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,计算了剌槐、柠条、沙棘、沙棘-杨树,沙棘-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0.004到0.164之间,以刺槐林的C值最低.草地植被因子介于0.071到0.377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值.     

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中植被覆盖与管理因子研究进展

通用土壤流失方程(USLE)及修正通用土壤流失方程(RUSLE)是世界范围内应用最广泛的土壤侵蚀预报模型,模型中C因子表示植被覆盖和管理措施对土壤侵蚀的作用,是人为控制土壤侵蚀的重要因子。回溯了C因子发展演变历程,依据国内外最新研究成果,系统阐述了不同尺度C因子估算方法。在小区、坡面、小流域尺度上,C因子确定主要依赖于野外实验观测,研究条件的一致性尤其是标准小区的统一是C因子值可比性的前提。流域、区域尺度C因子确定通常需要利用遥感影像,遥感技术的发展促进了流域、区域尺度C因子估算方法的进步,使提取的C因子图更加精细、准确,但是使用遥感数据全面刻画C因子含义仍然是一大挑战,因此仍需加强C因子相关研究。共归纳了10种确定C因子的方法,介绍了不同方法的优缺点及适用条件,提出了我国C因子研究应加强的工作,希望为相关领域研究者提供参考。     

基于RUSLE模型的中国土壤水蚀时空规律研究

RUSLE模型是计算土壤水蚀的经典模型,在大尺度研究时参数率定比较困难。基于气候、土地覆盖、地形特征等空间分异特征,对RUSLE模型的降雨侵蚀力(R)、植被覆盖与管理因子(C)、水土保持措施因子(P)进行了率定,估算了2000、2005、2010、2015年的中国的土壤侵蚀量。结果表明:(1)土壤侵蚀强度较大的地区集中在中国长江中下游平原区、云贵高原、黄土高原区、昆仑山山麓区域,占统计总面积的9.65%。(2)土壤侵蚀明显增大的区域面积达10.36×10~4km~2,分布于新疆农田区、四川盆地、云贵高原东南部、长江中下游平原和东北平原。(3)土壤侵蚀显著改善的区域分布于黄土高原南部、秦岭地区和东南沿海地区,面积约13.6×10~4km~2。通过对RUSLE模型参数的率定,阐明了全国尺度土壤水蚀的时空分异规律,可对不同地区制定相应的土壤修复措施提供依据。     

黄土丘陵沟壑区退耕草地土壤质量演变

以黄土丘陵沟壑区土壤的主要功能为依据,选取12个代表性土壤指标,采用因子分析方法析取控制土壤质量的公共因子,分析退耕草地土壤质量的演化机理.结果表明,退耕草地土壤质量的主要影响因子依次为土壤腐殖质因子、水土保持因子和力学因子.永久草地和退耕20a荒坡草地的表层（0～10cm）土壤质量最佳,且均随土层深度的增大而降低.农地40～50cm和0～10cm土层土壤质量最差,但其成因不同,前者主要是腐殖质条件差引起的,而后者主要在于较差的水土保持和力学性能.与农地相比,草地坡面的土壤质量和水土保持性能均显著增强,且荒坡草地的水土保持性能和0～10cm土层土壤质量均随退耕年限的延长而提高.退耕年限（3a）相同的荒坡草地土壤质量显著优于人工草地,但在水土保持性能上前者显著差于后者,这表明人工营造牧草植被不失为控制该区水土流失的一种有效途径.     

黄土高原土壤保持服务供需平衡及其驱动因素

土壤保持服务是黄土高原重要的生态系统调节服务，明确土壤保持服务供需空间格局及驱动因素，对于实现黄土高原生态系统管理和资源有效配置具有重要意义。采用修正通用土壤流失方程(RUSLE)量化了2000—2018年黄土高原土壤保持服务供给量和需求量，并分析其时空演变及供需匹配特征，基于地理加权回归(GWR)模型探究不同因子对土壤保持供需平衡影响的空间异质性。结果表明：(1)2000—2018年，黄土高原土壤保持服务供给量、需求量以及供需比均呈现波动增加的趋势，增幅分别为57.13%、11.9%、150%。供给量和需求量均呈现“东南高、西北低”的空间分布格局，供需比高值位于黄土高原东北部和西南部，低值位于西北部。(2)黄土高原土壤保持服务供需以低低型空间匹配为主，主要分布在黄土高原的西北部和东南部地区。(3)黄土高原土壤保持供需主要受到坡度、NDVI、降水、DEM以及人口密度的影响。其中，坡度、NDVI、降水和DEM表现出明显的正向促进作用；人口密度既有正向促进作用又有负面抑制作用，但促进作用强于抑制作用。该研究对优化调控黄土高原生态建设以及促进区域可持续发展具有一定的借鉴意义。     

