干热河谷冲沟沟头活跃度对植物群落结构的影响

为研究干热河谷冲沟沟头活跃程度对植被物种组成及其群落结构的影响,从而服务于冲沟植被恢复过程中最佳植被配置,采用典型样地法对元谋县内22条冲沟进行实地调查。研究结果表明:1)冲沟内植物种类随着沟头的稳定程度增加而增加,其中活跃型冲沟内植物12科28属共28种,半稳定型冲沟内植物16科29属共29种,稳定型冲沟内植物15科35属共37种;2)不同活跃程度的冲沟植被群落按生活型可分为3个层次,一是以扭黄茅为优势种,孔颖草、三芒草为次优种的草本层;二是以车桑子为优势种,银合欢为次优种的灌木层;三是以印楝为优势种,桉树为次优种的乔木层,但活跃型冲沟无乔木层;3)冲沟乔木层、灌木层和草本层的植被盖度均随着冲沟沟头稳定性的增加而增加,表现为稳定型冲沟>半稳定型冲沟>活跃型冲沟;4)不同活跃程度的冲沟沟头群落结构均以多年生草本和灌木为主,乔木种类较少,优势物种相同且占有显著地位,但随着冲沟沟头的逐渐稳定,乔木数量和多样性均逐渐增加;5)活跃型冲沟、半稳定型冲沟、稳定型冲沟之间草本层、灌木层、乔木层的植物群落相似性分别表现为中等相似、极为相似、极度不相似,且冲沟不同恢复阶段灌木层中植物有趋同演化的趋势,共有程度很高,冲沟沟头活跃程度对灌木层植物群落功能造成的影响小于对草本层和乔木层植物群落。总体而言,不同活跃程度的冲沟沟头植被群落结构之间具有显著差异,研究结果将为冲沟生态恢复提供科学依据。

金沙江干热河谷区坡面剑麻的水土保持效应

为查明剑麻的水土保持效应,以金沙江干热河谷作为研究区域,通过径流小区定位观测法,分别观测了10°和20°坡面上种植剑麻的产流产沙特征。结果表明:(1)元谋县2014—2016年,年均降雨量为659.46 mm,年均降雨天数为82天。(2)三年间10°剑麻地和裸地平均径流深分别为101.91±7.56 mm和236.70±9.06 mm,剑麻地比裸地减少56.95%; 20°剑麻地和裸地平均径流深分别为152.78±8.12 mm和252.20±10.47 mm,剑麻地比裸地减少39.42%。(3) 2014—2016年,10°剑麻地平均径流系数仅为0.23±0.17,裸地为0.50±0.17,剑麻地比裸地减少了54.00%; 20°的剑麻地与裸地平均径流系数分别为0.36±0.16和0.53±0.17,两者相比减少32.08%。综上所述,剑麻不仅拥有明显的拦沙作用,其截流效应也十分显著,在金沙江干热河谷区表现出良好的水土保持效应。(4)观测期间10°坡面上剑麻地和裸地的平均土壤侵蚀模数分别为355.27±31.86 t/(km^2.a)和1788.68±153.11 t/(km^2.a),剑麻地相比裸地减少80.14%; 20°坡面上剑麻地平均土壤侵蚀模数为2023.29±189.22t/(km^2.a),裸地为4506.14±362.70 t/(km^2.a),两者相比减少55.10%。

干热河谷冲沟发育区土壤细沟可蚀性及主要影响因素

为探明我国干热河谷区不同活跃程度冲沟不同空间部位土壤细沟可蚀性(Kr值)在不同近地表水文条件下的差异,在云南省元谋县选择不同活跃程度的冲沟,采集其不同空间部位(集水区、沟壁、沟床)的土壤样品,利用“V”形细沟模拟冲刷装置进行放水冲刷试验,流量设置为150,300,450,600,750,900 mL/min,分别进行排水、饱和、渗流3种水文状态的模拟试验。结果表明:(1)干热河谷冲沟发育区土壤砂粒含量明显高于粉粒和黏粒,占50%以上,土壤有机质(SOM)和全氮(TN)含量较低;(2)不同活跃程度冲沟土壤机械组成、有机质含量之间均存在显著差异,且随着冲沟稳定性增加,土壤砂粒含量呈逐渐降低趋势,土壤粉粒、黏粒、SOM、TN含量则呈不同程度的增加趋势;(3)在不同近地表水文状态下,土壤Kr值(s/m)均随冲沟稳定性的增加而呈递减趋势,表现为Kr(活跃型)>Kr(半稳定型)>Kr(稳定型),而不同活跃度冲沟土壤临界剪切力τc值之间具有一定差异性,但无明显规律;(4)冲沟不同部位土壤Kr值之间也具有显著的空间异质性,表现Kr(集水区)<Kr(沟壁)<Kr(沟床);(5)随着近地表水文条件由排水状态转变为饱和、渗流状态,冲沟发育区不同空间部位的土壤Kr值均显著增加。综上可见,冲沟活跃程度(植被恢复程度)、近地表水文条件、土壤机械组成和有机质含量等均会对干热河谷冲沟发育区土壤可蚀性产生显著影响。

