黄土高塬沟壑区植被恢复方式对小流域土壤水分的影响

研究植被自然恢复和人工造林不同恢复方式下的土壤水分特性,对于揭示退耕还林(草)的长期水土保持生态效应具有重要的科学价值。本文基于黄土高塬沟壑区西峰水土保持科学试验站长达60多年的董庄沟(自然恢复草地)和杨家沟(人工造林)对比小流域,分析对比小流域土壤理化性质及土壤体积含水率的差异,阐明特定气候条件下植被自然恢复和人工造林2种不同植被恢复方式下流域的土壤持水能力。结果表明:(1)人工造林植被恢复方式下杨家沟小流域0~100 cm的土壤密度和土壤孔隙度分别是植被自然恢复的董庄沟的91.9%和1.1倍,土壤有机质质量分数和阳离子交换量分别高于董庄沟21.4%和22.6%,表层土壤理化性质未表现出差异性,不同植被恢复方式对持水能力的影响更多表现在深层土壤;(2)相同降雨条件下,董庄沟0~80 cm土层土壤体积含水率较降雨前平均增加8.85%,总量蓄水增加71.7 mm;杨家沟0~80 cm平均增加12.74%,总量蓄水增加102.1 mm;(3)董庄沟土壤体积含水率对降雨事件响应迅速,而杨家沟土壤水分随土层深度增加滞后现象明显。黄土高塬沟壑区西峰水土保持试验站经过60多年长期的植被恢复后,人工造林的杨家沟土壤持水能力要优于植被自然恢复的董庄沟。

黄土高塬沟壑区退耕地土壤抗冲性及其与影响因素的关系

为了评价退耕地土壤抗冲性的变化,该文以黄土高塬沟壑区自然退耕农地为研究对象,通过径流小区冲刷法对不同覆盖度塬面退耕地（TAL,table-land abandoned land）和沟头退耕地（GAL,gully-head abandoned land）土壤抗冲性进行了研究。结果表明,1）与对照（Ⅰ）相比,TAL和GAL处理水稳性团聚体、根系密度和根系生物量均显著增加（P〈0.05）,覆盖度大于0时,崩解速率显著减小44.87%-79.16%和33.79%-70.65%,有机质显著增加70.12%-222.70%和59.20%-194.88%,覆盖度最大时,土壤容重和渗透系数才显著减小和增大。2）TAL处理0覆盖度小区抗冲系数（AS,anti-scouribility）较对照无差异,其余覆盖度则显著增大2.31-7.57倍,GAL处理AS较对照显著增大0.99-7.12倍,覆盖度越大,根系提高土壤抗冲性能的效果越显著。3）TAL和GAL处理AS分别与容重、崩解速率、水稳性团聚体含量、渗透系数均呈极显著指数函数关系,与有机质含量、根系生物量及根系密度均呈极显著线性函数关系。水稳性团聚体是影响塬面和沟头退耕地土壤抗冲性的关键因子。结果可为研究区退耕还林还草工程生态功能评价及水土流失治理提供理论依据。

用显微CT研究不同植被恢复模式的土壤团聚体微结构特征

为了更好了解不同植被恢复模式对土壤团聚体微结构的影响,该研究采用显微CT技术扫描3～5 mm土壤团聚体,获取了3.25μm分辨率的二维图像,并应用数字图像处理软件对团聚体孔隙结构进行三维重建,定量研究了黄土丘陵区不同植被恢复模式下（自然草地、人工灌木和坡耕地）土壤团聚体微结构特征。结果表明,两种植被恢复模式均显著提高了土壤有机碳含量和团聚体水稳性（P〈0.05）,降低了土壤容重。与坡耕地处理相比,自然草地土壤团聚体总孔隙度、大孔隙度（〉100μm）、瘦长型孔隙度分别增加了20%、23%和24%,而分形维数和连通性指数欧拉特征值分别降低了2%和75%,且各指标二者间差异均显著（P〈0.05）。人工灌木土壤团聚体的上述各项孔隙参数均优于自然草地（较坡耕地分别增加了70%、88%和43%以及降低了4%和92%）,且除欧拉特征值外,差异均显著（P〈0.05）。分形维数和连通性对土壤结构变化的响应相当敏感,可作为该地区植被恢复过程中土壤质量评价的指标,研究结果可为黄土高原土壤质量评价提供科学参考。

