“双碳”目标下水土保持碳汇计量、监测与评估的思考

开展水土保持碳汇计量、监测与评估是服务我国“碳达峰、碳中和”战略的重要举措之一,可为未来的水土保持措施实施和政策制定提供理论支撑。笔者以“碳达峰、碳中和”战略背景下碳汇相关政策与研究为基础,指出我国水土保持碳汇发展方向,阐明水土保持碳汇计量的概念、应用及评估认证体系。水土保持碳汇计量监测是“双碳”战略、水保规划、内生动力的重要实现手段,也是碳交易、生态富民和投入机制的主要应用场景。加强水土保持碳汇评估、分类管理和认证体系的建设,健全碳汇调查监测技术方法,能够推进水土保持碳汇的精确评估,为碳中和目标提供理论和技术支撑。新时期应全面推行水土保持碳汇计量监测体系建设,提升水土保持碳汇开发方法,建立水土保持碳增汇考核指标,持续挖掘水土保持碳汇增长的潜力,加强碳汇水土保持措施多元化发展,拓宽水土保持碳汇投资渠道,完善水土保持碳汇交易保障机制,推动水土保持碳汇参与碳市场交易。

科教融合理念下水土保持与荒漠化防治专业实践育人模式探索与研究

教学与科研如鸟之双翼,车之双轮,相辅相成。科教融合,协同育人,通过人才培养这座“桥梁”,强化了高等院校在科研和教学之间的相互合作及支持,促进知识学习与科学研究、能力培养的有机结合。以水土保持与荒漠化防治专业为例,把握科教融合、协同育人内在逻辑理念的基础上,积极探索实践育人的培养教育模式,从而提高创新人才培养质量,推进生态文明建设,赋能绿色高质量发展。

内蒙古十大孔兑西柳沟流域土壤侵蚀及水土保持措施调查

[目的]内蒙古十大孔兑地区属黄河中上游多沙粗沙区和生态脆弱区,对该区典型流域西柳沟的土壤侵蚀进行实地调查,分析流域土壤侵蚀特征及成因,为该区水土流失防治提供科学依据。[方法]于2022年9月19—26日和2023年6月21—26日沿X640解柴线(解家营—柴沟堡)和G109京拉线(北京—拉萨)2条公路分别布设15个调查点和14个集水区,对调查点及集水区植被、土壤、土壤侵蚀特征和水土保持措施等进行调查。[结果]流域内草地片蚀较为严重,耕地侵蚀不严重,沟谷内裸地风蚀较为严重。上游黄土高原丘陵区沟蚀严重,且溯源侵蚀、下切侵蚀及沟岸扩张未停止,伴随较为严重的重力侵蚀。中游风沙区以风水复合侵蚀为主,大幅增加了流域的产沙总量。流域内道路建设及边坡开挖等人为扰动进一步加剧了侵蚀风险。径流泥沙含量测定结果验证了流域泥沙的主要来源为上游地区。流域内水土保持措施以植被措施及工程措施为主,虽已起到一定水土保持作用,但由于形式单一而未能发挥理想效果。[结论]西柳沟短历时高强度的降雨特点叠加下层砒砂岩土壤条件共同加剧了该区土壤侵蚀,经济发展压力下的人类活动扰动加剧了生态风险,当地政府亟需持续增加水土保持投入,提高监管能力,加强对于土壤侵蚀的监测与机理研究,完善水土保持综合治理。

