黄土区草本植被根系与土壤垂直侵蚀产沙关系研究

为了系统揭示植被根系对径流侵蚀产沙的影响,采用土钻法对草地植被根系分布特征进行系统调查,采用分层冲刷的方法对黄土高原草地土壤不同坡度、不同流量条件下的侵蚀产沙特征进行了研究。结果表明不同立地上的植被根系都表现出了随着土层深度增加而减少的趋势。分层冲刷的试验结果表明在土壤表层,植被根系对侵蚀产沙的影响是占主导地位的;而当土层超过一定深度后,根系的分布数量减少,不同流量和坡度下的深层土壤侵蚀产沙量明显增加,根系提高土壤抵抗径流侵蚀产沙的能力受到了限制。同时随着土层深度的不断加大,坡面上径流侵蚀的形态也在发生变化,逐渐从面蚀向细沟侵蚀发展。结合对草地植被根系生物量垂直分布特征的研究,证明土壤侵蚀产沙的这种变化是与草本植被根系的分布特征密切相关的。通过进一步分析植被根系分布特征和土壤垂直侵蚀产沙之间的联系,建立了草地植被根系生物量与土壤垂直侵蚀产沙特征之间的定量关系。     

极端降雨下黄土高原草被沟坡浅层滑坡特征及其对产流产沙的影响

植被恢复作为黄土高原防治水土流失的重要措施,但极端降雨诱发的浅层滑坡在植被恢复的沟坡上频繁发生,影响流域的产流产沙过程。基于野外原位模拟降雨试验,在60 mm/h降雨强度下,研究草被沟坡浅层滑坡发生特征及其发生前后的产流产沙差异。结果表明：（1）极端降雨所诱发的草被沟坡上的浅层滑坡深度为14-36 cm,与自然强降雨所导致的浅层滑坡深度相贴合,均是低于50 cm。（2）植被根系与土壤容重、孔隙度等土壤性质显著相关（P<0.05）,致使滑坡面上、下层土壤物理性质差异显著（P<0.05）。由于土壤性质的差异,在极端降雨下滑坡面上层土壤水分更快达到饱和（饱和度>90%）,导致浅层滑坡的发生。（3）草被坡面浅层滑坡后的径流与产沙均显著增大（P<0.05）。三个小区的平均径流率在滑坡后增大了4.0-13.1倍,其平均含沙量和产沙率在滑坡后分别增大了9.9-54.9倍和70-841倍。研究结果有助于加深了解植被沟坡的侵蚀产沙机理,并为浅层滑坡防治提供科学依据。     

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.     

一种量化根系抗侵蚀指标的构建及应用:根系构架抗蚀指数

在侵蚀环境下,植被地下部根系系统的相互匹配是植被群落持续发挥抗侵蚀作用的关键。本研究尝试引入Amoeba图形法,从根系形态、数量和空间3个维度建立根系构架抗蚀指数(ERI_rf,%)来量化表征植被群落根系抗侵蚀功效,并分析黄土丘陵区撂荒地、柠条群落和刺槐群落植物根系的生长特征。结果表明: 本研究构建的根系构架抗蚀指数的参数包括: 根系构架作用系数(α)、根系密度(R_b,kg·m^-3)、根系构架度(S)、土壤容重(ρ,g·cm^-3)和水土保持作用系数(φ),表达式为: ERI_rf=α×R_d×S×φρ×100%;根系构架抗蚀指数能够较好地表征植被群落土壤抗侵蚀能力,且对数函数能较好地拟合土壤抗侵蚀能力与根系构架抗蚀指数之间的关系。期望本研究结果为抗侵蚀植被群落构建与生态建设评估提供科学参考。     