植被类型对黄土丘陵区流域土壤有机碳氮的影响

恢复植被是遏止水土流失和提高土壤有机碳氮(SOC,TSN)积累的重要措施。以黄土丘陵沟壑区燕沟流域为基础,分析了主要植被类型的SOC,TSN变化及其分布特征。结果表明,自然恢复的辽东栎群落SOC含量为29.5g/kg,其次为黄刺玫,狼牙刺群落11.6～21.3g/kg,铁杆蒿(+长芒草)群落为8.4～10.6g/kg。人工建造的刺槐林5.53～11.9g/kg,小叶杨12.8～18.4g/kg,沙棘群落为8.7g/kg,仁用杏为4.7g/kg,苹果园SOC含量3.4～3.9g/kg,退耕苜蓿为4.2g/kg,耕地3.3～4.8g/kg。自然恢复的灌丛群落和人工乔木群落可有效地改变坡面SOC含量与分布。土壤有机碳氮具有显著线性关系,而C/N比例和作用区间随着农田到林地的演变而变大。

黄土丘陵沟壑区退耕地植被恢复中土壤物理特性变化研究

以黄土高原典型丘陵沟壑区——延安燕沟流域为研究对象,分析了黄土丘陵区退耕地植被恢复过程中不同恢复年限、不同植被类型以及不同恢复方式下的土壤物理变化特征,结果表明:对于土壤含水量,草地>灌木地>乔木地,自然恢复>自然+人工恢复,随着退耕年限的不断增长,上层土壤含水量不断增加,下层不断降低,随土层不断加深,其含量逐步趋于稳定;对于0～60cm土壤平均容重及孔隙度,以灌木地土壤容重相对较大,孔隙度相对较小,乔木地的容重及孔隙度的变化与灌木地相反,并且随着退耕年限的不断延长,土壤容重不断减小,孔隙度不断增加,但是不同恢复方式下土壤容重及其孔隙度变化不大;对于0～60cm土层>0.25mm土壤水稳性团聚体含量,自然恢复>自然+人工恢复,随着恢复年限的不断增长,其含量不断增加,而不同植被类型作用下的土壤水稳性团聚体含量变化不明显,但是其含量在不同土层变化差异较大。这就要求对退耕地进行植被恢复过程中,要深入了解当地的土壤环境特征,做到因地制宜,适地适树。

黄土丘陵区植被恢复中不同粒级土壤团聚体有机碳分布特征

对黄土丘陵区土壤有机碳在不同粒级团聚体中的分布特征及其对植被恢复的响应进行了研究。结果表明：（1）黄土丘陵区不同植被覆盖条件下,土壤有机碳的分布具有一定的表聚性,0～20 cm土层中有机碳的含量均高于20～40 cm中有机碳的含量,不同植被群落下有机碳的含量大小为：大针茅群落〉长芒草群落〉铁杆蒿群落〉百里香群落;（2）同一深度土壤各粒级团聚体中有机碳的分布特征是：0.5～0.25 mm与1～0.5 mm两个粒级中有机碳的含量最高,〉1 mm的团聚体中有机碳的含量有随粒级增大而减小的趋势;（3）恢复年限对不同粒级土壤团聚体中有机碳的含量影响很大,有机碳的含量随恢复年限的增加总体呈上升趋势。黄土高原沟壑区土壤有机碳的积累与土壤团聚体的粒级和植被恢复的类型、年限等有明显的关系。

