柳枝稷的生长发育与土壤水分特征

1992-1998年中国科学院安塞水土保持综合试验站在山地、川地引种10份原产美国的柳枝稷（Panicum virgatum）材料，经过7a测定，数据表明柳枝稷在3～5a生长高峰期对土壤水分需求最大，产量最高。从土壤水分含量的变化来看，柳枝稷草地在80-200cm土层已经形成土壤干层，而且在经过生长季节降雨和休闲期的雨雪水分补充不能够补偿，这主要是维持较大的生产力造成。柳枝稷在半干旱黄土丘陵区有较强的适应性，这对当地人工草地建造、天然草地改良具有重要意义。通过对柳枝稷驯化栽培的人工草地在黄土丘陵半干旱地区立地条件下生产力与土壤水分特征的比较，以揭示柳枝稷的生态适应性对其地上生物量形成规律的影响，为该地区合理利用牧草资源、提高草地的生产能力提供依据与参考。     

黄土丘陵区人工草地牧草营养元素累积及土壤有机碳与养分特征

以黄土丘陵沟壑区安塞川地及山坡地豆科和禾本科的人工草地为对象,研究人工草地的土壤有机碳及土壤养分变化、草地植物营养元素吸收与循环特征,揭示种植不同种类牧草的人工草地对土壤有机碳及养分变化的驱动作用.结果表明:在各种牧草当年生长的茎叶、立枯物、凋落物及根系中所累积的营养元素中,氮素累积量最高,其次为钾,磷的累积量最少;牧草通过凋落物归还到土壤中的氮素最多、其次为钾素,磷的归还量最少;各种牧草的地上部氮、磷、钾3种元素累积量高于根系.苜蓿的地上部和根系中氮、磷、钾的总累积量最高,其次为红豆草、柳枝稷和达乌里胡枝子,沙打旺的地上部与根系中累积的氮、磷、钾总量最少.川地与坡地草地土壤全氮、土壤有机碳与有机碳储量及有机碳固定量均高于裸地.川地草地土壤全氮,土壤有机碳含量与储量高于坡地,川地草地土壤有机碳固定量低于坡地.土壤全氮含量川地以苜蓿最高,山坡地以白羊草最高.建植草地可有效提高土壤氮与钾的有效性.     

立地因子和盖度对宁南黄土区中庄小流域玉米土壤水分的影响

[目的]探讨立地因子和植被盖度对小流域玉米土壤水分空间变异的影响,可为流域植被种植结构优化调整和作物合理空间布局提供理论基础。[方法]以宁夏南部黄土丘陵区中庄小流域旱地玉米为对象,在2021年生长季中期采用土钻法获取200 cm深的土壤含水量,并分析了坡向、坡位、盖度对土壤水分的影响。[结果]小流域玉米土壤含水量平均为11.93%,其中,川地土壤含水量平均为13.97%,显著高于梯田。小流域玉米盖度平均为0.39,川地盖度为0.45,显著高于梯田;在梯田玉米中,阳坡盖度显著高于阴坡,下坡位显著高于上坡位;随盖度增加,川地玉米土壤水分呈降低或先下降后稳定的变化,梯田阴坡上坡位呈升高趋势,阳坡上坡位呈降低趋势,其他坡位变化不明显。阴坡土壤水分高于阳坡,上坡位高于下坡位,两者间差异不显著;当盖度为0～0.3,0.3～0.6时,上坡位土壤水分高于下坡位,盖度为0.6～0.9时,下坡位高于上坡位。随土层加深,小流域、川地、梯田、不同盖度、不同立地土壤水分大致均呈先微弱变化、再迅速升高、后逐渐稳定,且大多数均属中等变异性。[结论]中庄小流域旱地玉米土壤水分空间变异明显,且盖度、坡向、坡位对土壤水分...     

