电解质对土壤水土迁移特征的影响

以不同浓度的Ca(NO3)2电解质溶液为水源,在大雨强高坡度下进行降雨模拟,研究紫色土水土迁移特征,试图探索在较强的物理破坏下电解质作用对土壤侵蚀的影响。结果表明:自来水降雨对土壤中的电解质产生很强的稀释效应,改变土壤表面电场而产生强大的化学分散力(水合斥力和静电排斥力),因而产生土壤强烈的分散。降雨中加入的Ca(NO3)2电解质屏蔽了土壤电场而减弱了这种化学分散力,因而减弱了土壤分散,增加了渗透,减缓了水土流失的进程,这种作用随着降雨中Ca(NO3)2浓度的增高而增强。因此土壤侵蚀的根本原因是土壤电解质及其浓度控制下的化学分散力。

生长年限对苜蓿和柠条光合特征及土壤水分的影响

为了探究生长年限对衰败期苜蓿和中老龄柠条的叶片光合生理特征及土壤水分的影响,在2014年于地处黄土高原水蚀风蚀交错带强烈侵蚀中心的神木六道沟小流域,测定了不同生长年限苜蓿(ALF_(10)、ALF_(13)、ALF_(33)和ALF_(49))和柠条(KOP_(10)、KOP_(25)、KOP_(43)和KOP_(73))的叶片光合参数、叶结构性状参数以及0～400 cm土层土壤体积含水量(SWC_(0-400))。结果表明:对于衰败期苜蓿,ALF_(10)和ALF_(13)叶片净光合速率(P_n)差异不显著(P>0.05),而后随生长年限的延长逐渐降低,ALF_(33)和ALF_(49)比ALF_(13)叶片的P_n(24.01μmol·m^(-2)·s^(-1))分别降低了2.32μmol·m^(-2)·s^(-1)和7.76μmol·m^(-2)·s^(-1)。相比ALF_(10),随生长年限延长SWC_(0-400)恢复至10.88%(ALF_(13)),而后随着生长年限延长降低至8.81%(ALF_(33))和6.12%(ALF_(49))。土壤水分对ALF_(33)的限制作用不明显,水分胁迫使ALF_(49)非气孔限制值比ALF_(33)增大了0.340。对于中老龄期柠条,叶片P_n随生长年限的延长先升高后降低,KOP_(25)和KOP_(43)叶片P_n最大且两者差异不显著(P>0.05),比KOP_(10)(6.62μmol·m^(-2)·s^(-1))分别增大了6.57μmol·m^(-2)·s^(-1)和7.66μmol·m^(-2)·s^(-1),KOP_(73)比KOP_(43)叶片P_n降低了4.95μmol·m^(-2)·s^(-1)。对于同为黄绵土生长的KOP_(10)、KOP_(43)和KOP_(73),SWC_(0-400)随生长年限延长逐渐上升,分别为8.50%、9.06%和10.71%。土壤水分恢复使KOP_(43)叶片气孔及非气孔限制值比KOP_(10)柠条降低了0.185和2.180。此外,柠条叶片相对叶绿素含量(SPAD)与P_n呈极显著正相关(P<0.001),相关系数为0.514。研究结果表明衰败期苜蓿和中老龄期柠条叶片光合性能呈波动式变化,这与土壤水分的相互作用有关。

林地开垦对黄土区坡面土壤养分空间分布的影响

研究黄土高原侵蚀环境下林地开垦后坡面土壤养分空间分布状况,确立林地开垦后侵蚀驱动的坡地土壤养分空间变异特征。以黄土高原丘陵区子午岭林地和开垦28年的侵蚀坡面为研究对象,分析土壤主要性质和养分含量的变化情况,运用经典统计学和地统计法分析坡面土壤基本性质和养分空间分布规律。林地开垦后坡面土壤pH增加了0.24个单位,有机质、全氮、全磷和铵态氮、硝态氮、速效磷和速效钾分别降低了13.77,1.14,0.10 g/kg和6.05,1.63,4.99,58.44 mg/kg。林地的土壤有机质、全氮和全磷的变异系数大于开垦地,而pH和各速效养分的变异系数小于开垦地。开垦后中坡位和下坡位养分含量减少幅度较大,上坡位减少幅度较小。林地和开垦地的土壤各指标都呈中等或强烈的空间自相关。林地开垦增强了有机质、全氮、全磷、铵态氮、速效磷和速效钾的空间异质性,但减小了pH的空间异质性,地形等结构性因子主导了土壤养分空间异质性的形成。林地开垦后,pH、有机质、全氮和全磷变程增大,铵态氮、硝态氮和速效钾变程减小,速效磷在2个坡面上的变化趋势不一致。研究结果表明林地开垦极大地减少了坡面土壤养分含量,但减少幅度与坡位和坡面形态有关。同时,开垦增大了坡面土壤有机质、全氮和全磷的空间依赖性,减小了速效养分的空间依赖性。

