加速侵蚀对土壤腐蚀酸动态变化的影响

土壤腐殖酸的流失是土壤退化的标志之一。林地被开垦破坏后,土壤腐殖酸的流失程度在坡面上空间分布与侵蚀方式和侵蚀强度相对应,坡面中部和中下部浅沟沟槽处最为严重,细沟侵蚀区次之,梁峁上部片蚀区相对最弱。侵蚀土壤中的腐殖酸总碳、胡敏酸碳和富啡酸碳含量随开垦年限的增加呈指数减少,其减少程度受侵包庇中度和侵蚀广度匠影响。腐殖酸的流失与加速侵蚀造在怕土壤剖面破坏密切相关,恢复植被可使土壤腐殖酸逐渐增加,土壤肥力     

黑土坡耕地有机碳变化及固碳潜力分析

东北黑土区自开垦以来有机质含量逐渐降低,有机碳库长期处于亏缺状态,理论上也具有较大的固碳潜力。以典型黑土区长期传统作业的坡耕地(30—60 a)为研究对象,通过测定不同坡位(坡上侵蚀区和坡下沉积区)、不同土层(表土和底土)有机碳分布特征,估算不同开垦年限黑土固碳潜力及其恢复至固碳潜力所需的时间。结果表明:(1)总有机碳、有机碳密度以及碳饱和水平均表现为沉积区显著大于侵蚀区,表土显著大于底土,且均在开垦30a坡耕地达到最大值;(2)固碳潜力表现为侵蚀区(1.24—2.89 kg/m~2)显著大于沉积区(0.79—1.04 kg/m~2),底土(0.83—3.59 kg/m~2)显著大于表土(0.6—2.53 kg/m~2),随着开垦年限的增加表现为开垦30 a显著小于开垦40 a、60 a;(3)黑土坡耕地(30—60 a)侵蚀区和沉积区土壤(0—50 cm)达到固碳潜力分别需要20—181 a和13—66 a。黑土坡耕地固碳潜力的时空变异性在农业经营以及修复管理过程中需引起重视,以实现黑土资源的可持续利用。     

林地开垦后坡面土壤元素的时空变化特征

土壤中常量元素Ca,Mg和微量元素Cu,Zn,Mn,Fe是植物生长必需的重要元素,也是评价土壤质量的重要指标,林地被开垦破坏后,坡面土壤元素的空间分布受人为犁耕活动,侵蚀－沉积－搬运过程和元素性质的影响;林地开垦初期（1－2年）,坡面不同部位土壤Cu,Zn,Mn,Fe,K,Ca和Mg皆增加;而开垦两年后,受土壤侵蚀的影响,这些元素又趋于下降;开垦6年后,Cu,Fe,K和Mg比开垦前下降了1.5%-4.56%,SiO2含量在坡面上部随开垦年限的增加而增加,在坡面中部则随开垦年限而减少。Al的变化则与SiO2相反。     

不同开垦年限坡地黑土耕层土壤有机碳库分配特征

因耕作和侵蚀的共同作用,农田坡地景观多为坡上侵蚀、坡下沉积的空间格局,同时伴随侵蚀区和沉积区土壤有机碳(SOC)含量及稳定机制的差异.为探明长期耕作的农田黑土有机碳库积累-损耗特征,采用Stewart物理-化学联合分组方法,以典型黑土区不同开垦年限坡耕地为研究对象,探讨基于侵蚀-沉积作用的不同稳定机制碳库(游离未保护碳、物理保护碳、化学保护碳、生物化学保护碳)的分配特征.结果表明: 长期耕作与侵蚀导致坡下沉积区显著富积SOC,4种碳库含量整体表现为沉积区显著大于侵蚀区;黑土区坡耕地SOC以化学保护碳库和生物化学保护碳库为主(>90%),侵蚀区主要积累化学保护有机碳(84.6%),沉积区主要积累生物化学保护有机碳(51.4%);随着开垦年限的延长,4种碳库积累速率随着碳稳定程度的增加而增加,为生物化学保护碳库(48%)>化学保护碳库(42.2%)>物理保护碳库(6.4%)>游离未保护碳库(3.4%);游离未保护有机碳库占比和积累速率最小,但其对外界干扰最敏感,在黑土管理过程中应引起足够重视.     

