喀斯特树轮记录的土壤侵蚀历史研究（英文）

在贵州中部典型喀斯特石漠化区选择2个试验样地进行树轮地貌学研究,通过对样地内计22对裸露和非裸露树根进行野外测定并取样进行室内测试,表明:喀斯特裸露根系记录了土壤侵蚀结果,裸露树根解剖结构显示土壤侵蚀发生时树根细胞生长发生明显变化,显示出年轮突然变窄、细胞明显减小、或者早材细胞数量减少等,同时,纤维面积、导管管胞面积也发生显著下降,多达70.66%,少则39.20%,而这种变化仅只与土壤侵蚀有关,结合树根年龄测定,得到土壤侵蚀发生的准确时间,并据此计算出样地尺度土壤侵蚀的动态过程,其中普定土壤侵蚀量发生在2002-2007年之间,平均侵蚀速率为每年0.484 t;贞丰土壤侵蚀发生在2005-2007年之间,平均侵蚀速率为每年0.051 t。树轮记录的土壤侵蚀不仅可以同一个物种进行测定,还可以多物种共同记录,这为以多物种阔叶混交林为主要植被的喀斯特土壤侵蚀记录的研究提供了强有力的方法;而树轮记录的土壤侵蚀量大大大于径流场监测的流失量,显示喀斯特地下流失为主,流失量占总土壤侵蚀量的2/3。     

基于允许流失量和正负地形源汇理论的喀斯特关键带土壤侵蚀研究

喀斯特地区下垫面的特殊复杂性使得地表发生显著坡面径流需要达到更大的降水累积阈值,碳酸盐岩岩石成土速率的缓慢和空间异质性导致喀斯特地区的土壤存量被严重高估和均一化等,因此,传统经典的土壤侵蚀模型在喀斯特地区难以适用。本文依据喀斯特关键带岩性的差异,确定其有效降水侵蚀阈值,并对降雨侵蚀力进行重新测算;根据碳酸盐岩化学成分的差异,计算其成土速率并作为土壤允许流失量;通过地貌—水文分析法提取喀斯特洼地空间分布信息,对喀斯特关键带土壤侵蚀算法进行多次改进和创新。结果显示：① 传统算法忽视了喀斯特关键带下垫面的特殊性,致使其平均降雨侵蚀力被高估47.35%,且喀斯特区域的平均降雨侵蚀力仅相当于非喀斯特区域的59.91%;② 传统算法可能将一些无土或少土可流区计算为土壤的高侵蚀量区,而连续性碳酸盐岩、碳酸盐岩夹碎屑岩、碳酸盐岩与碎屑岩互层的土壤允许流失量仅分别为0.21 t ha^-1 yr^-1、1.2 t ha^-1 yr^-1、2.89 t ha^-1 yr^-1;③ 传统算法通常将有坡度和耕作的洼地视为土壤侵蚀的高发区,但其实际应是地表侵蚀的沉积区,喀斯特洼地在空间上的连续性与碳酸盐岩的分布区基本重合;④ 传统算法高估土壤侵蚀面积27.79%,土壤侵蚀量47.72%。总之,传统经典模型会大大高估喀斯特地区的土壤侵蚀量,因此,应该建立一种精确适用的模型。另外,由于喀斯特地区的成土速率慢而土层薄、总量少,土壤允许流失量远低于非喀斯特区域侵蚀标准,应制定适用于喀斯特地区的土壤侵蚀分类分级标准和风险评价方法。     

海南省松涛水库流域土壤侵蚀及控制方案

采用RS和GIS技术,基于USLE方程实现了热带地区海南岛松涛水库流域2003~2005年平均土壤侵蚀的定量模拟,通过情景分析研究了流域土壤侵蚀控制方案。结果表明:流域内潜在土壤侵蚀量约为4261万t/a,超过容许土壤流失量的60倍;在植被的保护下,现有年均土壤侵蚀量约为51.46万t/a,主要集中在退化的林地、浆纸林和橡胶林;流域平均土壤侵蚀模数略低于容许土壤流失量,但空间分布不均,部分区域侵蚀发育强烈;如对经济林、园地和耕地采取水土保持措施或恢复林草植被,能有效控制流域内土壤侵蚀,分别减少侵蚀量22.46万t和14.15万t,减少侵蚀面积98.48km²和65.90km²。     

