A study on scheme of soil and water conservation regionalization in China

Regionalization of soil and water conservation is a base for the planning of soil and water conservation in China. It can provide scientific basis for constructing healthy eco-environment and regional management and development. It makes a brief review of related regionalization of study and makes clear the concept of regionalization of soil and water conservation. In this paper, based on synthetical analysis of the characteristics of eco-environments of China, the principles, indices and nomenclature of the regionalization of soil and water conservation are proposed. Through the construction of the regionalization of soil and water conservation collaboration platform and data reporting system, combined with existing soil and water conservation research, this paper uses the top-down and bottom-up and the combination of qualitative and quantitative methods to build soil and water conservation regionalization preliminary scheme, with 8 regions, 41 sub-regions and 117 sections divided in China.     

中国水土保持区划方案初步研究

水土保持区划是水土保持规划的基础,可为生态环境建设和区域管理与发展提供科学的依据.简要回顾了相关区划工作,明确了水土保持区划的概念,结合我国水土流失等生态环境特点,提出了水土保持区划原则、指标体系和命名规则;通过构建全国水土保持区划协作平台和数据上报系统,结合我国已有相关水土保持研究成果,采用自上而下与自下而上的演绎归纳途径和定性与定量相结合的方法,构建了我国水土保持区划初步方案,将全国划分为8个一级区,41 个二级区,117 个三级区.     

松嫩平原西部盐沼湿地水环境化学特征

松嫩平原西部盐沼湿地水环境碱化程度高,水中的pH值普遍高于8.0,多数为苏打钠型水。在对本区盐沼基本水环境化学特征阐述的基础上,通过对水化学的基本变量CO₃^2-、HCO₃^2-、Cl^-、Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、Na⁺和派生变量(Cl^-+SO₄^2-)/HCO₃^2-及Na⁺/(Ca²⁺ Mg²⁺)等的相关分析,得出各水化学变量之间的相关关系,并以pH值为分类基础得到了判别函数和判别区域图,对区域盐沼湿地水环境化学特征的研究方法作出了有意义的尝试。     

干旱半干旱区山地森林类型的土壤水文特征

处于中国西北干旱半干旱区的山地森林以独特的水文作用成为山前平原及川区绿洲生态经济系统稳定发展的基础。以无林地为对照,对典型山地森林祁连山水源涵养林区4种主要林分类型的土壤水文物理性状、土壤入渗特性及土壤贮水性能进行定位研究,结果表明:(1)不同林分类型的土壤容重、孔隙度和孔隙比等表征土壤水文物理性质的指标明显好于无林地,且0～20 cm土层好于20～40 cm。各指标林地间差异较大,其中青海云杉林和湿性灌丛林好于祁连圆柏林,干性灌丛林较差。(2)乘幂方程能较好的反映研究地区不同林分的土壤入渗过程,有林地入渗性能好于无林地,青海云杉林、湿性灌丛林、祁连圆柏林、干性灌丛林的平均渗透速率值分别是无林地(1.68 mm/min)的15.72,13.39,3.55,1.94倍。(3)有林地的土壤吸持、滞留贮水量、土壤涵蓄降水量、有效涵蓄量均表现为青海云杉林>湿性灌丛林>祁连圆柏林>干性灌丛林>无林地,且0～20 cm土壤贮水性能好于20～40 cm。说明在涵养水源和水分有效性方面,青海云杉林和湿性灌丛林优于祁连圆柏林和干性灌丛林。从涵蓄水分、涵养水源角度来考虑,可优先考虑青海云杉林和湿性灌丛林。     

湿地土壤气体排放对水位变化响应的持续性动态特征

为探索湿地水位变化与土壤气体排放之间的关系,对黄河中游芦苇湿地进行了半注水和满注水样地处理后的动态监测,对比了7 d水位变化过程中土壤气体排放差异。结果表明：注水造成了土壤CO₂排放速率的显著差异;随土壤温度上升,H₂O、CO₂、H₂S排放速率都有上升趋势（满注水样地的H₂O除外）;半注水和满注水造成的影响,H₂O排放速率表现为趋同-异步-消失的特征,在注水前期（63.73 h）半注水和满注水差异基本一致,后期差异较大,直至125.64 h后注水的影响才消失,总体分别造成H₂O排放总量76.3%和31.3%的增加;CO₂排放速率表现为异步-趋同的特征,注水初期环境的改变造成CO₂排放的一致减少,37.69~68.66 h二者出现明显差异,68.66~125.64 h水位虽然恢复,但差异仍然存在,注水分别造成CO₂排放总量50.1%和43.2%的减少;H₂S排放速率表现为无变化-异步-无变化的特征,总体造成H₂S排放总量42.3%和32.3%的增加。研究追踪了水位上升后土壤H₂O、CO₂和H₂S排放速率变化的动态过程,其影响具有异步性和持续性的特点,CO₂排放速率表现出较长的响应周期。研究结果对于河流湿地生态功能研究具有重要意义,湿地土壤气体排放对水位变化的响应滞后意味着对湿地生态功能的重要影响,其波动过程需要更长时段的精准研究。     

