耕作对土壤入渗性能的影响

耕作影响降雨入渗、径流、土壤侵蚀过程。研究采用新型的坡地降雨条件下土壤入渗能力的径流-入渗-产流测量方法和仪器,野外观测宁夏南部山区坡耕地与撂荒地土壤入渗性能,揭示耕作对土壤入渗性能影响的规律。在坡度为20°、土壤表层含水量11.3%的坡地进行测量。采用的降雨强度为:20,40,56mm·h-1。结果表明,新型测量方法和仪器可以很好地测量坡面土壤入渗性能的全过程,并且具有省水、省工、操作方便的特点,且测量精度高。对比测量结果表明,坡耕地的初期土壤入渗性能在小雨强条件下略高于撂荒地的入渗性能,而在大雨强条件下则一直低于撂荒地的入渗性能。随雨强的增大坡耕地的入渗性能急剧减小,而撂荒地的入渗性能基本不受雨强变化的影响。坡耕地土壤的入渗性能(土壤结构)对降雨强度极为敏感,而撂荒地具有稳定的土壤结构和入渗性能。在3种雨强下,坡耕地的产流时间均比撂荒地提前。与撂荒地相比,各种雨强条件下坡耕地的稳定入渗率都较撂荒地明显降低。     

黄土高寒区典型植被类型土壤入渗特征及其影响因素

为了研究黄土高寒区典型植被在不同坡位下土壤入渗性能差异及其影响因素,采用恒定水头法测定了不同植被类型的土壤入渗过程,并分析了土壤孔隙状况、机械组成、水稳性团聚体等与渗透速率的相关性。结果表明:(1)初渗速率和稳渗速率均表现为青海云杉祁连圆柏华北落叶松荒草地,且差异性显著;同一植被类型的土壤入渗速率沿坡面向下逐渐增大,但差异性不显著;(2)对不同植被类型的土壤入渗过程模拟发现Horton模型拟合效果最好,决定系数均在0.8以上,通用经验模型拟合精度较差,决定系数在0.614—0.982之间;(3)土壤入渗性能与孔隙状况、水稳性团聚体质量分数、有机质含量均有极显著相关性;0.25 mm团聚体质量分数是影响稳渗速率的主要决策因素;总孔隙度是影响初渗速率的最主要的决策因素,而毛管孔隙度是主要的限制因子。为高寒地区土壤入渗模拟以及植被配置等提供了科学依据。     

平茬对半干旱黄土丘陵区柠条林地土壤水分的影响

半干旱黄土丘陵区多年生柠条人工林地发生土壤旱化,研究柠条林平茬对土壤水分影响对于防治土壤旱化具有重要意义。采用中子仪测定土壤水分,对未平茬和平茬柠条林地土壤水分进行测定,分析了平茬对土壤水分的影响。结果表明:未平茬和平茬柠条林地降雨补给量(R₁,R₂)同降雨量(P)显著正相关(P<0.05)。定义降雨耗损量(林冠截留量和地表径流之和)占降雨量的百分比为降雨耗损率,未平茬林地降雨损耗率(L₁)和平茬柠条林地降雨损耗率(L₂)分别与其降雨前土壤表层(0-20 cm)含水量(S₁,S₂)呈明显指数关系(P<0.05):L₁=2.54exp(0.22S₁),L₂=2.40exp(0.27S₂),表层含水量相同时,平茬林地降雨损耗率明显高于未平茬林地。平茬后,林地降雨最大入渗深度减小,土壤水分利用深度减小;短时间内(2个月左右)林地20-160 cm含水量增加,之后平茬林地土壤含水量与未平茬林地土壤含水量接近;丰水年和丰水年后的第一年,平茬林地含水量低于未平茬林地,0-400 cm土壤储水量比未平茬林地最多低45.9 mm。平茬后200-400 cm土层土壤水分有少量增加,但是0-200 cm土层土壤含水量损失更严重。平茬3a后,平茬对柠条林地土壤水分的影响减弱。     

