模拟降雨条件下灌草配置对坡面侵蚀泥沙颗粒分布的影响

为探究不同灌草配置方式对侵蚀泥沙颗粒的分布特征的影响,以种植胡枝子(Lespedeza bicolor Turcz.)及紫花苜蓿(Medicago sativa L.)的灌草褐土坡面为研究对象,分别进行降雨强度为30、60、90 mm/h的室内模拟降雨试验。设计3种灌草覆盖度(灌草覆盖度比例分别为1:2(Ⅰ)、2∶1(Ⅱ)、1∶1(Ⅲ))及3种灌草空间配置方式(灌木位于坡上(US)、坡中(MS)、坡下(LS)),以裸坡作为对照组,分析降雨条件下灌草不同覆盖度及空间配置交互作用下侵蚀泥沙颗粒分布特征。结果表明:1)粉粒是侵蚀泥沙中的主要颗粒组成,均值为73%。随着降雨强度的增大,侵蚀泥沙逐渐粗化。90 mm/h雨强条件下,不同灌草配置方式下的粉粒含量值中Ⅱ-LS配置最大(84.8%),Ⅲ-US最小(40.4%)。2)平均重量直径变化范围为0.023~0.078 mm,分形维数变化范围为2.184~2.740。分形维数和富集率大小规律与平均重量直径相反,细颗粒富集率均大于1。平均重量直径和分形维数的大小主要取决于粗颗粒(极细砂、细砂、中砂)的含量。3)灌草覆盖度和空间配置交互作用对泥沙颗粒分选的作用并不显著(P>0.05)。灌木位于坡下且灌木覆盖度50%、草本覆盖度25%时(即Ⅱ-LS),对坡面径流泥沙起到较好的水土保持效果。该研究可为华北土石褐土区水土保持措施布设提供理论参考与技术依据。

降雨条件下灌草配置方式对褐土坡面径流泥沙特征的影响

为探究不同灌草配置方式对褐土坡面土壤侵蚀的影响,通过室内模拟降雨试验,以种植灌木胡枝子(Lespedeza bicolor Turcz.)以及草本紫花苜蓿(Medicago sativa L.)的褐土坡面为研究对象,设计3种降雨强度(30,60,90 mm/h)、3种灌草覆盖度(灌草覆盖度比例分别为1∶2(Ⅰ),2∶1(Ⅱ),1∶1(Ⅲ))以及3种灌草空间配置方式(灌木位于坡上(US)、坡中(MS)、坡下(LS)),分析降雨条件下不同灌草覆盖度及不同灌草空间配置交互作用下产流产沙及减流减沙特征。结果表明:(1)坡面产流产沙量在降雨初期大幅度增加,随后增加趋势逐渐减缓,最后趋于稳定。当灌丛位于坡下(LS)且灌草覆盖度为Ⅱ时,产流产沙量显著低于其他灌草配置方式。(2)不同灌草覆盖度减流减沙率大小关系为Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ;不同灌草空间配置下减流减沙率大小关系为LS>MS>US。其中最大减流率达61.58%,最大减沙率达93.27%。不同灌草配置方式间的减流率及减沙率具有显著差异。(3)通过双因素方差分析研究灌草空间配置方式对坡面总产流产沙量的显著性和贡献率发现,灌草覆盖度和灌草空间配置对总产流量和总产沙量均有显著性影响(p<0.05),但是灌草覆盖度和灌草空间配置交互作用对坡面总产流量和总产沙量影响并不显著。(4)灌丛于坡下、灌丛覆盖度为50%、草本覆盖度为25%的灌草配置方式有最好的减流减沙率,能最好地削减径流泥沙。研究结果可为北京褐土地区水土保持措施布设提供支撑。

