自然降雨下黄土丘陵区草灌植物垂直覆盖结构的减流减沙效应

黄土高原是我国水土流失和生态环境问题最为严重的地区之一,植被恢复是防治水土流失的重要措施。植物垂直覆盖结构包括地上冠层、地表枯落物和地下根系,各组分具有不同的水土保持作用,是研究植被与水土流失关系的基本单元。目前,关于植物垂直覆盖结构不同组分对土壤侵蚀影响的研究主要是基于人工模拟降雨,缺少自然降雨条件下不同植物的垂直覆盖结构对产流、产沙和入渗等多过程影响的系统研究。本研究以黄土丘陵区典型的草本(须芒草)、半灌木(铁杆蒿)和灌木(绣线菊)为研究对象,每种植物进行三种处理(自然状态、去除枯落物和仅留根系)以及裸地对照,观测2015—2016年降雨事件的产流产沙量和入渗量,分析植物不同垂直覆盖结构的减流减沙效益及其相对贡献。结果表明:三种植物均具有较好的减流(45.9%—73.2%)、减沙效益(87.5%—94.6%)和增加入渗作用(4.7%—10.8%),灌木的减流效果(73.2%)显著高于草本(45.9%)和半灌木(63.5%),但三种植物间的减沙效益没有显著性差异。冠层的减流作用最大,贡献率接近一半(48%—50%),草本枯落物的减流贡献率与根系基本一致,而半灌木和灌木枯落物的减流贡献...     

模拟降雨下草地植被调控坡面土壤侵蚀过程

采用人工模拟降雨的方法,定量研究了黄土高原地区不同生长阶段黑麦草(Lolium perenne L.)和红豆草(Onobrychis viciaefolia Scop.)及裸地坡面的降雨产流产沙过程,并通过降雨前剪掉冠层的方法对比分析了两种牧草根系与冠层在减少坡面径流与侵蚀产沙中的贡献率。试验结果表明:与裸土坡面相比,两种牧草都能有效的控制坡面土壤侵蚀,在试验末期黑麦草和红豆草的减流效益分别为65%和45%,而两者的减沙效益均在93%以上。两种牧草根系与冠层减少坡面径流与泥沙贡献率存在一定的差异,黑麦草冠层比根系具有更大的减流贡献率,除最后试验阶段冠层减流贡献率为44.7%外,在其他试验阶段黑麦草冠层的贡献率大于60%。相反,红豆草对坡面径流的减少则主要依赖于根系的作用。植物根系在控制坡面土壤侵蚀产沙中发挥着很大的作用。从实验初期到实验末期,黑麦草和红豆草根系的减沙贡献率分别由72%和16%增加到96%和93%。     

模拟降雨下黄土坡面水沙过程对3种灌草植被垂直结构变化的响应

植被对坡面产流产沙过程的影响随植被类型及其垂直结构组分的变化而变化,然而这些因素如何影响坡面水沙过程却缺乏定量分析。利用野外径流小区和人工模拟降雨试验,研究了黄土丘陵区3种典型灌草（沙棘、柠条、苜蓿）及其不同垂直结构组分（叶、茎、枯落物、根系）对坡面产流和产沙过程的影响。结果表明：3种灌草均具有较好的减流减沙效益,且减沙作用强于减流作用,与裸地相比,灌草植被减少径流量32.49%-44.86%,减少侵蚀量72.99%-80.63%,降低坡面流速29.17%-45.83%。苜蓿的减流效益最佳,为44.86%,柠条的减沙效益最佳,为80.63%。3种植被的减流效益在不同产流时期差异明显,从产流初期到中期和后期逐渐减少,减沙效益在不同产流时期则没有明显变化。植被垂直结构不同组分对于减流减沙效益的相对贡献与其形态特征以及其空间分布方式有着密切的关系。地上部分对于减流效益和减速效益有较大的相对贡献率,平均为75.42%和68.38%,而不同植被茎、叶和枯落物的相对贡献具有一定的差异。根系则发挥较大的减沙作用,平均相对贡献为78.44%。植被垂直结构组分越完整,减流减沙效益越显著。研究对黄土丘陵区水土保持、植被恢复和建设提供重要的科学依据和理论指导。     