不同初始含水率下粘质土壤的入渗过程

土壤入渗是降雨渗入土体形成土壤水的基本水文过程,土壤渗透能力影响着地表径流和土壤侵蚀强度。土壤初始含水量决定了入渗初期的土水势,是影响土壤入渗过程的重要因素。利用环刀法,观测了三峡库区林地和草地的土壤入渗过程,对比分析了不同初始含水率下土壤入渗率和常用入渗模型的适宜性。结果表明,随土壤初始含水率的增大,林地和草地下土壤初始入渗率减小,入渗趋于稳定所需时间缩短,累积入渗量和稳定入渗率增大。土壤含水率为12%的林地初始入渗率为8.95 mm/min,是含水率40%林地初始入渗率的4倍,但1h累积入渗量仅是含水率40%林地的2/3。有机质含量丰富的草地土壤入渗过程对初始含水率的敏感性较弱,干湿草地相比较入渗参数的差异不如林地明显。随时间的延长,土壤入渗率逐渐降低,入渗曲线渐趋平缓,最小二乘法拟合结果显示Horton模型对林地和草地下土壤入渗过程的拟合效果较好,且模型参数具有物理意义,是分析和预测三峡库区林草覆盖下土壤入渗过程的适宜模型。     

南京市城市土壤水分入渗特征

采用双环法测定了南京市代表性的土地利用类型下土壤的水分入渗率，研究了不同压实程度下土壤的入渗特征.结果表明：南京市不同压实程度土壤的入渗能力差异较大；土壤压实越严重，其容重越大、孔隙度越小，土壤入渗率越小；严重压实的土壤中存在水分入渗的限制层，致使稳定入渗率明显降低；土壤初始入渗率与稳定入渗率的差异较大，两者之间存在显著的线性相关关系.研究区土壤稳定入渗率的分布范围非常广（1～679 mm·h^-1），这与城市土壤的压实、结构状况以及粗骨性砾石的存在密切相关.城市土壤入渗率的减小导致地表径流系数以及发生洪涝的几率和强度增大.     

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。     

黄土区次降雨条件下林地径流和侵蚀产沙形成机制

以黄土区两种常见森林植被(次生山杨林和人工油松林)长期定位观测试验为基础,从水量平衡和径流产沙机理出发,分析了次降雨条件下两种林地和荒地坡面产流产沙过程.结果表明,次降雨量在5.0～50.0 mm范围内,油松林和山杨林的林冠和枯枝落叶层总截留率分别为15.45%～56.80％和20.56%～47.81％,且随降雨量的增大而减小.与荒坡地相比,林地土壤入渗性能显著增强,尤其是0～20 cm土层.分析表明,在一般降水条件下林地无径流产生;而在降雨雨强为2.5 mm·min^-1和历时30 min条件下,山杨林地无地表径流产生,荒坡地的径流流速和径流挟沙浓度均为油松林地的23.5倍,而其径流剪切力和径流能量均为后者的8倍;油松林地的径流量和产沙量比荒地分别减少了87.6%和99.4%,与径流小区多年(1988～2000)观测平均值(分别为87.0%和99.9%)相近.     