黄土塬沟壑区典型植被沟头土壤渗透性和抗剪强度特征

沟头是沟蚀的主要活跃部位,严重影响沟头溯源侵蚀发生。为明确典型植被沟头根系分布及土壤物理和力学特征,本研究以自然植被恢复沟头和人工植被恢复沟头为对象,分析0～1 m不同土层土壤入渗、根系分布以及根-土复合体物理和力学性质特征。结果表明：不同植被沟头土壤容重和总孔隙变异较小,容重在1.10～1.37 g·cm^-3,土壤总孔隙在48.3%～58.4%;各入渗指标总体随土层增加呈减小趋势,自然植被恢复沟头不同土层入渗速率在20～30 min趋于稳定,人工植被恢复沟头在40 min趋于稳定,人工植被恢复沟头的稳定入渗速率、平均入渗速率总体大于自然植被恢复沟头;根长密度、根表面积密度、平均直径均随土层的增加呈降低趋势,除20～40 cm土层,自然植被恢复沟头的根长密度、根表面积密度、平均直径皆小于人工植被恢复沟头,两种植被沟头根系主要由0～0.5 mm根系构成,占总根长的84.2%～93.6%;在垂直深度上,随着含水率的增加,黏聚力随土层由上至下迅速线性衰减,变化范围为0.42～22.67 kPa,在相同含水率条件下,人工植被恢复沟头平均黏聚力总体大于自然植被恢复沟头。本研...     

甘肃水土流失区防护效益森林覆盖率研究

以甘肃长江流域、黄河流域及内陆河源头地区的祁连山地等三大流域为对象 ,就水土流失区最佳防护效益森林覆盖率进行了研究。指出 :( 1 )甘肃的这三大流域生态环境恶化的主要表现为水力侵蚀形成的水土流失。一日或一次性大暴雨至特大暴雨过程是造成土壤侵蚀的主要原动力。这种侵蚀力的强度受平均雨强的大小、林地面积多少、林分类型的空间分布格局等因素影响。 ( 2 )土壤的总孔隙度是承载降水的主要蓄水库 ;土壤的总孔隙度决定了暴雨降水量下渗和形成地表径流的比重 ,因而也间接地决定了暴雨对土壤的侵蚀强度 ;土壤的总孔隙度又受土壤表面生长的植被类型及其覆盖度、内涵质量、空间分布格局等影响。林地是各种植被类型的地类中对这种侵蚀的抵抗力最优的地类之一。 ( 3)林地具有明显阻滞地表径流的作用。若一个流域或更大范围内的森林类型、层次、结构、长势等森林内涵质量、分布格局均处于最优状态 ,则森林的面积或森林覆盖率将发挥出最佳防护效益 ,此时的森林覆盖率称为最佳防护效益森林覆盖率。 ( 4 )生态环境对森林防护能力的影响是通过不同森林防护类型能力的差异反映出来的。 ( 5 )应用降水量与土壤饱和蓄水量之间水量平衡原理 ,进行最佳防护效益森林覆盖率的计算。土壤饱和蓄水量可用土壤的总孔隙     

放牧对贝加尔针茅草原植被根系分布和土壤理化特征的影响

以内蒙古贝加尔针茅草原为研究对象,分析了放牧对植被根系分布特征的影响及其与土壤理化性状的相互关系。结果表明:放牧导致植被根系分布发生显著变化;0～10cm土层根系生物量占0～40cm根系总生物量的65.9%～82.6%,直径≥2mm根系和直径1mm的根系对放牧影响较为敏感;植被根系分布与土壤容重、含水量、全氮、全磷、有机碳含量以及阳离子交换量有一定程度的相关性,放牧主要通过改变土壤理化特征影响不同径级根系生物量的分布,同时各径级根系分布特征对土壤理化性状有一定的反馈作用。     