不同供磷水平对盐碱地柳枝稷根系形态及土壤理化性质的影响

为探究盐碱条件下柳枝稷(Panicum vigatum L.)对供磷水平的响应,以不同品种柳枝稷(Alamo加倍体、Alamo、Pathfinder)为材料进行根箱试验,分析比较了不同磷浓度(0、10、100 mg/kg)处理对柳枝稷根系形态、生理特征及土壤理化性质的影响。结果表明:随着施磷水平的增加,各品种柳枝稷生物量、根系形态、根系活力及土壤有效磷含量整体呈上升趋势,而根冠比、土壤pH值和酸性磷酸酶活性呈下降趋势,均在高磷(100 mg/kg)处理下达到最大值和最小值。与高磷处理相比,低磷(10 mg/kg)处理下3个品种柳枝稷土壤pH值分别增加了0.31、0.28、0.23个单位,酸性磷酸酶活性平均提高了58.0%、42.0%、13.5%。低磷条件下,Alamo加倍体具有较大的根表面积,并保持较高的根系活力,表现出较强的适应性,有利于降低土壤pH,提高土壤酸性磷酸酶活性。总体而言,Alamo加倍体对盐碱低磷胁迫的适应能力优于Alamo、Pathfinder。同时增加供磷水平能够促进盐碱地柳枝稷根系生长、改善土壤环境,提高其生物质产量。     

黄土丘陵半干旱区人工柠条林土壤固碳特征及其影响因素

为了探讨黄土丘陵区不同生长年限的人工柠条林地土壤有机碳含量的变化特征及其影响因素,更好地阐明黄土丘陵区柠条林土壤的固碳机理,本文采用时空替代法,以撂荒2 a的坡耕地为对照,对黄土丘陵半干旱区不同林龄(10 a、17 a、26 a、34 a、40 a、50 a)人工柠条林地土壤有机碳(SOC)、全氮(STN)、全磷(STP)及柠条林的根系生物量和枯落物现存量进行了分析。结果表明:1)在0~60 cm的土层剖面上,0~20 cm土层SOC含量明显高于其他土层,并随土层深度的增加逐层递减,其中柠条林地0~20 cm土层SOC含量变化幅度为2.68~11.44 g·kg-1,而40~60 cm土层SOC含量仅在1.64~2.73 g·kg-1波动;与对照相比,随林龄增加柠条林地0~60 cm土层平均SOC含量先减小后增加最后趋于平稳:10 a和17 a柠条林SOC含量比对照显著降低了34.5%和26.9%,26 a柠条林的SOC含量显著升高,其值是对照的1.43倍,40 a和50 a柠条林SOC含量处于积累与消耗相对稳定的状态。2)对SOC含量与STN、STP含量及根系生物量和枯落物现存量进行相关性分析表明,SOC含量与STN含量、根系生物量及枯落物现存量之间存在极显著线性相关,但与STP含量相关性不明显,说明土壤中氮含量的增加能明显提高土壤的固碳能力,而根系生物量和枯落物现存量的多少能够决定土壤的固碳水平。     

黄土丘陵区典型草地土壤有机碳及微生物量碳的分布特征

对黄土丘陵区植被恢复中柳枝稷、长芒草和白羊草这3种典型草地土壤有机碳、微生物量碳以及团聚体中有机碳的含量变化和分布特征进行了研究。结果表明,土壤中有机碳、微生物量碳以及不同粒级团聚体中有机碳均集中分布在土壤的表层;不同草地类型下有机碳的含量大小顺序为:柳枝稷草地>长芒草草地>白羊草草地;相同土层深度土壤各粒级团聚体中有机碳的分布表现为2～1mm粒级团聚体中有机碳含量明显高于其它粒级中有机碳的含量;在3种典型草地中,柳枝稷草地土壤中有机碳含量和团聚体中有机碳含量高于长芒草和白羊草草地的含量,柳枝稷草地土壤微生物量碳的含量仅低于长芒草中的含量。     

