植被的防治风蚀作用

土壤风蚀是造成干旱、半干旱地区土地荒漠化与沙尘暴灾害的首要因素,也是目前全球性的主要环境问题之一.许多研究表明,通过植物防治风蚀是一种最根本、经济而有效的措施.本文在阅读大量国内外该领域文献的基础上,介绍了目前研究植被防治风蚀作用的风洞实验、野外观测和模型模拟3种主要方法,阐述了植被防治风蚀作用的机理及影响因素,并结合当前国内存在的一些问题和不足,对今后应重点开展的研究和需要解决的问题作了探讨.     

聚丙烯酰胺(PAM)防治土壤风蚀的研究进展

在我国西北地区,风蚀是造成土地退化的主要影响因素之一.聚丙烯酰胺(PAM)是一种高效的土壤结构改良剂.因其具有特殊的物理化学性质,可以与土壤作用而改善土壤表层结构,近年来一直受到人们的广泛关注.本文介绍了PAM的物理化学性质,详细论述了PAM对土壤风蚀量、起动风速的影响,及PAM在风蚀防治中的不同使用量、使用方法和效果,及其与其他材料的对比,并通过PAM对土壤物理性质的改善进一步分析PAM防治风蚀的机理.综合分析得出,虽然PAM在风蚀防治中存在一些问题,但作为一种固沙剂,它不仅能提高土壤抗风蚀的能力,而且也能改善土壤的物理性状,可为植物生长创造良好的水土条件;提出若在风蚀治理和改良城市环境中将PAM与植物种植相结合,将能大大提高植物的成活率、改善风蚀区的风蚀状况和生态环境工程建设的质量.因此,PAM在防治风蚀方面具有重要的现实意义和广阔的应用前景.     

不同土地利用方式下土壤风蚀主要影响因子研究——以内蒙古武川县为例

以内蒙古武川县为例,选取天然草场、旱作农田(马铃薯)和退耕人工灌木林3类农用地为研究对象,对影响土壤风蚀的气候、植被覆盖度、土壤特性等若干因子进行了野外实测、室内分析及风洞模拟试验.结果表明,降雨少、风大、风多、土壤质地粗糙以及冬春冻融交替作用造成土壤表层疏松干燥等原因,决定了春季是该地区土壤风蚀的易发期.植被覆盖度是影响土壤风蚀的重要因子.在冬春风蚀季节覆盖度高低依次为灌木地＞天然草地＞旱作农田,此时缺少地表覆盖物保护的旱作农田最易受到风蚀危害.土壤含水量是影响风蚀的另一个重要因子.通过风洞试验对土壤风蚀率与含水量的定量关系研究表明,土壤含水量越高,土壤启动风速越大,风蚀率越小.6%土壤含水量是旱作农田风蚀强度由强变弱的一个转折点.田间试验结果表明,不同土地利用方式下表层土壤含水量总体上表现为天然草地＞旱作农田＞灌木林.通过风洞试验对土壤水分和风速的定量化研究表明,土壤风蚀速率随风速的增大而增大,二者呈幂函数关系.在净风吹蚀的条件下,18 m·s^-1风速是风蚀强度急剧增加的一个转折点.     

黄土高原不同侵蚀类型区生物结皮中蓝藻的多样性

蓝藻是生物土壤结皮的重要组成部分,具有许多重要的生态功能.迄今为止,黄土高原地区生物结皮中藻类的种类组成及分布鲜有报道.通过野外调查、采样和室内观察、培养、鉴定,对黄土高原水蚀区、水蚀风蚀交错区、风蚀区的生物结皮中蓝藻的多样性及优势种进行了研究.结果表明,黄土高原3个侵蚀类型区生物结皮中蓝藻门植物共发现4科10属54种,其中丝状种类约占87％,占绝对优势;Shannon-Weiner多样性指数水蚀风蚀交错区最高,水蚀区次之,风蚀区最低,依次为2.22,2.20和2.14.水蚀风蚀交错区和水蚀区蓝藻多样性指数差异不显著,但均与风蚀区差异显著.3个侵蚀类型区的生物结皮中蓝藻的种类组成及优势种均有所差异,但均以颤藻科(Oscillatoriaceae)为优势科.水蚀风蚀交错区蓝藻种类最多(39种),以阿氏鞘丝藻(Lyngbya allorgei)为第一优势种;水蚀区次之(26种),以含钙席藻(Phormidum calciola)为第一优势种;风蚀区最少(20种),以颗粒颤藻(Oscillatoria granulata)为第一优势种.黄土高原不同侵蚀类型区生物结皮中蓝藻的多样性差异可能与土壤质地、土壤pH值、气候环境等有关.     

