• 2024年第38卷第6期文章目次
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      2024, 38(6).

      摘要 (11) HTML (0) PDF 1.53 M (13) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 隔层创建技术的土壤生态环境效应进展分析与发展展望

      2024, 38(6):1-12,22. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.002

      摘要 (13) HTML (0) PDF 1.29 M (27) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 系统梳理、总结、分析隔层创建技术在土壤改良、养分循环、生态修复及作物管理等方面的应用现状、技术特征与环境效益,以期为现代农业提质增效与可持续发展提供科学依据和理论支撑。[方法] 选取隔层创建技术为研究对象,全面综述其对土壤物理结构、土壤水盐热效应、土壤养分状况、土壤酶活性、土壤微生物特性和作物生产力的影响效应及其调控过程。[结果] 隔层创建技术对土壤结构、养分含量及其生态系统服务功能具有正向调节效应,并能够有效提升农业生产效能,但具体调控效果则因模式选择与田间管理等而异。[结论] 今后的相关研究可拓展和深化4个方面:(1)深入揭示水盐调控、养分释放、生境演替对"隔层—土壤—微生物—作物"系统的响应机制及其遗留效应;(2)研发集成生产成本可控、实际操作可行的隔层铺设技术及其配套设备;(3)筛选优化适用于不同气候条件、土壤质地、作物布局和农田管理模式的隔层创建关键技术及其作业参数;(4)拓展验证隔层创建技术在田间尺度的实际应用效果及其有效路径。而在双碳发展格局和多重战略叠加背景下,基于固废资源化高效利用理念的新型隔层材料属性创新与技术变革则是未来研究的关注重点和选题方向。

    • 喀斯特玉米坡耕地产流产沙对坡度的响应

      2024, 38(6):13-22. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.015

      摘要 (12) HTML (0) PDF 3.06 M (19) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 为揭示喀斯特地区玉米坡耕地地表、壤中、地下3种独特的水文路径对坡度的响应。[方法] 以贵州省喀斯特玉米坡耕地为研究对象,采用人工模拟降雨试验方法,在相同降雨强度(60 mm/h)条件下,不同坡度(5°,10°,15°,20°,25°)对各水文路径产流产沙规律的影响。[结果] (1)地表产流产沙与坡度呈极显著正相关(p<0.01),地表最大产流模数和最大输沙模数分别为0.18 L/(min·m2)、13.12 g/(min·m2),地表产沙在10~30 min由面蚀演变为细沟侵蚀。(2)壤中流在中等坡度(15°)时径流系数最大(49%),可能导致土体稳定性降低,与此同时壤中产流、产沙量与坡度均呈极显著正相关(p<0.01)。虽然地下产流、产沙与坡度关系不显著,但地下产流占比受坡度影响最大。(3)地表产沙总量均大于壤中和地下产沙总量,3种不同水文路径(地表、壤中、地下)与坡度的拟合关系为地表径流>壤中径流>地下径流。[结论] 在喀斯特地区的玉米坡耕地中,随着坡度的增加,不同土层的水土流失规律表现出不一致性,且水土流失形式主要以地表侵蚀为主、地下漏失为辅,玉米冠层能在低坡度时减缓地表土壤侵蚀形式的演变。研究结果可为喀斯特玉米坡耕地水土流失估算及玉米种植策略等提供理论参考依据。

    • 近61年东北黑土区风蚀气候指标时空格局及其对大气海洋环流模式的响应

      2024, 38(6):23-34. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.012

      摘要 (5) HTML (0) PDF 4.69 M (16) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 研究东北黑土区风蚀气候指标的时空格局及其对大气海洋环流模式的响应,对区域土壤风蚀预警和防治有重要意义。[方法] 选取≥5 m/s的起沙风速发生频次、逐日最大风速、逐日极大风速、风蚀气候因子4个指标,基于1960—2020年逐日风速数据和气象数据,采用滑动平均、Mann-Kendall检验和相干分析等方法,分析1960—2020年东北黑土区春季(3—5月)风蚀气候指标的时空格局,解析风蚀气候指标对大气海洋环流模式的响应。[结果] 东北黑土区1960—2020年春季起沙风速发生频次为5~30次/季,逐日最大风速为6.1~8.7 m/s,逐日极大风速为9.8~12.2 m/s,风蚀气候因子为19.5~101.1。东北黑土区4个风蚀气候指标的月际变化趋势为4月>5月>3月;除逐日极大风速外,起沙风速发生频次、逐日最大风速和风蚀气候因子年际变化均呈显著下降趋势,且在1990年左右发生显著突变,但2014年以后风蚀气候指标上升趋势明显。东北黑土区各风蚀气候指标呈现自西北向东南递增后递减的空间分布,地形是影响风蚀气候指标空间分布的主要因素。亚洲极涡强度(AVPII)是对东北黑土区春季风蚀气候指标影响的最显著的单一环流模式,太平洋-北美遥相关指数(PNA)也对风蚀气候指标产生显著影响,但风蚀气候指标与2个环流模式叠加(AVPII-PNA)呈现不显著的相关关系,而APVII-PNA-AO大气海洋3环流模式叠加对起沙风速发生频次的影响显著。2014年以后东北黑土区各风蚀气候指标快速上升趋势明显,亚洲极涡强度、太平洋-北美遥相关指数对风蚀气候指标影响显著。[结论] 东北黑土区风蚀气候指标时空格局的影响因素主要包括风速、地形和大气海洋环流模式,需关注2014年后风蚀动力增强带来的潜在风蚀危害。

    • 不同植被恢复措施对红壤区马尾松侵蚀退化地土壤崩解特性的影响

      2024, 38(6):35-43,53. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.016

      摘要 (8) HTML (1) PDF 1.83 M (17) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 研究马尾松退化地不同植被恢复措施下的土壤崩解特性变化特征,比较不同植被恢复措施对南方花岗岩红壤区马尾松侵蚀退化地土壤崩解特性的改善程度,揭示南方花岗岩红壤区土壤崩解特性各影响因素之间的相互作用关系。[方法] 以长汀县马尾松侵蚀退化地为研究区域,以马尾松退化地作为对照组(CK),设置封禁管理(E1)、全坡面播草(E2)和乔灌草条沟模式(E3) 3种植被恢复措施作为试验组,采用相关性分析法、主成分分析和通径分析法对4个样地表层土壤进行土壤崩解特性研究。[结果] (1)各措施下的土壤抗蚀性之间均存在显著差异性,其中相较于对照样地CK,E1、E2、E3措施的土壤崩解系数分别降低16.3%,52.5%,67.2%,乔灌草条沟模式(E3)较为适宜马尾松侵蚀退化地治理;(2) 有机碳含量、全磷含量、速效磷含量、全钾含量、速效钾含量、含水率及团聚体特征为土壤崩解特性的主要影响因子;(3) 在诸多影响土壤崩解特性的因素中,土壤几何平均直径(GMD)为主要直接影响因素,起主导控制作用。[结论] 不同植被恢复措施下土壤崩解特性的大小为CK>E1>E2>E3,通过乔灌草条沟治理模式可让土壤崩解特性保持在较低水平,该模式对花岗岩红壤区马尾松林侵蚀退化地水土流失治理更为有效;土壤几何平均直径(GMD)是影响土壤崩解特性大小的直接控制因子,可作为评价土壤崩解特性的优选指标。

    • 砒砂岩泻溜侵蚀的坡向分异及其与气象因素的响应

      2024, 38(6):44-53. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.017

      摘要 (9) HTML (1) PDF 3.53 M (15) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 泻溜作为砒砂岩区典型的重力侵蚀方式,已成为沟道内重要的粗砂物质来源,严重威胁流域生态安全,明确该地区侵蚀机理对黄河流域生态保护和高质量发展战略具有重要意义。[方法] 以内蒙古砒砂岩沟坡系统为研究对象,基于野外定位监测,利用三维激光扫描技术,分析不同坡向下沟坡侵蚀界面微地形变化与侵蚀特征的时空变化规律及其与气象要素之间的响应关系。[结果] (1)砒砂岩沟坡存在明显的泻溜侵蚀现象,且坡向分异较为明显。其中,阴坡平均侵蚀面积占研究区总面积的43.11%,阳坡平均侵蚀面积占研究区总面积的45.48%。阳坡的侵蚀强度大于阴坡,且地表粗糙度的变化幅度在阳坡更为明显。阴坡地表起伏度、地表切割度和高程变异系数的变化规律更具显著性,坡向是影响沟坡重力侵蚀的关键地形因素。(2)沟坡后退速率与地表起伏度和地表切割度之间呈极显著正相关(p<0.01)。阴坡沟坡后退速率与微地形因子的拟合度优于阳坡,R2分别为0.721和0.631,不同坡向微地形因子与沟坡后退速率的拟合度优于侵蚀面积与侵蚀量。(3)在砒砂岩区7—8月期间,影响阴坡侵蚀的气象因子重要性依次为气温>降雨量>太阳辐射>相对湿度>风速,阳坡则表现为气温>相对湿度>风速>降雨量>太阳辐射。GAM模型对侵蚀特征的坡向变异具有较好的解释能力。[结论] 研究结果可为砒砂岩区重力侵蚀机理研究和生态建设提供理论参考。

