砒砂岩区生态治理-生态衍生产业协同发展关键技术与模式

探索生态治理与生态衍生产业协同发展的关键技术与途径,是促进水土保持生态治理高质量发展的重要课题。为此,以生态治理难度极大的黄河流域砒砂岩区为研究对象,基于生态经济学、生态产业技术的理论与方法,提出了生态治理-生态衍生产业协同发展的基本原理和应遵循的原则,探索了生态治理与生态衍生产业协同发展的关键技术与模式,并开展了示范应用。1)生态治理-生态衍生产业协同发展的原理是行为互驱动、效应互补偿,应遵循的原则是“双律适应、适地适生、三方意愿”;2)鉴于砒砂岩覆土区、覆沙区、裸露区生态环境有明显差异,分别构建了小流域生态治理-生态衍生产业协同发展的综合治理措施体系和模式,以坡顶、坡面和沟道为水土保持措施配置的3个地貌单元,选择兼具水土保持功能和饲用、药用、食用等经济开发价值的作物进行生物措施配置,配合注浆固结、抗蚀促生、砒砂岩改性等新的工程技术措施进行生态治理;3)研发了物理-化学-生物综合改良砒砂岩土壤、砒砂岩复配风沙土+生物改良提质、灌草优化平茬及饲料加工、煤矸石改性资源化利用、高陡边坡抗蚀+控渗+植生固稳、生态果园建植等关键技术;4)基于砒砂岩覆沙区“土壤改良固沙+”(如土壤改良固沙+经济林种植、土壤改良固沙+梭梭草套种甘草等)生态治理模式的实践与示范,探索实施了“政府支持,科技支撑,企业产业化+公益性投资,农牧民市场化参与”的多元投资、多方参与、共同受益运行机制与模式。通过灌草平茬饲料加工、土壤改良、经济作物种植等产业化中试,以及矿区回填区生态恢复、小流域生态治理-生态衍生产业协同发展示范性实践,表明脆弱生态区治理中发展生态衍生产业具有广阔的前景。

基于UAV-SfM方法的黄土高原砒砂岩区侵蚀监测算法比较

[目的]为比较地形变化监测算法在黄土高原砒砂岩区的适用性。[方法]以皇甫川流域特拉沟一支沟为研究对象,采用无人机摄影测量技术获取2022年7月至2023年3月影像,结合SfM技术生成三维点云数据,比较分析[digital elevation model of difference(DoD)、cloud to cloud(C2C)、cloud to mesh(C2M)、multiscale model to model cloud comparison(M3C2)]等4种算法的侵蚀产沙监测精度,并分析点云密度变化对各方法精度的影响。[结果](1)4种常用算法在空间上都能监测到大幅度地表变化。其中,以M3C2算法的结果最优,线性拟合结果最好(R^(2)=0.953,p<0.01),且综合误差最小(MAE=0.0161 m,MRE=3.37%,RMSE=0.0194 m),C2M算法其次,DoD算法再次,而C2C算法结果最差。(2)通过比较,DoD算法仅适用于平坦区域的快速检测,坡度陡峭的区域监测侵蚀沉积量存在高估的现象。(3)M3C2和C2C算法对点云密度变化敏感,而C2M和DoD受点云密度变化影响较小。[结论]研究结果可为黄土高原砒砂岩地区基于UAV-SfM的侵蚀产沙监测方法的选择提供参考。

砒砂岩区坡面产流产沙对土地利用方式的响应

[目的]研究坡面产流产沙过程对不同土地利用方式的响应于砒砂岩区生态保护与高质量发展具有重要意义。[方法]以十大孔兑罕台川流域的合同沟小流域为研究区,选取该区2016—2021年降雨产流产沙监测数据,应用聚类分析、双因素方差分析等,开展连续性动态监测研究,进而揭示砒砂岩区坡面产流产沙与不同土地利用方式的时空动态变化关系。[结果](1)次降雨按历时、雨强和雨量可分为3类,包括A类(历时短、雨量集中、高强度),B类(雨量较多、历时较短、中强度),C类(历时长、小雨强、雨量分散),C类导致水土流失能力最弱;(2)A,B类降雨产流产沙,排列顺序为乔木林地<灌草地<人工草地<天然草地<农作物地<裸地;C类降雨产流,排列顺序为乔木林地<天然草地<灌草地<人工草地<农作物地<裸地,产沙,排列顺序为人工草地<乔木林地<天然草地<灌草地<农作物地<裸地,且相同土地利用方式径流深和土壤流失量排序为C<B<A;(3)不同土地利用方式的径流深或土壤流失量对雨型响应的坡度效应略有差异,主要存在于裸地、农作物地与其他土地利用方式。[结论]砒砂岩区坡面水土流失的治理和生态恢复,应考虑雨型和坡度对不同土地利用方式产生的复合作用。

砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性K值空间变异特征

[目的]研究砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性的空间变异特征,为砒砂岩覆土区土壤侵蚀机理深入探究和土壤侵蚀有效防治提供科学依据。[方法]以内蒙古准格尔旗砒砂岩覆土区二老虎沟小流域为研究对象,采集0—10 cm和10—20 cm土层共144份土壤样品,基于EPIC模型估算土壤可蚀性K值,并利用GIS和地统计学方法分析土壤可蚀性K值空间变异特征。[结果](1)二老虎沟小流域土壤砂粒、粉粒、黏粒和有机碳均呈中等变异程度,除黏粒和有机碳为中等空间自相关性外,其他土壤属性均呈弱空间自相关性。(2)小流域土壤可蚀性K值介于0.018 7~0.047 6 t·hm^(2)·h/(hm^(2)·MJ·mm),0—10 cm和10—20 cm土层K值变异系数分别为15.5%和20.3%,属中等变异强度;0—10 cm土层K值主要受随机性因素影响,呈弱空间自相关性,而10—20 cm土层受随机性因素和结构性因素共同影响,为中等空间自相关性。(3) 3种克里格插值方法结果表明:小流域土壤可蚀性K值空间变异受海拔和坡度影响明显,其总体分布趋势为西部和东南部较高、中部及偏东部较低;普通克里格插值方法较适宜应用于砒砂岩覆土区小流域,其估算结果可较好地显示土壤可蚀性的整体和局部两方面的空间变异特征。(4)在垂直空间变异上,0—10 cm和10—20 cm土层土壤可蚀性K值总体分布规律相似,但10—20 cm土层土壤可蚀性K值较0—10 cm土层空间变异更为明显。[结论]海拔和坡度对砒砂岩覆土区典型小流域土壤可蚀性K值空间变异影响明显,未来应优先对坡面和坡顶区域进行土壤侵蚀防治。

植被格局对砒砂岩坡地降雨侵蚀的影响

为进一步研究砒砂岩区不同雨型下植被格局对坡面土壤侵蚀特征的影响,基于野外径流小区原位观测试验与景观生态学相结合的方法,通过对比分析不同坡面的植被斑块格局指数与产流产沙之间的相关关系,阐明植被格局对砒砂岩坡地降雨侵蚀的影响。结果表明:(1)该地区降雨可划分为3类,根据各植被坡面产流产沙能力,得出降雨侵蚀力表现为:雨型II(长历时、大雨量、大雨强)>雨型III(短历时、小雨量、中雨强)>雨型I(中历时、中雨量、小雨强)。降雨量和最大30min雨强与产流产沙量呈显著或极显著关系,相关系数0.695以上,是预测该区域水土流失的主要降雨因子。(2)各坡面水土保持能力与降雨类型有关,不同雨型下3种植被坡面减流减沙率分别达0.42%、20.8%以上,不同植被格局坡面减沙效益优于减流效益,3种植被坡面的减流能力为:雨型I>雨型III>雨型II。(3)3种植被坡面的径流泥沙模数由小到大依次为:均匀分布<聚集分布<随机分布,对比区域多年平均径流泥沙模数,3种植被坡面能够减少侵蚀达21.33%以上。(4)景观形状指数和分离度指数是影响坡面产流产沙的主要格局因子,相关系数分别达0.884和0.825以上。产流、产沙量与坡面植被斑块分离度呈显著正相关,与景观形状指数呈显著负相关。坡面产流量(Y_1)与斑块分离度(SPLIT)和景观形状指数(LSI)的关系式为Y_1=8.247SPLIT-6.605LSI+38.928,R~2=0.905。以上结果表明植被斑块间的分离度越小,形状越复杂,坡面阻力增大,抗侵蚀能力越强。研究成果可为生态恢复过程中植被斑块格局的优化提供理论依据和数据支撑。

