绿洲农田土壤斥水性及其影响因素

土壤斥水性（Soil Water Repellency,SWR）指水分不能或很难湿润土壤颗粒表面的现象,对农业水管理、土壤水入渗、农化污染物运移及土壤侵蚀有重要影响,土壤斥水性在绿洲化过程中的变化特征及其影响因素尚不明确。在甘肃临泽绿洲分别选取未开垦的沙地（0年）及开垦10、30、50、100年绿洲农田表层土壤（0~5 cm）,分别测定土壤有机碳含量、土壤质地（砂粒、粉粒、黏粒）和土壤pH,并用毛管上升法测定土壤斥水性。结果表明：土壤斥水性随着开垦年限的增加而不断增加。不同开垦年限土壤的“土-水”接触角58°~89°,差异显著（P<0.001）。土壤有机碳含量、土壤质地和土壤pH均与“土-水”接触角存在显著的回归关系（P<0.001）。逐步回归分析的结果表明,绿洲化过程中土壤有机碳含量和pH共解释了土壤斥水性72.1%的变异。因此,在绿洲农田进一步研究土壤斥水性对土壤水运动的影响应更多关注土壤有机碳和pH两大因素。     

土壤斥水性及其对坡面产流的影响研究进展

作为土壤性质的一个方面,土壤斥水性可增加局部产流和加剧土壤侵蚀,引起了学者的广泛关注.本文在回顾土壤斥水性的产生原因及时空变化的基础上,总结了近10年土壤斥水性对产流影响的研究结果,主要包括:①通过减小土壤基质势梯度,降低坡面人渗率,增加坡面产流量,并改变产流方式;②土壤斥水性的持续时间和强度是其影响坡面产流过程的关键因素,直接决定产流的时间和数量;③土壤斥水性对产流的影响具有尺度效应,在点、径流小区尺度上,斥水性可增加产流量,但在较大尺度上对产流量的影响不显著.当前,对土壤斥水性的形成及变化规律、斥水性土壤的空间分布和对产流影响的定量研究还不足,尚需要进一步深入,为更好地解释水文过程变化提供理论依据.     

腾格里沙漠南缘沙漠化逆转过程中的土壤物理性质变化特征

在腾格里沙漠南缘,应用空间代替时间的方法,选择了流动沙丘、封育5 a、封育15 a和封育25 a的恢复序列,研究了沙漠化逆转过程中的土壤物理性质变化特征。结果表明,腾格里沙漠南缘沙漠化逆转过程中,土壤含水率先降低后增大;土壤沙粒含量逐渐减少,土壤粉粒和粘粒含量逐渐增加;土壤容重逐渐降低,土壤孔隙度逐渐增大,表层土壤容重在封育恢复过程中逐渐减小,表层土壤孔隙度在封育恢复15 a后趋于稳定。研究认为,在腾格里沙漠南缘的沙漠化逆转过程中,沙化土地土壤性状不断提高、土壤结构不断改善;沙漠化逆转过程也是土壤的形成过程。     

腾格里沙漠东南缘植被恢复过程中土壤微生物量及酶活性

土壤微生物量和酶活性是反映土壤功能的关键指标,也是土壤恢复和环境变化的指示器。以流动沙丘为对照,研究了腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区表层0~5、5~10、10~20 cm土壤微生物量碳氮和酶活性随植被恢复的变化特征。结果显示：土壤微生物碳氮含量和脲酶、多酚氧化酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、淀粉酶、纤维素酶、蔗糖酶活性均随植被恢复年限延长而增大,随土层深度增加而减小,不同年代植被区及不同土层间差异均显著（P<0.05）。其中0~5 cm土层变化最明显,经过62年植被恢复后土壤微生物碳氮量和脲酶、多酚氧化酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、淀粉酶、纤维素酶、蔗糖酶活性分别增加了16.44、8.79、3.99、3.01、2.54、19.35、0.77、0.65、16.61倍,年平均变化速率分别为1.55、0.21 mg·kg^-1和6.14×10^-4、1.25×10^-2、9.32×10^-4、6.05×10^-2、8.22×10^-5、9.07×10^-5、4.24×10^-3 mg·g^-1·h^-1。土壤微生物量和酶活性与土壤理化性质高度相关,除与沙粒、容重呈负相关关系外,与土壤粉粒、黏粒、pH、电导率、有机碳、无机碳、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量呈正相关关系。这表明种植旱生灌木能够有效促进沙地土壤功能恢复并改善沙区环境。     

