高寒草甸生物结皮发育特征及其对土壤水文过程的影响

为了明确不同退化程度高寒草甸生物结皮发育特征及其对土壤水文过程的影响,以三江源泽库高寒草甸生物结皮为研究对象,分析了不同退化程度(原生植被、轻度退化、中度退化及重度退化)高寒草甸生物结皮的优势种、盖度、厚度、容重及其对土壤水分入渗、蒸发的影响。结果表明:(1)不同退化程度泽库高寒草甸生物结皮以苔藓结皮为主,其优势种为土生对齿藓。原生植被至轻度退化阶段,生物结皮盖度、厚度无显著变化。至中度退化阶段,生物结皮容重无显著变化,其盖度、厚度分别较轻度退化样地分别下降74.85%,35.49%(p0.05)。至重度阶段,生物结皮完全消失。(2)生物结皮对高寒草甸土壤水分入渗、蒸发过程无显著影响。覆盖和移除生物结皮处理初始入渗速率分别为0.20,0.22 mm/s,二者稳定入渗速率均为0.03 mm/s;覆盖和移除生物结皮处理平均土壤日蒸发量分别为1.79,1.78 mm/d。研究结果可为该区域其他生物结皮的相关研究提供数据基础。     

库布齐沙漠生物结皮层土壤理化特性的研究

本文对库布齐沙漠生物结皮层土壤的水分物理和化学特性进行了初步研究,结果表明,结皮层具有较高的养分含量和吸水能力,并且呈现出一定的垂直变化规律.室内水分蒸发试验表明,由于生物结皮层能够明显抑制水分蒸发的时间比裸露沙土滞后2～3天,从而使得沙漠生物结皮层累计蒸发损失的水量大于裸露的沙土.     

黄土高原水蚀风蚀交错区藓结皮覆盖土壤的蒸发特征

土壤蒸发是地表水分平衡及能量交换的组成部分,是干旱和半干旱区水文循环的关键环节。为探究黄土高原水蚀风蚀交错区生物结皮对土壤蒸发的影响,以风沙土和黄绵土上发育的藓结皮为研究对象,通过模拟蒸发试验和自然蒸发试验,测定了不同蒸发条件下藓结皮覆盖土壤和无结皮土壤的蒸发强度,分析了藓结皮覆盖土壤的蒸发特征及其与无结皮土壤的差异。结果表明:(1)模拟蒸发试验中,藓结皮对土壤蒸发过程的影响表现出明显的阶段性,与无结皮土壤相比,藓结皮使土壤蒸发强度在大气蒸发力控制阶段降低了3.04%～15.46%(0.21～1.05 mm/d),在土壤导水率控制阶段增加了32.26%～187.07%(0.58～2.54 mm/d),在水汽扩散控制阶段增加了12.91%～87.73%(0.05～0.34 mm/d);土壤累积蒸发量大小表现为藓结皮覆盖土壤无结皮土壤。(2)自然蒸发试验中,6月16日至9月3日,无降雨时藓结皮覆盖土壤和无结皮土壤的蒸发速率均较低,藓结皮覆盖土壤的日平均蒸发量是无结皮土壤的1.12～1.42倍,自然降雨后二者的蒸发速率快速增加,降雨后土壤蒸发量是降雨前的2.20～8.55倍;在8月10—22日观测期内,藓结皮在雨后增加了土壤含水量,并对土壤蒸发起到促进作用,藓结皮覆盖土壤的累积蒸发量显著提高了19.22%～64.09%(F=21.85,P0.01)。研究表明,藓结皮覆盖增加了风沙土和黄绵土的水分蒸发强度,可能会对黄土高原水蚀风蚀交错区土壤水分保持产生不利影响。     

不同覆砂厚度对土壤水盐运移影响的实验研究

采用室内土柱模拟试验,研究了不同覆砂厚度条件下土壤潜水蒸发及蒸发后盐分(EC)分布特征,并就覆砂厚度对土壤水盐运移的影响进行了分析。结果表明:覆砂厚度对潜水蒸发的抑制率有显著效果,且抑制率随覆砂厚度的增加而升高,如当覆砂厚度1.7 cm时抑制率达到83%,当覆砂增加到3.6 cm和5.7 cm时,抑制率分别为95%和97%;土壤表层覆砂具有显著的抑盐效应,通过覆砂明显的减轻了土壤盐分向上运移和表聚,如当覆砂厚度1.7 cm时,表层盐分抑制率达到83%,当覆砂厚度为3.6 cm与5.7 cm时,盐分抑制率则分别上升到96%和97%。本试验表明,土壤表层覆砂是一种防止土壤水分蒸发,提高土壤保水能力和抑制土壤盐分表聚的有效方法,覆砂厚度达到3.6 cm是一种在新疆北疆绿洲合理覆砂厚度。     