半干旱黄土区植被恢复对土壤团聚体稳定性及抗侵蚀能力的影响

土壤水稳性团聚体强烈影响土壤过程和功能,是反映土壤质量和土壤抗侵蚀能力的重要指标。为探究半干旱黄土区植被恢复对土壤抗侵蚀能力的影响,以甘肃省定西市龙滩流域为研究区,选取3种恢复方式（天然荒草、自然恢复、人工恢复）7种植被类型（大针茅草地、长芒草草地、赖草草地、苜蓿草地、柠条灌丛、山杏林以及油松林）为研究对象,通过测定0-20 cm、20-40 cm和40-60 cm土壤水稳性团聚体,分析土壤团聚体组成、稳定性及抗侵蚀能力特征。结果表明：1）不同恢复方式不同植被类型间土壤水稳性团聚体稳定性差异显著（P<0.05）,自然恢复方式的土壤水稳性团聚体平均重量直径显著高于天然荒草和人工恢复方式,且7种植被类型土壤大团聚体质量百分比均在67.97%-90.12%之间;人工恢复方式土壤水稳性团聚体稳定性较差,其中油松林稳定性最差。2）土壤团聚体破坏率和土壤抗侵蚀能力均表现出自然恢复方式更有利于土壤结构稳定性的提高。3）土壤水稳性大团聚体含量越高,土壤团聚体越稳定,土壤结构稳定性就越好;平均重量直径与土壤可蚀性因子K值呈极显著性负相关（P<0.01）。本研究结果表明自然恢复方式能够显著提高土壤团聚体的稳定性,从而提升土壤的抗侵蚀能力,建议当地在未来植被恢复规划中采取自然恢复方式更有利于生态恢复的有效进行。     

山西太岳山好地方典型植被类型土壤理化特征

以山西太岳山好地方林场4种植被类型(草甸、灌丛、华北落叶松人工林、华北落叶松-白桦混交林)0~60 cm土层土壤为研究对象,采取野外定点取样和实验室分析的方法,研究不同植被类型土壤理化性质特征。结果表明:土壤容重和p H值随土层深度的增加而增加;土壤含水量随土层深度增加而减小;不同植被类型间,土壤含水量大小排序为华北落叶松-白桦混交林草甸华北落叶松人工林灌丛;容重为灌丛华北落叶松-白桦混交林华北落叶松人工林草甸;p H值变化规律为华北落叶松-白桦混交林华北落叶松人工林灌丛草甸;土壤有机质、全氮含量随土层深度增加而减小,各土层之间差异显著;全磷和全钾含量各土层间差异不显著;不同植被类型间,草甸土壤有机质、全氮、全磷含量都高于其他3种植被类型,灌丛土壤全钾含量高于其他3种植被类型;土壤有机质与全氮呈极显著正相关;容重与含水量、有机质、全氮呈极显著负相关;p H值与有机质、全氮、全磷呈极显著负相关。     

冻融作用对土壤理化性质及风水蚀影响研究进展

冻融侵蚀在我国分布范围广,是主要土壤侵蚀类型之一,而冻融作用与其他营力复合进行侵蚀的分布范围比单纯的冻融侵蚀更广,所造成的危害也更大.本文基于国内外已有研究成果,总结评述了冻融作用对土壤理化性质及风蚀和水蚀影响的相关研究进展.冻融条件下,土壤水分发生运移,结构被破坏,土壤孔隙度、容重、抗剪强度、团聚体稳定性和有机质等理化性质均发生变化,其变化趋势和幅度与土壤质地、冻融程度有关.冻融作用通过改变土壤理化性质,增加土壤可蚀性,从而影响土壤风蚀和水蚀发生及过程,导致侵蚀强度增大.目前,冻融研究以室内模拟为主,与野外实际冻融过程差异较大,且由于试验条件不同,得到的结论无法统一,甚至相反.因此,通过室内模拟与野外实测相结合,加强冻融条件下土壤侵蚀机理研究是下一步的重点,这对季节性冻融区解冻期侵蚀预报和防治具有重要意义.     