间伐强度对秦岭锐齿栎林冠层和枯落物层水化学效应的影响

将森林抚育间伐与森林水化学效应结合起来进行研究,探讨小强度间伐对森林水质的影响。基于固定样地的研究方法,在秦岭火地塘林区选择天然锐齿栎林,设置抚育间伐强度分别为5%、10%、15%和20%的样地和对照样地,定期采集大气降雨、林内雨和枯透水样品,测定其水化学物质浓度,采用对比分析的方法,研究间伐强度对锐齿栎林内雨和枯透水化学效应的影响。结果表明:间伐样地林内雨和枯透水的pH值均低于对照样地,呈弱酸性,在5%的间伐强度下,森林冠层和枯落物层对大气降雨pH值的调升作用较显著,随着间伐强度的增加,调升幅度逐渐减小;大气降雨对森林冠层和枯落物层中的SO_4~(2-)、NO_3~-和PO_4~(3-)均具有淋溶作用,尤其是对照样地林内雨和枯透水中SO_4~(2-)的浓度增幅最显著,NO_3~-次之,PO_4~(3-)最不显著。间伐样地,雨水对林冠层和枯落物层SO_4~(2-)、NO_3~-和PO_4~(3-)的淋溶作用均低于对照样地,20%的间伐强度最有利于净化雨水中的SO_4~(2-),其在林内雨和枯透水中的含量较对照样地降幅最大,间伐强度为5%时,林内雨中NO_3~-、NH_4~+和PO_4~(3-)的含量最低,三者较对照样地的含量分别降低了56.3%、46%和9.2%而枯透水中三者的降幅分别为64.6%、45%和60.8%;在10%的间伐强度下,大气降雨对林冠层和枯落物层中K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)的淋溶作用最强,3种离子中以Ca~(2+)和Mg~(2+)的含量增幅最为显著。林内雨中Ca~(2+)和Mg~(2+)的含量分别较对照样地增加了89.9%和120%,枯透水中二者较对照样地分别增加了72.4%和40%,K~+的增幅相对不明显;大气降雨中的Pb~(2+)、Zn~(2+)和Cd~(2+)经过森林冠层和枯落物层的阻减,其在林内雨和枯透水中的含量随着间伐强度的增加呈先增大后减小的趋势,当间伐强度达到20%时,三者含量明显降低。总体上,20%的间伐强度最有利于森林冠层及枯落物层对重金属Pb~(2+)、Zn~(2+)和Cd~(2+)的截留净化。     

模拟降雨条件下玉米植株对降雨再分配过程的影响

为系统测定玉米(Zea mays)不同生长阶段的穿透雨、茎秆流和冠层截留,采用室内模拟降雨法测定了不同降雨强度、不同叶面积指数玉米冠下穿透雨和茎秆流,采用喷雾法测定了玉米不同生长阶段的冠层截留。对其进行了量化分析,并探讨了三者与玉米叶面积指数和降雨强度的关系,阐明了玉米冠下穿透雨的空间分布特征。结果表明:玉米冠下穿透雨量占冠上总降雨量比例为30.97%—94.02%,平均为63.92%;茎秆流量占降雨量比例的变化范围为5.68%—75.70%,平均为35.28%;冠层截留量在其全生育期内变化范围为0.02—0.43 mm,平均为0.16 mm,所占总降雨量比例最大仅为1%。随玉米生长,穿透雨量逐渐降低,茎秆流量和冠层截留量逐渐增加。穿透雨与茎秆流呈现此消彼长的关系,其中穿透雨率平均由93.55%降至36.23%;茎秆流率平均由5.98%增加至70.42%。降雨强度与穿透雨量和茎秆流量呈正相关关系,但是二者占总降雨量的比例与降雨强度关系不显著(P0.05)。随着玉米生长,穿透雨冠下空间分布由均匀逐渐趋向于不均匀,使降雨经过冠层后趋于向行中汇集,但在玉米生长后期,集中于行中的穿透雨量也因叶片衰败而随之降低。揭示了玉米对降雨的再分配作用特征,可为农田水分有效利用、农田生态水文过程机理和坡耕地土壤侵蚀防治提供理论依据。     

