应用EPIC模型计算黄土塬区作物生产潜力的初步尝试

黄土高原地区土壤侵蚀强烈,土地现实生产力水平低,研究该地区作物生产潜力可以为有效提高作物产量及合理进行农业生产规划提供依据。论文介绍了EPIC(侵蚀-生产力影响计算模型)的特点、组成部分及应用步骤,对部分作物参数进行了修订。以黄土塬区冬小麦和春玉米为例,对EPIC模型的适用性进行了分析和验证,表明EPIC在黄土高原地区作物生产潜力模拟研究中具有较好的适用性。结果显示,冬小麦产量模拟值与实测值之间多年平均误差为7.78%;春玉米多年平均误差为9.60%。冬小麦水分胁迫天数多年平均为9.9天,最少为1.7天(1993年),最多为23.1天(1995年);春玉米水分胁迫天数多年平均为13.4天,最少为1.1天(1993年),最多为44.2天(1995年),与各年作物生育期降水情况基本一致。此模型经修正后在正常年份模拟值较为精确,在干旱年份对作物、土壤等参数的修正方法需要进一步探讨。     

黄土区沟道泥沙微生物群落变化特征及其影响因素

在黄土高原沟壑区,通过16S rRNA基因片段和ITS高通量测序,研究沟道泥沙中细菌和真菌群落在上-中-下游的变化特征.结果表明：与沟头相比,把口站的细菌群落中拟杆菌门（Bacteroidetes）与厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度分别增加6.6%和10.5%,而变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度降低15.1%;真菌群落中担子菌门（Basidiomycota）的相对丰度增加7.7%,而子囊菌门（Ascomycota）降低30.2%;泥沙中黏粒含量与细菌丰富度（Chao1指数）和多样性（Shannon指数）之间显著负相关（P<0.05）,与真菌的丰富度和多样性无显著相关性;细菌和真菌群落多样性和丰富度的空间差异与SOC、Olsen-P的变化有关（P<0.05）.因此,泥沙中颗粒组成物和养分含量可能是影响沟道微生物群落变化的主要因素.     

黄土丘陵区小流域土壤碳氮比的变化及其影响因素

研究土壤C:N的变化有助于深入理解土壤有机碳氮的积累过程及其土壤质量的变化趋势。以黄土高原丘陵沟壑区砖窑沟小流域为单元,基于地貌类型和土地利用方式两大因素,采集737个土壤样品,研究流域内土壤C:N的变化差异及其影响因素。梁峁坡上,林地和草地0~20 cm土层的土壤C:N分别是农田土壤C:N的1.13和1.03倍;沟坡上,林地、草地和农田土壤的C:N分别为13.88、12.58、9.02。农田条件下,梁峁坡、沟坡和沟谷的土壤C:N分别为10.34、9.02和10.77;林地条件下,沟坡和梁峁坡的土壤C:N分别为13.88、11.67;草地条件下,沟坡土壤C:N是梁峁坡土壤C:N的1.19倍。同一地貌类型或土地利用方式条件下,土壤C:N均呈现表层大于深层的趋势,0~20 cm和20~40 cm土层的土壤C:N分别是40~100 cm土层土壤C:N的1.05~1.17和1.16~1.42倍。     

极端暴雨洪水及侵蚀产沙对延河流域植被恢复响应的比较研究

黄河支流延河在2013及1977年7月发生极端暴雨事件,但由于所处时间流域下垫面的差异,暴雨的灾害表现迥异。论文比较分析延河流域2013和1977年7月暴雨的降雨量、强度、频率及其水沙变化特征,讨论了产生灾害不同的主要原因。结果表明：2013年7月延河流域降雨总量、笼罩面积、降雨强度、暴雨频率均大于1977年,而日最大径流量、最大输沙量、最大含沙量、洪峰流量、峰值沙量、高含沙量历时却低于1977年。2013年延河流域暴雨灾害以地质灾害为主,1977年则以河道洪水灾害为主。退耕还林（草）工程实施后流域内植被大面积恢复,导致降雨产流产沙关系发生变化是产生上述现象的主要原因。     

黄土高原淤地坝土壤性质剖面变化规律及其功能探讨

为分析淤地坝土壤性质的剖面变化规律及其在非点源污染工程治理方面的可能性,采用经典统计学方法研究了黄土高原典型淤地坝土壤性质在5.20 m剖面上的变化规律,并探讨了淤地坝作为碳储存库以及养分富集库的独特功能.结果表明,①坝前土壤剖面容重、砂粒含量低于坝尾,而土壤含水率、有机碳、粘粒、粉粒、速效磷、硝态氮以及铵态氮均大于坝尾;容重随剖面的变异情况为弱变异性,其余指标为中等变异性;除坝前砂粒含量和坝尾土壤含水率外,其余指标均呈正态分布;②坝前和坝尾剖面土壤含水率随土层深度的增加均呈锯齿型变化趋势,在剖面上的分布表现为波动型;土壤有机碳、速效磷、铵态氮随剖面的变化规律与土壤水分的趋势相同;③除坝尾容重与硝态氮、铵态氮及速效磷与铵态氮的相关性未达到显著水平外,土壤含水率、有机碳、容重、粘粒、粉粒、砂粒、速效磷、硝态氮以及铵态氮之间的相关性均达到了显著水平(p＜0.05),并且坝前与坝尾剖面土壤各个性质之间所表现的正相关性或负相关性是一致的;④淤地坝作为黄土高原的一个重要碳储存库,坝前有机碳储量高于坝尾,且坝前在400～520 cm储量最高,坝尾在0～100 cm储量最高;⑤淤地坝对速效养分具有富集效应,坝前储量大于坝尾,且2个剖面上的储量大小顺序均为:铵态氮＞速效磷＞硝态氮;淤地坝对铵态氮、硝态氮的富集系数分别为1.132和1.956;⑥淤地坝作为土壤养分的富集库,对区域碳平衡以及小流域非点源污染工程措施有效治理具有重要的理论意义,对黄土高原坝系建设及其生态功能的深入认识具有一定的参考价值.     

