质潜力面积占比均在89.0%以上,提质难度较低。草地提质面积为222.3 km²,占中度适宜及以上区域总面积的43.1%,区域内近四成草地仍未达覆盖度阈值水平;各适宜度区域草地Ⅰ级提质潜力的面积占比随适宜度增高而减小,提质难度随适宜度增高而增大。(4)林地可通过加强封禁管控,实施以自然恢复为主的弱干预措施;草地需针对不同适宜度的潜力等级,采取分区适度干预措施,实现草地覆盖度水平的总体提升。[结论] 三川河流域林地格局优于草地,草地提质潜力高于林地。研究构建的林草生境适宜性评价方法,可为黄河中游植物措施合理配置和提质增效提供科技依据。

摘要:[目的] 禾豆间作可兼顾生产和生态效益,提高氮素利用效率并减少氮肥污染。目前对不同水分条件下禾豆间作体系氮素利用吸收及转移分配过程尚不清晰。[方法] 通过设置2时段总水量相同但间隔3,5天的不同频次水处理,结合根系分隔(不分隔、尼龙网分隔、塑料板分隔)和氮同位素标记方法,研究间作禾豆牧草的地上生物量、氮素的吸收利用、固氮率和氮转移率。[结果] 间作披碱草的地上生物量、氮含量和氮素累积量相较单作披碱草显著提升,而苜蓿间作相比单作均降低。在总水量持平的情况下,高频水分处理使牧草的地上生物量比中低频水分处理分别提高6.28%,17.32%,苜蓿的固氮率也在高频水处理下比中低频水处理分别提高39.82%,44.81%,但部分中低频水分处理下氮含量和氮素累积量显著高于高频水分处理(p<0.05),且促进氮素的转移。根系分隔使禾豆相互作用减弱,表现为根系分隔增加间作苜蓿的地上生物量、各部位氮含量及地上部氮素累积量,减小间作披碱草的对应指标。间作苜蓿的固氮和氮转移率表现为不分隔＞尼龙网分隔＞塑料板分隔。[结论] 适度的水分调控可以提高禾豆间作的优势,且根系互作是促进豆科牧草生物固氮和氮转移的关键。

摘要:[目的] 为探究不同秸秆还田方式对季节性冻融期黑土温度的影响。[方法] 通过田间温度监测,以大豆田为研究对象,设置秸秆覆盖还田(FG)和秸秆翻混还田(FH)2种还田方式,还田量分别为秸秆总量的30%(59 670 kg/hm²),60%(119 340 kg/hm²),90%(179 010 kg/hm²),并设置裸地为对照(CK)共7种处理。各处理自地表向下沿土壤垂直剖面分别设置5,10,20,30 cm 4个土层深度,分析冻融期不同秸秆还田方式及还田量下土壤温度变化特征。[结果] (1)秸秆还田使土壤进入不同冻融阶段的时间滞后于裸地,且有效提高土壤最低温度和降低最高温度的变化范围,其中最大提温、降温率均发生在FG90处理,分别为3.0~6.1,1.5~5.2 ℃。(2)秸秆还田减弱土壤的温度变异性和与气温的相关性,最大变异系数和相关系数发生在裸地5 cm土层,分别为6.54,0.82;最小发生在FG90处理30 cm土层,分别为0.82,0.26。土壤温度变异性大小关系为CK>FG30>FH30>FH60>FG60>FH90>FG90,土壤温度与气温相关性大小关系为CK>FH30>FG30>FH60>FH90>FG60>FG90。(3)裸地冻结和解冻速率最大且冻融周期最短,冻结速率为0.19 ℃/h,解冻速率为0.60 ℃/h,最小冻结速率发生在FH90处理,为0.04 ℃/h,最小解冻速率发生在FG90处理,为0.05 ℃/h。(4)随土层深度的增加,土壤始冻阶段、始融阶段逐渐增加,但冻结时长逐渐减小,FG90处理延缓冻融效果最明显,始冻阶段、始融阶段分别为8,10天。[结论] 研究结果定量描述冻融期不同秸秆还田措施下黑土温度特征,明确不同秸秆还田措施之间对土壤温度影响的差异,对于黑土区秸秆资源合理利用及保护性耕作具有重要指导意义。

