工程堆积体典型生态修复措施对土壤侵蚀水动力过程的影响

为探究龙门山断裂带工程堆积体典型生态修复措施下土壤侵蚀产沙和水动力的时间变化特征,并筛选出水土保持效益最佳的生态修复措施,该研究以成兰铁路杨家坪隧道2号横洞弃渣场为研究对象,选取该区典型的生态修复植物(苜蓿(Medicago sativa)、燕麦(Avena sativa)、刺槐(Robinia pseudoacacia))和生态修复材料(羊粪、PVAc(聚醋酸乙烯酯,Polyvinyl Acetate))进行交互搭配,利用模拟放水冲刷试验,研究不同生态修复措施下工程堆积体坡面的径流含沙量和水动力学参数(径流流态、径流流速、径流阻力系数和径流功率等)的变化。结果表明:1)试验条件下,工程堆积体坡面径流含沙量随冲刷时间的增加呈前期波动变化,后期逐渐稳定的趋势;径流流态始终处于紊流状态,径流流速、径流功率随冲刷时间的增加呈逐渐增加—趋于稳定的趋势,径流阻力系数则呈逐渐减小-趋于稳定的趋势;2)各生态修复措施在放水冲刷试验初始阶段的减沙效应最大,且苜蓿、燕麦、燕麦+PVAc和刺槐+苜蓿+羊粪处理能够显著增加径流阻力系数,降低径流流速和径流功率(P≤0.05);3)在工程堆积体生态修复1~2 a后,草本层的水土保持效果最优,乔木的保土效应难以得到有效体现,羊粪和PVAc等的添加并不能发挥有效的增幅效果。该研究区工程堆积体在生态修复初期宜采用黄壤+紫苜蓿、黄壤+燕麦的修复措施。

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。

不同油菜类型对土壤重金属镉污染的响应

油菜因具有生长快、生物量高、对重金属有较强的耐性及吸收积累能力等特点,常用来修复重金属污染土壤。在湖南农业大学耘园实验基地进行温室土培盆栽试验,种植芥菜型油菜绿生1号、甘蓝型油菜铁杆直播王和湘杂油6号,对比不同品种油菜对重金属的吸收积累情况。结果表明,地上部分镉(Cd)含量绿生1号>湘杂油6号>铁杆直播王,地下部分Cd含量绿生1号>铁杆直播王>湘杂油6号,重金属Cd从地下部分转移到地上部分的转运系数为湘杂油6号>绿生1号>铁杆直播王,Ca Cl2提取有效态Cd的浓度从大到小顺序为铁杆直播王>湘杂油6号>绿生1号,二乙烯三胺五乙酸(DTPA)提取有效态Cd的浓度从大到小顺序为铁杆直播王>湘杂油6号>绿生1号。总的来说,芥菜型油菜绿生1号更适合修复Cd污染土壤。

亚热带几种典型稻田与旱作土壤中外源输入秸秆的分解与转化差异

选取亚热带四种典型母质(花岗岩风化物、第四纪红色粘土、板页岩风化物、近代河流沉积物)发育的稻田土壤,以毗邻的旱作土壤为对比,通过室内模拟培养试验研究45%田间持水量(WHC)条件下稻田和旱作土壤中外源输入秸秆矿化和转化的特征与差异。结果表明:在180 d的培养期内,所选4种稻田土壤中外源输入秸秆的累积矿化率(18%—21%)均显著低于对应的旱作土壤(21%—28%),外源秸秆的输入对土壤原有有机碳矿化的激发效应也是以稻田土壤(5%—30%)明显低于对应的旱作土壤(17%—65%)。外源秸秆在土壤中的分解产物主要向颗粒有机碳(POC)和铁铝结合态有机碳(Fe/Al-OC)分配,分配比例分别为9%—21%和12%—24%,其次为腐殖质碳(HMC)(11%—15%),而向微生物生物量碳(MBC)和溶解性有机碳(DOC)分配的比例极小,分别仅为2%—7%和0.1%-0.7%。与旱作土壤相比,稻田土壤中外源秸秆的分解产物向POC、Fe/Al-OC和MBC分配的比例较高,分别为15%—21%、17%—24%和6%—7%,而旱作土壤为9%—17%、13%—18%和2%—4%。此外,外源秸秆分解产物向2000—250μm水稳性粗团聚体分配的比例也以稻田土壤(10%—13%)高于旱作土壤(6%—7%),其它粒径中稻田与对应的旱作土壤之间并无显著差异。本研究结果说明,稻田土壤中外源输入秸秆的矿化率低于旱作土壤的现象在不同母质类型的土壤中可能普遍存在,这可能与稻田土壤中外源秸秆分解产物受水稳性团聚体的物理保护、与氧化铁铝的化学键合以及向有机碳稳定组分的分配作用较强有关,从而贡献于稻田土壤较高的有机碳积累。

