黄土丘陵区草灌植被的减沙效益及其特征

利用人工模拟降雨,对白羊草和铁杆蒿草地,柠条和沙棘灌木林地以及对照区(油松林地、裸地和农地)的产沙及其特征进行试验研究。结果表明,影响侵蚀产沙的主要因子有下垫面、坡度、雨强和植被盖度等。草灌植被具有良好的保持土壤功能。不同地类产沙量大小依次为乔木林地<灌木林地<草地<裸地<农地,其宏观产沙比为1:2:3:5 0:150,其产沙比视雨强和坡度而有变化。陡坡农地是侵蚀产沙的主要来源,退耕还林还草是保持水土和减少泥沙的有效措施。坡度和雨强对产沙有显著的影响,其中尤以雨强效应为甚。为有效保持水土,草地植被盖度通常应不低于50%-60%。对草地产沙过程的研究表明,通常降雨初期产沙量较大,以后随着时间的延长而递减,其累积产沙量(R)随着时间(t)的变化符合幂函数方程:R=a+bt^c。     

不同植被措施对露天煤矿排土场边坡径流产沙影响

以内蒙古准格尔旗永利露天煤矿排土场边坡为研究对象,采用野外放水冲刷的试验方法,研究不同放水流量下（5,10,15,20 L·min^-1）沙打旺（Astragalus adsurgens Pall）条播、沙柳（Salix cheilophila）方格+沙打旺撒播、沙打旺撒播、草木樨（Melilotus suaveolens Ledeb）撒播和紫花苜蓿（Medicago sativa）撒播等植被措施对边坡径流产沙的影响。结果表明：植被措施坡面入渗率较裸地增大7.55%~192.19%,沙打旺条播和沙柳+沙打旺撒播的入渗率随放水流量的增加而增大,而裸地、沙打旺撒播、草木樨撒播、紫花苜蓿撒播入渗率随着放水流量的增加先增大后减小再增大。植被措施坡面的径流量较裸地减少0.97%~90.49%。放水流量为5~15 L·min^-1时,沙打旺减水效果最好,流量为20 L·min^-1时,撒播紫花苜蓿减水效益最高。各植被措施的径流量与放水流量均呈显著的幂函数关系。植被措施坡面的产沙量较裸地减小63.45%~93.27%,撒播紫花苜蓿的减沙效果最佳,条播沙打旺次之。各植被措施的产沙量与放水流量均呈显著幂函数关系。结果可为风蚀水蚀交错区露天煤矿排土场边坡植被防护措施的优化配置提供科学指导。     

黄土高塬沟壑区植物对土质路蓄水减沙及水力参数的影响

采用野外放水冲刷试验,分析黄土高塬沟壑区种植冰草对道路蓄水减沙及水动力参数的影响。研究结果将为黄土高塬沟壑区沟坡防治与区域生态环境治理提供科学依据与途径。结果表明：当坡度为3°,6°和9°时,植物路平均蓄水量较土质路分别增加13.01%,22.45%和24.60%,而输沙量分别减少45.52%,68.34%和74.22%,道路的入渗率随放水历时呈双曲线型变化;输沙模数与放水流量呈显著线性相关,与流速呈二次函数关系;植物路通过降低流速、提高阻力系数达到减沙目的。     

黄土丘陵沟壑区不同植被类型次降雨产流产沙特征

在甘肃省定西市安家沟小流域以径流小区为研究对象,利用径流场在自然降雨条件下监测所得径流泥沙资料,对不同植被类型的次降雨入渗、产流产沙特征进行了对比研究。结果表明：不同植被类型土壤入渗率均随着雨强的增大线性增大,入渗速率与降雨历时呈幂函数关系。油松林的径流系数（15.97%~19.88%）最大,小麦地（10.91%~17.32%）和沙棘林（9.51%~17.47%）次之,冰草地（4.62%~8.30%）和苜蓿地（6.82%~10.66%）的径流系数最小。径流系数（1%~28%）与降雨量之间符合幂函数关系（P<0.05）。径流含沙量平均值排序依次为小麦地（16.49~22.71 g·L^-1）>苜蓿地（12.66~16.91 g·L^-1）>沙棘林（7.04~11.8 g·L^-1）>油松林（6.95~7.78 g·L^-1）>冰草地（5.53~7.71 g·L^-1）。径流含沙量和土壤侵蚀率均与降雨侵蚀力呈正相关关系（P<0.01）,可分别采用线性函数和二次函数进行定量描述。研究成果可为黄土丘陵沟壑区水土保持优化配置提供参考。     