    • 红壤坡面水力与重力复合作用下的土壤侵蚀过程

      2024, 38(6):54-60. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.031

      摘要 (9) HTML (0) PDF 3.09 M (13) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 土壤侵蚀是全球最主要的生态环境问题之一。分析不同条件下水力与重力复合侵蚀的水沙过程及其与砾石含量间的协同变化规律,对揭示水力与重力复合侵蚀的耦合机理具有重要意义。[方法] 设置无砾石与砾石含量为40%的2种类型的土体,通过野外人工模拟连续降雨的方法,探讨水力与重力复合作用下,砾石含量对土壤侵蚀过程的影响及其协同变化规律。[结果] (1)无砾石土体在2场降雨中均未产流;含砾石土体在第1场降雨中未产流,但第2场降雨中含砾石土体在36 min开始产流,初始产流时间随降雨场次的增加基本趋于提前,变化为8~36 min。(2)含砾石土体各场降雨的总产流量分别为8.97,63.9,70.8,79.7,127.5 L;各场降雨后期产流过程基本一致,产流率均逐渐减小。(3)各场降雨的总产沙量分别为0.26,10.6,5.74,3.15,9.37 g;含砾石土体各场降雨中侵蚀速率均呈较大波动,但在降雨后期总体趋势均为减小。(4)无砾石土体在第2场降雨中发生重力侵蚀,侵蚀量为106.37×103 cm3,沉积量为76.28×103 cm3;含砾石土体在第3场降雨中,土体中下部发生小面积的崩塌,重力侵蚀量为6.08×103 cm3[结论] 研究结果可为解析水力与重力复合侵蚀营力的耦合作用机制提供理论依据。

    • 大别山区不同水土保持措施配置模式的效益评价

      2024, 38(6):61-69,78. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.001

      摘要 (6) HTML (0) PDF 2.30 M (19) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 为揭示大别山区不同水土保持措施的减流减沙效益,优化大别山区水土保持措施的配置模式。[方法] 基于黄冈市石桥铺、红安县、英山县和团风县4个站点径流小区的侵蚀观测数据,对比分析不同水土保持措施配置模式下的水土保持效益。[结果] (1)正常农耕种植无明显水保效益,梯田+耕作配置模式下水保效益得到提高,均取得正向的水保效益,其中石坎梯田+花生油菜综合效益最好,土壤侵蚀削减率达到55%;(2)生物措施结合工程措施的配置模式有着良好的水保效益,但其减流减沙效益存在差异,如石坎梯田+板栗的减沙效益要优于减流效益;(3)香根草、香根草等高绿篱是研究中水保效益最优异的措施,香根草等高绿篱的综合效益达到70%。[结论] 香根草、香根草等高绿篱适宜在黄冈市和大别山区进行推广,同时多种措施结合的配置模式相较单一措施更具有优势。研究结果可为湖北省大别山区水保措施的优化配置提供参考。

    • 套种药材对红壤坡地幼龄油茶园产流产沙及氮磷流失的影响

      2024, 38(6):70-78. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.035

      摘要 (7) HTML (0) PDF 1.83 M (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 为探究不同药材及其套种模式对红壤坡地幼龄油茶园水—土—养分流失的影响及其适用性。[方法] 在中药材种植大省江西开展幼龄油茶园径流小区原位观测试验,设置套种地上收获药材艾(YA)、套种地下收获药材郁金+植物篱(YY)、传统水保措施秸秆覆盖+墒沟(YC)、清耕对照(CK),进行逐场次降雨下产流产沙、氮磷流失观测及综合效益评估。[结果] (1)除清耕模式外,所有有保护性措施的模式均显著减少幼龄油茶园水-土-养分流失。与CK相比,YA、YC和YY的减流效应分别为15.22%,67.30%,64.12%,减沙效应分别为72.63%,97.19%,98.19%,总氮流失量降低幅度分别为57.86%,96.53%,95.87%,总磷流失量降低幅度分别为32.18%,98.62%,98.86%;(2)中雨、大雨和暴雨3种雨型下,套种郁金+植物篱模式均能发挥很好的水土保持和养分拦截效应,减流、减沙效应分别为45.11%~83.25%和96.08%~99.02%;减氮、减磷效应分别为83.02%~99.14%和88.38%~99.65%;而套作艾草模式则只在中雨和大雨中的养分拦截效应较好,在暴雨中的水土保持效应不明显;(3)基于TOPSIS模型,对4种模式的综合效益进行评估,排名为YY(0.48)>YC(0.29)>YA(0.23)>CK(0.02)。[结论] 地下收获药材郁金+植物篱模式是试验中控制红壤坡地幼龄油茶园土壤侵蚀和养分流失最经济高效的管理措施;选用收获期与水土流失风险期错峰的药材将更好地发挥套作的生态效益,可避免幼龄油茶园产生额外的养分流失。

    • 长冲河小流域土壤侵蚀与水文泥沙连通性分布特征及耦合关系分析

      2024, 38(6):79-88. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.028

      摘要 (10) HTML (0) PDF 3.94 M (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 为明确长冲河小流域土壤侵蚀与水文泥沙连通性的分布特征及耦合关系,为该区的水土流失治理、土壤侵蚀科学防治提供依据。[方法] 通过GIS平台,采用RUSLE模型并引入连通性指数(IC)和地形湿度指数(TWI),定量评估长冲河小流域2021年的土壤侵蚀和水文泥沙连通性分布特征,探讨小流域不同坡度、土地利用、高程和坡向对不同土壤侵蚀强度、水文泥沙连通性等级的影响,并通过空间自相关分析土壤侵蚀与水文泥沙连通性的耦合关系。[结果] (1)长冲河小流域平均土壤侵蚀模数为380 t/(hm2·a),土壤侵蚀强度以微度侵蚀为主,整体上由北向南逐渐加剧。(2)高水文泥沙连通性主要分布在耕地中,林草地则相反。较高值主要位于长冲河小流域坡度低、易积水的低洼平坦区域,较低值主要在陡峭山区。(3)地形因子和土地利用类型显著影响土壤侵蚀和水文泥沙连通性(p<0.01)。相对较低的土壤侵蚀强度与水文泥沙连通性等级,较高的侵蚀强度与连通性等级耕地面积占比较高,而林地和草地面积占比较小;各水文泥沙连通性等级中,5°~10°和10°~15°坡度,90.30~131.9,131.96~175.34 m高程面积占比均较多,等级越高,阳坡面积所占比例越高。(4)土壤侵蚀与水文泥沙连通性呈显著的正相关,主要体现在坡度、坡向、土地利用和高程上。[结论] 提高长冲河小流域的植被覆盖度、优势度等来降低其水文泥沙连通性可以有效减少土壤侵蚀和产沙,对小流域的生态环境治理、水沙调控和水土流失科学防治等具有重要影响。

    • 黄土高塬沟壑区植被恢复对土壤入渗及产流的影响

      2024, 38(6):89-96,104. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.022

      摘要 (5) HTML (0) PDF 4.66 M (13) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 研究植被恢复对降雨入渗及产流的影响,对流域水资源合理利用和生态环境建设具有重要理论意义和应用价值。[方法] 以黄土高塬沟壑区南小河沟流域为研究区域,采用双环入渗试验和坡面模拟降雨试验方法,分析探究植被恢复对坡面水分入渗产流过程及特征的影响。[结果] (1)植被恢复显著提高土壤入渗特征值与入渗能力,具体表现为人工林地>自然草地>玉米农田。(2)草地较裸地增加降雨量向土壤蓄量的转化,减少地表径流,出现多层壤中流。(3)草地较裸地土壤含水量变化更迅速,径流成分更丰富,产流量更少。(4)裸地降雨强度远大于土地下渗能力时,快速形成地表径流,下渗量较小,自然恢复草地则存在浅层相对不透水层,上下土层入渗能力差异大,形成壤中流。[结论] 植被恢复通过改变土壤水文物理性质而使坡面产流机制发生变化,从多是超渗地表径流转变为超渗地表径流和壤中流同时出现。

