广州市典型绿地土壤水分入渗特征

绿地对于缓解城市洪涝灾害具有非常重要的作用,对其土壤入渗的定量化研究是评价城市绿地雨洪调蓄能力的关键。受城市土壤空间异质性的影响,不同功能区绿地土壤水分入渗速率的差异较大。采用双环入渗仪对广州海珠国家湿地公园典型乔草和灌草绿地的土壤水分入渗特征进行测定,并对其影响因素进行分析,结果表明：（1）广州海珠国家湿地公园的绿地土壤水分入渗性能处于中等至较高水平,但受机械和人为压实作用,绿地土壤容重偏大,总孔隙率偏低,加上外来客土影响,土壤物理性黏粒含量高,且有人为侵入体混入等,从而抑制了绿地表层土壤的水分入渗;（2）灌草相对于乔草对绿地表层土壤水分入渗的改善更为明显,这主要与前者的根系分布较浅有关,此外灌草绿地的凋落物更易留存,且其细根分解较快,这均有助于表层土壤有机质的及时返还,从而促进了绿地表层土壤的水分入渗;（3）广州海珠国家湿地公园绿地土壤的水分累积入渗量随时间变化更符合Kostiakov模型。未来广州市绿地的建设及管理应减少土壤压实及外来客土混入,适当增加灌草比例,使其兼顾旅游休闲和雨洪蓄积功能,从而有助于海绵城市的高效建设。     

定容重条件下生物炭对半干旱区土壤水分入渗特征的影响

了解生物炭添加土壤后对水分入渗过程的影响,可为半干旱区生物炭还田对土壤水文过程的影响评价提供科学依据.本文采用室内土柱模拟方法,在定容重条件下研究了3种生物炭粒径(1～2 mm、0.25～1 mm和≤0.25 mm)和4种添加量(10、50、100和150 g·kg^-1)对两种不同质地土壤(塿土和风沙土)累积入渗量、吸渗率和稳定入渗率的影响.结果表明: 与对照相比,生物炭总体上能够明显增加塿土入渗能力,降低风沙土入渗能力.在入渗100 min时,塿土添加生物炭处理的平均累积入渗量比对照高25.1%;在入渗15 min时,风沙土添加生物炭处理的平均累积入渗量比对照低11.1%.相同生物炭添加量下,生物炭粒径均对塿土累积入渗量具有促进作用,但不同添加量处理的最大作用粒径不尽一致.对于风沙土累积入渗量,低添加量(10 g·kg^-1)时,除≤0.25 mm粒径促进作用不明显外,其他两种粒径均表现出明显的促进作用,而高添加量(50、100和150 g·kg^-1)则表现出抑制作用,且100和150 g·kg^-1粒径处理风沙土累积入渗量随生物炭粒径的减小呈递减趋势.相同生物炭粒径下,风沙土的累积入渗量随着生物炭添加量的增加而递减,塿土则规律不明显.利用Philip入渗模型拟合的决定系数在0.965～0.999,拟合效果较好,说明此模型适合对添加生物炭的土壤水分入渗过程进行模拟.生物炭粒径、生物炭添加量及两者的交互效应对两种土壤的吸渗率和稳渗率均有显著影响,且生物炭添加量对入渗的影响最显著.生物炭对土壤水分入渗特征的影响取决于土壤的质地类型,且该影响程度与添加量呈正相关关系.     

雨强对黄土坡面土壤水分入渗及再分布的影响

基于典型黄土的坡地人工降雨实验,对比研究了降雨、入渗及再分布规律;以雨强为主要影响因素,分析了降雨入渗及水分再分布过程中水土物质迁移的定量关系．结果表明,雨强变化对黄土坡面降雨入渗及土壤水分再分布的微观水分运动过程具有重要影响．雨强增大时,入渗和再分布湿润锋均随降雨历时延长而逐渐增加,但水分再分布过程的湿润锋增加速率比入渗慢得多;入渗湿润锋与时间关系可用幂函数表示,同时可表示为雨强的幂函数关系．再分布湿润锋与时间也存在定量关系．雨强越大,初始和稳定的土壤水分入渗率越高,累积入渗量随降雨时间增加得越快．此外,雨强越大,坡顶与坡脚湿润锋深度差异越小,坡面再分布过程的土壤含水量在各层的差异和递减趋势越明显．     