东北黑土区坡耕地表层土壤颗粒有机碳和团聚体结合碳的空间分布

北黑土区典型漫岗坡耕地为研究对象,测定不同侵蚀程度地形部位表层土壤不同粒级有机碳、水稳性团聚体及其结合碳含量,探讨土壤侵蚀和沉积作用对表层土壤有机碳（SOC）损失、迁移和累积的影响.研究结果表明：与侵蚀微弱的坡顶相比,严重侵蚀的坡肩部位表层土壤水稳性大团聚体、矿质结合碳（IOC）和团聚体结合碳含量分别减少23﹪、17.5﹪和8.7﹪,而土壤颗粒有机碳（POC）含量无明显差异.长期处于沉积状态的坡脚部位,表层土壤大团聚体、POC和大团聚体结合碳含量分别较坡顶低56.1﹪、47.9﹪和67﹪;而IOC和微团聚体结合碳分别较坡顶高10﹪和18.7﹪.研究结果反映了土壤侵蚀以及耕作倾向于破坏水稳性大团聚体,其内部包裹的轻质、细颗粒物质易被地表水流迁移流失,加上下层土壤的稀释作用,导致侵蚀部位SOC减少.轻质活性碳组分在迁移和累积过程中易被微生物利用分解,沉积区土壤以IOC和微团聚体碳为主,形成一个惰性碳汇.     

福建红壤区不同侵蚀强度马尾松林地土壤营养元素变化特征

采用野外调查和室内分析的方法对福建红壤区不同侵蚀强度马尾松林地土壤营养元素动态进行研究,以揭示红壤侵蚀区不同侵蚀强度对马尾松林地土壤营养元素的影响.结果表明:除速效磷以外,侵蚀强度显著改变了土壤有机质、碱解氮、全钾、速效钾的含量以及土壤pH.土壤有机质和碱解氮在中度侵蚀马尾松林地含量最高,随着侵蚀强度的增加植被覆盖减少,土壤有机质和碱解氮显著降低.土壤全钾和速效钾含量随着侵蚀强度的增加而显著增加,土壤速效磷随着侵蚀强度的增加没有显著的变化.土壤pH值随着土壤侵蚀强度和土壤深度的增加而显著增加.皮尔逊相关关系分析表明:有机质与碱解氮、全钾和pH显著相关.灰色关联度分析表明:除侵蚀强度对营养元素和pH有显著影响外,坡度对土壤营养元素和pH影响较大;覆盖度对有机质、碱解氮和速效磷影响较大.因此,植被恢复和植被生境的综合治理是红壤侵蚀区生态恢复与重建的有效途径.     

黑土坡耕地有机碳及其组分累积-损耗格局对耕作侵蚀与水蚀的响应

耕作与水蚀是黑土区坡耕地碳库退化的主导因素,为进一步探究土壤有机碳(SOC)及其组分对不同侵蚀驱动力(耕作、水力)的响应格局,基于该区耕作侵蚀与水蚀模型,在定量表达耕作侵蚀-沉积量与水蚀量的基础上,利用地统计学的方法,分析了东北黑土区典型漫岗地形坡面尺度SOC及其3种组分的空间分布特征.结果表明: 耕作侵蚀与沉积速率分别表现为坡上>坡下>坡中>坡脚和坡脚>坡下>坡中>坡上;水蚀速率表现为坡下>坡脚>坡中>坡上;坡下陡坡位置耕作侵蚀与水蚀协同引起严重的土壤流失.虽然耕作侵蚀速率(0.02～7.02 t·hm^-2·a^-1)远小于水蚀速率(5.96～101.17 t·hm^-2·a^-1),但耕作侵蚀在全坡面范围均可对SOC产生不同程度的影响,而水蚀则主要在坡下径流汇集区显著影响SOC的累积-损耗.受水蚀与耕作侵蚀-沉积作用影响,SOC、颗粒有机碳、水溶性有机碳在侵蚀点含量低于沉积点,而微生物生物量碳变化趋势相反;耕作侵蚀通过影响颗粒有机碳参与SOC的积累-损耗过程.     

