极端强降雨条件下黄土丘陵沟壑区不同植被类型土壤水分特征

为了解黄土丘陵沟壑区极端强降雨条件下土壤水分与植被之间的关系,对2013 年7 月极端强降雨条件下黄土丘陵沟壑区5 种主要植物群落,即刺槐(Robinia psendoacacia)、柠条(Caragana intermedia)、铁杆蒿(Artemisia gmelinii)、长芒草(Stipa bungeana)、白羊草(Bothriochlo aischaemun)群落的土壤水分进行了调查与分析,结果表明:①极端强降雨下,植被是影响土壤含水量的主要因素;②草本群落的土壤水分明显好于人工林,其中长芒草群落的土壤含水量、土壤贮水量和土壤有效贮水量均最高,分别为17.8%、961.2 mm和691.2 mm,郁闭度最大的31 龄林土壤水分最差;③人工林地土壤水分可补充至300 cm左右,草本群落土壤水分可补充至500 cm左右,人工林地深层土壤水分的恢复仍十分困难.     

盐城海滨湿地土壤水分空间特征与植被关系研究

在盐城国家级自然保护区内选择研究断面,进行野外监测,运用统计分析的方法,分析了盐城海滨湿土壤水分与植被的关系.结果表明:(1)自然条件下,从芦苇沼泽到米草沼泽,土壤水分呈明显的增加趋势,0~10 cm土层平均含水量从35.98%增加到46.10%;10~20 cm土层平均含水量从37.93%增加到44.80%;20~30 cm土层平均含水量从38.12%增加到46.84%.(2)人为影响下,土壤含水量在整体上表现出从陆地到海洋,先降低后增加的趋势.(3)在植被交错带,米草土壤含水量与斑块大小密切相关,随着斑块面积的增加而增加;芦苇土壤含水量与距海堤距离密切相关,对着距离的增加而增加.     

凋落物呼吸温度敏感性的变化特征及其影响因素

地表凋落物呼吸是土壤呼吸的一个重要组成部分,研究凋落物呼吸温度敏感性的变化特征及其影响因素对准确理解地区的土壤碳循环具有重要意义.本研究在黄土高原南部的一个典型人工刺槐林内(Robinia pseudoacacia L.),通过地表凋落物控制试验(对照处理,去除凋落物处理、倍增凋落物处理),研究凋落物呼吸温度敏感性的年际(2009~2013年)变化特征及其驱动因素.凋落物呼吸温度敏感性的年际差异显著(P0.05):在对照处理下,其最小值为4.15,最大值为6.67,均值为5.10,变异系数为19%;在倍增凋落物处理下,其变化于1.17~6.52之间,均值为3.36,变异系数高达56%.凋落物呼吸温度敏感性的年际变异与年平均土壤水分、地表凋落物量以及二者的交互作用密切相关(P0.01),同时对凋落物呼吸温度敏感性的贡献呈现出土壤水分大于地表凋落物量的趋势(对照处理:2.68和2.04;倍增凋落物处理:1.37和0.69).此外,地表凋落物倍增后,凋落物呼吸温度敏感性却减少了34%(3.36和5.10).同时,在对照处理下,大约有超过50%的地表凋落物碳滞留在该刺槐林生态系统中[215 g·(m~2·a)~(-1)和113 g·(m~2·a)~(-1)],但在倍增处理下,仅有24%的地表凋落物碳滞留在该林地生态系统中[430 g·(m~2·a)~(-1)和326 g·(m~2·a)~(-1)],即在该人工刺槐林生态系统中地表凋落物的增加未必意味着土壤有机碳储量的增加.因此,探究地表凋落物控制措施、土壤水分、地表凋落物量和凋落物呼吸温度敏感性之间的关系对准确理解地区的土壤碳循环具有重要意义.     