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。     

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。     

生物质炭添加对喀斯特地区坡耕地黄壤水分入渗过程的影响

为探究生物质炭添加对喀斯特地区土壤水分入渗特性的影响,本研究以坡耕地黄壤为对象,采用室内土柱模拟的方法,研究不同添加量(质量分数为0、1%和2%)和不同粒径(粒径大小为<0.25、0.25～1和>1 mm)生物质炭添加下土壤水分累计入渗量、入渗速率及湿润锋进程的变化特征,并对入渗过程进行模拟。结果表明: 在定容重条件下,添加生物质炭后土壤的入渗过程明显受到抑制,添加生物质炭土壤的累计入渗量和入渗速率显著低于未添加生物质炭土壤,生物质炭添加量为1%和2%土壤的累计入渗量和入渗速率无显著差异。不同粒径生物质炭添加下,土壤累计入渗量从大到小依次表现为<0.25、0.25～1和>1 mm。与CK相比,当添加量为1%时,土壤300 min累计入渗量分别下降20.9%、35.2%和45.0%;当添加量为2%时,分别下降21.5%、37.5%和44.2%,说明大粒径生物质炭对土壤入渗的抑制作用显著强于小粒径生物质炭。土壤湿润锋进程对不同含量和不同粒径生物质炭添加的响应趋势与累计入渗量的变化趋势基本一致。Horton和Kostiakov模型能够用于模拟本研究中的土壤水分入渗过程,Horton模型拟合精度高,R²最大(0.91～0.98),均方根误差(RMSE)最小(0.14～0.21),而Kostiakov模型拟合得到的初始入渗速率更接近实测结果。研究结果可为生物质炭的合理施用提供科学依据,也可为喀斯特坡耕地土壤改良和水土保持提供有益参考。     

黄土丘陵区生物结皮群落组成与水分入渗的关系

黄土丘陵区坡面尺度生物结皮多是由藻、藓和地衣等以不同比例、不同方式组合的一个复杂群落结构,显著影响水分入渗,但目前混合生物结皮水分入渗与其群落结构之间的关系仍不清楚,妨碍了对坡面尺度生物结皮土壤渗透性的评估。本研究测定了藻结皮、藓结皮及藓结皮盖度分别为<15%、15%～30%、30%～45%、45%～60%、＞60% 5个不同藻藓比例的混合生物结皮的稳定入渗速率,采用主成分分析和通径分析揭示混合生物结皮水分稳定入渗速率的影响因素,明确混合生物结皮水分稳定入渗速率与群落结构之间的关系。结果表明: 藻结皮和藓结皮土壤饱和导水率分别为0.66和2.40 mm·min^-1。藓结皮盖度从<15%到>60%的混合生物结皮的稳定入渗速率为0.80～2.30 mm·min^-1。混合生物结皮水分稳定入渗速率主要与藓结皮盖度和藓结皮改善的土壤孔隙结构密切相关,相关系数分别为0.636(P=0.011)和0.835(P=0.000)。通过藻结皮和藓结皮土壤饱和导水率与盖度加权预测的混合生物结皮水分入渗量(y)与混合生物结皮实测水分入渗量(x)具有极显著相关关系(r=0.945),二者拟合的线性函数为y=0.85x(R²=0.98,P<0.05)。本研究明确了混合生物结皮水分入渗与单一组成生物结皮水分入渗之间的关系,为准确评估该区生物结皮水文过程提供了科学依据。     

三峡库区苔藓生物结皮对土壤水分入渗的影响

在三峡库区王家桥小流域选取以苔藓为优势种的生物结皮样地,以附近无结皮发育的裸地为对照,设计5个盖度水平(1%～20%、20%～40%、40%～60%、60%～80%和80%～100%),采用环刀法测定土壤入渗过程,研究生物结皮盖度对入渗过程的影响。结果表明: 与裸地相比,生物结皮发育可显著提高表层土壤粘结力、孔隙度、黏粒含量、水稳性团聚体和有机碳含量,显著降低土壤容重和砂粒含量。生物结皮促进了土壤水分入渗,初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率和累积入渗量可达裸地的2.0倍及以上,土壤入渗性能随结皮盖度的增大呈先增加后减小的变化规律,在40%～60%盖度下最大。通径分析显示,土壤初始入渗率主要受结皮盖度、土壤容重和有机碳含量的影响,稳定入渗率主要受结皮盖度和土壤容重的影响。Horton模型对三峡库区生物结皮覆盖土壤的水分入渗过程拟合效果最佳。     

土壤中人工防渗层的水分特征

针对旱地苹果园土壤硝态氮深层淋溶和干燥化加剧,造成水肥利用率不高问题,采用人工夯实的办法设置不同厚度(3或5 cm)土壤中人工防渗层(红黏土防渗层和黑垆土防渗层),研究其水分特性,以期找到一种提高旱地果园水肥利用率的新方法.结果表明: 不同厚度土壤中人工防渗层可有效减少或阻断土壤水分入渗,具有防渗效果,其中,红黏土防渗层的防渗效果好于黑垆土防渗层.5 cm厚红粘土防渗层的土壤容重最高,初始入渗速率(0.033 mm·min^-1)和稳定入渗速率(0.018 mm·min^-1)均最低,且经过夏季的干湿交替和冬季的冻融交替,其理化性质变化不大,年限的增加没有影响土壤水分的稳定入渗率.5 cm厚红黏土防渗层可有效提高上层土壤水分含量,有利于水分和养分利用率的提升,可以应用于果树生产.
     