基于遥感和137Cs方法的半干旱草原区土壤侵蚀量估算

结合遥感地学分析方法和地球化学放射性同位素——137Cs示踪技术对青藏高原东北部共和盆地塔拉滩草原地区的土壤风蚀量进行估算。利用遥感数据获取研究区土壤侵蚀强度相对等级图斑,在不同等级侵蚀空间信息中选取137Cs样品采集点,并测定土壤样品中的137Cs含量,以此确定不同等级侵蚀类型的土壤侵蚀量。结果表明,在本研究区发生的风力侵蚀强度不大,主要属于微度侵蚀和轻度侵蚀类型,分别占研究区总面积的47.12%和35.58%,二者占研究区总面积的82.70%,侵蚀模数介于220.28~580.13 t·km-2·a-1之间;只有极小区域发生了强烈以上侵蚀,面积为22.14 km2。在本区还发生强烈的堆积过程,出现大面积的风沙堆积区域,面积约322.67 km2,占研究区总面积的11.78%。本区年均土壤总侵蚀量约为87~115万t,总堆积量约为55~78万t,平均每年由塔拉滩向龙羊峡水库输入的土壤量约为32~37万t。此方法可以对干旱环境中土壤风力侵蚀进行快速的较为客观的估算,具有一定的应用前景。     

白云岩喀斯特侵蚀坡地的~(137)Cs法研究

在黔南峰丛洼地区林间白云岩坡地应用137Cs法研究土壤侵蚀。4个坡面采样样方的137Cs面积浓度都低于137Cs本底值浓度;表土样137Cs浓度随着坡长增加而增大,全样137Cs面积浓度的顺坡变化呈逐步下降趋势;应用137Cs农耕地侵蚀模型计算获得样点土壤侵蚀量后,加以坡长加权平均计算获得的坡长权重土壤位移量为2.045 t/(km2·a)。同时在坡脚的土壤分层剖面中的137Cs浓度峰值在土壤次表层出现,随着深度增加呈指数递减变化,属于未受耕作扰动的无侵蚀非农耕地,但表层含有相对低浓度137Cs是坡面侵蚀泥沙的搬运堆积结果,估算距1963年以来侵蚀泥沙年平均堆积厚度为0.0682~0.1364 cm/a。坡地土壤侵蚀速率远小于以往贵州喀斯特地区典型喀斯特小流域和坡地的观测结果,但坡脚泥沙堆积速率远大于坡地土壤侵蚀速率。表明季节性暴雨、坡面降雨汇流和耕作侵蚀等侵蚀作用使喀斯特坡地土壤颗粒出现微距离位移,长期则在坡脚出现显著的侵蚀泥沙堆积。     

基于遥感和GIS的黄土高原中阳县土壤侵蚀评价

黄土高原地区是我国水土流失最严重的地区,定量评价土壤侵蚀量、土壤侵蚀强度及其空间分布特征,可以为水土流失防治措施的制定提供依据.基于遥感和GIS,应用修正的通用土壤流失方程(RUSLE)对山西中阳县土壤侵蚀进行评价.结果表明,中阳县平均土壤侵蚀模数为2 874.25t/(km2·a),属于中度侵蚀地区,年平均土壤侵蚀量408.78×104 t.发生中度以上土壤侵蚀面积占总面积的29.95％,土壤侵蚀量占总侵蚀量的85.61％,这部分土地是土壤侵蚀防治的主要区域.黄土区发生轻度以上土壤侵蚀面积大,所占比例多,侵蚀程度严重.微度土壤侵蚀面积以有林地为主,轻度和中度土壤侵蚀面积主要是未成林造林地和灌木林地,发生强烈以上土壤侵蚀面积主要是疏林地、未利用地、灌木林地和农田,土地类型、植被覆盖与土壤侵蚀有着密切关系,林业生态工程建设对于中阳县控制水土流失和改善生态环境有着重要作用.     