基于InVEST模型的黄河流域砒砂岩区土壤保持功能演化及驱动机制

研究区域土壤保持功能变化及环境驱动因子作用机制对区域生态环境建设具有重要的理论意义,可为水土保持决策提供参考。借助InVEST模型对近20 a间黄河流域砒砂岩区生态系统的土壤保持功能变化进行分析,利用地理探测器中的因子探测器和交互探测器分析该区土壤保持功能的主导因子和两两交互作用对土壤保持的影响。结果表明:1)砒砂岩区土壤侵蚀在2000-2020年呈现改善趋势,且主要以微度侵蚀为主,研究期间平均侵蚀模数为922.44 t·km^(-2)·a^(-1);2)土壤保持功能空间分布上与侵蚀状况基本一致,呈“西北低,东南高”的分布趋势,研究区土壤保持变化情况主要以未变化为主,土壤保持功能下降区和增强区分别占总面积的2.47%、3.62%;3)植被覆盖度对砒砂岩区土壤保持功能起着绝对主导作用,且“强强”双因子交互作用更有助于提高土壤保持功能,植被覆盖度∩降水的解释力最强,为45.61%。

气候、地表覆被变化对砒砂岩区风蚀时空变化的影响

[目的]揭示气候、地表覆被变化对黄土高原北部砒砂岩区风蚀时空变化的影响,阐明砒砂岩区风蚀减弱的主控因素,进而为研究区风蚀综合治理提供科技支撑。[方法]基于修正WEQ(Wind Erosion Equation)风蚀模型和研究区1980—2017年日气象数据,1990年、1995年、2005年、2015年4期Landsat遥感影像和土地利用图,30 m分辨率DEM数据及土壤数据,利用GIS和RS技术分析了砒砂岩区1980s,1990s,2000s,2010—2017年风蚀强度的时空变化特征,基于像元尺度剖析风蚀气象因子(W)、植被覆盖度(VC)和土地利用变化对风蚀时空变化的影响。[结果]随着年代推移,风蚀气象因子先降低后升高并超过初始值、植被覆盖度持续升高并趋于平稳,土地利用中草地和耕地变化明显。4个时期的平均风蚀模数分别为4187 t/(km^(2)·a),599 t/(km^(2)·a),724 t/(km^(2)·a)和870 t/(km^(2)·a),风蚀呈先明显减弱后局部地区略有增强的趋势,其中,1990s风蚀在全境急剧减弱,2000s—2010s在西北、东南及北部局部地区侵蚀加重;强烈以上侵蚀区集中于西北、东南边缘及南部河沟地区。4个时期,风蚀模数与W呈显著正相关(相关系数0.248~0.678),W值增大会加剧风蚀波动增强;风蚀与VC呈显著负相关(相关系数-0.556~-0.490),低植被覆盖区易出现风蚀波动增强;草地、耕地是风蚀主要发生区,2000s—2010s草地区风蚀增幅较大,1990s后林地风蚀强度最小。覆土砒砂岩区风蚀对VC最为敏感,而覆沙砒砂岩区和裸露砒砂岩区则对W较敏感。VC和W对风蚀减弱贡献率之和在覆土区、覆沙区和裸露砒砂岩区分别为54%,72%,83%,其他因素对这3个区减蚀的贡献率分别为46%,28%和17%。[结论]VC和W对砒砂岩区风蚀减弱贡献率较大,植被覆盖度的提升对减蚀影响深远,未来应继续加强植被与工程措施的建设。