雨强对黄土坡面土壤水分入渗及再分布的影响

基于典型黄土的坡地人工降雨实验,对比研究了降雨、入渗及再分布规律;以雨强为主要影响因素,分析了降雨入渗及水分再分布过程中水土物质迁移的定量关系.结果表明,雨强变化对黄土坡面降雨入渗及土壤水分再分布的微观水分运动过程具有重要影响.雨强增大时,入渗和再分布湿润锋均随降雨历时延长而逐渐增加,但水分再分布过程的湿润锋增加速率比入渗慢得多;入渗湿润锋与时间关系可用幂函数表示,同时可表示为雨强的幂函数关系.再分布湿润锋与时间也存在定量关系.雨强越大,初始和稳定的土壤水分入渗率越高,累积入渗量随降雨时间增加得越快.此外,雨强越大,坡顶与坡脚湿润锋深度差异越小,坡面再分布过程的土壤含水量在各层的差异和递减趋势越明显.     

城市土壤封闭对有机碳库影响的时空变化模拟

随着全球城市化的迅速发展,城市生态系统的研究日益受到关注。城市化过程引发的大面积土壤封闭,导致土壤功能退化,进而影响城市生态系统。通过构建城市封闭土壤碳循环模型,考虑土壤温度,水分,有效氮含量以及各项理化性质等影响土壤有机碳在封闭条件下分解的影响因素,模拟南京市1980年至2010年城市封闭土壤有机碳含量与土壤有机碳库的时空变化过程,揭示人工封闭对于城市土壤功能的影响。结果表明:南京市1980年至2010年封闭土壤的有机碳含量显著减少,2010年土壤有机碳含量的均值为6.7 g/kg,比开放土壤低54.7%。土壤有机碳含量较低的区域主要分布在快速城市化的地区。由于封闭土壤阻碍了土壤有机碳的来源,造成封闭土壤有机碳含量持续减少,1980年至2010年间城市土壤有机碳库的总量减少约0.32 Tg。城市封闭对土壤有机碳影响的时空变化模拟可为研究城市化过程中的生态环境效应与城市生态建设提供参考。     

Spontaneous urban vegetation as an indicator of soil functionality and ecosystem services

Questions

Our study focused on spontaneous vegetation in urban greenspaces in a Mediterranean city with the aim of relating plant community properties with ecological services along soil disturbance gradients. We asked which plant communities have the greatest plant biodiversity and soil carbon storage and the best-performing nutrient cycles and water regulation.

Location

Madrid City (Central Spain).

Methods

We studied four types of plant communities following soil disturbance gradients: vegetation on trampled soils, roadside vegetation, annual grasslands and perennial forbs. Regarding vegetation, we studied plant composition and productivity, plant diversity, plant growth forms and functional groups. Regarding soils, we determined soil organic carbon (TOC), available nutrients, the activity of seven enzymes relating to the main macronutrient cycles, and physical properties such as bulk density (BD) and soil water-holding capacity (WHC). We used one-way ANOVA to determine the influence of the plant community type on both soil and vegetation variables. Canonical correspondence analysis was performed to interpret the relationships between plant species assemblages with environmental gradients.

Results

Perennial forbs showed greater biomass and developed on soils with the greatest TOC and available phosphorus. Annual grasslands displayed the highest plant diversity. Roadside vegetation developed on soils with higher phenoloxidase activity when compared to vegetation on trampled soils and annual grasslands. Vegetation on trampled soils developed on soils with lower WHC, lower beta-glucosidase, arylamidase and phosphatase activities and higher BD when compared to perennial forbs. Plant community distribution followed gradients most significantly associated with soil organic matter content, soil compaction and nutrient cycling performance.

Conclusions

We conclude that plant communities are good indicators of ecosystem function and services which are unevenly distributed throughout urban habitats. The management in Mediterranean unmaintained urban greenspaces should be aimed at avoiding soil compaction to promote biodiversity, carbon storage and water regulation.     