基于RUSLE的卧虎山水库流域土壤侵蚀特征分析

通过RUSLE模型对卧虎山水库流域土壤侵蚀进行全面评价验证和总结。结果表明：① 水库流域平均侵蚀模数为462 t/(km²·a),该数值与通过水库淤积等资料推算评估结果基本一致,表明本研究结果具有较高的可信度;水库流域年均侵蚀量达到2.6×10⁶t,其中高于容许土壤流失量的面积为176 km²,占到流域总面积的31.51%。从不同侵蚀级别来看,占流域面积27.77%的轻度侵蚀,对流域侵蚀总量的贡献率为54.64%; 面积占比3.74%的中度及以上侵蚀,侵蚀量贡献率达到30.94%。② 流域内土壤侵蚀空间差异较大,回归分析发现地形因子是导致各子流域土壤侵蚀模数差异的主要因素;就土地利用类型而言,旱地和农村居民点是流域内的主要侵蚀土地利用类型;流域内土壤侵蚀模数随着坡度增加呈现相应增大趋势,8°~25°坡度段面积比例不仅最大,而且侵蚀量占比最高,是水库流域的主要侵蚀坡度段。     

基于RS的岷江流域土壤侵蚀变化及其驱动力分析

依据1995年、2000年土壤侵蚀遥感数据并结合2005年实地调查资料,研究岷江流域土壤侵蚀演变规律及其驱动力。研究结果表明:1)2000年岷江流域土壤侵蚀面积为19 907.7 km2(比1995年减少369.6 km2),占流域面积的43.77%,土壤侵蚀量为8 943.26万t,平均侵蚀模数1 966 t/(km2.a),以水蚀和中度侵蚀为主。2)选择降雨变化、土地利用变化、植被覆盖度变化3个自然因素和人口密度、万元GDP(作为经济发展指标)2个社会发展指标作为研究区土壤侵蚀变化的驱动因素。结果表明:2000年降雨侵蚀力对土壤侵蚀的影响是1995年的71%;森林覆盖率每增加1%,土壤侵蚀模数减少0.4%~7%,平均减少53 t/(km2.a);林地、草地面积之和与土壤侵蚀面积呈明显的线性相关,旱地面积与土壤侵蚀面积呈二次函数关系;土壤侵蚀面积、土壤侵蚀量与万元GDP呈指数关系;单位人口密度和县域土壤侵蚀面积与土壤侵蚀量均呈幂指数关系。     

广西中亚热带喀斯特区和非喀斯特区两类森林生物多样性的对比研究

天然喀斯特森林可以承载很高的生物多样性,但相同气候带的天然喀斯特森林与非喀斯特森林的生物多样差异还很少被人们了解。我们以广西木论喀斯特常绿落叶阔叶混交林1ha样地和非喀斯特的猫儿山常绿阔叶林1ha样地的所有胸高直径dbh≥1cm木本植物调查数据为基础,对广西中亚热带喀斯特区和非喀斯特区两类森林生物多样性进行对比。结果显示,喀斯特森林的物种丰富度（120种）高于非喀斯特森林（116种）,喀斯特森林的科、属多样性（44科,89属）高于非喀斯特森林（40科,75属）。种面积曲线的z值的变化表明,小尺度时（＜4000 m2）,木论样地的物种累积速率低于猫儿山样地,而尺度较大时,木论样地的物种累积速率要高于猫儿山样地。喀斯特森林的物种多度（5098）大于非喀斯特森林（4457）,稀有种的比例也是喀斯特森林（20%）高于非喀斯特森林（10.3%）,但喀斯特森林的胸高断面积（18.47 m2）明显小于非喀斯特森林（30.74 m2）。两种森林的径级结构没有表现出显著差异。两种森林中重要值排前10的优势科和属完全不同,重要值排前20的优势种也完全不同。以上结果表明,广西中亚热带森林可以承载较高的生物多样性,且生物多样性的空间变异程度较高,物种组成与非喀斯特森林差异较大。研究结果暗示我们,进行喀斯特植被恢复时,需要特别注意物种的筛选,应该参照当地天然林的物种组成,尽量选择优良的乡土适生植物。     

基于根系解剖结构的金沙江干热河谷土壤侵蚀速率估算

基于侵蚀过程会导致树木生长环境变化,进而改变根系生长生理特征的基本研究思想,以金沙江干热河谷龙川江流域为典型区,从树根细胞解剖结构和组合特征的变异中提取土壤侵蚀信息,探索和发展了基于树木生理生态的土壤侵蚀研究新方法与技术。结果表明,不同侵蚀强度下根系的年轮分布特征不一致,其中偏心率大小顺序为:局部暴露根系>浅埋根系>完全暴露根系,且偏心率与根系以上土层厚度、暴露程度存在显著性相关;根系导管面积是反演侵蚀过程的敏感指标,早材导管面积的变异是确定根系暴露时间的重要依据之一;龙川江流域土壤流失厚度为1.47~4.47 mm/a,平均侵蚀模数约为3 692 t(/km2.a)。     