摘要:[目的] 为探讨喀斯特地区林下社会活动中人为踩踏影响下路径土壤的空间变异性。[方法] 以喀斯特森林小径区域为研究对象,在月尺度范围内定点定期采样,运用地统计学对在干旱和降水条件下0—20 cm土层土壤特性时空变异特征及其分布格局进行分析。[结果] 人为踩踏能通过加深土壤固结程度和土壤颗粒聚合能力,改变土壤表层(0—15 cm)下垫面结构;喀斯特森林小径土壤含水量空间分布呈中等变异特征,小径中央土壤含水量降水条件下是干旱条件下的1.12倍,其小径中央(32.68%)＞小径边缘(28.46%)＞森林内部(26.99%),土壤紧实度与土壤抗剪切强度均呈现小径中央>小径边缘>森林内部;受人为踩踏影响植被覆盖率减少,土壤含水量伴随降雨的响应时间增加,随机因素对土壤表层含水量相对增大,但总体处于强空间自相关性(＜25%);随着气象条件改变,森林小径表层土壤水分的块金值和基台值均与平均土壤含水量呈负相关;土壤含水量的空间分布拟合在干旱、降水条件下的变程R分别为30.89,39.49 m,效果最优是高斯模型(R²＞0.97);Kriging等值线图表明森林小径土壤水分呈明显斑块状分布,降水条件下土壤含水量空间连续性较好且分布变化稳定。[结论] 研究结果对于在喀斯特地区实施林地生态恢复策略及制定更为精准的土壤采样密度方案具有实质性的指导意义。

摘要:[目的] 砾石是影响土壤孔隙和水分入渗的重要因素,明确砾石通过改变哪些土壤孔隙特征进而影响水分入渗具有重要意义。[方法] 以西南喀斯特地区砾石含量高的石灰土为研究对象,采用CT扫描和室内一维土柱入渗试验,对比分析2种砾石粒径(2.0~5.0,5.0~12.5 mm)和5种砾石含量(0,10％,20％,30％,40％)条件下的土壤孔隙特征及水分入渗特性,并使用结构方程模型探究土壤孔隙特征与入渗特性之间的耦合关系。[结果] (1)含砾石土壤的大孔隙度、孔隙连通率、孔隙形状因子、孔隙表面积和孔隙体积均高于无砾石土壤;且当砾石含量为20%和30%时,孔隙连通率与孔隙形状因子和无砾石土壤之间存在显著性差异(p<0.05);(2)砾石改善土壤入渗性能,粒径为2.0~5.0 mm时,砾石含量从10%到40%的稳定入渗率分别是无砾石土壤的4.02,5.00,2.88,5.14倍,累积入渗量分别是1.67,1.76,2.49,2.39倍;粒径为5.0~12.5 mm时,土壤稳定入渗率分别是无砾石的2.20,2.67,4.78,2.78倍,累积入渗量分别是1.42,1.75,2.46,2.02倍。(3)在结构方程模型中砾石含量与孔隙连通率、孔隙等效直径呈正相关关系,孔隙连通率对稳定入渗率的影响最大,孔隙等效直径对累积入渗量的影响最大。[结论] 砾石含量主要通过增加土壤孔隙连通率和孔隙等效直径促进水分入渗,研究结果可为深入认识西南喀斯特地区含砾石土壤的水文过程提供科学依据与理论参考。

摘要:[目的] 生物炭施用可改变土壤理化性状,研究不同生物炭施用方式对土壤水、热及电导率(EC)分布的影响,可为季节性冻土科学管理提供依据。[方法] 利用田间定位试验,通过长期观测,研究东北黑土区不同生物炭施用方式对冻结期的土壤液态水含量、温度及EC的影响差异。生物炭施用方式包括一次性生物炭混施40 t/hm²(HO)、生物炭底施40 t/hm²(HE),空白为0 t/hm²(CK)。[结果] 2种生物炭施用方式均增加冻结期土壤平均液态水含量(p＜0.05),表现为HO＞HE＞CK;整个试验周期内生物炭施用均显著增加土壤EC,且HO和HE处理土壤平均EC分别比CK增加17.73%,6.89%;2种生物炭施用方式对土壤温度影响不同,与CK相比,HE处理土壤平均温度提高0.32 ℃,而HO处理土壤平均温度降低0.46 ℃。此外,HE处理相较于HO和CK处理减弱冻结期土壤液态水、温度及EC的变化幅度。[结论] 生物炭混施和底施均有利于提高冻结期退化黑土液态水含量和EC,特别是生物炭底施还有利于提升冻结期耕层土壤温度,而生物炭混施在同时期还有利于减缓土壤冻结作用,2种生物炭施用方式均可能对冻结期土壤水盐运移和物质转化过程有重要影响,甚至对春季作物出苗和早期生长产生重要影响。