北京城市绿地表层土壤碳氮分布特征

在北京中心城区及周边郊区(覆盖六环路范围),采集不同类型绿地表层(0—20cm)土壤样品490份,测定了土壤有机碳、无机碳、全碳和全氮含量,探讨了城市土壤碳氮分布特征。结果表明:城市不同类型绿地土壤中碳含量差异明显,行道树土壤的有机碳、无机碳和全碳含量均显著高于其他类型绿地,而其它类型土壤有机碳含量差异不显著;居住绿地、道路绿地、单位绿地和公园绿地土壤无机碳含量显著高于生产绿地、防护绿地;城市土壤有机碳、无机碳和全碳含量与距离城市中心距离呈显著的负相关关系;与郊区土壤相比,城区绿地土壤有机碳、无机碳含量有富集的趋势,且无机碳增加更加明显;与郊区农业土壤相比,城市绿地土壤中有机碳有明显地增加趋势,说明北京的城市化在一定程度上有利于土壤碳库的累积。不同类型绿地土壤全氮含量差异不显著,城郊之间全氮含量也无显著差异,土壤全氮质量分数和碳氮比有逐渐减小的趋势,城市化对土壤氮的影响需要进一步研究。     

城市绿化植物-凋落物-土壤系统碳氮磷化学计量特征研究

以福建福州市常见的15种乔木、灌木和草本绿化植物为对象,连续2年取样测定了这些植物、凋落物、立地土壤、土壤微生物量C、N、P含量,探讨城市绿化植物-凋落物-土壤系统生态化学计量特征,为中国城市绿化植物的生态功能恢复与植被重建提供科学依据。结果表明:(1)绿化植物不同器官C、N、P含量均表现为草本灌木乔木、C含量N含量P含量、叶茎根,呈现出叶的富集作用;绿化植物各器官化学计量比(C/N、C/P、N/P)也表现出基本一致的乔木灌木草本的变化趋势;各绿化植物对N的再吸收率极显著高于对P的再吸收率(P0.01),绿化植物N和P再吸收率表现为乔木灌木草本,不同绿化植物对N的再吸收率差异均显著(P0.05),对P的再吸收率差异均不显著(P0.05)。(2)绿化植物凋落物C、N、P含量基本表现为草本灌木乔木,其中不同绿化植物凋落物P含量差异不显著。(3)绿化植物立地土壤C、N、P含量表现为草本灌木乔木,但其N/P差异不显著;土壤微生物量C、N、P含量基本表现为草本灌木乔木,其相应的C/N、C/P、N/P差异均不显著。(4)植物-土壤-凋落物-土壤微生物量(C、N、P)均随着生长季温度的升高而降低,随着年降水量的增加而升高,P素的回归系数绝对值明显低于C素和N素;植物-凋落物-土壤的C与N含量、N与P含量、C/P与N/P、以及土壤和植物的C/N与N/P之间均呈显著正相关关系,而凋落物的C/N与N/P之间呈显著负相关关系;典范对应CCA排序中,植物高度、冠幅、茎粗、比叶面积和叶面积指数对植物-凋落物-土壤-土壤微生物量C、N、P含量和C/N、C/P和N/P具有较大影响作用,其中高度、冠幅和茎粗与比叶面积和叶面积指数呈负相关关系,与凋落物-土壤-土壤微生物量C、N、P含量呈负相关关系,与植物C、N、P含量呈正相关关系;而凋落物-土壤-土壤微生物量C、N、P含量与其C/N、C/P和N/P均具有一定的正相关关系。     

上海城市绿化带土壤蜱螨目群落结构与生物指标

通过对上海城市绿化带6种典型环境土壤的调查,研究了城市绿化带土壤蜱螨目和其它小节肢类土壤动物的群落结构及其与土壤环境的关系。结果表明:城市绿化带土壤蜱螨目群落结构特征在很大程度上有别于自然土壤和农业土壤,反映了城市绿化带为一新型生态系统;城市绿化带土壤质量较差,但土壤蜱螨目仍然保持了较高的种类丰富度和密度,是恶劣环境评价的较好指示生物类群;除蜱螨目密度和种类丰富度外,甲螨亚目的无翼类、低等类和中气门亚目的种类丰富度和密度以及中气门亚目雌雄性比对环境变化敏感,且这些指标特征对不同环境土壤质量的评价结果基本一致,是较好的生物指标。     

Effect of legume cropping and organic matter accumulation on the infiltration rate and structural stability of a granite soil under a simulated tropical environment

Summary An experiment was conducted under a simulated tropical environment to examine the effect of legume cropping on the infiltration rate and aggregate stability of a sandy granite soil. The stability of aggregates >2 mm increased from 47.3% in soil on which one siratro crop had been grown to 61.6% where six crops had been grown. In a soil on which soybeans had been grown this increase was from 39.4 to 77.1%. Infiltration rate (IR) was measured over a 30 min. period using a constant 2.5 cm head. IR in the 0 to 5 min. time period was related to soil total nitrogen by the relationship y=158.5x−0.738, (R=0.87^**) where y=infiltration rate and x=soil total N(%). Beyond 5 minutes IR was determined by the sub-soil permeability. These results demonstrate the beneficial effects of legume cropping on infiltration rate and structural stability and the difficulty of improving soil water relations in soils with impermeable sub-soils.