安徽省重点水土流失区土壤可蚀性K值评估与修正

[目的]评估不同土壤可蚀性K值计算方法在安徽省重点水土流失区的有效性,并基于实测可蚀性K值校正各计算方法。[方法]应用Nomo方程、修正Nomo方程、EPIC模型、DG模型及Torri模型估算各径流小区土壤可蚀性K值,并基于霍山县、广德县、岳西县及歙县四地的径流小区监测资料,获取真实土壤可蚀性K值,以评估各方法的有效性。[结果]霍山县、广德县、岳西县及歙县土壤可蚀性K值分别为0.033~0.035,0.018,0.021,0.041(t·hm^(2)·h)/(hm^(2)·MJ·mm)。不同方法计算的土壤可蚀性K值差异较大且都远远高估了实测值,整体表现为K_(Torri)>K_(Nomo)>K_(M-Nomo)>K_(DG)>K_(Epic)。校正后的各可蚀性K值计算方法较之前均有很大改进,其中校正后的Nomo方程及修正Nomo方程具有较高的性能。[结论]校正后的Nomo方程及修正Nomo方程被推荐在安徽省重点水土流失区使用。

黄土高原地区水土流失对土地利用和降水变化的响应

[目的]为阐明不同降雨类型下各土地利用类型产流产沙规律,评估不同降雨类型下各土地利用类型的减流减沙效益。[方法]基于黄土高原地区自然降雨条件下31个径流场连续2年(2015—2016年)的径流量和土壤流失量监测数据,探讨不同土地利用类型(农地、撂荒地、人工草地、自然草地、灌丛地、人工林地)的产流产沙特征,明确不同降雨类型下各土地利用类型的减流减沙效率。[结果]年降雨尺度下撂荒地径流量与土壤流失量最大(30 mm,86 t/hm^(2)),人工林地最小(8 mm,24 t/hm^(2)),其他土地利用类型无显著差异。次降雨尺度下,通过聚类分析根据降雨历时、30 min最大降雨强度和降雨强度将120场降雨分为3个降雨类型。降雨类型Ⅰ:降雨历时适中(749 min),降雨量适中(35.4 mm),降雨强度适中(16.9 mm/h);降雨类型Ⅱ:降雨历时短(222 min),降雨量适中(25.2 mm),降雨强度大(23.8 mm/h);降雨类型Ⅲ:降雨历时长(1451 min),降雨量大(40.6 mm),降雨强度低(11.5 mm/h),发现径流系数在3种降雨类型下表现为Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ,土壤流失量表现为Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ。降雨类型Ⅰ灌丛地产生的径流系数显著高于其他土地利用类型,达到17.7%,是人工林地的2.36倍;降雨类型Ⅱ下各土地利用类型径流系数无显著差异,平均径流系数为19.9%;降雨类型Ⅲ撂荒地、人工草地、自然草地与农地的径流系数(平均14.3%)显著高于灌丛地与人工林地(平均9.0%);农地、人工草地、灌丛地和人工林地在降雨类型Ⅱ产生的土壤流失量(3.94,0.87,1.06,1.08 t/hm^(2))>降雨类型Ⅰ(1.60,0.60,0.59,0.63 t/hm^(2))>降雨类型Ⅲ(0.09,0.20,0.06,0.04 t/hm^(2))。[结论]在黄土高原地区,中低雨强的中长历时降雨条件下人工林地是有效控制水土流失的首选,在短历时强降雨条件下灌丛地与草地水土保持效果较好。

连续降雨条件下工程堆积体产流产沙对砾石含量的响应

[目的]探究连续降雨条件下不同砾石含量对陕北沙壤土上方有来水工程堆积体坡面产流产沙的影响,为生产建设项目水土流失治理提供数据支撑和理论参考。[方法]通过室内模拟降雨试验,研究不同砾石含量(0,10%,20%,30%,40%)工程堆积体坡面土壤水动力学特性及产流产沙特征。[结果]①降雨强度相同,随砾石含量增加,工程堆积体坡面初始产流时间表现为递减趋势,减幅为27.22%~64.62%,35.09%~71.70%,47.37%~78.77%,51.75%~82.31%。次降雨径流率表现为“迅速增加—稳定波动”的变化趋势,平均径流率随砾石含量、降雨时间的增加显著增大;但产流峰值随砾石含量增加而降低,且出现时间逐渐提前。②试验各场次雷诺数的变化范围介于74.13~165.05,均小于500,水流属于层流;弗劳德数的变化范围集中在2.14~3.71,表现为急流。水流剪切力、水流功率和单位水流功率随降雨场次的增加而显著增加。③0%~40%砾石含量工程堆积体坡面侵蚀速率介于0.45~6.73,0.13~4.09,0.25~1.26,0.14~0.96,0.13~0.88 g/(m^(2)·min),各砾石含量堆积体减沙幅度分别为36.06%,49.05%,55.23%和56.62%,其中砾石高覆盖度(40%)的沙壤土工程堆积体坡面土壤侵蚀强度较小。[结论]砾石覆盖在沙壤土工程堆积体坡面的水土流失过程中可显著降低土壤侵蚀速率,从而实现拦蓄水土,保持较高的减沙效益。