土壤有机碳动态:风蚀效应

土壤风蚀是引起土壤退化最广泛的形式和原因之一。土壤风蚀对土壤碳动态的影响机制一方面是土壤风蚀引起土壤退化使土壤生产力下降,输入土壤的碳数量减少;另一方面是富含有机碳的细粒物质直接移出系统。风蚀土壤碳的去向包括:(1)就近沉积,(2)沉积于水渠和河流,输入水体;(3)以粉尘形式运移,在远离风蚀区的地域沉积;(4)氧化释放至大气。风蚀引起土壤碳的迁移和沉积不仅导致土壤有机碳在地域间的再分布,使土壤性状的空间异质性增加,也显著改变了土壤系统中碳矿化的生物学过程。土壤有机碳的保持可以促进团聚体的形成,使土壤物理稳定性增加,减缓风蚀。对易风蚀土地进行退耕还林还草、实行保护性耕作等措施可以有效增加土壤碳的固存。     

克隆植物沙拐枣的母株和分株对风蚀沙埋的生理生态响应

以中国荒漠区优良的防风固沙克隆灌木沙拐枣为对象,研究了长期风蚀、沙埋环境下沙拐枣母株和克隆分株的同化枝对环境异质性的响应。结果发现:(1)风蚀母株、风蚀分株的叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度和水分利用效率只有沙埋分株的一半左右,导致同化枝的长度、数量、簇数也仅是沙埋分株的一半,而且风蚀母株的果实宽和果实长也都最小,但浅沙埋有利于沙拐枣的生长和繁殖,表明严峻的风蚀对母株和分株的生长与繁殖都产生了胁迫,但浅沙埋有利于沙拐枣的生长和繁殖。(2)风蚀母株倒伏后同化枝的形态特征是基部优于中部优于顶部,表明严峻风蚀下母株的死亡是从顶部-中部-底部逐渐舍弃的过程。(3)母株的全部根系以及风蚀水平根全部裸露在外但依然能够存活,间接证明沙拐枣克隆整合的方向性——不仅可在分株间进行传递,分株-母株间也可进行传递,否则遭受严峻风蚀胁迫的母株和克隆分株会直接死亡。本研究结果为沙拐枣克隆生长对风沙环境的生态适应机制提供了基础,也是对植物克隆生态学在自然异质环境中研究缺乏的有效补充。     

表型可塑性变异的生态-发育机制及其进化意义

表型可塑性赋予生物个体在不同环境条件下通过产生不同表型来维持其适合度的能力.研究结果显示多数可塑性变异的产生是基于对环境变异信号的响应、改变基因表达式样并调整发育轨迹的结果,表观遗传调控体系在基因选择性表达和可塑性变异的跨世代传递过程中发挥了重要作用.不同物种和种群对环境变化的敏感性、发生可塑性变异的能力以及可塑性反应模式不尽相同,预示着控制可塑性能力并独立于控制性状的可塑性基凶的存在,这些基因是直接响应环境信号并控制表型表达的调控基因.表型可塑性不仅是物种适应性进化的一个重要方面,也是选择进化的产物,物种的表型可塑性变异对其生态适应和进化模式有深远的影响.     