三峡库区消落带土壤不同含水量条件下芦苇的氮素与生物量动态变化

通过设置T1(淹水超过土壤表面2cm)、T2(土壤含水量为田间持水量的70%～100%)和T3(土壤含水量为田间持水量的40%～60%)3个不同处理组,模拟了三峡库区消落带土壤含水量变化特征,并以嘉陵江江边芦苇(Phragmitescommunis(reed))为实验材料,研究了三峡库区不同消落带带位土壤不同含水量条件下芦苇地上部分氮含量和生物量的动态变化,同时,探讨了芦苇地上部氮的积累和合适的收割时期.结果表明,三峡库区消落带土壤不同含水量条件下芦苇地上部氮含量随季节变化而变化,在一个生育周期内,芦苇的叶片、叶鞘和茎的氮含量呈典型的单峰曲线.其中,T1、T2和T3的叶片和叶鞘中氮含量的峰值出现在9月底(抽穗期),叶片氮含量的峰值分别为23.1、26.5和26.2mg·g-1,叶鞘氮含量的峰值分别为14.4、12.4和13.2mg·g-1;;而茎氮含量的峰值出现在10月底(穗期),其峰值为9.5、9.1和9.0mg·g-1.与其他地区芦苇的氮吸收相比,在三峡库区消落带3种水分条件下的芦苇对氮都具有很强的吸收能力.不同处理芦苇的生长曲线呈典型的单峰曲线,其中,T1和T2处理地上生物量的最大值均出现在9月底(抽穗...     

侵蚀程度差异诱发的坡面产流-产沙-总磷流失特征

为了研究不同侵蚀程度下土壤坡面产流产沙及携磷流失特征,以浙江省湖州市安吉县风化花岗岩母质上发育的坡地土壤为研究对象,选择侵蚀强度不同的出露土层(分别为砂土层(A组)和红土层(B组))两组土壤进行人工模拟降雨试验.结果表明:坡地磷素流失主要以侵蚀泥沙为主,径流携磷流失中以地表径流携带流失为主,壤中流磷素流失量较小;由于土壤机械组成、容重的差异,B组土壤壤中流流量及其携磷流失量远小于A组土壤壤中流流量及其携磷流失量;雨强对坡面径流中磷素流失浓度的影响明显,坡面径流和壤中流磷素流失浓度相差极大;两组土壤坡面径流量受雨强的影响基本一致,均为150 mm·h~(-1)120 mm·h~(-1) 90 mm·h~(-1) 60 mm·h~(-1)30 mm·h~(-1),不同的是红土层土壤坡面径流产流量较大且变幅小;随雨强增加两组土壤壤中流变化特征差异明显,红土层土壤在不同雨强下的壤中流流量排序为90 mm·h~(-1)120 mm·h~(-1) 60 mm·h~(-1) 30 mm·h~(-1)150 mm·h~(-1),砂土层土壤在不同雨强下的壤中流流量排序为150 mm·h~(-1)120 mm·h~(-1) 90 mm·h~(-1) 60 mm·h~(-1)30 mm·h~(-1);侵蚀泥沙富集较小颗粒(粉粒、粘粒)和磷素,其磷含量均高于试验用土磷含量;雨强越大,土壤细颗粒含量越高,侵蚀泥沙产量越大.     

垃圾填埋场渗滤液水量平衡的实验研究

通过回灌条件下的水量平衡实验,分析了回灌条件下水分运动各个要素(降水、径流、下渗、蒸发)之间的关系。在回灌条件下,土壤蒸发能满足渗滤液的水量平衡,下渗水量通过土壤蒸发作用得以大量削减。土壤水分饱和程度对蒸发量的影响是明显的,土壤水分供给充足时,土壤蒸发按蒸发能力进行,蒸发量大而稳定。     

