聚丙烯酸钠对黄土坡面产流产沙的影响研究

通过野外模拟降雨试验,研究了施用SP对黄土坡面产流、产沙的影响,并对实验数据进行数学模拟,建立了SP施用量与产流、产沙强度间的关系模型。结果表明:SP施用量与产流时间、平均产流强度呈二次函数相关关系,与产沙强度呈线性负相关关系。SP用量在0~2.42 g/m2之间时,能够延缓坡面产流,用量为1.21 g/m2时延缓产流效果最明显;用量介于0~3.31 g/m2之间时,能够增加土壤入渗,减少坡面产流量,用量1.65 g/m2的增渗减流效果最佳;施用SP后,能够减少坡面输沙强度,且用量越大,减沙效果越明显。SP可影响坡面产流过程,用量1.8 g/m2时,能够减小产流初期径流强度增幅,用量为3.6 g/m2时,其产流过程线与对照极接近,而施用量增加到5.4 g/m2时,产流强度明显增大。SP对坡面产沙过程的影响表现为:随施用量增大,产沙强度峰值呈逐步减小的变化趋势。

黄土高原不同降水类型区旱作玉米田土壤干燥化效应与土壤水分承载力模拟研究

在模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型模拟研究了黄土高原不同降水类型区1960～2000年期间不同肥力水平下连作春玉米的产量变化和土壤水分效应。模拟结果表明:(1)洛川、延安、寿阳、榆林连作春玉米产量地区间差异显著,其年平均值分别为4.40、3.75、2.50、1.75t/hm2。施肥增产率和水分利用效率地区间差异均显著,均表现为洛川>延安>寿阳>榆林;同一地区水分利用效率随施肥量的增加而提高,不同地区施肥增产率最大值范围不同。(2)0～7m土层逐月土壤有效含水量地区间差异显著,洛川>延安>寿阳>榆林;同一地区内肥力水平越高,春玉米耗水量越大,逐月土壤有效含水量平均值越低。在春玉米生育期内0～7m土层年度土壤有效水分增减量地区间差异显著,洛川<延安<寿阳<榆林;不同肥力处理间的差异在模拟前期为显著,在模拟后期为不显著。(3)所有地区的春玉米在连作期间0～7m土层土壤湿度剖面分布,在经历了土壤湿度逐年降低、土壤干层逐年加厚的干燥化过程后,均出现了稳定的土壤干层。土壤干燥化速度地区间差异显著,洛川<延安<寿阳<榆林;不同肥力处理间随着施肥水平的提高土壤干燥化速度加快。(4)洛川、延安、寿阳、榆林连作春玉米的...

黄土高原沟壑区通量数据空间代表性研究

利用FSAM(Flux Source Area Model)模型,对中国科学院长武黄土高原农业生态试验站2004—2005年冬小麦生育期内的通量数据空间代表性进行了研究。结果发现,在90%贡献率水平下,整个冬小麦各生育期内通量源区范围动态变化明显,通量贡献最大点在距离观测点7.7~36.2m范围内变化。在盛行风向上,通量源区离观测点最近点为3.3 m,最远点可达172.8 m;在侧风向上,通量源区在38.1~128.4 m范围内变化。不同观测高度的对比研究表明,观测高度从1.86 m增加到12.17 m,盛行风向上源区距观测点最远距离从172.8 m增加到1 555.2 m;在侧风向上则从123.2 m增加到665.8 m,通量源区范围随高度的增加而增大。大气稳定度对通量贡献源区影响很大,在大气稳定状态下,通量源区面积最大,距观测点最远距离达到135.3 m;中性条件下次之,为101.7 m;在不稳定条件下面积最小,为36.3 m。同一日内,夜晚源区面积较白天大。在日和季尺度上,大气稳定度是影响通量源区范围的一个重要因素。

黄土丘陵区人工刺槐林土壤活性有机碳与碳库管理指数演变

土壤碳库管理指数是表征土壤碳变化的重要量化指标,研究黄土丘陵区人工刺槐林土壤活性有机碳与碳库管理指数的变化过程对认识该地区生态恢复过程中土壤质量的演变及其效果评价具有重要意义。【方法】采用时空互代法,以典型侵蚀环境纸坊沟流域生态恢复过程中不同年限的人工刺槐林为研究对象,选取坡耕地和天然侧柏林为参照,分析了植被恢复过程中土壤有机碳(TOC)、活性有机碳(LOC)、非活性有机碳(NLOC)及碳库管理指数(CPMI)的演变特征,并运用相关和回归分析方法对生态恢复过程中碳库各组分和恢复年限进行拟合。【结果】营造刺槐林可以显著增加土壤碳库各组分含量,并随恢复年限呈显著线性关系,50a时TOC、LOC、NLOC和碳库指数(CPI)分别较坡耕地增加271%、174%、467%和271%,其中NLOC增加速率略高于LOC,表明植被恢复增加的土壤碳素绝大多数以非活性形态贮存起来,而为了满足生物生长所必须的活性物质来源,土壤碳库必须维持一定的活度状态来满足碳素的动态转化平衡,碳库管理指数在营造刺槐林初期显著降低,随后先增加后降低,与刺槐林生长特性密切相关;但与天然林相比差距仍然较大,恢复50a时TOC、LOC和NLOC仅...