壤中流和土壤解冻深度对黑土坡面融雪侵蚀的影响

融雪侵蚀是东北黑土区土壤流失的一种重要形式,而目前有关壤中流和土壤解冻深度对融雪径流侵蚀的影响研究较少。本研究采用室内模拟试验,设计两个融雪径流量(1和4 L·min^-1)和两个土壤解冻深度(5和10 cm),以及有、无壤中流处理,分析壤中流和土壤解冻深度对黑土区坡面融雪侵蚀的影响。结果表明: 1)壤中流处理下坡面融雪径流深度和侵蚀量分别是无壤中流处理的1.1～1.2倍和1.3～1.9倍。两个融雪径流量下,当土壤解冻深度由5 cm增加到10 cm时,无壤中流处理下坡面融雪径流深度和侵蚀量分别增加10.0%～13.5%和15.4%～37.1%;而有壤中流处理下坡面融雪径流深度增加6.5%～8.5%,融雪侵蚀量则无显著变化。2)坡面细沟发育受壤中流、土壤解冻深度和融雪径流量的综合影响,各处理下细沟侵蚀量占坡面融雪侵蚀量的72%以上。3)壤中流发生使坡面径流流速和径流剪切力分别增加20.3%～23.2%和37.0%～51.3%,Darcy-Weisbach阻力系数减少9.0%～21.4%,从而增加了坡面融雪侵蚀量;且壤中流发生促进了坡面细沟发育,其细沟侵蚀量较无壤中流处理增加43.6%～69.9%,也导致坡面融雪侵蚀量增加。无壤中流条件下,土壤解冻深度加剧坡面融雪侵蚀的主要原因是随着土壤解冻深度的增加,坡面径流侵蚀能力和可蚀性物质来源增加,导致融雪径流侵蚀量增加。此外,土壤解冻深度对壤中流条件下细沟形态发育也有明显的影响,土壤解冻深度为5 cm时,细沟横向加宽作用显著;而土壤解冻深度为10 cm时,细沟下切侵蚀作用更显著。本研究加深了对黑土区融雪侵蚀机理的认识,可为水蚀模型的研发提供理论指导。     

生态恢复对红壤侵蚀地土壤有机碳组成及稳定性的影响

为了研究红壤侵蚀区生态恢复过程中土壤有机碳的组成与动态变化,选择红壤侵蚀区生态恢复10 a和30 a的马尾松林为对象,以侵蚀裸地和次生林为对照,应用土壤有机碳物理分组方法,研究了侵蚀地植被恢复过程中表层土壤粗颗粒态有机碳(cPOC)、细颗粒态有机碳(f POC)和矿质结合有机碳(MOC)含量及POC/MOC比值的变化。结果表明:生态恢复显著提高了土壤有机碳含量(P0.05),土壤中不同组分有机碳含量也相应增加。生态恢复10 a,土壤有机碳主要以f POC形式积累,cPOC和MOC没有显著变化,其中0—10 cm土层POC占总土壤有机碳(SOC)比例高达64.1%,但稳定性较差。与恢复10 a相比,生态恢复至30 a时,0—10 cm土壤f POC含量相对不变,cPOC和MOC含量均显著增加(P0.05),10—20 cm土壤f POC和MOC增加量达到显著水平,而cPOC含量仍未显著增加,说明生态恢复过程中土壤固碳模式符合SOC饱和理论。生态恢复过程中土壤POC/MOC比值呈先升高后降低的趋势,且表层土壤大于亚表层土壤,说明随着生态恢复时间的增加,土壤有机碳稳定性逐渐提高,且亚表层土壤高于表层。因此,生态恢复对于侵蚀地碳固定的长期有效性具有重要意义。     

