不同植被类型对土壤水蚀的影响

不同植被类型对土壤水蚀的影响因子是计算土壤水蚀速率以及选择适当土地利用方式的基本参数。本文以土壤侵蚀模型中的植被因子(C因子)为指标，研究不同植被类型对土壤水蚀的影响。根据6个水土保持试验项目33个小区共195个小区年的资料，计算了刺槐、柠条、沙棘、沙棘一杨树，沙棘一油松、沙打旺、红豆草、苜蓿和草木樨等9种林草植被因子值。林地植被因子介于O．004到O．164之间，以刺槐林的C值最低。草地植被因子介于O．071到O．377之间，以第一年的草木樨c值为最高。定量对比说明林草植被的水土保持效益明显优于农作物。本项研究结果可以用于定量比较不同植被类型覆盖下的土壤流失速率，对于北方农牧交错带退耕还林还草政策的实施具有参考价佰。     

USLE/RUSLE模型中植被因子变化特征及其影响因素

植被因子是USLE/RUSLE模型中最重要的影响因子,其数值变化特征及其影响因素广受关注。以广东省五华县源坑水小流域2011—2013年的径流小区次降雨水沙观测数据为基础,分析了径流小区C值在不同时间尺度的变化特征及其受降雨、植被类型的影响。研究表明:(1)不同时段间C值存在一定波动,其中旱季的C值均大于雨季,夏秋两季的C值较大,且较为接近。各径流小区的C值普遍存在11、8、7月较大,6、5、1月较小的现象,且草本植物C值受植被覆盖度影响较大。(2)降雨量与径流小区C值呈正相关关系,桉树、松树、糖蜜草径流小区C值与次降雨量、各降雨量区间平均值的相关系数分别为0.360**、0.349**、0.291**,0.912*、0.909*、0.822,相较于草本植物,木本植物的C值受降雨影响更大,仅以植被盖度衡量C值有待商榷。(3)相较裸土小区,桉树、松树、糖蜜草小区2011—2013年的土壤流失减幅分别为14.2%、21.5%、23.2%,其C值分别为0.814、0.748、0.772,3种植物中糖蜜草与松树均具有相对较好的水保效益,桉树的水保效益稍逊。     

黄土高原土壤侵蚀作物覆盖因子计算

土地利用方式以及不同农作物对土壤流失有明显的影响,定量评价不同作物在土壤流失中的作用（作物覆盖因子）是土地利用和水土保持规划的重要依据。研究的目的在于计算黄土高原主要农作物不同生长阶段的土壤流失强度与裸露地的比率,为计算土壤侵蚀作物覆盖因子应用。通过对甘肃天水和陕西安塞水土保持试验资料的分析,计算了7种主要作物6个农作期的土壤流失比率表,并对黄土高原7种作物覆盖因子进行了计算,其值在0.23-0.74之间,按此方法计算的作物覆盖因子值与观测多年平均土壤流失比率基本一致。但该方法的优势在于可以根据土壤流失比率表和不同的降雨侵蚀力分布曲线计算不同地区的C值,而不需对每个地区都进行小区观测。     

植被覆盖度的时间变化及其防风蚀效应

 在防治风蚀过程中过去人们只关注植被覆盖度的空间特性,但对其随时间变化的特性未引起足够的重视。该文着重强调了植被覆盖度随时间变化的特性,并对不同类型植物覆盖度的动态变化特征进行了研究。通过调查研究与理论分析,在土壤风蚀量与植被覆盖度及风蚀气候侵蚀因子三者之间建立了随时间变化的定量关系,并利用该公式计算和比较了不同类型植物防风治沙性能的动态差异、总植被覆盖度及相应的总土壤风蚀量的动态变化。结果表明在防风蚀的作用效应中灌木＞多年生牧草＞林木＞作物＞一年生牧草;总时空植被覆盖度与总土壤风蚀量呈“反相位”的动态变化;风蚀季节总植被覆盖度较低,介于0.11～0.14之间,低于20%的临界覆盖度,这也是该地区风蚀危害严重的一个重要原因所在。     