浙江安吉主要林地类型土壤渗透性

对浙江安吉县龙王山地区主要植被类型的土壤渗透性进行了研究.结果表明,不同土地利用类型的土壤渗透性存在很大差别.根据土壤渗透能力可将8种植被类型分为4类：第1类,落叶阔叶林,土壤渗透能力极强;第2类,草地、松林、灌木林和茶园,土壤渗透能力强;第3类,毛竹林和常绿阔叶林,土壤渗透较强;第4类,裸露地,土壤较紧实,土壤结构较差,土壤通透性不佳,渗透能力弱.经主分量分析,得到表征渗透性能综合参数α和表征根系特征的综合参数β,构建了回归方程：α=0.1708e^β-0.3122.土壤理化性质、植被根系显著地影响土壤渗透性能.植被根系提高土壤入渗性能的实质是≤1 mm细根能有效地改善土壤性状.     

典型草地的土壤保持价值流量过程比较

内蒙古温带草原和海北高寒草甸的土壤侵蚀以风力侵蚀为主。利用改良的风力侵蚀模型,比较分析了这两类草地生态系统土壤保持价值日流量过程和累积过程。结果表明,风力侵蚀条件下,草地生态系统的土壤保持服务是离散的,不连续的,与风速和植被盖度直接相关。土壤保持价值构成以保持土壤养分为主。内蒙古温带草原的年潜在侵蚀量和年现实侵蚀量都高于海北高寒草甸。但是,内蒙古温带草原的土壤保持年价值高于海北高寒草甸,是海北高寒草甸年价值的7倍。春季和秋季是内蒙古温带草原潜在侵蚀量、现实侵蚀量和土壤保持量最高的两大季节。海北高寒草甸的潜在侵蚀量和现实侵蚀量主要分布在12月份到翌年4月份,土壤保持量主要分布在春季和夏季。     

黄土区小流域植被类型对沟坡地土壤水分循环的影响

沟坡作为黄土丘陵区小流域水土流失最为活跃的区域,探究不同下垫面植被类型下的土壤水分循环特征对于沟坡地植被恢复具有重要意义。基于氢氧同位素示踪技术,通过野外水样采集和室内同位素分析旨在揭示植被类型对沟坡地土壤水分循环的影响机制。结果表明:(1)各水体氢氧同位素均遵循:降水刺槐林地土壤水草地土壤水地表水地下水,降水的变异系数最大,地表水和地下水的变异系数较小。(2)草地土壤水主要以降水补给为主,所占比例为59.12%,刺槐林地土壤水则以深层土壤水的上升补给为主,所占比例为60.97%。短阵性暴雨条件下,草地土壤水运移速率较刺槐林地高约1 cm/d,且主要发生在0—50 cm土层。(3)土壤水的垂向运移为地下水的主要补给形式,草地土壤水对地下水的补给比例为51.64%,约比刺槐林地高0.52%。表明植被类型对土壤水分循环特征具有一定的影响,刺槐林对深层土壤水分利用强度较大,可能加剧深层土壤干层化,而草地更有利于降水入渗以及地下水补给,该研究可为小流域沟坡的生态修复和综合治理提供科学依据。     

晋西黄土区典型小流域不同土层土壤容重分布特征及其影响因素

为了解黄土区不同土层土壤容重分布特征及其影响因素,本研究以晋西黄土区蔡家川流域为对象,运用经典统计学和地统计学方法分析了蔡家川流域98个样点不同土层(0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm)土壤容重的分布特征以及主要影响因子及其贡献率。结果表明：(1)土壤容重介于0.79～1.78 g·cm^-3,在0～100 cm深的土层中随土层深度的增加而增加;土壤容重变异程度随土层深度的增加而减小,在0～40和40～100 cm处分别表现为中等和弱度变异。(2)土壤容重在0～40 cm土层的最佳拟合模型为高斯模型,在40～100 cm土层为指数模型;随土层增加土壤容重空间依赖性下降,在0～20、20～60和60～100 cm土层分别呈强度、中度和弱度空间依赖。(3)0～40 cm土层土壤容重主要受植被和土壤因素影响,而40～100 cm土层土壤容重主要受海拔和土壤因素的影响,表明30多年植被恢复对土壤容重的影响主要集中于表层。以上结果对深入认知植被恢复背景下区域土壤容重分布规律、科学评估区域植被恢复生态效益和生态服务具有重要参考价值。     