不同耕作方式对内蒙古旱作农田土壤侵蚀的影响

研究黄河流域内蒙古黄土高原丘陵区农田土壤侵蚀状况,对本区域生态农业建设具有重要的意义。试验于2006年在内蒙古呼和浩特市清水河县进行,设免耕(NT)、免耕覆盖(NS)和传统耕作(CT)3种耕作处理方式,种植作物为胡麻和燕麦,观测了全年降雨量和地表水径流量及土壤流失量。结果表明:免耕覆盖及免耕能显著减少降雨对土壤的侵蚀,与传统耕作相比,免耕覆盖处理的燕麦地地表水径流量和土壤的流失量分别减少21.9%和88.3%;3种耕作方式的土壤侵蚀量均受到坡度的影响,并随着坡度的增大而增大,相同环境条件下,不同作物存在一定差异;通过对3种耕作方式下,胡麻和燕麦田土壤侵蚀量与降雨量的关系符合幂函数,且拟合优度良好,均>0.9。     

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。     

USLE/RUSLE模型中植被覆盖管理因子的遥感定量估算研究进展

通用土壤流失方程（USLE）及其后续修正方程（RUSLE）是区域土壤侵蚀风险评估和水土保持规划的有效工具.植被覆盖管理因子作为USLE和RUSLE的重要参数之一,其合理估算对土壤侵蚀的准确预测尤为重要.基于野外实地调查和测量的传统估算法费时、费力且费用高,无法满足宏观尺度上植被覆盖管理因子的快速提取.近年来,遥感技术的发展为大尺度植被覆盖管理因子获取提供了丰富的数据和方法.本文基于国内外相关研究成果,综述了植被覆盖管理因子遥感定量估算方法的研究进展,评述了各类方法的优劣,以期为进一步开展大尺度植被覆盖管理因子的定量估算及拓展现有研究思路提供借鉴.     

黄土高原归一化植被指数与自然环境因子的空间关联性——基于地理探测器

植被对改善黄土高原脆弱的生态环境有着关键作用,系统研究黄土高原归一化植被指数(NDVI)空间分布和环境因子的空间关联性,可为新时代黄土高原植被高质量建设提供科学依据。以黄土高原2000-2017年年均植被NDVI为研究对象,选取气候要素、地形因素、土壤类型和植被类型等自然环境因子,运用GIS和地理探测器技术手段,在剔除土地利用类型发生变化栅格的基础上,研究黄土高原年均NDVI与环境因子的空间关联性,结果表明:2000-2017年黄土高原年均NDVI值在0.016-0.72之间,呈地带性分布,由西北部向东南部逐渐升高,大于0.3的区域占50.23%;2000-2017年黄土高原年均植被NDVI分布具有空间异质性,且在不同植被区、地貌区、土壤区和气候区中,NDVI空间分布的主要环境驱动因子具有差异性。年均降雨量对NDVI空间分布具有强解释力,是黄土高原85.20%的区域植被生长的主要制约因子;约12.01%的区域主要受土壤类型影响,为中等解释力,其余区域的植被生长主要受年均气温,日照时数或海拔影响。建议综合考虑不同环境条件下植被NDVI的空间分布与环境影响因子的空间关联性,明确不同区域中植被NDVI的环境制约因子,以制约因子定植,在防止土壤干燥化、贫瘠化的前提下,提高植被覆盖率和生物多样性,以期促进黄土高原植被建设高质量发展。     