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。

基于动态当量的乐山市生态系统服务价值时空演变及驱动力研究

生态系统服务价值评估作为土地资源合理配置、生态环境保护和生态补偿标准制定的重要前提,是当前的研究热点之一。以乐山市为研究区域,基于2000年、2005年、2010年、2015年4期土地利用数据,运用生态系统服务价值动态当量法、地理探测器模型等方法,定量分析乐山市2000—2015年间生态系统服务价值时空变化规律及驱动机制。结果表明:(1)2000—2015年乐山市生态系统服务价值整体呈下降趋势,仅在2005—2010年有所回升,总量共减少了23.22亿元,主要与林地大量减少和建设用地大量增加有关;(2)空间上呈现西南高、东北低的分布态势,且各区域变化不同,西南方向山地以下降为主,东部平原丘陵以上升为主,河流两侧上升明显;(3)影响生态系统服务价值时空分布的主导因素为土地利用、NPP、降水量和坡度,除此之外气温、高程、土壤类型也有较大决定力;(4)自然因子决定力大于社会经济因子,但社会经济因子的影响越来越突出。研究揭示了乐山市生态系统服务价值的时空变化规律及驱动因子,为该地区土地利用规划与生态环境保护机制的建立提供了科学参考。

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。

^(137)Cs和^(210)Pb_(ex)双核素示踪“三北”防护林区退耕前后坡地土壤侵蚀变化

为查明"三北"防护林建设前后农耕地和退耕地土壤保持效益变化,该研究利用^(137)Cs和^(210)Pb_(ex)双核素示踪技术,选择了防护林建设较为成功的张家口坝上地区(风力侵蚀区)作为典型区,研究了农耕地以及退耕地土壤^(137)Cs和^(210)Pb_(ex)的剖面变化规律及其示踪的土壤侵蚀变化。结果表明:1)由于耕作的混匀作用,农耕地土壤剖面中^(137)Cs和^(210)Pb_(ex)均呈均匀态分布;退耕地土壤剖面中^(137)Cs和^(210)Pb_(ex)则表现为表层(0~5cm)比活度最高、下层(5~25cm)均相对较低且分布相对均匀的形态,这表明退耕后坡地土壤^(137)Cs和^(210)Pb_(ex)剖面形态均会发生一定变化,退耕驱动土壤^(137)Cs和^(210)Pb_(ex)剖面变化导致运用土壤核素估算侵蚀模型在该区域难以适用;2)基于土壤^(137)Cs和^(210)Pb_(ex)剖面变化规律,利用^(210)Pb_(ex)质量平衡方程,提出了退耕地土壤^(210)Pb_(ex)土壤侵蚀估算模型;3)利用^(137)Cs比例模型估算退耕地土壤侵蚀速率为(27.94±11.92)t/(hm^2·a),农耕地侵蚀速率为(29.11±14.42)t/(hm^2·a),而利用修正后的210Pbex转换模型估算得到"三北"防护林区退耕地造林前平均侵蚀速率为(82.16±14.36)t/(hm^2·a),造林后平均侵蚀速率为(-41.28±33.91)t/(hm^2·a);农耕地造林前平均侵蚀速率为(68.55±22.11)t/(hm^2·a),造林后平均侵蚀速率(-8.52±47.32)t/(hm^2·a)。这表明137Cs示踪技术主要表征了1963年以来该区坡地土壤侵蚀和沉积的平均结果,而^(210)Pb_(ex)示踪技术则可以较好地示踪防护林建成前后的土壤侵蚀变化。此外,研究结果也表明,相比于"三北"防护林建成之前,建成之后该区农耕地和退耕地的土壤侵蚀速率均呈显著下降趋势,且均由前期的风沙侵蚀转变成了风沙沉积。

