黄土高原全新世以来土壤侵蚀强度的定量分析初探

黄土高原全新世以来可划分出5个侵蚀阶段,其起始年龄分别为11,7.0,0.7,0.3,0.15kaBP。根据高原现代河流沉积物的粒度组成、河流输沙量、径流量和年降水量等数据建立了各个指标的回归方程。根据各方程和全新世不同时期阶地沉积物的实测数据,计算了各个阶段的平均古侵蚀强度和流域输沙量。结果表明,不同时期水土流失的主要控制因素是不同的:在11000～7000aBP时期以构造活动因素为主,在7000～2000aBP期间以气候因素为主,在2000～700aBP和300aBP以来以人为活动因素为主,而在700～300aBP是构造活动、气候变迁和人类活动的共同作用因素。自然因素的突变作用一般大于人类活动的作用,而现代人类活动的加剧程度大约是自然侵蚀强度的45.5%。     

周原全新世土壤剖面木炭屑与野火活动的关系研究

研究陕西周原全新世黄土剖面磁化率曲线、总有机碳曲线、木炭屑曲线和野火活动及其与生态环境演变的关系结果表明,马兰黄土堆积时期气候干旱,在当时半荒漠草原上当地时常有自然野火发生;全新世大暖时期(85 0 0～310 0aB .P)气候湿润,生物成壤作用强度大,呈现森林或森林草原自然景观,野火活动极少发生;先周人迁居到周原地区(310 0aB .P)开始,人类用火及其放火烧荒开垦农田等活动,加之气候变得干旱,生物化学成壤作用减弱,致使生态环境发生重大变化,自然生态景观向半自然、半人工景观演替;15 0 0aB .P开始可耕种土地几乎开垦殆尽,生态景观完全被人工农田生态景观所代替;而近几百年来随着人口密度和聚落的增加,人类生活用火和垃圾随之加大,人类对土壤环境的干扰进一步增强     

陇西会宁地区全新世时期气候变化探讨

以地处黄土高原西北缘的会宁陈塬剖面全新世段的磁化率变化作为主要研究对象,辅以粒度变化,对该区全新世时期的气候变化进行了初步的探讨分析。研究发现,会宁地区全新世时期气候变化可以分为5个阶段:13.3—12.1 kaB.P.（晚更新世向全新世过渡时期）、12.1—11.3 kaB.P.（新仙女木事件时期）、11.3—8.9 kaB.P.（冷暖波动频繁时期）、8.9—4.6 kaB.P.（变暖时期）、4.6 kaB.P.至今（现代气候时期）。与同时期全球气候变化和东亚季风边缘区气候变化对比发现,陇西会宁地区的气候变化与二者都有良好的印证关系,说明了该地区黄土对全新世古气候变化具有良好的敏感性。     

西安地区全新世气候变化与土壤侵蚀研究

为了揭示西安地区全新世环境变化和黄土地层的侵蚀期,利用野外调查和化学分析等方法,研究了西安地区全新世黄土与古土壤发育时的气候变化和不同气候阶段的土壤侵蚀。通过野外调查,在西安白鹿塬区发现了在黄土塬区很少见到全新世中期古土壤分为3个层次,整个全新世黄土剖面可分为5层,表明黄土塬区全新世气候变化与沙尘暴活动与河谷地区一样可分为5个阶段。土层氧化物、微量元素、CaCO3含量和磁化率测定结果显示,西安白鹿塬区全新世8 500~6 000年和5 000~3 100年古土壤发育时较10 000~8 500年、6 000~5 000年和3 100年以来的黄土发育时夏季风活动强,降水量多,气候湿润,沙尘暴活动弱。中全新世8 500~6 000年间发育的S02古土壤中Fe2O3和Al2O3有一定富集,该层土壤类型相当于黄棕壤,指示当时年平均降水量较现今多150 mm左右。虽然沙尘暴活动很弱的间冰期是黄土地层理论上的侵蚀期,但是实际上这一时期的土壤侵蚀很弱。全新世黄土的侵蚀主要发生在气候冷干时期,不是发生在温湿时期。全新世中期6 000~5 000年间的黄土侵蚀率一般大于堆积率,使得广大地区全新世中期的薄层黄土在绝大多数地区受到侵蚀而消失。全新世中期薄层黄土发育时气候变冷干引起的植被退化是当时土壤侵蚀加强和出现侵蚀期的原因。     