半干旱典型草原区封育草地土壤结构特征研究

以宁夏固原云雾山自然保护区典型草原为研究对象,采用空间序列代替时间序列的方法,以坡耕地为对照,对封育演替草地百里香(Thymus mongolicus Ronn.)、铁杆蒿(Artemisia sacrorum Ledeb.)、大针茅(Stipa grandis P.Smirn.)和本氏针茅(Stipa bungeana Trin.)群落0~10cm表层土壤水稳性团聚体分布、孔隙度及土壤结构评价指标进行了研究和分析。结果表明:草地实施封育措施能明显改善土壤结构特征,随着草地植被自然演替,土壤的结构稳定性和孔隙状况逐步得到提高;在演替过程中,封育草地土壤的>0.25mm水稳性团聚体含量(WSAC)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和孔隙分形维数(D_p)逐渐增加,团聚体分形维数(D_a)逐渐减少,说明植被演替能促进形成良好的土壤结构;同时,土壤结构影响因素随着草地植被演替过程表现出有机碳含量显著增加,容重显著降低,毛管孔隙度逐渐增大,非毛管孔隙度逐渐降低。本研究还比较了多项土壤结构评价指标,表明与MWD和GMD相比,指标WSAC(>0.25mm)、D_a及D_p能更好地反映出各封育草地群落之间土壤结构的差异,并与大部分影响因素具有相关关系,适宜作为该地区土壤结构的评价指标。     

杜鹃灌丛草地土壤容重与水分特征对不同休牧模式的响应

以土壤容重与土壤水分特征为主要指标,研究了祁连山高寒杜鹃灌丛草地对全生长季休牧(分枯草期重牧与枯草期轻牧)和传统夏季休牧(重牧)的响应。结果表明,随着土层深入,休牧杜鹃灌丛草地土壤呈容重增大、含水率减小、有机质含量降低的基本变化态势;休牧杜鹃灌丛土壤异质化明显,灌丛冠幅下土壤容重小于灌间土壤,土壤水分大于灌间;6月的土壤容重较8和10月的小,而土壤含水率高;高寒杜鹃灌丛草地土壤含水率与土壤容重间呈极显著的负相关关系,与土壤有机质间呈正相关关系;与传统夏季休牧相比,全生长季休牧的杜鹃灌丛草地灌间畜蹄践踏小径的宽度、深度和面积显著减少,土壤紧实度降低,土壤含水率升高,有效改善了土壤功能;枯草期的高强度放牧降低了全生长季休牧对杜鹃灌丛草地土壤状况的有效恢复;研究证实合理的休牧时期确定与利用强度控制是实现退化高寒杜鹃灌丛草地土壤功能修复的关键。     

九寨沟马脑壳金矿山优势草本植物生物量的垂直分布格局

于2008年通过对矿山开采区、排渣区(包括排土区)同生境原生草地植被调查的基础上,选择糙野青茅(Deyeuxila scabrescens (Griseb.) Munro)、羊茅(Festuca ovina L.)、四川嵩草(Kobresia setchwanensis Hand.-Mazz.)、白顶早熟禾(Poa acroleuca Steud.)、垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)等5种优势乡土草本植物,研究其生物量垂直空间分布格局,为矿山生态恢复效果、多样性评价及物种筛选等提供基础数据。结果表明:在调查区内,D.scabrescens和F.ovina分布的范围广、盖度高(分别为18.86%和15.29%)、其生物量(分别为2003.74 kg·hm^-2,1507.42 kg·hm^-2)也高。5种草本生物量大小排序为D.scabrescens>F.ovina>K.setchwanensis>P.acroleuca>E.nutans,其地上生物量与地下生物量均呈极显著正相关(P<0.01)。总体上看,草本总生物量随海拔的升高呈现出先增大后减小的趋势,5种优势草本生物量与海拔显著相关(P<0.01),但各优势种生物量大小随海拔变化关系不尽一致;草本生物量随坡度变化较大,坡脊生物量较坡谷低;草本盖度随季节有一定的变化。因此,矿山生态恢复过程中恢复物种的搭配应考虑物种生长季节的变化,增加物种多样性以及系统稳定性;同时应注意有效利用矿山资源。     

