六盘山华北落叶松林坡面土壤含水量的时空变化

受气象、地形、土壤、植被因子的影响,土壤水分具有坡面位置变化和空间尺度效应,需对此深入理解和精细刻画,以便为精细化森林管理、坡面生态水文研究中的代表性样地选择和尺度转化提供科学依据。在宁夏六盘山香水河小流域,选择一个设置有空间连续样地的华北落叶松人工林典型坡面,于2015年5—10月利用土钻取土,并烘干测定了0~100 cm土层的质量含水量,研究生长季内各月土壤含水量沿坡的时空变化规律。结果表明:(1)土壤含水量存在沿坡变化,在整个生长季表现为随水平坡长增加先逐渐升高,在坡中上部(水平坡长109.2 m)达到最大,之后逐渐降低并在坡中下部(水平坡长350.4 m)达到最小,之后又有所回升。各月的土壤含水量沿坡变化趋势与整个生长季基本一致。(2)土壤含水量存在坡面尺度效应,表现为土壤含水量滑动加权平均值随水平坡长增加有明显变化,整个生长季及各月的土壤质量含水量的坡面尺度效应的变化趋势基本一致,但数值大小有所不同。(3)在研究年份为平水年和降水较多的条件下,土壤持水性能是影响土壤质量含水量沿坡差异格局的主要因素,表现为各月土壤含水量均与土壤孔隙度、持水能力显著相关。(4)对整个坡面平均土壤质量含水量而言,最佳代表性样地位于坡中部相对水平坡长0.57处,可由此样地的土壤含水量测定值代表坡面均值,并可利用本文建立的该样地土壤含水量测定值与坡面均值的关系式精确上推估计坡面均值。     

不同生境中差不嘎蒿(Artemisia halodendron)生长特征及地下生物量分布

植物根系活动是植物-土壤系统物质周转的关键环节。为研究不同坡位差不嘎蒿(Artemisia halodendron)根系生长特征,用土钻法调查了科尔沁沙地半固定沙丘不同坡位0~60cm深度差不嘎蒿活根与杂质(包括死根与根表脱落物)的生物量。结果表明:不同坡位间差不嘎蒿活根与杂质生物量均存在显著差异;差不嘎蒿活根的垂直分布特征在各坡位不同,在坡中和坡顶,主要分布在0~20cm层,而在坡底和背风坡,垂直分布较均匀;总生物量和杂质生物量在各坡位的垂直分布随土壤深度增加而下降;差不嘎蒿群落特征与植株生长特征在不同坡位间存在显著差异,坡底盖度及物种数高于其他部位,坡底和背风坡差不嘎蒿植株密度减小,单株高度增加。差不嘎蒿活根生物量与自身密度呈显著的正相关关系(p0.05),但与自身高度呈显著的负相关关系(p0.05)。差不嘎蒿根生长和分配是其在不同沙丘生境生长策略变化的重要反映。     

模糊坡位信息在精细土壤属性空间推测中的应用

坡位的空间渐变特征影响着小流域及坡面尺度上的土壤、水文、地貌等现象和过程,因此对精细尺度下的地理建模(如土壤空间信息推理)有重要作用。虽然目前已有多种模糊坡位信息定量提取方法,但所得到的模糊坡位信息还缺乏实际应用。本文以精细尺度下的土壤属性空间分布推测为例,对此展开探索。应用模型假设:(1)在小流域内,地形因素主导着土壤属性空间分布的变化;(2)典型坡位上对应分布着典型的土壤属性值,土壤属性与坡位之间存在协同变化关系。据此建立以模糊坡位信息对各类典型坡位上土壤样点属性值的加权平均模型,推测土壤属性的空间分布。模型应用于黑龙江省嫩江流域一个地形平缓的小区(面积约60 km²),通过一个以坡位典型位置作为原型的模糊坡位定量方法提取5类坡位(山脊、坡肩、背坡、坡脚、沟谷)的空间渐变信息,对土壤表层有机质含量的空间分布进行推测。推测结果通过研究区70个土壤采样点进行评价,以推测结果与评价样点集之间的相关系数、平均绝对误差、均方根误差作为定量评价指标,与使用常用地形属性的多元线性回归模型推测结果进行对比。评价结果表明,仅使用极少建模点的加权平均模型的推测结果优于多元线性回归模型的推测结果。     

