小流域土壤矿质氮与地形因子的关系及其空间变异性研究

为掌握小流域土壤特性与地形因子的关系及其空间变异规律,采用经典统计学与地统计学相结合的方法,对黄土高原水蚀风蚀交错带小流域土壤矿质氮与地形因子的关系及其空间变异性进行了系统研究,结果表明:①硝态氮的变异程度为强变异性,铵态氮、坡度、坡向则为中等变异性,土壤类型、土地利用对矿质氮的变异程度有极显著影响;②各研究特性在采样尺度内表现出不同程度的空间依赖性,铵态氮、海拔为强烈的空间依赖性,而硝态氮、坡度及坡向则为中等的空间依赖性;③分维数与空问异质比所揭示的结果具有一致性,各变量的分维数从大到小依次为:硝态氮(1.982 6)＞坡向(1.976 7)＞坡度(1.9420)＞铵态氮(1.879 1)＞海拔(1.746 1);④硝态氮在0°与90°,45°与135°方向上具有各向同性结构,而海拔为各向异性结构,其余的研究特性则表现出微弱的各向异性;⑤海拔、铵态氮具有很强的空间自相关性,硝态氮则为空间不相关;硝态氮与铵态氮、坡度与坡向之间具有极显著的正相关性,而铵态氮与海拔、坡度与海拔之间则为显著的负相关,表明在水蚀风蚀交错带铵态氮和坡度的空间分布具有海拔梯度性.     

黄土丘陵区不同有机碳水平侵蚀坡面土壤微生物量碳的分布特征

通过分析5种不同有机碳水平侵蚀坡面上土壤微生物量碳的空间分布特征及其影响因素,探究了不同土壤有机碳水平下侵蚀和土壤微生物量碳的"压力-响应"关系.结果表明:10~20 cm土层土壤微生物量碳含量随土壤有机碳水平的增加而增加.0~10 cm土层土壤微生物量碳含量比10~20 cm土层更易受坡面有机碳背景的影响,且对侵蚀的响应较敏感;2土壤微生物碳含量随着土层深度的加深而减少,当坡面有机碳水平为5.68 g·kg-1时,土壤微生物量碳的剖面分布差异最大.土壤微生物量碳的水平分布表现为沉积区对照区侵蚀区,当坡面有机碳含量在4.92~5.65 g·kg-1范围内,其水平分布差异较大.即在中等有机碳水平的侵蚀坡面上,土壤微生物量碳的空间分布差异较大,对侵蚀的响应较敏感;3土壤微生物量碳的空间分布主要受坡面土壤有机碳水平的影响;其次受坡位、土壤平均含水量、土壤容重等的影响.     

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。     

潏河冬季潜流带水交换对沉积物间隙水水质的影响

潜流带作为河流地表水-地下水系统相互作用的交汇区域带,是影响河水、间隙水与地下水水质的主要驱动力之一,对河流生态系统中的水文循环、污染物迁移转化等过程具有重要的意义.本研究采用基于一维热扩散对流方程的温度梯度法,于2016年12月对潏河研究河段21个测试点位进行了沉积物的野外原位垂向温度同步测试,并对其与沉积物间隙水中阴阳离子含量之间的关系进行了分析.结果表明:21个测试点位的潜流带水交换方式均为上升流,水交换量值变化范围较大,左右两岸水交换量值均大于河道中心水交换量值,影响其变化的主要因素是河床地形和沉积物粒径大小;Ca~(2+)、Na~+、Mg~(2+)、HCO_3~-和SO_4~(2-)在沉积物间隙水中的平均含量更接近于其在地下水中的平均含量,而K~+、NH_4~+和Cl~-在沉积物间隙水中的平均含量与其在地下水中的平均含量具有显著差异性;此外,沉积物间隙水中主要阴阳离子含量在河流横断面具有明显的横向空间变化特征,与河道中心相比,河道左右两岸沉积物间隙水中Ca~(2+)、Mg~(2+)和SO_4~(2-)含量均较高,而NH_4~+和Cl~-含量较低;采用Pearson相关分析和线性拟合方法发现,潜流带水交换量与沉积物间隙水中Ca~(2+)、Mg~(2+)和SO_4~(2-)含量呈正相关关系,与K~+、NH_4~+、Cl~-含量呈负相关关系,而与Na~+、HCO_3~-含量的相关性未通过检验,说明其不存在显著相关性.     

