黄土高原子午岭地区人工油松林碳氮磷生态化学计量特征

分析人工植被重建背景下,森林植物、枯落物与土壤的碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征有助于深入理解森林生态系统养分循环规律和系统稳定机制。以黄土高原子午岭地区的3个林龄(10、25 a和40 a)的人工油松林为对象,通过测定油松林叶片、枯落物和土壤的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量,研究人工油松林不同林龄叶片、枯落物和土壤的化学计量学特征。结果表明,不同林龄油松叶片C、N、P含量分别为538.85—560.54 g/kg、9.00—10.47 g/kg和1.04—1.13 g/kg。在3个林龄油松林中,除叶片C含量外,叶片N、P含量存在显著差异(P0.05);枯落物层以及土壤层的C、N、P含量均存在显著差异(P0.05),且枯落物层含量大于土壤层。随着林龄的增加,叶片C∶N比呈现先减小后增大的变化,N∶P和C∶P比呈显著增加趋势,而枯落物层C∶N、C∶P和N∶P比无显著差异。同时,随着林龄的增加,除10—20 cm土层的C∶N比外,土壤的C∶N比在0—10 cm土层和C∶P和N∶P比在0—10和10—20 cm皆呈显著增加趋势。研究区油松林叶片N∶P比平均值为9.13,低于14,表明油松林生长主要受氮的限制。土壤的N含量与叶片和枯落物层的N含量、以及三者间N∶P比呈显著线性相关(P0.05),充分体现了油松林植物、枯落物与土壤之间的互动关系。研究结果可为我国黄土高原脆弱生态区的生态功能恢复与植被重建提供科学依据。     

细沟发育与形态特征研究进展

细沟发育导致坡耕地表土和养分流失,严重危害农业生产和生态环境;而细沟形态对坡面径流和侵蚀具有重要影响。分析了细沟发育过程、细沟形态特征及二者耦合关系的研究进展,指出了各自研究中存在的主要问题,并提出了细沟发育与形态特征研究中需要加强的重点领域。     

子午岭林区浅层滑坡侵蚀与植被的关系——以富县“7·21”特大暴雨为例

以2013年陕北富县"7·21"特大暴雨滑坡侵蚀灾害为对象,通过调查暴雨侵蚀区典型小流域植被条件及滑坡特征,测定滑坡壁不同土层的根系重量、土壤孔隙度、土壤容重等指标,研究子午岭林区暴雨滑坡侵蚀与植被根系的关系。根据不同类型植被根系深度和滑坡侵蚀特征(侵蚀深度、滑动面宽度及长度,滑坡体体积、滑动距离等),可将林区暴雨滑坡侵蚀划分为三类:以草本植被为主的A类滑坡,以灌丛植被为主的B类滑坡,以乔本植被为主的C类滑坡。结果表明,三类滑坡侵蚀的侵蚀深度与其对应植被类型的根系深度相近,且植被及其根系会加剧滑坡侵蚀的发生。在此次暴雨滑坡侵蚀中,滑坡侵蚀强度受植物根系重量、土壤孔隙度、土壤容重等因素的共同影响,但根系重量对滑坡侵蚀强度的影响占主导作用,通过建立二者之间的关系式发现,根系对滑坡侵蚀的贡献率超过80%。不同植被类型的滑坡侵蚀深度不同,且滑坡侵蚀强度也存在差异,表明植被根系不仅具有塑造滑坡侵蚀特征的作用,而且会影响滑坡侵蚀的强弱程度。在强降水基础上,特别是当降水量达到诱发滑坡灾害发生的临界值时,植被及其根系会加剧滑坡侵蚀的发生。在今后工作中,要因地制宜合理配置各类植被,同时结合其它措施,以便提高植被防治水土流失的作用,更好地发挥植被的水土保持效益。     

黄土坡面细沟侵蚀形态试验

基于同一降雨强度下的室内连续模拟降雨试验,研究了典型坡度条件下黄土坡面细沟侵蚀形态,分析了细沟的空间分布特征、发育状况及距细沟沟头长度、细沟宽度和深度关系。结果表明:第1次降雨坡面以断续细沟为主,侵蚀方式主要为溯源侵蚀,细沟累积长度为39.3 m,坡面细沟总面积占试验土槽面积的14.2%;第2次降雨坡面以连续细沟为主,细沟沟壁崩塌增强,坡面的破碎程度增加,细沟累积长度增加32.1%,坡面细沟总面积增加115.6%。与第1次降雨相比,第2次降雨后细沟平均宽度、深度和坡面细沟侵蚀平均深度均增加,且在4—7 m坡段内增加幅度最大。单位斜坡长上细沟平均宽度和深度随斜坡长度的增加呈现先增加后减小的趋势,表明径流能量的消长对坡面细沟侵蚀发育过程及形态特征有明显影响。第1次降雨单条细沟长度均小于3 m,细沟宽度随距细沟沟头长度的增大而增大,第2次降雨则呈现先增大后减小的趋势,细沟深度随距细沟沟头长度的增加一直呈现先增大后减小的趋势,细沟宽度与深度的拟合关系最好,细沟深度随宽度的增加而增大,后趋于稳定。     