海涂区不同植被类型下土壤盐渍剖面及其电磁感应响应特征

针对滨海滩涂区植被类型与土壤盐渍化间的内在联系,以黄河三角洲典型海涂区为研究对象,结合电磁感应仪EM38与田间采样,分析了不同植被类型下土壤盐渍剖面分布特征,并对各植被类型下土壤盐渍剖面的电磁感应响应特征进行了比较.结果表明：研究区土壤盐分具有较强的表聚性与变异强度,水平磁感式表观电导率(EM_h)对浅层土壤盐分响应较好,而垂直磁感式表观电导率(EM_v)对深层土壤盐分的响应优于EM_h;土壤盐渍剖面分为表聚型、底聚型和平均型3类,表聚型盐渍剖面主要为光板地和盐蒿地,底聚型的地表植被以棉花为主,平均型主要为杂草,且土壤盐分表聚强度为光板地>盐蒿地>杂草地>棉花地;随着植被类型由棉花—杂草—盐蒿—光板地变化,各剖面的EM_v/EM_h值逐渐降低.经非参数检验,植被类型与电磁感应响应特征具有显著相关性,且不同植被类型的EM_v/EM_h分布特征差异明显.     

子午岭植被恢复对土壤饱和导水率的影响

通过对子午岭林区不同植被的土壤性质进行实验室测定和野外调查,对饱和土壤水分运动的重要参数之一土壤饱和导水率(Ks)及其相关因子进行了多元分析和通径分析,揭示了植被恢复提高土壤水分传输性能的机理,主要结论如下:土壤有机质是子午岭林区九种植被下土壤饱和导水率提高的主要驱动因子.不同植被下的土壤饱和导水率均随深度的增加而迅速降低,尽管草地和先锋草地在5～10cm深度有一强透水层.土壤饱和导水率在剖面上的平均值,从辽东栎、早期森林、灌丛、先锋草地、弃耕地到草地依次降低.灌丛与草地、弃耕地的差异达到显著水平,辽东栎顶级群落的饱和导水率最高,植被的恢复明显提高了土壤饱和导水率.土壤容重、毛管孔隙度、>0.25mm团聚体含量及粘粒含量直接影响土壤饱和导水率.土壤有机质含量的提高能够改善容重、毛管孔隙度、团聚体含量等物理性质.     

尕海湿地植被退化过程中植被——土壤系统有机碳储量变化特征

青藏高原湿地作为陆地生态系统的重要组成部分,在全球碳循环中发挥着重要作用.以青藏高原东缘尕海湿地植被不同退化程度样地(未退化CK、轻度退化SD、中度退化MD及重度退化HD)为研究对象,通过分析地上植物、凋落物、根系和土壤有机碳,研究湿地植被退化过程中植被-土壤系统有机碳储量变化特征.结果表明:除HD外,不同退化程度湿地地上植被碳储量为99.58～205.64 g·m^-2,根系(0～40 cm)碳储量为56.96～754.37 g·m^-2,地上、根系碳储量随退化程度的加剧显著下降,土壤容重随退化程度加剧呈先增加后减少趋势,植被退化湿地各层土壤容重均大于对照样地,而凋落物碳储量为17.29～35.69 g·m^-2,CK和MD均显著高于SD;不同退化程度湿地土壤0～40 cm碳储量为7265.06～9604.30 g·m^-2,且MD>CK>SD>HD,土壤有机碳储量CK和MD显著高于SD、HD;植被-土壤系统的碳储量为7265.06～10389.94 g·m^-2,各样地大小顺序为CK>MD>SD>HD,有机碳主要储存于土壤中,占湿地总碳贮量的90%以上,说明适度干扰有利于发挥高寒湿地生态系统的碳汇功能.     