黄土丘陵区不同立地达乌里胡枝子群落水分特征及生物量研究

对黄土高原丘陵沟壑区不同立地条件下的达乌里胡枝子群落水分特征及生物量进行了研究.结果表明:(1)不同立地下的达乌里胡枝子蒸腾日变化均呈单峰型,上午呈上升趋势,于13:00达到峰值,之后均呈不同程度下降趋势.(2)不同立地达乌里胡枝子群落0~200 cm土层平均含水量为阴坡12.34%,半阳坡11.29%,半阴坡11.15%,阳坡8.96%.不同立地达乌里胡枝子叶片相对含水量和饱和亏与各立地土壤含水量关系密切.(3)不同立地下各个时期的达乌里胡枝子群落的地上生物量表现为阴坡>半阴坡>半阳坡>阳坡,地下生物量则表现为阳坡(447.39 g/m2)>半阳坡(409.12 g/m2)>半阴坡(344.92 g/m2)>阴坡(217.01 g/m2).可见,达乌里胡枝子群落的水分生理特性及生物量的积累与立地条件密切相关.

黄土高原沟壑区王东沟流域土地利用/覆被变化过程初探

黄土高原沟壑区王东沟流域从1986年至2006年的土地利用/覆被发生了较大变化,土地利用动态指数分别为:耕地3.21%,园地-36.11%,林地-4.05%,牧草地4.24%,居民点及独立工矿用地-0.62%,交通运输用地-12.27%,未利用地1.85%;变化趋势是:耕地逐年向园地流转,园地变化烈度较大,其他各类用地变化不太显著。引起这一变化的主要因素是自然、社会、经济、技术以及政策因素。结合这一变化,针对黄土高原沟壑区的实际情况,在黄土高原沟壑区土地利用经营与管理方面,应重视土地产出效益与粮食安全的关系,在保障区域粮食安全的基础上实现效益最大化。

黄土旱塬冬小麦水分利用效率及相关生理特性研究

采用Li-6400便携式光合测定系统在模拟光照条件下,通过对冬小麦叶片生理指标及其相应环境因子的测定,研究了小麦的生理指标和叶片水分利用效率的动态变化规律及其对环境因子的响应。结果表明:净光合速率日变化呈不明显的双峰曲线,蒸腾速率日变化呈明显的倒"U"型曲线,且不同生育期两者峰值出现的时间不同。拔节期环境因子对生理指标的影响要比灌浆期明显的多。光合有效辐射和CO2浓度是对净光合速率和叶片蒸腾速率影响最强烈的环境因子。在小麦整个生长过程中,温湿度对气孔导度的影响在逐渐增大,对胞间CO2浓度的影响也比较明显。小麦叶片水分利用效率的日变化呈不明显的双峰曲线,其峰值出现的时间早于净光合速率和蒸腾速率峰值出现的时间。灌浆期日平均WUE比拔节期低30.5%。小麦净光合速率、蒸腾速率和气孔导度三者之间极显著相关,叶片温度与气孔导度显著负相关。

黄土丘陵区退耕撂荒地土壤微生物量演变过程

土壤微生物量是表征土壤生态系统中物质和能量流动的重要参数,研究黄土丘陵区坡耕地撂荒后微生物量及其活性的变化过程对认识该地区生态恢复过程中土壤质量的演变及其效果评价具有重要意义。【方法】采用时空互代法,以典型侵蚀环境纸坊沟流域生态恢复过程中不同年限的撂荒地为研究对象,选取坡耕地和天然侧柏林为参照,通过室内测试分析,并运用统计和相关分析等方法,研究坡耕地撂荒后土壤微生物量、呼吸强度、代谢商(qCO2)及土壤理化性质的演变特征。【结果】侵蚀环境下的坡耕地土壤微生物量含量偏低,土壤理化性质较差,撂荒后理化性质得到显著改善,微生物量碳(Cmic)在撂荒1a后显著增大,前7a较为剧烈,增幅较大,随后呈波动式上升,50a达到最大值;微生物量氮(Nmic)在撂荒初期增长缓慢,40a时才达到显著水平,微生物量磷(Pmic)在撂荒初期显著降低,5～7a达到最低值,随后逐渐上升,20～25a时和坡耕地没有显著差异,50a时达到最大值。撂荒50a时土壤Cmic、Nmic和Pmic分别较坡耕地增加166%、146%和52%,但仅为侧柏林的43.42%、45.06%和51.47%。呼吸强度在撂荒初期迅速增加,随后趋于稳定,与侧柏...

