黄河源高寒退化草地典型鼠丘土壤风蚀及养分流失规律研究

黄河源高寒草地啮齿动物活动区存在大量鼠丘,在干燥、大风等气候影响下极易产生土壤风蚀,为阐明鼠丘土壤风蚀侵蚀特征与规律,本研究以黄河源流域不同海拔与植被覆盖度下14个试验区的高原鼠兔和高原鼢鼠鼠丘为研究对象,采用野外模拟风力侵蚀试验装置,对不同风速下各区域鼠丘土壤流失量及其养分流失规律进行分析和讨论。结果表明:(1)鼠丘土壤风蚀量在各区域之间存在显著性差异(P<0.05),风速较小时,2种不同鼠丘土壤流失差异不显著,当风速增加到12 m·s^(-1)时,高原鼠兔鼠丘土壤流失量>高原鼢鼠鼠丘土壤流失量(P<0.05);风速从3 m·s^(-1)增大到12 m·s^(-1),2种鼠丘土壤流失的平均增幅分别为238.16%和146.31%。(2)各试验区鼠丘土壤风蚀率总体呈现先快后慢的递减趋势,植被盖度是低风速下影响鼠丘土壤流失的显著因子,且与海拔高度有关。(3)随草地退化程度加剧,土壤全氮含量、碱解氮、速效钾、有机质含量都有明显下降,而全磷、全钾、速效磷呈现上升的趋势。本研究表明黄河源不同区域鼠丘土壤风蚀作用的差异性与土壤含水率、颗粒大小、风速等密切相关。

西宁盆地黄土区草本植物边坡电阻率与土体物理力学性质关系研究

为研究高寒干旱-半干旱环境黄土区种植不同类型草本植物边坡土体电阻率与其物理力学性质之间的定量关系,探讨电阻率数值反映边坡土体物理力学性质及其变化特征,在西宁盆地长岭沟流域自建试验区选取未种植裸坡以及种植生长期为3年的垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)、老芒麦(Elymus sibiricus Linn.)、细茎冰草(Agropyron trachycaulum Linn.Gaertn.)、高羊茅(Festuca arundinacea Schreb.)的边坡共5种类型边坡为研究对象。通过开展边坡土体密度、含水率、含根系与不含根系土体直剪试验,对比不同草本植物根系对边坡土体物理力学性质的影响。在此基础上,利用二维电阻率层析成像方法建立不同边坡土体物理力学性质指标与土体电阻率间的定量关系。结果表明:(1)与未种植裸坡相比较,种植老芒麦边坡上层(0~10 cm)土体含水率增幅最大为26.53%;种植高羊茅边坡上层(0~10 cm)土体平均密度降幅最大为18.30%;种植垂穂披碱草边坡上层(0~10cm)土体黏聚力附加值最大,且为未种植裸坡的2.75倍。(2)5种类型边坡的电阻率受根系分布和边坡位置因素的共同影响,电阻率随着深度增加逐渐降低。4种草本边坡坡面以下0~20cm处土体电阻率均较裸坡大,该深度为根系分布大致范围。(3)5种边坡土体物理力学性质与电阻率数据之间存在拟合方程式(相关系数R2为0.48~0.77),且通过Pearson相关性分析得到边坡土体黏聚力c与电阻率间的相关性相对最高,相关系数R2为0.765。上述研究结果反映出可通过电阻率层析成像技术反映边坡土体物理力学性质,以及边坡土体中植物根系分布特征,可为研究区及其周边地区采用植物有效防治水土流失、浅层滑坡等灾害提供理论依据和实际指导意义。