放牧干扰背景下藓结皮对毛乌素沙地土壤水分与风蚀的影响

为掌握在放牧干扰背景下生物结皮对土壤水分与风蚀的影响,并探讨适度干扰改善土壤水分状况的可行性,在毛乌素沙地选定的典型样地建立监测小区,进行了土壤水分和风蚀的定位监测试验。结果表明:(1)藓结皮的存在能够提高沙蒿、沙柳和柠条0—80cm的根系层土壤水分,但同时也使80—200cm的深层土壤含水量下降;植被间无干扰的藓结皮同样能提高土壤含水量;重度干扰有利于提高0—80cm的根系层和80—200cm的深层土壤水分含量。(2)藓结皮的存在有利于减轻沙蒿、柠条和沙柳下方沙土风蚀,3种灌木投影下方藓结皮小区的风蚀量与植被下裸地相比分别减少了92.8%,11.3%和104.2%;藓结皮受到剧烈及以上强度的干扰会使土壤更易遭受风蚀。(3)在本研究中,重度干扰的藓结皮在不加剧风蚀的同时,有利于提高0—200cm深度内的土壤水分,肯定了适度干扰的可行性。     

毛乌素沙地人为干扰苔藓结皮的土壤水分和风蚀效应

[目的]为了探讨在毛乌素沙地人为干扰生物结皮的必要性与可行性,并为该区生物结皮的高效利用提供实验依据。[方法]在毛乌素沙地东南缘设置裸沙、苔藓结皮、干扰苔藓结皮、沙蒿、沙蒿+苔藓结皮以及沙蒿+干扰苔藓结皮6个处理小区,通过动态监测各小区土壤水分及风蚀变化过程,分析人为干扰苔藓结皮对土壤水分及风蚀过程的影响。[结果](1)沙地苔藓结皮能够显著提高浅层土壤含水量,降低深层土壤含水量。(2)人为干扰苔藓结皮会引起浅层土壤含水量的降低和降雨入渗深度的增加。(3)与裸沙对照相比,几种处理的减蚀效率大小顺序为:沙蒿+苔藓结皮(97.01%)沙蒿+干扰苔藓结皮(90.87%)苔藓结皮(89.63%)干扰苔藓结皮(69.50%)沙蒿(64.62%)。[结论]植被覆盖度较高时,对苔藓结皮进行适当破坏,能够在不加剧土壤风蚀的前提下,一定程度上改善土壤水分状况。而在无植被或低植被覆盖的地块,要禁止对苔藓结皮的干扰破坏。     

黄土高原藓类生物结皮对表层土壤水分运动参数的影响

生物结皮普遍存在于干旱和半干旱地区土壤表层,对土壤水分有重要影响。为了进一步探究生物结皮对表层土壤水力学特性和水分运动过程的影响,该研究以黄土高原风沙土和黄绵土上发育的藓结皮为研究对象,通过野外采样与室内试验相结合,测定了藓结皮覆盖土壤和无结皮土壤的Boltzmann变换参数、土壤水分扩散率、入渗过程、比水容量和非饱和导水率,对比分析了有无藓结皮覆盖对表层土壤水分运动参数的影响。结果表明:藓结皮覆盖抑制了表层土壤水分的扩散,藓结皮覆盖土壤的Boltzmann变换参数和水分扩散率分别比无结皮土壤降低7.9%～27.3%和99.2%～99.6%;藓结皮覆盖后表层土壤渗透性显著降低,其水分入渗参数(初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率、累积入渗量)和非饱和导水率分别降低了17.1%～55.4%和84.8%～92.3%;藓结皮显著提升了表层土壤的持水和供水能力,藓结皮层的水分常数(田间持水量、萎蔫系数、重力水含量、有效水含量和易利用水含量)比无结皮土壤高40.9%～1 233.3%,土壤水吸力在100k Pa时的比水容量比无结皮土壤高7.4%～1 540.5%;相比黄绵土,藓结皮覆盖对风沙土的渗透性影响较小,而对土壤持水和供水性的影响较大。综上,黄土高原藓结皮覆盖降低了土壤渗透性,同时显著提高了表层土壤的水分有效性,这可能导致土壤表层在雨后截留较多水分,进而使土壤水分分布趋于浅层化,并改变该地区的土壤水分有效性和植物水分利用策略。     