黄土高原半干旱区人工林刺槐展叶期树干液流动态分析

应用热扩散式树干茎流计(TDP)于2008年4月26日至5月31日,在黄土高原半干旱区安塞县对人工林刺槐展叶期树干液流及其气象、土壤水分等6个指标进行连续测定。结果表明:刺槐展叶期可分为芽期、展叶初期、中期和全叶期。在芽期,刺槐树干液流速率日变化无明显昼夜波动;在展叶初期至全叶期日变化呈现出从微弱波动逐渐增大到趋于平稳的剧烈波动;在展叶中期以后液流速率表现为上升快、下降缓慢的单峰曲线;在全叶期平均峰值约为0.0027cm.s-1;树干液流速率与光合有效辐射强度、大气温度、水蒸气压亏缺和风速呈极显著正相关,与相对湿度呈负相关,其相关程度依次为光合有效辐射强度>大气温度>水蒸气压亏缺>相对湿度>风速,且可用光合有效辐射强度和大气温度线性表达式来估测;土壤水分在展叶期呈逐渐减少趋势,但对树干液流的胁迫不显著;在展叶期刺槐单株日蒸腾耗水量随直径的增大而增大并与胸径呈良好的线性关系,可用来估算展叶期刺槐人工林蒸腾耗水量。

黄土高原子午岭林区6个典型群落优势种的热值和养分特征

能量流动、物质循环和信息传递共同构成了生态系统三大功能。能量是维持生态系统功能与过程的动力,Jordan(1971)认为能量比干物质更能反映出群落对自然资源(特别是太阳能)的利用情况。Long(1934)率先用热值来表示植物所含能量的多少,此后关于植物热值的研究工作逐渐展开。我国的植物热值研究始于20世纪80年代(杨福囤等,1983;祖元刚等,1986),主要集中在海南(林益明等,2000)、福建(林益明等,2004)、广东(任海等,1999)和浙江(郝朝运等,2006)等热带亚热带植物群落以及内蒙古羊草草原(鲍雅静等,2003),但有关黄土高原地区的植被热值研究尚未见报道。子午岭林区是黄土高原主要的天然次生林区,其植被主要是在弃耕地基础上逐渐恢复起来的(邹厚远等,2002)。由于自然因素与人为因素的影响,子午岭的植被在恢复时间上存在较大差异,形成了处于不同演替阶段的各种植被群落类型。本研究选取的6个代表性植被群落分别是沙棘(Hippophae rhamnoides)群落、山杨(Populus davidiana)群落、白桦(Betula platyphylla)群落、油松(Pinus tabulaeform...

黄土丘陵植被恢复过程中土壤种子库萌发数量特征及动态变化

采用野外定点采样与室内土壤种子萌发试验相结合的研究方法,选取黄土丘陵区典型草原带宁夏固原地区不同植被恢复年限(2,5,12,24,35,55,75 a)及当年农地(对照)的8个样地,研究该区土壤种子库萌发数量特征及动态变化。结果表明,8个不同植被恢复年限样地土壤中可萌发的种子的平均数量为3542.5粒/m2,可萌发种子以双子叶植物为主,约占萌发总数的90%。0~5 cm土层可萌发种子数量变化于166.7~9100.0粒/m2;5~10 cm土层变化于133.38~2120.02粒/m2。土壤中可萌发种子数量随着恢复年限的增加表现先增加后下降的趋势。土壤中可萌发的种子数量随时间的变化近似单峰型,双子叶植物峰值主要出现在第4~6周,而单子叶植物萌发高峰在5~6周。表明在环境,气候等条件适宜时,黄土丘陵区典型草原带可萌发的土壤中的种子可形成萌发高峰。