中亚热带植被恢复过程中崩岗土壤性质分异特征

崩岗是我国南方红壤丘陵山区坡面沟道侵蚀后期发育而成的侵蚀地貌,探讨崩岗系统植被恢复过程中不同部位土壤性质分异特征,对揭示强度侵蚀环境下土壤环境效应以及指导崩岗区生态恢复具有重要借鉴意义。以闽西南长汀县濯田镇黄泥坑崩岗群内植被盖度分别为2%、20%和95%的3处毗邻崩岗为研究对象,研究各崩岗集水坡面、崩壁(顶部、中部及底部)、崩积体(上部和下部)和沟道出口等部位0—20 cm土壤理化性质的分异特征。结果表明:土壤容重、粉粒、pH、速效养分含量均表现为崩岗Ⅲ崩岗Ⅱ≈崩岗Ⅰ,土壤有机碳、全氮、全磷和全钾含量表现为崩岗Ⅲ崩岗Ⅱ≈崩岗Ⅰ。从集水坡面至沟道出口,土壤容重和砂粒含量呈增加→减少→增加趋势,粉粒和黏粒含量呈降低变化趋势,集水坡面和崩积体有机碳、全氮、全磷和全钾含量明显高于其他部位,在崩壁顶部及沟道出口最低。从集水坡面至沟道出口,铵态氮和硝态氮含量呈先增加后减少的态势,速效钾含量呈"V"型变化态势,最低值出现在崩壁底部,速效磷和pH呈增加态势。本研究表明,崩岗系统内土壤结构和土壤养分含量总体水平较差,不同侵蚀部位土壤性质存在明显空间差异,自然植被恢复过程对土壤特性有一定的改良效应。     

万山汞矿区表层土壤汞迁移

水土流失是土壤退化的根本原因,是最严重的生态环境问题之一。目前对喀斯特山区土壤侵蚀研究已经进入成熟阶段,但对以典型喀斯特山区为背景、汞污染严重地区因土壤侵蚀发生的汞迁移的研究却很少。本文基于GIS平台,借助通用土壤流失方程(RU-SLE)模型评估研究区侵蚀强度,对万山汞矿区(167.4km2)因土壤侵蚀造成的汞迁移进行了研究。结果表明,万山土壤侵蚀模数为0～600884t·km-2·a-1,微度侵蚀和剧烈侵蚀面积占全区总面积的76.6%,其中剧烈侵蚀对土壤总侵蚀量的贡献率达到90.5%。全区因土壤侵蚀发生的土壤汞(THg)流失量高达505kg·a-1,迁移速率为3.02kg·km-2·a-1。土地利用方式和坡度是影响汞流失的重要因素。旱地和灌木林最易发生汞流失,流失量分别为175和319kg·a-1。本研究不仅为当地治理水土流失、制定水土保持方案奠定了可靠的科学依据,也为当地环境汞污染治理提供了有力的数据支持。     

降雨和汇流对黑土区坡面土壤侵蚀的影响试验研究

东北黑土区上坡汇流对坡面土壤侵蚀有重要影响,因此辨析降雨和汇流对黑土区坡面土壤侵蚀的影响对农田土壤侵蚀防治有重要意义。通过设计不同降雨强度和汇流速率以及二者组合的模拟降雨及上方汇流试验,分析了降雨和汇流对黑土坡面侵蚀的影响及其贡献。试验处理包括两个降雨强度(50 mm/h和100 mm/h)、两个汇流速率(50 mm/h和100 mm/h,即:10 L/min和20 L/min)、以及4种不同降雨强度和汇流速率的组合((50+50)mm/h、(50+100)mm/h、(100+50)mm/h和(100+100)mm/h)。结果表明,在50 mm/h和100 mm/h上方汇流引起的坡面侵蚀量仅分别是50 mm/h和100 mm/h降雨引起坡面侵蚀量的1.9%和0.6%;当降雨强度和坡上方汇流速率分别由50 mm/h增加至100 mm/h时,降雨试验处理下的坡面侵蚀量增加6.1倍,汇流试验处理下的坡面侵蚀量增加3.2倍,说明降雨对坡面土壤侵蚀的影响显著大于汇流的作用。在降雨和汇流组合试验中,总供水强度(降雨强度+汇流速率)为150 mm/h时,降雨强度为100 mm/h和汇流速率为50 mm/h组合试验的坡面侵蚀量是降雨强度为50 mm/h和汇流速率为100 mm/h组合试验坡面侵蚀量的7.9倍。在相同汇流条件下,降雨强度由50 mm/h增加到100 mm/h时,降雨强度的增加对坡面侵蚀量的贡献率为89.6%-99.5%;而在相同降雨条件下,坡面汇流速率由50 mm/h增加100 mm/h时,汇流速率的增加对坡面侵蚀量的贡献率为17.2%-78.7%,说明在东北黑土区防治坡面汇流对坡面土壤侵蚀影响也尤为重要。     

