黄土高原典型地区土壤侵蚀共性与特点

通过对黄土高原典型地区土壤侵蚀以往的研究结论进行综合分析 ,在比较土壤侵蚀相似性和差异性的基础上 ,对这些典型地区土壤侵蚀的共性与特点进行了研究 ,结果表明 :1、黄土高原典型地区土壤侵蚀影响因素有降雨、地形及土地利用 ;2、黄土高原各典型地区主要侵蚀类型为水蚀及重力侵蚀 ;主要侵蚀发生时间为汛期 ;主要侵蚀空间分布特征为具有垂直分带性 ;3、绥德地区侵蚀产沙强烈 ,天水地区侵蚀相对轻微 ,安塞地区各种侵蚀特征典型 ,西峰地区土壤侵蚀特殊。

陕北黄土高原人工刺槐林生长与土壤干化的关系研究

通过对陕北黄土高原南北 6个人工刺槐林样地进行标准地调查 ,结合树干解析与土壤含水量资料 ,分析了人工刺槐林树高、胸径、材积等指标的生长状况与土壤含水量亏缺的关系。结果表明 ,土壤含水量的亏缺程度与刺槐林的生长有明显的一致性。南部的宜君降雨充沛 ,土壤含水量基本没有亏缺 ,没有产生明显的土壤干化现象 ,相应刺槐林的生长状况良好 ,没有产生衰退迹象。随着降雨量的减少 ,从富县开始 ,土壤含水量发生了严重程度不一的亏缺现象。富县样地因水分亏缺而形成的干化层已影响到了人工刺槐林的生长 ,林分已有了衰退的迹象。样地吴旗、安塞、绥德和米脂则土壤含水量亏缺严重 ,形成了明显的土壤干化层 ,并且严重影响到了人工刺槐林的生长和发育 ,导致人工刺槐林成为低效低产林 ,限制了林分的生态防护效益 ,说明这些地区属于不适宜人工刺槐林生长的分布区。

黄土高原子午岭天然林与刺槐人工林地土壤干化状况对比

详细调查和对比分析了子午岭(富县)天然林地和人工林地土壤水分状况和植被状况,发现天然林地水分亏缺不严重,只在浅层形成了轻度亏缺,并在雨季后能得到及时的恢复;同时这种亏缺并没有影响到天然植被的发育与演替。人工林地土壤水分则亏缺明显,深层亏缺尤为严重,土壤含水量最低平均达到5.90%,已接近凋萎湿度,且这种水分亏缺严重影响了人工林的生存和发展,部分林地已出现了明显的衰退迹象。在此基础上,说明了天然林地土壤水分状况明显优于人工林地的原因是天然林在林分结构上形成了典型的“乔-灌-草”复层稳定的空间层片结构,具有很强的自我调节能力,使天然林在物种的组成成分上逐渐向喜干物种方向发展,以适应气候旱化的总趋势;而人工林则因其结构简单,物种单一,自我调节能力差,在连续干旱的条件下因植被对土壤水分的过度消耗,形成了严重程度不一的土壤干化层。同时,从天然植被的自然水分状况入手,提出了“林地稳定土壤持水量”的概念,来界定土壤干化现象:依据土壤水分的亏缺现状初步将干化程度分为轻度干层(8%～10%)、中度干层(6%～8%)和严重干层(<6%)3个等级;依据土壤水分的补偿深度又将其划分为临时性干层和持续性干层。研究认为,当前人工林地的土壤水分出现严重亏缺而形成土壤干化层是人为不合理经营造成人工林群落林分结构不完善的结果,如果人为干预适当,能创造出类似于天然植被的生存条件,人工植被完全有可能得到正常的生存和发展。

陕北黄土高原土壤干层的分布和分异特征

以人工刺槐林为研究对象 ,经大量野外调查和数据分析 ,研究了陕北黄土高原土壤干层的分布状况和分异特征 .结果表明 ,土壤干层在陕北黄土高原从南到北大范围内普遍分布 ,根据干化程度可分为 4个类型区 :1)以宜君为代表的高原沟壑区南部 ;2 )以富县、黄陵为代表的高原沟壑区北部 ;3)范围较广的丘陵沟壑区 ,该区又可分为南、西、北 3个小区 ,南区以延安、延长为代表 ;西区以吴旗、安塞为代表 ;北区以绥德、米脂为代表 ;4 )以神木为代表的风沙区 .受降雨量的影响 ,土壤干化程度具有明显的水平分异规律 ,即随着降雨量从南到北的减少 ,干化程度亦随之加重 ;受海拔高度、降雨入渗能力的影响 ,土壤干化程度在小范围的山地呈现明显的垂直分异规律 ,海拔愈高 ,干化程度愈严重 ;因土地类型的不同 。