黑土侵蚀速率及其对土壤质量的影响

利用¹³⁷Cs示踪法,研究了东北黑土耕作土壤的流失厚度和速率,探讨了水土流失对土壤机械组成、有机质、土壤水分、容重及其N、P含量的影响。结果表明:研究区侵蚀坡面¹³⁷Cs的分布深度在0～25cm,¹³⁷Cs的活度在1246.05±85.90～1499.45±101.73Bq/m²,侵蚀厚度可达0.316～0.433mm/a,侵蚀强度3033.6～3940.3t/km²·a,已属于中度侵蚀水平。水土流失造成土壤质地粗化,从坡顶向坡底,耕层土壤有机质增加、容重变化不大,含水量增加,土壤养分的“贫化”现象明显。     

沩水流域土地景观格局对河流水质的影响

以红壤丘陵区沩水流域为研究区域,运用GIS空间分析及统计分析的方法,探讨了流域土地景观格局对河流水质的影响。结果表明：① 林地面积百分比与电导率(COND)、综合污染指数(Pr)相关性指数分别达-1.000、-0.997,呈显著负相关;耕地面积百分比与COND、总磷(TP)及土地利用程度综合指数(La)与COND、Pr呈显著正相关。② 斑块数量(NP)、香农多样性指数(SHDI)与COND、Pr相关性指数均在0.997以上,呈显著正相关;平均斑块面积(AREA_MN)、蔓延度指数(CONTAG)与COND、Pr及最大斑块指数(LPI)与TP呈显著负相关。③ 从时间上看,所选用的大部分土地景观格局指标与pH值、溶解氧(DO)在丰水期与枯水期的相关性状态相反,且枯水期土地景观格局对河流水质的影响较丰水期更为显著。     

可可西里土壤凝结水形成特征及其影响因素研究

青藏高原受气候变化影响,干湿过渡状况不断扩大,凝结水是旱区重要的水分补给来源,研究凝结水对青藏高原生态具有重要意义。为探究凝结水在青藏高原的形成特征以及影响凝结水形成因素,选取近年来受气候影响较大的可可西里盐湖地区作为研究区,使用微型蒸渗仪探究其0~10 cm土壤水分蒸发凝结特征,并利用相关回归分析、主成分分析探究影响凝结水形成因素。结果表明：（1） 在14:00—次日14:00期间,气温和土层温度均呈现出先减小后增大的变化趋势,0~10 cm土壤在00:00—10:00内有明显土壤凝结水形成,而在其余时间水量蒸发明显。大气水汽和土壤深层水汽组成土壤凝结水的比例约为1:3。当夜间近地空气相对湿度大于64%,近地气温小于3.8 ℃,5 cm土层温度低于4.1 ℃,有利于土壤凝结水的形成,平均水量可达0.2 mm·d^-1。（2） 相关分析表明土壤总凝结水量与5 cm土层温度和5~30 cm土层温度差呈显著负相关,而且凝结水量与相关因子的线性拟合效果较好;大气水汽凝结水量与气温呈现显著负相关,与相对湿度呈现显著正相关。主成分分析结果显示0~10 cm以上土层微气象因子对凝结水形成因素较大。     