    • 不同生长阶段香根草根土复合体的邓肯—张本构模型

      2024, 38(6):97-104. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.006

      摘要 (3) HTML (0) PDF 2.27 M (10) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 为研究根土复合体破坏全过程的本构关系。[方法] 以不同生长阶段的香根草(20,40,60天)和红壤的原状根土复合体为对象,基于邓肯—张模型,结合三轴试验,构建根土复合体破坏全过程的应力应变本构关系模型,并分析模型参数对根系生物量变化的响应。[结果] (1)邓肯—张本构关系模拟根土复合体力学行为的效果理想,除个别素土的应变软化现象不能捕捉外,应力应变曲线、抗剪强度指标的预测值与实测值均表现出高度的相关性(R2>0.91),并且能够很好地预测曲线在弹性阶段、硬化阶段和塑性阶段的变化特征。(2)根土复合体的邓肯—张本构模型参数与根系特征参数相关性较强。随着香根草的生长,模型参数ccφcKRf,以及初始抗剪强度(Ei)均增大。参数n的变化规律略特殊,素土大于根土组,而在根土组中,n仍随着植物的生长而逐渐增大。(3)香根草根系有效地加固土体。在生长周期内,生长时间越长,根系越发达,根系生物量越大,土体的抗剪强度和抗剪强度指标(ctφt)也提高得越多。[结论] 建立了基于邓肯—张模型的根土复合体本构关系,解析根土复合体在浅表层滑坡过程中的力学行为,为有效防治浅表层滑坡灾害提供理论依据。

    • 梯田侧壁显著影响黄土塬区梯田土壤水分空间分布

      2024, 38(6):105-112. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.020

      摘要 (6) HTML (0) PDF 3.44 M (15) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 坡地改梯田是黄土塬区重要的水土保持和农业措施,明确梯田侧壁(梯壁)对梯田土壤水分空间分布的影响有助于保持梯田水分,提高梯田生产力。[方法] 通过对黄土塬区典型人工高坡(梯壁高5 m)梯田不同位置土壤取样测定含水量和土壤物理化学性质,分析梯田土壤水分的空间分布特征和影响因素。[结果] 随着距梯壁距离的增加,梯田0—300 cm土层土壤储水量从15.9 mm增加至328.6 mm,呈显著上升趋势;梯壁蒸发量从318.0 mm逐渐降低至83.4 mm;梯面宽为300 cm时,梯壁蒸发量可以达到土壤储水量的33%~38%。土层深度和距梯壁的距离是影响梯田土壤含水量的主要因素,土壤颗粒组成和有机质含量与土壤含水量的相关性较低。[结论] 黄土塬区梯壁导致的侧向蒸发显著影响梯田土壤水分分布,导致侧壁一侧土壤水分降低。在梯田的维护和管理中应采取适当措施降低梯田侧壁蒸发导致的水分损耗。

    • 不同坡度和植被覆盖黄土对降雨入渗的响应规律

      2024, 38(6):113-121. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.018

      摘要 (5) HTML (0) PDF 3.35 M (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 植被类型和坡度是影响黄土斜坡土体水分对降雨响应规律的控制因素。[方法] 分别选取裸土、蒿草和刺槐覆盖的平地,裸土、蒿草、刺槐和刺槐蒿草混合覆盖的15°斜坡,以及刺槐蒿草混合覆盖的35°斜坡,共8个样地设置原位观测点,测定剖面含水率及基本物理指标,观测降雨后剖面的湿润锋深度,分析植被类型和坡度对降雨入渗的影响。在室内设置6个坡度的模型试验,研究坡度与竖直入渗深度和垂直于坡面入渗厚度的关系。[结果] 植被类型显著影响斜坡土体的湿润锋深度、含水率和饱和度,刺槐蒿草混合地的湿润锋深度最浅,湿润带饱和度可达73.0%;裸土地的湿润锋最深,湿润带的饱和度最小,最大饱和度仅为52.4%。坡度对相同植被斜坡的湿润锋深度、含水率和饱和度的影响较小,但短期内历经多次降雨后,平地湿润带含水率和饱和度略高于斜坡。通过室内模型试验发现,不同坡度黄土斜坡的竖直入渗深度不随坡度增加而变化,垂直于坡面入渗厚度随坡度增加而减小。[结论] 研究结果可为黄土斜坡浅层滑移和水土流失治理提供理论依据。

    • 黄土高原梯田土壤饱和导水率长期变化及其影响因素

      2024, 38(6):122-129. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.008

      摘要 (7) HTML (0) PDF 3.80 M (16) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 探究黄土高原梯田土壤饱和导水率(Ks)的长期变化及其主控因素。[方法] 选取农田、果园及草地3种土地利用类型的梯田,以坡面为对照,采集坡面及修筑年限为7,20,30,40年梯田的土壤样品,测定Ks及土壤理化性质。使用Kruskal-Wallis H检验、Spearman相关性分析、偏最小二乘路径模型(PLS-PM)分析修筑梯田对Ks的影响、Ks随时间的变化及其影响因素。[结果] (1)不同利用类型梯田Ks随修筑年限增加表现出不同的规律。7,20,30,40年农田Ks持续增长,从0.18 mm/min增加至0.28 mm/min,增长率为55.56%。果园Ks先增加,30年后出现下降趋势,其中30年果园Ks显著高于7年果园Ks,从0.12 mm/min增加至0.35 mm/min,增长率为191.67%。草地Ks先增加,20年后则保持相对稳定,其中20年草地Ks显著高于7年草地Ks,从0.14 mm/min增加至0.31 mm/min,增长率为121.43%。(2)影响Ks的主要因素为土壤粒径分布、土壤质量密度、团聚体平均重量直径,其路径系数分别为-0.431,-0.561,0.226。[结论] 梯田利用类型对土壤性质影响程度的差异导致梯田Ks随修筑年限的增加呈现不同规律,研究结果可为梯田后续管理及发展高效旱作农业提供依据。

    • 冻融时期库布齐沙柳人工林土壤呼吸对降雪的响应

      2024, 38(6):130-141,151. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.003

      摘要 (3) HTML (0) PDF 4.80 M (16) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 探究干旱半干旱地区春季冻融时期沙漠生态系统的土壤呼吸变化规律及其与环境因子的关系,为干旱半干旱地区沙地生态系统的碳收支提供数据支撑。[方法] 在内蒙古鄂尔多斯市达拉特旗沙柳林木种质资源库,以沙柳为研究对象,采用Li-6800土壤碳水通量测量室测定在无雪处理下,未整地未平茬(ww)、未整地平茬(wp)、整地未平茬(zw)、整地平茬(zp)的土壤呼吸速率,并同步测定大气温度和土壤温湿度。[结果] 冻融交替时期土壤呼吸的日变化规律呈单峰变化趋势,峰值出现在10:00—12:00;降雪条件加快春季冻融时期的土壤呼吸速率,增强土壤呼吸温度敏感性(Q10),但不会改变土壤呼吸的日变化规律;沙柳平茬后,土壤呼吸速率减慢,Q10反而增大,整地措施整体上降低土壤呼吸日通量,也降低Q10值;各措施处理下土壤呼吸与土壤温度均显著相关,其单因子模型能够解释土壤呼吸变异的51%~68%(p<0.001),但与水分的相关性不显著;土壤温度和水分的双因子复合模型较单因子能更好地解释土壤呼吸变异,最高可解释土壤呼吸变异的81%。结构方程模型(SEM)模拟结果表明,各因子能共同解释土壤呼吸速率变异的70%,降雪、平茬直接影响土壤呼吸,整地通过影响土壤温度和水分间接影响土壤呼吸。[结论] 冬季降雪为早春植被生长提供了水源,调控干旱半干旱地区的碳收支过程,平茬、整地对于干旱半干旱地区冻融时期的碳释放起到阻碍作用,也间接减缓土壤的碳流失,有助于调节生态系统碳平衡。