松嫩草地羊草种子发育进程、休眠特性及与盐碱耐性关系的研究

羊草(Leymus chinensis)是禾本科赖草属根茎型优质禾草,不但营养价值高、适口性好,而且具有较强的耐旱、耐寒和耐盐碱性。羊草既是东北松嫩平原的优势种,也是干旱与半干旱地区建植人工草地的优良草种。近年来,随着畜牧业的发展及生态环境治理力度的加大,人工羊草草地不断建植,为此,人们对羊草种子的需求量与品质的要求也越来越高。本文通过研究羊草种子的发育进程、休眠特性及与盐碱耐性的关系,一方面明确羊草种子的最适宜收获时间,为农业生产上收获高品质羊草种子提供科学依据,另一方面挖掘羊草种子的发芽潜能、深入解析抗逆机理,为提高其利用率及抗逆新品种的选育提供理论基础。主要研究结果与结论如下:(1)通过对羊草种子发育动态的研究结果表明,羊草种子在发育过程中,随着成熟度的不断提高,种子的颜色由绿色变为浅绿色,再变成黄色,最后变为棕黑色。种子千粒重不断增加,在盛花后33 d达到最大值,之后趋于恒定。含水量与种子浸出液电导率则呈下降趋势,含水量在盛花后36 d达到最小值,而2个试验年份电导率值有所差异,分别在盛花后27和30 d达到最小值。标准发芽试验结果显示,羊草种子在盛花后39 d发芽率最高,此时种子的开始发芽时间、50%种子发芽时间、发芽势等指标均为最优。尽管加速老化试验的发芽指标与标准发芽试验略有差异,但是盛花后39 d的种子同样具有最强的抗老化能力。上述试验结果表明,盛花后39 d羊草种子活力最高,品质最佳,是种子最适宜的收获时间。 (2)不同成熟度的羊草种子对土壤埋深与盐碱胁迫具有不同的响应方式。羊草种子出苗与其后的幼苗生长能力随着种埋深度的增加而降低,1 cm是最适宜的播种深度,此时的出苗率最高、出苗时间最短,并且叶片与根系长度与生物量最大;另外不同成熟度的羊草种子表现出不同的出土成苗能力,盛花后39 d的羊草种子活力最大,其上述各项幼苗生长指标均为最优。种子的成熟度与盐、碱胁迫及其交互作用显著影响羊草种子的发芽率与发芽势,盛花后39 d的羊草种子在胁迫下具有最高的发芽率与发芽势,特别是在高浓度(400 mM)盐胁迫下,尤为明显。复萌试验结果显示,盛花后39 d的羊草种子在盐碱胁迫(特别是高盐环境)解除后同样具有最高的发芽率。上述结果表明,尽管不同成熟度的羊草种子均具有发芽能力,但是盛花后39 d的羊草种子出苗及抵御盐碱胁迫伤害的能力最强,这也进一步支撑了39 d是羊草种子适宜收获时间这一结论。另外羊草适宜浅播,1 cm是其最适宜的播种深度。 (3)通过人工手段处理可以明显打破羊草种子的休眠特性。研究结果表明,除了热水浸种处理外,其余方法如浓硫酸、冷层积、PEG,GA₃,KNO₃及清水浸种均能一定程度上提高羊草种子的发芽率,发芽速率、开始发芽时间及50%种子发芽时间。但是在生产实际中,既要考虑高效性也要考虑经济耗费,结合本试验的研究结果,我们推荐在生产中采用低温浸种20 d的方法来打破羊草种子的休眠,提高其发芽率。 (4)稃是抑制羊草种子萌发的重要因素,但同时也一定程度提高了种子的抗盐性。