植被对黄土高原沟壑区坡地土壤有机碳的影响

选取高原沟壑区王东沟流域内典型的治理坡段,研究不同植被条件下土壤有机碳、氮的含量变化和坡面分布特征。结果表明:与荒草(白羊草)群落相比,油松群落条件下,土壤有机碳含量提高9.3%(P>0.05),而果园土壤有机碳含量降低40.1%(P<0.05)。沙棘、侧柏和刺槐群落下,土壤有机碳含量虽低于荒草群落,但尚未达到显著水平(P>0.05)。果园和刺槐群落下坡面有机碳变化趋势不明显;杏树群落下表现为坡中部含量高,上部和下部低;白羊草群落下坡面有机碳含量从上到下逐渐增加。不同植被条件下土壤全氮与土壤有机碳存在极显著(R2=0.925)的相关关系。

黄土高塬沟壑区水土保持对小流域地表径流的影响

水土保持对径流的作用是水土流失治理中一个亟待回答的实际问题．本文用小流域平行对比观测法，分析了黄土高塬沟壑区水土保持对小流域地表径流的数量及其时间分布特征的影响，表明在黄土高塬沟壑区，水土保持能使小流域产洪次数减少、地表径流模数和径流系数减小；使小流域地表径流模数的年际变率增大；在洪水产流过程中，水土保持使流域产流起始时间滞后，径流持续时间缩短。

黄土高原沟壑区不同年限苹果园土壤碳、氮、磷变化特征

管理措施是影响土壤质量演变的重要因素。分析和讨论了5、101、5年苹果园耕层(0—20 cm)和0—200 cm土壤有机碳、全氮、全磷、有效磷和硝态氮含量及其影响因素。结果表明,5年、10年和15年的塬面苹果园表层土壤有机碳依次为7.5、6.7和6.7 g/kg;全氮依次为0.940、.85和0.83 g/kg;但土壤全磷和速效磷含量随着种植年限而增加,与5年苹果园相比,塬面10年苹果园土壤全磷、速效磷含量分别提高了11%、60%,并且磷素的变异性随年限而增加。坡地10年、15年和20年苹果园土壤有机碳依次为6.36、.2和6.5 g/kg,全氮依次为0.76、0.76和0.81 g/kg;与10年苹果园相比,15年苹果园土壤全磷、速效磷含量分别提高了20%、28%。土壤剖面0—80 cm内不同土地利用方式土壤碳、氮、磷含量随土层加深而降低,80 cm以下不同利用条件苹果园土壤碳、磷含量差异不大,氮素含量在100 cm土层下随苹果园种植年限增加而增加。

黄土丘陵沟壑区小流域土壤水分空间变异性及其影响因素

为了解不同土地利用方式和地形条件下土壤含水率的数量特征及其变异规律,以黄土高原丘陵沟壑区纸坊沟小流域为研究对象,利用经典统计学方法系统分析了小流域尺度土壤含水率的空间变异性。结果表明:不同土地利用方式下土壤平均含水率之间呈极显著差异,其顺序为:农田>草地>林地>灌木地;土壤含水率在土壤剖面上呈先减小后增大的趋势。地形条件显著影响土壤含水率,其中梯田>沟底>坡地>峁顶;不同坡位土壤含水率的顺序为坡下>坡上>坡中,不同坡向间为阴坡>阳坡。上述土壤含水量的变异程度均为中等。在小流域尺度,土地利用和地形对土壤水分具有显著的交互作用。相关结果可为黄土丘陵沟壑区的土壤水分管理、土地利用结构优化、不同地形条件下的植被布局提供参考。