黄土高原子午岭油松林的种子雨和土壤种子库动态

对黄土高原区子午岭不同林龄（18a、29a、40a、54a）油松（Pinus tabulaeformis carr.）人工林及天然林（约75a）的种子雨和土壤种子库进行了研究。结果表明,该区油松种子雨一般从每年9月初开始,一直到11月底结束,种子雨降落历程与林龄大小有关,种子雨发生时间和降落高峰期有所不同。不同林龄的油松种子雨强度不同,种子雨总量大小顺序为：40a人工林（（489.9±8.64）粒.m-2）〉29a人工林（（346.8±7.45）粒·m-2）〉54a人工林（（327.1±8.13）粒.m-2）〉天然林（（146.9±5.25）粒·m-2）〉18a人工林（（78.1±2.72）粒.m-2）。种子雨总量随林龄的增加而增加,约40a时达到高峰,种子雨活力也以40a时最高。不同林龄油松林土壤种子库存在显著差异,其中18a人工林种子库最小,40a人工林种子库最大。从种子雨降落到次年4月,5种林分土壤种子库总量下降了42.34%～53.59%,空粒种子增加了26.72%～48.69%;从4月到8月份种子腐烂率由10.28%～13.62%增加到57.25%～63.28%。动物的搬运、取食和种子腐烂死亡是种子库损耗的主要因素。土壤种子库中的油松种子主要集中在枯枝落叶层,其次为0～2cm层,2～10cm层种子最少。到8月中旬,土壤中98.26%的油松种子都已丧失活性。不同林分下油松幼苗的密度差异较大,40a人工林下幼苗最多,其余依次为29a人工林、54a人工林和天然林,18a人工林下的实生苗极少,幼苗死亡率极高。在一定龄级范围内,人工林结实能力和更新潜力随林龄增加而增加,40a时更新潜力最大。虽然有大量种子下落,但由于种子大量损耗和幼苗死亡,通过环境筛作用而最终可以成熟的个体数量十分有限。

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。

黄土高原耕地变化趋势及驱动力研究——以甘肃陇东地区为例

利用GIS技术并结合相关统计资料,对黄土高原典型区近50年来的耕地数量变化的基本特征、变化过程、耕地流向进行了分析。并应用相关分析法和主成分分析法对近17年耕地变化的驱动因子进行了定量分析。结果表明:1949-2002年陇东地区耕地总量经历了缓慢增加-缓慢减少—急剧减少—缓慢减少的波动变化过程;耕地的主要流向是非农建设用地、林草地和果园等;耕地的增加主要是草地、林地和未利用地开垦而成;干旱、降水不均及水土流失等是耕地变化的自然驱动力。经济增长、人口增长、城市化水平及农业科技进步等是耕地变化的社会经济驱动力。耕地变化过程与国家宏观政策背景相关联。

近70年来黄土高原典型植物δ^(13)C值变化研究

对黄土高原地区 4种典型C3 植物狼牙刺 (Sophoraviciifolia)、辽东栎 (Quercusliaotungensis)、虎榛子 (Os tryopsisdavidiana)和酸枣 (Zizyphusjujubavar.spinosa)样品稳定性碳同位素组分 (δ13 C)进行分析 ,研究了从 2 0世纪 30年代至今近 70年中不同年代植物δ13 C值的变化。结果表明 ,在近 70年中 ,4种植物δ13 C值变化范围为- 2 5 .0 5‰～ - 2 9.75‰ ,平均值为 - 2 7.0 4‰。 4种植物叶片δ13 C值均呈下降趋势 ,表明随气候环境变化 ,近 70年4种植物的水分利用效率 (WUE)均呈降低趋势。但不同植物叶片δ13 C值下降幅度不同 :狼牙刺和辽东栎叶片δ13 C值下降非常明显 ,虎榛子叶片δ13 C值下降也较明显 ,而酸枣叶片δ13 C值下降不明显。 4种植物δ13 C值的降低率分别为 14 .6 5 %、14 .4 6 %、11.99%和 2 .4 4 % ,说明不同植物对气候环境因子的敏感性不同 ,具有不同的适应环境变化的策略 ,酸枣是 4种植物中耐旱能力较强 ,WUE较高的物种。