气候因素和人类活动对砒砂岩区植被净初级生产力的影响

砒砂岩区是黄土高原水土流失最严重的地区之一,其植被生长状况对该区控制土壤侵蚀和维护生态平衡起着重要作用。本文基于CASA模型和Rclimdex 1.0分别计算了2001—2021年砒砂岩区植被净初级生产力NPP和18个极端气候指数,采用趋势分析、相关分析、随机森林重要性排序、残差分析等研究了砒砂岩区NPP时空变化及其对气候因素的响应特征,并量化了气候因素和人类活动对砒砂岩区NPP的相对贡献。结果表明:(1)2001—2021年砒砂岩区NPP变化呈显著增加趋势,但未来82.5%的区域NPP将由增加趋势变为减少趋势。(2)年际尺度上,砒砂岩区NPP与年均气温、年总降水量、极端强降水指数主要呈正相关,与冷夜日数TN10P、气温日较差DTR呈负相关。季节尺度上,春季均温以及暖夜日数增加有利于NPP增加,且存在滞后影响。夏季暖昼日数增加不利于植被生长,且NPP对夏季暖昼日数存在3个月的滞后响应。夏季极端强降水有利于NPP增加,而夏季干旱不利于植被生长,且NPP对持续干燥日数CDD存在3个月的滞后响应。(3)气候因素和人类活动共同促进了砒砂岩区NPP增加,裸露区和覆沙区气候贡献占主导地位,气候因素相对贡献为62.13%和60.06%,覆土区以人类活动贡献为主导,人类活动贡献率为60.40%。

砒砂岩区典型坡面土壤颗粒组成空间分布特征研究

为揭示土壤颗粒组成在垂直和水平方向上的分布规律,采集砒砂岩区典型坡面0—100 cm剖面的土壤,运用经典统计学测定其颗粒组成。结果表明:坡面0—100 cm土壤质地主要为砂壤土(59.21%)和壤砂土(36.40%)。随土层深度增加,砂粒含量增加,粉粒和黏粒含量减少,土壤逐渐呈现粗粒化的趋势;坡面尺度上,表层0—10 cm砂粒为弱变异,其余各层各粒级均为中等程度变异,且随土层深度增加变异性增强,不同粒级的变异系数表现为砂粒<粉粒<黏粒。沿坡面等高线方向,样带B粗粒化程度最弱,10 cm土层以下,样带B粗粒化程度最强。沿垂直坡面等高线方向,坡中砂粒含量(73.60%)相比于坡上和坡下分别增加6.90%(p<0.05)和11.66%(p<0.05),坡下粉粒(31.85%)和黏粒(3.10%)含量相比于坡上和坡中分别增加13.13%(p<0.05),23.59%(p<0.05)和4.36%,51.70%(p<0.05),坡中粗粒化程度最强,坡下是细颗粒堆积的主要区域。研究结果可加强对砒砂岩区坡面土壤颗粒空间分布规律的认识。

不同留茬高度对沙棘补偿生长和土壤理化性质的影响

以已处衰退期的沙棘林为研究对象,利用冗余分析法(RDA)研究0、10、15、20 cm留茬高度及未留茬处理(CK)的沙棘补偿生长能力及林下土壤理化性质,分析沙棘补偿生长能力与土壤理化性质的关系。结果表明:砒砂岩区沙棘在不同留茬高度上均发生超补偿生长现象,其中15 cm留茬高度的株高补偿指数(1.48)、生物量补偿指数(1.25)显著高于其他留茬高度,表明15 cm的留茬高度可较好地促进沙棘植株地上部分的快速生长;不同留茬高度的沙棘林土壤理化性质总体上表现为土壤全氮0.75 g·kg^(-1)、全磷0.39 g·kg^(-1)、全钾21.86 g·kg^(-1)、速效磷8.55 mg·kg^(-1),养分含量最高值均出现在15 cm留茬高度。综合而言,留茬处理可改善土壤的微生态环境,提高土壤肥力,使沙棘补偿生长能力增强,其中15 cm留茬高度效果最佳。