黄土高原草地植被与土壤固碳量研究

在黄土高原自东南向西北,采用样带多点调查与定位监测相结合的研究方法,系统分析了不同草地类型封禁初期和封禁11 a草地生物量与固碳量变化特征。结果表明:4种草地类型地上活体植物、凋落物/地下活体根系和土壤中碳密度与碳储量分布规律均为森林草原＞梁塬典型草原＞丘陵典型草原＞荒漠草原;草地封禁11 a,地上活体植物、凋落物、0~100 cm活体根系和土壤中碳密度总量,森林草原类型为63.38~97.65 t·hm^-2,梁塬典型草原类型为49.04~68.80 t·hm^-2,丘陵典型草原类型为52.33~62.11 t·hm^-2,荒漠草原类型为11.93~19.62 t·hm^-2;碳储量4种草地类型分别为230.287 7 Tg C、332.306 7 Tg C、484.055 5 Tg C和113.856 3 Tg C;黄土高原草地总固碳量为573.10 Tg C,其中:活体植物为42.89 Tg C,占总固碳量的7.48%;凋落物为80.40 Tg C,占14.03%;活体根系为108.66 Tg C,占18.96%;土壤为341.15 Tg C,占59.53%。这充分表明,封禁不仅能使草地植被快速恢复和生物量增加,而且也是提高草地固碳潜力的一条重要途径。     

雨水资源、土壤水资源与土壤水分植被承载力

在我国北方少雨地区开展雨水资源、土壤水资源与土壤水分植被承载力研究对于防治林草地土壤旱化和林草植被经营具有重要意义。2002年4月以来,在上黄生态实验站对多年生人工林林外和林内降水、地表径流、植物生长和土壤水分动态进行了定位观测,结果表明:次降雨林冠层截留量为0.2～6.47mm,为降水量的3.1%～53.3%,截留总量占降水量的16.9%;地表径流量为0.24～1.5mm,是降雨量的1.6%～6.8%;柠条林地土壤剖面水分垂直变化可分为活跃层、次活跃层和相对稳定层;年内土壤水分胁迫时,植物通过改变叶的颜色,降低自身的含水率、落叶或产生大量落叶来适应干旱的土壤水环境,但不会死亡。土壤水分植被承载力为土壤水分承载植物的最大负荷,是指在较长时期内,当根层土壤水分消耗量等于或小于降雨补给量时,所能维持特定植物群落健康生长的最大密度。     

陕北黄土丘陵区撂荒演替过程中的土壤水分效应

根据陕北黄土丘陵区17块不同撂荒年限样地土壤水分的普查和10块样地土壤水分的定位测定,利用多元回归分析和通径分析法研究了植被恢复过程中土壤水分的变化和各植被、土壤因子对土壤水分的作用效应:①农田撂荒后,随着植被的恢复,因群落生物量、植被盖度和土壤有机质等这些对土壤水分有直接作用因子的变化,而间接表现为随着撂荒年限的增加,土壤含水量越来越低,而土壤水分的波动却越来越大;②用地形因子(包括坡度、坡向和海拔)、土壤因子(地表土壤容重和有机质含量)和植被因子(地上生物量和植被盖度)可以较好地对土壤水分做出多元拟合,影响表层土壤水分含量和根系层水分波动的主导因子是植被盖度,而影响深层土壤水分波动的主导因子是地上生物量;③土壤水分两次测定期间深层储水量差值与累积降雨量成显著正相关,说明土壤水分测定下边界存在上渗与下渗运动,而且储水量差值多数为正值,说明是以下渗为主。因此O根据土壤水分来估算群落蒸散时会有正的系统误差。为此论文将深层储水量差值作为补偿调节因子自变量,以提高多元拟合精度。拟合结果说明群落蒸散可由群落生物量、群落盖度、坡度、坡向和土壤表层容重或坚实度来估计。在植被恢复过程中影响群落蒸散的最大因子是群落蒸腾,其次是植被盖度。     

黄土高原坡耕地沟蚀土壤质量评价

黄土高原坡耕地沟蚀广泛而严重。科学评价沟蚀土壤质量是侵蚀环境下土壤保育和利用的重要基础。论文以沟间土壤为对照,分析了坡耕地沟蚀对土壤质量单因子的影响并建立了沟蚀土壤质量综合评价模型。利用加权和法对黄土高原坡耕地不同沟蚀深度下土壤质量进行综合评价。结果表明:①沟蚀对坡耕地不同土壤质量因子的影响有较大差异。沟蚀导致土壤硬化,pH值增加,而土壤团聚体和养分含量(除全磷)随着沟蚀深度增加表现出明显的层次性,近似呈"W"型变化规律。②沟蚀深度对土壤质量的影响可以用幂函数y=0.866 8 x ^-0.142(R²=0.877)较好地拟合。微度侵蚀(<5 cm)、中度侵蚀(5~30 cm)和重度侵蚀(30~50 cm)的土壤质量指数较沟间土壤分别降低了10.6%、27.9%和36.5%。沟蚀深度5 cm和30 cm是土壤质量显著下降的两个关键点。③反映沟蚀土壤质量的指标可以归为肥力因子、质地因子和结构因子三类。土壤有机质、水稳性团聚体、土壤比表面积和容重4项指标能够很好地反映土壤质量状况,可作为坡耕地沟蚀土壤质量的表征指标。