土壤氮磷供应变化条件下盐地碱蓬叶片碳、氮和磷的化学计量特征

于2015年5~9月,在黄河三角洲滨海湿地生态试验站设置的野外控制实验,分析土壤氮磷供应比例、氮磷供应量及生长阶段下,优势植物盐地碱蓬(Suaeda salsa)叶片碳、氮和磷的化学计量特征。研究结果表明,随着土壤氮磷供应量增大,盐地碱蓬叶片氮、磷含量都显著增加,碳氮比和碳磷比显著减小;在土壤氮磷低供应量条件下,叶片氮磷比显著低于中、高供应量条件下;随着土壤氮磷供应比例增大,叶片全氮含量、碳氮比和氮磷比显著增大,全磷含量减小,叶片碳磷比在土壤氮磷供应比例最大时才显著增大。在9倍土壤氮磷供应比例和供应量条件下,盐地碱蓬生长阶段是影响其叶片碳、氮和磷化学计量特征的重要因子。     

密云石匣小流域土地利用对土壤粗化的影响

在北京密云石匣小流域坡面径流试验小区的坡耕地、休闲地和荒草地的坡上部、坡中部和坡下部,分别对表层和剖面进行了采样,用筛分的方法分析土样中大于2mm石砾所占百分数来确定不同土地利用下的土壤粗化程度。试验结果表明:休闲地、坡耕地和荒草地小区的土壤粗化程度为休闲地>坡耕地>荒草地。假设荒草地石砾所占百分数为正常值,用某种土地利用方式下石砾所占百分数与荒草地石砾所占百分数的比值来表示该土地利用下的土壤粗化程度指数,则0-1cm土层休闲地和坡耕地的粗化程度指数分别为2.96和2.07。土地利用方式不同,剖面层间的粗化特性也存在差异。荒草地剖面层不存在土壤粗化;休闲地和坡耕地剖面层则存在土壤粗化。本研究可为土壤退化等级评价和土地利用规划提供基础资料     

紫色土陡坡耕地顺坡垄作条件下的土壤及其流失特征

顺坡垄作是在长江上游特别是紫色土坡耕地上农民普遍采用的耕作模式,以往由于主流思想的影响,没有得到应有的重视。以三峡库区紫色土坡耕地为例,采用野外调查与小区实验相结合,分别采集垄沟和垄坡表层土壤,测试顺坡垄作地块沟、垄土壤容重、粒径分布、有机质含量、TN、TP、土壤含水量等指标,小区实验调查顺坡垄作条件下的土壤流失特征,进而探讨顺坡垄作导致的土壤特性差异与顺坡垄作的水土保持机制。结果表明:与垄沟内土壤相比,垄坡土壤平均含水量、容重分别降低29.74%和16.41%,土壤总孔隙度高20.56%,说明垄坡土壤具有更大的吸持水分的潜力,降雨产流阈值相比于垄沟土壤也更大。相比于垄沟内土壤,粘粒在垄沟内发生富集,垄坡土壤中的有机质、总氮(TN)和总磷(TP)指标分别高18.79%、17.30%和9.31%。侵蚀泥沙中沙粒含量出现明显富集,几乎是垄沟土壤沙粒含量的1倍,而粘粒和粉粒含量则远小于径流小区土壤成分,说明顺坡垄作有利于50μm土壤细颗粒的保持。侵蚀泥沙中有机质和TN远小于径流小区土壤成分,而TP则高于径流小区土壤成分,与侵蚀泥沙颗粒分选现象近似,说明顺坡垄作的肥力指标流失差异同样主要由侵蚀分选导致,也说明顺坡垄作有利于紫色土有机质和氮肥的保持。     

紫色土不同土体的水热特征

以紫色土为材料,通过模拟试验,研究了不同土体的土壤温度日变化,小麦生育期变化动态和土壤水分动态,并探讨了不同土体的水热特性对小麦生长的影响。试验的结果表明,上砂下壤土体和全砂土体的水热动态和小麦生理代谢较为协调,上壤下砂土体和全壤土体的土壤含水量较高,但土壤日温差较小、活动积温和有效积温较低,不利于小麦生长。     

九华山东西坡不同垂直带谱土壤动物群落

对亚热带山体（九华山）东西坡土壤动物进行对比研究，共获得土壤动物４５３７个，隶属５门１１纲２９类（目）其中大型土壤动物优势类群为等翅类（白蚁），中小型土壤动物优势类群为蜡类、线虫类和弹尾类。另外，九华山东西坡土壤动物的垂直分布无论在个体数、类群数、土壤动物密度和Ｈ，Ｒ，Ｃ等几个重要指标上都存在很大差异，表明了坡向和垂直高度对于土壤动物的影响。     