黄河上游巨型滑坡区植被分布及其根系力学强度特征

为研究黄河上游巨型滑坡区植被分布类型及其根系力学强度特征,以位于黄河上游席芨滩巨型滑坡区为研究区,通过野外植被样方调查、制取根系和土体试样以及室内开展单根拉伸试验等方法,探讨了区内3种优势草本植物醉马草、异针茅、冷地早熟禾的单根抗拉力学特征,以及植物生长区土体营养元素特征对植物分布的影响。结果表明:席芨滩滑坡区以草本植物为主,灌木零星分布,物种数呈“驼峰状分布”;通过采用冗余分析得到,草本植物生长区土壤含水量(P<0.01,F=12.7)、pH值(P<0.05,F=8.0)和全氮(P<0.05,F=4.5)对植物群落生长和分布特征影响较为显著。进一步研究表明,同种植物生长位置不同,则其单根抗拉力学强度亦不同,而相同位置处的不同种植物,相应地其单根力学强度亦表现出不同的特征。这种特征表现在分布于滑坡中部的冷地早熟禾的平均单根抗拉力和平均抗拉强度均显著高于生长在滑坡前缘和后壁位置的;分布在滑坡中部位置处的3种优势草本植物,其平均单根抗拉力和平均单根抗拉强度由大至小依次为异针茅(9.10 N,80.29 MPa)、冷地早熟禾(7.51 N,49.78 MPa)、醉马草(6.69 N,34.82 MPa)。本研究结果可为科学防治席芨滩滑坡分布区边坡水土流失、浅层滑坡等坡面水土灾害提供理论依据和实际指导。

黄河上游龙羊峡至积石峡段流域植被对气候变化的响应

为探讨气候变化和区域人类活动对黄河上游龙羊峡至积石峡段流域植被(Normalized difference vegetation index, NDVI)的影响,本研究以位于黄河上游龙羊峡至积石峡段流域为研究区,基于MODI3Q1数据集,采用Theil Sen斜率统计法、Mann-Kendall检验及相关分析法等6种方法,评价了区内2004—2021年间NDVI的时空变化特征,并探讨了NDVI与平均气温、降雨量、蒸发量、太阳辐射量间的相关性及其驱动力。结果表明:2004—2021年间区内81.66%地区的NDVI总体呈现出逐渐增加的变化趋势;NDVI与平均气温、蒸发量、太阳辐射量之间的均呈正相关关系,正相关区域面积占总面积的96.72%,98.96%,72.73%,92.64%。此外,通过进一步分析因子探测器结果得到,区内土地利用类型为耕地、森林、灌木区域内影响植被生长的主要影响因子为平均气温,其值分别为0.216 5,0.321 5,0.326 5。本研究结果对于黄河上游流域开展植被空间分布变化监测、植被生态安全防护具有实际指导意义。

高寒区不同植被恢复年限矿山排土场边坡产流产沙特征

[目的]分析高寒金属矿山不同植被恢复年限排土场边坡坡面产流产沙特征,为排土场人工植被恢复和水土保持工作高效合理地开展提供科学依据。[方法]以青海省果洛藏族自治州德尔尼铜矿恢复期为2~15 a范围内的7个矿山排土场边坡为研究对象,通过模拟降雨试验获取不同恢复年限排土场坡面产流产沙和径流水动力学特征指标,并进一步分析坡面产流产沙特征和径流水动力学特征的影响因素。[结果]研究区排土场坡面产流产沙过程相对复杂,随机性强,不同恢复年限排土场坡面单位面积产流率和产沙率随降雨历时的变化规律存在较大的差异。排土场边坡坡面单位面积累积产流量与恢复年限之间不存在显著性关系;单位面积累积产沙量和侵蚀泥沙平均体积直径随着恢复年限的增大均呈逐渐降低趋势,且侵蚀泥沙平均体积直径与恢复年限呈显著性幂函数关系(p<0.05);随着恢复年限的增大产流时间呈线性函数增大趋势(p<0.05)。各恢复年限排土场边坡径流流态以层流为主,且均属于缓流。随着恢复年限的逐渐增大,坡面径流雷诺数和径流剪切力呈显著性的指数函数降低和线性函数降低趋势(p<0.05);而径流流速和弗劳德数与恢复年限未体现出显著性的函数关系。总体而言,随着恢复年限的增长,排土场坡面径流冲蚀和挟沙能力降低。不同恢复年限排土场边坡坡面单位面积累积产沙量、径流速度和雷诺数与坡度呈显著性高度正相关关系(p<0.05)。[结论]高寒矿区排土场经人工植被恢复后,坡面抗侵蚀能力随恢复年限的增长呈向好趋势;植被未完全返青的情况下,坡度对坡面产流产沙特征和径流水动力学特征的影响程度高于植被覆盖度。