基于REE示踪法的工程堆积体坡面泥沙来源研究

[目的]探究生产建设项目工程堆积体坡面侵蚀的泥沙来源,更有针对性地布设水土流失防治措施,减少人为扰动造成的水土流失。[方法]结合室内人工模拟降雨试验与REE(Rare Earth Elements)示踪技术,研究90 mm/h雨强下不同砾石含量[0(纯土),10%,20%,30%]工程堆积体坡面不同坡位的侵蚀特征及侵蚀贡献率。[结果](1)不同砾石含量堆积体各坡位侵蚀量均为下坡位最大,同时下坡位平均侵蚀贡献率(57.40%)大于上坡位和中坡位,表明下坡位是坡面泥沙的主要来源。(2)含砾石堆积体坡面中坡位和下坡位的侵蚀量显著小于纯土堆积体。含砾石堆积体坡面上坡位和中坡位的侵蚀贡献率显著+大于纯土堆积体坡面,下坡位侵蚀贡献率显著小于纯土堆积体坡面。(3)砾石含量对下坡位侵蚀量和贡献率的影响更显著(p<0.05)。含砾石堆积体中,20%砾石含量堆积体坡面上坡位和下坡位的侵蚀量显著大于10%,30%砾石含量堆积体。10%砾石含量堆积体坡面上坡位侵蚀贡献率显著大于20%,30%砾石含量堆积体坡面,下坡位侵蚀贡献率显著小于20%,30%砾石含量堆积体坡面。[结论]各砾石含量工程堆积体坡面中,下坡位侵蚀贡献率均最大,表明下坡位是工程堆积体坡面泥沙的主要来源,要加强工程堆积体下坡位的防护和治理。

陕西省镇安县水土保持示范县创建的思路与对策

文章分析了陕西省镇安县为建设水土保持示范县所采取的措施及成效,总结了水土保持工作的治理经验,规划了下一步工作目标。该县以生态清洁小流域为抓手,积极探索全县水土保持治理模式及方法。通过建立生态自然修复区、沟道及周边整治区以及综合治理区,健全水土保持工程管护机制、生产建设项目监管机制,大力推广水土保持信息化应用等方式,在社会、生态、经济方面取得了良好成效。根据以往治理措施与所得成效,在制度措施、管理体系、资金供给、宣传普及等方面总结经验,并根据当前状况制定未来工作目标。

