黄土高原水土保持高质量发展研究重点

黄土高原水土保持是黄河流域生态保护和高质量发展的重要内容和基础保障之一。经过几十年长期治理,黄土高原水土保持工作取得了很大成效,但目前水土流失面积依然很大,而且存在分布上相对零散、重力侵蚀和坡面侵蚀并重、极端降雨事件后果严重等问题,在治理理论、技术和途径方面提出了新的问题和挑战;同时,水土保持已经在土壤保护、山区发展和江河治理等传统功能的基础上,发展成为推动生态文明建设、乡村振兴和黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略实施的重要举措。系统分析了不同层面水土保持的任务和问题,从水土保持基础理论与技术研究、黄土高原水土保持与水沙调控、水土保持数字化与智慧化和黄土高原水土保持与社会服务等四个方面,提出了需要加强研究的重点问题,供水土保持研究和管理同仁讨论和参考。

黄土高原小流域坡沟系统降雨型滑坡侵蚀特征

通过野外对坡沟系统分峁坡和沟坡采样,及原状土室内干密度测定和不同含水量下抗剪强度力学实验,得到了峁坡和沟坡土壤干密度随高程的变化规律,建立了小流域坡沟系统土体的抗剪强度随含水量的变化规律,为小流域土壤侵蚀定量计算和降雨型滑坡侵蚀预报模型参数的确定提供参考。

间歇降雨和多场次降雨条件下黄土坡面土壤水分入渗特性

基于可控的坡面间歇降雨和多场次降雨试验,对黄土坡面土壤水分入渗及分布特征进行了研究.结果表明:间歇降雨条件下,两次降雨期间的累积径流量均随降雨历时的延长呈近似线性增加,湿润锋也随降雨时间的延长而增加;在两次降雨的间歇期,湿润锋增加缓慢.入渗率随着坡度的增大而减小,第2次降雨的入渗率随时间而减小的趋势更明显;15°坡面的累积入渗量比25°大,分别为178和88mm.多场次降雨条件下,各场次降雨的初始入渗率均较高,其中第1场降雨的土壤入渗率、累积入渗量在各时段均明显高于其他场次,后3场降雨的入渗率差异不大;降雨场次越多,湿润锋越深.

基于Le Bissonnais法的东北黑土区土壤团聚体稳定性研究

土壤团聚体的组成和稳定性是衡量土壤结构和质量的重要指标,应用Le Bissonnais法对我国东北农田黑土团聚体的数量和稳定性进行了分析.团聚体粒级分布受快速湿润(FW)、慢速湿润(SW)和预湿后扰动(WS)处理的影响,FW使大团聚体多破碎为微团聚体;团聚体的平均重量直径(MWD)表现为FW<SW<WS,表明黑土团聚体破碎的主要机制是消散和黏粒膨胀,而低强度的机械扰动破坏最小.黑土团聚体稳定性指标(MWDFW、MWDSW)与有机质含量呈显著正相关,与黏粒含量呈显著负相关,表明有机质对黑土团聚体的形成和稳定有促进作用,黏粒含量影响团聚体的稳定性.

团聚体对黄土区土壤水分入渗过程的影响

基于室内垂直一维入渗试验,以杨凌塿土、长武黑垆土和安塞黄绵土3种典型黄土团聚体为研究对象,分析不同粒径的团聚体的水分运动过程。结果表明,一定入渗历时内,3种团聚体累积入渗量和湿润锋推进速率均随团聚体粒径的增大而减小。累积入渗量和湿润锋推进速率因团聚体土壤类型产生显著差异。Kostiakov公式及Philip方程均较好反映3种供试团聚体土壤的累积入渗量的变化。

微塑料对土壤团聚体稳定性及有机碳矿化的影响

【目的】研究微塑料对农田土壤团聚体稳定性和有机碳矿化的影响,为农膜高残留农地土壤结构的稳定性和农业生态风险评价提供理论依据。【方法】在陕西省延安市安塞县采集低有机质水平的农田土壤(CK),通过添加有机肥后得到高有机质水平土壤(S),在以上2种有机质水平土壤中分别添加不同含量(0.06,0.64,1.92,3.20,6.40 g/kg)、粒径分别为25μm和1 mm的聚乙烯微塑料(PE-MPs),以不添加微塑料的CK和S作为对照,制成土壤团聚体后进行室内培养,测定水稳性团聚体含量、平均重量直径、微生物量碳含量及有机碳矿化速率,并构建结构方程模型量化微塑料粒径、含量及土壤有机质水平对土壤团聚体稳定性的影响。【结果】①与对照组CK相比,在低有机质水平的土壤中添加0.06 g/kg粒径25μm PE-MPs后1~5个月,水稳性团聚体含量明显增加,增幅最大可达24.98%;添加粒径1 mm PE-MPs,培养1个月后土壤水稳性团聚体含量增加,培养3~5个月后土壤水稳性团聚体含量降低。与对照组S相比,在高有机质水平土壤中添加粒径25μm PE-MPs培养1~5个月后,水稳性团聚体含量总体无显著变化;添加粒径1 mm PE-MPs培养1~5个月后,水稳性团聚体含量总体有所提高。②添加25μm PE-MPs,可使高、低有机质水平土壤团聚体的有机碳矿化速率最大分别提高15.84%和38.64%,添加1 mm PE-MPs会导致团聚体土壤有机碳矿化速率降低,最大降幅达33.17%。③构建的结构方程模型显示,微塑料粒径、含量及土壤有机质水平会通过影响有机碳矿化速率和土壤微生物碳含量,进而间接影响粒径≥0.25 mm水稳性团聚体含量(WR 0.25),以上三者对WR 0.25的总效应系数分别为0.065,-0.055和0.310。【结论】PE-MPs会降低低有机质贫瘠土壤的团聚体稳定性,增加土壤结构退化的风险;但可增强高有机质水平土壤的团聚体稳定性。