生物土壤结皮对风沙土和黄绵土膨胀特性的影响

作为重要的土壤物理性质,膨胀性在影响土壤导水性、持水性、抗蚀性以及土壤结构的形成和发育等方面发挥着重要作用。为了探讨生物土壤结皮（BSCs）土壤的膨胀特性及其主要影响因素,针对黄土高原风沙土和黄绵土两种典型土壤,利用膨胀仪测定并比较了有、无藓结皮及其在不同因素（初始含水量、干湿循环、冻融循环、温度）下膨胀率的差异,分析了BSCs对土壤膨胀性的影响及其与环境因素和BSCs性质的关系。结果显示：风沙土上藓结皮的膨胀率为1.93%,较无结皮增加了8.65倍;而黄绵土上藓结皮的膨胀率为2.05%,与无结皮相比降低了76.68%。藓结皮的生物量和厚度与其膨胀率在风沙土上均呈线性正相关关系（P < 0.05）,在黄绵土上分别呈二次函数（P=0.02）和线性正相关关系（P=0.02）。初始含水量同时影响了土壤最大膨胀率和稳定膨胀时间,影响程度风沙土远大于黄绵土（包括藓结皮和无结皮）;干湿循环次数对无结皮土壤膨胀率的影响程度大于藓结皮土壤,其中风沙土和黄绵土上无结皮的膨胀率分别是50.00%~620.00%和-2.28%~10.81%,而两种土壤上藓结皮的膨胀率分别是-5.70%~10.88%和-10.24%~-21.46%;冻融循环下4种土壤的膨胀率均有不同程度的降低,降幅为0~18.54%。黄绵土无结皮的膨胀率受温度影响程度较大,50℃下黄绵土无结皮的膨胀率分别是25℃和35℃下的1.17倍和1.21倍。BSCs显著地改变了风沙土和黄绵土表层的膨胀性,其影响的程度和方向取决于土壤类型。同时,BSCs的膨胀性受含水量、温度、干湿以及冻融循环等关键因素影响。     

Seasonal variation of the soil seed bank of grasses in central Argentina as related to grazing and shrub cover

The objectives of this research were to (a) study seasonal variation of the seed bank of grasses in two areas with different grazing history, (b) analyse the effect of the presence of shrubs on the seed bank and (c) study seed viability and dormancy in buried seeds of Piptochaetium napostaense and Stipa tenuis. The seed density of grasses was in general low and showed seasonal variation. Most of the grasses showed maximum seed density in December when seed dispersal occurs. Shrub cover did not show a marked influence in seed accumulation. The relatively high number of damaged seeds suggests that predation may be an important factor in seed bank dynamics in the Caldenal. Seeds of dominant perennial forage grasses showed dormancy that could explain, at least in part, persistence of these species in spite of periodical disturbance.     

Impact of soil conditions on the physiological characteristics of maize plants in an arid region,Northwest China

Overuse of irrigation water to ensure the crop yield of maize plants has caused serious water shortage problems in the middle reach of Heihe River, China. Thus, further research on the physiological characteristics, i.e., photosynthetic rate and leaf transpiration rate, are urgently needed to develop an efficient irrigation management system. In this paper, we selected two common soil textures (sandy loam, sand) and three one-time irrigation volumes (60 mm, 20 mm, 0 mm) in order to analyze the impact of soil conditions on the physiological characteristics of maize plants. Physiological and meteorological factors, soil water content and plant growing parameters were synchronously monitored on Jun. 30, Jul. 25 and Aug. 27 of 2012. The results indicate that sandy loam is better than sand for the growth of maize plants and single irrigation may provide limited influence on the physiological characteristics. Thus, increasing irrigation times and decreasing one-time volume is suggested for an efficient irrigation system.     

长江中游四湖流域湖泊变迁与湖区土壤空间格局的关联分析

分析了20世纪20年代以来长江中游四湖流域湖泊阶段性变化特征,并结合湖区土壤空间分布数据,重点探讨现代土壤空间格局与湖泊的阶段性变化是否存在关联。研究结果表明,从20世纪20年代至今,江汉平原四湖流域湖泊经历了由扩大到缩小至稳定的阶段性变化过程;通过湖泊变迁序列与湖区土壤格局的综合分析,发现四湖流域湖泊变化范围内的土壤空间分异与20世纪20年代以来湖泊变化历程具有密切关系。20世纪20年代以来,四湖流域湖泊变化范围集中分布了全流域67%以上的潜育型水稻土和沼泽型水稻土;在四湖流域自20世纪40年代起的湖泊萎缩阶段,湖泊变化时间距今愈近,相应湖泊变化范围中沼泽型水稻土和潜育型水稻土面积比例愈大,淹育型水稻土和潴育型水稻土面积比例则愈小。在湖泊变化不同时间组合所对应的空间范围中,各类型水稻土所占面积比例随时间变化而表现的规律性,在一定程度表现出人为耕作及土壤性质改良对土壤性质转变的影响作用;而根据沼泽型水稻土转变速率的空间差异性,可推测湖区脱沼泽过程与地形地貌分异相关。     

The effects of vegetation on runoff and soil loss: Multidimensional structure analysis and scale characteristics