摘要:[目的] 分析石漠化坡地不同整地措施下表层土壤水分的空间分布特征,为提高石漠化坡地的水资源利用效率和农业管理水平提供参考依据。[方法] 以石漠化坡地中反坡、斜坡和平地3种整地措施下的柑橘林地为研究对象,采用经典统计学、地统计学和多重分形理论研究土壤水分的空间分布特征。[结果] (1)反坡的土壤含水量显著高于平地和斜坡(p＜0.05),平地土壤含水量的空间连续性和聚集性以及总变异和结构性变异强于斜坡和反坡。(2)不同整地措施下的土壤含水量均具有中等强度变异性(10.00%≤CV≤100.00%)、强空间自相关性[C₀/(C₀+C)≤0.25]和极显著(p＜0.01)的空间聚集性。(3)不同整地措施下的土壤含水量分布具有多重分形特征,旱季时反坡的土壤含水量分布区间最窄,斜坡的土壤含水量分布更离散;雨季时平地的土壤含水量分布区间最窄,反坡的土壤含水量更不均匀。[结论] 土壤机械组成是影响土壤含水量的主要因素,反坡整地措施更有利于改善石漠化坡地的土壤水分条件。

摘要:[目的] 为掌握典型黑土区小流域黑土层厚度现状及其空间变化格局,实现小流域黑土层厚度动态监测。[方法] 研究选择典型黑土区黑龙江省嫩江市鹤山农场小流域,以100 m间距均匀布设样点,用土钻采集由地表到母质的原状土剖面土样,判断黑土层厚度,同时基于无人机航拍影像提取地形、土地利用等数据,分析小流域黑土层厚度及其影响因素。[结果] 在小流域295个样点中,黑土层厚度变化于0—160 cm,平均44.1 cm,"破皮黄"(黑土层厚度≤20 cm)占17.63%,薄层(＜30 cm)占43.39%,中层(30—60 cm)占36.27%,厚层(＞60 cm)占20.34%;厚层黑土主要分布在小流域的坡底、沟道附近和其他地形平缓部位,薄层黑土主要分布在陡坡和砂砾质母质区域,其他区域以中层黑土为主;地形位置指数、曲率、坡度等地形参数与黑土层厚度存在显著的相关性;耕地黑土层厚度显著低于草地和林地。[结论] 黑土层厚度在小流域内存在显著的空间异质性,这主要受地形、土壤母质和土地利用的影响。研究结果可作为代表区域黑土层厚度动态监测的基础之一,同时可为小流域水土保持措施制定提供数据支撑。

摘要:[目的] 为探究长期施用控释尿素对北方石灰性潮土土壤酸度、酸碱缓冲能力及肥力的影响。[方法] 基于自2008年开始的长期定位小麦玉米轮作施肥试验,设计掺混控释尿素和普通尿素2种氮肥类型及不施氮[N 0 kg/(hm²·a)]、常量[N 540 kg/(hm²·a)]和增量[N 810 kg/(hm²·a)]3个施氮水平,于2022年玉米季成熟期采集0—80 cm土层土壤样品,测定土壤酸碱缓冲容量、土壤碳酸钙含量与土壤养分。[结果] (1)控释尿素减缓了因施氮导致的土壤缓冲容量和pH下降,缓解了土壤酸化过程。常量掺混控释尿素、增量掺混控释尿素处理的缓冲容量分别较普通尿素处理常量普通尿素、增量普通尿素升高5.22%和11.17%,常量掺混控释尿素、增量掺混控释尿素处理的pH分别较常量普通尿素、增量普通尿素升高0.17和0.08个单位。(2)控释尿素提高了土壤阳离子交换量与交换性钙镁含量,提高了耕层土壤的活性碳酸钙含量,常量掺混控释尿素和增量掺混控释尿素处理活性碳酸钙含量分别较常量普通尿素和增量普通尿素处理升高52.08%和45.31%。同时,控释尿素减缓了土壤深层次土壤碳酸钙含量损失。(3)控释尿素提高了土壤全氮、有机质、硝态氮和铵态氮含量。[结论] 长期施用控释尿素缓解了因施用氮肥导致的土壤酸化,提高了土壤活性碳酸钙含量,提高了土壤肥力。