半干旱农田生态系统长期施肥对土壤有机氮组分和微生物体氮的影响

在半干旱农田生态系统红油土上20年的肥料定位试验表明,施用秸秆和厩肥会显著改变耕层土壤有机氮组分和微生物体氮。施肥后酸解性氮的含量及比例明显增加,非酸解性氮含量下降。酸解性氮在不施肥时含量最低(646.3 mgN·kg-1),其次为施用化肥(684.3 mgN·kg-1),同时施用秸秆和化肥居中(794.1～950 mgN·kg-1),施用厩肥和化肥最高(1 103.2 mgN·kg-1)。各处理中,酸解性氮是土壤全氮的主体,占全氮的 73.4%～82.6%,这一比例从仅施化肥、对照、化肥+ 低量秸秆、化肥 +中量秸秆、化肥+ 高量秸秆到化肥+ 厩肥呈增加趋势。休闲处理酸解性氮所占比例(81.0%)较种植处理(74.4%)高。在酸解性氮中,施肥影响最显著的是氨基酸氮,施肥后平均增加148.7 mgN·kg-1;其次是氨态氮,平均增加 45.8 mgN·kg-1。这两类酸解性氮组分在配施秸秆和厩肥后增加幅度较大,并随秸秆用量增加而增加。对不同氨基酸成分,施肥影响程度不同,施肥后中性氨基酸平均增加82.6 mgN·kg-1,碱性氨基酸平均增加 48.2 mgN·kg-1,酸性氨基酸平均增加 16.4 mgN·kg-1。不施肥处理微生物体氮为 102.1 mgN·kg-1,施用化肥为 107.4 mgN·kg-1。在施化肥的基础上,配施有机物料,微生物体氮显著增加:在每年每公顷施 9 375、18 750、37 500 kg 新鲜?

30年来长武县耕地数量与农业经济发展计量关系分析

针对长武县近30年来农业经济快速发展和耕地数量锐减的现实,通过建立向量误差修正模型,运用脉冲响应函数、方差分解方法,对1980—2010年长武县耕地数量与农业经济数据进行计量关系分析,探索二者间的互馈效应。结果显示,农业经济受耕地数量减少的影响效应为正但不显著,近30年的脉冲响应均值仅为0.8,10年尺度上分别为0.4、0.8、1.6。而耕地数量受农业经济发展的影响效应为负,并随时间发展该负效应持续增强,10年尺度上均值分别为-0.3、-0.9、-2.8;30年来长武县耕地资源的变化并未对农业经济的发展有显著促进作用,其时期内最大贡献率仅为22%。而耕地数量减少主要受农业经济发展的影响,后者对前者的贡献率时期内从最大值88.9%稳定到78%。表明耕地数量减少在促进农业经济发展上存在过度损失,农业经济的发展是耕地数量减少的主要原因。发展农业经济亟需挖掘社会其它要素的作用,以保证耕地数量的持续稳定,避免不合理利用。

模拟降雨条件下覆沙坡面产流产沙过程研究

【目的】分析不同覆沙条件下坡面降雨的产流产沙过程,为揭示黄土高原水蚀风蚀交错区风水复合侵蚀机制奠定基础。【方法】采用3个雨强（0.5,1.0,1.5mm/min）和3种覆沙方式（全坡、半坡、无覆沙）在室内进行模拟降雨试验,分析不同雨强和覆沙条件下坡面的产流产沙特征。【结果】坡面覆沙与无沙坡面（裸坡）相比延长了降雨初始产流时间1~30min;坡面覆沙后使得坡面的产流产沙过程复杂化,出现多峰多谷现象;坡面的累计径流量和累计产沙量均与降雨历时呈显著线性相关,相关系数在0.9以上;累计径流量与累计产沙量之间呈函数相关性,相关系数在0.90以上。【结论】坡面覆沙在一定程度上加剧了侵蚀的发生。