内蒙古砒砂岩不同类型区土壤水分、养分特征研究

[目的]探究砒砂岩不同类型区及不同土地利用方式对土壤水分、有机碳和全氮含量的影响,对于砒砂岩区进一步发展具有重要指导作用。[方法]以内蒙古准格尔旗砒砂岩覆土区的13年生沙棘林地、6年生沙棘林地、天然草地及砒砂岩裸露区草地和砒砂岩覆沙区的天然草地、柠条林地、农地、退耕5年地共8个样地为研究对象,通过测定0—100 cm深度不同土层土壤含水量、有机碳和全氮含量,研究和比较了不同土层土壤水分、有机碳和全氮含量与变化规律。[结果](1)覆土区(13年生沙棘林地152.36 mm、6年生沙棘林地165.16 mm、天然草地160.97 mm)0—100 cm土层土壤储水量均高于覆沙区(天然草地73.03 mm、柠条林地66.56 mm、农地79.70 mm、退耕5年地107.03 mm)。(2)裸露区草地土壤有机碳含量均低于覆土区和覆沙区,0—100 cm土壤有机碳储量(1.97 kg/m^(2))分别比覆土区天然草地、6年生沙棘林地、13年生沙棘林地和覆沙区天然草地、柠条林地、农地、退耕5年地分别低了2.24 kg/m^(2),2.36 kg/m^(2),1.74 kg/m^(2),1.23 kg/m^(2),0.66 kg/m^(2),2.58 kg/m^(2),1.21 kg/m^(2)。(3)各类型区相比,裸露区草地全氮储量最低(0.18 kg/m^(2)),比覆土区天然草地和覆沙区天然草地全氮储量均低0.22 kg/m^(2)。[结论]覆土区13年生沙棘林地和覆沙区柠条林地0—100 cm土层土壤储水量、有机碳和全氮储量均低于相同类型区天然草地储量,柠条和沙棘种植一定年限后,综合考虑水保效益后可以对其进行间伐,减少灌草竞争,从而加速其林下植被的自然演替,确保砒砂岩区生态环境的可持续发展。

砒砂岩区沙棘不同平茬模式对土壤微生物群落组成的影响

为探究不同平茬处理对沙棘(Hippophae rhamnoides)土壤微生物群落组成的影响,本研究以内蒙古砒砂岩区沙棘人工林为研究对象,应用16S rDNA测序技术,通过野外调查和室内试验相结合的方法对沙棘进行齐地平茬(A)和15cm平茬(C)处理,以未做平茬处理作为对照(E)。结果表明:(1)齐地平茬、15 cm平茬和对照样方,土壤细菌共有主要优势细菌门为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和酸杆菌门(Acidobacteria),其中15 cm平茬处理中变形菌门和放线菌门的相对丰度最高,分别为37.46%、26.25%。共有主要优势细菌属为鞘氨醇单胞杆菌属(Sphingomonas)、RB41和酸杆菌目未定义属(Vicinamibacteraceae_unclassified),其中15 cm平茬处理中鞘氨醇单胞杆菌属和RB41的相对丰度最高,分别为6.46%、7.84%。(2)15 cm平茬土壤微生物群落的特有ASV数量最多,值为8698,Chao1指数和Shannon指数最高,分别为2903.86和10.63。在齐地平茬、15 cm平茬和对照中,15 cm平茬处理效果最好,物种数量最多,多样性和丰富度最高。

砒砂岩区侵蚀治理技术研究进展

黄河流域砒砂岩区是我国北方生态严重退化的地区,其土壤侵蚀治理长期以来是我国水土保持学界所面临的难题之一,其难点在于砒砂岩区水力、风力、冻融、重力等多动力复合侵蚀交替发生且时空分异性强、侵蚀岩性机理及侵蚀动力过程复杂、干旱缺水而暴雨集中,以及人们对于砒砂岩区土壤侵蚀规律性认知水平的局限性。本文从砒砂岩区土壤侵蚀特征、治理措施及其作用与效益,以及砒砂岩治理技术研究新成果等方面综述了砒砂岩区土壤侵蚀治理技术的研究与实践进展,并提出了存在的问题。阻控侵蚀与植被恢复一体化、砒砂岩资源利用与生态衍生产业发展相结合,以及实现生态综合治理将成为砒砂岩区土壤侵蚀治理技术研究的未来主要发展方向。