我国水土流失典型区土壤表土结皮敏感性

表土结皮是降雨与土壤共同作用下的产物,某一土壤是否结皮、结皮的敏感程度如何,取决于该土壤的性质及所处地区的降雨情况。我国广泛分布着多种理化性质迥异的土壤,尤其是黄土、紫色土、红壤和黑土分布在我国水土流失严重的区域。但是,土壤发育表土结皮的敏感性很少见报道。本文通过分析模拟降雨试验结果及前人研究结论,提出了影响表土结皮发育敏感性的3个关键因素,并基于此对我国四大水土流失典型区土壤表土结皮的敏感性进行了分析。研究表明:细颗粒,尤其是粉粒是表土结皮发育的物质基础;团聚体稳定性是表土结皮发育快慢及程度的决定因素;高强度降雨是表土结皮发育的必要条件。黄土高原地区土壤极易发育表土结皮,四川紫色土区土壤发育表土结皮的概率大,南方红壤区除花岗岩、页岩外其他母岩上发育的土壤很难发育表土结皮,东北典型黑土不发育表土结皮,而非典型黑土易发育表土结皮。     

土壤地理学的进展与展望

作为土壤学和地理学学科的分支,土壤地理学是地球表层系统科学的重要组成部分,其核心研究内容是土壤的时空变化。土壤地理学研究对象从传统的土体向地球表层系统视角下的关键带转变,研究方法上全面走向数字化。本文综述了近20年来土壤地理学分支学科包括土壤发生、土壤形态、土壤分类、土壤调查与数字土壤制图等领域的研究进展,指出其发展趋势为：基础理论研究不断拓展、调查技术正经历变革、时空演变从过程观测走向模拟,同时探讨了土壤地理学的未来发展契机与面临的挑战。     

黄河下游冲积平原潮土土壤孔隙微形态特征

土壤颗粒排列是影响孔隙特征的最基本因素。土壤薄片能够直接观察且定量的分析土壤孔隙特征。为了解不同质地土壤的孔隙差异,于山东省东昌府区采集不同质地土壤（壤土、黏壤土、砂质壤土）,通过常规方法和土壤微形态技术对比分析土壤孔隙特征。结果表明：三类样地土壤孔隙度均为表层向下逐渐减少。表层、底层差异在砂质壤土中主要体现于总孔隙度与毛管孔隙度,黏壤土、壤土则主要体现为总孔隙度与非毛管孔隙度。砂质壤土中各土层均以简单堆集孔隙为主;而0~10 cm黏壤土、壤土以复合堆积孔隙为主,其下复合堆积孔隙减少、其他形状孔隙增多。薄片图像测定孔隙数量可反映常规分析总孔隙度的50%左右,对于非毛管孔隙度则可反映80%左右。因此,土壤薄片更适合分析土壤非毛管孔隙。     

流沙地恢复过程中土壤特性演变研究

以毛乌素沙地西南缘的盐池县沙边子及位于腾格里沙漠东南缘的沙坡头地区为例,研究了该地区不同程度沙漠化土地恢复过程中土壤机械组成及土壤养分的动态变化。结果表明:不同地区或同一地区不同区域的沙漠化土地中,随着植被盖度的增加及恢复程度的增强,土壤中的粉粒、粘粒含量都有显著增加（P<0.05）,土壤质地向着壤质化和细粒化方向发展;土壤的有机质、全氮、全磷含量也有显著增加（P<0.05）;速效氮、速效磷含量也有相应的增加。土壤有机质、全氮和全磷的含量与土壤粉粒、粘粒含量呈显著正相关,且前三者之间也呈极显著正相关;但是土壤粉粒和粘粒含量与速效氮、速效磷和速效钾之间的关系则因区域和土地利用的不同表现出明显的差异。     

人类干扰对土壤侵蚀及土壤质量的影响——以苏南宜兴低山丘陵区为例

以苏南低山丘陵区茶园土壤侵蚀与土壤质量改变为研究对象，并取自然状态的杂木林为参照，用^137Cs法估算土壤侵蚀速率；以土壤粗化度、土壤有机质含量及土壤含水量描述土壤质量；在绝对数值的基础上，用变化量探讨研究对象的变化方向与幅度。对比耕作土与非耕作土的土壤侵蚀与土壤质量改变及将它们结合起来研究表明，人类活动有可能加剧土壤侵蚀，加快土壤质地粗化；合理的农业措施虽可减缓土壤质量下降，但防治侵蚀方可治本。     