生物炭对黄土区土壤水分入渗、蒸发及硝态氮淋溶的影响

为了揭示生物炭对黄土区不同质地土壤水分入渗、蒸发特性及硝态氮淋溶的影响规律及差异,该研究选取黄土区3种典型土壤(风沙土、黄绵土和黑垆土),设置质量分数0、0.5%、1%、2%、3%和5%共6个比例的生物炭梯度,进行室内土柱模拟试验。结果表明:湿润锋进程与累积入渗量受生物炭添加量及土壤质地的影响。随着生物炭添加量的增大,风沙土和黑垆土的水分入渗速度和累积入渗量逐渐降低(P0.05);黄绵土水分入渗和累积入渗量呈先增大后减缓的趋势(P0.05)。生物炭未显著影响试验条件下黄绵土和黑垆土的累积蒸发量(30 d),但显著改变了风沙土的蒸发特征,抑制前期蒸发。不同生物炭添加量下,3种土壤的湿润锋运移距离与运移时间均符合幂函数关系;Philip入渗模型可描述添加生物炭土壤水分入渗变化过程。生物炭可减少黄土区3种质地土壤的硝态氮淋溶量,表明适量生物炭添加能够增强土壤氮素固持能力,降低硝态氮淋失及环境风险。该研究结果表明,生物炭作为一种土壤改良剂能够提高土壤持水性和降低硝态氮淋失,有利于黄土高原旱地作物的生长;同时该研究可为农田选择合理生物炭施用量提供科学参考。     

晋陕蒙露天煤矿排土场不同新构土体土壤蒸发特征研究

为研究不同新构土体改良模式下的土壤蒸发特征,采用微型蒸发器田间自然条件下测定土壤水分蒸发过程,分析了不同土体重构模式的日蒸发量、累积蒸发量上差异。结果表明,相对于沙黄土,沙黄土、砒砂岩掺混(7︰3,w/w)的新构土体土壤蒸发降低了14.81%(P0.05),风化煤对沙黄土蒸发特征无明显影响,但显著提高了沙黄土、砒砂岩掺混的新构土体蒸发10.3%(P0.05),而砒砂岩防渗层和工业防水布等不同防渗措施土体之间蒸发差异不显著,但防渗层可以有效截留水分在蒸发过程中较长时间供给土体。试验表明砒砂岩、防渗层等措施下的新构土体土壤蒸发较小,并较长时间内保证土壤水分供给,在旱区矿区排土场具有一定的实践推广意义。     

土壤盐结皮人工培育及其破损程度对土壤蒸发的影响

土壤盐结皮在干旱半干旱区广泛发育,对地表土壤水文过程具有重要影响,而外力对盐结皮的机械破损干扰现象普遍存在。该文以塔克拉玛干沙漠流动风沙土为例,通过室内试验利用不同矿化度(5、10、20和30 g/L)的不同盐溶液(NaCl、Na_2SO_4、CaCl_2、KCl)模拟咸水灌溉下盐结皮的形成发育过程,根据盐结皮理化性质确定了其最适人工培育条件,并在此基础上模拟了盐结皮不同破损程度(破损100%、破损50%、破损25%和无破损)影响下的土壤蒸发过程。结果表明:盐结皮的硬度、抗剪切力、pH值和电导率通常随着灌溉水矿化度的增加而增大,采用30g/LNaCl溶液培养盐结皮厚度和硬度均较大;土壤日蒸发量随盐结皮破损程度的增加而增加,并随灌水天数呈递减趋势;土壤累积蒸发量随灌水天数以及破损程度的增加而增大,盐结皮破损100%的土壤日蒸发量和累积蒸发量与其他各处理之间有显著性差异;盐结皮对土壤蒸发的累积蒸发抑制效率随灌水时间的延长呈递增趋势,随破损程度的增加而降低,盐结皮无破损处理的累积蒸发抑制效率最高达58.84%,而破损50%的处理最大仅为30.20%。总之,土壤盐结皮的人工培育在方法上是可行的,其对土壤水分蒸发具有明显的抑制作用,且其破损程度对蒸发过程具有显著影响。这对于揭示干旱半干旱区盐渍土壤水文过程和指导水土资源的合理利用具有重要意义。     