土壤侵蚀模型研究综述

近年来 ,人们对土壤水蚀形成过程及其模拟进行了广泛研究 ,并针对不同研究对象与目的 ,建立了土壤水蚀的经验预报模型、物理过程模型和分布式模型。在对国内外一些主要的土壤水蚀模型进行评述的基础上 ,讨论土壤侵蚀模型研究与GIS技术和BP神经网络理论结合的发展趋势 ,同时结合土壤水蚀模型的开发和应用情况 ,提出了土壤侵蚀预报模型研究亟待解决的一些问题和我国土壤侵蚀预报模型研究的设想。

黄土高原子午岭种子植物区系特征研究

黄土高原子午岭位于黄土高原中部半湿润半干旱过渡带(107°30'～109°40'E,33°50'～36°50'N).其在植被分区上隶属于泛北极植物区、中国-日本森林植物亚区的华北地区黄土高原植物亚地区.区内共有种子植物94科361属689种,分别占黄土高原区种子植物总数的63.95%、41.78%和21.37%.其中大科、大属在区系组成中起着非常重要的作用.该区种子植物属包含15个分布区类型及12个变型,其中北温带分布、旧世界温带分布、泛热带分布、东亚分布等成分占有重要地位.其种子植物区系的基本特征是:植物种类相对丰富;多种地理成分交汇、过渡特征明显;区系组成以华北成分为主体,温带成分占优势;沿纬度梯度地理成分差异显著,垂直分布带谱不明显;区系成分新老并存,特有化程度低.

黄土高原退耕还林条件下的土壤干化问题

介绍了土壤干化的概念及其对黄土高原生态环境的严重危害和对退耕还林还草工程的不利影响 ,说明了黄土高原地区土壤干化现象的出现是树 (草 )种选择不当和过分追求经济效益的结果 ,论述了黄土高原的植被建设几十年来没有取得成效的原因在于人类活动的逆向作用 ,包括植被类型选择失当 ,群落生产力过高 ,忽视了生物多样性在植被恢复演替中的重要作用等。这些不合理的措施一方面导致了大面积低效低产林的形成 ,另一方面又恶化了植被赖以生存的水分生态条件 ,加速了土壤干化现象的出现。由于其对植被建设的严重不良影响 ,必然影响到黄土高原生态环境的重建 ,在此意义上 ,解决土壤干化问题是目前退耕还林 (草 )工程面临的最为关键的课题之一。

黄土高原退耕地复垦对土壤理化性状及空间变异特征的影响

【目的】明确复垦措施对黄土高原退耕地土壤理化性质的影响,并揭示其空间变异特征,为评价退耕地复垦对当地生态环境的影响提供帮助,并为相关政府决策提供参考。【方法】在实地调查和取样分析的基础上,使用经典统计学和地统计学相结合的方法,以山西省广灵县退耕6年后复垦的典型坡耕地为对象,对比研究了复垦前（2007-04）和复垦2年后（2009-05）表层（0~15 cm）土壤理化性质的差异及空间变异特征。【结果】与复垦前相比,复垦2年后表层土壤有机质、全氮、全磷以及碱解氮、速效磷和速效钾含量分别降低了38%,11%,15%,24%,81%和8%,而体积质量则降低了7%;研究区土壤养分属中等变异,而土壤体积质量属弱变异;复垦前土壤性质的合理采样数依次为有机质〉速效磷〉碱解氮〉速效钾〉全氮〉全磷〉体积质量,复垦后略有变化;土壤养分和体积质量的变化主要是随机性因素（人为活动）作用的结果,且复垦措施可使土壤理化性质的空间相关性减弱并朝均一化方向发展,从而明显影响土壤养分和体积质量的空间分布特征。【结论】退耕地复垦可使土壤理化性状迅速恶化,使其空间相关性减弱和朝均一化方向发展,因此应予以避免。

黄土高原干旱半干旱区生物结皮覆盖土壤水汽吸附与凝结特征

生物结皮是一种广泛分布于干旱半干旱地区土壤表层的特殊复合体,为揭示其对土壤水汽吸附与凝结过程的影响,该研究通过室内定量水汽吸附试验和野外对水汽凝结的连续观测,对黄土高原典型生物结皮(藻结皮、藻藓混生结皮、藓结皮)与裸沙的水汽吸附和凝结特征进行对比研究。结果表明:生物结皮的覆盖显著提升了表层土壤的水汽吸附能力,其平均水汽吸附量比裸沙高66.7%。不同类型生物结皮水汽吸附能力差异显著,表现为藓结皮最高,混生结皮次之,而藻结皮最低。GAB(Guggenheim-Anderson-de Boer)吸附模型能较好的描述生物结皮土壤水汽吸附与解吸附过程,模拟结果决定系数R2>0.99、均方根误差RMSE<0.001 2 g/g及平均相对偏差百分比E<16.0%;此外,生物结皮加剧了土壤水汽吸附与解吸附曲线之间的滞后效应,其滞后指数平均是裸沙的2.0~2.9倍。水汽凝结结果显示,水汽凝结过程均受气温与相对湿度等气象因子制约,且生物结皮覆盖下表层土壤的水汽凝结和蒸发过程相较于裸沙更为迅速。同时,生物结皮的日均水汽凝结量是裸沙的1.6~1.8倍。综上,干旱和半干旱地区生物结皮覆盖显著提高了表层土壤的水汽吸附能力、并增加了水汽凝结量,对区域表层土壤的水分运动过程产生了重要影响。

