不同生态修复草种对土壤水分蒸散的影响

以紫花苜蓿、结缕草、青绿苔草和无芒雀麦为试材,通过人工草地建植对退化植被进行生态修复,实时监测植被NDVI指数、根系体积、土壤含水量及水分蒸散动态变化,研究不同草种植被覆盖效果及其对土壤蒸散特征的影响,揭示植被土壤水分吸收的主要作用机理,以期为我国北方地区适宜生态修复草种选择提供参考依据。结果表明:4种生态修复草种均可快速增加植被生物量,减少非生长季土壤水分蒸散,但生长季植被生物量增加,土壤水分吸收增强,土壤蒸散明显增加,且不同草地月蒸散量峰值排序为青绿苔草(112.65 mm)>结缕草(107.42 mm)>紫花苜蓿(98.19 mm)>无芒雀麦(86.69 mm)。另外,植被根系分布及其体积变化是土壤水分吸收的关键,根系体积越大,分布越集中,土壤水分吸收能力越强,其中,青绿苔草与结缕草土壤水分吸收的主要区域在0~20 cm土层,紫花苜蓿与无芒雀麦在20~40 cm土层。综上所述,由于生长季植被增加土壤水分蒸散,建议北方干旱缺水地区生态修复过程中尽量选择水土保持能力强但水分消耗相对较少的植物种类,就供试植物优先选择无芒雀麦,其次是紫花苜蓿。

丛枝菌根真菌对3种水土保持草本植物生长和土壤团聚体的影响

【目的】筛选出红壤区最优水土保持草本植物与丛枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)组合,提升红壤侵蚀区坡面水土流失治理水平。【方法】选择优良水土保持植物白三叶(Trifo-lium repens)、百喜草(Paspalum notatum)和雀稗(Paspalum thunbergii)在温室进行盆栽试验,设接种摩西管柄囊霉(Funneliformis mosseae)、根内根孢囊霉(Rhizophagus intraradices)及不接种(对照)3种处理,测定3种植物的AMF侵染率、地上、地下生长指标及土壤团聚体情况。【结果】接种AMF可显著促进3种植物的地上部生长,对百喜草和白三叶的促生效果显著(P<0.05);接种AMF可显著增加白三叶根长、根体积、根系分叉和根冠比数等,促进其根系生长发育;白三叶对AMF根冠比的生长响应及菌根依赖度优于另外2种植物;接种AMF显著提高了白三叶土壤水稳性团聚体含量。【结论】白三叶具有较高菌根侵染率,能与AMF共生,获得更加发达的根系和良好的长势,有效促进植被-土壤相互作用,增强调控坡面侵蚀的能力。

青海湖环湖地区燕麦与豆科饲草混播对根瘤及土壤养分的影响

在青海湖环湖地区开展燕麦与豆科饲草混播对根瘤生长特征及土壤养分的影响研究。结果表明:燕麦(Avena sativa L.)与蚕豆(Vicia faba L.)、豌豆(Pisum sativum L.)和绿豆(Vigna radiata(L.)R.Wilczek)的混播种植均对土壤的有机质、氮、磷、钾及有机碳等关键养分元素产生积极的增强效应,其中燕麦与蚕豆5:5的混播模式效果最为显著。

低碱生态混凝土改良红黏土种植环境技术及应用

红黏土广泛分布于湿热多雨的广西地区,因其具有水敏性、贫瘠性、密实性等特性,易于发生开裂、软化等现象,导致红黏土分布区域种植环境恶劣,进而影响当地生态环境。根据广西某地区湿热多雨的气候条件,结合低碱环境草种生长特点,开展低碱生态混凝土联合混合培养基种植覆盖土层改良红黏土种植环境的技术试验,即利用上层混合培养基种植覆盖土层对植物进行种植培养,使其根系通过中层低碱生态混凝土孔隙扎根至下层红黏土中,形成根土复合结构,既增强红黏土的力学性能,又改善红黏土的种植环境。试验结果表明,改良后的低碱生态混凝土能够将pH值控制在弱碱环境;对低碱生态混凝土配合比进行调整,可以使其在充当骨架受力结构的同时,具有更大的孔隙率,为植物根系提供足够的生存环境;根据广西地区的自然环境设计了合理的种植覆盖土层,并进行了植草可行性试验,结果表明狗牙根和披碱草为合适的草种。本次研究方案可推广至原状红黏土边坡生态固坡和红黏土荒地生态复绿等工程中,具有较高的应用价值。

