黄土丘陵区人工沙棘林水土保持作用机理及效益

沙棘是我国半干旱地区用于水土保持造林的主要生态 经济型树种,在“三北”地区生态环境建设中发挥重要作用.对野外试验资料分析表明,7～10龄沙棘林冠年平均截留率为8 5 % ,6～10龄沙棘林地枯落物层单次可截留0 89mm降水;沙棘林通过改善土壤理化性质,具有提高土壤入渗和抗冲性能作用,其中土壤中毛根数量是决定土壤抗冲能力的主要指标.沙棘林的水土保持作用随林龄变化明显,幼林(2～3龄)阶段的作用很小,降水特性是决定林地产流产沙量的主要因素;成林(4～5龄)阶段,产流产沙量受降水和林分生长的共同影响;成林后(6～12龄)阶段,降水特性的影响很小,林地产流产沙量维持相对稳定,年径流深与侵蚀模数分别为0 3～3 4mm、0～6 75t·km-2 .幼林至成林(2～5龄)阶段,径流含沙量急剧减少,成林后(6～12龄)阶段,径流含沙量趋于稳定,含沙量变化在0～5 0 9kg·m-3 .

水土保持技术对农业产业-资源系统的耦合路径分析

水土保持技术通过对农业产业-资源系统的作用过程影响系统的耦合效果,这一过程及效果成为农户选择水土保持技术的关键点。为此,运用结构方程模型,以典型流域-县南沟流域为对象,通过对2017年130户农户调研资料的分析,揭示其作用过程和耦合路径,结果表明:水土保持技术与生态环境、农业资源、农业产业形成了一个新的耦合系统,水土保持技术对生态环境的改良和农业资源量的增加具有促进作用,对农业产业的发展具有抑制作用。但其(现阶段)作用强度较弱,(水土保持技术对三者的路径系数分别为0.13、0.08、-0.02);这是由于县南沟流域基本完成了规模化治理,故水土保持技术对农业产业-资源系统的影响的弱强度是基于水土流失治理及治理措施有效发挥基础之上的弱强度,同时隐含了现有的水土保持技术体系已不能完全满足新时代背景下生态文明建设与经济发展的需求,需要围绕水土保持内涵经营过程,以生态功能的提升为主线,筛选、集成、研发水土保持技术,形成可适化水土保持技术体系。

水土保持林恢复土壤可溶性碳氮组分动态与三维荧光特征分析

为探究水土保持林恢复过程中土壤可溶性碳氮含量变化及其有机组成特性,揭示水保林土壤固存可溶性有机质的效应及机制。选取了黄土丘陵区恢复12—45a的人工柠条、刺槐林以及撂荒地,分析了土壤可溶性碳氮含量及其三维荧光光谱特征与特性参数的动态变化。结果表明:随恢复年限的增加,3种植被土壤可溶性有机碳(DOC)、有机氮(DON)、无机氮(DIN)的含量均呈增加趋势,并且相同恢复年限下DOC、DON、DIN含量总体表现为撂荒<柠条<刺槐;但柠条和刺槐林土壤DOC:DON及二者占总有机碳、全氮比例并未持续增加,到恢复45a时DOC占总有机碳比例以及DOC:DON均以撂荒地最高,刺槐林最低,DON占全氮比例则表现相反。三维荧光结合平行因子分析得出所有样地土壤可溶性有机质(DOM)主要有大分子腐殖物质(C1)、低分子量类富里酸(C2)、类色氨酸(C3)及农业措施输入的腐殖物质(C4)4个组分,并且以C1组分占比最大,平均达37.4%。随恢复年限增加,3种植被土壤DOM中C3组分占比升高,C2和C4组分占比降低,C1组分占比在柠条和刺槐林中升高,在撂荒地中则降低。不同植被土壤可溶性有机质荧光指数(FI)、新鲜度指数(β:α)及自生源指数(BIX)差异不显著,分别为1.63、0.58、0.59;不同恢复年限撂荒地腐殖化指数(HIX)没有差异,但柠条和刺槐林显著高于撂荒且随恢复年限增加先增大后稳定。综上,水保林持续恢复可以显著提升土壤可溶性碳氮含量,也使土壤可溶有机质组成趋向复杂和相对稳定,利于累积固持,特别以刺槐林效应最明显。