渭河流域全新世土壤剖面木炭屑记录及其古环境意义

通过野外采样及其磁化率、总有机碳(TOC)、木炭屑的分析,探讨全新世野火活动与生态环境演变的关系。研究结果表明:TOC并不能完全指示野火活动,木炭屑是指示野火活动的理想指标,木炭屑对生态环境演变特征具有环境指示意义。末次冰期11500aB.P.之前,渭河流域气候干旱,植被为半荒漠草原,自然野火频繁发生;全新世早期(11500～8500aB.P.)野火发生频率大大降低;全新世气候适宜期(8500～3100aB.P.),气候比较湿润,生物风化成壤作用强烈,自然野火发生几率明显下降,但不同地点人类活动引发的野火活动存在区域差异;全新世晚期近3100年以来,气候向干旱化发展,加之人类利用土地活动加剧,生物量燃烧的规模大幅度增加;1500aB.P.以后,木炭屑浓度大幅度减少,野火发生频率大大降低。可能由于渭河流域土地利用方式发生重大改变,人工自然复合生态景观基本形成,因而不再大规模放火烧荒。此外,木炭屑对人类活动的遗迹具有指示作用。     

渭河下游全新世古洪水滞流沉积物研究

通过广泛的野外考察,在渭河下游发现了全新世古洪水滞流沉积物,对其进行了深入观察、地层划分和系统采样。在实验室内进行磁化率、烧失量、碳酸钙和粒度成分等多指标的分析测试。结果表明,这些古洪水沉积物以细粉沙为主,性质为粉沙质亚黏土,致密坚硬,具有水平或波状层理,与覆盖在河流阶地面的风成黄土和古土壤有着显著的区别。通过OSL测年断代,发现它们与渭河上游固川镇剖面的古洪水SWD为同一期特大洪水的沉积物。这表明渭河流域在3200—3000aBP发生了一组3次特大洪水事件。这个时期正是全新世大暖期结束之际,也就是中国历史上商代末期。渭河流域特大洪水事件的发生与全球性气候恶化转折密切相关。     

中国全新世气候变迁相位差与亚洲季风及西风带的联系

不同区域由于其主导气候影响因素的差异而表现出不同的全新世气候变化特征,对这些机制的研究,可以很好地理解各种自然要素的发展变化过程、气候影响机制及相互耦合关系。通过中国不同区域全新世气候变化研究成果的对比分析,发现黄土高原区与西北干旱区全新世期间气候特征主要表现为干冷的早全新世、暖湿的中全新世、气候恶化的晚全新世,而西南季风区与东部季风区全新世期间表现出两次季风加强阶段,但西南季风要比东南季风加强提前约3～4ka。该文认为黄土高原区与西北干旱区可能受同一气候系统制约,从而表现出类似的气候变化特征。西南季风区与东部季风区全新世气候变化特征有很好的对比性,可能是由于亚洲西南季风与东南季风在全新世的推进与退缩共同受到行星风带南北移动的影响,使其气候表现出类似的变化特征,但由于海洋巨大的热容导致东南季风的加强延后,从而导致西南季风区与东南季风区全新世的气候变化具有不同步性。     

太白山佛爷池湖泊沉积理化分析反映的8000aBP以来环境变化

封闭湖泊沉积物比较完整地记录了环境演化信息,是研究古环境变化的理想材料。通过对太白山佛爷池湖心剖面沉积物样品粒度参数、总有机碳、有机碳同位素、（TiO₂/K₂O）、碳酸盐含量等气候环境代用指标的分析,结合剖面的岩性特征与¹⁴C测年,指出本区气候环境经历了四个变化阶段:（1）8200aBP～5900aBP的温暖潮湿阶段,出现较为适宜的气候;（2）5900aBP～4400aBP气候变得恶劣,较为冷干;（3）4400aBP～2700aBP气候恢复为温湿类型;（4）2700aBP以后气候再一次急剧变冷干,大至到900aBP逐渐变得温湿,与太白山地区现代气候类型相符。     

新构造运动对黄土高原土壤侵蚀的影响

新构造运动是影响黄土高原土壤侵蚀的主导性因素.第四纪以来,受青藏高原阶段性强烈隆升的影响,黄土高原的形成与演化也具有阶段性.黄土高原地质时期土壤侵蚀的相对强烈期为更新世早期(2.5～2.4MaB.P.)、更新世中期(1.67～1.43MaB.P.)、更新世中晚期(0.85MaB.P.)、更新世晚期(0.10～0.07MaB.P.)和全新世5个时期,其中前4个时期为自然侵蚀期,全新世为人为加速侵蚀期.新构造运动是黄土高原重力侵蚀的主要影响因素,构造弧形隆升和断隆带是黄土高原的强烈侵蚀产沙中心.     