作物旱后复水补偿效应产生的源-库-流的响应及机制

[目的]作物在生长过程,尤其在干旱半干旱地区,时常经受干旱和复水(降雨或灌溉)过程。干旱胁迫下作物的生长发育受到抑制,产量降低;同时,经过干旱胁迫后作物对干旱胁迫的耐受性有所提高;而干旱胁迫后复水,为了弥补作物干旱期间的损失,作物往往表现出补偿性生长,在产量上产生补偿甚至超补偿效应。作物旱后复水补偿效应是作物对干旱胁迫的积极响应与复水后补偿性生长的共同结果,在旱区作物生产中合理利用旱后复水补偿效应可以有效提升作物产量和水分利用效率。[方法]“源库”关系被广泛用来解释作物产量的形成过程,调控源库关系也是提高作物产量的重要途径。旱后复水补偿效应的产生与作物“源—库—流”响应关系密切。[结果]基于当前的研究进展,从“源库”关系总结作物旱后复水补偿作用产生的机制。在干旱胁迫过程中,源端表现为气孔关闭、光合降低、可溶性碳水化合物累积增加,而库端表现为库活性增加。复水后补偿效应产生过程中,在源端气孔打开、光合恢复、短时间内甚至高于干旱胁迫前,同时源端(叶片)可溶性碳水化合物代谢增强,促进作物光合作用,碳水化合物的合成能力提高;在库端(籽粒)库活性维持较高水平,同化物卸载和累积速度加快;同时流中同化物转运维持较高水平。在补偿效应产生的源—库响应中同化物的转运积累起着重要的作用,其中蔗糖转化酶(INV)、细胞壁转化酶(CW-INV)和聚糖代谢酶(1-FEH w3)活性在作物旱后复水补偿效应的源库响应过程中起着至关重要的作用。[结论]从源库关系角度对旱后复水补偿效应产生的机制进行较为深入的总结和分析,为理解作物旱后复水补偿效应产生的机制及旱区作物水分高效利用提供理论依据。

气候变化背景下山西省气象干旱时空演变特征

干旱频发对生态资源、农业发展造成了严重影响,为揭示山西省干旱时空演变特征,基于1971—2020年山西省24个气象站点的逐月气象资料,利用改进的Mann-Kendall方法检验各气象因子的年变化趋势,采用FAO56 Penman-Monteith公式计算参考作物腾发量(ET0),分析单个气象因子变化情况下ET0的变化特征和对气象因子的敏感性,比较各时间尺度(月、季、年尺度)不同干旱指数(降水距平百分率(Pa)、标准化降水指数(SPI)和标准化降水蒸散指数(SPEI))对山西省干旱灾害监测能力。结果表明:ET0与相对湿度呈负相关,气象因子对ET0的敏感性由大到小依次为相对湿度、日最高气温、2 m处风速、日最低气温、日平均气温,ET0呈波动下降趋势。SPEI能够在多时间尺度上有效反映山西省干旱状况,是该地区干旱监测的有效工具。在月、季、年尺度下,比较3个干旱指数,Pa检测效果较差,SPI和SPEI在某些地理区域存在较大差异,整体而言,SPEI在多数地区检测干旱的性能更好;SPEI-1尺度下,各干旱等级发生频率由大到小依次为轻旱(14.8%)、中旱(10.6%)、重旱(5.6%)、特旱(1.9%),3月干旱发生率最高(34%),12月发生率最低(31.8%),吕梁市、晋中市、大同市干旱情况较为严重;SPEI-3尺度下,季节发生干旱频率由大到小依次为秋季(33.5%)、夏季(32.5%)、春季(31.9%)、冬季(31.4%),大同市、长治市特旱发生频率最高,旱情最为严重,忻州市轻旱频率、朔州市中旱频率、吕梁市重旱频率最高;SPEI-12尺度下,轻、中、重、特旱频率分别为14.8%、10.5%、5.4%、2.3%,SPEI-12相较SPEI-1和SPEI-3识别重旱、特旱的站点更多,并基于游程理论得出,山西省南部干旱频次更多,东部干旱历时更长、干旱严重程度更大,干旱峰值主要出现在山西省南北部,由于年均降水呈波动性下降,年均气温整体上升,山西省的气候趋于暖干化,南北部旱情将有所加重,中部地区旱情有所减缓,全域性干旱仍有很大发生可能。