我国北方风蚀区冬油菜抗风蚀效果

河西走廊地区属我国北方风蚀区,通过对河西走廊冬油菜、冬小麦、麦茬和春播等4种主要农田地表类型(处理)进行风洞模拟实验,比较各个处理的抗风蚀效果.结果表明:冬油菜、冬小麦、麦茬和春播4种处理地表的粗糙度分别为4.2、4.1、3.9和0.7;起动风速分别为14、13、12 m · s~(-1)和6 m · s~(-1);平均风蚀模数分别为22.3 、23.3、42.5 kg · hm~(-2) · h~(-1)和543.6 kg · hm~(-2) · h~(-1);输沙率分别为0.1、0.1、0.2 g · m~(-2) · min~(-1)和23.3 g · m~(-2) · min~(-1).依据粗糙度、起动风速、风蚀模数和输沙率评判,4种主要地表类型的抗风蚀效果依次为,冬油菜＞冬小麦＞麦茬＞,春播最差.因此,推广冬油菜、冬小麦等越冬作物的种植是解决我国北方风蚀区农田土壤风蚀、土地沙漠化以及根治沙尘暴尘源的有效途径和措施.     

新月形沙丘稳定性机理——以甘肃河西沙区为例

新月形沙丘是一种重要的沙丘类型,一般存在于绿洲边缘。研究新月形沙丘的稳定性,对于揭示绿洲缘的风沙运动规律有重要学术价值,而到目前新月形沙丘的稳定性还是沙漠生态学领域中一个的尚未解决的科学问题。以河西沙区新月形沙丘为例,通过调查其分布环境、测定沙丘各部位风速和风蚀积沙等,分析了新月形沙丘顶部稳定机理。结果表明:1)甘肃河西沙区的新月形沙丘分布在沙漠边缘的下风向,一般为斑块状分布。分布区域为平坦的沙粘质或沙砾质滩地,丘间地较为开阔且具有明显的主风向。2)主风向(NW)过程是新月形沙丘顶点与沙脊线重合的过程,也是新月形沙丘前移和高度降低的过程;反主风向(SE)过程是新月形沙丘顶点与沙脊线分离的过程,也是新月形沙丘背风坡上部风蚀与沙丘增高的过程。3)新月形沙丘越高大,两翼越长、夹角越小。4)较为开阔的前后滩地是新月形沙丘及新月形沙丘链存在所必须的环境条件,相对单一的主风向是新月形沙丘及新月形沙丘链维持其稳定性的关键因子,反向风及两翼的廊道效应是新月形沙丘增高增大的关键因子,主、反两个方向的风速及其分布频率是控制该区域新月形沙丘及新月形沙丘链高度的限制因子。     

黄土高原风蚀水蚀交错区侵蚀产沙过程及机理

黄土高原风蚀水蚀交错区由于风蚀、水蚀的耦合作用,侵蚀程度剧烈、过程复杂.采用风洞与模拟降雨相结合的方法,研究了风水交错侵蚀条件下坡面产沙变化过程及侵蚀作用机理,定量分析了风蚀对水蚀的影响程度及其与水蚀的关系.结果表明:风蚀与水蚀之间存在明显的正交互效应.风蚀促进了侵蚀形态的发展,改变了降雨产沙随雨强变化的量化关系.雨强60、80 mm·h-1时,未风蚀处理下,坡面产沙量随降雨历时呈下降趋势,并趋于稳定;但风蚀处理后,产沙量降低至一定谷值时,又呈波动增加趋势.60、80、100 mm·h-1雨强下,风蚀处理的坡面产沙量增幅为7.3％～27.9％(风速11m·s-1)、23.2％ ～ 39.0％(风速14 m·s-1);雨强120、150 mm·h-1时,降雨15 min内,各处理的坡面产沙量均呈下降趋势,但随着降雨历时的延长,风蚀处理的坡面产沙量较未风蚀处理呈先低后高的变化趋势.风水交错侵蚀作用机理复杂,在时空分布特征、能量供给、侵蚀力作用方式等方面相互联系、互相促进.     