    • 基于InSAR的黄土高原延河流域滑坡降雨阈值模型构建

      2024, 38(6):142-151. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.026

      摘要 (5) HTML (0) PDF 3.89 M (9) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 经验性降雨阈值存在地域局限性,在黄土高原开展滑坡灾害降雨阈值模型研究具有重要意义。[方法] 以黄土高原延河流域为研究区,综合Sentinel-1A、DEM、GPM降雨等多源数据,首先基于时序InSAR对延河流域进行滑坡识别;然后计算降雨因子与滑坡形变量间的相关性,确定前期降雨天数和前期有效降雨衰减系数;最后计算前期有效降雨量(E)、降雨强度(I)和降雨历时(D),并结合幂函数建立E-DI-DE-I降雨阈值模型。[结果] (1)共识别出2017—2021年107个滑坡,包括滑坡的具体位置和加速变形时间;(2)随着前期降雨天数的增加,累积降雨量与滑坡形变量的相关性呈先升后降的趋势;当前期有效降雨衰减系数K=1时,9天有效累积降雨量(滑坡发生当日及前8日降雨量)与滑坡形变量的相关性最强;(3)E-DI-DE-I降雨阈值模型对应的表达式分别为E=12.19D0.661,I=10.66D-0.255E=3.84I1.141[结论] E-DI-DE-I降雨阈值模型将为黄土高原延河流域滑坡灾害的气象预警提供科学依据和借鉴。

    • 混交刺槐人工林枯落物蓄积特征及其水文效应

      2024, 38(6):152-160,169. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.004

      摘要 (3) HTML (0) PDF 3.03 M (12) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 研究典型混交刺槐人工林蓄积特征及其水文效应对深入探究黄土高原人工林涵养水源能力具有重要意义。[方法] 选取黄土丘陵区5种不同混交模式(刺槐×沙棘、刺槐×紫穗槐、刺槐×油松、刺槐×山桃、刺槐×山杏)刺槐人工林为研究对象,以刺槐纯林为对照,通过野外调查、室内试验对不同混交模式枯落物蓄积量、持水及蒸发特性进行定量研究。[结果] (1)不同混交刺槐人工林总蓄积量为0.29~1.01 kg/m2,且半分解枯落物占比均>60%。除刺槐×紫穗槐,各混交类型叶的蓄积量占比均大于刺槐纯林。(2)不同混交类型枯落物在24 h后持水量均趋于稳定,无显著差异。其中,枯落物各器官的最大持水量呈叶>草>果>枝趋势。刺槐×紫穗槐的有效拦蓄量最大(1.74 kg/m2),半分解枯落物的有效拦蓄量均大于未分解(p<0.05)。(3)半、未分解枯落物蒸发在84,60 h后达到稳定阶段,其各器官的蒸发量、蒸发速率均呈叶>草>果>枝趋势。(4)持水-蒸发耦合过程中,持水阶段存在显著的对数关系(R2≥0.84,p<0.01),蒸发阶段存在显著幂函数关系(R2≥0.94,p<0.01),室内和室外枯落物分别在48~60,24~36 h达到自然含水量。[结论] 整体上,刺槐×紫穗槐枯落物的水文效应最佳。研究结果以期为该区植被恢复与水土保持工程建设及其生态效益评价提供科学依据。

    • 黄土高原典型小流域水土保持土壤碳库演变特征及其碳汇潜力

      2024, 38(6):161-169. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.025

      摘要 (4) HTML (0) PDF 4.13 M (14) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 为探究流域尺度综合水土保持措施下土壤碳库的演变特征,评估流域水土保持碳汇潜力。[方法] 以黄土高原典型水土流失治理小流域滕子沟为研究对象,分析流域1977—2022年水土保持措施配置时空变化,明确不同水土保持措施配置下土壤有机碳(SOC)库演变规律,结合情景分析评估不同水土保持配置下流域土壤碳汇潜力。[结果] (1)与1977年相比,流域水土保持措施总面积增加32.9%,其中坝地、坡面林地、梯田草地和梯田林地面积分别增加0.5%,5.0%,11.1%,16.3%,水土保持措施类型以梯田草地和坡面草地为主。(2)与坡面裸地相比,不同水土保持措施SOC密度均有所增加,并且梯田措施的SOC密度高于坡面措施,梯田草地、梯田林地、坡面草地、沟道草地、坡面林地和坝地分别增加318.1%,255.3%,150.0%,130.9%,103.9%,73.9%。(3)研究区水土保持碳储量从1977年的264.5 t增加到2022年的332.8 t,增加25.8%,其中1977—2004年仅增加3.5%,2004—2015年增加22.4%,随后趋于稳定。(4)在峁边线以下保持不变的情况下,峁边线以上采取全梯田草地措施配置,土壤有机碳汇潜力最大,相比2022年增加20.5%。[结论] 通过优化水土保持措施配置,即使在水土保持治理良好的小流域仍有一定碳汇潜力。

    • 贵州省退耕还林(草)时空格局及其固碳效应

      2024, 38(6):170-177. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.032

      摘要 (4) HTML (0) PDF 5.77 M (11) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 为探究退耕还林(草)工程对贵州省陆地生态系统碳储量的影响。[方法] 以贵州省为例,利用ArcGIS与InVEST模型相结合,研究2000—2020年贵州省退耕还林(草)时空分布格局及碳储量变化。[结果] (1)2000—2020年贵州省土地利用变化显著,综合动态度呈先下降后上升的趋势,依次为0.32%,0.11%,0.09%,0.35%。耕地、林地和草地之间相互转换,建设用地与水域主要来源于耕地。(2)2000—2020年退耕还林(草)总面积为238.17万hm2,土地利用转型主要以耕地转向林地为主,占总退耕还林(草)总面积的84.86%,主要分布在遵义市、毕节市和黔西南州等地。(3)2000—2020年退耕还林(草)区的碳储量共增加257.40×106 t,呈逐渐增长的趋势。耕地转向林地的固碳量最大,达239.89×106 t(93.2%),土壤碳库为主要贡献者,碳储量为178.15×106 t(69.21%)。[结论] 实施退耕还林(草)工程有助于提高区域生态系统碳储量,耕地转向林地的固碳能力最大,耕地转向草地的固碳能力较小,在未来实施退耕还林(草)工程可优先考虑耕地退耕成林地,有助于提高区域碳储量。

    • 重庆市土地利用变化特征及生态敏感性评价

      2024, 38(6):178-194. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.013

      摘要 (9) HTML (0) PDF 9.39 M (11) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 重庆市作为我国长江上游地区经济中心及保障长江中下游生态安全的屏障,是我国典型的生态功能区和生态脆弱区,研究其土地利用的变化特征及生态敏感性对研究区土地利用重构及生态环境保护具有重要意义。[方法] 利用2000年、2010年、2020年3期遥感数据,基于ArcGIS、Fragstats等软件,应用耦合空间距离指数模型、空间自相关分析、地理探测器模型、格网编码等方法综合评价重庆市生态敏感性。[结果] (1)研究区景观基质主要以耕地为主,占全区面积45%以上,2000—2020年,耕地、草地大面积减少,林地、城乡建设用地面积显著增加。(2)2000—2020年,综合生态敏感性指数平均值从1.037上升到1.045,表明研究区生态环境整体得到改善;空间自相关分析显示重庆市综合生态敏感性全局Moran’s I指数均>0,说明综合生态敏感性空间异质性明显,呈现为由内向外逐级递减的变化趋势,高度敏感和较高敏感主要集中在渝西地区、渝东新城、渝东北三峡库区;敏感性等级显著变化的区域位于中心城区和渝东南武陵山区。(3)研究区综合生态敏感性的时空演变是自然环境因素和社会经济因素共同作用的结果;单因子检测结果显示年平均气温、土壤类型及土地利用程度综合指数为主要的驱动因子;交互探测结果均表现为双因子增强和非线性增强,年平均气温、年降水量、第一产业增加值、人均GDP、土壤类型的交互作用对综合生态敏感性的影响具有显著的协同增强作用。[结论] 根据综合生态敏感性时空演变特征,将重庆市划分为综合发展区、生态改善区、潜在治理区、生态退化区及严格保护区5个区域,并针对性提出治理措施,研究结果可以为重庆市生态安全格局重构及可持续发展提供理论支撑和决策依据。