黑河中游春小麦产量与水分利用效率研究

为了确定黑河中游地区的最佳灌溉制度,研究了不同灌溉定额下春小麦的株高、叶面积指数、地上干物质累积量和产量及其构成要素的变化,并对水分利用效率、耗水量和产量进行了相关性分析。结果表明,不同灌溉处理间,春小麦的株高、叶面积指数、干物质累积量在各个生育期的变化速率和增长量有明显差异,且产量及构成要素之间呈现显著性差异。水分利用效率与产量之间呈二次曲线关系。420mm是该地区春小麦的最佳灌溉量。

冻融条件下土壤抗冲性的变化特征

为揭示冻融作用对风沙土抗冲性的影响,以季节性冻融区风沙土为研究对象,通过室内放水冲刷试验对冻融条件下土壤抗冲系数的变化特征进行了研究。结果表明:坡度、放水流量、土壤含水量、冻融循环次数和土层深度对土壤抗冲系数均具有显著影响(P<0.05),土壤抗冲系数对各因素敏感程度大小为坡度>放水流量>土壤含水量>土层深度>冻融循环次数;土壤抗冲系数随坡度、放水流量、冻融循环次数增加而减小,随土壤含水量的增加先增大后减小,随土层深度的增加先减小后增大。

黄土丘陵区植被恢复对深层土壤有机碳储量的影响

以黄土丘陵区不同恢复年限的人工刺槐林、人工柠条林和自然撂荒地为对象,以0～100cm(浅层)土壤为对照,研究了不同植被类型下100～400cm(深层)土壤有机碳(SOC)储量的剖面分布特征和累积动态.结果表明:随土壤深度增加,浅层SOC储量显著降低,深层SOC变化趋势不明显,但储量很高,约占0～400cm剖面SOC的60%.80～100cm土层的SOC储量与深层100～200和200～400cm的SOC储量呈显著线性相关,是0～100cm5个土层中与深层SOC储量变化相关性最强的一层,可用以估算深层SOC储量.人工刺槐林、柠条林、撂荒地表层(0～20cm)SOC储量显著高于坡耕地,而深层SOC储量在不同利用类型间差异不显著.随植被恢复年限的增加,深层SOC储量呈上升趋势,人工刺槐林和人工柠条林100～400cmSOC平均累积速率分别为0.14和0.19t·hm-2·a-1,人工柠条林与浅层SOC累积速率相当.在估算黄土丘陵区植被恢复的土壤固碳效应时,应考虑深层土壤有机碳累积量,否则会严重低估植被恢复的土壤固碳效应.

黄土塬区几种典型土地利用类型的土壤水稳定同位素特征

对陕西省长武县黄土塬区降水及主要土地利用方式下0～20 m剖面土壤水进行采样和稳定同位素测定,研究了该区深层土壤水稳定同位素特征及土壤水运动机制.结果表明:长武塬区大气降水线方程为δD=7.39δ18O+4.34(R2=0.94,n=71),其降水稳定同位素值具有明显的冬春高、夏秋低的季节变化特征.土壤水稳定同位素值落于当地大气降水线下侧,且高于7—10月降水稳定同位素值,该区土壤主要接受同位素值偏负的夏秋降水的补给.土壤剖面上,不同土地利用方式之间土壤水同位素值随土壤深度增加而趋于一致;相同土地利用条件下,浅层土壤水同位素组成随时间推移而变化的程度剧烈,随土壤深度增加,土壤水同位素值的变化程度减弱,甚至无变化.对比降水和土壤水的稳定同位素值变化发现,在黄土塬区,活塞流和优先流并存于降水入渗过程中,但优先流入渗的发生与土地利用方式存在一定关系.通常情况下,高耗水型人工林草因水分负平衡形成的土壤干层将减小优先流发生的可能性,而农田、荒草地等土地利用方式均易发生优先流形式的降水入渗,从而对深层土壤水分或地下水形成补给.

川中丘陵区坡耕地耕作技术效益分析

川中丘陵区坡耕地所占比重大,水土流失严重,是四川省水土流失的主要源地。已有研究表明,在坡耕地上采取适宜的水土保持耕作技术,能够拦截地表径流,增加地表水入渗,减少土壤侵蚀,提高土壤肥力,增加作物产量。对坡耕地水土流失治理效果较为明显的7种耕作技术及其特征进行了分析,以期为今后的研究及实践提供参考。

黑河中游绿洲区不同土地利用类型表层土壤水分空间变异的尺度效应

了解表层土壤水分空间变异及其尺度效应,可获取土壤水分真实变异,并可为客观揭示土壤水分空间变异制定合理采样方案提供参考.用"再采样"方法对黑河中游张掖绿洲区林地和农地表层土壤水分空间变异的尺度性进行研究.结果表明:研究区林地和农地表层土壤水分变异程度随土壤水分含量的增加而增加;变异系数随采样尺度的增大而更接近真实变异值.在干旱和湿润条件下,当采样幅度在一定范围内增大时,林地和农地土壤水分的变异系数、MoranⅠ指数、块金值、基台值及林地变程均不断变大,而农地在干旱条件下的变程无固定变化规律.当采样密度在一定范围内增大时,块金值、变程不断增大,但变异系数、MoranⅠ指数、基台值均不受影响.