黄土塬区三种豆科牧草的土壤养分剖面分布特征与平衡

为了解豆科牧草短期种植对土壤养分环境影响的进程和规律,通过田间试验对沙打旺、苜蓿和胡枝子等3种豆科牧草以不同密度单播、混播对土壤有机质、全氮、全磷剖面分布和平衡输出的影响进行了定性和定量分析。所有处理土壤全氮和有机质含量在土壤剖面2m深度范围内均呈典型的"S"形分布,全磷呈抛物线形分布。单播牧草固氮能力与播种密度呈正相关;苜蓿固氮能力最强,高密度下表观生物固氮量达507.5kg·hm-2。沙打旺生长1年可使土壤有机质平均净增3.51%。沙打旺和苜蓿全磷平均输出比率分别为43.14%和40.24%,显著高于胡枝子(23.74%);胡枝子与沙打旺、苜蓿的两两混播处理和3种牧草混播处理平均全磷输出比率分别为20.73%、26.33%、25.83%。试验结果表明,3种豆科牧草均可显著提高土壤有机质累积,沙打旺和苜蓿对土壤全氮和全磷的消耗显著大于胡枝子,但前两者的固氮能力也强于后者。以适当密度进行的不同牧草混播处理由于种间良性竞争和共生协调作用可优化混播群体对土壤养分的消耗利用。

有限元子域法分析土石混合介质的饱和导水率

在黄土高原水蚀风蚀交错地区,碎石的存在影响着土壤的水力学特性,因此研究土石混合介质的渗流运动对该地区的植被恢复建设具有重要的指导意义。虽然用有限元法分析地下水渗流的工作很多,但对土石混合介质而言,由于有限元法的解题规模迅速增加,其研究甚少。本模型采用子域法矩形单元,假定土石体中石块含量增加不影响土的孔隙率且石块不透水分析了土石混合介质中的渗流过程。结果表明,影响土石混合介质饱和导水率的主要因素是土石介质的含石率;石块的大小基本不影响混合介质饱和导水率;石块分布方式增加水流路径时,会影响混合介质饱和导水率。这一数值分析结论与土石体渗流问题的部分理论结果和试验结果吻合良好。本模型子域法计算效率高,结果较准确,可用于较大规模的土石混合介质渗流分析,还可推广用于土石混合介质的三维分析和多级子域法有限元技术以获得更大规模的解题效果。

黄土塬区10m深剖面土壤物理性质研究

土壤水分是影响黄土高原植被生长和生态环境建设的主要因素。已有对黄土高原土壤的持水性能、水分有效性能与移动性能、黄土高原环境的旱化与黄土中水分关系等方面的深入研究[1,2],也有小流域内土壤水分物理性状与地形和利用条件之间关系的具体分析[3,4]。但是这些工作所涉及的土壤剖面深度多为2 m或3 m,深层土壤水分物理参数研究还少有报道。而对于具有深厚土层的黄土塬区,高产农田与多年生林草地在土壤深层产生了不同程度的干燥化[5~7],土壤干燥化的深入探讨需要与剖面土壤物理性质相关联。为此,有必要对植物根系伸展范围以至更深层次的土壤质地、容重、水分特征曲线、饱和导水率、田间持水量以及萎蔫湿度等土壤物理性质进行测定,分析其垂直变化及不同层次的相关性,为土壤深层水分生态和运动规律研究提供基础参数。1材料与方法1·1研究区概况野外测定点位于陕甘交界处的中国科学院长武农业生态试验站的黄土塬面上。所在区域为典型的黄土高塬沟壑区,属暖温带半湿润大陆性季风气候,年平均气温9·1℃。降水年际变异大,多年平均降水量为584·1 mm,主要集中在7月至9月,约占全年降水量的55%以上。塬地主要土壤类型为黑垆土,母质为马兰黄土,非饱和层深厚...

黄土丘陵区封禁对侵蚀土壤微生物生物量的影响

采用时空互代法,以典型侵蚀环境纸坊沟流域不同封禁年限的狼牙刺群落和杂灌群落为研究对象,选取放牧地和天然次生林为参照,分析了生态恢复过程中土壤微生物生物量、呼吸强度、代谢商及理化性质的演变特征。结果表明,封禁后土壤理化性质明显改善;微生物生物量随封禁年限的延长变化显著,阳坡随封禁年限增加土壤微生物生物量逐渐增加,25 a后微生物生物量碳、氮、磷较封禁前分别增加252%、161%和174%,但显著低于天然侧柏林,仅为其39.0%、41.8%和53.7%;阴坡封禁前10年微生物生物量迅速增加,随后增加幅度减缓,呈波动式缓慢上升趋势;封禁25 a后微生物生物量碳、氮、磷分别增加108%、93%和102%,但明显低于天然杂灌丛群落和辽东栎林,仅为辽东栎林的54.4%、49.1%和40.1%。土壤呼吸强度在封禁5 a后增大明显,且随着年限增加逐渐上升,阳坡25 a时达到最大值,而阴坡15 a时达到最大值,随后开始有所下降,25 a后降至最低点,但仍显著高于放牧地,相同封禁年限的土壤呼吸强度阴坡明显高于阳坡。qCO2随着封禁进程逐渐降低,25 a后达到最低值。相关性分析显示微生物生物量碳、氮、磷、呼吸强度、qCO2与土壤养...