土壤风蚀影响因子与防治技术

土壤风蚀是当今制约世界各国农业可持续发展和环境质量的主要因素。本文从土壤质地、风速、土壤湿度和植被覆盖等方面介绍了影响土壤风蚀的主要因素,并详细阐述了各个因素与风蚀量之间的数量关系;同时总结出了当前国际上流行的几种能够有效防治风蚀的方法,并且通过比较各种防治方法的优缺点。提出目前解决中国土壤风蚀最可行的途径是保护性耕作为主,其他技术为辅;最后,借鉴西方新制度经济学的观点,分析了目前土壤风蚀防治进展缓慢的原因,并提出了相关的政策性建议。     

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。     

陕北长城沿线植被恢复与生态系统防风固沙服务模拟分析

为探究风沙边缘地区植被恢复与生态系统防风固沙服务能力之间的作用机制以及如何保证防风固沙服务的可持续发展,选择毛乌素沙漠边缘地区--陕北长城沿线为研究区。利用Theil-Sen斜率估算、M-K显著性检验、修正风蚀方程（Revised Wind Erosion Equation,RWEQ）和情景分析法,评估分析2000-2018年该地风沙治理工程效果和生态系统防风固沙服务的时空变化,并着重分析在风蚀因子改变的条件下,植被恢复对土壤风蚀和生态系统防风固沙服务能力的影响。结果表明：（1）在2000-2018年风沙治理工程中陕北长城沿线地区植被恢复状况显著改善,表明多年来在风蚀治理工作中取得显著的效果。（2）在实际情景中,随着植被不断的恢复,风蚀发生的危险程度总体在减小,而风蚀因子是导致实际风蚀量显著改变的主要原因。从生态系统防风固沙服务角度出发,在不同年份防风固沙总量变化显著,2005年和2010年防风固沙量达到最小、最大值,分别为4569.18万t和64164.44万t,差异明显,致使2005和2010年防风固沙服务能力也达到历史最低和最高值。（3）通过最小风蚀因子情景模拟间接表明：植被恢复能够遏制风蚀现象的发生。但在最大风蚀因子情景下,风蚀现象依旧明显,而植被所发挥的生态系统防风固沙服务能力越显著。（4）综合上述3种情景,每年潜在风蚀量 > 防风固沙量 > 实际风蚀量,说明在最大危害程度内生态系统防风固沙服务具有明显的效果。通过研究不仅证实植被是实现防风固沙服务功能可持续发展的必要条件,同时恢复植被对风沙区域进一步发展状况与趋势有着至关重要的作用。     

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.     

1995～2000年中国沙地空间格局变化的遥感研究

利用遥感方法 ,在覆盖全国的 Landsat-TM数据的基础上 ,对 1 995年和 2 0 0 0年中国沙地的空间分布格局与动态变化进行了调查。结果显示了 2 0 0 0年中国沙地总面积为 5 9× 1 0 4 km2 ,主要分布于各主要沙漠和我国的 7个主要省份。1 995～ 2 0 0 0年 ,有 470 9.7km2的土地转化为沙地 ,同时又有 2 1 5 6.4km2的沙地转化为其它土地利用类型 ,沙地总面积扩大了2 5 5 3 .3 km2 。对变化为沙地的土地进行分析 ,发现草地占主要部分 ,但耕地所占的比重也非常突出 ,同时也表明有部分沙地变化为草地和耕地。根据土地沙化的空间分布特征 ,将土地沙化过程分为 5种格局 :沙地 -绿洲型、沙漠型、沙地 -黄土过渡型、沙地 -草地型和高原风蚀型。通过对中国发生土地风蚀沙化的主要省份在 1 995～ 2 0 0 0年间的土地利用动态变化发现 ,土地利用变化是促使土地发生沙化的一个重要因素。在 5 a的时间里 ,7个省份耕地总面积扩大了 90 3 9.7km2 ,草地减少了 1 1 5 97.9km2。耕地的增加部分几乎均表现为对草地的侵占 ,土地变为沙地也主要发生在草地区。人为因素导致的耕地面积扩大是促使土地沙化的重要原因。对主要省份的土地利用方式进行分析 ,探讨不同地区减轻土地沙化趋势下的土地利用布局。