西藏自治区的土壤理化特性探讨

通过对西藏自治区主要土壤类型的实地踏勘和采样分析,并结合全国土壤普查资料的结果进行分析,揭示了本区土壤具有4点特性:即多砾石性、砂质性、成土幼年性和低矿化的富有机质性。因此,在改良本区土壤时,应重视去石与防治沙漠化措施,加强矿质养分肥料的施用,稳定有机肥的投入。     

紫色土旱坡地土壤异养呼吸速率及其温度敏感性

为探讨紫色土旱坡地土壤异养呼吸速率特征,采用静态暗箱-气相色谱法于2010年12月至2011年10月观测了土壤异养呼吸日变化、季节性变化及土壤温度和湿度.结果表明:土壤异养呼吸速率日变化特征呈单峰型曲线,其最大值和最小值分别出现在16:00和08:00;土壤异养呼吸速率季节变化明显,冬季低,夏季高,最大值为654.2 mg CO2/(m2 h),最低值为38.1 mg CO2/(m2 h),平均值为325.2 mg CO2/(m2h),小麦季土壤异养呼吸CO2排放总量为307.9 g C/m2,玉米季为384.8 g C/m2,全年为692.7 g C/m2,玉米季土壤异养呼吸CO2排放总量显著高于小麦季(P＜0.05);小麦季土壤异养呼吸敏感性参数Q10值高于玉米季,说明小麦季土壤异养呼吸速率对温度变化较玉米季敏感.地表温度和土壤5 cm温度的Q10值分别为3.16和3.22,土壤5 cm温度对土壤异养呼吸速率的影响较地表温度敏感;当土壤湿度(WFPS)高于60％时,土壤湿度和土壤异养呼吸速率为显著的负相关(R=-0.550,P=0.02),60％以下二者无显著关系,该研究可为调控紫色土旱坡地有机碳气态支出过程提供参考.     

土层厚度对紫色土坡地生产力的影响

通过紫色土坡地土层厚度的调查与不同土层厚度的小区对比试验,研究紫色土薄层坡地的生产力特性. 结果表明,约73%的紫色土坡耕地土层厚度为20-60 cm.土层厚度是紫色土生产力的基本限制条件.土层越薄, 作物株高、生物量和产量愈低,生产力愈低;土层越厚,生物量、产量愈高,生产力愈高,土层厚度的影响在玉米季尤 为突出,20 cm、40 cm小区夏玉米产量仅为60 cm小区的50%、74%,为80 cm小区的28%、40%,100 cm小区的23%、34%.当土壤厚度超过60 cm,小麦、玉米的株高、生物量及根重差异不显著,而土壤蓄水可抵御紫色丘陵区连续20 d的夏旱,因此,可初步判定60 cm土层为紫色土生产力临界土层.60cm以上厚度的紫色土可维持基本稳定的生产力水平.     

红壤丘陵区耕层土壤颗粒的分形特征

以土壤颗粒组成数据为基础,运用分形模型分析了红壤丘陵区耕层土壤颗粒的分形维数。结果表明,13个耕层土壤颗粒的分形维数D为2.772~2.897,其中紧砂土2.788,砂壤土2.807,中壤土2.814,轻壤土2.817。分形维数随土壤质地的变细而增大;由北向南,逐渐增加;成土母质对土壤颗粒的分形维数影响较大;D与全氮含量达极显著正相关,与有机质含量、全磷含量达显著正相关,D与有机质含量、全氮含量、速效磷含量、速效钾含量的复相关达极显著水平。     

东北黑土区土壤剖面地温和水分变化规律

东北黑土区土壤侵蚀的结果使土壤在坡面上发生再分配,土壤腐殖质层厚度的空间变异增大。腐殖质层厚度的变化又引起地温和土壤水分等土壤物理性质的变化,地温和水分是影响和反映冻融侵蚀作用的重要因子,也是影响地表和土壤剖面物质运移的重要因素。本文通过实测不同厚度腐殖质层剖面的地温和土壤水分,分析了地温和水分随时间和土壤剖面深度的变化规律。结果显示腐殖质层厚度对土壤温度和含水量有显著影响,腐殖质层较厚的剖面解冻速度比薄层黑土区要慢,不同深度土层温度到达0℃的日期也不相同,腐殖质层较厚的剖面冻结时间要滞后1周左右。同时,腐殖质层较厚的黑土区土壤含水量明显大于薄层黑土区,土壤水分运移的深度范围也大。