黄土丘陵区植被次生演替灌木初期的土壤养分特征

对黄土丘陵区植被次生演替灌木初期的土壤养分特征进行了研究。结果表明:灌木初期土壤养分含量总体上表现出0~20 cm土层明显高于20~60 cm土层,而20~40 cm和40~60 cm间无显著差异。0~60 cm土壤深度内,土壤养分因子含量平均值变化范围分别为:有机质4.66~9.83 g.kg-1,全氮0.33~0.61 g.kg-1,全磷0.49~0.52 g.kg-1,有效氮21.56~41.80 mg.kg-1,有效磷0.73~1.31 mg.kg-1,有效钾58.31~102.01 mg.kg-1。灌木初期的土壤养分条件略好于草本阶段,说明植被演替草本阶段对土壤的培肥作用为群落向灌丛演替阶段发展提供了一个较好的土壤养分环境。灌木初期不同,灌木树种间的土壤养分条件存在一定差异,表明不同灌木树种定居所需适宜的土壤养分条件也不同;灌木初期除土壤全磷外,其他各养分因子间均表现出极显著线性相关关系(P<0.01)。

黄土丘陵区不同坡向及坡位草本群落生物量及多样性研究

以黄土丘陵区纸坊沟流域内的大范家沟阴阳坡和拐沟阴坡坡面主要草本群落为研究对象,分析不同坡向及坡位的草本群落盖度、地上生物量及物种多样性关系。结果表明,阴坡草本群落的物种20多种,较阳坡高30%。阴阳坡面上草本群落生物量和盖度从坡下至坡上逐渐减小。在水分和养分条件好的地段均有灌木入侵。阳坡Margalef和Menhinick丰富度指数均随坡位升高而降低;而阴坡Mafgalef指数随坡位升高而降低,Menhinick指数却随坡位升高而增大;3个均匀度指数和多样性指数在阴阳坡均随坡位的升高而减小。不同坡位引起的植被盖度、Margalef丰富度指数和Alatalo均匀度指数存在显著差异(P<0.05)。坡位与Margalef丰富度指数和Alatalo均匀度指数呈显著相关(P<0.05),与Shannon-wiener多样性指数呈极显著相关(P<0.01)。描述或评价群落多样性、丰富度及均匀度时,应多选几个指标参数,避免单一指标带来的片面性。掌握草本群落自身喜阴阳特性、生境特征、植被组成及多样性特征,充分认识植被演替条件和演替规律,对指导该区植被和生态系统恢复与重建具有重要意义。

黄土丘陵区退耕地先锋群落演替过程中细根特征的变化

采用空间序列取代时间序列的方法,对退耕时间分别为2、4、6和8年的退耕地群落细根特征进行了分析,以探讨退耕地植被演替过程中细根特征在土壤剖面上的变化及其在演替过程中的作用.结果表明:(1)群落细根根长密度和根面积密度随植被演替显著增加;比根长、比根面积和地下/地上生物量也有增加趋势;细根平均直径随植被演替波动,但有减少趋势;(2)在土壤剖面上根长密度、根面积密度和根系生物量均随土壤深度的增加而降低.其中超过63%的根长、61%的根面积和72%的生物量分布在0～20cm的表层土壤中;(3)根径级统计表明,多数细根直径在0～0.5和0.5～1.0mm之间,这两级细根长度占细根总长度的80%以上;(4)逐步回归分析表明,植被演替过程中细根特征的变化主要与土壤有效氮(第2年)、有效磷(第2～8年)和土壤水分(第8年)的含量有关,且随着植被演替,2～6年退耕地中细根特征与土壤资源正相关,而第8年中二者呈负相关.这可能与植物生长对资源的需求与土壤提供资源的能力之间的平衡有关.研究表明,退耕地植被演替过程对土壤资源有一定影响,尤其是土壤水分含量显著减少;而土壤水分等土壤资源的变化又对群落产生影响,导致茵陈蒿先锋群落向地带性...

子午岭植被恢复对土壤饱和导水率的影响

通过对子午岭林区不同植被的土壤性质进行实验室测定和野外调查,对饱和土壤水分运动的重要参数之一土壤饱和导水率(Ks)及其相关因子进行了多元分析和通径分析,揭示了植被恢复提高土壤水分传输性能的机理,主要结论如下:土壤有机质是子午岭林区九种植被下土壤饱和导水率提高的主要驱动因子。不同植被下的土壤饱和导水率均随深度的增加而迅速降低,尽管草地和先锋草地在5～10cm深度有一强透水层。土壤饱和导水率在剖面上的平均值,从辽东栎、早期森林、灌丛、先锋草地、弃耕地到草地依次降低。灌丛与草地、弃耕地的差异达到显著水平,辽东栎顶级群落的饱和导水率最高,植被的恢复明显提高了土壤饱和导水率。土壤容重、毛管孔隙度、>0.25mm团聚体含量及粘粒含量直接影响土壤饱和导水率。土壤有机质含量的提高能够改善容重、毛管孔隙度、团聚体含量等物理性质。