腾格里沙漠东南缘生物土壤结皮对土壤理化性质的影响

生物土壤结皮是荒漠生态系统地表景观的重要组成部分,在沙化土地恢复和流沙固定中起着重要作用。研究了腾格里沙漠东南缘固沙植被区不同类型生物土壤结皮理化性质及结皮发育对下层土壤性质的影响。结果表明：结皮层厚度、孔隙度、黏粉粒和田间持水量以及有机碳、无机碳、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量和电导率均表现为藓类结皮 > 混生结皮 > 地衣结皮 > 藻类结皮;砂粒含量和容重表现为藻类结皮 > 地衣结皮> 混生结皮 > 藓类结皮。结皮下0~2 cm和2~5 cm土层理化性质表现出与结皮层相同的变化规律。总体上,生物土壤结皮对下层土壤理化性质的影响表现为藓类结皮和混生结皮大于地衣结皮和藻类结皮;而结皮对下层土壤理化性质的影响随土壤深度的增加而减小。生物土壤结皮的拓殖和发育是荒漠生态系统成土过程和土壤质量的关键影响因素。     

腾格里沙漠东南缘荒漠植被盖度月变化特征及生态恢复

 研究表明:封育区植被盖度一年四季大于未封育区,在正常年份的生长季内前者植被盖度为17.89%~29.39%,后者为11.60%~16.05%。封育区和未封育区150 m样线上的灌木植物在70~90株(丛)和60~70株（丛）之间,基本保持稳定;草本植物个体数月变化则显著,未封育区从4月份以后数量递增, 7、8月显著增加,8月底达到最大值,而封育区则表现为4、 5月增加,6月减少,7、8、9月线性增加,达到最大值,且未封育区草本植物的数量少于封育区。未封育区由于植被盖度低,灌丛分布不均匀,沙面裸露多,地面风沙流活动强烈,白刺沙包风蚀严重;而封育区植被盖度较大,灌丛分布较均匀,风沙流活动弱,白刺沙包稳定,形成了较为稳定的自然植被生态系统。试验表明,在当地气候和地理条件下,通过封育或避免人为干预,荒漠区生态植被的自然恢复,可大大增加防风固沙能力,改善当地的生态环境。     

腾格里沙漠沙坡头地区固沙植被对生物多样性恢复的长期影响

地处腾格里沙漠东南缘的沙坡头人工固沙植被始建于1956年,46 a来不仅确保了包兰铁路沙漠地段的畅通无阻,而且对区域生态环境的恢复产生了巨大的影响,成为我国干旱沙漠地区交通干线荒漠化防治与生态恢复的成功模式。长期定位监测结果表明:人工固沙植被建立4~5 a后,沙丘表面物理结构初步得到稳定,并由大气降尘形成的无机土壤结皮逐渐演变形成土壤微生物结皮。荒漠藻类、苔藓和地衣等隐花植物在结皮层中得到了大量的繁衍:固沙植被建立46 a后出现藻类24种;苔藓仅有5 种,少于天然固定沙丘结皮上的种类,此外,地衣也在植被区发现,这说明固定沙丘景观逐渐趋于稳定的状态;相对于流沙区,固沙植被区近地面风速降低了 40%,土壤有机质含量增加了60%,其中氮、磷、钾等荒漠生态系统主要限制养分因子及土壤理化性质得到了改善,沙丘表层成土过程明显;土壤水分循环的时空变异驱动了植被的演变,为大量的草本的侵入和定居创造了条件;此外,对鸟类、昆虫和土壤动物及荒漠动物的生存产生了积极的影响。46 a后,固沙植被区共有鸟类 28 种,昆虫 50 种,动物 23种。生物多样性的恢复使原有的相对单一的固沙植被演变成一个结构、组成和功能相对复杂的荒漠生态系统。沙坡头地区生态环境在人为促进下的恢复为我国西部生态建设提供了科学依据。     