暴雨条件下典型红壤区生物结皮坡面水土流失过程研究

为探明暴雨条件下典型红壤区生态恢复工程实施后生物结皮覆盖对坡面水土流失过程的影响,通过模拟降雨和室内分析试验,探究不同结皮覆盖度(0,20%,40%,60%,80%)坡面的土壤物理属性、水动力学特征及产流产沙过程。结果表明:(1)生物结皮覆盖下的红壤坡面土壤黏结力平均增加13.26%,土壤容重与穿透阻力平均分别减小8.97%和61.51%,表明生物结皮可有效增强红壤区坡面土壤稳定性,提升土壤抗蚀能力;(2)相较对照坡面,其余盖度坡面均可有效改善水流流态,坡面径流剪切力介于0.08~0.12。水流功率和断面单位能量分别减小12.22%~78.89%,8.32%~53.15%,坡面阻力系数增大1.09~1.50倍;(3)各生物结皮盖度坡面减流、减沙效益分别介于12.50%~78.76%,17.03%~94.31%,其中高覆盖度(80%)坡面土壤侵蚀强度较小。研究结果为有效防治红壤区坡面水土流失工作提供理论依据和实践参考。     

干旱与重吸水对人工藻结皮光合特性的影响

通过接种蓝藻构建人工藻结皮促进荒漠地区生物结皮的生长发育以及整个荒漠生态系统的恢复,被认为是一种行之有效的荒漠化控制方法。在构建藻结皮过程中,接种的蓝藻以及形成的藻结皮,经常遭受干旱等环境条件的胁迫。本研究通过室内人工构建藻结皮,对形成的藻结皮进行干旱及重吸水处理,在此过程中监测结皮光合生物量、多糖含量以及结皮光合特性的变化规律。结果发现,干旱处理1d后,结皮蓝藻胞外多糖的分泌明显增加(p0.05);当结皮完全进入干燥状态后,结皮蓝藻停止所有代谢活动,结皮生物量及胞外多糖含量保持在一个相对稳定的水平。在结皮重吸水后,结皮初始荧光Fo能够迅速恢复,并在10 min内达到最大;之后Fo逐渐下降,同时结皮光合活性(Fv/Fm)按照函数y=ax/(b+x)逐渐上升并达到稳定。此外,在不同水分条件下,结皮光合活性随着水分的增加逐渐增加;然而结皮净光合速率(Pn)却随着水分的增加先增加后又下降,呈现单峰变化模式。该研究表明结皮蓝藻的代谢调节在人工藻结皮适应荒漠干旱环境中具有重要的作用,这对于进一步理解蓝藻乃至蓝藻结皮对干旱胁迫的适应,以及荒漠化防治中人工藻结皮的构建、维护、管理具有重要的理论与实践意义。     

南方山地丘陵区森林植被恢复对水土流失调控机制

我国南方山地丘陵区由于人类活动对森林植被的破坏和暴雨频繁导致的水土流失已引起广泛关注。森林植被恢复改变冠层结构、地表覆盖物和土壤性质等作用界面,从而影响降雨侵蚀过程,是调控水土流失的有效措施。因此,对国内外的相关研究成果进行较为系统的回顾,从植被冠层(林冠和林下植被)、地表覆盖物(凋落物和生物结皮)和土壤(根系、微生物和团聚体)作用界面消减降雨侵蚀力和增强土壤抗侵蚀性等研究视角,分析南方山地丘陵区森林植被恢复对水土流失调控机制,提出了现有研究中存在的问题及研究趋势,对深入认识森林植被对水土流失的调控机制,提高南方山地丘陵区森林植被的水土保持效益具有重要的实际意义。     

水土保持生态自然修复与生态文明建设

水土资源是人类发展与文明的根基,如何整治日趋恶化的生态环境、防止水土流失、恢复和重建受损的生态系统成为生态文明建设的关键.水土保持生态自然修复是一个费省效宏的水土流失综合防治办法,水土保持生态修复是实现资源节约型、环境友好型社会的重要途径,也是建设生态文明与美丽中国目标实现的重要载体.在分析水土保持生态自然修复与生态文明建设相互关系的基础上,概括我国水土保持生态自然修复的成效与经验,明确水土保持生态自然修复工作需要亟待加强的几个领域,提出未来实施水土保持生态自然修复工作的若干发展策略.     