有机肥及补充灌溉对旱地农田温室气体排放的影响

在农业生产中,提高作物产量减少农田温室气体排放具有重要意义.本文采用静态箱-气相色谱法,在黄土高原半干旱半湿润区,以单施氮肥180 kg·hm~(-2)(以N计)为对照,研究了氮肥180 kg·hm~(-2)+有机肥45×103kg·hm~(-2)(NM)、氮肥180 kg·hm~(-2)+有机肥45×103kg·hm~(-2)+拔节期灌水(NMW)处理在冬小麦生育期温室气体的变化规律及其综合增温潜势(Global warming potential,GWP),并计算温室气体排放强度(Greenhouse gas intensity,GHGI),以明确有机肥及补充灌溉的增产潜力及对温室气体的减排效果.结果表明:(1)整个生育期CO_2排放速率随作物生长发育的加速而逐渐加快,接近成熟期其排放速率降低;N_2O排放峰均出现在施肥、降雨及灌水后.NM、NMW处理的CO_2累积排放量(以C计,下同)分别为14933.35 kg·hm~(-2)、15929.74 kg·hm~(-2),比对照分别增加了22.8%、31.0%;N_2O累积排放量(以N计,下同)分别为0.48kg·hm~(-2)、0.52 kg·hm~(-2),比对照分别降低了23.8%、17.5%;CH4累积吸收量分别为1.73 kg·hm~(-2)、1.87 kg·hm~(-2),比对照分别降低了18.4%、11.8%.(2)CH4吸收速率与土壤温度呈显著性正相关,而与土壤含水量呈显著性负相关;CO_2排放速率与土壤温度及含水量均呈显著性正相关;N_2O排放速率与土壤温度、含水量及硝态氮含量均呈显著性正相关,与铵态氮含量呈负相关.(3)NM、NMW处理的GWP比对照分别降低了27.8%、21.2%;NM、NMW均显著增加了小麦产量,增产率分别为24.6%、36.7%.NM、NMW的GHGI比对照分别降低了41.9%、42.4%.说明在施用有机肥及有机肥加补充灌水在增加作物产量的同时,达到了温室气体减排的作用.     

不同植被带生态恢复过程土壤团聚体及其稳定性——以黄土高原为例

为分析黄土高原不同植被带植被恢复对土壤团聚体分布特征及其稳定性的影响,以黄土高原从北到南不同纬度梯度分布的3个典型植被类型区域（草原带、森林草原带和森林带）为研究对象,对不同植被类型和恢复年限下的土壤团聚体分布及其稳定性进行了研究.结果表明：不同植被带对土壤团聚体分布及其稳定性影响显著,大于0.25mm团聚体含量（WR_0.25）、水稳性团聚体平均重量直径（E_WMD）、水稳性团聚体几何平均直径（E_GMD）和有机质含量（SOM）整体上均表现为：森林带 > 森林草原带 > 草原带.不同植被带下不同恢复类型对土壤团聚体及其稳定性影响不一,森林草原带表现为灌木 > 草地 > 乔木,森林带则表现为乔木 > 草地.随植被恢复年限增大,各种恢复类型WR_0.25、E_GMD、SOM整体呈逐渐增加趋势,团聚体结构破坏率（PAD）和可蚀性因子（K）呈现相反的变化趋势;分形维数（D）无显著差异.冗余分析表明,植被带对土壤团聚体及其稳定性的影响最大,其次是恢复年限,恢复类型与植被带和恢复年限具有较强的交互作用.本研究有利于加强对区域生态恢复过程机理的认识.     

基于RUSLE模型的土壤侵蚀影响因素定量评估:以陕北洛河流域为例

为了定量区分土壤侵蚀过程中退耕还林还草实施与降雨的作用,采用日降水、土壤类型、MODIS NDVI及DEM数据和修正通用土壤侵蚀方程(RUSLE),研究了陕北洛河流域退耕还林还草工程实施和降雨对土壤侵蚀的影响,结果表明:(1)2000-2014年陕北洛河流域植被覆盖呈改善趋势,其中25°区域植被NDVI平均值高于25°区域,但改善速率低于25°区域。当不考虑降雨因素变化时,25°和25°区域年平均土壤侵蚀模数均呈显著的减少趋势,表明25°区域的植被覆盖改善,确实能够起到减少土壤侵蚀的作用。(2)2000-2014年陕北洛河流域总体上年降水量、年侵蚀性降雨量、年降雨侵蚀力和年平均土壤侵蚀模数均呈增加过程,且具有较强的同步性,相关性也较强。2009年之后,情况发生变化,尽管仍保持同步关系,但相对较小的年降水量却产生了相对较大的年侵蚀性降雨量,反映出流域内降水日数减少,降水强度增大的情况,与已有研究一致。(3)降雨是流域土壤侵蚀的主导和控制因子,对土壤侵蚀的正向作用占74%,而植被覆盖仅为辅助因子,起次要作用,对土壤侵蚀的负向作用占26%。研究认为需要加强黄土高原气候变化背景下流域土壤侵蚀研究。     