黄土旱塬区苹果园生草覆盖对深层土壤水分和根系分布特征的影响

研究苹果园长期生草覆盖后深层土壤水分及果树根系的分布规律,以期阐明旱作条件下果园根水互作关系,为黄土旱塬区果园生草覆盖实践的优化提供依据。试验于甘肃庆阳草地农业生态系统国家野外科学观测研究站苹果园中进行,设置果园生草覆盖(生草为鸭茅草,2014年建植)和清耕处理,以一年生作物田为对照;连续两年夏季测定果树行上和行间距离树干100和200 cm共4个位置0~500 cm土层的土壤水分和果树细根长密度,分析生草覆盖对果园深层水分亏缺及细根长密度的影响。清耕果园0~300 cm土壤水分较对照农田下降了6.7%~8.3%(P<0.01),而300~500 cm土层土壤水分与对照农田差异不显著(P>0.05);生草覆盖果园0~500 cm整个剖面的土壤水分均低于清耕果园,平均下降了11.5%~12.3%。果园生草覆盖6~7年后0~500 cm土层土壤较对照农田水分亏缺量为163.9~172.1 mm,是清耕果园水分亏缺量的3.2~4.2倍。果树根系在0~100 cm土层的细根长密度最高,平均密度为0.187 cm·cm^(-3),生草覆盖促进了0~100 cm土层果树根系的分布,对深层根系影响不显著。清耕果园和生草覆盖果园0~500 cm土层土壤水分的含量随果树细根长密度的增加而降低,二者呈线性负相关关系,生草覆盖后二者相关性提高,干旱年份二者相关性更高。黄土旱塬区苹果园长期生草可促进果树根系生长,降低深层土壤水分,加剧土壤干燥化,对苹果树的利用年限和农田水分循环具有负面效应。旱作条件下应加强果园生草覆盖管理以保障水分的可持续性。

喷施羧甲基纤维素铵对土壤水热效应及饲用苏丹草根系和产量的影响

【目的】研究喷施羧甲基纤维素铵(CMC-NH_(4))对土壤含水量和温度及苏丹草根系和产量的影响,为解决宁夏引黄灌区热量紧缺问题、保障后茬作物稳产增产提供技术支撑。【方法】在宁夏引黄灌区,以小麦收获后复种的苏丹草为材料,采用大田试验,设置喷施0 kg/hm^(2)(CK)、50 kg/hm^(2)(T1)、100 kg/hm^(2)(T2)、200 kg/hm^(2)(T3)和300 kg/hm^(2)(T4) CMC-NH_(4) 5个处理,研究喷施CMC-NH_(4)对土壤含水量和温度,以及苏丹草根系特征、株高和干草产量的影响,并分析了CMC-NH_(4)喷施量与土壤含水量、温度及苏丹草生长指标和产量间的相关性。【结果】喷施CMC-NH_(4)处理土壤含水量较对照显著提高2.82%~29.19%(P<0.05),且随着CMC-NH_(4)喷施量的增加而增大。喷施CMC-NH_(4)处理土壤温度较对照显著提高5.14%~31.82%,且随着CMC-NH_(4)喷施量的增加而增大。在0~30 cm土层,与对照相比,喷施CMC-NH_(4)处理苏丹草的根长、根直径、根表面积和根体积分别显著提高16.35%~65.52%,7.69%~30.77%,42.40%~93.85%和120.76%~229.90%;0~10 cm土层苏丹草根长、根直径、根表面积和根体积占0~30 cm土层的比例均最高,根长、根直径、根表面积和根体积分别较对照提高了21.21%~74.76%,9.68%~58.06%,61.95%~136.13%和122.60%~273.18%。与对照相比,喷施CMC-NH_4处理苏丹草0~1.0 mm径级根长、根表面积和根体积显著提高,其中以0.6~1.0 mm径级根系增加幅度较大。喷施CMC-NH_4处理苏丹草株高和干草产量较对照分别显著增加了9.34%~22.52%和55.50%~110.55%。相关性分析结果表明,CMC-NH_(4)喷施量与土壤含水量、温度及苏丹草的根直径、体积和干草产量呈极显著正相关,与根长和根表面积呈显著正相关。【结论】在宁夏引黄灌区农田喷施CMC-NH_(4)能够改善土壤水温状况,促进苏丹草根系生长,提高干草产量,当CMC-NH_(4)喷施量为200 kg/hm^(2)时效果最佳。