北麓河青藏公路沿线多年冻土区热融滑塌型边坡植被防护力学效应研究

为评价青藏公路沿线多年冻土区高寒草甸和人工种植植物固土护坡力学贡献,本研究选取位于青藏公路沿线北麓河地区一处热融滑塌灾害作为研究区。以原生草甸(主要植物种为嵩草(Carex myosuroides Vill.)和藏嵩草(Kobresia tibetica Maxim.))和人工种植垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)、星星草(Puccinellia tenuiflora(Griseb.)Scribn.&Merr.)、冰草(Agropyron cristatum(L.)Gaertn.)、早熟禾(Poa annua L.)、碱茅(Puccinellia distans(L.)Parl.)和中华羊茅(Festuca sinensis Keng ex S.L.Lu)等6种生长期为1 a草本为研究对象,通过开展室内原状根-土复合体剪切试验,探讨了草本根系增强热融滑塌型边坡体抗剪强度作用贡献,并采用静力平衡法对该热融滑塌型边坡稳定性进行了评价。主要得到如下结果:通过室内洗根试验得到根-土复合体试样平均含根量由高至低依次为原生草甸(33.33 mg·cm^(-3))、垂穗披碱草(16.95 mg·cm^(-3))、早熟禾(13.12 mg·cm^(-3))、中华羊茅(5.80 mg·cm^(-3))、冰草(3.89 mg·cm^(-3))、星星草(3.15 mg·cm^(-3))、碱茅(2.86 mg·cm^(-3));平均株高由高至低依次为垂穗披碱草(10.93 cm)、原生草甸(9.64 cm)、冰草(6.88 cm)、早熟禾(5.22 cm)、中华羊茅(3.90 cm)、碱茅(3.86 cm)、星星草(2.90 cm);区内原生草甸和6种人工种植草本根-土复合体抗剪强度均显著高于不含根系素土,其中原生草甸和人工种植垂穗披碱草根系增强土体抗剪强度作用增幅相对较大,分别为42.17%和30.96%;由静力平衡法计算得到含根系边坡安全系数均高于不含根系素土边坡,边坡安全系数由大至小依次为原生草甸(1.47)、垂穗披碱草(1.39)、早熟禾(1.38)、冰草(1.37)、碱茅(1.36)、星星草(1.32)、中华羊茅(1.32)、素土(0.96)。该研究结果对于有效防治青藏公路沿线北麓河地区热融滑塌灾害,同时为进一步有效防治青藏公路沿线热融滑塌灾害引发的水土流失、草地退化等灾害提供理论依据和实际指导。

黄河上游夏藏滩巨型滑坡区根-土复合体理化与强度特性

为研究黄河上游夏藏滩巨型滑坡分布区土体理化性质及力学强度特征,本研究通过在该滑坡体不同位置制取植物及土体试样,测定各采样点植物生长量指标、土体密度、含水率、含根量、抗剪强度指标以及营养元素含量等指标;在此基础上,通过采用Spearman相关性分析方法,探讨了该滑坡体不同位置植被类型、土体理化性质以及根-土复合体抗剪强度特征。结果表明:植物种类随海拔高度降低表现出增加趋势,其中优势草本植物为异针茅(Stipa aliena)、黄花棘豆(Oxytropis ochrocephala)、沙蒿(Artemisia desertorum)等3种;滑坡分布区土体pH值呈中性至碱性,有机质、全氮、全磷等3种营养元素含量在滑坡体后缘位置变化幅度相对较大,全钾、碱解氮等其余4种营养元素变化幅度较大但未表现出明显变化规律;土体含水率随海拔高度降低呈先增加后降低,土体密度呈增加的变化趋势,即随海拔降低增加幅度分别为7.05%和5.88%;根-土复合体粘聚力c值与含根量均表现出随海拔高度降低呈先增加后降低的变化趋势;此外,通过采用Spearman相关性分析得到,根-土复合体粘聚力c值与海拔高度之间呈负相关关系,而与含根量、有机质、含水率之间则呈正相关关系。研究结果对防治黄河上游龙羊峡至积石峡流域两岸边坡水土流失、浅层滑坡等地质灾害现象具有实际指导意义。

