1980—2015年风蚀影响下中国北方土壤有机质与养分流失时空特征

中国北方干旱/半干旱区是全球主要的沙尘源区之一,风蚀造成的沙尘排放可导致大量的土壤有机质（SOM）与养分流失,并通过传输与沉降过程对其进行空间再分配,对空气质量、气候变化、植被生长及生物地球化学过程等具有重要影响。本文利用WRF/Chem（Weather Research Forecasting with Chemistry）v3.7.1大气化学传输模型,对1980—2015年间中国北方沙尘排放及其引起的SOM、全氮（TN）与全磷（TP）的时空变化过程进行了精细化模拟,探究了中国北方风蚀引起的SOM、TN与TP养分流失的时空变化特征。结果表明：① 1980—2015年来平均每年约有66.59 Tg的沙尘颗粒排放至大气;② 沙尘排放具有较大的时空差异,沙尘排放源区主要集中在新疆东部、内蒙古西部的巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠等地区;③ 每年因沙尘排放引起的SOM、TN和TP流失量分别约为0.07 Tg、0.004 Tg和0.005 Tg;④ 1980—2015年间中国北方沙尘排放及其引起的SOM、TN与TP的流失量具有较强的年际波动,未呈现显著的趋势性变化特征。本研究对于认知风蚀在碳循环与养分循环过程中的作用,以及对深入了解中国北方的土地退化机理具有重要意义。     

土壤风蚀中有关土壤性质因子的研究历史与动向

国外土壤风蚀中有关土壤性质因子的研究历史可分为四个阶段：第一,定性描述阶段;第二,定量实验研究阶段;第三,运用综合因子建立和完善“通用风蚀方程式”阶段;第四,土壤风蚀土壤亚模型和预测系统的建立和动态研究阶段。国内对土壤风蚀的研究起步较晚,对于不同土类的土壤物理化学性质对风蚀的影响尚没有作深入研究。其历史大致可分为二个阶段：第一,野外观测研究;第二,风蚀的半定量实验研究。目前正由半定量向定量化、标准化、国际化以及动态研究方向发展。     

土壤碳循环研究进展及干旱区土壤碳循环研究展望

土壤碳库动态及其驱动机制是陆地生态系统碳循环与全球变化研究的热点问题之一。随着各国对《京都议定书》的重视,农业土壤碳库变化及其源汇效应研究不断加强,但以往研究土壤碳循环主要是针对有机碳,较少考虑无机碳的作用和地位,干旱区土壤无机碳储量巨大,其在区域碳循环过程中的贡献日益显著,这使得干旱区土壤碳循环研究必须同时考虑土壤有机碳和无机碳的行为。国内外关于农业土壤有机碳动态的研究主要围绕农业土壤有机碳储量、固碳潜力等问题展开,研究区多为湿润、半湿润地区;国际上对农业土壤无机碳动态的研究主要集中在干旱区土地管理措施对土壤发生性碳酸盐碳的形成与转化方面,研究方法以稳定同位素技术为主,但目前关于中国干旱区农业土壤无机碳动态的研究还较为薄弱。因此,应加强干旱区绿洲土壤碳循环研究,深入分析干旱区绿洲土壤碳的源/汇效应;探讨土壤无机碳动态变化的机理。     

土壤风蚀野外测量技术研究进展

野外测量是使用最早、应用最广的土壤风蚀研究方法。经过几十年的努力,国内外学者已开发出一系列土壤风蚀野外测量仪器与技术。由于没有制定统一的标准,目前世界各国使用的野外测量仪器和技术并不相同,这给研究结果的比较与集成造成一定困难,不利于交流与合作。基于此,本文对国内外土壤风蚀野外测量技术进行了全面梳理,归纳了土壤风蚀野外测量技术的发展历史,并从风蚀影响因子测量、风蚀物收集和风蚀量确定3方面详细介绍了土壤风蚀野外测量技术的研究进展,比较了不同类型仪器与方法的优缺点,指出目前一些被广泛采用的技术手段,并对今后土壤风蚀野外测量技术的发展趋势进行了展望,以期为中国土壤风蚀野外测量技术的发展提供参考。     

影响土壤风蚀主要因素的风洞实验研究

利用风洞实验技术,对影响土壤风蚀的诸因素进行模拟实验,进而定量或半定量地确定各因素在风蚀过程中的作用与关系。土壤风蚀是由自然因素和人为因素相互作用的综合产物,人为因素作用是叠加于自然因素作用之上的加速过程,实验表明,由人为因素引起的风蚀量占总风蚀量的78.6％,而自然因素只占21.4％。     

国外土壤风蚀的研究历史与特点

根据国外土壤风蚀的发展和研究成果，本文将土壤风蚀研究历史划分为四个阶段。第一阶段大致在本世纪二十年代以前，为土壤风蚀研究的萌芽阶段，以土壤风蚀现象的认识和描述为主；本世纪三十年代到六十年代中期，为土壤风蚀科学研究大发展阶段，实现了由定性描述到定量研究的突破；六十年代中期到八十年代中期，为土壤风蚀研究理论的检验与完善阶段。自本世纪八十年代中期之后，土壤风蚀研究进入了全球性研究阶段。     