This review summarizes the effects of vegetation on runoff and soil loss in three dimensions: vertical vegetation structures (aboveground vegetation cover, surface litter layer and underground roots), plant diversity, vegetation patterns and their scale characteristics. Quantitative relationships between vegetation factors with runoff and soil loss are described. A framework for describing relationships involving vegetation, erosion and scale is proposed. The relative importance of each vegetation dimension for various erosion processes changes across scales. With the development of erosion features (i.e., splash, interrill, rill and gully), the main factor of vertical vegetation structures in controlling runoff and soil loss changes from aboveground biomass to roots. Plant diversity levels are correlated with vertical vegetation structures and play a key role at small scales, while vegetation patterns also maintain a critical function across scales (i.e., patch, slope, catchment and basin/region). Several topics for future study are proposed in this review, such as to determine efficient vegetation architectures for ecological restoration, to consider the dynamics of vegetation patterns, and to identify the interactions involving the three dimensions of vegetation.     

江淮流域梅雨过程识别及梅雨期分级降水时空特征

在全球气候变化背景下,近60 a江淮流域梅雨特征量及梅雨期分级降水的时空变化特征还不明晰。论文采用江淮流域1961—2020年239个气象站逐日降水、气温和NCEP/NCAR再分析资料识别梅雨过程,研究梅雨入出梅日期等特征量及梅雨期不同量级的雨日数等指标的时空特征,计算城市化对梅雨期强降水的贡献。结果表明：Ⅰ区(江南区)平均入出梅最早,Ⅱ区(长江中下游区)次之,Ⅲ区(江淮区)入出梅最晚,梅雨期长度依次为30、30和24 d,入出梅日和梅雨期长度趋势性均不明显。Ⅰ区平均梅雨雨强最大(367.6 mm),Ⅱ区次之(298.4 mm),Ⅲ区最小(253.5mm);Ⅱ区梅雨雨强显著增加、平均梅雨强度指数最大,最易发生暴力梅,Ⅲ区梅雨强度指数变化最剧烈。江淮流域梅雨量Ⅰ、Ⅱ区中部较大,Ⅰ区雨日数最多,Ⅱ区次之,Ⅲ区最少。梅雨期小雨日数最多、降水发生率最高,中雨、大雨和暴雨依次减少。绝大多数站点小雨、中雨日数趋势性不明显,Ⅱ区中东部大雨、暴雨日数显著增加。绝大多数站点大雨、暴雨降水发生率趋势性不明显,Ⅱ区较多站点小雨、中雨发生率显著下降是其东部梅雨期降水发生率显著减少的原因。暴雨量占梅雨量比例最大...     

不同环境背景下的艾比湖区域土壤水盐差异性特征研究

由于不同的环境背景下环境机制不同,所以导致了水盐（主要指水分、盐分）空间变异存在很大差异,在此背景下分析艾比湖地区含水量与含盐量空间变异,有助于更加合理的了解土壤含水量与含盐量一体化规律。以艾比湖为中心把艾比湖区域分为三个靶区：绿洲、荒漠、湖区,运用统计学方法,分析三个区域的土壤水分、盐分差异性特征。结果表明：绿洲、荒漠、湖区这三个区域表层土壤盐分积聚严重,其含盐量大小依次为：荒漠→绿洲→湖区,而含水量却相反;绿洲、荒漠和湖区土壤含盐量的变异系数均在85%～150%之间,属高强度变异,含水量变异系数均介于55%～75%之间,属中强度变异。说明荒漠区域盐分含量的水平分布不均匀,空间异质性较强;而水分含量的水平相对较为均匀,空间异质性较弱。绿洲、荒漠、湖区土壤层10～20 cm与20～40 cm土壤层含盐量的存在显著性相关性（p<0.01）,即绿洲的相关系数0.913,荒漠的相关系数0.966,湖区的相关系数0.941,绿洲与湖区土壤表层与亚层含水量存在显著性相关性（p<0.01）相关系数分别为0.851 和0.908。说明绿洲与湖区土壤层0～10 cm与10～20 cm土壤含水量存在水分转移现象,荒漠区域这种现象不明显,可能与沙漠炎热地表环境和土壤性质等因素有关。研究结果揭示了艾比湖地区不同环境背景下秋季的土壤含水量与含盐量分布特征,为艾比湖地区农作物灌溉管理及土壤盐渍化治理提供了科学依据。     

