黑河中游绿洲化过程中不同开垦年限农田大型土壤动物群落特征

对不同开垦年限绿洲农田大型土壤动物群落结构特征进行研究,探讨绿洲化过程中农田大型土壤动物群落对土壤环境演变的响应及适应机制。天然荒漠草地开垦为绿洲农田后,新垦绿洲农田大型土壤动物密度和类群丰富度增加为天然荒漠草地的1.95倍和1.54倍,百年绿洲农田土壤动物密度和类群丰富度增加为天然荒漠草地的3.54倍和3.00倍;但群落多样性和均匀度指数变化较小。不同动物类群随着绿洲农田开垦年限增加,其变化规律也存在较大差异,如地蜈蚣科(Geophilidae)、线蚓科(Enchytraeidae)、正蚓科(Lumbricidae)和蝇科幼虫(Muscidae)个体密度逐渐增加,拟步甲科(Tenebrionidae)和象甲科(Curculionidae)个体密度显著降低,而平腹蛛科(Gnaphosidae)、夜蛾科(Noctuidae)幼虫和蚁科(Formicidae)受农田开垦以及开垦年限的影响较小。RDA分析结果表明绿洲化过程中不同开垦年限绿洲农田的土壤温度、pH、土壤粘粉粒、土壤含水量、土壤有机碳和全氮的变化是导致绿洲化过程中绿洲农田大型土壤动物群落演变的主要影响因素,而随着绿洲农田开垦年限增加,土壤含盐量、土壤粗砂粒和细砂粒的变化是导致不同开垦年限绿洲农田大型土壤动物群落演变的主要影响因素。     

绿洲化过程中绿洲土壤物理性质变化研究

绿洲化是指在一定的经济、技术条件下,为满足社会需求,把原生荒漠改造成人工绿洲的过程。利用空间代替时间的方法研究了约1 000 a来随着绿洲化进程绿洲土壤物理性质的变化过程,旨在为深入认识绿洲化过程提供依据。结果表明:①在约1 000 a的时间尺度上,随绿洲土壤开垦年限的增加,表层（0～20 cm）土壤容重与饱和水力传导度随时间显著降低,与此同时,土壤孔隙度、团聚体稳定性、粉粒含量显著增加。未开垦（0 a）和开垦约1 000 a表层土壤容重分别为1.51 g·cm-3、1.35 g·cm-3,总孔隙度为43.16%、49.27%,毛管孔隙度为38.73%、47.10%,>0.25 mm水稳性团聚体含量为24.60%、49.59%,沙粒含量为85.42%、61.56%,粘粒含量为3.93%、4.80%,土壤比表面积为128 cm2·g-1、231 cm2·g-1,土壤饱和水力传导度为0.74 cm·h-1、0.34 cm·h-1。②绿洲土壤在开垦的最初30 a间土壤饱和水力传导度、>0.25 mm干团聚体、>0.25 mm水稳性团聚体、比表面积变化相对较快,分别为0.01 cm·h-1·a-1、0.58%·a-1、0.50%·a-1、1.48 cm2·g-1·a-1。     

绿洲农田土壤水分平衡及变化特征

本文利用位于塔里木盆地西北部平原上的阿克苏水平衡站近几年的有关试验和监测资料，对绿洲农田和裸地的土壤水分动态变化规律进行了初步分析，并用水量平衡法计算和对比农田和裸地的蒸发量，最后分析了田间灌溉水的有效利用率及提高措施。     

黑河中游临泽绿洲农田土壤有机质时空变化特征

土壤有机质是表征土壤质量的一个重要指标,持续稳定的有机质含量是土壤维持生产能力的基础。土壤有机质的动态演变可以表征土地利用和管理水平。结合地理信息系统,运用地统计方法研究了黑河中游的临泽县绿洲农田20多年来土壤有机质含量的时空变化特征。结果表明:(1)1982年0~20 cm耕层土壤有机质含量平均为12.78±4.38 g/kg,2008年平均为13.76±4.02g/kg;从1982-2008年,有机质含量总体有所上升。(2)两个时期的土壤有机质的实验变异函数值与理论变异函数拟合均较好;克立格插值和不同时期的有机质空间分布图叠加运算表明,由于人为活动的影响,土壤有机质的结构性空间变化程度有所减弱。(3)临泽县土壤有机质含量和变化具有一定的区域性特点:南部的山前平原地区土壤有机质含量较高,呈现上升趋势;中部地势低下的区域土壤有机质相对较高,由于农田面积扩大,有机肥供应不足而下降显著;北部绿洲与戈壁交错带土壤有机质偏低。总体来看,临泽县土壤有机质含量有所上升,但局部地区的有机质发生了下降。为了防止局部区域土壤有机质下降引起土壤退化,应该采取加大有机肥投入和实施秸秆还田等措施。     