    • 长三角地区典型阔叶林地土壤CH4和N2O通量特征及其影响因子——以杭州市为例

      2024, 38(6):195-202. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.014

      摘要 (5) HTML (0) PDF 2.01 M (6) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 长三角地区森林覆盖率达33.4%,其下垫面土壤对区域温室气体的收支平衡具有重要影响。为探讨该地区森林生态系统土壤CH4和N2O通量变化特征及土壤理化性质和凋落物对该2种温室气体通量的影响。[方法] 以浙江省杭州市典型阔叶林地土壤为研究对象,于2022年11月至2023年11月采用静态箱—气相色谱法对土壤—大气界面的CH4和N2O通量进行原位观测。[结果] 去除凋落物(S)和保留凋落物(SL)处理下CH4年平均吸收通量分别为(47.82±18.54),(36.80±13.55) μg/(m2·h),N2O年平均排放通量分别为(80.74±45.24),(52.70±25.98) μg/(m2·h)。S和SL处理下CH4吸收通量的季节变化趋势相似,春夏2季的吸收通量高于秋冬2季。2种处理下N2O排放通量也呈现出一致的季节变化规律,夏季排放通量最高,春季次之,秋冬2季较低。凋落物对土壤CH4吸收和N2O的排放有显著影响,去除凋落物处理使得土壤CH4年平均吸收通量提高29.9%,土壤N2O年平均排放通量提高53.2%。相关性分析表明,2种处理下的CH4吸收通量与N2O排放通量分别与土壤有机碳含量和土壤温度呈显著正相关(p<0.05)。SL处理下CH4吸收通量与土壤质量密度呈显著负相关(p<0.05)。[结论] 阔叶林地在森林碳汇方面发挥着重要作用,阔叶林地土壤凋落物管理对平衡CH4吸收与N2O排放,减缓气候变暖至关重要。

    • 大兴安岭北部主要森林类型土壤活性碳组分及碳库稳定性变化特征

      2024, 38(6):203-213. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.024

      摘要 (4) HTML (0) PDF 4.24 M (5) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 土壤有机碳是森林生态系统碳循环的重要组成部分,活性有机碳能够指示土壤碳库变化,研究不同森林类型土壤活性碳组分及碳库稳定性的变化规律对理解碳循环的生物地球化学过程有重要意义,可为面向固碳减排的生态系统碳库管理提供依据。[方法] 以大兴安岭北部兴安落叶松林、樟子松林、白桦林和山杨林为研究对象,于2023年5—9月采集0—10,10—20 cm土层土壤样品,采用改良后的Loginow法测定土壤中活性易氧化碳含量,利用活性碳利用率(ER)及碳库活度(CPA)分析不同林型下土壤碳库稳定性差异。[结果] (1)5—9月,4种林型土壤总有机碳(TOC)、高活性易氧化碳(LOC-H)和中活性易氧化碳(LOC-M)均呈"单峰"变化趋势,于8月达到峰值,且阔叶林含量高于针叶林。(2)土壤稳定性有机碳利用率(ER4)在5—9月为72.33%~85.11%,显著高于其他3种活性碳利用率,在土壤碳库中占主导地位。(3)土壤碳库活度(CPA)为0.20~0.38,且山杨林>白桦林>樟子松林>兴安落叶松林,针叶林于8月达到峰值,阔叶林则在5月最高。(4)土壤活性有机碳含量和碳库稳定性受气候因素和土壤因素的共同作用。蔗糖酶为土壤因子中主要影响因素,而气候因子中降雨量和光合有效辐射影响较大。寒温带针叶林土壤有机碳整体稳定性大于阔叶林,但在温度较高情况下,针叶林深层土壤损失有机碳速率高于阔叶林。[结论] 研究结果有助于提高对寒温带森林土壤活性碳及有机碳库的认识,建议该地区尽快人工促进次生林演替或引入针叶树种,使其形成混交林,但在全球日益变暖的背景下,阔叶林在土壤碳库中发挥的作用也不容忽视。

    • 基于多源地理数据的西南高山峡谷区生态系统服务评估及权衡与协同关系

      2024, 38(6):214-223. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.021

      摘要 (5) HTML (0) PDF 7.82 M (8) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 西南高山峡谷区是国家"三区四带"重要生态安全屏障,对保障国家生态安全和区域高质量发展具有重要作用,但目前尚不明确该区生态系统服务及其权衡与协同关系。[方法] 基于InVEST模型、RUSLE模型和WR指数,结合多源地理数据集,系统评估了西南高山峡谷区2000—2020年3种典型生态系统服务,并揭示其权衡与协同关系。[结果] (1)2000—2020年,西南高山峡谷区固碳和水源涵养服务稳步提升,年均固碳服务由1 927 g/(m2·a)增加到1 985 g/(m2·a),WR指数从0.062升至0.067。空间上固碳从西北向东南逐渐递增,水源涵养呈较强的空间异质性;土壤保持服务整体处于恶化态势,从263.50 t/(km2·a)降至226.25 t/(km2·a),其中滇西北高山峡谷生态维护区降幅达27.50%。(2)2000—2020年,生态系统服务热点区面积占比增加5.41%,整体呈"一类热点区>非热点区>二类热点区>三类热点区"的分布规律。(3)固碳服务与水源涵养服务、固碳服务与土壤保持服务整体表现为协同关系,协同关系面积占比分别为54.91%,44.46%,主要位于藏东南高寒高山峡谷生态维护区和藏东_川西高山峡谷生态维护水源涵养区;水源涵养服务与土壤保持服务整体表现为权衡关系,协同关系面积占比仅为20.14%。[结论] 研究结果可为西南高山峡谷区科学制定和实施生态保护政策,优化资源管理策略提供必要参考。

    • 双因子协同驱动近21年三峡库区NDVI时空演变

      2024, 38(6):224-233. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.005

      摘要 (6) HTML (0) PDF 5.56 M (8) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 为明确三峡库区植被时空演变特征,定量分析植被与气候、地形及人类活动等各影响因子的关系。[方法] 基于归一化植被指数(NDVI)数据,采用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall显著性检验、Hurst指数分析、地理探测器模型等方法,探究2000—2020年三峡库区NDVI时空分布特征及其驱动机制。[结果] (1)三峡库区2000—2020年NDVI变化整体呈上升趋势,平均变化率2.89×10-3/a,NDVI值呈由西南向东北递增的规律。(2)高程、人口密度和地表温度等因子较好地解释了NDVI的可变性,解释力均>0.4。(3)高程与夜间灯光是三峡库区NDVI的主导交互因子,q值为0.641,交互结果呈非线性加强或双因子协同加强,双因子对NDVI变化的解释力始终大于单因子对NDVI变化的解释力。[结论] 研究结果为三峡库区生态环境保护政策的制定及生态可持续发展等提供科学支撑。

    • 耦合PLUS-CSLE模型预测淮河流域多情景土地利用变化与土壤侵蚀

      2024, 38(6):234-243,252. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.019

      摘要 (7) HTML (0) PDF 5.81 M (9) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 掌握淮河流域内土地利用和土壤侵蚀的未来时空演变对于土地资源的合理协调使用,制定未来的水土保持策略,以及推动可持续发展战略具有重要意义。[方法] 基于PLUS模型和中国土壤侵蚀模型(CSLE),模拟2030年自然发展、生态保护、快速发展3种情景下淮河流域土地利用格局,并预测未来流域在3种情景下的土壤侵蚀格局。[结果] (1)在3种情景下,建设用地扩张明显,最大扩张面积为187.80 km2,其他地类不同程度减少。(2)流域2015—2021年土壤侵蚀强度呈下降—上升趋势,其中平均土壤侵蚀量分别为221.96,214.13,461.15 t/(km2·a),高强度侵蚀多集中在东北高坡度地区,需要重点关注。(3) 地理探测器表明,坡度、DEM、土壤属性等是影响流域侵蚀分布的主要驱动因素。(4) 2030年流域自然发展、快速发展、生态保护情景下土壤侵蚀模数分别为295.48,259.45,127.64 t/(km2·a)。在适当扩张建设用地的生态保护模式下,可实现生态保护和经济发展的双需求。[结论] 研究结果可为流域内土地利用管理和水土保持措施提供思路,推动健康发展。