通过测定稃对羊草种子吸水、脱水、不同温度条件下的发芽响应以及不同持续时间盐胁迫对种子发芽的影响,结果发现稃可以显著提高羊草种子的吸水量,并同时减缓种子在干旱环境下的脱水速率,使种子不会过度脱水而死亡。稃、不同温度处理及两者交互作用显著降低羊草种子的发芽率与发芽速率,表明稃对羊草种子萌发具有一定的抑制作用。在不同持续时间的盐胁迫处理下,未萌发的带稃种子复萌率均高于去稃种子,特别是在长时间及高盐胁迫下尤为明显,表明稃对羊草种子耐盐性起着重要的调节作用,一旦雨水、融雪等条件降低了土壤盐浓度,带稃种子就可以继续萌发出土。 (5)20~30℃是羊草种子最适宜的发芽温度,高温、低温均显著降低种子的发芽率与发芽速率,并且此温度可一定程度上减缓盐胁迫与碱胁迫对种子发芽的抑制效应。随着盐、碱胁迫浓度的增加,羊草种子发芽率与发芽速率均呈下降趋势,且在碱胁迫下的下降幅度更大。在盐胁迫下,当盐浓度<200 mM时,低温是影响种子萌发的主要因素,随着盐浓度的不断增加,高温则更加剧了盐胁迫对种子萌发的抑制作用;而在碱胁迫下,即使碱浓度较低,高温与其交互作用也大大加剧了对种子发芽的抑制。盐胁迫下未萌发的羊草种复萌率随盐浓度增加而增加,而在碱胁迫下则随着碱浓度增加呈先上升后下降的趋势,高浓度碱胁迫使羊草种子失去活力而死亡,并且碱胁迫下种子的复萌率低于盐胁迫,25~35℃同样不利于种子的复萌。幼苗生长对温度与盐碱胁迫交互作用的响应方式与发芽阶段相似,20~30℃同样是最适宜温度;另外,盐碱胁迫均对羊草幼苗根生长的抑制作用更强。基于以上研究结果,我们建议在初夏(7月上旬),高降雨过后,温度与土壤条件适宜的情况下进行播种,以提高羊草种子的发芽率,更好的达到恢复退化草地的效果。 (6)在混合盐碱胁迫下,羊草种子的发芽率与发芽速率均随着盐浓度的增加不断下降,且碱性盐比例越大下降越明显。在250 mM盐浓度下,无碱性盐的A组处理发芽率为6.5%,而其余5组处理发芽率均为0。羊草幼苗生长阶段同样受盐浓度、pH及2者交互作用影响,并且根系对胁迫伤害更敏感,所受抑制作用更强。逐级回归分析结果表明,在种子萌发阶段,盐浓度是羊草种子在混合盐碱胁迫下能否萌发的决定性因素,而一旦胚根突破种皮进入幼苗生长阶段,pH就转变为主导因素。上述研究表明,混合盐碱胁迫对羊草种子萌发与早期幼苗生长阶段的抑制机理有所不同,其中高盐浓度与高pH的交互作用对种子萌发与幼苗生长的抑制效应最强。 (7)盐胁迫与碱胁迫均显著降低羊草幼苗的长度、鲜重与含水量,且碱胁迫抑制作用更强。2种胁迫均造成羊草幼苗Na⁺浓度与Na⁺/K⁺升高,并且K⁺浓度下降,但是在碱胁迫下,Na⁺ 浓度、Na⁺/K⁺上升幅度与K⁺下降幅度均大于盐胁迫。另外,在盐胁迫下,羊草幼苗大量积累Cl^-,有机酸含量变化不大;而在碱胁迫下,Cl^-,NO₃^-与H₂PO₄^-均呈下降趋势,而有机酸则大量积累,其中苹果酸、柠檬酸是主要的有机酸组分,可溶性糖是羊草幼苗在两种胁迫下共同的渗透调节物质。上述结果表明,碱胁迫由于具有高pH,对羊草早期幼苗生长的抑制作用更强,Cl^-与有机酸积累特征的差异表明羊草早期幼苗在盐胁迫与碱胁迫下具有不同的适应策略。     