不同生理性质氮肥对油菜吸收积累镉的影响

在用油菜来修复镉(Cd)污染土壤时,施加的氮肥作为最主要的大量元素肥料,可以影响油菜吸收积累Cd.探究了施加不同生理性质的氮肥和添加Cd对油菜(BrassicanapusL.)产量和油菜吸收积累Cd的影响,以期为采用油菜来修复Cd污染土壤提供合理施氮参考.结果表明,以Cd提取量为衡量标准,采用油菜修复Cd污染土壤最适用的氮肥为生理中性氮肥碳酸氢铵(NH4HCO3).

藏东南区梯田和复合坡耕地土壤侵蚀对有机碳和全氮空间分布格局的影响

[目的]查明青藏高原东南部地区坡耕地土壤侵蚀空间分布格局及其对土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)顺坡迁移过程的影响,为该区土地资源利用及土壤资源保护提供科学依据。[方法]利用^(137)Cs核素示踪技术,结合现场调查,研究藏东南地区梯田系列和复合坡耕地土壤侵蚀空间分布格局差异;采用相关分析,探明坡面土壤^(137)Cs面积浓度与同样深度(30 cm)SOC、TN面积浓度之间的相关性。[结果]①在整个梯田系列内,土壤^(137)Cs面积浓度从坡顶到坡脚呈离散分布格局,上部梯田下坡部位土壤^(137)Cs面积浓度明显高于紧邻的下部梯田上坡土壤,且上坡梯田表现为土壤侵蚀,而下坡和坡脚梯田则表现为土壤沉积;在单个梯田景观内,土壤侵蚀速率主要呈上部坡位高,下部坡位低的趋势;②复合坡坡耕地土壤侵蚀速率表现为先波动减少,然后逐渐增加的趋势,即坡顶部位土壤侵蚀速率相对较高,顺坡向下逐渐变小,在坡中部和下部表现为沉积,在坡脚部位土壤侵蚀速率又逐渐增加;③梯田系列和坡耕地土壤^(137)Cs面积浓度与SOC,TN面积浓度之间均具有显著的相关关系(p<0.05)。[结论]在藏东南地区,梯田有效地改变了该区的土壤侵蚀空间分布格局,土壤^(137)Cs示踪技术可以较好地示踪该区坡耕地土壤、SOC和TN顺坡迁移和空间再分布状况,防控耕作侵蚀的危害也应当得到与水蚀同样的重视。

土壤侵蚀示踪的^137Cs技术研究进展

^137Cs示踪技术具有快速、简单、准确等优点,已广泛应用于土壤侵蚀研究中。为更加科学地认识以及应用^137Cs示踪土壤侵蚀速率,通过对已发表^137Cs示踪技术的文献进行科学计量和分析,提出了^137Cs示踪土壤侵蚀存在的主要问题以及未来的发展趋势。目前,^137Cs法示踪土壤侵蚀研究主要集中在背景值确定、侵蚀转化模型的构建与修正等方面,同时高精度、高分辨率的^137Cs背景值预报模型(适用于不同情景模式)和全球性的^137Cs背景值数据库亟待建立。未来,由于^137Cs半衰期为30.2 a,土壤中^137Cs的含量逐渐减少,亟需进一步开展多核素示踪和多方法的联合研究,同时进一步验证和修正^137Cs侵蚀转化模型。