基于2009-2018年径流小区观测数据的武汉市土壤侵蚀因子定量评价

武汉市位于桐柏山大别山国家级水土流失预防区与幕阜山省级水土流失治理区之间,其土壤侵蚀问题对长江中游生态安全具有重要影响。基于2009-2018年武汉市蔡店、磨盘山、西湖流域、燕子山等4个水土保持监测站35个径流小区的观测数据（139组）,定量分析了坡度、侵蚀性降水量、土地利用和水土保持措施对土壤侵蚀的影响,并借鉴USLE模型识别土壤侵蚀主导因子。结果表明,裸地小区的平均土壤侵蚀模数最高（2597.57 t km^-2 a^-1）,其次是经济林、草地和耕地小区且三者的侵蚀模数相差不大,土壤侵蚀模数与侵蚀性降雨量、坡度之间呈显著二元线性或幂函数关系;与天然植被小区相比,植物篱（草带、茶树、紫穗槐）及石坎梯田措施均显著降低了土壤侵蚀模数,其中植物篱措施的效果更优,且草带植物篱小区的侵蚀模数最低（46.13 t km^-2 a^-1）;3个坡度等级（0-10°、10-20°、20-25°）小区平均侵蚀模数分别为892.07、911.15、2087.60 t km^-2 a^-1,表明坡度超过20°后土壤侵蚀严重加剧;武汉市土壤侵蚀的主导因子为水土保持措施、植被覆盖与管理因子。研究结果可为武汉市水土保持措施合理布设及侵蚀预报模型的完善提供依据,基于径流小区长期观测数据的土壤侵蚀定量研究值得进一步深入。     

应用Le Bissonnais 法研究黄土丘陵区植被类型对土壤团聚体稳定性的影响

植被类型直接影响土壤特性,对土壤团聚体的形成和稳定性有重要影响,水稳性团聚体是反映黄土高原土壤抗蚀性的最佳指标。本文选择黄土丘陵区延河流域作为研究区域,应用Le Bissonnais(LB)法和Yoder法测定了森林、森林草原两种植被类型下土壤水稳性团聚体稳定性,对比分析了LB法3种处理的结果,并计算土壤团聚体平均重量直径（MWD）和可蚀性因子K值。结果表明：在LB法3种湿润处理下,预湿后扰动处理（WS）对土壤团聚体结构的破坏程度最大,处理后土壤水稳性团聚体以<0.2 mm为主;快速湿润处理（FW）对团聚体的破坏程度次之;慢速湿润处理(SW)对团聚体的破坏程度最小,处理后土壤水稳性团聚体主要以>2 mm团聚体为主;说明黄土丘陵区延河流域土壤团聚体破坏的主要机制是气爆作用（消散作用）和机械扰动。LB法的3种处理结果中预湿后扰动的测定结果与传统的湿筛法（Yoder法）更接近。LB法包含Yoder法的基本原理,能够全面、准确的测定土壤团聚体结构,适宜作为黄土丘陵区土壤团聚体测定方法。森林植被类型的土壤团聚体平均重量直径（MWD）大于森林草原植被类型,而且SW>FW>WS,但可蚀性因子K值却是森林植被类型小于森林草原植被类型。土壤水稳性团聚体由小颗粒向大颗粒转变,土壤结构趋于稳定。不同植被类型下土壤有机质含量不同,土壤团聚体形成过程及土壤团聚度也有差异,因而造成土壤可蚀性和土壤抗蚀性能不同。     

黄土丘陵区SCS-CN模型径流曲线数的计算与校正

由美国农业部土壤保持局开发的SCS-CN模型在其他国家地区使用过程中的适用性仍存在争议,直接采用其给定的初损率λ来计算CN值易出现问题,尤其对于中国黄土高原这样具有复杂自然环境的干旱半干旱生态系统来说,有必要针对CN模型参数做进一步校正。基于地处黄土丘陵区的定西共计47个径流小区连续五年生长期的观测数据,采用平均值法计算典型植被和整地类型下的CN值,并结合前人在不同坡度下对初损率λ的率定结果进行校正,同时运用经验公式法计算土壤饱和导水率、确定土壤水文组。结果表明：①陇中地区土壤质地以壤土、粉砂壤土为主,饱和导水率介于18-180mm/h之间,最小渗透率介于3.81-7.26mm/h之间;②土壤前期含水量、植被种类、植被盖度、土地利用、坡度以及整地工程措施等均对CN值存在影响,依照坡度校正后的CN值与之前计算的存在较大差异;③典型植被覆盖类型下的CN₁值为：灌木林地（沙棘） < 撂荒地（冰草） < 人工草地（苜蓿） < 坡耕地（小麦） < 乔木林地（油松）,相同坡度的同类型植被措施下,CN值随植被覆盖度增加而减小;④水平沟、水平阶和反坡台等整地措施在不同土壤湿度条件下均降低了CN值,有效提高了土壤饱和导水率。     