黄土塬区果园-农田交界带土壤水分分布及农田对果园的供水特征

[目的]为探明黄土高原南部塬区果园-农田镶嵌格局下土壤水分空间分布与协同利用特征。[方法]选取长武塬区10龄、21龄和25龄苹果园(AO10、AO21和AO25)及其邻近农田,通过测定2021年雨季后果园-农田交界带有关位点的土壤含水量,定量计算农田土壤储水对果园耗水的贡献。[结果]2021年降水量756 mm,为典型的丰水年份,农田和AO21、AO25果园降雨入渗深度在11月底分别达8.4,7.0,5.0 m。AO10果园-农田交界带以4 m深度为界,其下部土壤含水量较上部大,4-10 m土层平均含水量为25.5%;AO21果园0-7 m土层平均含水量为22.1%,7-10 m为15.0%;AO25果园0-5 m土层平均含水量为20.9%,5-10 m土层平均含水量为13.6%,AO21和AO25果园分别在7.0,5.0 m以下仍存在土壤干层。水平方向上,AO21、AO25果园利用邻近农田土壤水分的距离分别达到5,8 m,农果交界面上农田向果园的供水量,当以干层上界划分土壤剖面,其上为表观供水量,2个果园分别为0.08,0.25 m^(3)/m^(2);其下为实际供水量,分别为0.45,0.81 m^(3)/m^(2)。[结论]黄土塬区果园和农田镶嵌布局是一种较为合理的利用结构,在其规划管理中应考虑果树年限及其相邻农田宽度等因素,研究结果有助于推进区域土壤水资源的可持续利用及其空间优化。

不同水氮环境下玉米品种的产量稳定性和干物质积累与分配差异

为深入解析不同玉米品种对水氮环境的适应机制和产量形成过程,通过8个玉米品种在6种水氮处理组合下的田间试验,采用加性主效应和乘性互作(AMMI)模型分析各玉米品种在不同水氮环境下的产量稳定性,探讨这些品种产量构成因素以及干物质积累与分配的差异。结果表明,‘军育535’、‘强盛388’、‘美豫22’和‘盛育367’为产量稳定性较高的品种,‘先耕303’、‘秦龙14’、‘西蒙M1711’和‘金北516’为产量稳定性较低的品种。稳定性较高品种的百粒重以及吐丝期穗和成熟期籽粒的干物质积累量和分配系数显著较高,但灌溉和施氮后,稳定性较低品种的百粒重增幅分别比稳定性较高品种提高21.64%和49.22%。补灌处理后,稳定性较低品种的吐丝期穗和成熟期籽粒干物质积累量增幅比稳定性较高品种分别提高14.92%和24.79%,分配系数增幅分别提高58.40%和34.68%;施氮处理后,稳定性较低品种的吐丝期穗和成熟期籽粒干物质积累量增幅比稳定性较高品种分别提高46.96%和27.55%,分配系数增幅分别提高57.93%和61.19%;补灌和施氮后,稳定性较低品种产量增幅分别为5.91%和97.02%,从而使其在W0N0处理下产量比稳定性较高品种低9.60%,但在W1N2处理下提高0.50%。综上,稳定性较低的品种对增施氮肥或补充灌溉的响应更为敏感,其在较优的水氮条件下可表现出更显著的增产效应。

土壤磷素地表径流提取系数研究进展

土壤磷素地表径流提取系数(phosphorus extraction coefficient,ECp)是模拟表层土壤可溶性磷随地表径流迁移,估算农业磷非点源污染负荷模型中的一个重要参数。当前ECp的相关研究存在内涵模糊,确定方法各异,变异范围和影响机制也不够清晰等问题。本文梳理了国内外相关研究中ECp的提取方法、影响因素,为提高农业磷非点源污染评估的精度提供理论依据。ECp定义为地表径流溶解态磷(dissolved phosphorus,DP)浓度与表层土壤可溶性磷含量的比率。该系数通常基于降雨试验,通过建立地表径流DP和表层土壤磷含量的线性回归方程,用回归线的斜率表示ECp,因此其概念本质主要体现在统计学意义上。ECp受降雨、土壤、植被覆盖和农田管理措施等多种因素影响,变异范围较大。ECp通常与土壤黏粒含量、吸附性、植被覆盖度等因素呈反比,而与土壤初始含水量呈正比。非石灰性土壤ECp值一般大于石灰性土壤。为简化计算,ECp在NPS污染模型中通常被设为一个定值。例如,在化学物质、径流和土壤侵蚀(chemicals,runoff,and erosion from agriculture management,CREAMS)及农业非点源(agricultural nonpoint source,AGNPS)模型中,ECp值设为7.5,而在土壤侵蚀和作物生产力评价(erosion/productivity impact calculator,EPIC)和水土评估工具(soil and water assessment tools,SWAT)模型中,ECp值则设为5.7。因此,未来研究仍需重视ECp的物理内涵,精准测算多次降雨平均和动态ECp,阐明土壤磷素地表径流提取的动力机制;加强地表径流和表层土壤中可溶性磷素含量间的非线性关系的研究,提高ECp值确定方法的适用性;深入分析不同区域ECp的变异特征和影响因素,针对施肥频繁且易发生复杂强烈水力侵蚀的坡耕地,尤其需要提出ECp的校正值;用核定后或者监测获得的ECp统计值代替现有NPS污染模型中的常数,以提高土壤磷素流失负荷模拟精度。