轻度放牧和禁牧草地土壤物理力学性质特征--以夏藏滩滑坡区为例

为研究轻度放牧和禁牧对黄河上游滑坡分布区草地土壤物理力学性质的影响,本研究选取黄河上游夏藏滩滑坡分布区为研究区,通过开展野外勘察、取样以及室内土壤物理力学性质试验,对比分析了轻度放牧和禁牧对滑坡分布区边坡植物生长和土壤物理力学性质的影响。结果表明:禁牧草地植物种类数量、平均覆盖度、平均株高均高于轻度放牧草地,分别增长65.1%、62.8%和13.6%;禁牧草地土壤含水率、根系干重密度、土壤黏聚力均显著高于轻度放牧草地(P<0.05),且轻度放牧草地和禁牧草地土壤黏聚力与根系干重密度均呈显著正相关关系(R^(2)=0.841和0.875,P<0.05)。本研究结果可为有效防治研究区流域河岸边坡坡面水土流失、浅层滑坡等次生地质灾害,提供理论依据和实际指导。

基于InSAR技术的夏藏滩滑坡区地表变形监测与分析

黄河上游两岸巨型滑坡发育,对以龙羊峡水电工程为代表的黄河上游梯级电站以及当地居民生产生活和生命财产安全等带来一定影响和潜在危害。为研究黄河上游巨型滑坡分布区地表形变特征,以位于青海尖扎境内的黄河上游右岸夏藏滩滑坡分布区为研究区,利用升轨、降轨Sentinel-1A影像数据,采用InSAR技术对滑坡体地表形变信息进行提取和分析,并通过实地调查对基于InSAR技术监测结果进行现场验证。结果表明:采用升轨、降轨Sentinel-1A影像数据所获得的区内滑坡体地表最大形变速率分别为24mm/a和21mm/a,最大累计变形量分别为133mm和128mm;2017—2022年监测周期内,随着监测时间增加,位于夏藏滩滑坡前缘的次级滑坡特征点A和B累计位移量呈逐渐增加的变化趋势;基于PS-InSAR和SBAS-InSAR两种方法所得到的滑坡体地表累计变形量具有一致性特征,该结果表明InSAR技术适用于黄河上游拉干峡—寺沟峡流域巨型滑坡体地表变形的监测。该研究结果不仅为开展黄河上游巨型滑坡地表变形监测提供有效方法,而且为该流域有效防治古滑坡复活提供数据支撑和实际指导。

黄土区不同龄期灌木柠条锦鸡儿根系的分布特征及其固土护坡效果

为定量评价西宁盆地黄土区优势灌木柠条锦鸡儿根系固土护坡效果,该研究以区内生长期为幼龄期(<6 a)、中龄期(6~14 a)和老龄期(>14 a)3个龄期的柠条锦鸡儿为研究对象,通过原位挖掘法与原位拉拔试验相结合的方式,调查不同龄期柠条锦鸡儿根系形态学指标和根系分布特征,并通过单根拉伸试验获得单根抗拉强度。以此为基础,利用WWM模型对不同龄期柠条锦鸡儿根系附加黏聚力进行计算,评价不同龄期柠条锦鸡儿根系对土体抗剪强度的增强效果。结合有限元数值模拟分析,定量评价不同龄期柠条锦鸡儿根系加筋和锚固作用对黄土边坡稳定性的贡献。结果表明:随着龄期的增加,柠条锦鸡儿根系埋深、根系总根长、主根根径和主根根长均逐渐增加;各龄期柠条锦鸡儿根系主要分布在0~0.6 m土层深度范围内,随着土层深度增加,幼龄期和老龄期根系根长和根数呈逐渐减少趋势;中龄期根系则呈先增大后减小趋势,根长和根数的最大值出现在0.3~0.6 m的土层深度内。幼龄期和老龄期柠条锦鸡儿根面积比和根系附加黏聚力均随着土层深度增加而逐渐减少,中龄期柠条锦鸡儿则呈先增大后减小变化趋势,且该龄期根系增强土体抗剪强度的效果相对最为显著。不同龄期柠条锦鸡儿根系均能够降低边坡坡肩、坡体中间位置总位移和最大总位移,并提高边坡稳定系数,但提升幅度有限,在0.19%~0.93%之间。随着龄期的增大,柠条锦鸡儿根系固土护坡主导力学效应由加筋作用逐渐转变为锚固作用。研究可为西宁盆地及其周边地区生态恢复、植被护坡工程的实施提供理论指导。