沙丘不同部位土壤呼吸对人工降水的响应

 利用LI-8100土壤呼吸测量仪,对古尔班通古特沙漠南缘阜康北部地区沙丘不同部位（坡底、坡中、坡顶）的土壤呼吸速率进行了测量,探讨了沙丘不同部位土壤呼吸速率对降雨的响应,分析了土壤水分和土壤温度对土壤呼吸速率的影响。结果表明:①沙丘不同部位土壤呼吸速率的日变化呈“双峰曲线”,而增雨处理后,土壤呼吸速率的日变化曲线大部分转变为“单峰曲线”。②增雨处理增加了沙丘不同部位土壤呼吸速率的变化幅度、平均值和极差,推后了土壤呼吸速率最大值到来的时间。③土壤呼吸速率与土壤温度的相关性对降雨表现出积极的响应,降雨改变了土壤温度的日变化曲线类型,提高了土壤温度与土壤呼吸速率的相关系数。④非增雨处理时,沙丘坡底、坡中和坡顶的土壤呼吸速率与土壤水分的相关性系数均较高,而增雨处理后,土壤呼吸速率与土壤水分的相关系数有所下降,仅坡中的相关系数通过了α=0.01的显著性检验。     

降雨作用下红土型坡面径流特性与土壤侵蚀的关系研究

针对云南红土型坡面和一定的雨强、坡度,运用人工模拟降雨水槽模型试验、土工试验及相关理论分析相结合的研究方法,揭示降雨作用下云南红土型坡面径流的水动力学特性及红土干密度、坡面侵蚀模数与坡面径流剪切力之间的关系。结果表明:(1)坡面径流平均流速随坡面径流历时呈先逐渐增大后趋于稳定的变化趋势,且坡面径流的平均流速随红土干密度的增大而显著增加。坡面径流平均流速与单宽流量呈幂函数关系(R~2=0.996)。(2)坡面径流平均水深随径流历时也呈先上升而后趋于稳定的变化过程,且干密度越大,平均径流水深也越大,平均径流水深与单宽流量也呈幂函数关系(R~2=0.996)。(3)在试验条件下,坡面径流流态属层流急流流态。(4)在试验条件和干密度一定的条件下,坡面侵蚀模数随径流剪切力的增大而增大,二者之间呈线性关系,当干密度为1.0,1.1,1.2,1.3,1.4 g/cm~3时,R~2最小为0.816,最大为0.945;坡面红土的临界剪切力分别为0.482,0.510,0.556,0.586,0.656 Pa。坡面径流特性受多种因素的联合作用,坡面侵蚀模数及红土临界剪切力与坡面径流特性和土壤自身特性密切相关。     

长江三峡库区不同坡段坡地土壤风化特征

通过野外采样和实验室XRD分析,建立了基于XRD分析图谱的风化指标,研究了三峡库区不同坡段坡地的风化程度.三峡库区草堂河流域不同坡段坡地风化特征有一定的共性,如土壤中的主要特征矿物种类相同,主要有高岭石、云母和蛭石;所有样品中高岭石峰值均不高,甚至个别样品图谱上几乎没有高岭石峰的出现;3种主要的特征粘土矿物中以蛭石峰值最高;表层和底层的粘土矿物总量差异也不大.但是不同坡段土壤的风化程度仍存在一定差异.从顶部的分水岭山脊段到山坡上部直形坡崩塌段、山坡下部直形坡搬运段以及最下部的山坡坡麓洪冲积堆积段这4个坡段,4项风化指标均呈增加的趋势,说明从坡上到坡下土壤的风化程度逐渐加大.     

西双版纳热带山地利用过程中的土壤退化

土壤养分和土壤微生物生长代谢水平的衰退是热带山地退化的重要表现形式。二者的变化基本是一致的。即从热带雨林→33a次生林→6a轮歇地→4a轮歇地→旱谷地→橡胶林→荒草坡呈降低趋势；相对于热带雨林而言，不同利用方式土壤微生物和土壤养分状况均有不同程度的下降，且随退化程度增高减幅增大，土壤微生物衰减的速率比土壤养分的衰减更快。说明山地的退化严重影响着土壤微生物的生长代谢水平以及它们之间的协同作用，从而影响土壤碳氮循环代谢途径。降低土壤肥力水平。     