浅谈基层生态环境监测中土壤样品采集技术

土壤样品采集是土壤生态环境监测工作开展的基础,规范准确的土壤样品采集技术是土壤生态环境监测结果准确性的重要保证,对准确获得兼具代表性和典型性的土壤样品起到决定性的作用。结合工作经验,对甘肃省基层生态环境监测工作的两种情形,即土壤生态环境监视性监测和突发环境污染事故土壤生态环境监测的土壤样品采集技术做简要分析,对基层生态环境监测部门委托第三方检测机构采集样品应当注意的要点进行探讨,并就当前生态环境监测工作与生态环境执法部门有效衔接提出建议。

三峡库区陡坡根-土复合体抗冲性能

以三峡库区已种植4a的紫花苜蓿、百喜草、狗牙根和香根草为对象,并以裸地为对照,采用改进的冲刷水槽、WinRHIZO(Pro.2004c)根系分析系统和应变控制式直剪仪,分析测定5个处理根-土复合体抗冲性能以及根系、土壤参数,以期揭示不同草本植物根系对陡坡地紫色土表土抗冲性能的强化效应。研究结果表明:与对照(裸地)相比,4种草本植物根系均能显著增强紫色土表土的抗冲性能,其中香根草根-土复合体的抗冲性能最强(为对照小区的2.75—3.58倍),而紫花苜蓿复合体的抗冲性能最弱(为对照小区1.96—2.60倍);草本植物根长密度(RLD)和根表面积密度(RSAD)是影响陡坡下紫色土表土抗冲性能的主要因子;0.50 mm<d≤1.50 mm径级的根系有利于土壤抗冲性能的增强,尤其是1.00 mm<d≤1.50 mm径级的根系对根-土复合体的抗冲性能强化效应最大;4种草本植物根系均有利于降低土壤容重、提高土壤有机质含量和增强土壤抗剪性能;土壤粘聚力c是影响根-土复合体抗冲性能的又一主要因子,径级1.00 mm<d≤2.00 mm的根系则最有利于提高土壤粘聚力c。

光皮桦细根与扁穗牛鞭草草根分解的土壤微生物数量及优势类群

通过室内模拟试验研究向土壤添加单一光皮桦直径为0～1mm细根（处理1）、1～2mm细根（处理2）、扁穗牛鞭草草根（处理3）、0～2mm细根与扁穗牛鞭草草根混合物（处理4）分解过程中土壤微生物数量以及微生物优势类群的变化。结果表明，120d后，与未加植物根系的对照相比各处理都显著的增加了土壤微生物的数量，其中细根、草根混合处理的微生物总数大于添加单一细根和草根的处理（P〈0．05）。真菌在分解过程中占主要地位，其次是放线菌，最后是细菌。对土壤微生物进行分离、纯化、鉴定出参与细根、草根分解初期的主要优势类群是假单胞菌属（Pseudomonas）、木霉菌属（Trichoderma）、游动放线菌属（Actinoplanes），在培养后期（120d后）起主要作用的优势类群是芽孢杆菌属（Bacillus）、曲霉属（Aspergillus）、青霉属（Penicillium）、链霉菌属（Streptomyces）、诺卡氏菌属（Nocardia）。8种土壤微生物优势类群数量在分解过程中未表现出明显的变化规律，但分解120d后，各处理优势类群的数量显著大于对照（P〈0．05）。由此可见，细根、草根的不同处理对其分解过程中土壤微生物数量及种类有较大影响，不同的分解阶段发育着不同的土壤微生物。