西南喀斯特地区2种森林的土壤优先流特征

【目的】分析西南喀斯特地区纯林和混交林的土壤优先流特征,为当地森林植被恢复提供一定理论依据。【方法】选取2种典型森林植被类型(侧柏纯林和侧柏、马尾松、直杆蓝桉混交林),基于野外染色示踪试验,设置2种模拟降水量,使用亮蓝染料溶液染色,挖掘土壤的染色竖直剖面和水平剖面,借助图像处理技术,提取染色面积比、平均最大入渗深度、基质流深度、优先流比和长度指数5个优先流特征参数,同时获取不同深度处土壤的优先路径分布、数量和比例。【结果】当模拟降水量相同时,混交林的土壤染色面积比和平均最大入渗深度均高于纯林;当模拟降水量由25 mm增至60 mm时,混交林的土壤染色面积比由12.36%变为16.44%,平均最大入渗深度由22.21 cm变为30.64 cm,土壤染色面积比和最大入渗深度增幅相近;纯林的土壤染色面积比由7.42%变为15.89%,最大入渗深度由12.50 cm变为17.59 cm,土壤染色面积比增幅明显高于平均最大入渗深度。混交林下土壤染色形态呈指状或枝状,有独立斑块存在,纯林呈漏斗状,无独立斑块。当模拟降水量为25 mm时,混交林下基质流深度、优先流比和长度指数平均分别为1.65 cm、76.70%和352.61%,高于侧柏纯林的1.31 cm、74.33%和184.20%;当模拟降水量增至60 mm时,混交林下基质流深度、优先流比和长度指数为2.21 cm、77.18%和497.02%,而侧柏纯林则为4.29 cm、53.83%和331.27%。喀斯特地区混交林和纯林的优先路径主要分布在15 cm以上土层,且半径大多小于5 mm。混交林下土壤优先路径随土层深度的变异性更强,且大影响半径(>5 mm)优先路径的比例(19.0%)高于纯林(9.0%)。【结论】喀斯特地区侧柏纯林和侧柏、马尾松、直杆蓝桉混交林2种典型森林下均存在一定的优先流现象,由于其特殊土石结构影响,林地土壤优先路径数量较多;混交林下优先流的发育程度和空间变异性比纯林高,与其大影响半径优先路径比例高、优先路径分布变异性强有直接关系。

不同物候时期华西雨屏区四个树种新鲜凋落物可提取腐殖质碳动态

凋落物的可提取腐殖质碳可随着植物生长节律及物候时期的变化而变化,并进而影响物质循环的过程,为深入了解以凋落物为载体的生态系统物质循环特征,该研究以华西雨屏区麻栎(Quercus acutissima)、楠木(Phoebe zhennan)、柳杉(Cryptomeria fortune)和喜树(Camptotheca acuminate)为对象,通过定点动态收集萌芽期、展叶期、盛叶期和落叶期的不同类型凋落物,分析其可提取腐殖质碳(extractable humus carbon,HC)、胡敏酸碳(humic acid carbon,HAC)、富里酸碳(fulvic acid carbon,FAC)以及胡敏酸碳/富里酸碳(humic acid carbon/fulvic acid carbon,HAC/FAC)的差异。结果表明:相对于其他凋落器官,在同一物候时期凋落叶中的HC和HAC含量都最高,大致都表现为凋落叶>凋落枝>凋落果,且在落叶树种中更为显著;相对于其他时期,展叶期四个树种凋落叶均表现出较高的FAC含量,但不同物候期凋落枝和凋落果的HAC含量以及FAC含量受物种的影响较大。尽管HAC/FAC在各器官间差异并不显著,但落叶树种相同器官的HAC/FAC低于常绿树种,表明落叶树种凋落物富里酸相对含量较高,形成速度相对较快,难降解程度也相对较大。统计分析表明关键时期、物种类型、器官类型及其相互作用对凋落物中HC、HAC、FAC含量和HAC/FAC均具有不同程度的影响,这为进一步深入认识区域生态系统以凋落物为载体的物质循环过程提供了理论依据及新的思路。