长期施肥对旱作雨养农田土壤水分特性的影响

[目的]探究长期不同施肥下农田土壤水分特性的变化及其与土壤理化性质的关系,为关中地区旱作雨养农田科学施肥提供科学依据。[方法]选取旱作雨养农田长期施肥定位试验的5个处理:不施肥(CK),单施氮肥(N),氮磷肥配施(NP),氮磷钾肥配施(NPK),有机肥与氮磷钾肥配施(MNPK)。采样测定土壤有机质、阳离子交换量、塑性、容重和水分特征曲线,通过V-G模型获得土壤水分特性参数和孔径分布,分析了长期施肥对土壤水分特性变化的影响。[结果]与CK相比,单施N处理仅显著提高土壤有机质(增幅6.8%)、容重(8.7%)和降低塑性指数(3.0%);其他施肥处理显著提高了土壤有机质(31.4%~78.4%)、阳离子交换量(1.5%~7.7%)、上塑限(8.1%~14.8%)、下塑限(7.9%~18.7%)和塑性指数(8.3%~10.4%),其中,MNPK处理增幅最大。所有处理土壤水分特征曲线的变化趋势基本相同,均可用V-G模型很好地进行模拟。与CK处理相比,MNPK处理显著提高了土壤田间持水量(39.0%)、凋萎系数(64.7%)、有效含水率(22.5%)、速效含水率(18.1%)和迟效含水率(37.5%),而其他施肥仅提高部分土壤水分特性指标。施肥处理均降低了土壤大孔隙比例,MNPK,NPK和N处理提高了土壤中、小孔隙比例提升。土壤有机质、阳离子交换量、容重和塑性指数对土壤水分特性指标变异的总解释度达99.99%(p<0.05),其中土壤有机质(55.2%,p=0.034)和阳离子交换量(40.7%,p=0.022)贡献显著。[结论]有机无机肥配施可显著降低土壤容重,提高土壤有机质、阳离子交换量、土壤饱和含水率、田间持水量、有效含水率,更好地改善土壤持水和供水性能,是适合干旱半干旱地区雨养农业的施肥模式。土壤有机质和阳离子交换量是影响土壤水分特性的两个重要因素,土壤有机质与阳离子交换量越高,土壤持水性越强和有效水越多,提升土壤有机质水平是提高旱作雨养农田水分保蓄和利用效率的首要途径。