实验室不同温度下添加细根(草根)对土壤活性有机碳的影响

研究不同温度(10,20和30℃)条件下分别向土壤中添加光皮桦细根(直径<2 mm)与扁穗牛鞭草草根混合物(处理1)、光皮桦细根(处理2)、扁穗牛鞭草草根(处理3)和柳杉细根(处理4)这4种处理对土壤活性有机碳的影响。结果表明:添加细根的种类、培养温度和培养时间均对土壤微生物量碳、水溶性有机碳、易氧化有机碳和总有机碳含量产生影响;120天后各处理的土壤微生物量碳、水溶性有机碳、易氧化有机碳和总有机碳含量都显著大于对照(P<0.05);在60和120天后,处理1的土壤微生物量碳、水溶性有机碳、易氧化有机碳和总有机碳含量都显著大于其他处理(P<0.05);温度对土壤微生物量碳和水溶性有机碳含量的影响表现为30℃>20℃>10℃,对易氧化有机碳和总有机碳含量的影响表现为10℃>20℃>30℃(P<0.05)。

根系形态对土体强度影响的试验研究

为了明确原状与重塑狗牙根根土的强度对应关系,应用激光扫描仪及根系图像分析软件研究狗牙根根系形态,分析根长密度、根系密度、根体积三项根系指标,用室内三轴试验分析原状与重塑狗牙根根土强度特性。结果显示:狗牙根根系多呈交错状分布,部分竖直、倾斜状分布;三项根系指标在0.0~30.0 cm段土体内占总根量的比例依次为93.6%、85.2%、93.8%;狗牙根根系显著提高了原状根土的粘聚力,倾斜状根系分布形态不能稳定体现根系对土体强度的提高,各根系分布形态下土体强度均随围压的增加而增大,对土体强度增长的贡献表现为交错>竖直>倾斜。根系倾斜角度与单位体积内根系形态指标是影响根土复合体强度增长差异的主因,狗牙根根系呈交错、竖直、倾斜分布的重塑根土试样破坏强度依次是原状根土试样破坏强度的0.68~1.11倍、0.56~0.95倍、0.38~0.74倍。

华西雨屏区不同退耕模式细根(包括草根)分解过程中土壤酶动态

采用原状土芯(intact core)法,探讨了四川洪雅柳江退耕模式--光皮桦(Betula luminifera)与扁穗牛鞭草(Hemarthria compressa)复合模式(HN)、扁穗牛鞭草草地模式(NC)、柳杉(Cryptameria fortunei)人工林模式(LS)、光皮桦人工林模式(H)细根(包括草根)分解过程中土壤酶动态。结果表明:1)HN下的土壤脲酶、蔗糖酶、酸性磷酸酶活性较大,LS下的土壤脲酶、酸性磷酸酶活性最小,显著低于其他模式(p<0.05)。2)HN、NC和LS下的土壤脲酶与细根(包括草根)分解速率显著相关,HN的蔗糖酶、NC的酸性磷酸酶、LS的多酚氧化酶活性与细根(包括草根)分解速率也呈显著正相关关系(p<0.05)。3)除H外,土壤脲酶活性与细根C/N、纤维素绝对含量呈显著负相关关系(p<0.05);除NC外,多酚氧化酶活性与细根纤维素绝对含量呈显著负相关关系。4)土壤脲酶活性与需氧固氮细菌或与真菌数量显著相关,HN下的土壤蔗糖酶活性与细菌和纤维素分解菌数量呈正相关关系,H与NC下的土壤酸性磷酸酶还分别与细菌和纤维素分解菌数量呈正相关关系(p<0.05)。以上结果显示:由光皮桦与扁穗牛鞭草不同生活型植物构成的复合模式有利于土壤酶活性的提高;土壤脲酶活性高低能够反映这几种退耕模式细根(包括草根)分解速率的快慢,细根(包括草根)的C/N是影响土壤脲酶活性的一个重要因素;土壤酶活性与土壤真菌、需氧固氮细菌、纤维分解菌及细菌数量有关。