生物多样性与地形及土壤因素对坡面产流产沙的耦合影响

生物多样性关系到生态系统的功能,而坡度和土壤因素是影响坡面产流产沙的重要因子。本研究基于黄土丘陵区生物多样性,并引入坡度、降雨前土壤含水量和土壤容重,探究其与坡面产流产沙总量的耦合关系。通过野外人工降雨试验,记录草本、灌木和乔木群落下的产流时间和产流产沙总量,并开展土壤植被调查。结果表明,与草本和乔木群落相比,灌木群落在延长产流开始时间和降低产沙总量上表现更优;植被群落功能离散度指数(FDiv)对产沙总量影响最大,Simpson指数(D)对产流总量影响最大,坡度仍然是不可忽视的第二重要影响因素;产流总量与坡度、土壤容重、D和功能丰富度指数(FRic)的回归关系优于产流总量分别与其的回归关系;产沙总量与坡度和FDiv指数的回归关系优于产沙总量分别与其的回归关系。植被保护与坡度改善将是该区水土保持规划工作的重点。     

祁连山东段高寒草甸模拟放牧下的坡面土壤水蚀特征

本研究在祁连山东段高寒草甸草原采用人工模拟降雨和模拟放牧测定其坡面产流产沙过程,旨在为高寒草甸的水源涵养功能评价及以防止水土流失为前提的草地合理利用提供基础资料。结果表明：从未放牧到重度放牧径流出现的时间逐渐缩短;相较于未放牧,从轻度放牧到重度放牧的高寒草甸平均径流量分别增加150.00%,600.00%,2 200.00%,平均产沙量分别增加170.59%,535.29%,694.12%,且降雨强度对径流量的影响高于对产沙量的影响;相较于重度放牧,未放牧、轻度放牧和中度放牧3种放牧强度的平均保水效益分别为67.06%,46.04%,28.08%;固土效益分别为88.54%,70.23%,38.73%;高寒草甸的减水减沙效益与雨型具有密切关系,相关系数分别为0.967和0.961,保水效益和固土效益间有极显著的相关性,相关系数为0.995。从维持水源涵养功能的角度来说,中度以下的放牧强度是相对安全的。     

黄土高原侵蚀区生物结皮的人工培育及其水土保持效应

探讨生物结皮的人工培育技术,并对其发育初期的水保功能进行评价。结果表明:撒播粉碎后的自然生物结皮,培育1个雨季即可形成盖度高达30%-60%的人工生物结皮,其主成分不变;人工生物结皮具有较好的水保效应,其中室内培育的生物结皮在坡度5°、雨强46.8mm°h^-1、历时1h的模拟降雨条件下可减少49%-64%的径流,消除土壤侵蚀;同条件下野外培育的生物结皮在无植被时对径流影响不明显,但全年可减少26%的土壤侵蚀,有柠条植被时全年可减少11%的径流和39%的土壤侵蚀;在黄土高原侵蚀区以人工生物结皮进行大规模的水保治理成本较低,切实可行。     

锡林河流域退化草地植被恢复措施及水土保持效应研究

以内蒙古北部锡林河流域退化草地为研究对象,通过对围栏封育、免耕补播、旱作人工草地、灌溉人工草地和灌溉饲料地5种措施作用下植物生长状况、土壤水分保持作用、抗风蚀能力的试验研究。结果表明:围栏封育、免耕补播在恢复退化草地植被、提高生产力方面效果显著,是退化草地生态修复的主要措施;适地实施旱作人工草地、灌溉人工草地和灌溉饲料地面积各1hm~2,可置换出退化草地面积分别为10hm~2,18hm~2和79hm~2;通过灰色关联度进行效益评价,各种植被恢复措施之间的综合效益差异不明显,植被恢复措施实施后,综合效益均达到较高水平。     