水分条件对稻田土壤汞甲基化影响的模拟研究

通过培养实验,研究了70%田间持水量、干湿交替及淹水等3种水分管理方式对外源Hg在稻田土壤中甲基化的动态过程.外源添加浓度为5 mg·kg~(-1)Hg~(2+),培养时间为42 d.结果表明,70%田间持水量下,土壤甲基汞(Me Hg)含量基本保持稳定,平均为11.55μg·kg~(-1);淹水条件下,土壤Me Hg含量呈上升趋势,平均为30.70μg·kg~(-1),约为70%田间持水量的2.7倍;干湿交替条件下,土壤Me Hg呈现"涨-消"的波动趋势,平均含量为20.41μg·kg~(-1),约为70%田间持水量的1.7倍.培养结束后土壤Me Hg含量和占总Hg比例依次为:淹水(37.42μg·kg~(-1),0.76%)干湿交替(16.08μg·kg~(-1),0.33%)70%田间持水量(11.75μg·kg~(-1),0.25%),表明淹水条件有利于稻田土壤中汞的甲基化.Elovich方程可以拟合淹水条件下稻田土壤Me Hg含量变化的动力学过程,表明土壤中Me Hg含量在试验前期(7 d)快速升高,随后呈现缓慢增长的趋势.培养期间,各水分处理下稻田土壤中硫酸盐还原菌(SRB)数量均表现为上下波动式的周期性变化特征,均值分别为(533±31)cfu·g~(-1)(70%田间持水量)、(615±39)cfu·g~(-1)(淹水)和(509±43)cfu·g~(-1)(干湿交替).相关分析表明,土壤Me Hg含量与硫酸盐还原菌(SRB)数量、氧化还原电位(E_h)、土壤含水量之间的相关性达到了显著性水平(p0.05),与其他因素之间无显著相关性.可以推测,在稻田土壤淹水形成的厌氧环境中,SRB可能是生物汞甲基化的优势菌群.     

干旱区高强度开采地表裂缝对土壤微生物学特性和植物群落的影响

为了研究高强度开采地表裂缝对土壤微生物特性和植物群落的影响,以鄂尔多斯盆地腹地的神府-东胜矿区上湾煤矿开采沉陷区为研究对象,通过野外调查和试验分析裂缝两侧土壤和植物特征.结果表明:裂缝导致其两侧0～120 cm范围内土壤水分和养分流失,距裂缝越近,土壤含水量和w(碱解氮)越低.与距裂缝200 cm处相比,裂缝上0～40 cm范围内土壤含水量和w(碱解氮)分别降低16.8%和29.9%;裂缝下0～40 cm范围内土壤含水量和w(碱解氮)分别降低27.8%和42.2%.地表裂缝显著减少了其两侧0～80 cm范围内土壤中微生物数量,但超过80 cm时则影响不显著.在地表裂缝两侧0～120 cm范围内土壤脲酶和蔗糖酶活性被显著抑制,但当距离裂缝超过120 cm时,裂缝则对两种土壤酶的活性没有显著影响.地表裂缝还会影响植物含水量,距裂缝越近植物含水量越低.与距裂缝200 cm处的植物含水量相比,在裂缝上、下0～40 cm范围内植物含水量分别降低8.4%、4.5%.地表裂缝通过干扰土壤理化性质和植物对水分的吸收,进而影响其生长,距裂缝两侧0～80 cm范围内草本植物的生物量和盖度显著减少,但超过120 cm时裂缝对植物生物量和盖度的影响不显著.      

生物炭强化石油烃生物降解的影响因素分析

文章采用不同温度下(300℃和500℃)制备的木屑和麦秆生物炭修复石油污染土壤,运用正交试验分析了生物炭热解温度、原料、土壤含水量和土壤易分解有机质(葡萄糖)对土壤石油烃(烷烃和多环芳烃)生物降解的影响,结合土壤微生物群落结构变化,初步探讨了最显著影响因素——土壤含水量对生物炭强化石油烃降解的作用机理。通过正交试验直观分析和方差分析,获得了石油烃各组分的最佳降解条件。土壤含水量(50%～100%)对烷烃(n C8～C40)和多环芳烃降解率影响最为显著,二者均随土壤含水量升高而发生下降。此外,聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳结果发现,增加土壤含水量导致石油烃降解菌丰度下降。原因在于,土壤含水量将会影响微生物的生长代谢及其与污染物接触的机会,进而影响石油烃的生物降解。因此,调节土壤水分含量对生物炭修复石油污染土壤具有重要意义。     