条带休闲轮种对坡地水土流失和水分利用效率的影响

为提高宁南旱区坡耕地土壤保水能力、减少水土流失,于2007-2010年在10°～15°坡耕地上,以传统无条带种植模式为对照,研究条带隔年休闲轮种模式对农田土壤水分动态、水土流失特征和水分利用效率的影响.结果表明:经过4年休闲轮种,条带处理比传统无条带种植处理显著增加0 ～200 cm土层土壤含水量4.9％～7.0％;条带轮种比无条带模式有效保蓄雨季休闲期降水,明显改善了作物生育前期的土壤水分状况,条带处理0～200 cm土层土壤含水量比对照显著增加5.4％～8.5％.与对照相比,条带休闲轮种处理地表径流减少0.7 ～3.2 m3·hm-2,泥沙量减少0.2～1.9 t·hm-2,土壤全N损失量减少42.1％ ～73.3％,作物水分利用效率提高6.1％ ～24.9％,降水利用效率提高6.3％ ～15.3％.     

Crop residue return sustains global soil ecological stoichiometry balance

Although soil ecological stoichiometry is constrained in natural ecosystems, its responses to anthropogenic perturbations are largely unknown. Inputs of inorganic fertilizer and crop residue are key cropland anthropogenic managements, with potential to alter their soil ecological stoichiometry. We conducted a global synthesis of 682 data pairs to quantify the responses of soil carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P) and grain yields to combined inputs of crop residue plus inorganic fertilizer compared with only inorganic fertilizer application. Crop residue inputs enhance soil C (10.5%–12%), N (7.63%–9.2%), and P (2.62%–5.13%) contents, with an increase in C:N (2.51%–3.42%) and C:P (7.27%–8.00%) ratios, and grain yields (6.12%–8.64%), indicating that crop residue alleviated soil C limitation caused by inorganic fertilizer inputs alone and was able to sustain balanced stoichiometry. Moreover, the increase in soil C and C:N(P) ratio reached saturation in ~13–16 years after crop residue return, while grain yield increase trend discontinued. Furthermore, we identified that the increased C, N, and P contents and C:N(P) ratios were regulated by the initial pH and C content, and the increase in grain yield was not only related to soil properties, but also negatively related to the amount of inorganic N fertilizer input to a greater extent. Given that crop residual improvement varies with soil properties and N input levels, we propose a predictive model to preliminary evaluate the potential for crop residual improvement. Particularly, we suggest that part of the global budget should be used to subsidize crop residue input management strategies, achieving to a win-win situation for agricultural production, ecological protection, and climate change mitigation.     

Management options for reducing CO2 emissions from agricultural soils

Crop-based agriculture occupies 1.7 billion hectares, globally, with a soil C stock of about 170 Pg. Of the past anthropogenic CO² additions to the atmosphere, about 50 Pg C came from the loss of soil organic matter (SOM) in cultivated soils. Improved management practices, however, can rebuild C stocks in agricultural soils and help mitigate CO² emissions.Increasing soil C stocks requires increasing C inputs and/or reducing soil heterotrophic respiration. Management options that contribute to reduced soil respiration include reduced tillage practices (especially no-till) and increased cropping intensity. Physical disturbance associated with intensive soil tillage increases the turnover of soil aggregates and accelerates the decomposition of aggregate-associated SOM. No-till increases aggregate stability and promotes the formation of recalcitrant SOM fractions within stabilized micro- and macroaggregate structures. Experiments using¹³ C natural abundance show up to a two-fold increase in mean residence time of SOM under no-till vs intensive tillage. Greater cropping intensity, i.e., by reducing the frequency of bare fallow in crop rotations and increasing the use of perennial vegetation, can increase water and nutrient use efficiency by plants, thereby increasing C inputs to soil and reducing organic matter decomposition rates.Management and policies to sequester C in soils need to consider that: soils have a finite capacity to store C, gains in soil C can be reversed if proper management is not maintained, and fossil fuel inputs for different management practices need to be factored into a total agricultural CO² balance.     