干旱胁迫对连翘幼苗非结构性碳分配和水力特性的影响

为了探究长期干旱胁迫下连翘不同器官的非结构性碳水化合物(NSC)含量与水力特性的协调及响应机制。以连续3年不同水分条件处理后的连翘幼苗为研究对象,设置3个水分处理(适宜供水、中度干旱胁迫和重度干旱胁迫),研究长期干旱胁迫后连翘幼苗的光合特性、生物量的分配、NSC各组分含量、水力特性的变化及其碳水两者之间的相关关系。结果表明:(1)适宜供水、中度干旱、重度干旱胁迫下,枝条的栓塞程度分别为30.7%、41.8%和42.3%,枝条导水率分别为0.95、0.71、0.65 kg m^(-1)s-1MPa^(-1)。(2)重度干旱胁迫显著降低了净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、水分利用效率。(3)重度干旱胁迫导致地上和粗根生物量显著降低,细根生物量和根冠比显著增加。此外,各器官的NSC含量显著降低,其根系NSC消耗量最高,根系的可溶性总糖和淀粉含量显著降低,枝条的可溶性总糖、葡萄糖和蔗糖含量增加了12.9%、31.1%和45.7%,而淀粉含量降低了40.7%。(4)枝条栓塞程度和导水率与可溶性总糖、淀粉、蔗糖和葡萄糖含量显著相关,其栓塞程度与可溶性总糖、葡萄糖和蔗糖呈正相关,而与淀粉呈负相关(P<0.01)。综上所述,干旱导致连翘枝条木质部的栓塞程度增加,导水率、光合作用和水分运输效率均显著降低,但连翘通过提高枝条内可溶性总糖、葡萄糖、蔗糖含量和降低淀粉、NSC含量以提高植物在干旱条件下的存活机率及旱后水分恢复能力,研究为半干旱区连翘培育和经营提供理论依据。

高速公路边坡生态防护技术及发展趋势分析

该文详细阐述生态防护在高速公路工程建设中的重要性,主要通过植被的蓄水、保肥和固土功能来加固和保护边坡。这种防护作用主要体现在根系的力学效应和植被的水文效应2个方面。同时,深入探讨公路路基边坡生态防护技术及其机理,并试图将这些知识应用于提升生态防护技术手段。为实现此目标,结合多年野外工作实践经验,以公路边坡植物防护技术为研究对象,从多角度对边坡植树种草防护技术的发展和生态防护机理进行深入分析。

半干旱区退化草地开垦为苜蓿地对土壤无机碳的影响

为分析半干旱区退化草地开垦后土壤无机碳储量的变化,探讨开垦对土壤无机碳的影响机制,以半干旱区开垦农田(苜蓿地)为研究对象,以邻近的退化草地(荒漠草原)作为对照,借助碳稳定同位素技术,测定并计算0~300 cm土壤深度土壤无机碳(SIC)、次生碳酸盐(PIC)和原生碳酸盐(LIC)的储量。结果表明,与退化草地相比,苜蓿地0~300 cm处的SIC总储量显著增加了88.42 Mg·hm^(-2),PIC总储量显著增加了105.71 Mg·hm^(-2),LIC总储量显著减少了17.29 Mg·hm^(-2)。退化草地开垦促进了PIC在深层土壤的积累,进而促进了SIC的增加,表明开垦能够增强半干旱地区土壤的固碳能力,且PIC的增加导致了SIC的净累积。

不同含水量及冻结温度对黑土冻融循环过程有机碳矿化的影响

[目的]冻融过程土壤呼吸在年土壤呼吸总量中占有重要比例,研究探讨土壤冻融过程中含水量、冻结温度和冻融循环次数对土壤碳矿化动态的影响。[方法]以黑龙江省嫩江县鹤山农场九三水土实验站黑土为研究对象,开展室内冻融程度模拟试验,进行7次冻融循环,设置100%田间持水量(100%WHC)、60%田间持水量(60%WHC)和30%田间持水量(30%WHC)3种土壤含水量;10℃恒温处理(对照)、-5℃冻结处理(轻度冻结)和-15℃冻结处理(重度冻结)3种环境温度。[结果]冻融循环次数、含水量和冻结温度对CO_(2)排放量有显著影响,影响度分别为-0.63,0.21,0.14。解冻过程显著增加土壤碳矿化量;轻度冻结时,前3次冻融循环60%WHC土壤碳矿化量比100%WHC和30%WHC分别提高33.0%,35.2%,后4次冻融循环差异不明显;重度冻结时,前2次冻融循环100%WHC土壤碳矿化量,比60%WHC和30%WHC土壤分别提高25.2%,68.0%,后5次冻融循环差异不明显。[结论]冻融循环次数对土壤CO_(2)排放量影响最大,含水量次之,冻结温度最小。冻融作用增加低含水量土壤的CO_(2)累积排放量;降低高含水量土壤的CO_(2)累积排放量;而对中等含水量土壤,轻度冻结增加CO_(2)累积排放量,重度冻结降低CO_(2)累积排放量。一级动力学方程对冻融土壤CO_(2)排放量的拟合效果较好(R^(2)>0.997),含水量和冻结温度对有机碳矿化潜力C0值有显著影响。