张家口市土地利用和土壤保持功能的变化特征

为评估张家口市近年来土地利用变化对土壤保持功能的影响,基于USLE模型和GIS空间分析方法,对张家口市2005和2015年两个时期的土地利用类型变化和土壤保持功能进行分析。结果表明:1)张家口市的土地利用类型主要由耕地、林地和草地构成,2005-2015年,该区林地、建设用地面积增长,其他地类面积减少,其中林地面积增长最多,主要来源是草地,且与草地之间有双向流动,而耕地面积减少最多,主要转为建设用地;2)不同土地利用类型的土壤保持能力不同,林地的土壤保持能力优于草地。10年间,林地的土壤保持量增加最多,草地的土壤保持强度提高最多,林地和草地的土壤保持量始终占所有地类的50%以上;3)10年间张家口市的土壤保持能力得到了较大的提高,且与植被覆盖度的增长关系密切,土壤保持总量增加了1.752×10^7 t。所有区(县)的土壤保持量在10年间均有所增长,蔚县增长最多,桥西区增长量最少;4)土壤保持量空间分布大致呈西北低、东南高的趋势,赤城县保持量最多,桥西区保持量最少。坝下河谷区的土壤保持能力远高于坝上高原区,保持总量始终占全市的80%以上,且10年间增加了1.163×10^7 t。本研究结果对了解张家口市生态工程实施后的土地利用及土壤保持功能变化有重要意义,同时也为今后进一步加强生态保护和制定土壤侵蚀治理方案等提供科学依据。

集水区耕作对干热河谷冲沟沟头溯源侵蚀过程的影响

为探明集水区耕作对金沙江干热河谷冲沟沟头溯源侵蚀过程的影响,该文选取一条仍处于发育阶段的冲沟沟头及其集水区构建了4个原位试验小区,集水区分别为裸地(无人类活动且植被盖地低于5%)和一年3次耕作2种处理,然后进行原位放水冲刷试验来模拟冲沟沟头溯源侵蚀过程。结果表明:1)随着冲刷时间的持续,两种处理下原位试验小区各部位的土壤侵蚀速率时间变化趋势一致,均呈先减少后逐渐趋于稳定趋势,耕作活动会显著增加集水区的土壤侵蚀速率(约为裸地的1.62倍),耕作对沟壁、沟床部位的土壤的侵蚀速率并无显著影响。2)耕作后,冲沟沟头不同部位的径流阻力系数均出现了显著增加,与裸地相比,耕作后集水区、沟床的阻力系数分别提高了约6.96倍和2倍。与此同时,随着冲刷时间的增加,裸地冲沟的径流阻力系数呈现出先增大后逐渐趋于稳定的趋势,而耕作后冲沟的径流阻力系数则呈现出先减小后逐渐趋于稳定的趋势。3)随着冲刷时间的持续,两种处理下冲沟沟头的径流能耗、侵蚀单位土体的径流能耗均呈现出先增加后趋于稳定的趋势;集水区农耕活动并未对冲沟各部位的径流总能耗产生明显影响,但耕作会对侵蚀单位土体的径流能耗产生显著影响,耕作状态下集水区侵蚀单位土体径流能耗比裸地降低了约50%。因此,在集水区部位进行耕作活动,会导致集水区径流阻力系数增加和侵蚀单位土体径流能耗降低,并显著增加坡沟系统的侵蚀量,但是对冲沟溯源侵蚀速率影响有限。