退耕还林还草工程生态效应的地域分异特征

退耕还林还草工程作为我国投资最大、涉及面最广的一项重大生态工程,其生态经济社会效应是行业部门及学术界关注的焦点。选择退耕还林还草面积、植被覆盖度、土壤侵蚀量作为指标,依据遥感反演和模型模拟得到的结果,分析了2000—2015年县域退耕还林还草时空差异,退耕还林还草区域植被覆盖度与土壤侵蚀变化及其对县域生态状况变化的贡献,并基于规划目标评估了退耕还林还草工程的宏观生态效应及其地域分异特征。结果表明:(1)近15年,工程区耕地转林地面积12.75万km~2,耕地转林地区域植被覆盖度年增加0.32%、土壤水蚀和风蚀模数分别年减少0.43 t/hm~2和0.21 t/hm~2。(2)耕地转草地面积9.43万km~2,耕地转草地区域植被覆盖度年增加0.43%,土壤水蚀和风蚀模数分别年减少0.55 t/hm~2和0.94 t/hm~2。(3)工程区全县域植被覆盖度年增加0.17%,平均土壤水蚀和风蚀模数分别年减少0.13 t/hm~2和0.68 t/hm~2。(4)遥感估算结果与工程规划目标相比,退耕还林的面积完成率达到87%,工程区林草覆盖率增加4.8%—6.5%,工程区平均土壤水蚀和风蚀模数逐年减少,大部分县域15度及以上坡耕地退耕比例超过50%。工程在黄土丘陵沟壑、东北山地及沙地、云贵高原等区域凸显了提高植被覆盖度与土壤抗蚀效应的正面作用。     

137Cs技术量化卧龙自然保护区不同生态系统水土保持能力

不同自然植被的水土保持能力可作为制定水土保持目标的重要参考. 通过应用137Cs技术测算卧龙自然保护区不同自然生态系统过去40年的土壤再分配情况, 以此量化可代表不同气候类型的自然植被的水土保持能力. 卧龙保护区地处四川盆地向青藏高原的过渡地带, 植被类型丰富. 研究选取了可以代表适温针阔叶混交林、耐寒落叶针叶林、耐寒灌丛、耐寒常绿针叶林、高山草甸的五个自然生态系统, 每个系统剖面的土壤净侵蚀速率依次是0.17, 0.16, 0.13, 0.11和0.06 kg/(m²·a), 它们的水土保持能力则正好与此顺序相反. 由于降雨量随海拔升高而增加, 使得不同生态系统的¹³⁷CsCs背景值随海拔不同而在1658.2~3707.2 Bq/m²之间变化. 在相似的气候带内制定水土保持策略时, 这些植被的水土保持效果都是必须要参考的.     

沙棘属植物叶片碳稳定同位素含量与气候的关系

本试验以131个沙棘属植物种群为研究对象,通过测定其叶片碳稳定同位素(δ¹³C)值,分析了碳稳定同位素特征与环境因子之间的关系。结果表明: 沙棘属植物叶片的δ¹³C值介于-24.65‰～-29.11‰,平均值为-26.97‰,属于C3植物,叶片δ¹³C值变异系数为种内大于种间,表明环境因子是影响沙棘属植物叶片δ¹³C含量变化的主导因素。沙棘属植物叶片的δ¹³C值与经纬度的变化无显著相关,与海拔呈显著负相关。通过建立回归方程: δ¹³C(‰)=0.118VAP-0.007GST-0.000028RDA-20.721(R²=0.212,P<0.0001),说明影响沙棘属叶片δ¹³C值最主要的因素是水蒸气压(VAP)、生长季温度(GST)和太阳辐射(RDA)。研究结果可为沙棘属植物对全球气候变化的响应提供理论依据。     