不同耕作方式下土壤水分状况对土壤呼吸的初期影响

以2001年在东北典型黑土上进行的保护性耕作长期定位试验下免耕、垄作及常规耕作土壤进行了室内培养实验,按照田间持水量(water-holding capacity,WHC)的30%、60%、90%、120%、150%、180%、210%、240%、270%设定了9个水分梯度,并分别对其二氧化碳(CO_2)排放量进行了22 d的短期观测,以研究不同耕作方式下土壤水分状况对土壤呼吸的初期影响.结果表明:1干土条件下在加水培养初期,3种耕作方式均产生了明显的激发效应,并且土壤呼吸速率与土壤含水量间存在正相关关系.2除干旱(30%WHC)及淹水(240%WHC、270%WHC)条件下,3种耕作方式CO_2排放通量分别为免耕垄作常规耕作.3对不同耕作方式下土壤水分状况及CO_2排放通量进行了方程拟合,在30%~270%WHC条件下,免耕的CO_2排放通量与水分状况拟合为二次回归方程,而垄作与常规耕作则是线性回归方程.在30%~210%WHC条件下,免耕与垄作下土壤CO_2排放通量与水分状况均可拟合为较好的对数方程,可决系数R~2分别为0.966、0.956.     

Soil water characteristics in mountain poplar stand and its benefits to soil and water conservation in loess hilly region

ＳｏｉｌｗａｔｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎｍｏｕｎｔａｉｎｐｏｐｌａｒｓｔａｎｄａｎｄｉｔｓｂｅｎｅｆｉｔｓｔｏｓｏｉｌａｎｄｗａｔｅｒｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｉｎｌｏｅｓｓｈｉｌｌｙｒｅｇｉｏｎＷｕＱｉｎｘｉａｏ；ＬｉｕＸｉａｎｇｄｏｎｇ...     

腾发覆盖垃圾填埋场覆盖层机理试验研究及结构分析

研究了腾发覆盖垃圾场覆盖层水平衡机理并探讨了植物、土质和厚度调节对控制覆盖层水均衡的作用.6组腾发覆盖试验结果表明,腾发作用在覆盖层水量平均过程中起关键作用,覆盖层土壤水分耗散与叶面积指数表现出非线性增长关系;植物生长条件下覆盖层土壤水分总耗散量可以达到无植物覆盖情况下的3.3～4.5倍,60 cm覆盖厚度、植物生长条件下能够提供97.2 mm的土壤水库容积,而无植物生长情况下有效库容仅为62.8 mm; 降雨入渗在覆盖层中表现出非均匀运动特性,流动区域随深度的增加而呈指数递减的趋势,20、40和60 mm降雨条件下最大入渗深度与平均入渗深度的比值分别为3.65、1.77和1.40,表明土壤水库容量不仅取决于覆盖层土壤质地,厚度和初始含水率,并且与降雨量有关,非均匀入渗是植物生长条件下渗沥产生的主要原因.Hydrus-2D模拟覆盖层水均衡要素动态结果显示,相比粘土,选用砂壤性土壤能够更为有效利用腾发作用的调节和控制覆盖层水分,达到控制渗沥的目的.     

基于MMF模型估算植被与降雨变化对水沙的影响——以延河流域为例

为研究近年来植被对黄河各支流来水来沙锐减的贡献,选择植被变化极为显著的延河流域为研究区域,定量化估算植被的减水减沙效益。论文利用Landsat系列遥感影像数据,以及流域的气象水文资料,基于Morgan-Duzant版Morgan-Morgan-Finney(MMF)模型估算流域的径流量与输沙量,分析各植被因子与径流量、输沙量的相关性,并利用相邻时期的植被降雨数据进行情景模拟,以此估算植被与降雨对流域水沙的影响。结果表明:1MMF模型能较好地模拟流域年径流量,输沙量次之;2植被因子与径流量、输沙量空间分布格局上相关性不明显,径流量与间接植被因子(截留率、林下降雨侵蚀力和坡面沉积率)相关性较高,而输沙量与植被覆盖度相关性较高;3植被与降雨的情景模拟表明2000、2006年的植被较前一相邻时期有所改善,使得径流量分别较前期减少45.88%、25.74%,输沙量减少12.10%、27.57%。     