宁南山区植被恢复对土壤团聚体养分特征及微生物特性的影响

测定了宁夏黄土丘陵区植被恢复近30年的天然草地和农地不同粒径团聚体的土壤养分含量、微生物生物量、呼吸特性和生态化学计量比等指标,探索黄土丘陵区植被恢复对不同粒径土壤团聚体的养分特性和微生物学性质的影响.结果表明: 微团聚体(粒径<0.25 mm)质量百分比、各粒径土壤团聚体养分(有机碳、全氮、速效钾)含量、C/N均表现为天然草地大于农地,其中1～2 mm粒径团聚体有机碳、全氮含量在天然草地和农地中均最高,C/N也较高,说明植被恢复能有效促进土壤团粒的形成,适宜养分积累和有机碳的汇集,且在1～2 mm粒径团聚体上表现最为突出;天然草地各粒径土壤团聚体微生物生物量(碳、氮)、基础呼吸强度均高于农地,而呼吸熵低于农地,可见植被恢复措施可有效提高各粒径土壤微生物生物量与活性,并使土壤生境趋于稳定;但由于养分特性的差异,不同粒径团聚体微生物特性对植被修复的响应存在差异,其中天然草地土壤1～2 mm粒径团聚体微生物生物量碳,<0.25、0.25～1、1～2 mm粒径团聚体微生物生物量氮,以及1～2、>5 mm粒径团聚体基础呼吸强度显著高于其他粒径,即上述粒径团聚体的微生物生物量和微生物活性在植被恢复过程中逐渐被改善.表明宁南山区植被恢复有效改善了土壤团聚体的肥力状况与结构特征,且1～2 mm粒径团聚体的改良效果最为突出.     

黄土丘陵区植被类型对土壤微生物量碳氮磷的影响

选择黄土丘陵区延河流域4种典型植被类型下的土壤为研究对象,测定了土壤微生物量碳、氮、磷和相关基本理化性质。结果表明,在此流域的典型天然草地、人工灌木林、人工乔木林和农地中土壤微生物量碳(MBC)的含量范围分别为315.15-400.89、246.56-321.25、267.76-347.05和118.96-245.14 mg/kg,土壤微生物量氮(MBN)的含量范围分别为35.87-47.63、27.63-42.89、24.66-36.20和15.64-22.56 mg/kg,土壤微生物量磷(MBP)的含量范围分别为14.14-22.96、12.89-19.75、11.54-14.40和7.23-11.59 mg/kg;土壤微生物量总体呈现出天然草地最高、人工乔、灌木林次之,且均显著高于农地的趋势,表明退耕还林还草对土壤微生物生物量有明显的促进作用。不同植被类型下,土壤微生物量碳氮比和碳磷比的变化范围分别为7.49-10.87和16.27-24.11,土壤微生物量碳、氮、磷占土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)百分比的范围分别为2.70%-4.85%、2.56%-4.45%、2.08%-5.34%。其中天然草地、人工灌木林和农地土壤的微生物量碳氮比、碳磷比均显著小于人工乔木林(P < 0.05); MBC/SOC在不同植被类型下的差异不显著,MBN/TN和MBP/TP均呈现出天然草地>人工灌木林>人工乔木林和农地的趋势,且差异显著(P < 0.05)。微生物量碳、氮、磷与土壤有机碳、全氮和土壤含水率呈现极显著或显著相关性,与土壤pH值呈现出不同程度的负相关性,表明植被类型对这些与土壤微生物量紧密相关的理化性质也有显著影响。     

黄土丘陵区植被的土壤水文效应

采用定位监测与普查相结合方法,对黄土丘陵区主要降水量级地区不同植被下土壤水分状况进行了系统的总结分析。研究认为：农林草地土壤水分剖面有较大差异,土壤水分由高到低依次为农地、草地、灌木地、乔木。部分地区灌木林土壤水分可能不如乔木林地。在特旱年份,不同植被下的土壤水分严重亏缺,但不同植被利用引起的土壤水分差异变小。森林带土壤水分明显好于过渡带,该带刺槐生长正常;在过渡带,特旱年份油松、刺槐林不能正常生长,且乔、灌、草均引起土壤干层。所以在林草植被建设中需要一些辅助措施来保证土壤水分供应的可持续性。     