基于风蚀模型的张家口市风力侵蚀时空分布特征

为明确张家口市风蚀现状,利用遥感影像、数字高程模型(DEM)以及土地利用等数据,结合风蚀预报经验模型,计算了张家口市2005-2015年近10年风力侵蚀强度时空分布特征。结果表明:1)该市土壤风力侵蚀主要为轻度侵蚀和中度侵蚀,2005年轻度侵蚀面积11784.90 km^2,占总面积的32.41%,中度侵蚀面积2461.93 km^2,占总面积的6.77%,而2015年仅有轻度侵蚀,面积为7322.08 km^2,占总面积的20.14%,2005-2015年,该市风力侵蚀面积呈下降趋势;2)中度风力侵蚀主要集中分布在康保、张北、尚义等县;3)该市风力侵蚀主要集中在坝上地区,2005、2010、2015年风蚀面积分别为9520.47、8086.85和5674.71 km^2,而坝下地区2005、2010、2015年风蚀面积分别为4762.36、2808.34和1647.37 km^2,呈逐渐下降趋势;4)耕地和草地的风蚀面积及其占比均较高,且各种土地利用类型均以轻度侵蚀为主,不同土地利用类型风蚀面积也均呈逐渐减少趋势。研究结果可为张家口市水土流失治理以及生态环境建设提供科学依据。

农田防护林对耕地土壤侵蚀速率和空间分布格局的影响

利用137Cs示踪技术对张家口坝上地区农田防护林对农耕地土壤侵蚀速率及其空间分布格局的影响进行了初步研究。结果表明:1)农耕地土壤剖面137Cs呈均匀分布,防护林土壤剖面137Cs呈指数型分布;2)不同土地利用类型下土壤137Cs面积活度表现为沿主风向的防护林[(3148.38±228.91)Bq·m^-2]>垂直于主风向的防护林[(2548.09±202.56)Bq·m^-2]>农耕地[(1687.43±174.99)Bq·m^-2],土壤侵蚀速率表现为农耕地[(4446.04±208.68)t·(km^2·a)^-1]>垂直于主风向的防护林[(2514.56±181.08)t·(km^2·a)^-1]>沿主风向的防护林[(1357.32±301.56)t·(km^2·a)^-1];3)距离防护林越近的区域,农耕地土壤137Cs面积活度越高,土壤侵蚀速率越小,而越靠近农耕地中心部位,土壤137Cs面积活度越低,土壤侵蚀模数越高,这表明防护林成林后在减弱耕地风沙侵蚀方面发挥了重要作用;4)垂直于主风向的防护林土壤137Cs面积活度总体呈由西南向东北降低的趋势,即越靠近沿主风向的防护林,土壤137Cs面积活度越高,土壤侵蚀模数越低;5)沿主风向的防护林土壤137Cs面积活度显著高于垂直于主风向的防护林,这表明沿主风向防护林的土壤侵蚀速率显著低于垂直于主风向的防护林。综上可知,农田防护林对我国北方农耕地土壤侵蚀空间分布格局具有显著影响,能够显著减弱农耕地风力侵蚀速率。

不同恢复年限矿山排土场植物群落特征

为研发适宜于干热河谷矿山排土场的生态恢复技术,采用数量生态学样方调查的方法对攀枝花地区钒钛磁铁矿区5 个不同恢复年限的排土场进行植被群落特征调查,记录植物物种,计算物种重要值、群落多样性、均匀度和相似性等指标。结果表明,矿山排土场植被种类较为稀少,共36 种。其中,禾本科种类最多,其次为菊科和豆科植被;扭黄茅(Heteropogon contortus)、芦苇(Phragmites australis)和碱蓬(Suaeda glauca)等草本植被在排土场优势程最大,是金属矿山排土场的耐性物种;以草本为主的灌草丛是矿山排土场植被恢复前期的优势群落类型;恢复演替过程中,物种数量和多样性均呈现先增加后减少的趋势,各物种间存在竞争淘汰关系;10 年内不同恢复年限的矿山排土场植被群落间的差异性较大。

北川片口驴蹄草(Caltha palustris)群落特征研究

为合理保护和利用片口自然保护区内疑似新种的驴蹄草,本文采用样方法调查和分析了片口自然保护区内片口驴蹄草的分布区域和群落特征。研究结果显示:片口驴蹄草集中分布在海拔在2 000 m^2 300 m之间的山谷溪边或湿草甸,对土壤要求不高,对湿度要求较高。片口驴蹄草群落的植物种类隶属9科11属,以毛茛科和荨麻科植物为最多。片口驴蹄草是群落的优势种,且在群落中呈聚集分布类型。

干热河谷区冲沟地貌演化动力机制及其生态治理模式

冲沟侵蚀是干热河谷区一种重要的土壤侵蚀类型。干热河谷区内冲沟分布范围广、沟壑密度大,冲沟侵蚀对当地居民生活生产和工程建设造成威胁。从干热河谷区冲沟形成的环境背景条件入手,论述了干热河谷区冲沟的地貌演化过程和演化过程中的重要因素,从水力侵蚀过程和重力侵蚀过程进行了梳理,探讨了冲沟发育过程中的动力机制,并对干热河谷冲沟发育区生态治理模式的研究成果进行了分析。