黄土高原沟壑区不同植被恢复模式对土壤生物学特性的影响

【目的】了解不同植被恢复模式对土壤生物学特性的影响,为科学评价退耕还林的生态效应提供依据。【方法】以黄土高原沟壑区陕西千阳县冉家沟流域为研究对象,选择农地（小麦地）为对照,分析侧柏天然次生林、不同林龄（5,20,30年）刺槐人工林、桃树林、荆条灌丛和苜蓿草地等不同植被恢复模式下,土壤理化性质、微生物量及酶活性的特征。【结果】在不同的植被恢复模式下,土壤理化性质均较农地得到改善;微生物量碳、氮、磷基本较农地显著增加,增幅分别为254.78%～35.72%,112.67%～6.8%和115.03～5.3%;过氧化氢酶、碱性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶活性均比农地增强,增幅分别为95.84%～18.94%,119.51%～20.36%,229%～20%和250%～73%。土壤生物学特性的改变进一步促进了土壤性状的改善。相关分析结果显示,微生物量碳及氮、土壤酶活性与土壤有机质、全氮多呈极显著正相关。【结论】不同植被恢复模式对土壤微生物量和酶活性的影响不同,但均较农地有很大改善和提高,其中尤以刺槐林的生态效应最为明显。

黄土高原沟壑区小流域土壤水分空间分布特征

以长武王东沟小流域为研究对象 ,研究了黄土高原沟壑区小流域的土壤水分分布特征。结果表明 :在王东沟小流域内 ,土壤剖面中 0— 2 m的土层经过一个雨季之后 ,土壤水分得到了部分的恢复 ;2 m以下土层 ,由于没有水分补给 ,相对比较干燥。该流域内农地的土壤贮水量高于草地 ,草地高于果园地 ,林地的土壤贮水量最低。而在同一地理位置 ,土壤的水分分布又受坡度、坡向、坡位、植被类型、植被密度和生物量的影响 。

放牧强度对林草地土壤物理性状的影响——以黄土高原丘陵沟壑区为例

【目的】研究放牧强度对林草地土壤物理性状的变化。【方法】通过放牧试验的方法,研究了黄土高原丘陵沟壑区——山西偏关县草地和柠条林地在不同放牧强度、不同放牧畜种条件下表层土(0～10cm)的物理性状。【结果】放牧强度直接影响着草地和柠条林地土壤的物理结构。随放牧强度的增加,牲畜对土壤的践踏加剧,导致土壤紧实度增加,容重增加,含水量和孔隙度下降。从畜牧羊种选择来看,绵羊相对于山羊来说对放牧地践踏较轻,土壤容重较小,土壤含水量和孔隙度则较高。【结论】林草地土壤表层(0～10cm)的物理性状对放牧强度的反应比较敏感。

黄土丘陵沟壑区不同植被恢复模式土壤无机磷形态分布特征

以地处黄土丘陵沟壑区的宁夏海原县南华山为研究区域,采用蒋柏藩、顾益初的土壤无机磷分级体系,对不同植被恢复类型(灌木、草地、乔木、乔灌混交)下土壤无机磷形态分布特征进行研究。结果表明:除草地外的植被恢复模式下土壤有机质、全氮含量明显高于农田,其中乔木林地和乔灌混交林地高于灌木和草地,土壤pH、全钾和全磷在不同恢复模式下无明显差异。黄土丘陵沟壑区土壤总无机磷含量在225.19～322.75mg·kg-1之间,占全磷的比例在36.18%～72.39%之间,其中以Ca10-P含量最高,其他形态含量顺序为Ca8-P>Fe-P>Al-P>Ca2-P>O-P。4种植被恢复模式下土壤无机磷总量、占全磷的比例及Ca10-P均高于农田,Ca8-P、Al-P和Fe-P则低于农田;灌木和草地无机磷总量和占全磷比例高于乔木林地和乔灌混交林地。对各无机磷形态与速效磷相关性分析表明,Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P与速效磷呈极显著正相关关系,无机磷形态的生物有效性顺序为Al-P>Ca8-P>Fe-P>Ca2-P。因此,黄土丘陵沟壑区不同植被恢复模式对土壤养分和无机磷分布的影响存在一定的差异,植被恢复应以草地和低矮灌丛作为先锋植被,后以乔木代替灌草丛。