浅谈水土保持生态修复及其在辽东山区的应用

水土保持生态修复是恢复生态学的重要组成部分,是水土流失区退化生态系统恢复的有效途径。它通过利用生态系统自然演替能力,加快生态恢复和水土流失的控制。就水土保持生态修复概念、内涵及需要研究的问题进行讨论,对辽东地区实施水土保持生态修复的适宜性进行分析并提出建议。     

论生态恢复与水土保持

 生态恢复是研究生态整合性的恢复和管理过程的科学,现已成为世界各国的研究热点。目前,恢复已被用作一个概括性的术语,包括重建、改建、改造、再植等含义,一般泛指改良和重建退化的生态系统,使其重新有益于利用,并恢复其生物学潜力。生态恢复的原则包括自然法则、社会经济技术原则和美学原则。我国的水土保持小流域治理是通过工程的手段进行生态恢复的典范。水土保持小流域治理应以生态经济系统理论作指导,正确处理好人口再生产、自然再生产和经济再生产三者之间的关系,才能真正做到人与自然的和谐共处。水土保持小流域治理的方法是系统工程方法,包括综合调查与系统诊断、模型开发与治理规划、防治体系与模式设计、组织机构与运行机制等方面的内容。我国的水土保持工作亟需开拓创新,创新是水土保持工作的灵魂。只有认真纠正目前水土保持工作中存在的2种偏向,全面贯彻人与自然和谐共处的发展方针,把当地人民群众的社会需求与水土保持工作有机结合起来,才能实现“山川秀美”的宏伟目标。     

风沙区煤炭开采对土壤物理性质和结皮的影响

[目的]为了准确了解煤炭开采对脆弱生态环境造成的影响。[方法]通过样地调查和室内分析,对毛乌素风沙区超大工作面煤炭开采当年和3a后的土壤物理性质和结皮情况进行分析。[结果]开切点土壤物理性质受到采矿的影响强于开采面,开采面土壤的修复能力优于开切点,且采煤对土壤物理性质的影响3a后仍未消除;各采样点的土壤温度不仅与对照存在差异性(p0.05),而且各土壤温度在空间和时间跨度上也存在差异性(p0.05);20cm处的土壤容重、孔隙度和含水率与土壤温度均存在负相关,含水率与土壤温度存在显著负相关(p0.05);结皮的厚度和覆盖度受到采煤的影响,结皮含水率和结皮持水能力在3a内均未恢复到采煤前。[结论]风沙区超大工作面采煤对土壤物理性质和结皮会造成破坏,且在无人为干扰的情况下土壤将进行自我修复,但3a的修复效果与对照组仍存在一定差异。     

柏叶口水库工程区水土保持及生态修复

为防止柏叶口水库工程区水土流失,减小工程建设对生态的破坏,使因工程施工所破坏的生态系统得以尽快恢复,对柏叶口水库建设过程中水库淹没区、枢纽区、料场区等不同功能区可能增加的水土流失量及其危害进行了分析和预测。结果表明,工程施工扰动,地貌土壤侵蚀模数增大是新增水土流失的主要原因。针对各功能区水土流失的基本特征提出了以工程防治和生态修复相结合,充分发挥生态自我修复能力,加快植被恢复的水土保持措施。在水库不同的功能区采取相应的工程措施或生态措施。生态恢复与培育的主要措施是栽植油松、落叶松、乔木或刺槐,其间散播苜蓿草种。     

黄土高原地区水土保持与生态建设的若干思考

 通过对黄土高原地区水土保持与生态安全的科学考察,在该地区水土保持科技成果与治理实践认识的基础上,对黄土高原地区水土保持与生态建设现状进行评价,总结水土保持与生态建设方面的主要经验,即:不能急功近利,必须认准目标,坚持不懈;基本农田建设是治黄减沙、促进稳定退耕还林还草、改善群众生活的一项关键措施;充分运用市场机制,强化机制创新,不断创新水土保持与生态建设的政策机制和组织形式。在考虑黄土高原资源与经济现状条件下,提出当前5个方面的发展思路:水土保持与生态建设的基本思路;遵从生态经济社会效益协调发展、生态效益优先的理念;必须建立有效的生态补偿机制;加强封育保护,充分发挥生态自我修复能力;加强城镇体系规划,促进城镇建设快速发展等。     

皖西大别山北坡水土流失与生态修复

皖西大别山北坡位于我国亚热带和暖温带之间的过渡地带,属于生态交错带(Ecotone),具有脆弱性、敏感性和反馈调节机制弱、稳定性较差等特征,水土流失严重。该区水土保持和生态修复对淠史杭灌溉工程的安全和效益的发挥、淮河防洪、巢湖水污染治理等有十分重要的意义。该区经济落后、财力有限,但其生态自我修复能力较强,因此,实施生态修复是解决水土流失治理缓慢的最有效途径。当前生态修复应抓好以下方面:实施生态移民,积极稳妥地开展退耕还林工作;统筹规划,线面结合,抓好小流域治理;动员全社会的力量共同关注和行动;积极发展山区小水电;以治理促开发,以开发促保护,实现综合效益。