黄河中游砒砂岩区抗蚀促生技术研究

砒砂岩区是黄土高原生态环境极度脆弱、土壤侵蚀最为剧烈的区域,同时又是黄河粗泥沙集中来源区,研究砒砂岩区抗蚀促生技术具有重要意义。在对以往有关砒砂岩区水土流失治理技术研究成果综述的基础上,重点介绍了近年来的抗蚀促生技术,包括研发的适合于黄河中游砒砂岩地区的抗蚀促生材料、砒砂岩改性筑坝材料,以及砒砂岩地区抗蚀促生措施二元立体配置模式。据野外试验观测,抗蚀促生试验小区径流量减少70%以上、产沙量减少91%以上,表明研发的抗蚀促生材料和创建的二元立体配置模式达到了防治砒砂岩区水土流失和快速修复生态的目的。

补强砒砂岩区治理短板筑牢黄河流域生态安全屏障

砒砂岩区是黄河流域最难治理且治理又相当薄弱的地区之一,其生态环境问题为构筑黄河流域生态安全屏障带来极大挑战。通过剖析砒砂岩区治理存在的水土流失依然严重,脆弱生态环境未能得到根本改变,砒砂岩区水土保持的深入发展遭遇制度性瓶颈制约,治理砒砂岩区的新技术新模式推广力度弱,水土流失监测体系不完善、监管不力等问题,提出了加强砒砂岩区治理工作的对策与建议,比如:建议尽快研究解决加快砒砂岩区治理的堵点、难点和短板所在,从流域整体性出发确立砒砂岩区生态治理在黄河流域生态保护和高质量发展中的战略定位,创设砒砂岩区生态-经济-社会-文化多位一体协同发展的综合治理模式,加大新技术新模式的示范推广力度,创新水土保持项目建设体制机制,加强砒砂岩区生态综合治理技术研发,建立脆弱生态区治理技术与模式国家级科技示范基地,进而筑牢黄河流域生态安全屏障。

砒砂岩区植被覆盖度环境驱动因子量化分析——基于地理探测器

砒砂岩区地形破碎,生态环境恶劣,降水量少且以暴雨为主,研究该区植被覆盖变化及环境驱动因子作用机制对区域植被建设具有重要的理论意义。基于1999—2018年的NDVI数据分析了砒砂岩区近20年植被覆盖度时空变化特征,利用了地理探测器方法量化分析了不同环境因子对植被覆盖度的影响。结果表明:1)近20年砒砂岩区平均植被覆盖度为42.3%,时间尺度上1999—2018年区域植被覆盖度呈增加趋势,平均上升幅度为0.086/10 a,空间尺度上植被覆盖度呈现从东南向西北递减的空间分布特征;2)近20年区域植被覆盖整体得到改善要比退化的区域面积大,45.5%的区域面积植被覆盖度极显著增加,主要分布在砒砂岩区东部区域,该区植被覆盖度未来变化趋势将以持续性改善为主,但仍有约41.6%的植被将由改善向退化方向变化;3)降水、土壤水分和气温是影响砒砂岩区植被覆盖空间分布的主导环境因子,且降水同其他环境因子的交互作用对植被覆盖影响最大。

水流驱动下不同灌草格局对泥沙分选特征的影响

泥沙的颗粒大小分布体现了土壤侵蚀的基本信息,分析泥沙分选特征有助于解释坡面土壤的侵蚀过程及其作用机理。通过野外冲刷试验(流量为15,20,30L/min),以砒砂岩区灌丛位于坡上(SU)、坡中(SM)、坡下(SL)的灌草地和无灌丛草地(GL)为研究对象,裸地(BL)为对照,探讨水流驱动条件不同灌草格局泥沙分选特征及其作用机理。结果表明:(1)植被可以通过影响水动力参数来影响泥沙颗粒的分布,不同格局泥沙颗粒随冲刷时间及流量的增大呈粗化趋势,粉、砂粒是该区侵蚀泥沙的主要颗粒。(2)水流剪切力、水流功率和单位水流功率均与泥沙DV呈负相关关系,与D0、D1呈正相关关系;3种冲刷流量下,泥沙DV均值分别为2.422,2.381和2.348,不同灌草格局下DV表现为GL<SU<SM<SL,而D0、D1趋势与DV相反。(3)泥沙分形维数与水动力参数的关系可用指数函数和对数函数来描述,回归分析表明,水流功率是描述泥沙分布特征的最佳水动力参数,运用水流功率和单位水流功率可以较好的模拟砒砂岩区坡面泥沙分选特征。研究结果为今后进一步完善砒砂岩区坡面土壤侵蚀模型提供理论依据。