辽东栎叶片气孔特征参数的时空变异

利用数码图像显微镜处理系统 ,对 2 0世纪 30年代至 80年代不同植被区域内辽东栎叶片气孔特征参数进行了较为系统的观测 ,明确了辽东栎叶片气孔特征参数的变化范围 ,并对其时空变异规律进行研究 .结果表明 ,从时间分布角度 ,由 30年代至 80年代 ,暖温带落叶阔叶林区域中气孔长度、面积变化呈上升趋势 ,而气孔宽度、密度呈下降趋势 ;亚热带常绿阔叶林区域中 4个气孔特征参数均逐年递增 ;青藏高原高寒植被区域中除气孔长度下降外 ,其它 3个气孔特征参数均逐年递增 .从空间分布角度 ,在由北部至南部再到西南部分布的暖温带落叶阔叶林、亚热带常绿阔叶林至青藏高原高寒植被区域 ,30年代中 ,气孔长度、面积呈上升趋势 ,而气孔宽度、密度呈下降趋势 ;5 0年代中 ,不同植被类型区之间 ,除气孔密度差异较大外 ,其它 3个气孔特征参数差异均不明显 .图 1表 1参 9     

黄土高塬沟壑区植被恢复对不同地貌部位土壤可蚀性的影响

通过采集不同地貌部位（塬面、塬坡和沟坡）各土地利用（农地、草地、灌木地和林地）坡面土壤和根系样品,采用综合土壤可蚀性指数（CSEI）评价了植被恢复对土壤可蚀性的影响。结果表明：（1）不同地貌部位的CSEI差异显著,沟坡CSEI较塬坡和塬面分别增加8.1%和77.7%。（2）塬面草地、灌木地和林地的CSEI较农地分别降低21.1%、29.2%和28.8%;而塬坡和沟坡林地CSEI均低于其他土地利用。（3）CSEI与粘粒含量、砂粒含量、毛管孔隙度、根重密度、根平均直径、根长密度及根表面积密度均呈极显著负相关,而与粉粒含量和土壤容重呈显著正相关关系;粉粒含量、土壤容重和根重密度是影响CSEI的关键因素,其中粉粒含量对CSEI的直接影响最大,而根重密度通过直接或间接作用对CSEI产生负相关影响。建议在塬面上以灌木作为植被恢复模式的首选,而在塬坡和沟坡上选择以乔木为优势群落的恢复模式对水土流失的控制更为有效。     

应用Le Bissonnais法研究黄土丘陵区不同植被区及坡向对土壤团聚体稳定性和可蚀性的影响

论文通过Le Bissonnais法对黄土丘陵区森林、森林草原和草原三种植被区下的土壤团聚体分布特征、稳定性以及土壤可蚀性进行了分析研究。研究结果表明:1)在不同植被区表层土壤(0~20 cm)中,土壤的水稳性团聚体含量(R0.2)和平均重量直径(MWD)整体上表现为阳坡小于阴坡,土壤可蚀性因子K值则表现为阳坡大于阴坡,但是阴、阳坡差异均不显著;2)表层土壤的R0.2、MWD均表现为森林区森林草原区草原区,可蚀性因子K值则表现为草原区森林草原区森林区,土壤团聚体稳定性和抗侵蚀能力由高到低依次为森林区、森林草原区和草原区;3)扰动后湿润处理(WS)和快速湿润处理(FW)下的森林区与草原区土壤的稳定性和可蚀性指标差异显著,FW处理下二者差异尤为显著,而森林草原区土壤则居于前面两种土壤之间。总体来说,在黄土丘陵地带,植被区从北向南,由草原区向森林区变化过程中,土壤团聚体的稳定性和抗侵蚀性在不断提高,南部森林区的土壤团聚体稳定性比北部草原区更强,抗侵蚀能力更大。