黄河源区六种草本植物根系抗拔力特征及其影响因素研究

为探讨黄河源区高寒草地植物根系抗拔力特性,本研究选取青海河南县高寒草地6种优势草本为研究对象,通过原位拉拔、单根拉伸、根-土复合体直接剪切等试验,分析6种植物根系抗拔力特性,探讨植物根径、根数、根长和土体密度、含水率、紧实度、含根量及单根抗拉强度、根-土复合体黏聚力等9种因素对植物根系抗拔力的综合影响。结果表明:6种草本根系抗拔力以矮嵩草(Kobresia humilis K.)最大(46.50 N),高山嵩草(Kobresia pygmaea C.B.Clarke.)次之(37.50 N),冷地早熟禾(Poa crymophila Keng.)最小(16.45 N);根系抗拔力与根径、根数、根长间呈显著正相关(P<0.05),相关系数(R)为0.881,0.727,0.969,与土体密度、紧实度、含根量、根-土复合体黏聚力间呈正相关,与含水率呈负相关。研究结果对探讨黄河源区高寒草地退化力学机理具有理论指导作用,为有效防治区内草地退化、水土流失等地表浅层灾害发生提供理论依据和实际指导。

坡位对优势植物分布与根系力学特性影响

本试验选取青海贵德地区席芨滩滑坡区为研究区,以异针茅(Stipa aliena Keng)和阿洼早熟禾(Poa araratica Trautv.)为研究对象,以取样点、坡位和植物种为独立变量,采用单因素方差分析,对供试植物根系力学特性指标进行分析。结果表明:随坡位上升,土体含水率降低,坡顶和坡中低于坡脚;相同坡位处,采样点差异总体上未导致根系力学特性产生显著性差异;坡位对植物根系力学特性产生影响,表现为随坡位升高,阿洼早熟禾根径、抗拉力、拉伸极限应变率增加,而抗拉强度和杨氏模量降低,异针茅则表现出不一致的变化规律;与异针茅相比,阿洼早熟禾根径、抗拉力和拉伸极限应变率较高,而其抗拉强度和杨氏模量较低。研究结果可为干旱半干旱区开展边坡植物生态恢复,以及坡面水土流失、浅层滑坡等灾害防治提供理论支撑。

黄河源区不同禁牧年限对垂穗披碱草单根及其根-土复合体力学强度特征的影响

为研究黄河源区不同禁牧年限高寒草地植物根系力学特性及根系增强土体抗剪强度贡献特征,本研究以黄河源区河南县地区未禁牧、1 a禁牧、4 a禁牧、10 a禁牧4种工况下的高寒草地植物垂穗披碱草为研究对象,在野外调查、取样及室内单根拉伸试验和根-土复合体直剪试验的基础上,探讨了垂穗披碱草在不同禁牧年限下,单根抗拉力和根-土复合体抗剪强度指标变化特征及其影响因素。结果表明:1~4 a短期禁牧增加了垂穗披碱草生长量指标,而10 a长期禁牧其生长量指标则呈降低的变化特征。随着禁牧年限增加,垂穗披碱草单根抗拉力呈先增大后降低的变化规律,1和4 a禁牧单根抗拉力较未禁牧增幅分别为15.9%、14.8%;垂穗披碱草单根抗拉强度、根-土复合体黏聚力均呈降低趋势,其中10 a禁牧垂穗披碱草单根抗拉强度、根-土复合体黏聚力相对于未禁牧降低幅度最大,分别为57.3%、63.5%。进一步研究表明,根-土复合体黏聚力c值与根径、土体密度之间呈显著正相关关系,与含水率之间则呈显著负相关关系,且黏聚力c值随含根量的增加呈先增大后减小的变化规律。研究结果可为高寒地区开展草地退化、水土流失等灾害的有效防治提供理论支撑和实际指导。