贡嘎山暗针叶林土壤优先流形成因素的初步研究

该研究以长江上游贡嘎山暗针叶林生态系统的降雨过程、地被物层、根系层及土壤层的生长发育特点和水分运动状况为基础,利用自制实验仪器,在研究区域开展室内土柱实验,与野外实地示踪影像分析及树种根系调查相结合,针对研究区域土壤包气带根系层中水分快速运动的优先流形成的内外影响因子展开研究工作。研究结果表明研究区域土壤松散和多孔,土壤的孔隙度较大,大部分降雨为低强度、低雨量级和长历时,并具有较厚的地被物层和丰富的根系层,这些诱发因素存在,使研究区域——贡嘎山高山生态系统具有优先流形成的条件,降雨不会对土壤造成击溅作用,水分运移沿着土壤孔隙或植物根孔等处开辟优先路径,在地被物层及土壤层形成一个水流通道,随着长历时的降雨的继续,水分及其所携带的溶质继续沿着此路径向下运移。     

江西红壤坡地柑橘园生态水文特征及水土保持效益

在江西省水土保持生态科技园对标准柑橘试验小区生态水文特征进行9年的定位观测,设置7个处理,研究柑橘园生态水文特征及水土保持效益.结果表明： 7个处理的平均减流率和减沙率分别为78.5%和77.2%,其中,林下百喜草(Paspalum natatu)带状覆盖、百喜草全园覆盖和水平梯田+梯壁植草减流率较高,分别为94.8%、94.3%和92.5%;柑橘清耕地减流率较低,为33.1%;林下套种黄豆和萝卜减流率居中,为66.0%和77.5%,且横坡耕作优于纵坡耕作.对2009-2010年发生的43场平均降雨量为20.07 mm的雨水柑橘林冠再分配格局进行观测,穿透降〖JP2〗雨量平均为9.15 mm,树干茎流量平均为4.72 mm,林冠截留量平均为620 mm,分别占林外降雨量的44.7%、25.7%和29.6%.随着林外降雨量的增大,林冠层的穿透雨量、茎流量呈递增趋势.当降雨量<10 mm时,树冠截留率与林外降雨之间呈显著的线性负相关;当降雨量>10 mm时,二者之间的相关性不明显.柑橘枯落物的持水率与浸水时间呈对数回归关系,最大持水率达326%.合理的林下植被配置对柑橘果园的水土保持具有重要作用.     

江西红壤坡地柑橘园生态水文特征及水土保持效益

在江西省水土保持生态科技园对标准柑橘试验小区生态水文特征进行9年的定位观测,设置7个处理,研究柑橘园生态水文特征及水土保持效益.结果表明： 7个处理的平均减流率和减沙率分别为78.5%和77.2%,其中,林下百喜草(Paspalum natatu)带状覆盖、百喜草全园覆盖和水平梯田+梯壁植草减流率较高,分别为94.8%、94.3%和92.5%;柑橘清耕地减流率较低,为33.1%;林下套种黄豆和萝卜减流率居中,为66.0%和77.5%,且横坡耕作优于纵坡耕作.对2009-2010年发生的43场平均降雨量为20.07 mm的雨水柑橘林冠再分配格局进行观测,穿透降〖JP2〗雨量平均为9.15 mm,树干茎流量平均为4.72 mm,林冠截留量平均为620 mm,分别占林外降雨量的44.7%、25.7%和29.6%.随着林外降雨量的增大,林冠层的穿透雨量、茎流量呈递增趋势.当降雨量<10 mm时,树冠截留率与林外降雨之间呈显著的线性负相关;当降雨量>10 mm时,二者之间的相关性不明显.柑橘枯落物的持水率与浸水时间呈对数回归关系,最大持水率达326%.合理的林下植被配置对柑橘果园的水土保持具有重要作用.     