降雨侵蚀过程中黑土团聚体流失特征

坡面侵蚀过程中土壤团聚体流失可直接反映土壤团聚体的破碎程度以及雨滴打击和径流搬运之间的相互作用。基于模拟降雨试验,研究降雨侵蚀过程中黑土坡面土壤团聚体流失特征。试验处理包括黑土区常见的2个侵蚀性降雨(50、100mm/h降雨强度)和2个坡度(5°和7.5°)以及2种地面处理(裸露休闲和秸秆覆盖)。结果表明:裸露休闲处理下径流含沙量是秸秆覆盖处理的27.5—141.3倍,且不同处理下含沙量最大值均出现在降雨初期。覆盖秸秆与无覆盖试验处理下土壤团聚体流失均以0.25 mm微团聚体为主。秸秆覆盖试验处理下泥沙中0.25 mm微团聚体流失量占团聚体流失总量的34.5%—56.8%,而在裸露休闲处理下其值达到82%以上。秸秆覆盖处理下的各粒级团聚体流失量较裸露休闲试验处理减少了33.3%以上,其中差异最明显的是≥1 mm粒级团聚体与0.25 mm微团聚体,二者分别较裸露休闲处理减少了43.1%—96.4%和99.0%以上。秸秆覆盖处理下的0.25—2 mm粒级团聚体流失比例较裸露休闲处理明显增加。秸秆覆盖试验处理下流失团聚体的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)分别是裸露休闲处理的1.5—2.9和1.7—2.0倍;而秸秆覆盖处理下的平均重量比表面积(MWSSA)和分形维数(D)较裸露休闲处理分别减少了26.2%—32.9%和5.1%—6.7%。     

自然侵蚀和人为加速侵蚀与生态环境演

黄土高原大部分地区因严重的土壤侵蚀,已丧失原有的自然景观,子午岭林区为追溯研究自然侵蚀和人为加速侵蚀与生态环境演变提供了研究基地。通过典型区考察和定位试验研究及实验室分析测试,分析研究了子午岭林区植被破坏与恢复对土壤侵蚀演变的影响;自然生态平衡下自然侵蚀和人为破坏植被耕垦的加速侵蚀特征及人为加速侵蚀与土壤退化过程等。     

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     

不同近地表土壤水文条件下雨滴打击对黑土坡面养分流失的影响

目前,土壤水分饱和和壤中流条件下,雨滴打击对养分流失的影响尚不清楚.通过3个近地表土壤水文条件(自由入渗、土壤水分饱和与壤中流)下,土槽上方架设与不架设尼龙纱网模拟降雨对比试验,研究雨滴打击对黑土坡面侵蚀过程及NO3-N、NH4-N与PO4-P随径流和侵蚀泥沙迁移的影响.结果表明,纱网覆盖消除雨滴打击后坡面侵蚀量和泥沙浓度分别减少59.4％-71.6％和57.3％ -73.0％,不同水文条件下减少量的排序为:自由入渗＞壤中流＞土壤水分饱和.消除雨滴打击后养分随径流流失的减少仅在自由入渗条件下体现较明显,该水文条件下NO3-N、NH4-N与PO4-P流失分别减少33.3％、23.1％和40.7％;3种水文条件下,消除雨滴打击均明显减少养分随泥沙的流失,其中自由人渗条件下减少效果最明显,该水文条件下,NO3-N和NH4-N流失分别减少20.9％ -54.9％和25.0％ -62.3％,而PO4-P流失减少在74.6％以上.雨滴打击增大了NO3-N的淋失,但对NH4-N与PO4-P的淋失几乎无影响.消除雨滴打击后,自由人渗条件下养分的等效径流迁移深度减少26.7％-42.6％,而土壤水分饱和与壤中流条件下基本无变化.以上研究结果为有效防治坡面土壤侵蚀和农业非点源污染提供科学理论依据,尤其是在壤中流出现的地方.     

解集GCMs输出评估黄土塬区农田侵蚀的潜在变化

已经确认的极端降水事件增多等气候变化趋势,可能对黄土高原的土壤侵蚀造成重要影响。使用一种简单有效的转换函数法和天气发生器CLIGEN(CLImate GENerator),解集4种GCMs(General Circulation Models)在3种排放情景下的时空尺度建立气候变化情景,结合WEPP(Water Erosion Prediction Project)模型评估2010-2039年气候变化对黄土高塬沟壑区长武农田土壤侵蚀的潜在影响。结果表明,较1957-2005年,长武2010-2039年的年均降水量可能变化-2.6%-17.4%,年均降水方差是当前的0.984-1.389倍,降水量增多且暴雨次数增加的概率较大;最高和最低温度分别升高0.6-2.6℃和0.6-1.7℃,方差分别是当前值的0.748-1.155和0.736-1.387倍,方差增大的概率较大。受气候变化影响,2010-2039年径流普遍增长10%-130%,土壤侵蚀变化-5%-195%,侵蚀加剧的可能性极大;但保护性耕作可有效减少径流和侵蚀,是农田生态系统适应未来气候变化的有效措施。     

黄土塬区气候变化和人类活动对径流的影响

以黄土高塬沟壑区的黑河流域(泾河支流)为研究区域,基于Mann-Kendall和双累积曲线等方法分离了1972-2000年气候变化和人类活动对径流的影响。结果表明,黑河流域气候趋向暖干而径流减少;以径流突变年份为界将研究时段分为两段(1972-1992年和1993-2000年),后段较前段降水减少75.4 mm、温度升高0.5℃,而径流减少29 mm。气候变化和人类活动均导致黑河径流减少,但贡献率不同,分别为24%和76%。人类活动是导致黑河径流减少的主要驱动力,但气候变化的影响也不容忽视,在进行生态建设和水资源管理时应予以充分考虑。