黄土高原退耕草地植被根系动态分布特征

采用土钻法研究了黄土高原不同退耕年限和天然草地植被根系的垂直分布特征.结果表明,样地上不同采样点间的根系分布不存在显著差异,根系指标的合并计算结果可以代表立地上植被根系的分布特征.植被根系生物量、根系长度等指标的垂直分布特征均表现出随着深度增加而减少的趋势;随着退耕年限的增加,植被根系的生物量、根系长度等指标逐渐增加,一般在退耕年限超过20年后,植被根系的分布特征接近天然草地的根系分布特征.随着退耕年限的增加,根系消失系数从0.98逐渐降低到0.96,说明植被在深层土壤中的相对含量逐渐减少,根系逐渐集中在0～40cm的表层土壤中.退耕植被根系分布特征的改善提高了土壤理化性质,有利于新物种入侵和植被演替进行.     

尕海湿地植被退化过程中植被-土壤系统有机碳储量变化特征

青藏高原湿地作为陆地生态系统的重要组成部分,在全球碳循环中发挥着重要作用.以青藏高原东缘尕海湿地植被不同退化程度样地(未退化CK、轻度退化SD、中度退化MD及重度退化HD)为研究对象,通过分析地上植物、凋落物、根系和土壤有机碳,研究湿地植被退化过程中植被-土壤系统有机碳储量变化特征.结果表明: 除HD外,不同退化程度湿地地上植被碳储量为99.58～205.64 g·m^-2,根系(0～40 cm)碳储量为56.96～754.37 g·m^-2,地上、根系碳储量随退化程度的加剧显著下降,土壤容重随退化程度加剧呈先增加后减少趋势,植被退化湿地各层土壤容重均大于对照样地,而凋落物碳储量为17.29～35.69 g·m^-2,CK和MD均显著高于SD;不同退化程度湿地土壤0～40 cm碳储量为7265.06～9604.30 g·m^-2,且MD＞CK＞SD＞HD,土壤有机碳储量CK和MD显著高于SD、 HD;植被-土壤系统的碳储量为7265.06～10389.94 g·m^-2,各样地大小顺序为CK＞MD＞SD＞HD,有机碳主要储存于土壤中,占湿地总碳贮量的90%以上,说明适度干扰有利于发挥高寒湿地生态系统的碳汇功能.     

荒漠绿洲湿地土壤优先流与水分入渗特征

地表水分、溶质和污染物以土壤优先流的形式下渗到深层土壤或地下水中,将导致土壤养分流失与地下水污染等问题。因此,土壤优先流研究将为干旱区荒漠绿洲湿地水分运移与盐分积累过程提供理论依据。以荒漠绿洲湿地为研究区,选取柽柳灌丛、盐碱草地和杨树林,以道路为对照,采用室外染色示踪法对湿地土壤优先流特征与水分入渗进行研究。结果表明:不同植被类型土壤优先流入渗深度存在显著差异,其柽柳灌丛和盐碱草地几乎是杨树林和道的2倍;染色面积比随深度的增加而波动下降,0—20 cm土层染色面积比占总染色面积的54.42%—89.27%;染色路径宽度以20—250 mm和250 mm为主;优先流类型以高相互作用混合流和非均质指流为主。在荒漠绿洲湿地,砾石促进土壤优先流发生,增加了侧向流;同时,粗根的减少抑制了优先流的发生;此外,土壤盐分通过影响土壤大孔隙分布而影响水分入渗过程。因此,荒漠绿洲湿地土壤优先流与水分入渗差异是土壤质地、根系分布与盐分离子共同作用的结果。