祁连山典型高山灌丛树干茎流特征

2010年6—10月,对祁连山中段托勒南山金露梅、高山柳、沙棘和鬼箭锦鸡儿灌丛树干茎流进行试验观测,研究了高山灌丛树干茎流特征,以及降雨和冠层结构对灌丛树干茎流的影响.结果表明:灌丛产生树干茎流需要2.1mm的前期降雨量;金露梅、高山柳、沙棘和鬼箭锦鸡儿灌丛树干茎流率分别为3.4%、3.2%、8.0%和4.2%,树干茎流量与降雨量之间成显著正线性相关;随着雨量级的增加,树干茎流率呈增加-减少-增加的趋势;4种灌丛茎干集流率分别为59、30、110和49,树干茎流对根际区水分补给作用明显;灌丛树干茎流率与最大10min雨强(I10)呈指数关系,当I10>6.0mm·h-1时,高山柳和沙棘树干茎流率继续增大,而金露梅和高山柳树干茎流率趋于稳定;冠层结构对树干茎流的影响较复杂,相同降雨条件下,株高和投影面积是祁连山高山灌丛树干茎流的主要影响因子.     

森林植被对坡面土壤水蚀作用的动力学机理

水力侵蚀是目前世界上分布最广、危害也是最为普遍的一种土壤侵蚀类型。坡面土壤侵蚀主要是由雨滴击溅、坡面径流引起,而森林植被作为陆地上最重要的生态系统以其林冠层、林木茎杆、林地上富集的枯枝落叶层、根系层以及发育疏松而深厚的土壤层截持和蓄储大气降水,发挥着其特有的水文生态功能,从多个角度影响降雨和坡面流的水力特性,在防治土壤侵蚀方面有其不可缺少的意义,然而目前对森林植被防治坡面土壤水蚀机理系统的研究还较少。系统的总结了森林植被各个垂直层次对坡面水蚀作用的动力学机理以及不同学者在此领域所做出的研究成果及此项研究的研究现状,并从以下几个方面指出了林地坡面水蚀作用动力学机理研究中尚存在的问题及发展方向：林冠对降雨重新分配出现林冠截持和干流等现象,降雨雨滴的大小、分布、降落速度和动能等性质发生变化,林冠层通过改变雨滴特性来影响坡面流水力特性,进而改变坡面流对坡面的侵蚀机理;森林植被茎干对径流的分散阻止作用,增大地表径流的阻力系数,茎干绕流现象对坡面土壤侵蚀的作用有正反两方面,林木在一定种植密度内,会使得泥沙起动流速减小,增加坡面侵蚀,因此应合理选择林木的种植密度才能起到减少坡面水蚀的作用;坡面流在枯落物层中流动并穿过枯落物层后下渗进入土壤的过程,类似于水流在多孔介质中的流动,枯落物的物理性质如分解程度、空隙度等的变化,引起水流流动的状态变化复杂,有必要应用渗流理论来深入研究以搞清其流动机理;根系层的存在能逐步改善土壤的内在特性,稳定表土层结构、提高土壤入渗性能使其抗侵蚀能力加强,植物根系层对坡面水蚀作用的研究是一个崭新的领域,需从土力学和植物根系影响土壤力学性质的角度研究土壤的抗侵蚀能力。     

黎钦铁路增建二线工程的水土流失影响程度分析

铁路建设工程中的路基修筑、隧道开凿、取土弃渣均会导致大量的水土流失,对铁路沿线生态环境造成不利影响。论文以广西黎钦铁路增建二线工程为例,通过水土流失影响指数评价模型来定量分析、评判该工程的水土流失影响程度。结果表明,该项目的水土流失影响指数值为0.11,不到全国铁路建设项目水土流失影响指数平均值的40%,这表明与新建铁路工程相比,增建二线工程造成的水土流失影响程度较小。其主要原因是工程占地(2.02hm²·km^-1)和影响面积(0.28hm²·km^-1)较小、工程总土石方量(3.86×10⁴m³·km^-1)和弃方量(0.28×10⁴m³·km^-1)较少、工程水土流失总量(211.61t·km^-1)不大。通过缩短施工期和增加水土流失治理面积,可进一步减弱该工程的水土流失影响,更好地保护项目沿线的生态环境。     