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。     

黄土高原半干旱区苜蓿草地土壤干燥化特征与粮草轮作土壤水分恢复效应

实地测定了黄土高原半干旱区固原不同生长年限苜蓿草地和连作8a苜蓿草地翻耕轮作不同年限粮食作物后深层土壤水分特征,分析了苜蓿草地土壤干燥化特征和粮草轮作对土壤水分的恢复效应.结果表明:(1)苜蓿连作1a、5a、8a和12a等4类苜蓿草地0～1000cm土层平均土壤湿度值为6.6%,平均土壤水分过耗量702.8mm,平均土壤干燥化速率147.1mm/a,达到强烈干燥化程度,苜蓿连作5a土壤干层深度超过1000cm,苜蓿连作8a土壤干层深度超过1360cm,苜蓿草地合理利用年限为7a.(2)连作8a苜蓿草地翻耕并轮作4～7a和25a粮食作物等5类粮田0～1000cm土层土壤湿度介于6.74%～11.95%,土壤贮水量恢复值介于210.6～887.3mm,平均土壤水分恢复速率为80.8mm/a.轮作6a后粮田土壤干层轻度恢复程度以上深度达到1000cm.通过粮草轮作使苜蓿草地土壤湿度恢复到当地土壤稳定湿度需要13a以上.黄土高原半干旱区适宜的粮草轮作模式为:7a苜蓿→13a粮食作物.     

不同耕作和覆盖方式对紫色丘陵区坡耕地水土及养分流失的影响

采用随机区组试验,研究了四川紫色丘陵区坡耕地不同耕作和覆盖方式对玉米生育期中水土及养分流失的影响。结果表明:秸秆覆盖对减少水土流失和增加玉米产量的效果均优于地膜覆盖。秸秆覆盖能显著减少地表径流(73.9%—86.2%),但增加了壤中流(15.4%—156.4%);使径流总量降低32.5%—66.6%,并极显著降低土壤侵蚀总量达96.4%—98.1%。地膜覆盖虽能在一定程度上减少壤中流和径流总深,但差异未达到显著水平。土壤N平均损失量达37.4kg/hm2,其中70.1%经由壤中流流失。秸秆覆盖虽然增加了一定的壤中流N损失,但能减少N流失总量达12.8%—65.1%。土壤P素损失量相对较小,仅为9.32kg/hm2,并主要随侵蚀泥沙迁移,占流失总量的92.1%。土壤K损失量达183.3kg/hm2,其流失载体也主要是侵蚀泥沙,占96.5%。因此,两种覆盖方式均能显著控制土壤P和K的损失。无论是秸秆还是地膜覆盖,与顺坡垄作相比,横坡垄作均能减少地表径流、地下径流、土壤侵蚀量及氮、磷、钾素总流失量,同时还能提高玉米产量。从简便、增产和防治面源污染的角度考虑,紫色土区坡耕地最适宜的种植方式为平作+秸秆覆盖。     

温度植被干旱指数在2000-2015年松嫩平原土壤湿度中的应用

选取了时间序列良好的MODIS影像,对松嫩平原2000-2015年逐月的温度植被干旱指数（TVDI）进行计算,并结合农业气象站点的相对土壤湿度数据进行对比验证,发现TVDI和相对土壤湿度数据具有良好的相关关系,表明TVDI可以作为表示土壤含水量的指标。重建1 km分辨率的松嫩平原作物生长季（4-10月）表层土壤湿度空间信息数据集,引入集合经验模态分解分析方法探究了松嫩平原土壤湿度的时空变化特征及变化趋势,并探讨了松嫩平原土壤湿度变化对农作物产量的影响。结果表明,近16年来松嫩平原土壤湿度的时间变化趋势是逐渐变湿,土壤湿度的空间变化趋势是由西南向东北逐渐变湿,极端土壤缺水事件频率呈现出增高的趋势。松嫩平原粮食产量和年均土壤湿度水平显著相关说明粮食产量受到年平均土壤湿度的影响显著,不同季相的土壤湿度对粮食产量的影响程度差异较大,夏季土壤湿度对粮食产量的影响尤为明显。     

A multivariate analysis of cropping effects on Irish ground beetle assemblages (Coleoptera: Carabidae) in mixed arable and grass farmland