祁连山东段高寒地区土地利用方式对土壤性状的影响

祁连山东段是典型的高寒地区,自然环境脆弱而敏感,探讨该区域土地利用方式对土壤性状的影响有助于高寒地区土地合理利用和生态恢复。在实验区内选取了天然草地(NG)、退耕自然恢复地(NRAC)、坡耕地(SC)和人工草地(SG)4种土地利用方式,研究了不同土地利用方式对土壤物理和化学性状的影响。结果表明,高寒地区不同土地利用方式下土壤理化性状差异显著。不同土地利用方式下土壤含水量表现为:NG>SG>NRAC>SC;土壤容重表现为:NRAC>SG>SC>NG;土壤紧实度表现为:SC>SG>NRAC>NG;总孔隙度为NG>SC>SG>NRAC。在4种土地利用方式中NG有机质含量(116.438 g/kg)显著高于其他土地利用方式(P<0.05);NRAC土壤有机质含量(28.541 g/kg)显著低于其他土地利用方式(P<0.05);全N含量NG最大;SC全P和全K含量最大;NG土壤速效N、P、K含量均最高。研究表明,NG在保持和维护土壤性状方面表现出了较好的效果,SC和SG土壤性状相对较差;退耕4 a的NRAC土壤性状仍然较差,反映出在高寒地区土壤生态系统一旦遭到严重破坏,在自然条件下较难恢复,恢复所需时间也较长。     

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.     

黄土丘陵区不同土地利用类型土壤水分变化特征

土壤水分是制约黄土丘陵区生态建设和土地可持续利用的关键因子,认识不同土地利用类型的土壤水分状况对该地区植被恢复和土地资源的有效利用具有重要的理论和实际意义.本研究采用EC-5土壤水分传感器,对黄土高原园则沟流域坡耕地、梯田、枣园和草地生长季内(5—10月)0~160 cm土壤剖面含水量进行连续监测,探讨这4种典型土地利用类型的土壤水分变化特征.结果表明:在降水常态年和干旱年,不同土地利用方式土壤水分的季节变化、蓄水特征及垂直分布均存在差异.在2015年干旱年,梯田表现出良好的蓄水保墒效果,0~60 cm土层生长季平均土壤含水量分别比坡耕地、枣园和草地高2.6%、4.2%、1.8%(P<0.05),0~160 cm土层储水量分别比坡耕地、枣园和草地高43.90、32.08、18.69 mm.在2014年常态年,枣园0~60 cm土层生长季平均土壤含水量分别比坡耕地、梯田和草地低2.9%、3.8%、4.5%(P<0.05);在干旱年,0~160 cm土层有效水储量仅占土壤总储水量的35.0%.不同土地利用方式下均是表层(0~20 cm)与中层(20~100 cm)土壤水分的灰色关联度较大,且土壤水分变化态势的相似程度表现为梯田>草地>坡耕地>枣园.对于试验区内的坡耕地,可考虑改造为梯田,以提高雨水资源的有效利用、促进生态农业建设;而针对黄土丘陵区旱作枣园土壤缺水严重的现象,需采取适当水分管理措施以降低枣树自身耗水和其他无效耗水,实现枣园可持续发展.     

Soil moisture ecological environment of artificial vegetation on steep slope of loess region in North Shaanxi Province, China

By means of fixed-point monitoring and comparative analysis, soil water deficient situation, soil moisture dynamic variation laws, soil aridization and soil water compensation features under condition of different artificial vegetations were studied on 35–45° steep slope of loess region in North Shaanxi Province, China. The results showed that soil water was extremely deficient under condition of perennial artificial vegetation on steep slope, soil water storage (0–10 m) was only equal to 26.2%–42.0% of the field capacity in dry years, and in rainy years it was also only equal to 27.0%–43.3% of the field capacity. The order of soil water deficit was Caragana microphylla > locust > alfalfa > Chinese arborvitae > poplar > Chinese pine > wild land > apricot > Chinese date > farm land. Annual variations of soil moisture with the same vegetation were weakened with soil depth increasing, and occurred mainly in 0–200 cm soil layers. In the same growth season, all CVs (coefficients of variation) of soil moisture under condition of different vegetations were bigger and concentrated comparatively in 0–120 cm soil layers, but difference of CVs in different vegetations was small. Below 120 cm soil layers, CVs were smaller, but difference of CVs in different vegetations was bigger. Permanent dry soil layers always occurred under condition of perennial vegetation on steep slope, but the difference of soil aridization intensity was obvious among different vegetations and growth years. Soil water compensation and recovery depths in rainy seasons were 1.0–1.4 m, but the soil water storage increment and compensation degree in different vegetations were dramatically different. Soil water compensation depth in the same vegetation in rainy years was over 60 cm more than that in dry years, while the soil water storage increment in 5 m soil layers increased over 3 times. Under natural precipitation, the soil water deficit in artificial vegetation on steep slope cannot be ameliorated, and the soil aridization also can't be relieved.     