水蚀风蚀交错带退耕草坡地土壤酶活性和碳氮矿化特征

以水蚀风蚀交错带农地退耕后不同演替阶段的长芒草(Stipa bungeana)和苜蓿—铁杆蒿(Medicago sativa—Artemisia sacrorum)坡地为对象,分析了退耕坡地土壤酶活性与碳氮矿化及其空间分布特征。结果表明:(1)退耕坡地主要土壤养分含量(有机碳、全氮和全磷)不受坡位(除苜蓿—铁杆蒿坡地的全磷含量外)影响,长芒草坡地有机碳(上、中和下坡位)和全氮含量(中和下坡位)高于苜蓿—铁杆蒿坡地。(2)随坡位的降低,长芒草坡地土壤脲酶和淀粉酶活性显著增加,蔗糖酶和碱性磷酸酶活性无显著差异。而苜蓿—铁杆蒿坡地土壤脲酶和淀粉酶活性无显著差异,蔗糖酶活性显著降低。群落类型对碱性磷酸酶活性的影响与坡位无关,对脲酶和蔗糖酶活性的影响则与坡位有关。(3)土壤有机碳矿化量和矿化速率常数在长芒草坡地显著高于苜蓿—铁杆蒿坡地,且不受坡位影响。两种群落土壤氮素矿化均由硝化作用主导,长芒草坡地土壤氮素矿化量和硝化量随坡位降低而显著增加,而苜蓿—铁杆蒿坡地则相反。(4)随苜蓿—铁杆蒿群落向长芒草群落演替,蔗糖酶和碱性磷酸酶活性空间自相关性增强,脲酶和淀粉酶活性空间自相关性减弱,但仍具有强烈空间自相关性,碳氮矿化指标的空间自相关性增强。上述结果表明:在评估退耕草坡地主要土壤过程及其空间分布时,需要考虑草地群落类型或者群落演替阶段的影响。

测定时间对定水头法土壤饱和导水率的影响

为了探究测定时间对定水头法土壤饱和导水率(Saturated soil hydraulic conductivity,Ks)测定结果的影响,采用室内模拟试验,以关中塿土为研究对象,测定原状土(1.5 g cm-3)及不同容重(1.2、1.3、1.4、1.5、1.6 g cm-3)扰动土长时间序列下(45 d)的饱和导水率及出流液电导率,并在实验结束后将土样分层用吸管法测定颗粒组成。结果表明:饱和导水率测定值随时间先迅速降低达到一个拐点(近稳定点)后缓慢降低至最终稳定,对于原状塿土,近稳定点(1.33 d)Ks测定值0.0762 cm h-1与终稳定点(4.42 d)Ks值0.0640 cm h-1差异不显著(P>0.05),初步建议测定时间为1.5 d。原状土比同容重的扰动土先达到稳定且稳定时的Ks值更大,随着土壤容重增加,Ks越快稳定(分别4.92、4.42、2.92、2.5、1.5 d),且稳定时Ks值越小。不同时刻出流液的电导率与饱和导水率极显著相关(P<0.01),试验后粉粒含量随土样深度有所上升,说明土粒的膨胀与迁移对Ks测定的稳定时间均有影响。

预测区域尺度深层土壤有机碳的方法

深层土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)在陆地生态系统碳循环中发挥着重要作用,对其准确估算是科学认识土壤碳汇潜力的基础.然而,如何准确估算区域尺度深层土壤SOC一直是亟需解决的难题.文章建立了基于深度分布函数的预测区域深层土壤SOC的经验方法,利用全球4个不同区域的土壤剖面SOC数据库对该方法的适用性进行评估,并验证了该方法在中国黄土高原地区的应用.结果表明,在本研究所选择的深度分布函数中,负指数函数对土壤剖面SOC的模拟效果最佳,其参数Ce和k分别与0~20cm土层SOC含量和0~40cm土层SOC变化率呈现显著的线性关系.基于这些关系,建立了预测区域尺度负指数函数Ce和k的经验方程.结合负指数函数与经验方程,形成了预测区域尺度深层土壤SOC的经验模型.该模型能准确预测黄土高原样点和区域尺度500cm土层土壤SOC.因此,本研究提出的方法可简单、快速、准确地预测区域尺度深层土壤SOC.