黄土丘陵区油松人工林土壤固碳特征及其影响因素

以黄土丘陵区9、23、33、47 a油松人工林为研究对象,分析油松人工林不同发育阶段土壤有机碳质量分数和土壤有机碳密度的变化规律,结合土壤全氮质量分数和土壤密度、枯落物现存量、根系生物量指标,分析其影响因素。结果表明:1)9、23、33和47 a油松人工林0~100 cm土层平均土壤有机碳质量分数分别为4.9、5.9、9.2和6.5g/kg,土壤有机碳密度分别为63.0、66.8、100.7和72.5 mg/hm2,二者均表现为随林龄变化先增大(9~33 a)后减小(33~47 a)的趋势,土壤有机碳质量分数和密度垂直分布规律明显,即随土层深度增加而减小,其中,0~30 cm土层土壤有机碳密度占0~100 cm土层碳密度的48.5%~57.9%;2)相关性分析及拟合结果显示,土壤有机碳质量分数与全氮质量分数、枯落物现存量和根系生物量存在极显著线性正相关关系,与土壤密度呈线性负相关关系,根系生物量、枯落物现存量与土壤有机碳质量分数的相关性随着土层深度的增加逐渐减小,逐步回归分析结果表明,土壤全氮质量分数和枯落物现存量是土壤有机碳质量分数最主要的影响因素。     

黄土峁状丘陵区坡地治理模式对土壤水分环境及植被恢复效应

在黄土峁状丘陵区研究比较了隔坡梯田、大台田、大鱼鳞坑3种坡地的治理模式,指出坡地工程治理能有效地提高坡地接纳降雨能力,提高土壤含水率,但大面积的坡地治理会破坏原有植被及土壤结构,引起40 cm以上表层土壤水分蒸发强烈;同时大台田处理侧坎水分散失严重,距田坎愈近其散失强度愈高;在坡地种植强根系、高耗水的人工林会加剧土壤干层的发育,影响林分自然更新能力。结果表明,隔坡梯田是该区坡地最佳治理模式,其土壤含水率明显高于其他处理,其顺序为：隔坡梯田〉大台田〉大鱼鳞坑〉对照。处理4年后,隔坡梯田分别与其他处理中同一种植模式比较,其牧草产量、树冠投影面积、植被覆盖度分别比大台田处理提高5.5%、29.4%、4.1%,比大鱼鳞坑处理提高22.6%、24.3%、5.4%,比对照提高出38.4%、50.5%和20.8%,经济效益及生态效益明显。     

黄土丘陵区油松林细根在坡面的空间分布特征

以黄土丘陵区人工油松林坡地为研究对象,采用网格法,距坡顶10m(SP1),20m(SP2),30m(SP3)和40m(SP4)处,分9层(20cm/层)钻取土样,分析了细根形态、生物量的空间分异特征。结果表明:(1)油松细根生物量和根长密度主要分布在0—100cm的土壤中,占0—180cm土壤的83%和81%,并随土层深度增加呈指数下降趋势,比根长则随土层深度增加而逐渐增大;(2)SP1处细根生物量(1.26 mg/cm~3)、根长密度(7.21 mm/cm~3)、根面积密度(13.28mm~2/cm~3)显著小于SP2,SP3和SP4(p0.05),而SP1处比根长(1 099.36 mm/mg)、比根面积(1 075.48mm~2/mg)显著大于其他坡位处的(p0.05);(3)油松细根在坡面的空间分异性,是由于不同坡位立地条件下土壤水分的显著差异导致,其影响程度达到极显著水平(p0.01)。研究结果对于揭示立地条件对根系行为的影响机制具有一定的参考价值,为黄土丘陵区水土保持植物措施的配置提供科学依据。     