黄土丘陵区坡面水蚀对降雨和下垫面微观格局的响应

黄土高原严重的土壤侵蚀是降雨和复杂脆弱的下垫面共同作用的结果.以微型小区尺度上(1.2 m×1.2 m;2 m×1.2m)模拟降雨技术为基本研究手段,定量刻画了降雨量和降雨强度等基本降雨特征值对定西安家沟自然坡面上荒草、沙棘中位、沙棘下位、沙棘上位、结皮裸地和裸地等不同植株微观格局及其处理下的水蚀过程的影响.主要取得以下结果:①雨强和雨量对水蚀的发生均能产生显著影响,但以雨强的影响力更大;②前期土壤含水量与产流时间显著负相关,而与径流量和侵蚀量显著正相关.前期含水量相同时,不同植株微景观格局对产流时间发挥了关键作用;③不同植株及其微观格局遏制地表径流的能力迥异.在50～60 mm.h-1的大雨强作用下,有沙棘覆盖的小区径流系数仅为5%～8%,荒草地为25%,结皮裸地为45%,而裸地则高达63%;④有沙棘覆盖的小区中,沙棘在小区中所处的具体位置对于水土流失效应又极为重要,以沙棘下位的水土保持效果最好.     

近地表土壤水分条件对坡面农业非点源污染物运移的影响

采用人工模拟降雨实验,研究了近地表土壤水分条件,尤其是土壤水分饱和条件对土壤侵蚀过程中农业非点源污染物运移的影响.结果表明,前期近地表土壤水分条件对土壤侵蚀过程中农业非点源污染物的迁移有着很大影响.饱和含水量时径流及泥沙中非点源污染物的流失浓度和流失量大于非饱和含水量,且前期近地表土壤含水量越大,径流及泥沙中农业非点源污染物的流失浓度和流失量越大.土壤氮素的主要流失途径是降雨所产生的径流,约占总流失量的90.4%～99.8%;土壤磷素的流失途径是降雨径流和侵蚀产沙,分别占总流失量的2.67%～23.5%和76.5%～97.3%.同时,土壤质地对磷素养分的流失有很大影响,杨凌土随泥沙流失的DP浓度和流失量均大于安塞黄绵土.最后,提出了采取最佳管理措施等控制农业非点源污染的针对性建议.     

1954-2010年西南高山地区土壤碳储量时空动态及对气候变化的响应

西南高山地区生态系统类型丰富、地形复杂, 是响应全球气候变化的重点区域,对全球气候变化具有重要的指示作用。研究应用生态系统模型CEVSA(Carbon Exchange betweenVegetation, Soil, and the Atmosphere)估算了1954-2010 年西南高山地区土壤有机碳(Soil Organic Carbon, SOC)的时空变化,分析了其对气候变化的响应。结果表明:①西南高山地区1954-2010 年平均土壤有机碳密度为14.16 kg C·m^-2,在空间分布上,SOC密度自东南向西北递增,与温度显著负相关(r=-0.447,P<0.01),而与降水量相关性不显著;②西南高山地区1954-2010 年SOC 总量变动范围为6.95~7.64 Pg C,增加趋势显著(P<0.05),平均每年增加0.013 Pg C,土壤有机碳密度平均增加26.94 g C·m^-2;③常绿针叶林、常绿阔叶林和草地SOC密度增加趋势均显著,除常绿阔叶林SOC密度与温度相关性不显著外,其他两种植被类型SOC都与年平均温度显著正相关(草地:r=0.527, P<0.01; 常绿针叶林:r=0.501, P<0.01),且3 种植被类型SOC与年降水量均相关性不显著;④由于作为土壤有机碳输入的凋落物产生量对温度不如异养呼吸敏感,所以未来升温条件下,土壤有机碳储量的增速减缓或者呈下降趋势。     

生物质炭对果园土壤团聚体分布及保水性的影响

向土壤中施用生物质炭是增加碳吸存和改善土壤理化性质的一种重要途径.利用干筛法获得土壤不同级别团聚体,探究了果园施用不同水平、不同性质生物质炭对土壤团聚体分布及其有机碳含量、土壤孔隙度和田间持水量的影响.结果表明,与不施生物质炭的处理(CK)相比,施用生物质炭在0~10 cm土层主要减少了土壤5~8 mm、0.25 mm团聚体含量,增加了1~2 mm、2~5 mm级别团聚体含量,其中1~2 mm团聚体随生物质炭施用量增加而显著增加.施用生物质炭使0~10cm土层土壤团聚体的平均质量直径有所减小,稳定性降低.与CK相比,添加生物质炭显著增加了土壤团聚体中有机碳含量,其中1~2 mm团聚体有机碳提高幅度最大,达70%以上.施用生物质炭显著提高了1 mm级别团聚体的吸湿系数,增加了土壤总孔隙度和田间持水量.     