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。     

黑河绿洲区耕作影响下的土壤粒径分布及其与有机碳的关系

选取黑河绿洲区典型土壤类型为研究对象,分析耕作对土壤粒径分布及其与土壤总有机碳、活性有机碳、惰性有机碳关系的影响。结果显示:非耕地(灰钙土、灰褐土、栗钙土)转变为耕地后,改变了10～50μm粗粉粒、50～250μm细砂粒、250～1000μm粗砂粒的含量,对<5μm的粘粒含量影响小。而风沙土变为耕地土壤后,土壤颗粒出现了细化现象。土壤粒径分布的变化也波及到了土壤颗粒与有机碳的关系,耕地与非耕地中存在异同点。相同之处在于,以50μm作为分界点,土壤总有机碳、活性有机碳、惰性有机碳与<50μm的粉粒、粘粒土壤颗粒含量呈正相关,与>50μm的砂粒呈负相关。不同之处为:耕地中土壤有机碳仅与5～10μm、10～50μm、50～250μm有关;非耕地中土壤有机碳与<1μm、1～5μm、5～10μm、10～50μm、50～250μm、250～1000μm的含量有关。分析表明,耕作是引起土壤活性有机碳增加及土壤有机碳与土壤粒径之间的关系发生变化的内在原因。     

塔里木盆地绿洲农田土壤水盐运动动力学模式研究

本文采用改进型Ｐｉｃａｒｄ迭代差分法求解土壤水分运动的混鸽ｉｃｈａｒｄｓ方程,避免了采用Ｐｉｃａｒｄ迭代求解ｈ型Ｒｉｃｈａｒｄｓ方程所现的质量平衡误差问题。     

黄土高原丘陵区典型植物群落土壤粒径分布特征

为探究黄土高原丘陵区不同植物群落的土壤粒径分布特征。选取草地、山杏纯林、油松纯林和油松山杏混交林0~200 cm土壤为研究对象,采用激光衍射技术测定土壤样品粒度组成,计算土壤粒度参数与分形维数,绘制粒度频率曲线。结果表明：（1） 研究区土壤属粉壤土,粉粒含量约占总体的56.58%~71.67%,砂粒约占21.37%~38.71%,黏粒约占3.55%~6.96%。（2） 各植物群落内土壤粒度组成随土层深度增加分布较为均一,粒径分布整体分选性均较差,呈极正偏度,峰态尖窄,粒度频率曲线为双峰型,曲线波峰一致。不同植物群落土壤粒径分布差异主要集中在土壤表层0~20 cm（P<0.05）。（3） 草地、山杏纯林、油松纯林和油松山杏混交林0~200 cm土壤平均分形维数分别为2.63、2.60、2.61、2.58。分形维数与黏粒含量具有极显著正相关关系（P<0.05）,其中,草地土壤分形维数与黏粒的相关性最强。总体来看,黄土高原丘陵区草地土壤粒径分布特征显著优于人工林,本研究结果可为黄土高原的生态重建工作提供理论依据。     

临泽绿洲农田土壤肥力质量时空变化特征

干旱区荒漠绿洲农田土壤肥力质量的研究是绿洲功能和生产力评价的一个重要方面。通过1982年和2008年临泽绿洲农田287个样点耕层土壤（0~20 cm）有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾数据,利用地理信息系统和地统计学分析手段,研究了26 a来土壤肥力质量的变化特征。结果表明,研究区土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾的含量为13.8 g·kg-1、0.81 g·kg-1、64.4 mg·kg-1、32.3 mg·kg-1、199 mg·kg-1,较1982年分别提高了13.5%、7.8％、9.3%、225.6％和26.8％;土壤肥力指标的变异性较大,变异系数均大于25%;模糊数学综合评价方法适合研究区土壤肥力质量评价,土壤肥力质量综合值由1982年的强度空间变异发展为中等空间变异;根据全国农业地力等级划分标准,研究区土壤属于4、5、6、7级,较1982年的土壤肥力呈上升趋势。土壤肥力综合值分布图可以为该区域土壤资源的合理利用提供理论依据。     