新疆赛里木湖景区管道施工水土保持综合防治措施

风景名胜区同时具有重要的生态功能和社会功能,从水土流失防治角度看,具有其独特性。大型建设项目施工过程中,若采取传统的施工方法则会对景区造成较大的破坏,这种破坏所造成的损失将无法弥补。因此,需要采取特别精细、具有针对性的水土保持防治措施,保障景区两种功能的正常发挥。现以西气东输二线管道穿越赛里木湖风景名胜区为例,从草原保护、植被恢复为出发点,着重介绍了新疆赛里木湖景区管道项目区与工程概况及施工过程中采取并取得了良好效果的水土保持综合防治措施,旨在为同类景区工程建设中的水土流失防治提供借鉴。

库岸崩滑机理研究方法综述

述评库岸崩滑机理研究方法的研究现状、存在问题和发展方向。监测法具有速度快、自动化程度高等优势,但易受到天气、环境等因素的影响。调查法具有灵活性强且适用范围广等特点,但调查法不能全面地获取研究区灾害信息。监测法和调查法都能为模型试验和数值模拟提供校正数据,但是二者均难以观测库岸崩滑发生、发展的过程。模型试验不仅能对下垫面形状进行情形假定,还能够在实验室条件下对崩滑过程进行精确观测,但模型试验必须考虑模型与原型的相似问题。现场试验法不用重塑下垫面地形,易于对复杂的水土流失现场进行模拟,但在野外往往难以进行精细的模拟和观测。数值法能对较大尺度的库岸崩滑进行统计分析或者预测,但其计算结果须通过监测、调查或者试验的结果来验证。因此,应根据项目的研究目标和研究内容确定相应的研究方法。

黄河流域2001—2020年植被物候及其对气候变化的响应

植被周期性的物候更替被公认为是全球气候变化的综合指示器,深入研究区域植被物候的变化趋势和时空特征,可以提高对该区生态系统稳定性及动态变化程度的认识。基于2001—2020年16天、250m分辨率的中分辨率成像光谱仪归一化植被指数(MODIS NDVI)数据,利用Savitzky-Golay滤波法(S-G)和相对阈值法提取黄河流域植被物候参数,结合谷歌地球引擎(GEE)平台提供的欧洲中期天气预报中心第五代陆地再分析数据集(ERA5-LAND)小时气候再分析数据集和气候危害组红外降水站数据(CHIRPS)日降水数据集数据,运用趋势分析和偏相关分析等方法,探究全球气候变化下黄河流域不同植被分区物候参数空间分布特征、变化趋势,及其对气候因子的响应。结果表明:(1)2001—2020年黄河流域气候整体呈暖湿化的发展趋势,年均温上升幅度为0.15℃/10a(P>0.05),年降水增加幅度为24mm/10a(P<0.05)。(2)黄河流域暖温带落叶阔叶林区域的生长季始期和中期最早,温带南部典型草原亚地带和温带南部荒漠草原亚地带最晚,温带灌木、禾草半荒漠亚地带的生长季结束期最晚,青藏高原高寒植被区域的生长季长度最短。(3)全流域内生长季始期和中期分别有69.3%和66.4%的面积呈提前趋势(P<0.05),生长季末期50.9%的面积结束期呈推迟趋势(P<0.05),66.1%的面积整个生长季长度呈延长趋势(P<0.05)。(4)不同植被地带气候对物候参数影响存在差异,温度因子对带北部典型草原亚地带、高寒草原地带和高寒草甸地带的物候参数影响较大,降水和太阳辐射因子对温带南部典型草原亚地带、温带灌木、禾草半荒漠地带、温带南部荒漠草原亚地带和中亚热带常绿阔叶林地带的物候参数影响较大。