黄土高原生物结皮覆盖对土壤积水入渗特征的影响及其模型模拟

【目的】探讨生物结皮层覆盖后对土壤水分入渗特征的影响。【方法】于2018年7-8月,以位于陕北黄土高原神木市六道沟小流域的生物结皮覆盖的黄绵土和风沙土为研究对象,以相邻的无结皮黄绵土和风沙土为对照(距离在10 m以内),采用双环法和土柱法分别对其水分入渗特征进行测定,计算饱和导水率(K s)、土壤水分入渗速率及土壤水分入渗参数(稳定入渗速率、平均入渗速率和累积入渗量),并采用Philip模型、Kostiakov模型和Horton模型对水分入渗过程进行模拟。【结果】(1)无论是黄绵土还是风沙土,生物结皮均能降低不同土层土壤的K s,且生物结皮对黄绵土的影响高于风沙土。在0~20 cm土层,与无结皮对照相比,生物结皮覆盖的黄绵土和风沙土上K s平均分别下降了42.1%和25.6%。(2)基于双环法和土柱法的测定结果显示,在积水入渗条件下,生物结皮覆盖黄绵土的稳定入渗速率(0.29~0.55 mm/min)、平均入渗速率(0.57~0.58 mm/min)和累积入渗量(3.63~3.69 cm)与无结皮黄绵土相比分别减少了27.5%~45.0%,32.6%~58.4%和31.8%~61.0%;生物结皮覆盖风沙土的稳定入渗速率(3.30~4.13 mm/min)、平均入渗速率(3.06~4.25 mm/min)和累积入渗量(19.22~26.76 cm)与无结皮风沙土相比分别减少了2.4%~11.3%,1.6%~27.8%和5.5%~26.3%,且基于双环法测定的土壤水分入渗参数整体上略高于土柱法。相对黄绵土,生物结皮对风沙土水分入渗参数的影响较小。(3)不同模型的模拟结果表明,Horton模型对生物结皮覆盖土壤水分入渗过程的拟合效果整体优于Philip模型和Kostiakov模型。【结论】生物结皮层的覆盖降低了0~20 cm土层的渗透性,土壤水分入渗过程可以使用Horton模型进行拟合。

黄土高原藓结皮土壤呼吸速率对降雨量变化的响应

全球气候变化加剧背景下,干旱和半干旱地区的降雨模式将进一步改变,其造成的土壤水分波动是引起土壤呼吸动态变化的重要因素,但生物结皮土壤呼吸响应降雨模式变化继而影响陆地生态系统碳源/汇功能的机制尚不明确。针对黄土高原风沙土发育的藓结皮,以自然降雨量为对照,分别进行幅度为10%、30%、50%的模拟增雨和减雨处理,并利用便携式土壤碳通量分析仪(LI-8100A)测定了模拟增减雨后的藓结皮土壤呼吸速率,对比分析了其对降雨量变化的响应及机制。结果表明:(1)整个实验周期(2018和2019)增雨和减雨分别显著提高(增幅分别为17.9%—48.2%和27.1%—54.2%)和降低了(降幅分别为1.8%—26.8%和5.2%—20.8%)土壤含水量,但对土壤温度的影响不显著;(2)增雨抑制了藓结皮土壤呼吸速率(降幅分别为7.8%—31.7%和14.7%—39.4%),且随梯度增大抑制作用越明显;减雨则取决于减雨梯度,减雨10%和30%会促进土壤呼吸速率(增幅分别为27.5%、9.6%和23.6%、9.7%)而减雨50%具有抑制作用(降幅分别为15.6%和18.5%)。不同实验周期和不同降雨处理间藓结皮土壤呼吸速率大多差异显著;(3)增雨和减雨下藓结皮土壤呼吸速率与土壤温度均成显著指数正相关关系,同时,低含水量时(小于约15%)与土壤含水量均成显著线性正相关关系,而高含水量(大于约15%)时增雨下成显著线性负相关关系。综上,黄土高原藓结皮土壤呼吸速率对降雨量变化具有明显响应,降雨量整体波动减小时其可能成为一潜在碳源。因此,未来黄土高原土壤碳源/汇功能研究中应考虑降雨模式改变对生物结皮土壤呼吸的影响。