利用探地雷达测定东北黑土层厚度在坡面的空间变化

准确掌握黑土层厚度分布信息对于黑土资源评价和保护具有重要意义。然而,传统土层厚度测定方法包括土壤剖面法、插钎法和钻孔法等对于大范围的土壤厚度测定效率较低且连续性较差。本研究利用探地雷达探测了东北黑土区直型、凸型和凹型3种坡型坡面的黑土层厚度。室内模拟试验对黑土及黄土母质土壤分别设置不同的容重和含水量,探究土壤含水量和容重对土壤介电常数的影响以及探地雷达测定黑土厚度的可行性。野外试验通过开挖剖面和预埋标识物,验证了探地雷达测量黑土厚度的准确性。结果表明:土壤介电常数随容重的增大而增大,随土壤含水量的增加而减小;黑土和黄土母质层土壤含水量、容重和介电常数之间的关系可以用两个对数方程来描述,其精确度为95.26%~99.66%。探地雷达测量黑土厚度与剖面实测厚度相比,精确度为87.05%~95.58%。3个坡面的黑土厚度空间分布不同,且坡脚发生沉积处的黑土厚度较大,坡肩和坡背土壤侵蚀较严重处的黑土厚度较薄。本研究可为进一步探明和保护黑土资源提供一种高效、准确的土壤厚度调查方法。

黄土高原春玉米氮肥生产力对不同耕作措施的响应:Meta分析

为明确黄土高原不同耕作措施(覆盖种植、秸秆还田、深松耕和免耕)对春玉米氮肥偏生产力(PFP_(N))的影响,探究不同耕作措施下驱动春玉米PFP_(N)变化的因素,本研究采用Meta分析、回归分析和随机森林相结合的方法,以传统耕作措施(裸地种植、无秸秆还田和犁耕)为对照,分析了春玉米PFP_(N)在不同耕作措施下的变化特征。结果表明:与传统耕作措施相比,覆盖、秸秆还田和深松耕分别使春玉米PFP_(N)提高38.8%、10.3%和8.4%,而免耕对春玉米PFP_(N)无显著影响。随机森林模型表明:在覆盖和秸秆还田措施下,年均降雨量和生育期降雨量是影响春玉米PFP_(N)的两个重要因素;在深松耕措施下,年均降雨量和持续时间是影响春玉米PFP_(N)的两个重要因素。亚组与回归分析表明:在年均降雨量≤400 mm、生育期降雨量≤300 mm或年均温度<7℃的区域,覆盖可以使春玉米PFP_(N)提高77.7%~99.5%,且覆盖措施对春玉米PFP_(N)的提高效果与年均降雨量、生育期降雨量和年均温度呈负相关;在年均降雨量400~500 mm或生育期降雨量300~400 mm的条件下,秸秆还田使春玉米PFP_(N)提高10.2%~16.3%;在年均降雨量400~500 mm,深松耕试验持续时间<3 a时,春玉米PFP_(N)可提高14.1%~14.6%。因此,依据区域和气候特征,采用适宜的耕作措施可以进一步提高春玉米PFP_(N),促进旱区作物可持续生产目标的实现。本研究可为提高黄土高原春玉米PFP_(N)以及制定区域可持续发展的农业生产策略提供参考。