    • 复杂地形下西南地区水生态系统服务时空变化与影响因素分析

      2024, 38(6):244-252. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.029

      摘要 (3) HTML (0) PDF 3.64 M (8) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 西南地区水生态系统服务时空变化及其在不同地貌和地形下的影响因素研究能为该区域生态管理和可持续发展提供依据。[方法] 采用InVEST模型和通用土壤流失方程评估1992—2020年逐年产水量和土壤侵蚀量,探讨产水量和土壤侵蚀量的多维变化特征(时间、空间、高程),通过相对重要性分析方法量化分析气候变化和土地利用变化对水生态系统服务相对贡献率。[结果] (1)1992—2020年,西南地区产水量呈下降趋势,2002年为产水量变化的突变年,土壤侵蚀量呈上升趋势,1997年为土壤侵蚀量变化的突变年。(2)产水量随海拔的上升而下降,土壤侵蚀量随海拔的上升而上升。(3)在喀斯特地区,降水对产水量和土壤侵蚀量的相对贡献率大于非喀斯特地区。[结论] 气候变化对产水量和土壤侵蚀量的影响比较明显,土地利用变化对其影响较小。研究结果可为复杂地形地区(不同海拔,不同地貌)制定生态保护方案和措施提供参考,也为喀斯特地区土地管理和生态恢复措施提供科学依据。

    • 滇中城市群地表温度时空演变及其与LULC的响应

      2024, 38(6):253-263,272. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.023

      摘要 (8) HTML (0) PDF 10.50 M (11) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 探讨滇中城市群的地表温度(land surface temperature,LST)时空变化及其与土地利用/覆盖(land use/land cover,LULC)类型的关系。[方法] 基于Google Earth Engine(GEE)平台,利用1990—2020年滇中城市群区域的Landsat卫星影像数据反演LST,并采用Sen-MK趋势分析、均值-标准差法、城市热方差指数(urban thermal field variance index, UTFVI)和相关性分析等定量分析1990—2020年滇中城市群的LST时空变化及其与LULC类型的响应关系。[结果] (1)滇中城市群的年际温度等级存在显著时空差异,中温区始终占据绝对主导地位(40%),但其面积占比逐年下降。(2)1990—2020年,UTFVI<0的区域呈逐年增加趋势,UTFVI>0.02的区域呈下降趋势,生态热环境逐渐改善。(3)不同LULC类型的LST存在响应差异。其中,LST与建筑用地的面积占比呈显著正相关(r>0.70)。1990—2020年水域的LST始终最低,多年平均温度为17.38 ℃,而建筑用地和耕地覆盖的地区温度最高,多年平均温度均高于21 ℃。(4)1990—2020年,滇中城市群城市迅速扩张,LULC变化显著,建筑用地面积增长100.29%,城市的快速发展使LST升高。[结论] LULC是影响LST的重要因素,合理配置LULC结构,能够改善城市群热环境。研究结果可为滇中城市群的合理开发规划及改善生态条件提供重要见解。

    • 树种混交对侵蚀退化地马尾松林土壤酶活性和碳利用效率的影响

      2024, 38(6):264-272. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.030

      摘要 (7) HTML (0) PDF 2.29 M (9) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 土壤微生物代谢效率深刻地影响侵蚀退化地恢复过程土壤养分循环和土壤碳固存,然而目前尚不清楚树种混交如何影响侵蚀红壤区马尾松林土壤胞外酶化学 计量特征和微生物碳利用效率。[方法] 以侵蚀退化地不同恢复年限的马尾松纯林和马尾松—木荷混交林作为研究对象,测定不同林分的土壤理化性质、胞外酶活性及磷脂脂肪酸标志物,计算土壤酶化学计量比及微生物碳利用效率(CUE)。[结果] (1)随恢复年限的增加,混交林土壤酸性磷酸酶(AP)和β-葡萄糖苷酶(βG)活性显著降低,同时混交林C∶NEEA(βG∶NAG)、向量长度(VL)和向量角度(VA)低于纯林,而C∶PEEA(βG∶AP)和N∶PEEA(NAG∶AP)则相反,表明长期混交有利于缓解微生物的碳限制和磷限制。(2)混交有利于提高CUE并随着林龄增加而显著增加。具体而言,与Y39-CF和Y19-MF相比,Y39-MF分别显著增加200.00%和136.84%。(3)分析土壤酶活性特征及CUE与环境因子的关系发现,土壤碳氮磷有效性是重要影响因子,主要影响AP活性、C∶PEEA、N∶PEEAVLVA和CUE,而土壤养分化学计量比则主要影响βG活性和C∶NEEA。(4)冗余分析(RDA)结果表明,真菌与细菌的比值主要影响混交林中的土壤酶活性特征及CUE,而纯林中的主要影响因素则是放线菌和革兰氏阴性菌。[结论] 混交显著提高森林土壤养分,影响土壤胞外酶的释放,并提高CUE,有利于土壤碳固存。因此,在未来马尾松林的治理与研究中要考虑纯林和次生林的差异。

    • 滇中高原云南松林土壤微生物群落结构及其多样性对氮沉降的响应

      2024, 38(6):273-283. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.009

      摘要 (6) HTML (0) PDF 4.07 M (10) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 探究氮沉降下滇中高原云南松土壤化学性质及土壤微生物群落多样性和结构组成的变化特征,并分析土壤微生物与土壤化学性质的相关关系,为了解氮沉降下森林土壤生态系统养分循环变化趋势及观测土壤微生态变化提供科学依据。[方法] 选取滇中高原云南松林土壤为研究对象,以CO(NH2)2为N源,设置对照CK [N 0 g/(m2·a)]、低氮LN [N 10 g/(m2·a)]、中氮MN [N 20 g/(m2·a)]和高氮HN [N 25 g/(m2·a)]4个不同梯度进行模拟N沉降试验,测定分析土壤细菌、真菌群落结构及多样性和土壤pH、有机碳(TOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、铵态氮(NH+4-N)和硝态氮(NO-3-N)的变化特征。[结果] (1)在不同季节下,与CK相比各氮处理下土壤pH、TOC含量均降低,TN均升高,NH+4-N和NO-3-N均在MN、HN处升高;(2)细菌和真菌α多样性雨季均高于旱季;与CK相较细菌α多样性在2个季节下LN处上升,而真菌α多样性则在旱季LN处上升;(3)在旱季和雨季细菌优势菌门均为变形菌门、酸杆菌门和放线菌门,真菌优势菌门为担子菌门、子囊菌门和被孢菌门;(4)在旱季和雨季,细菌和真菌优势菌属与pH、TOC、TN、NO-3-N呈显著相关关系。[结论] 氮沉降可以为土壤微生物提供NH+4-N和NO-3-N等有效养分,但由于氮沉降导致土壤酸化使土壤TOC含量降低,影响土壤微生物群落结构。

    • 还林树种对紫色土团聚体分布和稳定性的影响

      2024, 38(6):284-292,301. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.010

      摘要 (4) HTML (0) PDF 5.38 M (8) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 退耕还林是改善土壤结构、减少水土流失的重要举措,明确还林树种对土壤团聚体形成过程的影响机制可为水土保持提供重要的依据。[方法] 选择华西雨屏区紫色土坡耕地(玉米地)还林20年形成的柳杉林、混交林、茶园和慈竹林4种人工林土壤为研究对象,分析土壤团聚体分布及其稳定性的变化。[结果] (1)相较于坡耕地,混交林、茶园和慈竹林土壤>5 mm团聚体含量显著增加,而0.5~1 mm团聚体含量显著减少(p <0.05),优势团聚体由0.5~1 mm转变为>5 mm;(2)人工林土壤团聚体GMD、MWD和R0.25分别上升46.93%~330.30%,47.01%~191.03%和5.02%~19.66%,而PAD0.25和PSD分别下降15.41%~75.09%和1.65%~9.20%,表明人工林土壤团聚体稳定性增强,具体表现为茶园>慈竹林>混交林>柳杉林,以茶园和慈竹林较优;(3)土壤优势团聚体含量及其稳定性与惰性有机碳含量呈极显著正相关,而与土壤砾石含量呈极显著负相关(p <0.01)。[结论] 林木生长促进紫色土风化,为土壤团聚体形成提供物质基础;人工林土壤形成的腐殖质作为胶结物质,促进大团聚体的形成及其稳定性的维持。