塔里木盆地南缘绿洲化进程中不同利用强度农田对土壤环境的影响研究取得新进展

绿洲化作为干旱区一种基本的地理过程,对土壤环境有重要的影响,目前正逐渐引起更多关注。中国科学院新疆生态与地理所桂东伟博士及其所在团队选取新疆绿洲广泛分布区域——塔里木盆地南缘绿洲为典型研究区,基于绿洲化进程中农田为主要土地利用方式这一现状,抽象出当地绿洲农田垦殖后典型的不同利用强度(传统耕作方式、高投入利用方式、临时耕作方式,并同时设置用     

中国绿洲化及其研究进展

绿洲化是干旱区人与自然因素共同作用下荒漠向绿洲转变的过程。中国绿洲面积从20世纪50年代初期的20 000 km²扩展到2000年的86 000 km²,扩大了3.3倍。绿洲化过程不仅伴随着景观格局的变化,而且会引发土壤、生物、气象和水文等要素的变化。分析了近2 000 a来中国干旱区绿洲的演变过程,评述了绿洲化过程中景观变化,其对绿洲稳定性的影响及绿洲化过程中土壤要素、气象水文要素变化等诸多方面的研究进展,同时提出未来的研究中应加强绿洲化过程研究框架的建立、绿洲化过程中关键因素变化及绿洲化关键过程研究。     

川中丘陵区土壤颗粒分形特征

分析了27个紫色土丘陵区土壤样品的机械组成，运用分形模型计算出土壤颗粒分形维数D（D=2．817—3．030），探讨了分形维数D与土壤粒度组成、土壤抗蚀性之间的关系，并分析了不同土地利用方式下土壤颗粒分形维数D与土壤有机质含量（O．M）、土壤容重（B.D）的相关关系。研究表明：土壤颗粒分形维数D能够很好的表征土壤质地，重点反映〈0．05mm的细颗粒物质，尤其是粘粒，其次是粉粒；与土壤有机质含量（O．M）、土壤容重（B．D）均达到极显著水平；其次分形维数D还能作为评价土壤水土流失和土壤生态恢复的指标。     

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。     

准噶尔盆地南缘绿洲-沙漠过渡带“肥岛”形成过程中土壤颗粒的分形研究

通过野外调查取样和室内分析的方法研究了准噶尔盆地南缘绿洲-沙漠过渡带不同地段的梭梭灌丛土壤不同空间位置（包括灌丛下和灌丛间）的土壤颗粒分形维数的变异特征,以及分形维数与土壤机械组成、土壤养分的关系。结果表明:①土壤颗粒分形维数与土壤沙粒含量呈极显著负相关(P<0.01),与土壤粉粒和粘粒含量呈极显著正相关(P<0.01),并与土壤养分含量中的有机质、全氮、全磷呈极显著的正相关 (P<0.01),与可被植物吸收利用的速效形态养分碱解氮、速效钾、速效磷等的含量有极显著的正相关关系(P<0.01),土壤颗粒分形维数可用以表征土壤结构性状和肥力特征。②沙漠-绿洲过渡带典型空间位置的土壤粒级分布呈梯度性变化,从绿洲到沙漠1~0.25 mm的土壤颗粒体积百分比从0.4%增加到16%,而小于0.05 mm的颗粒体积百分比从76.6%减少到3.5%,土壤的粗粒组分明显增加,细粒组分明显递减,并且土壤颗粒分形维数从2.50降低到2.03。③不同粒径土粒的分布规律表现为灌丛下的粉粒、粘粒含量均大于灌丛间的,其中沙漠腹地灌丛下的表层土壤粉粒增加了1.23%,粘粒增加了0.06%;退耕还林地灌丛下土壤表层的粉粒增加了10.78%,粘粒增加了2.91%,说明梭梭灌丛能有效截获风蚀带来的微细尘埃、粘粒和粉沙,使灌丛下土壤的结构及肥力性状得以改善,形成灌丛“肥岛”。     

辽河干流上游流域土地利用对土壤颗粒分形维数影响

分析了辽河干流典型风沙区林地、草地和农田土壤颗粒的分形维数空间分布特征。结果表明：土壤颗粒分形维数总体表现为农田高于林地和草地,且在农田土壤30~50 cm深度时达到最大值（2.58）,在草地土壤0~10 cm出现最小值（2.26）;在林地土壤中随深度增加而减小,在草地和农田土壤中随深度增加而增加。土壤分形维数均与粉粒含量极显著正相关（P<0.01）。农田更有利于土壤细小颗粒的形成,改良土壤质地,土壤结构相对较好,其次是林地,草地相对较差。     