The assemblage of carabid species trapped over a 3 yr period in eight separate but contiguous fields was analysed by Canonical Correspondence Analysis (CCA), Seven of the fields were subject to arable crop rotations involving a mixture of autumn and early spring‐sown cereals (wheat or barley), late spring‐sown crops (potatoes, sugar and fodder beet and maize) and short‐term uncultivated grass leys, The eighth field was an established ‘permanent’ grass pasture of at least 50 yrs standing, Pooled samples collected in the first half of the growing season (April‐June) showed clear evidence of soil cultivation effects on community structure, Systematic exclusion of samples and re‐analysis distinguished the fauna of firstly, old pasture samples, samples from ley pastures of increasing age and finally samples from fields with different times of soil cultivation, In the latter analysis, the main effects of soil cultivation were related to differences in ground cover over the winter and a direct effect of spring soil cultivation on autumn breeding populations, The ordination of pooled catches for the second half of the growing season (July‐September) could not be related to known year, field or crop cultivation variables, The underlying species ordination suggested that later in the summer the effect of crop cover on soil microclimate may mask cultivation effects by influencing the post‐emergence dispersal of autumn‐breeding populations and the reproductive success of spring‐breeders, The combination of earlier soil cultivation effects, and probably microclimatic influences later in the season, resulted in the strong distinction of whole season carabid catches from individual fields, It is concluded that the uniqueness of individual field histories may provide a mechanism to promote the co‐existence of ecologically similar species within the farmed landscape and enhance the abundance and bio‐diversity of species in the face of routine soil cultivation.     

农田减氮调控施肥对华北潮土区小麦-玉米轮作体系氮素损失的影响

针对华北平原麦玉轮作区氮肥用量大、氮损失及土壤氮素累积严重的问题,探索不同减氮调控施肥措施对作物产量、氮损失及土壤无机氮累积的影响.通过(2016—2017年)设置两年大田试验,以农民施肥为对照,研究控释肥处理、微生物肥处理及配施硝化抑制剂处理减少氮用量后对小麦、玉米产量和地上部吸氮量、氮损失及土壤无机氮含量的影响.结果表明: 2016年微生物肥处理的小麦产量显著低于控释肥处理和硝化抑制剂处理,与农民施肥处理无显著性差异;且小麦和周年作物地上部吸氮量都显著降低.2017年各处理间作物产量和吸氮量无显著性差异.3种减氮调控施肥处理均能保持和改善耕层土壤肥力;且微生物肥处理随种植时间延长对土壤碱解氮、速效钾和有机质含量均有提升.随种植时间延长无机氮累积严重,微生物肥处理和添加硝化抑制剂处理均可降低40～100 cm土壤剖面的无机氮含量,而控释肥处理可提高0～40 cm土层无机氮含量.氮损失中氨挥发>淋溶量>N₂O排放>径流,径流损失可忽略不计,其中以农民施肥处理氮损失最大,微生物肥处理可显著降低氨挥发损失量,但淋溶量较大.综上所述,减量施氮条件下,控释肥处理和添加硝化抑制剂处理可保证作物产量及地上部吸氮量,微生物肥处理随种植年限的延长可保证作物产量和吸氮量.微生物肥和添加硝化抑制剂处理可降低40～100 cm土层无机氮含量,控释肥处理对削减无机氮量效果不明显;几种减氮调控措施均可降低氮损失,但微生物肥处理需调整措施来降低氮的淋溶量.     

Effects of cotton–maize rotation on soil microbiome structure

Verticillium wilt is a disastrous disease in cotton-growing regions in China. As a common management method, cotton rotation with cereal crops is used to minimize the loss caused by Verticillium dahliae. However, the correlation between soil microbiome and the control of Verticillium wilt under a crop rotation system is unclear. Therefore, three cropping systems (fallow, cotton continuous cropping, and cotton–maize rotation) were designed and applied for three generations under greenhouse conditions to investigate the different responses of the soil microbial community. The soil used in this study was taken from a long-term cotton continuous cropping field and inoculated with V. dahliae before use. Our results showed that the diversity of the soil bacterial community was increased under cotton–maize rotation, while the diversity of the fungal community was obviously decreased. Meanwhile, the structure and composition of the bacterial communities were similar even under the different cropping systems, but they differed in the soil fungal communities. Through microbial network interaction analysis, we found that Verticillium interacted with 17 bacterial genera, among which Terrabacter had the highest correlation with Verticillium. Furthermore, eight fungal and eight bacterial species were significantly correlated with V. dahliae. Collectively, this work aimed to study the interactions among V. dahliae, the soil microbiome, and plant hosts, and elucidate the relationship between crop rotation and soil microbiome, providing a new theoretical basis to screen the biological agents that may contribute to Verticillium wilt control.