间歇降雨和多场次降雨条件下黄土坡面土壤水分入渗特性

基于可控的坡面间歇降雨和多场次降雨试验，对黄土坡面土壤水分入渗及分布特征进行了研究.结果表明：间歇降雨条件下，两次降雨期间的累积径流量均随降雨历时的延长呈近似线性增加，湿润锋也随降雨时间的延长而增加；在两次降雨的间歇期，湿润锋增加缓慢.入渗率随着坡度的增大而减小，第2次降雨的入渗率随时间而减小的趋势更明显；15°坡面的累积入渗量比25°大，分别为178和88 mm.多场次降雨条件下，各场次降雨的初始入渗率均较高，其中第1场降雨的土壤入渗率、累积入渗量在各时段均明显高于其他场次，后3场降雨的入渗率差异不大；降雨场次越多，湿润锋越深.     

黄土高原水蚀风蚀交错区植被地上生物量及其影响因素

采用野外调查的方法,于2009年9月下旬测定了六道沟小流域不同土地利用方式下的地上生物量以及土壤水分含量和养分含量,研究了水蚀风蚀交错区典型小流域植被地上生物量水平及其影响因素.结果表明:六道沟小流域主要植被地上干生物量在177～2207g·m-2;其中,玉米、谷子、弃耕地、人工草地、天然草地和灌木地的地上干生物量分别为2097～2207、518～775、248～578、280～545、177～396和372～680 g·m-2.农田平均土壤含水量(0～100 cm土层)最高,达14.2%,灌木地最低,为10.9%;弃耕地土壤水分含量的变异系数最大,为26.7%,说明弃耕地土壤水分有很强的空间异质性.土壤平均储水量大小顺序为:农田>人工草地>弃耕地>天然草地>灌木地,苜蓿地和柠条地出现土壤干化现象.植被地上干生物量与0～100 cm土层土壤储水量存在显著正相关关系(r=0.639,P<0.05),地上鲜生物量与植被的株高呈极显著正相关,较高植被的地上生物量可以间接控制水蚀风蚀交错区土壤侵蚀.植被地上生物量与土壤水分、养分具有很高的相关性,但与海拔、坡度、坡向、容重等的相关性不显著.     

黄土丘陵区小流域尺度土壤有机碳密度及储量

通过对上黄小流域不同土地利用方式下114个样点的采样分析,结合地统计学原理对小流域不同土层土壤有机碳密度的空间变异程度进行研究。研究表明,除表层土壤有机碳密度的空间变异程度较弱外,其余两层均属于中等强度变异。并呈现东部天然草地分布区与中部带状灌丛林地分布区空间变异程度较强的分布特点。不同土层深度和土地利用方式下土壤有机碳密度存在明显差异,土壤有机碳含量随着土层深度的增加而逐渐减小,有机碳密度则表现为10-30cm最高,30-60cm其次,0-10cm最低。不同土地利用方式下,有机碳密度表现为:天然草地 > 果园 > 灌丛林地 > 河滩、河台地 > 撂荒地 > 人工草地 > 耕地。以土地利用方式为基本单元,对上黄小流域土壤有机碳储量进行估算。结果表明,上黄小流域土壤有机碳总储量为46527.12t,其中,灌丛林地(22052.81t)和天然草地(14573.14t)的储量最高,占总储量的78.72%。     