黄土丘陵区不同土地利用方式对土壤水分及地上生物量的影响

[目的]研究不同土地利用方式下的土壤水分状况及其与植被群落特征的关系,为黄土丘陵区的植被恢复和重建提供理论依据。[方法]采用野外调查的方法和数理统计分析方法开展研究。[结果]纸坊沟流域主要植被类型的地上干生物量为310.0~10 036.2g/m2,平均地上干生物量由大到小依次为:林地灌木地农田人工草地天然草地。地上鲜生物量与株高存在极显著的正相关关系(R2=0.967 4,p0.01)。不同土地利用方式0—100cm土层土壤含水量较高,且土壤水分变异较大;100cm以下土壤含水量相对稳定,坝地玉米和梯田玉米的极易效水量分别为221.73和221.99mm;柠条和刺槐的土壤含水量最低,土壤水分类型为难效水,分别为311.44和333.09mm;其他6种土地利用方式的土壤水分为中效易效水。[结论]黄土丘陵区人工林灌植被的种植导致深层土壤水分的大量消耗,不利于该区植被恢复和建设的可持续发展。     

黄土高原纬度梯度下草本植物生物量的变化及其氮、磷化学计量学特征

【目的】植物生物量可以表征植物的生长状况和自然环境的变化动向,化学计量学特征能够反映植物养分含量及养分利用策略,本研究以草本植物生物量和草本植物叶片化学计量学特征为研究对象,探讨黄土高原地区草本植物生物量及其叶片氮、磷化学计量学特征沿纬度梯度的变化规律,为预测黄土高原植物的生长发育前景、生态系统的土壤养分状况、植物营养元素的限制情况提供参考依据。【方法】以陕西省延安市的富县、甘泉县、安塞县和榆林市的靖边县、横山县和榆阳区为研究区域,测定黄土高原地区草本植物生物量和草本植物叶片氮(N)、磷(P)含量,比较不同纬度梯度下不同植被带的草本植物生物量的大小;利用方差分析将本研究中黄土高原地区草本植物叶片氮、磷含量以及N/P与全球、中国尺度等其他研究结果进行比较,分析黄土高原植物生长中的主要限制元素;利用回归分析阐明不同纬度梯度下草本植物生物量的变化规律及其叶片氮、磷的化学计量学特征。【结果】1)在35.95°38.36°N的纬度范围内,黄土高原不同植被带草本植物生物量的变化范围为9.10 27.59 g/m2,算术平均值为19.45 g/m2,变异系数为30.3%。4个不同植被带草本植物生物量的大小顺序为草原带森林-草原带森林带草原-荒漠带。且随着纬度的升高,草本植物生物量呈先增加后减少的趋势。2)黄土高原草本植物叶片氮、磷含量和N/P的变化范围分别为18.09 33.17 mg/g、1.07 1.7 mg/g和15.4 21.6;平均值分别为25.79 mg/g、1.37 mg/g和18.71,变异系数分别为17.1%、13.9%和9.94%,其中草本植物叶片氮的变异系数最高,N/P最低。草本植物叶片氮、磷之间存在显著的相关关系,且随着纬度的升高,草本植物叶片氮、磷含量也随之升高,而N/P随纬度的升高变化不明显。3)黄土高原草本植物叶片氮含量(25.79 mg/g)高于全球尺度的平均氮含量(20.09 mg/g),而草本植物叶片磷含量(1.37 mg/g)低于全球尺度的平均磷含量(1.77 mg/g),因此该地区草本植物具有较高的N/P。【结论】黄土高原草本植物生物量与纬度存在一定的相关性,且并不是简单的线性相关,其生物量的变化也与植被带的物种组成有关;黄土高原草本植物叶片氮、磷含量与纬度之间存在显著的正相关关系,而N/P与纬度之间没有显著的相关性。与全球尺度相比,黄土高原地区草本植物生长更易受磷限制。     

黄土丘陵区不同土地利用方式对土壤含水率的影响

在干旱半干旱地区,土壤含水率是影响作物生长和植被恢复的重要因子。采用土钻法对黄土丘陵区典型流域不同土地利用方式下土壤含水率进行了比较。结果表明,农田土壤含水率显著较高,这与农田坡度较小及梯田建设有关,还与农作物蒸腾耗水相对较小有关。林地、灌木地和草地土壤含水率相对较低,且相互间无显著差别。黄土丘陵区土壤含水率主要受坡度和土壤稳定入渗速率的影响。但草地土壤含水率还与坡向及年生物量有关。土壤水分分布格局与该区土层深厚,地下水埋藏较深,土壤水分收入主要受降雨的补给有关。因此,该区农田建设应在坡度较小（＜10°）的地形上进行,并优先考虑梯田。坡度较大的地方应以天然灌木和草本群落的保育为主。人工乔灌林只适宜在沟道等水分条件较好的地方种植。     