森林凋落物-土壤动物-土壤系统中营养元素含量关系及分异

根据对吉林省左家自然保护区同一坡面上不同地形部位的凋落物、土壤动物及土壤中N、P、K、Ca、Mg、Fe 6种营养元素含量实测数据,研究了凋落物、土壤动物体内和土壤中的营养元素差异以及坡面上营养元素的纵向分异。结果表明,在较缓的丘陵坡面上,6种营养元素的纵向分异并不十分显著。土壤动物体内N、P、Ca含量明显高于凋落物和土壤,土壤中K、Mg、Fe元素含量则高于土壤动物和凋落物。坡面中部凋落物、土壤动物及土壤中N元素含量高于坡面两端,土壤中的P、K元素含量在坡体上部出现最大值,Mg、P元素纵向分布呈线性分布规律,Ca元素分布波动幅度较大,且呈非线性规律。凋落物、土壤动物和土壤中元素含量线性关系较强。凋落物和土壤动物体内元素的变异对土壤中元素含量变化的贡献率较大。     

古尔班通古特沙漠南缘梭梭(Haloxylon ammodendron)群落土壤蒸发特征

运用自制微型蒸发器,测定了古尔班通古特沙漠2013年4—10月原生荒漠区梭梭(Haloxylon ammodendron)群落土壤蒸发量;结合降水量资料,分析了梭梭灌丛、裸地、梭梭冠层下不同方位、与梭梭基部不同距离处、不同坡位(东坡、西坡、坡顶和丘间地)及雨后的土壤蒸发特征;模拟了土壤蒸发量与土壤含水率的关系。结果表明:土壤蒸发量表现出与降水量相似的季节变化趋势;植被对土壤蒸发量的影响并非简单的"促进"或者"抑制",在萌发期(4—5月),梭梭冠层下土壤蒸发量大于裸地,在生长旺盛期(6—9月),梭梭冠下土壤蒸发量小于裸地,在枯落期(10月)梭梭冠下土壤蒸发量与裸地土壤蒸发量差别不大;梭梭冠层下不同方位的土壤蒸发量为西、北向东向南向;距梭梭基部越近土壤蒸发量越小;不同坡位土壤蒸发量差异显著,西坡的土壤蒸发量最大,东坡和丘间地的土壤蒸发量次之,坡顶的土壤蒸发量最小,4—10月西坡、丘间地、东坡的累计土壤蒸发量分别是坡顶累计土壤蒸发量的1.26、1.09、1.14倍;雨后土壤蒸发量随时间推移近似呈负指数消减;土壤蒸发量与土壤含水率呈指数函数关系,当土壤含水率较低时,可用表层土壤含水率推测土壤蒸发量。     

腾格里沙漠东南缘固沙灌丛林土壤理化性质及分形维数

以腾格里沙漠固沙灌丛林为研究对象,选择大、中、小沙丘的迎风坡、丘顶和背风坡为研究样地,调查不同沙丘微地形土壤理化性质和土壤粒径分布的分形特征,阐明沙丘大小和微地形差异对固沙灌丛林土壤理化性质和土壤分形维数分布的影响规律。结果表明：（1）土壤含水率和全碳含量均表现为背风坡中部显著高于丘顶;土壤容重表现为迎风坡中部、丘顶和背风坡底部显著高于背风坡中部,而迎风坡底部居中;沙丘微地形对土壤pH和电导率均无显著影响。土壤容重表现为大、中沙丘显著高于小沙丘;土壤电导率表现为中、小沙丘显著高于大沙丘;沙丘大小对土壤含水率、pH和全碳分布均无显著影响。（2）土壤粉粒（2—50 μm）含量表现为迎风坡底部>背风坡底部>迎风坡中部>丘顶,而土壤极细砂（50—100 μm）含量表现为背风坡底部显著低于迎风坡中部和丘顶,土壤细砂（100—250 μm）含量表现为丘顶显著高于迎风坡底部和中部。大、中沙丘土壤颗粒组成以土壤粉粒和极细砂为主,而小沙丘则以土壤细砂为主。（3）土壤分形维数介于2.59—2.78,表现为迎风坡底部显著高于背风坡底部,其他3个微地形生境居中,而且大沙丘显著高于中沙丘,而小沙丘居中。（4）粉粒含量越高,土壤电导率和全碳含量越高;极细砂含量越高,土壤电导率越低;砂粒含量越高,全碳含量越低;土壤细砂含量越多,分形维数越大。沙丘大小、微地形对土壤理化性质及分形维数的作用效果存在较大的差异性,需要根据沙丘大小和微地形来开展人工林建设和生态效应评价。     