不同下垫面每次降雨水土流失特征及影响因素分析

研究了不同下垫面每次降雨产流产沙特征及其与降雨、降雨前期条件的内在关系。结果表明,百喜草覆盖和敷盖处理的产流产沙均远小于对照处理,相对对照处理,减水率在95%以上,减沙率在99.9%以上。影响百喜草覆盖和敷盖处理产流、产沙的最主要因素为降雨量,其次为降雨历时。同时,在影响百喜草覆盖和敷盖处理产沙因素中,产流影响显得更密切,也更直接。而对于对照处理,影响产流、产沙的最主要因素为降雨量和降雨强度,而且降雨量主要影响产流,降雨强度则主要影响产沙。     

桑树作水土防护经济林的研究

桑树是多年生乔木树种，具有良好的水，土保持性，是优秀的造林造树种之一，结合退耕还林，因地制宜地营造桑树水土防护经济林，把治理环境和发展经济结合起来，有利于增加农民收入。     

1995—2014年青藏高原水源涵养功能时空演变特征及其驱动力分析

青藏高原作为世界第三级,其水源涵养功能面临全球变暖压力,但其时空演变特征及影响因素还需深入研究。本文基于InVEST模型并结合土地覆盖产品,借助相关性和趋势分析等方法,评估了青藏高原产水、径流和水源涵养量的时空演变特征,及其对环境因子的响应。结果表明：青藏高原水源涵养量空间异质性明显（范围为0~1 700 mm）。高寒草原（0.49 mm·a^-1）和高寒草甸（1.92 mm·a^-1）生态系统水源涵养量均表现为逐年增加,而森林则相反（-5.39 mm·a^-1）。水源涵养量在空间上呈现出自雅鲁藏布江河谷向西北逐级递减。驱动力表明水源涵养对土壤湿度最为敏感（0~10 cm：slope=5 327.53,P<0.05;10~40 cm：slope=2 110.42,P<0.05）,而地形对不同生态系统水源涵养量有不同影响,在一定坡度范围内（0~20°）,水源涵养量随着坡度增大而增加。本文强调森林水源涵养呈现出退化趋势,今后需加强对该生态系统水资源的保护。     

草原植被利用强度对水土流失影响的研究

1999年5－9月在锡盟东乌旗贺斯格乌拉牧场进行了草原植被不同利用强度对水土流失影响的研究,试验表明,草原植被的利用强度与水土流失密切相关,例如8月21日的降雨量为23．8mm,对照区的清水径流量为1925．93m^3/km^2,土壤侵蚀量为4．92t/km^2,轻度利用区分别为3014．10m^3/km^2和6．0k/km^2,中度利用区分别为3864．77m^3/km^2和8．12t/km^2,重度利用区分别为4709．34m^3/km^2和13．04t/km^2,除植被因素外,降雨强度,降雨量以及地形都影响水土流失的多少。     

干草原植被利用强度对水土流失影响的研究

2000年6－9月在内蒙古多伦县草原工作站所属的一个牧场进行了草原植被利用强度对水土流失影响的研究。试验结果表明，草原植被利用强度与水土强度与水土流失密切相关。例如，8月27日的降雨量为21．72mm，对照区的清水径流量为934.19m^3/km2，土壤侵蚀量为1．84t/km^2；轻度利用区分别为1421．61m^3/km2和3．17t/km^2；中度利用区分别为1589．36m^3/km25和7．36t/hm^2，重度利用区分别为1827．78m^3/km2和9.95t/hm^2。除植被因素外，降雨量，降雨强度以及地形、土壤类型都影响水土流换多少。     

国内水土保持型草本植物的研究与应用现状

回顾了国内关于具有优良水土保持性能的草本植物的系列研究,认为当前筛选出的水土保持型草种主要集中于禾本科,也包括豆科、桑科的少数种;其应用范围多见于公路边坡和坡耕地,缺乏对其水土保持效果持久性的评价。今后应针对各类受损生态系统的立地条件,加强优良野生草种的筛选与利用,探讨并建立多草种组合及草灌间植的模式,提高水土保持效益。