皇甫川流域土地利用变化与土壤侵蚀评价

基于“3S”技术,揭示了皇甫川流域近十多年来的土地利用变化情况,并采用通用土壤侵蚀方程（Universal Soil Loss Equation,USLE）定量研究了不同土地利用背景下的土壤侵蚀分布规律。结果表明,近十几年来流域土地利用变化剧烈,其总体趋势是城镇用地、林地、耕地和灌丛的面积逐渐增加（速率依次减小）,水体、草地、沙地和棵砒砂岩面积逐渐减小（其中水体缩减的幅度最大）,土地利用格局持续承受着来自当地快速城市化进程及社会经济发展和生态环境保护及建设两方面相互矛盾的巨大压力;与此同时,流域土壤侵蚀模数由1987年的16160．72t／km^2减少到2000年的13943．32t／km^2,其中6种不同土地利用类型在同一年份内土壤侵蚀模数的大小顺序为棵砒砂岩〉沙地〉耕地〉草地〉林地〉灌丛,表明林、灌措施是流域植被恢复和减少土壤侵蚀的首选,草地限制土壤侵蚀的效果也较为明显,而沙地尤其是分布面积较广的棵砒砂岩则是土壤侵蚀综合治理的难题和关键;虽然十几年来水土流式综合治理效果显著,但由于棵砒砂岩和沙地的面积仍在整个流域占有相当的比例以及耕地剧增等因素,土壤侵蚀模数仍明显高于流域土壤允许侵蚀的临界值,流域生态环境仍然处于不安全状态,有必要对未来土地利用格局进行优化以确保生态安全。最后,在讨论中阐明了流域土地利用格局调整和优化的方向。     

土壤侵蚀预报模型中的植被覆盖与管理因子研究进展

植被覆盖和土地管理措施是土支离破碎中侵蚀的主要抑制因素之一,通用土壤流失方程（USLE）中的植被覆盖与田间管理因子（C）是评价这种抑制作用的有效指标,并被广泛采用和深入研究。我国在这方面的研究还不能满足土壤侵蚀预报和水土保持规划的要求,在系统回顾该因子的研究历史的基础上,介绍了USLE和RUSLE中C因子估计方法及其不断改进和完善的过程,并概述了中国的覆盖与田间管理因子的研究进展。此外,总结国内在（C）因子估计值以及植被覆盖度,地面覆盖物和植被根系对土壤侵蚀的影响等方面研究成果,分析了目前我国覆盖与田间管理因子研究中存在的3个方面问题,并提出了前景展望。     

黄土丘陵沟壑区不同植被类型土壤微生物特性

采用熏蒸-提取法、Biolog微平板培养法,研究了定西典型人工乔木林、人工灌木林、农田、撂荒地、天然草地等植被类型下0～20cm土层土壤微生物生物量和土壤微生物群落代谢多样性,并通过通径分析的方法解释了土壤微生物与土壤养分的关系,从土壤微生物的角度对当地典型植被类型做出了评价.结果表明:相对于耕作而言,退耕还林(草)对恢复土壤微生物资源具有积极意义;研究区垄坡荒地、撂荒地和油松林的土壤微生物生物量碳较高,其次为柠条林、苜蓿地、侧柏-山杏和道沿荒地,以小麦和马铃薯农田较低;研究区垄坡荒地、撂荒地、油松林、柠条林和苜蓿地的土壤微生物生物量氮较高,小麦和马铃薯农田较低;具有根瘤固氮菌的植被(柠条和苜蓿)的土壤微生物生物量氮占全氮的比例最高;农田由于长期生物量损耗且补充不足,其土壤微生物的储量和活性均很低,而通过种植人工乔木林、灌木林或弃耕撂荒,土壤微生物数量和活性能恢复到天然草地的水平,且效果随恢复年限的增加而更显著;柠条灌木林通过20a的恢复,其地下微生物数量与50a林龄的油松林相近,其微生物活性和土壤养分利用效率甚至超过了油松林.综合考虑不同立地条件下植被的土壤微生物特性,认为豆科灌木(如柠条)是恢复植被的较好选择.     