泾河下游全新世古洪水滞流沉积物研究

通过对泾河流域广泛的野外考察,在泾河下游高陵县段发现了典型的全新世古洪水滞流沉积剖面,系统地进行采集样品和粒度成分、磁化率、烧失量、吸湿水含量等多指标分析。从沉积学角度将古洪水滞流沉积物与全新世风成黄土和土壤进行对比,证明了该剖面所夹古洪水滞流沉积物的性质为细砂质粉砂,属于河流洪水悬移质泥砂沉积物。根据地层结构及与流域内其它剖面的对比,结合OSL测年数据,确定泾河在全新世中期4200~4000 a B.P.发生了第1期古洪水事件,在全新世晚期3200~2800 a B.P.发生了第2期洪水事件。这些古洪水事件都发生在全球性气候突变转折时期,表明在这些时期气候极端恶化,变率增大,洪水和干旱事件皆有发生。该研究对于泾河防洪减灾、水资源开发利用,对于揭示水文系统对于全球变化的响应规律,具有重要的科学意义。     

黄土高原褐土和黑垆土剖面中Rb和Sr分布与全新世成土环境变化

对黄土高原 3个土壤剖面Rb和Sr分布规律的研究表明 ,全新世不同阶段的黄土和土壤中Rb和Sr分布存在明显的差异 ,Rb/Sr比值的变化反映了成土环境和成土作用强度的变化。全新世早期 ,气候比较温和干燥 ,风尘堆积速率降低 ,土壤发育表现为边沉积边成土 ;全新世中期 ,气候温暖湿润 ,沙尘暴很少发生 ,风尘堆积速率极低 ,生物风化成土作用达到最强 ,以至于在黄土高原面发育黑垆土 ,在关中盆地形成褐土。到了 3 10 0多年前 ,气候恶化变干 ,风尘堆积速率加快 ,土壤严重退化。从区域上看 ,冬季风对黄土高原南部的环境效应比夏季风对北部的环境效应要强 ;黄土高原南部季风场强的变化较北部大。     

周原全新世复合古土壤和成壤环境的微形态学研究

通过对陕西周原黄土剖面的微形态研究 ,结合微量元素、粒度及磁化率分析 ,探讨了黄土风化成壤的特征 ;揭示出该剖面的全新世古土壤S0 是温暖湿润的环境下形成的具有强烈粘化特征的复合土壤 ,是 60 0 0～ 5 0 0 0aB .P .出现的区域性干旱气候事件造成风尘加速堆积的结果。关中盆地在 85 0 0～60 0 0aB .P .风化成壤最为强烈 ,气候最为暖湿。在 5 0 0 0～ 3 1 0 0aB .P .又出现了一个比较强烈的成壤时期。而最近 3 1 0 0年以来是一个风尘堆积较强的相对干旱期。     

High-resolution studies of the oldest cultivated soils in the southern Loess Plateau of China

The Holocene loess–soil sequence on the Chinese Loess Plateau constitutes an excellent record of evolution of soil formation, monsoonal climate, eolian dust accumulation and influences of arable farming of over 8000 years. A high-resolution soil profile on the Zhouyuan loess tableland to the west of Xi'an was studied using particle-size analysis, measurement of magnetic susceptibility, total Fe, TOC and CaCO₃. The results provide new insights into the roles of eolian dust deposition and human impact of cultivation on soil development in this environmentally sensitive zone. Several loess layers are found interbedded with cinnamon soils in the profile. This has been caused by changes in rainfall and intensity of dust deposition that is forced by changes in balance between the northwest continental monsoon and southeast maritime monsoon of East Asia during the Holocene. The processes of soil formation were interrupted several times by intensified dust-fall and climatic aridity in the last 11,500 years. The initial clearance of forest for arable farming occurred at ca. 7500 years BP on the loess tableland. It was contemporaneous with the arrival of the wetter and warmer climate of the Holocene Megathermal (8500–3100 years BP). Thereafter, arable farming has been maintained during both the time of soil formation and that of intensified dust accumulation, though there could be temporary cessation or reduced intensity of cultivation in the drier intervals because of lack of rainfall and soil moisture. Increased intensity of dust accumulation has been ongoing since ca. 3100 years BP in the Loess Plateau. A loess deposit of 40–80 cm has overlaid the Multiple or single-welded cinnamon soils on the flat land over the plateau.     