坡耕地侵蚀过程与土壤理化特性演变

坡耕地水土流失问题问题是制约生态农业建设与可持续发展的重要因素，探讨坡耕地土壤侵蚀过程和土壤退化机制是解决问题的关键。基于这些问题，本文应用人工模拟降雨试验方法，研究了坡耕地壤侵蚀发生发展过程，以及侵蚀过程中土壤物理化学特性的演变规律；明确了不同中下坡面单位时间产沙三个过程特征；揭示了泥沙中不同粒级颗粒组成、团聚体和营养元素迁移规律及导致土壤退化加剧的原因；提出了防止坡耕地土壤侵蚀的方法。     

科尔沁沙地沙丘-草甸相间地土壤颗粒的分形特征

选择科尔沁沙地典型沙丘-草甸相间地为研究区,利用土壤颗粒的体积分形模型计算了研究区49个采样点土壤颗粒的分形维数,并建立了分形维数与土壤颗粒不同粒级间的相关关系,以探讨半干旱寒冷地区土壤颗粒的分形特征与土壤物理性质以及养分含量之间的关系。结果表明:(1)研究区土壤颗粒的分形维数为1.33~2.50,变幅较大,且呈现出自中部的草甸、农田地带向南、北方向的沙丘地带递减的趋势;土壤颗粒的体积分形维数依照流动沙丘-半流动半固定沙丘-固定沙丘-农田-草甸的顺序而递增。(2)土壤颗粒的分形维数与黏粒、粉粒含量显著正相关,与砂粒含量显著负相关,且表现出明显的对数关系。100 μm是影响土壤颗粒分形维数变化的分界粒径,大于该粒径的颗粒含量越高,土壤颗粒的分形维数越小;反之越大。(3)分形维数与土壤养分含量相关显著,土壤颗粒的分形维数与电导率、pH值及有机质、全氮、全磷含量均显著正相关,但与全钾含量负相关。在分形维数大于2时,基本与土壤饱和含水率正相关、与干容重负相关。     

塔里木河干流两岸土壤水分特征曲线的分形模拟

应用Van Genuchten提出的土壤水分特征曲线公式,推导出了非饱和土壤水分特征曲线的分形模型。通过对塔里木河干流英巴扎断面6种不同土壤样本利用中子水分仪和负压计实测的水分特征曲线资料反求得到相应的分形维数,分析了分形维数与土壤质地之间的关系,结果表明随着土壤砂粒含量的减少或粘粒含量的增加,分形维数逐渐增大。此外,基于土壤颗粒的重量与粒径分布求出了塔里木河干流两岸沙漠地风沙土壤粒径的分形维数。通过对土壤水分特征曲线的分形维数与土壤粒径的分形维数的对比,得知它们之间存在着良好的线性关系。根据此关系,利用易测得的土壤粒径结合所推导的分形模型,对土壤水分特征曲线进行了预测,结果表明土壤水分特征曲线的预测值与模拟值比较接近,模型的预测结果很好地吻合了实测的土壤水分特征曲线。这一结果对于实际工作中根据风沙土土壤颗粒大小分布的分形维数来预测沙漠风沙土土壤水分特征曲线具有一定的指导意义。     

干旱区绿洲化、荒漠化研究的进展与趋势

  干旱区绿洲化、荒漠化是两个反向发展而又相互联系的过程。近60 a来,我国绿洲化面积从20世纪50年代后期的2.5万km²扩大到10.4万km²,沙漠化土地面积由5.3万km²扩大到11.4万km²,受盐渍化危害的耕地面积达到1.5万km²,占总耕地面积的30%。绿洲化优化了局地生态环境,扩大了人类的生存空间,但绿洲低水平、无序的开发使绿洲稳定性下降,同时引发包括荒漠化在内的一系列生态环境问题。通过对绿洲化、荒漠化研究进展的综述,提出了围绕几个关键科学问题近期需要开展的主要研究内容和总体思路,努力在全面认知人类活动与气候变化作用下水、土、气、生过程及其相互作用的基础上,揭示绿洲化、荒漠化过程及其演变机理,为综合评价环境变化趋势和效应以及调控对策与管理模式的研究,提供科学依据。