青藏高原东北部黄土区灌木柠条锦鸡儿单根抗拉力学特性研究

[目的]柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom.)是青藏高原东北部和黄土高原地区最为广泛的护坡和水土保持灌木之一,开展该种植物单根抗拉力学特性试验研究,为定量评价该种植物固土护坡效果提供理论依据。[方法]以根径为2.33~9.16 mm的中龄期柠条锦鸡儿根系为研究对象,通过单根拉伸试验对比分析了不同断裂模式和不同根径级别条件下,柠条锦鸡儿单根抗拉力学特性的差异性及其与根径之间的关系,并进一步探讨了单根断裂破坏模式及其应力—应变特征。[结果]柠条锦鸡儿单根存在周皮断裂和整体断裂2种断裂模式,2种断裂模式单根抗拉力和单根抗拉强度分别在(2,4],(4,6]和(6,8]mm以及(6,8]mm根径级别条件下存在显著性差异;相同断裂模式不同根径级别之间,4个单根抗拉力学特性指标差异程度各不相同。周皮断裂和整体断裂模式条件下,单根抗拉力随着根径的增大分别呈指数函数和幂函数增长趋势;单根抗拉强度、弹性模量和极限延伸率随着根径增大而降低。2种断裂模式的产生取决于单根受拉伸作用时,周皮、中柱鞘薄壁组织和次生维管组织的应力状态;对应的单根应力—应变曲线表现为弹性变形、弹塑性变形、应变硬化及周皮(断裂)破坏4个阶段。[结论]在采用单根拉伸试验来获取木本植物根系单根抗拉力学特性指标时,有必要考虑根径和断裂模式对单根抗拉力学特性的影响。

不同植物对黄土边坡产流产沙与抗剪强度的影响

[目的]探讨不同草本植物对黄土边坡产流产沙与抗剪强度特征的影响,为进一步开展高寒干旱和半干旱地区,有效防治因降雨诱发水土流失、浅层滑坡等地质灾害,提供理论依据和实际指导。[方法]在西宁盆地长岭沟流域自建试验区,选取垂穗披碱草(Elymus nutans)、老芒麦(Elymus sibiricus)、细茎冰草(Agropyron trachycaulum)3种优势草本植物为试验供试种,开展原位人工模拟降雨试验与室内直剪试验,分析了模拟降雨条件下6种不同类型植物边坡坡面产流产沙及根—土复合体抗剪强度特征。[结果]在模拟降雨条件下,草本植物能显著抑制坡面产流产沙,阶梯形边坡相对直形边坡能显著降低坡面产流产沙,且随着草本生长期增加坡面产流产沙显著降低,生长期为2 a的种植垂穂披碱草阶梯形边坡坡面累积产沙量较垂穂披碱草直形边坡降幅为79.68%,生长期为1 a的种植垂穂披碱草阶梯形边坡平均产沙率较阶梯形未种植裸坡降低幅度最大为86.27%,表明种植垂穂披碱草阶梯形边坡有效抑制坡面的产流能力相对显著;进一步研究表明,降雨使边坡土体平均含水率增大,导致边坡浅层土体黏聚力降低;与直形边坡相比较,模拟降雨后阶梯形边坡黏聚力c值降低幅度较小,其中种植垂穂披碱草阶梯形边坡较降雨前降低幅度为19.25%,表明垂穂披碱草阶梯形边坡其增强边坡土体强度效果相对最显著。[结论]垂穗披碱草阶梯形边坡表现出相对更显著的抑制边坡水土流失和提高边坡浅层土体抗剪强度,起到增强边坡土体稳定性的作用。