我国东南沿海新建铁路工程的水土流失分析

铁路建设工程中的路基修筑、隧道开凿、取土弃渣均会导致大量的水土流失,对铁路沿线生态环境造成不利影响.以我国东南沿海地区5条双线铁路的新建工程为例,通过水土流失影响指数评价模型定量比较了5铁路建设工程的水土流失影响.结果表明,福厦线的单位占地面积、单位影响面积和单位工程造成的水土流失总量均最大;温福线的工期最长,其未恢复治理面积的比重也最高;龙厦线的单位土石方总量和单位弃方量最多.甬台温线、温福线、福厦线、厦深线和龙厦线的水土流失影响指数值分别为0.264、0.247、0.375、0.256和0.264,平均值为0.278.     

增城市生态环境问题及其对策

生态环境问题是人类面临的重大问题之一．近半个世纪以来,广东省增城市存在人口剧增,自然生态遭到破坏,水土流失,自然灾害频繁,环境污染等生态问题．产生生态环境问题的根本原因在于人类不合理开发利用自然资源,向自然界排放大量污染物等．搞好绿化,推行生态农业,防治环境污染是改善生态环境的重要对策     

东北黑土区农田生物结皮的特征及其对表层土壤崩解的影响

于作物生长季对东北黑土区典型农田中生物结皮的发育特征(类型、物种、厚度、覆盖度、生物量)进行分析,并使用数显推拉力计测定比较了无结皮土壤与不同生物量(以叶绿素含量表征,分别为5～15、15～25、25～35、35～50 mg·g^-1)生物结皮层中土壤的崩解差异。结果表明: 1)东北黑土区农田中发育有藻和藓两类生物结皮,其中,毛枝藻和细叶真藓最为多见;藻结皮的厚度和生物量显著小于藓结皮,并总体上呈现由藻结皮逐渐向藓结皮演替的趋势。2)农田生物结皮的覆盖度、厚度和生物量与耕作扰动的频率和强度呈负相关,传统耕作农田中其平均覆盖度、厚度和叶绿素含量仅为27.8%、1.52 mm和6.49 mg·g^-1,但在免耕地中可增加至83.5%、2.74 mm和34.16 mg·g^-1。3)生物结皮显著削弱了土壤崩解作用,与无结皮土壤相比,4种生物量下生物结皮的土壤崩解速率分别显著降低了43.1%、50.1%、55.5%和59.8%,土壤最大崩解率分别显著降低了11.4%、17.7%、33.2%和36.6%。4)土壤崩解速率和最大崩解率均与生物结皮的厚度和生物量呈显著负相关,即生物结皮对土壤崩解的影响主要缘于其在发育过程中自身特性的改善及其覆盖后对表层土壤物理性质的改变。综上,随着保护性耕作技术推广后耕作扰动的减少,生物结皮在东北黑土区农田中有较高的发育潜力,它们发育后能削弱表层土壤崩解、提高土壤抗冲性,对农田土壤侵蚀防治具有积极意义。     

Effect of incubation in natural and autoclaved soil upon potency and viability of Bacillus thuringiensis

Spores and parasporal crystals of a Bacillus thuringiensis var. aizawai H-serotype 7, strain HD137, streptomycin-resistant mutant, were added to normal and autoclaved aliquots of pH 5 soil incubated at 25°C and ?0.10 MPa water availability. Viable B. thuringiensis in soil samples were estimated by dilution-plating on a streptomycin-based medium, and combined spore and crystal insecticidal activity was bioassayed with larvae of Galleria mellonella. Populations of B. thuringiensis in both soil treatments suffered exponential rates of mortality, which were represented by segmented linear regression. Mortality was far greater in natural than autoclaved soil. Potency also fell in both soil treatments. This loss of potency was greater in natural soil, although the rates of potency loss in either soil treatment correlated poorly with the respective mortality rates of the B. thuringiensis populations, as potency losses were not exponential functions. The results suggest that the presence of indigenous microorganisms in natural soil accelerated the rate of mortality and loss of potency of B. thuringiensis.     