丘陵地区地形梯度上植被格局的分异研究概述

植物群落的本质特征之一是群落中的植物和环境之间存在一定的相互关系。湿润的丘陵地区是由水侵蚀而形成的包含各种干扰频率的生境复合体,作为中尺度的地形单位,可以通过侵蚀前线划分为上部坡面和下部坡面两个小尺度的地形单位,而上部坡面可以进一步划分为顶坡、上部边坡、谷头凹地等微地形单元,下部坡面可以进一步划分为下部边坡、麓坡、泛滥性阶地及谷床等微地形单元。上部坡面发育的是气候顶极群落,沿顶坡向谷头凹地,群落发生逐渐、连续的变化,下部坡面发育的为地形群落,其物种组成、结构以及其它生态特征与上部坡面具有显著的差异,而其微地形单元之间植被的变化不明显。干扰作用是不同地形植被分异的控制因子,也是地形植被维持和更新的关键因子。下部坡面以相对积极的土壤侵蚀、滑坡和崩塌等过程为特征,其植被更新依赖于频繁的地面干扰,而上部坡面长期稳定,其植被更新依赖于林窗动态。地形是影响植被格局的最重要的也是最基本的生境因子,其引起的生境生态位分化为物种的共存提供了条件,导致了小尺度空间内高生物多样性的形成和维持。     

黄土丘陵沟壑区植被对不同空间尺度水沙关系的影响

根据晋西离石试验站的观测结果和相关文献的数据,研究了黄土丘陵沟壑区植被对坡面小区、全坡面、小流域及中大流域4个空间尺度水沙关系的影响。对梁峁坡坡面小区言,由于植被提高了土壤抗蚀性,因此植被不仅通过减水来减沙,也通过改变水沙关系来减沙。但在全坡面尺度,土壤侵蚀以沟蚀为主,由于植被措施难以改变沟道的各种水利参数,也难以有效控制切沟沟壁的重力侵蚀,导致水流进入沟道后仍然可以获取充足的泥沙,因此认为植被不会改变全坡面尺度的水沙关系。同样对于各级流域,由于植被措施难以改变沟道的输沙能力和黄土丘陵沟壑区流域泥沙来源充沛的特点,因此植被措施也不会改变其水沙关系,植被的减沙效应仅通过减水来实现。对离石试验站的一对水土保持对比沟的研究表明,即使在沟道已有茂密植被生长的情况下,高含沙水流的输沙能力也没有改变,这使得两者的水沙关系统计上可以认为完全一致。由于大流域水沙关系主要取决于沟道或河道的特性,而植被等坡面措施很难改变沟道或河道特性,因此认为流域尺度越大,植被越难以改变其水沙关系。     

基于东北漫岗黑土区坡耕地沟蚀防治的防护林带布局优化

防护林带体系是东北漫岗黑土区坡耕地的重要组成部分,对坡耕地上侵蚀沟的发生、发展具有重要影响.本文以黑龙江省鹤山农场典型小流域为研究对象,基于Quickbird高精度遥感影像和数字高程模型,结合实地调查结果,分析防护林带分布对坡耕地侵蚀沟发生、发展的影响,并根据坡耕地沟蚀特点及其与防护林带分布的相关关系,提出防护林带分布的优化方案.结果表明:当前不合理的防护林带布局,直接或间接地促进了坡耕地浅沟和切沟的发生和发展.优化方案包括:调整防护林带走向为横坡林带,加强林带维护和更新,以减少林带间断,增加林带条数,减小林带间距等,同时提出了坡面林带条数和林带间距的计算方法.研究结果可为典型漫岗黑土区坡耕地的沟蚀防治和防护林带规划提供科学依据.     