腾格里沙漠东南缘白刺灌丛地土壤性状的特征

腾格里沙漠东南缘白刺灌丛地土壤颗粒组成中仍以细沙粒(0.25～0.05 mm)含量占主要成分(80%～99%),除固定沙堆土0～5 cm土壤粉沙粒含量高于堆间低地外,沙堆土不同深度粉沙粒含量(0.05～0.002 mm)均低于堆间低地;沙堆不同部位的土壤含水量有一致的变化趋势且差异不大,沙堆0～60 cm土层含水量低于堆间低地,60 cm以下的土壤含水量不仅高于0～60 cm,并且高于堆间低地。发育于草甸盐土上的堆间低地20 cm以下水分含量变化基本保持在较高的水平,发育于盐化半固定风沙土上的堆间低地水分含量在20 cm以下呈急剧降低趋势。白刺沙堆上土壤剖面土壤水分含量的这种变化和堆间低地20 cm处较高的含水层,将会为灌丛植物在年内气候干旱期的生命维持提供着重要水源保证。土壤容重白刺沙堆大于堆间低地,土壤剖面堆间低地的容重基本无变异,而沙堆上因为植物发育土壤容重有不同程度的差异。表征土壤肥力和保肥能力的阳离子代换量均是堆间低地大于沙堆上。堆间低地和沙堆上土壤全氮、有机质、电导率含量和pH值差异因白刺沙堆发育的生境不同而不同,处于半固定沙地生境的白刺沙堆并未形成灌丛的"沃岛效应",处于固定沙地生境的白刺沙堆有弱"沃岛效应"。因此,白刺沙堆地表物质的固定是该植物种生长的生境产生"沃岛效应"的前提。     

腾格里沙漠不同类型沙丘土壤水分含量与地形-植被因子关系研究

土壤水分是沙区主要的生态限制因子,其分布受气候、地形和植被等众多因素的影响。以腾格里沙漠沙坡头地区3种类型的沙丘（固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘）为研究对象,利用方差分析和冗余分析（RDA）等方法对沙丘不同部位和不同深度土壤水分的分布特征及其与地形-植被因子之间的关系进行了综合分析。结果表明：（1） 不同类型沙丘上0~300 cm的土壤水分随着深度的增加而增加,表层土壤水分的波动程度大于中层和深层。（2） 固定沙丘不同部位及不同深度的土壤水分之间没有明显的差异,半固定沙丘和流动沙丘迎风坡与丘底的土壤水分高于背风坡和丘顶。（3） 固定沙丘上的土壤水分受地形-植被因子的影响较半固定沙丘和流动沙丘小,影响固定沙丘土壤水分的主要因子有坡向、高差和灌木多度。（4） 地形-植被因子与研究区绝大多数半固定沙丘和流动沙丘的土壤水分均有负相关关系。研究揭示了腾格里沙漠土壤水分的分布规律及其与地形-植被因子的关系,对制定相应的防风固沙措施以及建立科学合理的植物固沙模式有积极的指导作用。     

腾格里沙漠南部格状沙丘的形态演变及移动特征

沙丘的形态变化与移动蕴含区域风沙环境和地貌演化的关键信息,是风沙地貌研究的重要内容。以腾格里沙漠南缘的长格状和方格状沙丘为研究对象,利用风况资料和Google Earth卫星影像,监测2009—2020年两种格状沙丘的形态变化并分析其移动特征。结果表明：(1)腾格里沙漠西南缘和东南缘的主风向均为西北风,长格状沙丘分布区的次风向为东南风,方格状沙丘分布区次风向为东风和东南风,都属于低风能环境、中变率风况。西南部风能环境大于东南部,研究区近10年风动力呈衰减趋势。(2)格状沙丘的主副梁长度和间距在增加,其中,长格状沙丘高度增加,方格状沙丘高度在降低。沙丘主梁向东偏移,副梁向南偏移,形态整体保持稳定。(3)长格状沙丘平均移动速率为1.57～1.71 m·a^-1,方格状沙丘平均移动速率为1.63～2.01 m·a^-1,沙丘平均移动方向与合成输沙方向基本一致,沙丘的体积是造成移动速率差异的主因。     

Characteristics of soil water repellency after sand dune stabilization in the Tengger Desert