退耕草地近地表层特征对坡面流流速的影响

坡面流是坡面土壤分离与泥沙输移的驱动力与载体,退耕还林还草工程实施后,可能导致近地表层特征发生改变,集中体现为植被覆盖率提高、植被茎秆及枯枝落叶层出现、生物结皮发育、根系系统的形成,进而引起坡面流水动力学特性的变化。然而,目前对退耕引起土壤近地表层特性变化对坡面流水动力学特性的影响尚不清楚。因此,通过野外放水冲刷实验(坡度12°~14°;单宽流量0.002~0.006 m2/s),系统研究了退耕草地近地表层特征(茎杆-枯枝落叶层、生物结皮、植被根系)对坡面流流速的影响。结果表明:坡耕地撂荒7 a后,土壤近地表层特征对坡面流流速影响显著,随着土壤近地表层特性各作用(如根系、生物结皮、植物茎秆及其枯落物)的依次叠加,水流流速依次递减,分别较黄土母质(T4)减少了12.76%、41.53%和66.78%,且平均流速随枯落物干重、根系重量密度的增大呈幂函数形式下降。研究成果对于理解退耕草地坡面侵蚀动力的变化及其机制,具有重要的意义。     

黄土丘陵小流域土壤物理性质的 空间变异

黄土丘陵小流域土壤物理性质在景观尺度上的空间变异以质地、容重和饱和含水量最小，稳定入渗率最大，团稳性与粘结力居中，不同土地利用类型之间诸项物理性质都存在显著差异，土壤质地以林地的砂粒含量显著偏低但粉粒含量显著高于其它土地利用类型，休闲地的粉粒含量显著较低；容重以林地显著偏大，耕地较小；饱和含水量以灌木地较大，林地显著偏低，土壤团稳性以林地显著偏高，耕地显著偏低；土壤粘结力以灌木地，林地，荒地和休闲地显著较强，耕地显著较弱；稳定入渗率以灌木地显著较高，间作地显著较低，就坡形来说，垂直与水平凹形坡的砂粒含量都显著较低而粉粒含量比较高，相反直形坡的砂粒比较高而粉粒含量显著较低；饱和含水量与稳定入渗率都是以垂直直形坡较高，垂直凹形坡则较低，就坡向而言，偏东坡的土壤粘结力显著低于偏西坡；偏北坡土壤质地比偏南坡粘性强，但稳定入渗率低，稳定入渗率还随坡度的增大而增高，随着海拔的升高，土壤砂粒含量与稳定入渗率增高，而粘粒含量与团稳性呈降低趋势。     

农田蒸散,土壤蒸发与水分有效利用

本文通过试验研究和模型模拟，对作物生长期间的水分条件，作物蒸散规律，土壤蒸发占蒸散的比例，覆盖的节水效应和灌溉对作物生长的影响进行了研究，对如何科学合理有效地利用水分提供依据。     

坡位渐变信息的模糊推理

坡位的空间变化通常是渐变的,定量的坡位空间渐变信息对于精细尺度上的坡面土壤侵蚀、预测性土壤制图等应用具有重要意义。现有基于栅格DEM的坡位模糊识别方法,或是仅在属性域内模糊聚类,忽略了空间信息;或是需要繁琐的规则进行模糊分类,实用性受限。本文建立了一种基于相似度的模糊推理方法,根据各类坡位在空间上的典型位置,计算其他位置与典型位置间的相似度,从而对坡位空间渐变信息进行系统、定量的描述。应用表明本方法能够合理地描述山脊、坡肩、背坡、坡脚、沟谷等重要坡位类型的渐变信息,所获得的坡位渐变信息也能够合理地解释土壤样点的A层土壤含砂量随坡位渐变的变化趋势。     

石羊河下游白刺灌丛演替发育过程的土壤呼吸及其影响因素分析

对不同类型土壤呼吸及其影响因素的研究有助于了解区域生态过程和全球气候变化。在石羊河下游,根据白刺灌丛生长及其生境状况,选择了初期发育、稳定、衰退、严重衰退的白刺灌丛植被,采用Li-8100土壤碳通量监测系统,研究了白刺灌丛演替过程的土壤呼吸日变化。结果表明,各发育阶段的白刺灌丛土壤呼吸最大值均出现在12:00,呼吸速率均值大小顺序为:稳定阶段＞初期发育阶段＞衰退阶段＞严重衰退阶段。各发育阶段不同坡位土壤呼吸日变化动态存在差异,但平均值都表现为迎风坡＞背风坡＞丘间地。建立各因素与土壤呼吸之间的模型发现,白刺的生长状况与土壤呼吸之间的相关性达到极显著,表层土壤含水量对土壤呼吸的影响大于深层土壤,而二次函数较其他模型能更好地表达地下10 cm温度与土壤呼吸之间的关系,且两者之间相关性达到极显著。