砒砂岩区不同退耕还林措施土壤颗粒及交换性能分布特征

为研究砒砂岩区退耕还林还草措施下林地和草地的土壤结构及土壤交换性能对其措施的响应,选取柠条林、油松林、小叶杨林和本氏针茅草地为研究对象,并以荞麦坡耕地为对照,通过野外取样与室内试验相结合的方式,采用分形理论探究土壤粒径分布(PSD)、阳离子交换量(CEC)和交换性盐基总量(ECEC)及其组成(Na+、K+、Ca2+、Mg2+)的分布特征,并分析其相关性关系。结果表明:(1)实施退耕还林措施后,草地和林地的PSD分布范围、非均一性、离散程度均高于坡耕地,且柠条林的土壤粉粒含量、PSD分布范围的增幅效果最显著(P<0.05);土壤剖面垂直层次上,草地有利于增加表层土壤的细粒组分和粒径的分布范围,而林地更有利于对深层土壤粒径的改良与细化;(2)研究区交换性盐基组成主要以碱土金属为主(Ca2+、Mg2+),不同措施的土壤ECEC和CEC值由大到小依次为柠条林>油松林>小叶杨林>草地>坡耕地。草地表层土壤交换性能优于底层土壤,而林地与之相反;(3)黏、粉粒和细砂是决定研究区土壤交换性能的细粒土壤和粗粒土壤,粉粒是CEC、ECEC的主要贡献因子,多重分形维数可较好地描述土壤交换性能与土壤颗粒间的关系。不同措施以柠条林对土壤颗粒组成和土壤交换性能的改良效果最优。

黄河流域砒砂岩区多动力侵蚀交互叠加效应研究

识别砒砂岩区多动力侵蚀的叠加效应,对于深化认识砒砂岩区土壤侵蚀与产沙机理,为黄河粗泥沙来源区水土流失治理及砒砂岩区生态恢复等实践提供科学依据具有重要意义。通过室内人工降雨-风洞-冻融循环实体模型试验研究了砒砂岩区多动力侵蚀交互叠加效应。试验结果表明:单一的冻融、风蚀作用不会导致坡面产沙量的明显增加,而是增加了水力侵蚀的物质来源,只有在水力、重力等驱动因子的复合作用下才能对侵蚀产沙过程发生显著影响;砒砂岩表面风化层的存在是影响风蚀产沙的一个重要因素;复合侵蚀过程存在着显著的叠加放大效应,"冻-水"叠加效应约放大到127%,"冻-风-水"叠加效应放大至164%;砒砂岩区多动力交互作用产生的侵蚀叠加放大效应,是使其成为黄河粗泥沙核心来源区的重要原因之一。因此,复合侵蚀不是多类单相侵蚀的线性叠加,而是具有显著的非线性叠加放大效应。

不同灌草格局对砒砂岩区土壤剥蚀特征的影响

探究水流驱动下土壤剥蚀特征对阐明土壤侵蚀机制和规避水土流失风险具有重要意义。通过野外放水冲刷试验,以砒砂岩区灌丛分别位于坡下(SL)、坡中(SM)、坡上(SU)的灌草坡面和草地坡面(GL)为对象,裸坡(BL)作为对照,探讨了该区坡面土壤剥蚀和水动力参数对不同灌草格局的响应特征及其相互关系,结果表明:(1)不同灌草格局可以通过削弱径流过程中的水流动能来降低坡面土壤的剥蚀程度,砒砂岩区坡面土壤剥蚀率整体介于0.055~0.469 g/(m^(2)·s),其中SL格局土壤剥蚀率最低[均值0.098 g/(m^(2)·s)],是降低土壤剥蚀程度的最佳植被布设措施。(2)不同格局土壤剥蚀率、水流功率及单位水流功率整体呈现出BL>GL>SU>SM>SL的趋势,水动力参数中水流功率与土壤剥蚀率的拟合效果最优,可以较好地描述该区坡面土壤剥蚀特征。研究可为砒砂岩区土壤侵蚀预测模型的构建提供科学依据。