    • 抚育间伐条件下凋落物分解对海岸带防护林土壤有机碳稳定性的影响

      2024, 38(6):293-301. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.037

      摘要 (5) HTML (0) PDF 2.22 M (7) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 为阐明抚育间伐条件下凋落物分解和土壤有机碳(SOC)组分的变化特征,揭示抚育间伐条件下凋落物分解对防护林SOC稳定性的影响。[方法] 在抚育间伐3年后,以3种林分(麻栎林、黑松林和麻栎-黑松林)的海岸带防护林凋落物和表层(0—20 cm)土壤为研究对象,采用凋落物原位分解、室内化学性质分析和随机森林模型等分析方法,表征3种抚育间伐强度(对照0,轻度15%,重度30%)下凋落物分解特征和SOC组分,并分析其关系。[结果] 重度抚育间伐显著增加麻栎和麻栎-黑松凋落物在分解过程中的质量剩余,较对照分别增加22.36%和4.18%,代表凋落物分解速率的K值变化特征趋势则与之相反;麻栎林和麻栎—黑松林的SOC、矿物结合有机碳(MAOC)和SOC稳定性均随抚育间伐强度升高显著增加;在抚育间伐条件下,SOC及其稳定性与凋落物分解过程中的氮、磷残留率极显著相关,与凋落物分解速率不相关。[结论] 抚育间伐降低凋落物的分解速率,但增加凋落物碳、氮和磷的残留率,尤其在重度间伐条件下。抚育间伐提高SOC的稳定性,SOC及其稳定性的变化主要受凋落物氮和磷的残留率影响,其中磷残留率的影响最大。

    • 基于Meta分析的黄土高原苹果园土壤改良措施效果评价

      2024, 38(6):302-309. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.011

      摘要 (5) HTML (0) PDF 1.87 M (7) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 黄土高原苹果园直接面临土壤酸化、结构恶化、肥力退化及保水能力差等问题,有效的土壤改良技术对改善黄土高原苹果园土壤质量、促进果园的健康和可持续发展至关重要。[方法] 基于黄土高原苹果园土壤改良的75篇文献1 302对田间试验数据,采用Meta分析和主成分分析(PCA)定量评估不同改良方式(覆盖、施肥和土壤改良剂)对土壤质量的改善效果。[结果] 生草覆盖、地膜覆盖、秸秆覆盖和砂砾覆盖降低土壤质量密度效果良好,降低幅度分别为6.63%,5.96%,6.04%,6.40%,其中,生草覆盖和秸秆覆盖还能够有效改善土壤养分含量。化肥可以有效提高土壤速效氮(111.17%)、速效磷(112.29%)和速效钾(43.95%)含量;有机肥不仅可以改善土壤速效养分,而且能够显著增加土壤有机质(57.19%)、全氮(57.64%)和硝态氮(94.51%)含量;有机肥化肥配施对质量密度(5.58%)和土壤养分含量均显著改善。保水剂在降低质量密度(4.88%)和增加全氮(40.90%)、硝态氮(143.51%)含量方面效果良好;而生物炭对有机质(39.35%)、硝态氮(91.23%)和速效磷(89.70%)含量有显著提高作用。土壤质量评价结果表明,各种改良措施下的土壤质量指数(SQI)依次为7.72(有机肥)>7.68(秸秆覆盖)>7.20(有机肥化肥配施)>6.05(保水剂)>5.99(生草覆盖)>5.94(生物炭)>5.79(化肥)>3.53(地膜覆盖)>2.63(砂砾覆盖)。[结论] 综合考虑苹果园土壤质量和苹果产量现实条件,建议秸秆覆盖和有机肥化肥配施作为改良果园土壤的优先措施,其次为有机肥和生草覆盖。

    • 喀斯特地质高背景区浅层裂隙土壤Cd剖面分布规律及其影响因素

      2024, 38(6):310-321. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.033

      摘要 (5) HTML (0) PDF 5.38 M (8) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 研究浅层喀斯特裂隙土壤Cd的剖面分布规律,分析不同因素对裂隙中Cd分布的影响状况,为今后研究地下裂隙土壤中Cd的分布规律及Cd污染防治提供科学依据。[方法] 以黔西北典型地质高背景区小流域为研究对象,系统分析浅层裂隙土壤Cd的全量和形态,以及pH、有机质含量、阳离子交换量(CEC)、粒径和团聚体等5种土壤性质指标,通过方差和相关分析阐明裂隙剖面土壤Cd的分布规律及其影响因子。[结果] (1)裂隙土壤的理化因子对Cd分布影响显著;(2)裂隙土壤pH平均为6.70,Cd含量平均为2.99 mg/kg,其剖面分布呈现0—20 cm富集,随土层深度增加逐渐减少,赋存形态以可还原态为主;(3)Cd全量主要受pH、CEC、黏粒、粉粒和水稳性团聚体的共同影响,但其剖面分布的主控因子是CEC;(4)Cd形态分布的控制因子则因形态而异,弱酸提取态的分布主要受有机质控制,可还原态主要受CEC控制,可氧化态受CEC、黏粒和粉粒共同影响,残渣态的主控因子为粉粒含量;(5)漏斗形和梯形裂隙剖面土壤Cd含量显著小于长方形裂隙剖面土壤Cd含量。[结论] 裂隙土壤Cd剖面分布规律受土壤理化性质和裂隙形态共同影响,长方形裂隙更易导致Cd的累积。

    • 改性秸秆生物炭与有机肥混施对黄土丘陵旱区土壤持水保肥的影响

      2024, 38(6):322-332,342. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.038

      摘要 (3) HTML (0) PDF 4.66 M (8) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 探究不同改性玉米秸秆生物炭混施有机肥对干旱黄土持水保肥能力特性及其作物生长的影响。[方法] 将氮气环境下经500 ℃热解2 h制得的玉米秸秆生物炭,分别在1 mol/L H3PO4、NaOH和NH4Cl试剂中浸渍改性获得不同改性玉米秸秆生物炭。系统表征生物炭的元素组成和孔隙结构等理化特性,开展不同比例炭肥混施下的土壤盆栽试验,分析土壤持水、保肥和植株生长状况等,探明不同生物炭混施有机肥对干旱黄土持水保肥性能的影响。[结果] 生物炭理化特性方面,改性生物炭中氧含量增加4.73%~9.18%,灰分含量降低12.69%~20.70%,pH显著降低,O/C增加,表明生物炭亲水性增强,比表面积增加3.26~5.19倍,总孔体积增加3~6倍。土壤持水保肥性质方面,炭肥混施处理下,土壤质量密度随着炭肥比增大而减小,土壤孔隙度增加2.42%~4.07%,田间持水量随炭肥比增加而增大,其中,NaOH改性生物炭肥比2∶1下的土壤田间持水量最高为37.38%。NH4Cl改性生物炭肥比为2∶1时,土壤有机质含量和全钾含量最高分别为8.23,5.17 g/kg。H3PO4改性生物炭肥比1∶1和2∶1时,全氮和全磷含量最高分别为0.37,0.95 g/kg。改性生物炭混施有机肥能提高可被植物直接吸收利用的有效磷和速效钾。NH4Cl改性生物炭肥比1∶2时,玉米植株生长促进效果最明显,且炭肥比不宜过高。[结论] 在黄土丘陵干旱区,综合各方面考虑,可选择NH4Cl改性生物炭肥比1∶1的改性混配方式来提升土壤的持水和保肥特性。

    • 化肥减量配施秸秆和有机肥对酸化土壤改良及侵蚀阻控的影响

      2024, 38(6):333-342. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.034

      摘要 (5) HTML (0) PDF 4.72 M (10) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 合理施用秸秆和有机肥能有效改良土壤,对土壤酸度和抗侵蚀能力产生积极作用。[方法] 以酸化红壤为研究对象,对比常规施肥(CK),化肥减量(30%)和秸秆还田(6 000 kg/hm2,FSM0),及化肥减量(30%)加上秸秆还田(6 000 kg/hm2)和配施不同梯度有机肥(1 500,3 000,4 500,6 000 kg/hm2)(FSM1、FSM2、FSM3、FSM4)对油菜生长各阶段土壤性质和产量的影响。[结果] 化肥减量配施秸秆和有机肥显著改善土壤酸度和养分状况(p<0.05),与CK相比,5种处理下土壤pH提高0.05~0.25个单位,交换性H+、交换性Al3+、交换性酸分别降低10.82%~39.81%,5.18%~22.10%,5.67%~23.90%,交换性盐基总量上升7.63%~34.68%;土壤全氮和有机质含量也显著提高(19.22%~62.86%和18.43%~61.50%)。土壤力学特性分析显示,随着有机肥施用量的增加,土壤抗剪强度明显提升,而黏聚力和内摩擦角则呈现先升高后下降的趋势。FSM2处理下,抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均达到峰值,与CK相比,分别提高22.22%,20.06%和11.38%。经济效益分析表明,FSM2处理的净收入最高。[结论] 综合考虑土壤酸化改良、肥力提升、结构改善,以及油菜经济效益,推荐措施为化肥减量(30%)结合秸秆还田(6 000 kg/hm2)和施用3 000 kg/hm2有机肥。研究结果可为酸化土壤改良与增产提供科学依据。