黄土丘陵沟壑区水土保持关键措施变化特征

[目的]揭示黄土高原地区不同水土保持措施各阶段特点,为水土流失治理的关键措施和主要策略提供理论依据。[方法]以黄土丘陵沟壑区1954—2015年不同水土保持措施数据为基础,分析了梯田、造林、种草、封禁、淤地坝等5项水土保持措施的变化。[结果]各项措施的应用面积均随着治理年限增加呈上升趋势,其中以造林措施增幅最快,面积最大。各项措施历年增量比重相对稳定,造林措施增量比重最大为58%,封禁治理措施的面积增量比重逐步上升,梯田面积增量比重逐年下降;淤地坝工程数量表现出先增加后降低的趋势。[结论]黄土丘陵沟壑区水土保持措施的时空变化格局与国家政策的指导性与地方治理需求有关,造林是该区域的最为主要的水土保持措施,封禁保护已成为黄土高原植被恢复的发展趋势。     

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与土壤养分和恢复年限相关性密切,达到显著(p<0.05)或极显著水平(p<0.01)。     

黄土丘陵区不同类型农地的养分循环平衡特征

该文以黄土丘陵沟壑区的安塞试验站长期肥料定位试验的实测资料为研究对象，定量研究川地、坡地、梯田不同类型农地养分循环特征。研究结果表明：川地、坡地、梯田与农民习惯施肥水平相类似的处理，年养分盈亏量分别是：川地每年每hm²氮素盈余10.2 kg，P₂O₅盈余56.6 kg；坡地每年每hm²氮素亏损7.0 kg，P₂O₅亏损14.7 kg；梯田每年每km²氮素盈余104.9 kg，P₂O₅盈余107.3 kg。退耕还林和实施“坡改梯”工程是黄土丘陵沟壑区农地养分循环不断朝良性方向发展的关键措施。     

基于作物需水与降雨径流调控的隔坡梯田结构优化

 针对黄土高原丘陵沟壑区坡地作物普遍存在的干旱缺水与水土流失问题,基于作物需水过程和降雨径流调控理念,利用WEPP模型对不同梯田模式下春玉米生育期的降雨、径流、入渗、蒸发、土壤水进行作物生育期需水耗水过程计算。结果表明:研究条件下,单一模式隔坡梯田不能完全解决春玉米需水与天然来水在时间上的错位问题,且一般情况下需要1∶6～1∶8平坡比收集降雨径流,土地资源浪费严重;结合水窖,不但能大量节约土地资源、满足作物需水,且隔坡梯田作物年产量、作物水分利用效率和降水利用效率较无隔坡条件均增加50%以上,基本实现作物增产和减少水土流失的双重目标;得出的典型模式隔坡梯田平坡比取值参考表可供黄土丘陵沟壑区隔坡梯田设计规划参考。在黄土高原丘陵沟壑区,隔坡梯田与水窖蓄水配合,不但可满足作物生长过程需水,而且又可防止水土流失,是适宜推广的坡地降雨径流调控方式,这对坡地水土资源高效利用具有实际指导意义。     

关于生物措施治理黄土高原水土流失的思考

 为加速黄土高原水土流失治理的健康发展,在深入分析黄土高原水土流失治理存在的主要问题,以及生物措施治理黄土高原水土流失作用的基础上,按照黄土高原河谷平原区、黄土丘陵沟壑区、黄土高原沟壑区、鄂尔多斯高原区和土石山区5个类型区,提出以植被建设和保护为核心的生态建设思路和治理对策,同时指出了采取生物措施治理水土流失时需注意的若干问题。