土壤水分含量对虉草幼苗保护酶与渗透调节物质的影响

以虉草幼苗为试材,通过为期50 d的室内盆栽控水试验,按照土壤水分含量设置7个水分梯度：（10±0.5）%、（15±0.5）%、（20±0.5）%、（25±0.5）%、（30±0.5）%、（40±0.5）%（土壤水分饱和）和51%（淹水2 cm）,研究了不同土壤水分含量对植物的抗氧化酶活性、丙二醛含量、可溶性蛋白含量的影响。结果表明：（1）土壤水分含量在20%~35%之间时SOD （超氧化物歧化酶）活性较高,低于20%和高于35%时,SOD活性下降,且在不同土壤水分含量下试验50 d的SOD活性均大于试验25 d的。（2） CAT（过氧化氢酶）与POD （过氧化物酶）活性达极显著相关p<0.01,均随土壤水分含量的增加呈先大幅下降后平稳再小幅上升的趋势。（3） MDA （丙二醛）含量与SOD活性趋势相反,随土壤水分含量的增加不断下降,在试验25 d时淹水组略有上升。（4）可溶性蛋白在20%~40%之间时含量较高,植株生长状况较好,在干旱和淹水胁迫条件下可溶性蛋白含量呈下降趋势。由此可见：当虉草幼苗受到干旱等胁迫时,虉草幼苗会开启抗氧化酶系统以保护植株组织,可长时间的胁迫或者胁迫超过其耐受范围（土壤水分含量小于20%或处于土壤水分过饱和淹水条件）就会不同程度的破坏植物的防御系统从而影响其生长发育。     

Latitudinal patterns and influencing factors of soil humic carbon fractions from tropical to temperate forests

Soil humic carbon is an important component of soil organic carbon (SOC) in terrestrial ecosystems. However, no study to date has investigated its geographical patterns and the main factors that influence it at a large scale, despite the fact that it is critical for exploring the influence of climate change on soil C storage and turnover. We measured levels of SOC, humic acid carbon (HAC), fulvic acid carbon (FAC), humin carbon (HUC), and extractable humus carbon (HEC) in the 0–10 cm soil layer in nine typical forests along the 3800-km North-South Transect of Eastern China (NSTEC) to elucidate the latitudinal patterns of soil humic carbon fractions and their main influencing factors. SOC, HAC, FAC, HUC, and HEC increased with increasing latitude (all P<0.001), and exhibited a general trend of tropical < subtropical < temperate. The ratios of humic C fractions to SOC were 9.48%–12.27% (HAC), 20.68%–29.31% (FAC), and 59.37%–61.38% (HUC). Climate, soil texture, and soil microbes jointly explained more than 90% of the latitudinal variation in SOC, HAC, FAC, HEC, and HUC, and interactive effects were important. These findings elucidate latitudinal patterns of soil humic C fractions in forests at a large scale, and may improve models of soil C turnover and storage.     

中国干旱内陆河出山径流对流域气象要素与全球气象指数的响应特征研究

干旱内陆河出山径流及其影响因素分析对于流域水资源评价、流域经济生态安全保障具有重要意义。基于1960-2012年塔里木河流域"三源流"与黑河流域的出山径流、降水、气温资料及4个全球气象指数监测数据,采用小波分析方法研究了各水文气象要素的周期特征,以及流域出山径流对气象要素与气象指数的响应特征。结果表明：（1）各水文气象因子多具有1~2个显著周期,周期多在2~7 a尺度范围内。（2）叶尔羌河、黑河出山径流与流域降水分别在6~17 a、2~16 a周期上关系显著。各出山径流与流域降水、气温的多尺度共振周期性差异,反映了各径流来源构成及其与气象要素年际动态方面的差异。（3）各流域出山径流对气象指数的响应特征不同,这在显著时频域以及径流响应时滞等方面均有表现。此研究可为气候变化条件下干旱内陆河流域生态-水文过程响应及水资源管理提供依据。     

1992—2018年中国旱作农田土壤湿度的时空模式及气象驱动因素

土壤湿度作为影响陆气水热交换的重要变量,指示了干旱的演变特征。为揭示中国旱作农田土壤湿度的变化特征及其气象驱动要素,本文利用站点数据研究了1992—2018年中国旱作农田土壤湿度变化趋势的时间和空间特征,采用相关性、敏感性分析等方法探究了土壤湿度的驱动机制。结果表明：2001年中国旱作农田土壤湿度的变化趋势发生转折,土壤湿度年际变化普遍由下降趋势变为上升趋势,主要由夏季和秋季土壤湿度主导。而且土壤湿度的变化存在空间异质性,2001年后东北地区的土壤湿度在显著增加,而西南地区在显著下降。降水量和蒸散发的时空变化是土壤湿度趋势发生时空变化的主要原因,二者存在协同作用,北方地区由降水主导,南方地区由蒸散发主导。