生态安全条件下土地利用格局优化——以皇甫川流域为例

在人类活动导致的生态环境问题中,土地利用格局变化对区域生态安全起着决定性作用。选择我国乃至在世界上都罕见的多沙、粗沙、强烈水土流失的黄河皇甫川流域作为研究区域,针对土壤侵蚀和生态用水这两大影响流域生态安全的关键问题,开展土地利用变化模拟、土壤侵蚀3S监测、适宜植被盖度估算、土壤侵蚀情景模拟、土地利用格局优化等方面的综合研究。结果表明:(1)土地利用格局变化是导致土壤侵蚀变化的重要因素。从1987年到2015年,建筑用地、林地和灌丛面积增加,水域、沙地和裸砒砂岩面积减少,导致流域年平均土壤侵蚀模数由16160.72 t km-2a-1降至9710.72 t km-2a-1。(2)土地利用类型与土壤侵蚀模数密切相关并存在一定规律。6种不同土地利用类型多年平均土壤侵蚀模数的大小顺序为:裸砒砂岩沙地耕地草地林地灌丛,表明灌、林措施是流域植被恢复和土壤侵蚀减少的首选。(3)土地利用结构和空间格局优化有助于提升区域生态安全水平。在优化格局下,2007年和2015年土壤侵蚀模数比优化前分别减少5469.57 t km-2a-1和5432.77 t km-2a-1,优化后2015年土壤侵蚀模数仅为4277.95 t km-2a-1,低于流域自然侵蚀临界值或允许土壤侵蚀模数5300 t km-2a-1,优化土地利用格局成为加强流域生态环境建设的重要途径。     

2000—2015年西南地区土地利用与植被覆盖的时空变化

西南地区是我国重要的生态资源区和生态脆弱区,在国家“绿水青山”战略发展中具有重要地位。本研究基于1 km空间分辨率的土地利用数据集,结合土地利用转移矩阵,定量分析2000—2015年间西南地区土地利用变化特征及其驱动力。并基于MODIS遥感植被指数,利用像元二分模型计算西南地区植被覆盖度,分析归一化植被指数(NDVI)和植被覆盖度的变化规律。结果表明: 研究期间,西南地区的主要地类是林地、农田和草地。建设用地面积增加5874 km²,增长率为55.8%;农田面积减少最多,下降6211 km²,其次是草地,减少2099 km²。2000—2015年间,西南地区建设用地的转入面积最多,主要由农田(贡献率68.2%)、林地(贡献率19.2%)和草地(贡献率13.1%)转化而来,转化的区域多靠近城区。农田的转出面积和转出率分别为7079 km²和2.2%,占所有转出类型面积的46.0%。林地多由草地(贡献率61.8%)转化而来,转化区域多分布在贵州中南部和云南西部等地。全区NDVI和植被覆盖度均呈显著增加趋势,说明研究区整体呈变绿趋势。其中,自然植被和农田的NDVI均显著增长,建设用地扩张地区的NDVI下降,说明自然植被和农田主导了该地区植被变化。通过残差分析发现,气候变化和人类活动对研究区变绿趋势的贡献显著。     

Effect of land use conversion on soil organic carbon sequestration in the loess hilly area, loess plateau of China

Changes in land use may alter land cover, which results in carbon stock changes in biomass as well as in the soil. In China’s loess plateau, vegetation restoration has been conducted since 1950s to control soil erosion and improve the ecosystem, with significant investment of money and manpower. Despite these efforts, soil erosion has still been severe. To reduce soil erosion and improve land quality, China initiated another state-funded project, Grain-for-Green, in 1999 in the loess plateau. However, it is not clear how effective this newly initiated project will be. In this study, we evaluated the effect of land-use conversion on soil organic carbon (SOC) and the potential effect of the current project on SOC sequestration in the Anjiapo catchment area of the loess hilly area of the loess plateau in China. This evaluation is based on SOC measurements in cropland versus in other converted land use types. We found that SOC sequestration mainly occurred in the surface soil after land use conversion took place. Land use conversion from cropland to shrubland or wild grassland (i.e. undisturbed land) was better for SOC sequestration than tree plantation in the semi-arid loess hilly area. By using the land use change in the study area as a scenario, the potential contribution of land use change on SOC sequestration due to the Grain-for-Green project was estimated. It was found that this project in the loess plateau of China would be helpful for SOC sequestration if successfully implemented.     