黄土丘陵区典型群落特征及其与环境因子的关系

研究了安塞县黄土丘陵区4种典型群落分布、物种多样性、生物量变化与环境因子的关系。结果表明,所选群落的盖度和地上、地下生物量随退耕年限增加而明显增加,土壤水分、粘粒含量也有增加趋势;典范对应、多元回归和通径分析表明,群落的分布及变化受环境因子综合影响,土壤有机质、恢复年限、粘粒含量、坡向、海拔、硝态氮含量等是影响退耕地典型群落特征及分布的主要因子;土壤全磷含量对生态优势度,有机质、全氮含量分别对地上、地下生物量有最大正效应。本研究为黄土丘陵半干旱区退耕地植被恢复重建提供了理论依据。

刺槐林地土壤水分与林下植物群落生物量的关系

通过样地调查,对比研究了不同林龄刺槐林地和撂荒地土壤水分年际变化特征及样地生物量特征。结果表明,刺槐林地土壤水分含量及储水量随林龄增长降低,过熟林的剖面含水率接近凋萎湿度;0—140 cm土层生长季土壤水分变异系数遵循过熟林>成熟林>幼龄林>撂荒地的规律,而140—500 cm土层则基本与上述规律相反。成过熟刺槐林下植物群落地上部生物量略高于撂荒地,土壤水分与地上部生物量仅存在微弱的负相关关系。说明刺槐生长虽然消耗了大量土壤储水,但未显著降低林下植物群落的生产力。研究表明,将刺槐作为先锋树种用于黄土高原森林草原区的植被恢复有助于迅速形成植被覆盖,发挥刺槐林的水土保持功能。同时,林下植物群落的健康发育可以保证刺槐衰退后的生态系统持续稳定地发挥其生态功能。

黄土高原不同密度刺槐(Robinia pseudoacia)林地水分生产力与土壤干燥化效应模拟

应用WinEPIC模型模拟研究了1957~2001年期间黄土高原半湿润区长武和半干旱区延安不同密度刺槐(Robinia pseudoacia)林地水分生产力演变规律和深层土壤干燥化效应。结果:(1)长武和延安高密度(6000株/hm2)、中高密度(4500株/hm2)、中低密度(3000株/hm2)和低密度(1500株/hm2)等4种处理刺槐林地逐年生物量模拟值均呈现快速增加、达到最大值后又逐年波动性降低的变化趋势,林地密度越高早期逐年生物量越高,后期逐年生物量差异缩小,两地均以低密度处理逐年生物量平均值和累积生物量模拟值最高;(2)4种密度处理45年生刺槐林地年均耗水量值基本相等,长武和延安分别为603mm和566mm,但生长前期年耗水量明显高于后期,并高于同期年降水量,林地密度越高前期耗水量越高,中期以后各密度处理耗水量基本接近且波动趋势基本一致,林地密度越高干旱胁迫程度越重;(3)模拟生长初期,4种密度处理刺槐林地0~10m土层逐月土壤有效含水量均呈现强烈的波动性降低趋势,长武各密度处理刺槐林地分别在7~23年生、延安分别在7~17年生之后逐月土壤有效含水量均在0~200mm较低水平上随降水量变化而波动..

黄土丘陵沟壑区林地水文生态效应

根据安塞水土保持试验站1993～2002年林地径流小区的降雨产流产沙的定位观测资料及2002年土壤含水量资料,分析了不同树种对坡面尺度降雨产流产沙及土壤水分的影响。结果表明:场降雨径流小区的产流量、产沙量与降雨量具有较好的相关性;多元回归分析表明,场降雨产流量和产沙量与降雨量和最大30min雨强的乘积呈正相关,与植被覆盖度呈负相关,场降雨产沙量回归方程复相关系数为0.253,各处理场降雨产流量回归方程复相关系数的变化范围为0.465～0.723,均达到了极显著的水平(P<0.01)。同时,各树种均具有良好的减流减沙功能,与农地相比,年均产流量和产沙量分别减少4.8%～52.9%和26.8%～86.0%;沙棘纯林及其混交林的减流减沙效益优于油松纯林。同时,沙棘纯林及其各混交林在造林初期就表现出良好的减流减沙效益,随着树龄的增长,其作用更加明显;而油松纯林在造林初期作用不明显,甚至出现产流量和产沙量大于农地的现象,但随着树龄的增长,减流减沙作用逐渐呈现并增大。沙棘纯林及其混交林30cm以下土壤含水量在整个生长季中均呈递减趋势,生长季初(4月份)土壤含水量最高,而生长季末(10月份)降到最低值。2002年沙棘纯林的...

陕北黄土丘陵沟壑区城郊农村土地利用变化定量分析

以典型黄土丘陵沟壑区——延安市赵庄村为例,选取土地利用动态度、土地利用趋势状态指数、土地利用景观指数等指标,对村庄尺度上的土地利用变化进行了定量分析。结果表明,6 a来,研究区土地利用发生了较大的变化,主要以耕地的减少和未利用土地的增加等变化为主;未利用土地、居住及建设用地、林地、灌草地以不同程度增加,其动态度大小依次为43.92%,15.35%,0.33%,0.17%;而耕地、果园、水域则以不同程度减小,动态度大小依次为7.45%,3.79%,0.20%;耕地、果园、水域呈"落势"状态,而未利用土地、居住及建设用地、林地、灌草地呈"涨势",朝着规模增大的趋势发展;斑块数与斑块密度增加,优势度指数与偏离度指数减小,多样性指数、均匀度指数和破碎度指数都有不同程度的增大。