黄土高原藓结皮覆盖土壤的穿透阻力特征及其影响因素

生物结皮的发育显著地影响并改变了表层土壤的理化性状,从而影响土壤穿透阻力。为探明生物结皮层对土壤穿透阻力的影响,针对黄土高原风沙土和黄绵土两种典型土壤,利用高精度土壤贯入仪测定并比较了不同含水量下藓结皮土壤和无结皮土壤的穿透阻力差异,定量分析了藓结皮层对土壤穿透阻力的影响及其与土壤性质(含水量、容重和有机质含量以及颗粒组成)的关系。结果表明:风沙土和黄绵土藓结皮层最大穿透阻力的变化范围为0.38~3.74 MPa和0.43~8.01 MPa,分别为同等深度下无结皮土壤的2.14~9.45倍(P=0.001)和1.38~6.27倍(P=0.051)。藓结皮对风沙土穿透阻力的影响深度为表层2~12 mm(P=0.028),而对黄绵土的影响深度为3~24 mm(随含水量变异较大)。同时,与无结皮土壤的穿透阻力随深度增加而线性增加的趋势不同,藓结皮土壤的穿透阻力随深度增加在结皮层呈先增后减的趋势,在结皮下层呈线性增加的趋势。此外,藓结皮土壤的横向穿透阻力和纵向穿透阻力差异显著(P≤0.03),但在无结皮土壤上差异不显著(P≥0.052)。藓结皮土壤的穿透阻力与含水量呈显著的幂函数关系(P<0.001),与容重、有机质含量以及砂粒含量呈线性关系,这些因素均为藓结皮改变表层土壤穿透阻力的重要途径。

近一世纪黄土高原区植物气孔密度变化规律

以黄土高原地区 4种典型 C3植物辽东栎 (Quercus liaotungensis)、虎榛子 (Ostryopsis davidiana)、酸枣 (Zizyphus jujubavar.spinosa)和狼牙刺 (Sophora viciifolia)植物腊叶样品标本为材料 ,利用数码图像显微镜处理系统 ,研究了从 2 0世纪 30年代至 2 0 0 2年中不同年代植物气孔密度的变化情况。结果表明 ,在近百年中 ,4种植物气孔密度随环境变化的演变规律不同 ,辽东栎气孔密度升高率为 1.31% ,几乎没有变化 ,虎榛子气孔密度降低率为 9.79% ,下降也不十分明显 ,而酸枣和狼牙刺的气孔密度降低率分别为 32 .35 %、4 6 .85 % ,下降非常明显。 4种植物气孔密度变化率比较 :狼牙刺 >酸枣 >虎榛子 >辽东栎。说明不同植物对气候环境因子的敏感性不同 ,具有不同的适应环境变化的策略 ,环境变化对气孔密度的影响 。

黄土丘陵区坡沟系统不同侵蚀方式的水力特性初步研究

采用多坡段组合模型,通过室内人工模拟降雨实验,初步研究坡沟系统中片蚀、细沟侵蚀、浅沟及切沟侵蚀的水力、泥沙参数变化及其相互间的关系,以雷诺数、弗劳德数及过水断面单位能量为不同侵蚀方式发生的动力临界指标,初步得出不同侵蚀方式发生的水动力临界值,对揭示坡沟系统土壤侵蚀规律和产沙预报具有重要意义。

黄土丘陵水蚀区生物结皮土壤抗冲性试验研究

以典型黄土丘陵沟壑区不同发育年限的生物结皮为研究对象,探索了不同发育年限生物结皮对土壤有机质含量、水稳性团聚体含量、粘结力、容重等与土壤抗冲性有关的理化性质的影响,并与流水冲刷试验结果相结合,揭示水蚀条件下生物结皮的形成对土壤抗冲性的影响,明确生物结皮在研究区退耕还林(草)生态恢复中的地位及作用。结果表明:结皮形成对土壤有机质含量、水稳性团聚体含量、粘结力、容重均产生了影响。土壤抗冲性与结皮有机质含量、粘结力、水稳性团聚体含量呈负相关,与容重呈正相关。有机质含量对结皮土壤抗冲性影响最大,其次为粘结力、水稳性团聚体含量及土壤容重,其中有机质含量对土壤抗冲性的影响达到极显著水平,粘结力对土壤抗冲性的影响达显著水平。