耕作土壤表面的空气动力学粗糙度及其对土壤风蚀的影响

土壤表面粗糙度是影响耕作土壤抗风蚀能力的一个重要因素。根据风速廓线计算得到的空气动力学粗糙度,可以简捷而有效地刻画土壤表面的空气动力学性质。风洞模拟实验表明,耕作土壤表面的空气动力学粗糙度主要取决于暴露地表的土块直径,在土块大致均匀分布的条件下,直径愈大,空气动力学粗糙度愈大。土壤风蚀速率则随空气动力学粗糙度的增大而迅速减小,二者具有良好的相关性。     

河北坝上土地利用方式对农田土壤风蚀的影响

采用集沙仪、风速廓线仪和土壤紧实度仪对河北坝上地区多种土地利用方式的风蚀因子和输沙量进行观测。结果表明：土壤含水率与输沙量相关性最大,是影响风蚀量的关键性因子。回归拟合显示,风蚀因子与输沙量均符合三次函数方程。在各土地利用方式中,退耕地的地表粗糙度、土壤含水率和土壤硬度最大,其次为东西向莜麦留茬地、小麦留茬地、南北向莜麦留茬地,再次为油菜留茬地和弃耕地,最小为翻耕地。输沙量退耕地最小,其次为东西向莜麦留茬地、南北向莜麦留茬地、小麦留茬地,再次为油菜留茬地和弃耕地,最大为翻耕地;输沙量垂向分布随集沙高度增加呈幂函数减少。因此,适宜增加退耕地和留茬地的分布面积,减少翻耕地面积和垄向沿盛行风向分布的地块有利于降低农田土壤风蚀程度。     

塔中地区土壤风蚀的影响因子分析

以塔中地区为例,利用野外观测数据和通过对比分析,论述了气候、地表粗糙度(包括植被覆盖)以及地表土壤特性等因子对土壤风蚀的影响,并对这些影响因子进行了量化研究。结果表明:塔中地区的年平均风蚀气候因子指数C为28.3,从季节分布上来说,夏季最大为13.9,冬季最小仅为0.7,C值与风速有着密切的指数关系;塔中地区的地表粗糙度Z0平均为6.32×10-5m,地表粗糙度小,加重了该地区的土壤风蚀程度;塔中地区的土壤类型特点、地表土壤平均粒径小、缺乏植被覆盖以及地表土壤含水率低为该地区土壤风蚀的发生提供了良好的条件。塔中地区土壤风蚀的现状是该地区气候、地表粗糙度以及地表土壤特性等因子共同作用的结果。     

嫩江沙地土壤风蚀与土地沙漠化的基本特征

土壤风蚀与土地沙漠化是影响齐齐哈尔地区农牧业生的主要自然灾害之一,也是国土整治、水土保持工作的一项重要内容。黑龙江省有近4000平方公里的沙漠化土地,主要分布在齐齐哈尔地区的嫩江及乌裕尔河下游沿岸的湖沼平原上。气候属温带大陆性季风气候,年降水量400~600mm,春季降水量少,春旱频率在70%以上,有"十年九旱"之称。     

土壤风力侵蚀研究现状与进展

土壤风蚀实质上是土壤颗粒在风力作用下发生位移的自然过程,它包含了土壤夹带起沙、空间输移及沉降淀积等三个阶段。风蚀研究的根本任务是对土壤风蚀的范围、强度及数量进行监测、评价以及预测预报。为此,科学家在断面尺度、地块(图斑)尺度以及区域尺度上,以年、月、日、小时等时间尺度展开了研究。当前的风蚀研究主要有以下四个方向:实验室和野外风洞实验研究、野外观测与网络监测、风蚀评价以及风蚀估算与过程模拟研究等。实验室和野外风洞实验有助于人们深入理解风蚀的基本过程;而网络监测数据对于实现风蚀研究从局部到整体的尺度转换具有重要意义;在风蚀评价方面,对风蚀发源地的风蚀评价研究卓有成效,但针对风蚀物运移过程及沉降过程的研究成果还不多见;在风蚀估算和过程模拟方面,一些模型或应用系统已经在不同的区域以不同的时空尺度取得良好的效果,但是要将这些模型和系统在不同的时空尺度上做进一步推广还有许多工作要做。遥感和GIS等现代地理信息技术在区域尺度的风蚀研究中有着显著的优势,并贯穿了风蚀研究的全过程。     

风蚀容忍量研究进展及其若干问题的探讨

土壤风蚀是造成沙漠化的首要环节。长期以来,由于没有制定一个合理的风蚀控制临界值,土地利用和土壤风蚀防治之间的矛盾非常突出,风蚀控制措施收效不大。风蚀容忍量(T值)的研究,为风蚀控制提供了一个标准。在确定T值时,应该首先对风蚀地区进行分区,根据不同地区的情况和要求制定相应的T值标准,同时进行投入与产出的对比,制定T值的一个合理的阈值,使其随着我国经济的发展而逐步降低,从而使T值标准具有更强的实用性与适应性;在基于T值标准的风蚀防治措施的实施保障方面,除了要把它纳入法律轨道外,还需要制定相应的政策引导当地居民将之转化为脱贫致富的自觉行为,并建立生态资产补偿制度。     