陇东黄土高原地区石油污染土壤微生物群落及其与环境因子的关系

为了认识和评价石油开采对陇东地区土壤环境的影响,采用平板培养和多元分析法研究了不同石油污染程度下的土壤微生物群落特征及其与土壤环境因子的关系。结果显示:(1)微生物3大类群的数量以距污染源30m的样地S1-3最高,200m的S7-9次之,100m的S4-6最低;放线菌数量变化对Shannon—Wiener指数影响较大。(2)土壤有机质、含油量、含盐量、速效磷均为S1-3最高,S4-6次之,S7-9最低;土壤pH值、碱解氮及速效钾含量均以S7-9最高,S4-6次之,S1-3最低。(3)PCA结果显示TPHs含量在8种环境因子中作用最大,其含量的上升导致了土壤含盐率、有机质和速效磷的增加,进而影响到了土壤含水量、pH值、土壤细菌、放线菌、微生物总数及其他环境因子。研究表明,陇东黄土高原地区开展生物修复石油污染时,应充分开发利用土壤细菌及放线菌资源,并外源投加N,K等营养元素,从而刺激土著石油降解菌的生长,进而提高石油烃的降解效率。

黄土坡面的土壤侵蚀波动性

通过对黄土高塬沟壑区不同土地利用情况下土壤侵蚀的137Cs法研究,发现从坡顶到坡脚,土壤剖面的137Cs含量呈现强、弱交替的波动变化。通过对土壤侵蚀波动性的分析以及与其他研究成果的对比分析,发现随着坡长的增加,土壤侵蚀在坡面上总是呈现出一定的波动性,并由坡面细沟侵蚀的变化规律所决定。坡面土壤侵蚀的波动性可分为2种类型:一种是受人类活动影响较大的耕作型;另一种是受人类活动影响较少的自然型。

黄土高原沟壑区小流域土壤干层的分布特征

以长武王东沟小流域为研究对象,从土壤干层的量化指标、分级评述和分布特征等3个方面初步探讨了黄土高原沟壑区小流域的土壤干层问题,并就小流域内的植被建设中的一些问题提出了几点看法。结果表明:在王东沟小流域内,土壤干层已成为一个普遍存在的水分现象,不同程度地影响植物生长和植被的恢复,并具有如下特点:①土壤干层的干燥化程度和干层厚度都表现为林地大于果园,果园大于草地,农地最小;②同一种植被类型由于密度、生物量、树龄、坡度、坡向以及坡位不同,其土壤干层的干燥化程度和深度也不相同。

不同土地利用类型下水土流失特征及雨强关系分析

坡面是黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀的重要源地,以岔口小流域4个不同类型的径流场观测数据为基础,对不同土地利用类型下的径流、泥沙和氮流失特征进行研究,并分析不同时段雨强对其的影响。结果表明,裸地的产流和产沙量最大,天然林地产水、产沙及氮流失量最小;年内单位面积径流量与最大30min雨强呈较好的指数函数关系,且拟合程度高于最大20min雨强和最大10min雨强,而与平均雨强呈3次函数关系;单位面积泥沙流失量也表现出相似趋势。坡耕地径流中氮流失浓度最高,尤其是6,7月份的高强度降雨产生的径流,年度内同等程度降雨条件下径流中氮流失浓度呈现前高后低的趋势。