模拟氮沉降对湿性常绿阔叶次生林土壤碳氮组分和酶活性的影响

为了研究氮沉降对次生林土壤碳氮组分和酶活性的影响,以华西雨屏区湿性常绿阔叶次生林为对象,从2014年1月起进行野外定位模拟氮沉降试验,分别设置对照(CK,+0 g/(m^2·a))、低氮(LN,+5 g/(m^2·a))和高氮(HN,+15 g/(m^2·a))3个氮添加水平。在氮沉降进行27个月后,按照腐殖质层和淋溶层表层进行取样,测定不同土层土壤总有机碳(TOC)、可浸提溶解性有机碳(EDOC)、易氧化碳(ROC)、全氮(TN)、硝态氮(NO_3^-—N)和铵态氮(NH_4^+—N)含量以及蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和多酚氧化酶活性。结果表明:模拟氮沉降显著增加该次生林腐殖质层土壤的TOC和NH_4^+—N含量,显著增加腐殖质层和淋溶层表层土壤的NO_3^-—N含量,腐殖质层土壤C/N显著升高。淋溶层表层土壤TOC、NH_4^+—N、C/N以及2层土壤的EDOC、ROC、TN和NH_4^+—N/NO_3^-—N均无显著影响。2层土壤的多酚氧化酶活性均随着氮添加量的升高而降低,其中淋溶层表层达到显著差异。模拟氮沉降对蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均无显著影响。腐殖质层中,NH_4^+—N和NO_3^-—N含量与TOC含量存在极显著正相关关系。2层土壤的多酚氧化酶活性均与NO_3^-—N含量呈极显著负相关。结果说明,模拟氮沉降使该次生林中原本较高的腐殖质层土壤TOC含量进一步显著增加,并且促进土壤无机氮的积累,而模拟氮沉降对多酚氧化酶的抑制作用更加有利于土壤有机质的积累。     

秸秆覆盖对旱作冬小麦农田土壤呼吸、作物产量及经济 环境效益的影响

基于2009-2011年田间试验, 研究了黄土旱塬区不同秸秆覆盖措施下冬小麦农田土壤呼吸和小麦产量变化, 计算了生产每千克籽粒产量下土壤CO₂的释放量, 并以此比较了处理间的经济 环境效益值。试验包括4个处理: 无覆盖对照(CK)、全年9 000 kg·hm^-2秸秆覆盖(M₉₀₀₀)、全年4 500 kg·hm^-2秸秆覆盖(M₄₅₀₀)和夏闲期秸秆覆盖(SF)。结果表明: 冬小麦生育期内土壤CO₂累积释放量在处理间无显著差异, 但第1年生育期为14.92~17.43 t(CO₂)·hm^-2, 显著高于第2年[12.95~13.69 t(CO₂)·hm ^-2](P<0.05), 处理和年份的交互作用不显著。与CK(产量5.03 t·hm^-2)相比, 秸秆覆盖降低了作物产量, 其中M₉₀₀₀ (4.71 t·hm^-2)与CK差异显著。经济 环境效益值计算结果显示, 冬小麦生育期内生产每千克籽粒释放2.96~3.16 kg CO₂, 处理间无显著差异。从各处理平均值看, 小麦产量以及经济 环境效益值均存在显著的年际差异, 降水偏少的第1年度作物产量(4.60~4.98 t·hm^-2)显著低于降水相对丰富的第2年度(4.50~5.47 t·hm^-2), 但经济 环境效益值(3.03~3.69 kg·kg 1、2.45~2.88 kg·kg^-1)结果相反。处理和年份对作物产量和经济 环境效益值具有显著的交互影响, 在缺水年份秸秆覆盖能够提高作物产量, M₉₀₀₀处理具有最优的经济 环境效益; 而在丰水年份, 秸秆覆盖导致产量显著下降, CK具有更好的经济 环境效益。     

黄土高原人工油松林土壤碳氮对短期氮添加的响应

为了更好地理解土壤碳氮元素对氮添加的响应,通过短期原位模拟氮沉降试验,揭示黄土高原子午岭人工油松(Pinus tabulaeformis Carrière)林土壤碳氮对外源氮添加的响应过程和机制。从2015—2016年设置4个氮添加水平,分别为对照(0kg/(hm~2·a),N0)、低氮(50kg/(hm~2·a),N50)、中氮(100kg/(hm~2·a),N100)和高氮(200kg/(hm~2·a),N200),研究人工油松林地不同深度土层土壤有机碳和全氮以及土壤碳氮储量对模拟氮添加的响应。结果表明:土层对土壤有机碳、全氮和碳氮储量有显著影响,上层土壤有机碳、全氮和碳氮储量显著高于下层土壤;氮添加水平对土壤有机碳、土壤碳储量影响不显著,但可显著影响土壤全氮和氮储量。此外,土壤有机碳、全氮和碳氮储量和土壤碳氮储量比受地下生物量碳氮比的影响显著。因此,短期氮添加对人工油松林地土壤碳的影响不显著,但可显著影响土壤氮,地下生物量碳氮比是影响土壤碳氮的重要因素。     