半湿润区农田土壤风蚀的风洞模拟研究

 采用风洞模拟手段对地处半湿润区的北京市农田土壤风蚀特征进行研究。结果表明,几类农田的风蚀特征存在较大差距,秋季翻耕不耙平地风蚀强度最大,玉米留茬地次之,翻耕耙平地最弱,垄向和风速对农田风蚀特征影响显著。各类农田风蚀强度均随风速增大呈指数规律增加,初始风蚀强度与风蚀强度增幅之间具有反对应关系,低风速时风蚀强度越大的地类,其风蚀强度随风速增加的越慢。输沙量随高度增加而减少,近地表减少较快,向上随着高度的增加减幅逐渐变缓。低风速时,风蚀物的垂向分布服从幂函数递减规律。随着风速增加,风蚀物粒径不断变粗,风蚀物的垂向分布在近地面服从指数函数递减规律,向上服从幂函数递减规律,并且风速越大,指数函数规律递减层的高度越大。     

国内外道路侵蚀研究回顾与展望

道路引起的径流汇集及道路侵蚀的不断演化常常是沟蚀加剧的诱因,未铺装路面上形成的侵蚀沟及坡面侵蚀来沙在路面上的堆积,也会严重影响正常交通运输。国内外许多学者已从不同角度关注道路侵蚀。文章回顾近20年来国内外有关道路侵蚀的研究工作及所取得的成果,分析目前研究存在的主要问题。针对中国侵蚀环境特征及侵蚀产沙特点,对未来道路侵蚀研究工作开展进行展望。     

土壤侵蚀对农田中土壤有机碳的影响

碳主要在通气状态下释放出CO₂以温室效应的形式影响全球变化。当前,农田土壤固碳过程是土壤碳循环研究中的一个前沿领域,其中农田土壤再分布过程能否导致土壤固碳已引起科学上、政治上以及社会上广泛的兴趣。本文从不同的尺度阐述土壤再分布过程对土壤有机碳的影响。分别阐述土壤侵蚀和再沉积过程在全球碳循环,陆地碳库研究中的作用,土壤侵蚀与农田景观土壤有机碳动态、活性组份以及碳通量之间的关系,土壤再分布过程引起的土壤固碳机理。在此基础上指出今后迫切需要解决的问题。     

风水复合侵蚀与生态恢复研究进展

风水复合侵蚀是风力与水力共同或交替作用相互增强或者削弱的过程。从侵蚀区划分、驱动因素、侵蚀机理和生态恢复对策等方面论述了风水复合侵蚀的研究进展,简述了半干旱风水复合侵蚀区和海岸复合侵蚀区是两个影响最大的风水复合侵蚀区。晋陕蒙接壤区为半干旱风水复合侵蚀区的强烈侵蚀中心,在土地利用上属农牧交错区,生态环境极为脆弱。海岸复合侵蚀岸段分布广泛,侵蚀岸线在总岸线中所占比例较大。影响风水复合侵蚀的因素包括自然和人为因素,且地域差异显著。半干旱区风水复合侵蚀研究主要从侵蚀特点、土壤特性、侵蚀产沙、侵蚀能量研究等方面;海岸复合侵蚀区从侵蚀特征、风暴潮与海岸复合侵蚀关系等方面分析了取得的进展和存在的不足。总结了生物措施和工程措施对风水复合侵蚀区生态恢复的作用,展望了风水复合侵蚀与生态恢复的研究方向,并指出复合侵蚀机理与评估、生态恢复机理与评价研究是今后研究的趋势。     

滦河源区东沟小流域土壤风蚀特征分析

土壤风蚀是世界许多地区面临的一个严峻环境问题，土壤风蚀特征是建立土壤风蚀预报模型，制定土壤风蚀防治措施的基础信息，综合考察了湾河源区东沟小流域地理环境特征，分析了不同风蚀强度下暗粟钙土的诊断特性，其结果表明，自然环境提供了土壤风蚀的物质条件，区域日益强化的农牧业及砍薪材活动则是土壤风蚀的触发驱动力；失去植被保护的干旱松散表土，在大风驱动下，其中的细砂和极细砂（0．01－0．10mm)首先以跃移，悬浮方式流失，而粗砂（2－0．25mm)则相对是非可风蚀颗粒；建立了定量刻划土壤风蚀相对强度指数，即SWEI＝粗砂含量／风蚀粒子含量，东沟小流域自然暗粟钙土表土SWEI≤2．0，轻度风蚀区表土SWEI≥3．0，重度风蚀区表土SWEI≥9．0，而在风积区表土SWEI≤1．5，该指标较好地反映了区域土壤风蚀强度的差异性。