亚热带3种典型常绿森林土壤和植物叶片碳氮磷化学计量特征

为深入了解亚热带常绿森林生态系统养分循环和系统稳定机制,以四川省宜宾市老君山国家级自然保护区内3种典型森林(水杉和柳杉人工林、中华木荷和鸡爪槭次生林以及总状山矾和天全钓樟原始常绿阔叶林)作为研究对象,研究其表层土壤(0-10 cm)和乔木、灌木、草本生活型植物叶片的C、N、P化学计量特征.结果表明:(1)表层土壤C、N、P含量以原始林最高,人工林最低,人工林土壤C:N最高,次生林土壤C:P最高,原始林土壤N:P最高;(2)乔木叶片C、N、P含量最高,草本植物最低;人工林乔木叶片C:N、C:P比最高;乔木、灌木、草本N:P比分别为13.9、14.1、9.3;人工林乔木N:P(10.2)最低,次生林乔木N:P(14.5)与原始林(13.8)较高;(3)植被整体及乔木、灌木、草本整体叶片N、P含量间Ⅱ类线性回归斜率约等于1,表明叶片N与P含量呈等速投入关系.可见,乔、灌木整体更易受P限制,草本更易受N限制;在土壤N、P供应较为贫瘠的人工林受N限制更为明显,而物种较为丰富、土壤养分供应较为充足的天然林P限制更为明显.

西南喀斯特地区典型林分土壤优先流特征及影响因素

研究喀斯特地区的优先流现象,明确影响优先流的主要因素,对当地植被恢复具有重要意义。通过野外染色示踪试验以及图像处理技术,获得染色溶液在垂直和水平方向上的分布情况,并提取总染色面积比、基质流深度、优先流比和长度指数作为优先流特征参数,运用灰色关联度分析法对影响优先流的14个因子进行分析。结果表明:喀斯特地区典型林分土壤存在优先流现象,其优先流主要有漏斗状和树枝状两类,有横向水流运动现象发生。喀斯特地区林下的染色面积比平均为19.4%,基质流深度、优先流比和长度指数平均分别为4.96 cm、62.9%和385.5%。在影响优先流的14个环境因子中,对染色面积比影响最大的是土壤初始含水量,对基质流深度影响最大的是速效钾含量,对优先流比和长度指数影响最大的均为速效磷含量。喀斯特地区典型林分下优先流的发育程度高且空间变化剧烈,土壤初始含水量等物理性质对其有较大影响,土壤养分也是优先流的一个重要影响因素。

不同入渗水量下的西南喀斯特地区人工林土壤优先流特征

【目的】研究不同入渗水量下的西南喀斯特地区人工林的优先流现象,明确入渗水量对优先流程度的影响,对当地人工林的保护具有重要意义。【方法】通过野外染色示踪实验以及图像处理技术,获得优先流在竖直和水平方向上的形态特征,以及染色面积比随土层深度的变化情况,并提取优先流比等5个特征参数作为优先流评价指标,运用均方差决策法对不同入渗水量下的优先流程度进行综合评价。【结果】喀斯特地区人工林下的土壤中存在优先流现象,25 mm入渗水量下的优先流主要沿竖直方向运动,而60 mm入渗水量下的水流横向运动活跃。当入渗水量为25 mm和60 mm时,土壤染色面积比分别为5.72%和27.92%,且三次函数能够较好地拟合喀斯特地区马尾松人工林在大雨和暴雨条件下的染色面积比与土壤深度间的关系。当入渗水量由25 mm提高至60 mm时,基质流深度、平均最大入渗深度和长度指数均显著提高,优先流比和染色形态变异系数显著降低。25 mm入渗水量下的优先流指数为0.52,高于60 mm入渗水量下的0.46。【结论】充足的外部供水会降低喀斯特地区人工林下的优先流程度,减少土壤水分的快速漏失。