恢复年限对高寒金属矿山排土场植物多样性和土壤化学特性的影响

[目的]研究恢复年限对高寒金属矿山排土场植物多样性和土壤化学特性的影响,为深入探讨高寒矿山排土场植物演替趋势,优化高寒矿山排土场植物恢复工艺方法提供科学指导。[方法]以青海省果洛藏族自治州德尔尼铜矿恢复期为1~12 a范围内的10个矿山排土场边坡为研究对象,通过样方法调查排土场植物物种组成和多样性特性,并进一步调查土壤化学特性,明确了排土场Patrick丰富度指数等4个α植物多样性指数以及全氮等8个土壤化学特性指标与恢复年限的关系。[结果]随着恢复年限的增大,天然植物不断侵入,排土场植物的科、属、种数呈现出逐渐增加的趋势,各年限排土场物种组成和群落特征存在一定的差异性。排土场Patrick丰富度指数随着恢复年限的增大呈幂函数增长趋势;Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数随着恢复年限增大呈先增大后减小趋势,且均符合二次函数关系。随着排土场恢复年限的增大,土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮和速效磷含量均呈先增大后减小趋势;速效钾和有机质含量呈幂函数增长趋势;pH值呈逐渐降低趋势。排土场植物4个多样性指数与土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效钾和有机质含量呈不同程度的正相关关系,而与速效磷和pH值呈负相关关系。[结论]恢复期为12 a时,试验区排土场植物仍处于演替发展阶段,未达到稳定状态;排土场植物演替和土壤养分之间存在明显的相互作用;建议矿区排土场植物恢复选用高氮高磷低钾型缓释复合肥。

基于Bayesian分析的垂穗披碱草根系力学特性估计方法

植物根系力学特性是度量植物根系对土体抗剪强度贡献,评价植物根系提高土壤抗侵蚀性和边坡稳定性的重要指标之一。该研究基于Bayesian分析,选取生长于青海天峻县江仓矿区排土场人工种植的垂穗披碱草(Elymusnutans Griseb.)为研究对象,在对其根系力学特性进行测定基础上,以测得的28组根系力学特性的期望值和方差为先验信息,以第29组根系力学特性测定值为样本信息,建立了用于计算该区域垂穗披碱草根系力学特性的正态-逆伽马后验分布,并分别计算了先验分布的超参数以及后验分布中的分布参数。研究结果表明,先验信息中,除极限拉伸应变外,其余指标均值的期望值变异性均较小且各指标的均值均服从正态分布,方差的倒数则满足伽马分布,而各指标的样本分布满足正态分布,故可通过正态-逆伽马分布对区内垂穗披碱草根系力学特性的后验分布进行描述;后验信息概率密度曲线与样本信息概率密度曲线几何形状较为相似,该结果说明后验信息更倾向于样本信息,且得到的结果亦可由柯尔莫哥洛夫-斯米洛夫检验予以佐证。此外,样本数量与先验信息离散度决定了先验均值和样本均值在决定后验均值时所占的权重。在其他条件不变的情况下,样本数量越大则样本所占权重越大。该研究可为准确计算植物根系力学特性提供思路和研究方法。

黄河源高寒草甸退化秃斑地土壤基本特征及其风蚀规律

[目的]阐明高寒草甸不同类型退化秃斑地的土壤基本特征及其风蚀规律,揭示土壤物理力学特性与土壤风蚀之间的交互影响作用,进而为黄河源区生态植被的修复和保护提供理论依据。[方法]以黄河源7种草甸退化秃斑地及高原鼢鼠鼠丘为研究对象,结合野外调查和原位试验,对不同秃斑地土壤物理力学特征、土壤风蚀规律的差异性及土壤风蚀量与可蚀性因子间的关联度和相关性等进行了分析和讨论。[结果](1)不同退化秃斑地土壤基本物理力学特性指标差异较显著,7种秃斑地的平均土壤含水率、密度、紧实度和黏聚力分别是高原鼢鼠鼠丘的1.3倍、2.6倍、14.2倍和5.0倍,秃斑地中风毛菊的恢复生长对土壤的保水固土能力最强,香薷草和臭蒿相对较弱。(2)风蚀60 min后高原鼢鼠鼠丘土壤的总流失量是退化秃斑地的1.3~4.4倍;风蚀量的增加幅度随风蚀时间呈先增后减的趋势,风蚀作用的前5~10 min是土壤风蚀的敏感期;不同退化秃斑地土壤风蚀量与植被恢复类型有关,且与土壤物理力学指标值之间呈反比例关系。(3)退化秃斑地土壤风蚀量与植被覆盖度、土壤含水率和土壤紧实度之间均呈线性负相关关系,与土壤黏聚力间呈指数函数负相关关系;土壤风蚀量与覆盖度、含水率、紧实度和黏聚力间存在极显著负相关,与土壤密度和土壤平均粒径分别存在显著负相关和显著正相关。[结论]不同类型的退化秃斑地均可通过提升土壤基本物理力学特性,从而对土壤风蚀产生抑制效应,其中风毛菊抑制效果最佳、香薷草和臭蒿相对较弱。