黄土丘陵区坡耕地水土流失与土地生产力的关系

在黄土丘陵区坡耕地水土流失特征分析的基础上．对坡耕地水土流失与土地生产力的关系进行了研究。采用不同的试验方法．以单位面积坡耕地生产某种生物产品的数量为土地生产力指标．以生产周期短的农作物为指示植物．具体探讨了地表径流损失和土壤流失分别所造成的土地生产力下降幅度。表土人工堆积处理的径流小区试验结果表明．坡耕地每损失1mm径流．供试作物产量平均下降5．0％～9．7％;小区铲土覆土模拟土壤流失的小区试验结果显示,每减少1cm表土,作物产量下降1．0％～3．1％．每增加1cm表层熟化土．产量增加0．8％～1．7％。在干旱年份．半干旱黄土丘陵区坡耕地由于水土流失导致的作物减产每年平均为21．9％～80．0％．其中径流损失的比重占95．8％～98．2％,而土壤流失仅占1．8％～4．2％。作物品种不同．水土流失对作物产量的影响各异。     

黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀环境下芽库的季节动态及垂直分布

研究了陕北黄土丘陵沟壑区5种土壤侵蚀环境（阳沟坡、阳峁坡、峁顶、阴峁坡、阴沟坡）下的植被组成、芽库组成、芽库季节动态及垂直分布特征.结果表明： 该区拥有永久性芽库的多年生物种占总物种数的80.3%,具季节性芽库的一年生植物占19.7%.在侵蚀严重的阳沟坡和阳峁坡,植物返青期的永久性芽库存量较大,而在侵蚀强度较小的峁顶、阴沟坡和阴峁坡,植物开花结实期的季节性芽库密度较大.不同侵蚀环境下地下部分芽库库存量占总永久性芽库的比例较稳定,地面永久性芽库存量在阳坡较大,而地上部分季节性芽库存量在阴坡和峁顶较大.由于不同侵蚀环境下植物群落的物种组成不同,加上土壤侵蚀干扰和植物季节更新,影响了芽库在季节及垂直分布上的变化.在黄土丘陵沟壑区植被更新过程中, 芽库具有重要作用.     

红壤坡地不同土地利用方式土壤侵蚀的时空分布规律研究

应用定位土芯Eu(Europium)示踪新方法 ,研究红壤坡地不同土地利用方式下土壤侵蚀的时空分布规律 .结果表明 ,新方法对以片蚀和细沟侵蚀为主的红壤坡地是适用的 ;土壤侵蚀的时间分布与降雨量的年时间分布相一致 ,过程性暴雨期表现为全年土壤侵蚀的高峰期 ;在复合坡面 ,随坡面的陡、缓、凹 ,土壤侵蚀表现强、弱、沉积 ;相同坡度和坡长条件下 ,幼龄板栗园的土壤侵蚀速率 >雷竹园 >稀疏马尾松林地 >茶园 .     

1988-2015年三峡库区典型流域土壤侵蚀强度时空变化——以大宁河流域和梅溪河流域为例

研究高程-坡度-岩性组合形成的不同土地类型的土壤侵蚀时空演变有重要意义。选取大宁河流域和梅溪河流域,以1988年、2000年、2010年和2015年4期遥感影像为数据源,借助RS和GIS技术,通过计算土壤侵蚀强度综合指数和冷热点分析,探讨不同土地类型的土壤侵蚀分布及演变规律,揭示其现实与理论意义。结果表明：（1）流域土壤侵蚀正在发生转型,即两流域各土地类型的土壤侵蚀强度指数随着时间的变化而逐渐降低,土壤侵蚀量由增到减,土壤侵蚀状况呈现好转趋势;（2）就两流域土壤侵蚀空间数量变化而言,土壤侵蚀演变热点区多为中山陡坡石灰岩区,且大宁河流域土壤侵蚀状况优于梅溪河流域;（3）两流域土壤侵蚀演变主要分布于中山陡坡石灰岩和砂岩区,在坡度和岩性上具有相似性,在海拔上具有差异性;在同一土壤侵蚀强度下,两流域不同土地类型土壤侵蚀演变具有一定的相似性;（4）土地类型影响土壤侵蚀分布,探究人类活动下不同土地类型与土壤侵蚀响应耦合关系将是下一步研究的方向。