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。

秦岭羽枝青藓生长的关键影响因子

利用苔藓植物开展裸岩工程创面生态修复是一条低成本、高效益的潜在新途径,巨量苔藓种源的供给是实现这种新措施工程化应用的根本前提,而掌握特定藓种生长的发育特征及关键影响因子则是实现这一目标的首要任务。以秦岭地区石生优势藓种——羽枝青藓(Brachythecium plumosum)为研究对象,利用野外原位观测、室内组织培养及养分施加试验,通过观测生长指标(主茎长、覆盖面积、分枝长和分枝数)和形态变化,了解其自然发育特征和不同繁殖体类型及养分供给模式对其生长发育的影响。结果表明:(1)羽枝青藓通过特有的形态特征适应岩石表层环境。主茎生长时,其侧边分枝同步发育、且表现的较为密集。(2)微生境显著影响羽枝青藓发育。与冠层间相比,冠层下除光照强度降低幅度较大外(15%—55%),空气湿度、温度的变化幅度较小,但羽枝青藓的生长速率提高3倍以上。(3)羽枝青藓的茎和叶片都有发育为配子体的潜力,但茎的再生能力优于叶片,且二者的发育模式不同。接种茎的成活率达到100%,配子体由茎直接再生,发育的原丝体未分化,主要发挥定殖和养分吸收的作用;叶片的成活率仅3.3%,发育过程中先产生原丝体,再分化为配子体。(4)长期营养液供给可能对岩石表层的苔藓生长产生负面影响。Hoagland营养液在试验前期促进了羽枝青藓生长,但也加剧了致病菌和藻类发育,导致后期羽枝青藓发黄枯萎。总的来看:羽枝青藓对逆境有较强的适应性,对微环境变化敏感,周围生长条件适宜时可快速向外扩张。不同的繁殖体和营养液供给模式都会对羽枝青藓的生长产生显著影响。开展羽枝青藓种源扩繁生产时应充分借鉴这些研究结果。

黄土区参考作物蒸散量多种计算方法的比较研究

参考作物蒸散量的计算公式大多存在地域性限制,分析其应用情况能够反映这些公式在中国部分地区的应用前景。该文根据1996～2000年陕西省榆林、延安与西安三站的逐日气象资料,以FAO推荐的Penman-Monteith方法为标准,对计算参考作物蒸散量的10种方法进行比较。线性回归,平方根误差与平均偏差方法检验的结果显示:Penman系列方法之间关系密切,Kimberly PM-72方法最好。不同方法之间在夏季的差异较大,春秋季较小。在需要数据较少的方法中Priestley-Taylor方法接近Penman-Monteith方法。FAO-Rad、FAO-BC、Hargreaves与Makkink 4种方法与其差异明显,而且存在地域差异。在本区应用这些方法时需要对其参数进行适当调整,以适应当地的气象条件。

土壤大孔隙流研究现状与发展趋势

大孔隙流方面的研究是土壤水运动机理由均质走向非均质领域的标志而成为土壤物理学学目前的研究热点,研究成果对评估土壤污染物风险、确定灌溉、施肥、以及种植作物方案等提供理论依据。围绕大孔隙的分类标准、大孔隙流的影响因素、土壤大孔隙流量化方法3个方面综合介绍了土壤大孔隙流的研究现状,指出目前研究中存在的不足以及今后的发展趋势。旨在为深入研究大孔隙流提供新的思路及参考。