不同退耕模式细根(草根)分解过程中C动态及土壤活性有机碳的变化

由于土壤活性有机碳可以在土壤全碳变化之前反映土壤因管理措施和环境引起的微小的变化,又直接参与土壤微生物化学转化过程,对土壤碳平衡和土壤化学、土壤肥力保持具有重要意义。因此,采用原状土芯(intact core)法,探讨了4种退耕还林模式———光皮桦(Betula luminifera)与扁穗牛鞭草(Hemarthria compressa)复合模式、扁穗牛鞭草草地、柳杉(Cryptameriafortunei)人工林、光皮桦人工林细根(草根)分解过程中的C动态以及土壤活性有机碳变化。研究结果表明,各模式细根(草根)中的C表现为净释放,其质量残留率符合单指数模型(P<0.01)。光皮桦与扁穗牛鞭草复合模式下的土壤微生物量碳(SMBC)、水溶性有机碳(WSOC)、易氧化碳(ROC)、总有机碳(TOC)都大于其他3种模式。4种模式下的SMBC对土壤TOC的贡献分别是1.2%—3.3%、0.7%—1.5%、0.8%—2.2%、0.5%—0.8%;光皮桦与扁穗牛鞭草复合模式的ROC/TOC大于其他3种模式模式;各模式土壤ROC含量与土壤TOC呈极显著正相关关系(P<0.05)。以上结果显示,与其他人工林相比,光皮桦与扁穗牛鞭草复合模式土壤有机碳活性大、易转化,土壤总有机碳的高低决定了易氧化碳的丰缺。

高羊茅根系增强土壤粘聚力的试验研究

为研究植物根系与土壤颗粒粘聚情况与抗剪强度的关系,选择高羊茅植物(Festuca arundinacea Schreb)(无植物对照)盆栽于3种不同土壤基质(高岭土、重钙土、河沙)进行控制性盆栽试验。分别测定生长形成根土复合体后根土复合体抗剪强度、及其对应下的根系表面积、体积以及长度、根系作用区的土壤pH值、电导率等指标。研究试验结果表明,在同一含水率、同一垂直荷载作用下活性的植物根系提高了土体抗剪强度(与素土对照相比)、粘聚力有明显提高,而内摩擦角提高程度较小。与无根系作用的土体相比,高羊茅—高岭土、高羊茅—重钙土根土复合体粘聚力c值增幅度在100%左右;3种土壤基质中由于河沙本底粘聚力低,高羊茅—河沙根土复合体粘聚力的增长倍数最大;而内摩擦角提高程度较小。通过根系分析,土体粘聚力随根系体积的增大有所增加,根土复合体区域的土壤电导率、pH值也有所提高。此外,对植物根系提高土壤粘聚力的这种"根土关系"和根土复合体提高土壤颗粒粘聚力的机制问题进行了探讨,根土作用通过粘聚力的提高与增强直接关系到土壤结构体形成与稳定,这对研究斜坡土壤的植物稳定与土壤破坏下的抗冲性、抗侵蚀能力大小与破坏分离过程等都有一定的指导意义。

坡面薄层水流分离土壤的动力学机理

为探讨土壤分离过程的水动力机理及植被根系对土壤分离的抑制作用,采用变坡实验水槽,系统研究坡度、流量及根系对土壤分离速率的定量影响。结果表明,土壤分离速率是坡度、流量及根系密度的函数;植被根系能显著降低土壤分离速率,草地土壤分离速率均值仅为休闲对照地的30.6%;随根系密度增加,土壤分离速率呈指数关系下降;0～4 kg/m3为根系减少土壤分离的有效密度区间,在此范围内,根系密度的增加能引起土壤分离速率的急剧降低,超过4 kg/m3,随根系密度增加,土壤分离速率的降幅并不明显。

林草混交根-土复合体的抗剪强度特性

通过对香根草和小叶女贞两种不同植物根系构成的根土复合体及两种植物混交根系构成的根土复合体分别进行了系列直剪试验研究,探索了在不同含水率及不同含根比的情况下,植物根系对复合体抗剪强度的影响规律。研究表明,草本植物香根草以及木本植物小叶女贞的根系都能提高根土复合体的抗剪强度,但二者对复合体抗剪强度指标的贡献是不同的,且混交根土复合体的抗剪强度仍符合库伦强度理论。在此基础上,本研究提出了根土复合体的内摩擦角随小叶女贞含根比变化的幂函数关系式。以上研究为进一步探索林草一体化高稳定护坡技术,具有重要的理论意义。