西南干暖河谷土壤细沟可蚀性垂直地带性差异

为探究以干暖河谷为基带的西南山地土壤细沟可蚀性垂直地带性差异,选择该区不同垂直带典型土地利用类型(林草地和耕地)下不同土壤类型(红壤、黄壤、棕壤和暗棕壤)为研究对象,利用室内“V”形细沟模拟装置,分别进行6种流量(150,300,450,600,750,900mL/min)和3种水文状态(排水状态、饱和状态和渗流状态)的模拟冲刷试验。结果表明:(1)该区土壤颗粒组成无明显的垂直地带性,林草地的砂粒含量偏高,各土壤的颗粒含量差异在9%以内,所有土壤均为粉质壤土,但有机质差异较大,且随着海拔增加而增加;(2)土壤的细沟可蚀性具有明显的垂直地带性,随海拔升高,林草地土壤可蚀性Kr值逐渐减小,相比于红壤,暗棕壤的Kr值减小幅度平均为47.74%,耕地土壤中黄壤略大于红壤,可能与人为活动强度和土壤熟化程度有关;(3)不同土地利用方式下,林草地土壤Kr值显著大于耕地土壤Kr值,平均增幅为22.63%,这可能与有机质促进土壤抗侵蚀性能的提高有关;(4)不同近地表水文状态下,土壤的细沟可蚀性表现为渗流状态>饱和状态>排水状态,表明随着近地表水文状态变化,尤其是垂直水力梯度的增加会显著导致土壤的细沟可蚀性增大;试验还发现,土壤的临界剪切力仅在不同的水文状态下具有渗流状态>饱和状态>排水状态的规律性,而在不同海拔和土地利用类型之间没有明显的规律性。

大渡河流域干旱河谷区坡面侵蚀产沙与水动力学特征研究

为探究干旱河谷区强降水条件下坡耕地水流特性的变化情况,以汉源县典型坡耕地土壤为研究对象,采用人工模拟降雨实验,探究了不同降雨强度(1.0、1.5、2.0 mm/min)对不同坡度(10°、15°、20°)的横垄及平作坡面的产沙率和水动力学参数的影响。结果表明:(1)随着降雨时长的增加,各坡面的侵蚀产沙率先增后减;阻力系数则逐渐减小后趋于稳定;径流剪切力和单位径流功率呈增加趋势,后维持相对稳定的状态。(2)随着降雨强度的增加,不同坡度的横垄坡面产沙率增加了4.43~38.96倍,径流剪切力增加了0.49~3.40倍,单位径流功率增加了0.64~1.50倍;平作坡面产沙率增加了1.46~1.81倍,径流剪切力增加了0.94~1.30倍,单位径流功率增加了0.11~0.52倍。而阻力系数随着降雨强度的增加而减小,但不同坡度坡面间的阻力系数未表现出明显的规律。(3)不同实验条件下,横垄坡面的侵蚀产沙率和径流剪切力总体低于平作坡面。而二者间的阻力系数和单位径流功率虽差值较大,但无明显规律。(4)降雨强度的增加导致各坡面的径流流态从“层流-缓流区”(Re<500,Fr<1)转变为“紊流-缓流区”(Re>500,Fr<1)。综上所述,在强降水条件下,不同坡度的坡耕地均可通过横垄措施有效调控水沙过程从而达到良好的减沙效益。

河北坝上与坝下不同土地利用类型土壤入渗特征及其影响因素

为查明河北省坝上与坝下不同土地利用类型土壤入渗能力,选择张北县(坝上风蚀区)和阳原县(坝下水蚀区)作为典型研究区,采用微型圆盘入渗仪测量土壤入渗特性,并分析其主要影响因素。研究结果表明:(1)阳原县不同土地利用类型土壤渗透性能表现为:高盖度草地>低盖度草地>耕地>林地,张北县表现为:草地>耕地>灌木林地>防护林地;(2)不同入渗模型拟合度之间存在显著差异,其中Philip模型拟合效果最佳;(3)土壤初始入渗速率、稳定入渗速率、稳定入渗时间与容重呈极显著负相关关系,而与总孔隙度均呈极显著正相关关系。结果表明,该区草地土壤入渗能力最强,后期开展生态工程建设时应更加重视草地涵养水源的作用。