工程堆积体坡面植物篱的控蚀效果及其机制研究

工程堆积体极易产生水土流失,是生产建设项目水土流失防治的重点。为探明工程堆积体植物篱控蚀效果和机理,通过野外模拟径流冲刷试验,该文采用35、45、55 L/min 3种放水流量,对24°、28°、32°三种坡度的植物篱(H)及裸露对照小区(C)堆积体边坡(20 m×5 m标准监测小区)进行模拟放水冲刷试验,选取产沙率、径流含沙量、减沙量、径流挟沙力、剪切力、剥蚀率和径流功率等因子对堆积体坡面植物篱的控蚀效果及其机理进行分析。结果表明:堆积体侵蚀时间段集中在产流中后期(10~32 min),侵蚀位置主要在坡面中上段(0~10 m),植物篱具有10%~45%的减沙效益,其控蚀能力与冲刷历时之间存在二次函数的关系,临界时间随坡度和流量的增加而提前;植物篱坡面产流后期径流含沙量超过裸坡,这与其在侵蚀过程中的"源-汇"转变有关;植物篱可降低坡面土壤剥蚀率,提高坡面的临界剪切力和临界径流功率,能抑制细沟向坡面下部的发育,基于径流功率,其可蚀性参数(3.58 g/(N·m))大于对照坡面的可蚀性参数(2.83 g/(N·m))。研究结果可为坡面植物篱的合理利用提供一定的理论支撑,也能为工程堆积体措施条件下土壤侵蚀预报模型的建立提供部分参数支持。

黄土坡面片蚀过程动力学机理试验研究

片蚀是坡面侵蚀演变的初始形态,揭示片蚀动力学机理,找出与片蚀关系最密切的水动力学参数对有效防治片蚀具有重要意义。该文采用人工模拟降雨方法,对黄土坡面片蚀过程动力学机理进行了研究,结果表明:1)一次降雨过程的黄土坡面片蚀模数对水动力学参数平均值响应关系的相关系数大小顺序为平均断面单位能量>平均水流功率>平均单位水流功率>平均水流切应力;2)降雨过程中黄土坡面片蚀率对水动力学参数瞬时值响应关系的相关系数大小顺序是断面单位能量>水流功率>单位水流功率>水流切应力;3)水流断面单位能量是与试验条件下黄土坡面片蚀动力学过程关系最密切的水动力学指标,是描述试验条件下片蚀动力学过程最好的动力学参数。试验条件下黄土坡面片蚀动力学过程的发生发展根源于坡面片蚀中水流断面单位能量的动力作用。

基于YOLOv8的陕西黄土高原刺槐林枯立木识别

黄土高原在生态恢复的过程中由于不适宜造林加之极端干旱频发,导致人工刺槐林出现退化甚至死亡,从而产生枯立木。为准确识别陕西黄土高原刺槐林枯立木,进而分析其空间分布格局,本研究以典型人工林刺槐为对象,沿陕西黄土高原降水梯度设置6个样地,利用无人机获取刺槐林高分辨率RGB影像,结合多个深度学习目标检测模型识别刺槐林枯立木,通过对比与分析证明了YOLOv8模型在检测效率以及检测精度方面的优越性。通过对刺槐林数据集训练与测试以及刺槐林RGB影像的拼接,从而分析刺槐林枯立木的分布格局,用枯立木指数(SDTI)反映刺槐林退化程度,同时分析了坡向对其影响。YOLOv8模型训练后平均帧率FPS达到了68.7帧/s,且其验证集平均精度均值(mAP)达到了94.6%,F1得分为0.92,均好于其他模型。综合不同目标检测模型的各项主要评价指标及泛化能力,选择YOLOv8模型分析刺槐林枯立木分布格局,表明陕西黄土高原刺槐林SDTI随降水梯度递减呈递增趋势;不同坡向SDTI呈阳坡>半阳坡>半阴坡>阴坡的变化规律。本研究可为黄土高原刺槐林退化程度评估及其合理的经营管理提供科学依据。