黄土高原沟壑区小流域坡地土壤养分分布特征

坡地土壤质量退化以及生产力下降是限制坡地植被恢复的主要因素，而坡地土壤质量和生产力在很大程度上取决于土壤养分状况。通过野外调查和室内分析相结合的方法，研究了黄土高原沟壑区坡地土壤养分分布特征，结果表明坡地土壤主要养分含量均随土壤层次的加深而降低，其中以有机碳和全氮降低最多，而硝、铵态氮和全磷降低较少；坡地不同土层土壤有机碳和全氮表现出较大的变异性，土壤铵态氮和全磷的变异较小。0．005～0．05mm土壤颗粒含量随土层加深而增加，0．05～1mm颗粒含量随土层加深而降低；〈0．005mm土壤颗粒含量在0～40cm土层变异很大，而0．005～0．05mm和0．05～1mm的土壤颗粒在所有土层变异都很小。有机碳、全氮、全磷和〈0．005mm颗粒从坡顶向下呈增加的趋势，其分布与坡度和坡长有关，其变异性随坡度和坡长的增加而增大。坡面较长时，〈0．005mm颗粒易于在坡面中、下部累积，坡度较大时则易于迁移出坡面。坡面土壤有机碳、全氮和全磷均在坡底部富集，其富集程度和位置因坡长和坡度而异，长缓坡有利于养分富集，短陡坡利于养分迁出。坡度较小时坡面不同位置土壤养分剖面分布主要由坡面土壤性质变异引起，随坡度的增加，土壤侵蚀便逐渐成为坡面养分分布的主导因子。坡上部碳、氮养分流失的深度也随坡度的增加而加深，而不同坡位全磷的剖面分布与坡度的关系较差。因此，在坡地土壤养分调控中必须综合考虑坡度和坡长因素。

黄土峁状丘陵区不同类型林分土壤微生物功能多样性

【目的】研究陕西退耕还林中不同类型林分下土壤微生物群落代谢多样性,从微生物的角度对当地典型植被类型做出评价,为该地区植被恢复和培育结构合理、生态功能良好的林分提供科学依据。【方法】以米脂县境内退耕坡地5种人工林(柠条林、刺槐林、油松林、侧柏林和新疆杨林)为对象,撂荒坡地为对照,采用Biolog-ECO微平板法研究不同类型林分土壤微生物代谢活性(AWCD)、土壤微生物群落代谢多样性指数(Shannon指数、Simpson指数和Mc Intosh指数)及土壤微生物对不同碳源(糖类、氨基酸类、羧酸类、多聚物类、多酚类和胺类)的利用特征;运用主成分法(PCA)分析不同类型林分土壤微生物的碳源代谢特征。【结果】5种类型林分土壤微生物活性均显著提高,不同类型林分土壤AWCD值大小依次为:柠条林>刺槐林>油松林>侧柏林>新疆杨林>对照;5种类型林分土壤微生物群落Simpson指数、Shannon指数和Mc Intosh指数均显著提高,其中柠条林土壤Shannon指数和Simpson指数显著高于其他4种类型林分(P<0.05),而土壤Mc Intosh指数以刺槐林最大;5种类型林分土壤微生物对糖类、氨基酸类、羧酸类、多聚物类、多酚类以及胺类6类碳源的利用率均高于对照,而不同类型林分土壤微生物对不同碳源的利用率不同。糖类是5种类型林分土壤微生物利用的主要碳源,其次为氨基酸类、羧酸类和多聚物类,而多酚类和胺类利用率较低。PCA分析显示主成分1和主成分2贡献大的碳源分别为20种和17种,在主成分分离中起主要贡献作用的是糖类、氨基酸类和羧酸类。油松林、新疆杨林和对照的土壤微生物群落具有相似的碳源利用特征,而柠条林、刺槐林和侧柏林的土壤微生物群落有各自独特的碳源利用模式,且柠条林分布在PC轴的正方向,表明柠条林土壤微生物群落对碳源的利用能力最强。【结论】黄土峁状丘陵区坡地人工林较撂荒坡地更有利于提高土壤微生物群落的代谢活性,而种植柠条比其他4种人工林更有利于提高土壤微生物群落的功能多样性。本研究从土壤微生物群落的代谢活性角度为黄土峁状丘陵区退耕还林工程中树种选择和林分培育提供了一定的科学依据。