Soil water repellency (SWR) is one of the most important physical properties of soils found all over the world, and it may have significant effects on the eco-hydrological processes of land ecosystems. In this study, the Capillary Rise Method was used to measure the SWR in the artificial vegetation area in Shapotou, located in the southeast area of the Tengger Desert, Ningxia Province of western China. The variation of the soil water repellency among different minor topographies, different depths and different particle sizes was analyzed. The results of the study indicate that the SWR shows distinct changes with vegetation restoration, and it increases with an increase in the period of dune stabilization. In the same vegetation area, the SWR of soils in inter-dune depressions or windward slopes is slightly greater than that in crest or leeward slopes. The SWR of 0–3 cm topsoil is significantly greater than that in the 3–6 cm soil layer. The SWR decreases with an increase in grain size and the differences among the SWRs of different sieved soil fractions are found to be significant. There is also a significantly positive correlation between the SWR and the proportion of soils with grain sizes of 0–0.05, 0.05–0.01 and 0.01–0.15 mm, and a significantly negative correlation between the SWR and the propotion of soils with grain sizes exceeding 0.15 mm. The increase of SWR in revegetation areas may depend on the continuous depositing of atmospheric dust on the stabilized dune surface as well as the formation of biological soil crusts, especially on the formation of algal and lichen crusts. Enhanced SWR influences the effectiveness of water use of sand plants inhabiting the sand dunes.     

沙坡头地区新月形沙丘粒度特征

由腾格里沙漠东南缘沙坡头附近新月形沙丘表面沉积物的系统采集分析结果,发现从北部沙漠主体向黄河南岸,沙丘沙平均粒径变细但分选变差。同时,粒径及分选性在沙丘断面出现两种变化模式,其一是沙漠主体新月形沙丘由两侧坡部向丘顶区域粒径变细分选变好;其二为黄河两岸阶地和湖盆滩地的新月形沙丘丘顶沙粒粗于其它部位但分选仍然最好。根据粒度参数间的相互关系和其它环境条件的分析,对沙丘沙粒度变化的原因及偏度等也作了初步探讨。     

腾格里沙漠固定沙丘结皮层藓类植物的生态功能及与土壤环境因子的关系

通过1998-2001年的野外调查,沙坡头地区固定沙丘结皮层藓类植物共3科、11属、24种,新发现 8 个本地区新记录种。人工固定沙丘仅分布有7种藓类,而自然固定沙丘包括了所有的 24 种藓类,具有较高的物种多样性,构成了复杂的苔藓植物群落。沿坡向随高度的上升,藓类植物的盖度减少,而藻类植物的盖度却有上升的趋势。自然固定沙丘藓类植物盖度明显小于围封的人工固定沙丘。人工固定沙丘随着固定年限的增加,藓类植物的生物量明显增高,不同种类藓类植物的生物量明显不同,综合盖度因素,真藓拥有该地区最大的生物量。不同类型、不同种类的藓类植物结皮厚度和株高之间都存在显著的相关性(P < 0.01)。不同固定沙丘藓类结皮土壤的总盐量、阴、阳离子总量都明显高于藻结皮和流沙,苔藓结皮中苔藓植物体内Mg/Ca率在0.50~0.98之间,结皮土壤Ca²⁺含量明显高于其他3种离子,Na⁺、K⁺离子含量较少。苔藓植物生物量与土壤磷、土壤有机质呈明显正相关(P < 0.05),土壤pH值与土壤磷含量和苔藓植物生物量呈显著负相关(P 分别为 < 0.01 和 < 0.05),表明高的 pH值显著影响土壤磷含量和植物生物量。藓类结皮土壤中的有机质、全磷、全氮、速磷、速氮含量显著高于藻结皮的含量,尤其是有机质含量,藓类结皮都超过了1%的水平,在有机质含量普遍低于1%的沙区,对维持沙丘的稳定,促进维管植物的定居和繁殖起着极其重要的作用。     

腾格里沙漠东南缘沙丘表面气流与坡面形态的关系

对腾格里沙漠东南缘格状沙丘主、副梁和新月形沙丘断面风速的野外观测结果表明,迎风坡风速放大率、背风坡气流的方向和强度随区域气流、坡面形态而不同。迎风坡风速放大率对沙丘形态的作用在于增加丘顶区域的输沙率和活动性;背风坡气流不仅影响沙丘形态而且控制沙丘动力学过程。在横向气流条件下,风速放大率使沙丘迎风坡随区域气流强度的增加变长变缓,背风坡受分离流控制使沙丘迁移;在双向－斜向气流条件下,沙丘丘顶处于侵蚀亚环境而两坡变陡变短,背风坡受附着偏向流控制使沙丘纵向延伸。