根系特征参数对土体强度影响的试验研究

为了明确狗牙根根系对边坡土体强度的影响,沿土体深度方向向下分段测量根表面积指数(RAI)、根系横截面积比(RAR),应用张力监测计获取各分段土体吸力,运用应变控制式直剪试验获取各RAR下土体抗剪强度指标。结果显示:狗牙根根系特征参数随土层深度增大呈指数型递减,RAI与RAR正相关;土体吸力与RAI正相关,当RAI<0.029时土体吸力增量几乎为零;当RAR<0.022‰时土体抗剪强度指标增量接近于0,存在最优RAR=0.810‰使土体具有最高黏聚力。这说明狗牙根根系对土体强度的提高存在阈值(RAI≥0.029、RAR≥0.022‰),当RAI<0.029时狗牙根根系对土体吸力的提高可以忽略,当RAR<0.022‰时狗牙根根系对土体抗剪强度指标的提高也可以忽略;当RAR>0.810‰时土体黏聚力降低,说明狗牙根根系对土体强度的提高是有限的。

象草和壮丽草根系空间分布及养分吸收研究

研究两种禾本科牧草根系空间变异及养分吸收特性。结果表明：象草和壮丽草的根系有85％以上分布在0～40cm的土层中。象草根系生物量比壮丽草高2倍。象草和壮丽草根重与茎叶重的比值分别为2．76和1．24。象草茎叶中矿物质养分的含量高于壮丽草。

黄土高原丘陵区冰草和柳枝稷土壤细沟可蚀性季节动态

为了评价黄土高原丘陵区退耕还草水土保持效应,本研究以黄土丘陵区冰草(Agropyron cristatum)和柳枝稷(Panicum virgatum)为研究对象,在不同坡度(S=17.36%~42.26%)和流量(Q=1.0~2.5L·s^(-1))条件下,采用变坡试验水槽测定土壤的分离能力,利用线性回归方法,结合土壤侵蚀过程,运用WEPP模型推求土壤细沟可蚀性(Kr),分析了冰草和柳枝稷生育期内土壤Kr的季节变化规律。结果表明,黄土丘陵区冰草生育期内土壤Kr具有显著的季节变化(P<0.05),总体呈下降趋势;柳枝稷生育期内土壤Kr无显著季节变化(P>0.05)。冰草土壤Kr表现为下降的季节变化,变化范围为0.002 1~0.022 4s·m^(-1);柳枝稷土壤Kr表现为先升高后降低的季节变化,变化范围为0.003 2~0.021 9s·m^(-1)。土壤黏结力、水稳性团聚体和根重密度是影响冰草和柳枝稷生育期内土壤Kr季节变化的主要因素。土壤细沟可蚀性与土壤黏结力、水稳性团聚体及根重密度间呈显著负相关关系。此外,用土壤黏结力和根重密度能够较好地模拟黄土丘陵区冰草和柳枝稷生育期内土壤细沟可蚀性的季节变化。冰草和柳枝稷土壤细沟可蚀性季节变化主要由根系生长和土壤黏结力变化所致。土壤细沟可蚀性与土壤黏结力、水稳性团聚体和根重密度间呈显著负相关关系。用土壤黏结力和根重密度等参数能够较好地模拟冰草和柳枝稷土壤细沟可蚀性的季节变化规律。

根系分布方式对根-土复合体抗剪强度的影响

通过对香根草根-土复合体的室内直剪试验,探讨了根系直径和分布方式对根-土复合体抗剪强度的影响。研究发现,在其它条件相同的情况下,垂直加斜交等量布根时,复合体的抗剪强度最高;垂直加水平等量布根时,其抗剪强度最低;其它布根方式时,其抗剪强度介于上述二者之间。研究表明,根系分布方式对根-土复合体的粘聚力的影响是非常明显的,而对其内摩擦角的影响却并不明显。同时,在相同根系数量和布根方式条件下,随着根系直径的增大根-土复合体的抗剪强度及内摩擦角先增大后减小。当根系直径达到某一值时,根-土复合体的抗剪强度达到最大值。研究结果对进一步探索生态护坡工程中根-土复合体的抗剪强度形成机理具有重要的理论意义,也为生态护坡工程的强度和边坡稳定分析提供了理论依据。