摘要:[目的] 为探明蓼属植物的净水能力,以期明晰蓼属植物应用于生活污水修复的可行性。[方法] 选取水蓼(Polygonum hydropiper)、红蓼(Polygonum orientale)、叉分蓼(Polygonum divaricatum)、酸模叶蓼(Polygonum lapathifolium)为研究对象,通过模拟水培试验,探讨4种蓼属植物对2种浓度生活污水中总氮(TN)、铵态氮(NH₄⁺-N)、硝态氮(NO₃^--N)、总磷(TP)的去除效果及蓼属植物对污水中氮磷的积累能力。[结果] (1)4种蓼属植物对于2种浓度生活污水中的氮磷均有较好的去除效果。(2)高浓度污水处理下,红蓼、叉分蓼和酸模叶蓼对TN、NH₄⁺-N和TP的去除率分别为96.04%~97.41%,94.60%~97.79%和98.78%~99.68%(28天),均显著高于水蓼(p＜0.05)。(3)低浓度污水处理下,4种蓼属植物地上部氮磷积累量分别为27.38~37.47 mg/plant和7.65~10.11 mg/plant,植物间差异不显著;高浓度污水处理下,红蓼氮积累能力较强,地上部氮积累量达57.16 mg/plant,酸模叶蓼磷积累能力较强,地上部磷积累量达15.32 mg/plant,水蓼氮磷积累能力均较弱。[结论] 4种蓼属植物均可用于修复较低浓度的生活污水,污水浓度较高时宜选择红蓼、叉分蓼和酸模叶蓼作为修复材料。研究结果为生活污水修复的植物材料选择提供参考。

摘要:[目的] 当前研究主要关注非喀斯特地区长时间尺度频率研究,对喀斯特不同降雨等级下的水化学采样频率研究不足,喀斯特小流域不同降雨等级水化学的最优采样频率尚不明确。[方法] 利用黔中高原典型喀斯特小流域在2022年6月至2023年7月不同降雨等级(大暴雨、大雨、中雨)间隔1 h的高频电导率(EC)数据,重采样为2~15 h的低频数据后,结合多种评价指标和突变点理论,确定喀斯特小流域不同降雨等级下水化学的最优采样频率。[结果] (1)喀斯特小流域受地质背景影响,水化学响应降雨呈现暴涨暴落特征,低频采样误差损失量大;(2)I₆₀(最大60 min降雨强度)、前期无雨天数和降雨量通过影响水文过程,进而改变水化学变化特征,最终影响采样频率;(3)大暴雨等级下建议选择4 h频率为宜,大雨等级下建议5 h频率,中雨等级下当I₆₀>10 mm/h时建议5 h采样频率,I₆₀较小时(I₆₀<10 mm/h)最优采样频率为6 h。[结论] 研究结果为喀斯特小流域水化学监测提供参考。

摘要:[目的] 为探究胶结物质对土壤胶体颗粒凝聚的影响,明确其分别促进土壤团聚体结构形成的微观机理。[方法] 采用超声分散结合高速离心法从��土中提取3种土壤纳米颗粒,分别是��土提取得到的土壤纳米颗粒(NP-Lou)、去除有机碳��土中的纳米颗粒(NP-OCR)和去除无机碳��土中的纳米颗粒(NP-ICR)。采用动态光散射仪测定3种��土纳米颗粒在Na⁺、Ca²⁺和La³⁺体系中的凝聚动力学过程、临界聚沉浓度(CCC)及表面电位值,结合Derjauin-Landau-Verwey-Overbeek(DLVO)理论计算��土纳米颗粒的Hamaker常数及相互作用能变化。[结果] 在相同溶液化学条件下,与NP-Lou相比,NP-OCR和NP-ICR凝聚速率减小,CCC值增大。NP-OCR和NP-ICR的zeta电位绝对值低于NP-Lou,导致纳米颗粒间静电排斥势能降低。DLVO理论计算表明,NP-OCR和NP-ICR的Hamaker常数也低于NP-Lou;即去除无机碳或有机碳后,土壤纳米颗粒的范德华引力也随之降低。合力计算结果表明,去除无机碳或有机碳后土壤纳米颗粒间相互作用的总势能高于NP-Lou,所以CCC值更大。NP-ICR和NP-Lou的CCC差值大于NP-OCR和NP-Lou的CCC之差,因此土壤无机碳对��土纳米颗粒凝聚的影响更大。[结论] 无机碳和有机碳通过增大��土土粒间相互作用的Hamaker常数来增强吸引势能,这是胶结物质促进土壤团聚体稳定的重要原因。