基于CSLE模型的黄河上游龙羊峡至积石峡段流域土壤侵蚀评价

[目的]研究黄河上游龙羊峡至积石峡段流域2017—2021年土壤侵蚀特征,揭示区内植被在防治土壤侵蚀中的贡献,进而为黄河上游流域开展植被水土保持与生态安全保护的合理实施提供科技支撑。[方法]以位于黄河上游的龙羊峡至积石峡段流域为研究区,基于CSLE模型分别以空间插值法和地图代数法,探讨了区内土壤侵蚀、各年份植被覆盖度空间分布,以及植被覆盖度时空变化空间分布特征;在此基础上,分析了区内植被有效防治土壤侵蚀过程中的减蚀作用。[结果]区内2017—2021年黄河上游龙羊峡至积石峡段流域土壤侵蚀以微度和轻度侵蚀作用为主,5个不同年份其平均土壤侵蚀模数分别为21.329,55.518,23.394,21.490,21.650 t/(km^(2)·a)。[结论]2017—2021年区内发生中度和强度侵蚀区域主要集中在极低植被覆盖度区,其中微度侵蚀区域的植被覆盖度普遍较高,结果表明区内植被能有效减少土壤侵蚀现象的发生。

青藏高原东北部黄土区灌木柠条锦鸡儿根—土界面剪切特性

[目的]分析不同因素对根—土界面抗剪强度指标和抗剪强度的影响,为深入探讨青藏高原东北部黄土区灌木根系固土护坡机制提供理论依据。[方法]以区内优势灌木植物柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)为研究对象,通过根—土界面直剪试验,分析根径级别为2.20±1.00~32.00±1.80 mm以及土体含水量、干密度和含盐量分别为6.00%~22.00%,1.20~1.60 g/cm^(3),0.59%~2.50%的条件下,各因素对柠条锦鸡儿根—土界面抗剪强度指标和抗剪强度的影响规律。[结果]在其他影响因素恒定的情况下,根径对根—土界面抗剪强度指标和抗剪强度无显著影响(p>0.05)。随着土体含水量由6.00%增大到22.00%,根—土界面黏聚力呈先增大后减小的趋势,当土体含水量达到14.00%时黏聚力达到峰值6.74 kPa;根—土界面摩擦角由21.40°降低至15.75°,呈线性函数降低趋势;根—土界面抗剪强度呈线性函数降低趋势。随着土体干密度由1.20 g/cm^(3)增长至1.60 g/cm^(3),根—土界面黏聚力由5.70 kPa增大至6.85 kPa,呈指数函数增长趋势;根—土界面摩擦角由20.67°增大至21.67°,呈线性函数增长趋势;根—土界面抗剪强度呈线性函数增大趋势。随着土体含盐量由0.59%增大至2.50%,根—土界面黏聚力由6.71 kPa增大至7.31 kPa,呈线性函数增长趋势;根—土界面摩擦角无显著变化(p>0.05);根—土界面抗剪强度呈线性函数增长趋势。通过灰色关联分析可知,土体干密度对根—土界面黏聚力、摩擦角和抗剪强度的影响程度最大。[结论]土体含水量、干密度和含盐量均能够影响根—土界面抗剪切特性,但影响程度存在差异;在评价植物根系对黄土斜(边)坡浅层土体的防护效果时,必须充分考虑降雨入渗对根—土界面剪切特性的影响。