    • PBAT对盐碱地玉米根区土壤水盐及产量的影响

      2024, 38(6):343-351. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.027

      摘要 (5) HTML (0) PDF 5.47 M (7) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 为减少地膜导致的农田土壤污染,探明使用PBAT全生物可降解地膜代替普通PE地膜与滴灌结合在轻度次生盐化土壤滴灌种植玉米的应用效果。[方法] 于2023年4—9月在宁夏惠农区设置PBAT全生物可降解地膜(黑色、白色)、普通PE地膜(黑色)和无覆盖种植4个处理,以及2 600,3 300,4 200 m3/hm2 3个灌水量,探讨不同膜覆盖对土壤水盐运移和玉米生长的影响。[结果] 在0—20 cm土层黑色、白色全生物降解地膜的含水量较普通PE薄膜分别提高18.87%,18.34%,较无覆盖分别提高1.16%,0.72%,黑色、白色PBAT全生物降解地膜和普通PE薄膜土壤全盐含量较无覆盖地膜减少15.01%~23.10%(p<0.05)。黑色全生物降解地膜产量较无覆盖在2 600,3 300 m3/hm2灌水条件下增加11.88%~16.65%,在4 200 m3/hm2灌水条件下差异不显著;白色全生物降解地膜产量较无覆膜在2 600 m3/hm2,灌水条件下提高13.42%,在3 300,4 200 m3/hm2灌水条件下差异不显著。黑色、白色PBAT全生物可降解膜的水分利用效率较普通PE地膜分别提高23.31%,13.50%;较无覆盖分别提高37.63%,26.69%。[结论] PBAT全生物降解地膜对次生盐渍化土壤的水盐运移及玉米产量有积极影响,可降解地膜替代普通地膜应用于引黄灌区盐碱地滴灌农业生产具有可行性。

    • 炭菌联作对盐碱土性质及甜瓜光合指标的影响

      2024, 38(6):352-362,371. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.039

      摘要 (6) HTML (0) PDF 5.76 M (8) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 为改良腐殖酸—磁性生物炭(HA—MBC),并探究改良后的HA—MBC与丛枝菌根真菌(AMF)联合作用对盐碱土性质与甜瓜生长的影响。[方法] 通过响应面优化法,分析磁性生物炭与腐殖酸配比(1∶4,1∶6,1∶8)、FeCl3、FeSO4试剂浓度(0.02,0.04,0.06 g/mL)及交联时长(48,72,96 h)对HA—MBC的影响,获取适合与AMF联施的最优改良方案。并通过盆栽试验,探究单菌、单炭和炭菌联作(AMF+10%B、AMF+20%B)对盐土、碱土理化性质,酶活性和甜瓜生长、光合指标的影响。[结果] 15,75 mmol/L盐碱胁迫时,20 g/kg AMF与20%HA—MBC共同施用缓解效果最优,二者"协同增效"。一方面,HA—MBC负载的铁氧化合物及HA通过增加表面官能团及孔隙率,改善土壤理化性质,而AMF能通过形成共生菌根,二次富集有机质、营养元素,并提升土壤酶活性,进而增加甜瓜株高根长,促进Fv/Fm的回升与F0、qN的降低;另一方面,HA—MBC的施用能够使盐土、碱土中AMF侵染率分别提高19.46%,22.72%,进一步提高AMF作用效果。同时,Fe2+、Mg2+、N等营养元素在炭菌间能形成转化循环,提高养分利用率。150 mmol/L盐碱胁迫时,施加低剂量HA—MBC仍起改良土壤、缓解胁迫的作用,而高剂量炭施加则对指标的改善起抑制作用。可能是过施HA—MBC时,表面官能团过度聚集有毒物质、盐离子并竞争营养元素,使AMF侵染率降低,削弱共生菌根现象,进而降低甜瓜光合指标。[结论] 在添加0.04 mmol/L FeCl3、FeSO4试剂,生物炭与腐殖酸配比6∶1,交联时间72 h下制备的HA—MBC适合与AMF共同施用。二者联作在低、中浓度盐碱胁迫水平下可改善盐碱土理化性质和养分结构,促进甜瓜光合作用,而高浓度胁迫下过施HA—MBC抑制土壤指标和甜瓜光合指标的回升。

    • 异养氨氧化细菌对旱地玉米的产量和水分利用效率的影响

      2024, 38(6):363-371. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.036

      摘要 (6) HTML (0) PDF 1.68 M (7) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 为探究接种异养氨氧化细菌(HAOB)对旱地玉米产量和水分利用效率的影响。[方法] 在干旱易发地区进行为期2年的田间试验,以HAOB菌株S2_8_1为试验菌株,玉米为植物材料,设置接种HAOB菌株不灌溉(DI)、不灌溉对照(DCK)、接种HAOB菌株灌溉(WI)、灌溉对照(WCK) 4个处理。[结果] 旱地玉米接种HAOB菌株后根际土壤硝化速率和光合速率增强,显著促进玉米生长及产量提高(p<0.05)。DI和WI 2个处理各时期的地上生物量和收获期的产量均显著高于DCK和WCK,特别是在DI处理中。在降雨不足的2022年和降雨充裕的2023年,DI的玉米产量均超过DCK和WCK 2个处理,与DCK的玉米产量相比提高24.98%以上,在2023年,DI的产量甚至与WI相当,超出WCK的产量11.29%以上。HAOB菌株提高水分利用效率,DI的水分利用效率相比DCK提高4.84%以上,WI相比WCK提高3.06%以上。DI和WI相比,根际土壤硝化速率接近,产量上也很接近,但DI不需要灌溉且具有更高的水分利用效率。[结论] 将HAOB菌株应用到旱地农业中提高玉米产量是一个有效的方法,为旱地农业发展提供新的技术路径和研究方向。

    • 不同钠钾比微咸水对土壤水盐特性和冬小麦生长的影响

      2024, 38(6):372-380. DOI: 10.13870/j.cnki.stbcxb.2024.06.007

      摘要 (6) HTML (0) PDF 2.49 M (11) 评论 (0) 收藏

      摘要:[目的] 研究微咸水灌溉对土壤水盐特性和作物生长的影响,有助于指导微咸水的安全利用。[方法] 在遮雨条件下开展冬小麦盆栽试验,以去离子水作为对照(CK),设置电导率为4 dS/m,钠钾比为1∶0(T1),1∶1(T2),0∶1(T3)的3种微咸水水质处理,研究土壤水盐特性,冬小麦光合生理、生长发育和产量形成。[结果] 与CK相比,T1、T2、T3微咸水灌溉下0—40 cm土层土壤含水率分别增加19%,8%,14%(p<0.05),土壤EC1∶5(土水比1∶5浸提液电导率)和Na+、K+浓度随着冬小麦生育期持续增加,T1、T2、T3处理0—40 cm土层土壤盐分分别增加252%,223%,234%(p<0.05),且盐分大部分积累在10—20 cm土层。与CK相比,T1处理的冬小麦净光合速率显著降低16%(p<0.05),而T2、T3处理与CK相比无显著性差异(p>0.05)。T2处理提升冬小麦的株高、单株叶面积和地上部干物质量,与CK相比产量增加8.41%(p<0.05);而各处理地下部干物质量之间没有显著差异(p>0.05)。[结论] 利用4 dS/m微咸水灌溉改变土壤原有水盐特性,使盐分积累在土壤中,短期内对冬小麦生长有一定促进作用。在本研究中,使用钠钾比为1∶1的微咸水对冬小麦生长和产量提升效果更好。研究结果可为微咸水可持续利用提供理论依据。