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％.     

植被与水土流失关系研究进展

水土流失是世界性的环境问题之一,对人类社会可持续发展构成威胁,控制水土流失成为迫切需要,有许多水土流失控制措施,而生物措施尤其植被一直是人们研究的焦点.根据前人的研究,从斑块、坡面和流域/区域尺度总结了植被与水土流失的关系.斑块尺度植被对降雨和径流侵蚀能量具有很大的减弱或消除作用,可以改变植株底部的土壤性质,改善其结构,进而降低土壤可蚀性,增加入渗能力,从而减轻土壤侵蚀程度.不同植被类型、植被的不同层次结构,不同植被的形态结构具有不同的土壤侵蚀控制作用.坡面尺度主要从坡位、坡度、坡向对植被生长和分布格局的影响、对水土流失过程和格局的影响以及裸地-植被镶嵌格局、植被的条带格局对水土流失的影响和反映水土流失过程的景观格局指数的构建等方面进行了研究.更多是从植被恢复及其水土流失效应方面进行了探讨,为退化生态系统恢复和格局设计提供了极其有用的信息.流域/区域尺度植被与水土流失的关系更大程度上受到气候、地貌特征的影响,因此研究多从一定气候条件控制的土地覆盖（植被覆盖）及其格局的水土流失效应方面进行的.由于大尺度监测非常困难,研究多从遥感监测、GIS集成和模型模拟方面开展,是流域、区域等大尺度生态安全格局设计的有力支持.前人的研究为生态环境建设和保护提供了大量参考信息,但仍有一些问题需要进一步探讨,对此进行了初步的概括和归纳,希望能够对植被和水土流失关系的研究起到一定促进作用.     

西南喀斯特区域水土流失敏感性评价及其空间分异特征

西南喀斯特地区碳酸盐岩酸不溶物含量很低,成土速率慢、土壤允许流失量小,加上地形起伏大、植被破坏严重,导致该地区水土流失敏感性及其空间分异的独特特征。选取降雨侵蚀力、地形起伏度、土壤类型、植被类型及土壤允许流失量等5个指标,应用GIS技术对西南喀斯特区水土流失敏感性进行单因子和多因子综合分析评价,结果表明西南喀斯特区水土流失敏感性普遍很高,中度敏感以上区域占西南喀斯特区总面积的82.8%,不敏感区域所占面积比例为6.4%;水土流失中度敏感以上区域主要分布于贵州全境、广西峰丛洼地区、云南东南部、重庆东北部、东南部、湖北西南部及湖南西北部等区域;随着岩石中酸不溶物含量的增加,水土流失极敏感和高度敏感区面积比例减少,中度敏感区比例增加。研究结果有助于指导西南喀斯特地区水土流失防治及退化喀斯特生态系统的恢复与重建。     

南方沿海地区城市水土流失类型及特征—以珠海市三灶区为例

通过野外实地考察结合遥感技术手段开展珠海市三灶区城市水土流失重点调查。三灶区水土流失类型以人为侵蚀为主,主要是由开发平台建设、取土采石和修筑公路造成,侵蚀类型复杂多样,多沿交通道路两侧以及城市建成区周遍地带分布,侵蚀模数相差很大,最大侵蚀模数和最小侵蚀模数之间相差3个数量级,充分反映了城市水土流失的特点。     

南方沿海地区城市水土流失类型及特征——以珠海市三灶区为例

通过野外实地考察结合遥感技术手段开展珠海市三灶区城市水土流失重点调查。三灶区水土流失类型以人为侵蚀为主 ,主要是由于开发平台建设、取土采石和修筑公路造成 ,侵蚀类型复杂多样 ,多沿交通道路两侧以及城市建成区周遍地带分布 ,侵蚀模数相差很大 ,最大侵蚀模数和最小侵蚀模数之间相差 3个数量级 ,充分反映了城市水土流失的特点。