黄土区不同退耕方式下土壤碳氮的差异及其影响因素

研究植被恢复对土壤碳氮动态的影响,对了解陆地生态系统碳氮循环,应对全球温室效应具有重要意义.本研究以黄土丘陵区不同人工恢复植被为对象,以农田为参照,分析了不同人工植被恢复方式对0～100 cm剖面土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量影响的差异及其影响因素.结果表明: 退耕还林还草显著提高了土壤的SOC和TN含量.退耕后,SOC和TN含量均较农田明显提高.0～100 cm土层SOC平均含量人工乔木林为农田的1.43倍,增幅最大;其次是人工灌木,为1.36倍;最后是人工草地,为1.21倍.0～100 cm土层TN平均含量人工乔木林增幅最大,是农田的1.30倍;其次是人工草地,为1.21倍;而人工灌木增幅最小,为1.13倍.与农田相比,人工恢复植被类型间SOC和TN含量及细根密度的差异在土壤剖面深度上表现出不同,人工乔木和灌木最明显,影响深度＞100 cm;草地最小,仅为60 cm.恢复植被的细根密度、C∶N和凋落物量显著高于农作物,细根密度与SOC、TN呈显著线性相关(P<0.01).细根的质和量以及凋落物量是不同人工恢复植被下SOC和TN含量差异的重要影响因素.     

基于规划目标的京津风沙源治理区生态保护与修复效应

为改善和优化京津及周边地区生态环境状况,减轻风沙危害,2003年启动实施了京津风沙源治理工程。基于工程规划目标评估了京津风沙源治理区生态保护与修复效应,结果表明:(1)草地和林地作为京津风沙源治理区绿色生态屏障的主要组成,分别占治理区面积的57.3%和9.7%,而风沙策源地的耕地和沙地分别占17.2%和6.4%。(2)2003—2017年,京津风沙源治理区草地、耕地、沙地面积减少,而林地和其他类型面积增加。治理区植被覆盖度平均提高了2.3%,其中林地提高了4.3%,草地提高了2.4%。(3)沙尘天气发生的春季,治理区土壤风蚀量减少了54%。在防风固沙服务总量的贡献中,草地和沙地贡献了71%。因此,草地和沙地生态系统的植被恢复,对治理区生态系统防风固沙服务的提高发挥了最为重要的作用。(4)除治理区植被有所恢复外,由于气候整体变暖,近15年风场强度有所减弱,特别是沙尘天气易发生的春季风场强度减弱近45%,也是影响京津风沙源治理区风蚀量下降的一个重要原因。     

水土流失治理措施对小流域土壤有机碳和全氮的影响

明确综合治理条件下小流域土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)和全氮(Total nitrogen,TN)的空间分布特征及其影响因素,对科学评价水土流失区土壤固碳潜力具有重要意义。以黄土高原丘陵沟壑区典型小流域(砖窑沟流域)为对象,基于流域内3种典型地貌类型(梁峁坡、沟坡、沟谷)和3种典型水土流失治理措施(水平梯田、林地和草地措施,坡耕地为对照),采集土壤样品737个,研究地貌类型和水土流失治理措施对小流域SOC和TN变化的影响。结果表明,同一地貌类型上,水平梯田、林地和草地措施的SOC和TN(0—10 cm土层)含量均显著高于坡耕地(P<0.1)。梁峁坡上,水平梯田、林地和草地措施条件下的SOC和TN含量较坡耕地依次提高了18%和24%、70%和59%、25%和21%;沟坡上,林地和草地措施的SOC和TN较坡耕地依次提高了76%和54%、25%和27%。同一治理措施在不同地貌类型间对0—10 cm土层SOC和TN的影响存在显著差异(P<0.1)。水平梯田条件下,沟谷的SOC和TN含量比峁坡提高了46%和43%;林地措施条件下,沟坡的SOC和TN含量比峁坡提高了18%和6%;草地措施条件下,沟坡的SOC和TN含量比峁坡提高了14%和18%。0—100 cm土层的SOC或TN在不同地貌类型或不同治理措施间的差异与土壤水分含量(Soil moisture,SM)的变化趋势基本一致,并且SOC或TN与SM呈指数关系y=aebx(y为SOC或TN,x为SM)。