氮磷添加对黄土旱塬农田土壤线虫群落及能量结构的影响

为探究氮磷添加对黄土旱塬农田土壤线虫群落结构和微食物网中能量流动的影响,以中国科学院长武农业生态实验站长期施用氮磷肥农田土壤作为研究对象,选取6个处理,分别为:不施肥(CK),氮添加(N_(12)、N_(24)),磷添加(P_(12)、P_(24)),氮磷添加(N_(12)P_(12)),测定土壤理化性质,采用浅盘法分离线虫,分析线虫营养类群结构和生活史征,并计算线虫生态学指数,代谢足迹和食物网内部能量流动数值。结果表明:不同处理土壤的植物寄生线虫(Pp)比例显著高于其他类群(50.7%—66.4%),生活史为低营养级r策略者(cp2)的线虫类群比例也显著高于其他类群(68.1%—84.0%)。P_(12)处理的线虫丰度最高,为1147条/100 g干土,其次是P_(24)处理,为1100条/100 g干土。与CK相比,两种磷添加处理显著增加了香农多样性指数(H),提升了食真菌和捕食杂食线虫的代谢足迹,微食物网中拥有更高的能量通量,其余处理对线虫丰度和代谢足迹没有产生影响。与N_(24)处理相比,N_(12)处理显著增加了线虫群落的H,均匀度指数(J)和丰富度指数(SR)。N_(12)P_(12)处理增加了高营养级k策略者(cp4-5)的线虫数量,显著提高了结构指数(SI)。冗余分析表明,土壤中全磷和速效磷含量是影响线虫丰度和代谢足迹的主要环境因子。综上所述,适量氮添加提升了土壤线虫群落多样性和结构稳定性,过量氮添加会抵消这种积极影响。磷添加对线虫群落和代谢足迹产生积极影响并提高了土壤微食物网的能量通量,氮磷添加则为土壤线虫创造了适宜的生存环境。这一结果为黄土区农田土壤的施肥措施提供了科学依据。

不同重金属污染水平下生物结皮及下层土壤细菌群落的差异性分析

为了探究生物结皮及下层土壤细菌群落多样性及结构在不同重金属污染水平下的差异及其影响因素,以宁夏东部工矿区和封育草地内广泛分布的两类生物结皮为研究对象,采用高通量测序技术,分析结皮层(A层)和结皮下层(B层)土壤细菌群落结构和多样性差异。采用相关分析、冗余分析探讨两个生境生物结皮各层次细菌群落与土壤环境因子的关系。结果表明:(1)相较于封育区,工矿区2类生物结皮对源自大气降尘的重金属元素具有更显著的表层富集作用,并表现出显著的种间差异:苔藓结皮>藻结皮。污染负荷指数评价结果显示:工矿区生物结皮各层次重金属污染程度更高,且均表现为A层污染程度高于B层。(2)两个生境的优势细菌门组成基本一致,均为放线菌门、变形菌门、酸杆菌门。受生物结皮类型、重金属污染程度的影响,细菌群落结构差异显著,主要表现为:工矿区藻结皮A、B层的α多样性指数均大于封育区,而苔藓结皮A、B层的细菌多样性指数高于封育区,丰富度指数低于封育区。主坐标分析结果显示,不同生境的生物结皮细菌群落结构差异明显,而同一生境的生物结皮细菌群落结构相似。重金属As、Pb、土壤黏粒含量和pH是影响生物结皮细菌群落结构的主要土壤环境因子,人为活动是细菌群落结构变异的主要驱动因素。

黄土丘陵区柠条林改良土壤作用的研究

在野外调查与室内分析的基础上,研究18年生与8年生柠条林对土壤养分、土壤结构性能、土壤酶活性的影响。结果表明:灌木林(柠条)可明显提高土壤中有机质、速效氮和速效钾的含量,降低土壤pH和密度;快速显著地增加土体中>5mm水稳性团聚体和>0·01mm微团粒的数量,使土壤的营养状况及结构得到很大改善,协调供应养分和水分的能力提高;能促进粘粒形成聚积,防止土地退化和保护生态环境。