坡度和植被盖度对河岸坡面侵蚀产沙特征的影响

坡度和植被盖度是影响坡面土壤侵蚀的重要因子,探讨坡面土壤侵蚀产沙对坡度和植被盖度的响应,对坡面土壤侵蚀产沙的预测和调控具有重要意义。研究基于野外模拟径流冲刷试验,分析了不同坡度（5°、10°、15°、20°）和植被盖度（0、15%、30%）条件下坡面径流系数、泥沙量、时段径流含沙量和侵蚀泥沙粒径组成的变化过程,并运用双因素方差分析和相对贡献指数阐明黄河下游河岸坡面侵蚀产沙特征对坡度和植被盖度交互作用的响应。结果表明：不同植被盖度下坡面径流系数随冲刷历时增加而增加,在冲刷历时前5 min增幅较快,之后增幅变慢并趋于平缓;坡面径流含沙量随冲刷历时呈逐渐下降趋势,随后趋于平缓。坡度小于15°时,不同植被盖度之间的径流系数和时段径流含沙量差异较为明显,坡度大于15°后差异减小。侵蚀产生的泥沙量随冲刷历时和坡度的增加而增加;在同一坡度上,植被覆盖越低,侵蚀产生泥沙量越大。侵蚀泥沙的主要富集粒级中,Dx(10)以粉粒为主,Dx(50)以粗粉粒和极细砂粒为主,Dx(90)以极细砂粒和细砂粒为主。双因素方差分析表明,坡度对河岸坡面侵蚀产生的径流系数、产沙量和径流含沙量均有极显著影响（P<0.001）,植被盖度对产沙量和径流系数有极显著影响（P<0.001）,而坡度和植被盖度的交互作用仅对径流系数有显著影响（P<0.01）,同时相对贡献指数表明,在坡度和植被盖度对坡面侵蚀产沙的交互作用中,植被盖度的作用随坡度的增加逐渐减弱,而坡度的作用逐渐增强,并成为影响坡面水土流失的主导因素。     

不同降雨特征下缓冲带水分及TN分配规律

以3种典型植被缓冲带为研究对象,基于现场监测、质量平衡、相关分析等方法,探明缓冲带水分分配与降雨、土壤因子的关联性,确定水分及总氮(TN)污染负荷去除分配系数.结果表明,径流与降雨量呈高度正相关(0.980～0.987,P<0.01),渗流与降雨量、降雨历时呈显著正相关(0.595～0.828,P<0.01).植被缓冲...     

沼泽湿地开垦后土壤水热条件变化与碳、氮动态

三江平原沼泽湿地的垦殖对土壤环境产生了一定的影响.沼泽湿地开垦前,6～9月湿地表层土壤(10cm)温度均值为12.72℃±4.12℃,明显低于垦后农田(16.71℃±3.81℃).湿地垦殖后土壤温度的增高及氧化-还原条件的改变,促进土壤有机质的分解和土壤呼吸通量的增大, 垦后农田8～9月土壤平均呼吸通量[(946.36±195.78)mg·(m²·h)^-1]是天然沼泽湿地[(153.75±82.59)mg·(m²·h)^-1]的6倍.土壤有机碳及氮素含量随湿地开垦及开垦年限的增加而降低,沼泽湿地开垦初期5～7a,土壤有机碳及其它营养元素的含量变化幅度较大,持续耕作15～20a后,土壤有机碳损失曲线趋于相对稳定值.土壤有机质输入量的减少及分解作用加强导致土壤持水量降低,其变化趋势与土壤有机碳损失趋势相一致.