黄土区荒草地和裸地土壤水分的循环特征

在人工、天然降雨条件下,研究了黄土高原地区荒草地和裸地土壤水分循环特征.结果表明,干旱年(天然降雨条件),荒草地和裸地剖面内土壤水分变异系数随土层深度的增加而降低,基于标准差和变异系数两个指标,采用聚类分析可以将土壤剖面水分垂直变化划分为4层.丰水年(人工降雨条件),由于持续降雨入渗和强烈的蒸发蒸腾作用,荒草地和裸地剖面内土壤水分变异系数随土层深度的增加呈现“降-升-降”的变化趋势,且表层土壤水分变异程度明显降低.与裸地相比,荒草地土壤水分循环深度和强度加剧,表现为活跃层、次活跃层深度和蒸散量增大.土壤水分的动态变化主要受降雨和蒸散过程的影响,尤其是浅层,而深层具有相对滞后性.土壤水分的动态变化具有明显的季节性,一般可划分为3个主要时期,如春季失墒期、夏秋增失交替期和冬季相对稳定期.干旱年,土壤水分收支负平衡,入渗雨量全为蒸发蒸腾所消耗;丰水年,土壤水分收支正平衡,但入渗雨量的大部分(＞80%)为强烈蒸发蒸腾所消耗.     

天山林区不同群落土壤水分入渗特性的对比分析与模拟

土壤入渗特性是影响森林生态水文过程的一个重要环节。为了比较不同群落类型土壤水分入渗特性的差异,在天山中段北坡林区利用环刀法测定天然林、人工林、林窗草地、草地、林缘灌木林、山前灌木林六种群落类型的森林土壤入渗过程,对比分析有机质含量、毛管孔隙度、容重、含水率等土壤理化性质对入渗过程的影响,用三种常用模型进行入渗过程模拟,分析比较这/min之间,稳定min之间,不同群落类型土壤平均入渗率从大到小的排序为:天然林林缘灌木林窗草地草地人工林山前灌木;(2)六种群落类型土壤入渗性能均具有初渗速率平均入渗速率稳定入渗速率的相同趋势;(3)Kostiakov模型对试验六种群落类型土壤入渗过程的拟合精度比较高,适用于描述本研究区域水源涵养林地土壤入渗特征;(4)土壤有机质含量与土壤入渗速率呈正相关,且与初始入渗率达到显著水平;土壤的含水率、土壤毛管孔隙度和土壤容重与土壤入渗能力呈现显著的负相关。通过观测与模拟不同群落类型的土壤水分运动过程,本文可为天山林区生态水文长期定位观测提供有益借鉴。     

Changes in some soil properties induced by re-conversion of cropland into grassland in the semiarid steppe zone of Inner Mongolia, China

Aims

“Grain for Green Program” (GGP), i.e., re-conversion of cropland into forest or grassland, initiated by Chinese government has a profound impact on mitigating environmental degradation. The objectives of this study were to assess the changes of some soil properties during the processes of re-conversion from cropland to grassland over time in the semiarid steppe region of north China.

Methods

Two sites with different ages of re-conversion were selected for measurements of organic matter (SOM), total nitrogen (TN) and phosphorus (TP), bulk density (BD) and grain size distribution. Saturated hydraulic conductivity was determined by the constant hydraulic head method and unsaturated hydraulic conductivity by disc infiltrometer at tensions of 30, 60 and 150 mm. Soil water content was measured using the gravimetric method. Wetting front depths in the soil after rainfall were also recorded at the study sites.

Results

Natural grasslands had higher belowground biomass than re-converted grasslands. Re-converted grasslands had lower SOM and TN at depths of 0–20 cm and higher saturated hydraulic conductivity at depths of 0–10 cm than natural grassland. The natural grassland soils had higher soil water contents in the surface soil (0–20 cm) and lower soil water contents at deeper depths than re-converted grassland soils. Soil aggregate stability reached the natural steppe level 12 years after re-conversion.

Conclusions

The recovery of soil properties after GGP appeared to be slow, and these properties did not return to natural grassland status before cultivation after 12 years of re-conversion.