青藏高原典型冰川小流域土壤微生物生物量及胞外酶活性分布特征

土壤微生物释放的胞外酶是决定碳(C)、氮(N)、磷(P)生物地球化学循环的关键因素,为了阐明青藏高原典型小流域土壤微生物生物量和胞外酶活性沿海拔和土层的分布特征并揭示影响该分布格局的主要养分限制状况,于2021年8月采集了青藏高原廓琼岗日冰川小流域5个海拔梯度(4900 m;5000 m;5100 m;5200 m;5300 m)中4个土壤发生层(A层:腐殖质层、E层:淋溶层、B层:淀积层和C层:母质层)的土壤样品,定量分析了土壤基本理化性质、微生物生物量、胞外酶活性等指标。结果表明:1)微生物生物量碳氮磷的海拔差异变化规律不同,随着土层加深微生物生物量碳氮磷随海拔变化越小。同时,各海拔之间微生物生物量均有随土层加深而显著降低的趋势(P<0.05);2)四种酶活性的海拔间变化规律各异,但整体呈现随海拔升高而升高的趋势且在表层(A和E层)增长趋势更明显,而且随土层加深显著降低(P<0.05);3)该区域土壤微生物受到碳和磷共同限制,土层越深限制越高,而且海拔越高C限制越强,但P限制降低;4)青藏高原典型冰川小流域土壤微生物生物量和胞外酶活性在海拔和土层之间存在较明显的差异,可能是由于土壤养分含量的差别造成的。整体而言,青藏高原典型冰川小流域土壤养分含量影响土壤微生物生物量和胞外酶活性在海拔和土层之间的分布特征。为深入理解青藏高原冰川小流域土壤养分循环提供了数据基础和科学依据。

斥水程度对脱水土壤水分特征曲线的影响

为研究斥水程度对土壤水分特征曲线的影响,该文基于滴水穿透时间法,人工配置7种斥水程度的黏壤土(L0~L6)和6种斥水程度的砂土(S0~S5),用高速离心机测定其土壤水分特征曲线,应用van Genuchten-Mualem(VG)模型进行拟合,得出VG模型水力参数。结果表明:在同一吸力条件下,斥水黏壤土的含水率比斥水砂土的高;随着斥水程度增加,在相同吸力情况下,土壤含水率随斥水程度增大而减小;斥水黏壤土的残余含水率随着斥水程度增加而减小,斥水砂土S0~S3的残余含水率没有差异,S4、S5的残余含水率显著减小;斥水黏壤土和砂土进气值的对数与斥水剂添加量呈负线性相关;随着斥水程度增加,田间持水率减小,凋萎系数没有明显差异,重力水增加,有效水和易有效水减小,易利用水比例随着斥水程度增加而减小;对于斥水黏壤土,微孔隙(0.3~<5μm)和小孔隙(5~<30μm)含量随着斥水程度的增加明显减小,土壤空隙(≥100μm)随着斥水程度的增加急剧增加;对于斥水砂土,中等孔隙(30~<75μm)的含量随斥水程度的增加明显增加。该研究成果可为斥水土壤的入渗、蒸发和数值模拟提供理论支持。

基于磁性地层的渭河盆地灞河组研究

渭河盆地东南缘蓝田一渭南一带发育较连续完整的新生代地层，其中包含丰富的哺乳动物化石，特别是灞河组中产出典型的三趾马化石，并曾据此建立了灞河期标准生物地层。鉴于灞河组及灞河期沉积地层在中国北方环境变化及古生物研究中的重要意义，对陕西蓝田灞河南岸厚约246m的段家坡灞河组典型剖面进行了详细古地磁年代学研究。磁性地层分析确定的极性序列可与标准古地磁年表（GPTS）较好对比，结果表明段家坡剖面灞河组年龄为11～7Ma，属于晚中新世。本研究支持灞河期单独作为一个地层年代单位，为哺乳动物化石的区域对比提供了相对准确的年代界定，同时结合与其它盆地同时期沉积的对比探讨了灞河组的沉积环境和古气候，认为当时为半干旱型草原气候，沉积环境和气候与上覆的蓝田组有很大不同。

高粱抗旱机理研究进展

从形态抗性、渗透调节、光合作用等几个方面综述了抗旱作物高粱近年来抗旱机理的研究和进展情况。