Methane flux characteristics in forest soils under an East Asian monsoon climate

Methane (CH₄) uptake by soil can possibly be suppressed more in regions with heavy summer precipitation, such as those under the East Asian monsoon climate, as compared to that in regions with a dry summer. In order to determine how precipitation patterns affect seasonal and spatial variations in CH₄ fluxes in temperate forest soils, such fluxes and selected environmental variables were measured on different parts of a hill slope in a cypress forest in central Japan. On the upper and middle parts of the slope, CH₄ uptake was observed throughout the year, and the uptake rates increased slightly with soil temperature and decreased with soil water content. The CH₄ flux predicted using data for the middle and upper parts of the slope ranged from −1.12 to −0.83 kg-CH₄ ha⁻¹ y⁻¹ (i.e. CH₄ uptake by soil) and from −2.30 to −2.04 kg-CH₄ ha⁻¹ y⁻¹, respectively. In contrast, in the relatively wet lower part of the slope near an in-stream wetland, large CH₄ emissions (>2 mg-CH₄ m⁻¹ d⁻¹) were observed during the rainy summer. In this wetter plot, the soil functioned as a net annual CH₄ source in a rainy year. Hence the variation in CH₄ flux with a change in soil water conditions and soil temperature on the lower part of the slope contrasted to that on the upper and middle parts of the slope. The predicted CH₄ flux for this lower plot ranged from −0.45 kg-CH₄ ha⁻¹ y⁻¹ in a dry year to 1.80 kg-CH₄ ha⁻¹ y⁻¹ in a rainy year. Our results suggest that consideration of the soil water conditions across a watershed is important for estimating the CH₄ budgets for entire forest watershed, particularly in regions subject to a wet summer.     

Effect of Mulching with Vegetative Residues on Soil Water Erosion and Water Balance in an Oxisol Cropped by Cassava in East Cameroon

Soil water erosion is a major agricultural concern in tropical Africa with high precipitation and low soil fertility where Oxisols are generally distributed. A field experiment was conducted in east Cameroon during the rainy season in 2013 to investigate the effects of surface mulching with the residues of Imperata cylindrica on soil losses and surface runoff water generation in a cassava cropland on an Oxisol. Three treatments were established using two small plots for each treatment: bare plot (BA), cassava plot (CA) and cassava with mulch plot (CM). Soil loss and surface runoff water were measured, and water budgets of rainfall, surface runoff and soil moisture within rainfall events were measured in all treatment plots. Runoff coefficients in all treatment plots were suppressed below 8·0% because the large volume of large pores of surface soil of Oxisols contributed to the high drainage capacity over a rainy season even under wet soil moisture conditions. Total soil loss in CM was decreased by 49% compared with that in BA and CA, despite there not being a large difference in runoff water among treatments. These results suggest that surface mulching with the residues of I. cylindrica can substantially suppress soil losses caused by particle detachment by raindrops, while it maintain soil surface with originally high permeability in cassava croplands on Oxisols. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

渭河流域降雨侵蚀力时空分布特征

[目的]揭示渭河流域降雨侵蚀力的时空变化特征,为区域水土保持规划提供依据。[方法]根据渭河流域及其周边范围30个气象站点1957—2014年逐日降雨资料,采用章文波日降雨量侵蚀模型计算各站点的降雨侵蚀力,分析其空间分布规律和年内分布特征。[结果]渭河流域多年平均降雨侵蚀力值分布范围为806.25~3 510.81 MJ·mm/(hm2·h),平均值1 798.97 MJ·mm/(hm2·h),与多年平均侵蚀性降雨的空间分布基本一致,总体呈现西北低东南高的趋势。渭河流域降雨侵蚀力年内变化呈单峰型,主要集中在7—9月,占全年降雨侵蚀力的63.91%。北部黄土高原地区和关中平原发生水土流失的时期集中在7—9月,而秦岭北麓地区5—10月均有可能发生较大的水土流域,侵蚀风险由西北向东南递增。流域降雨侵蚀力年际波动较大,年际变率Cv值在34%~56%之间,整体而言,流域西北部地区的降雨侵蚀力年际变化幅度大于东南部地区。除洛川、长武、环县、平凉4个站点降雨侵蚀力在研究时段内有所增大外,其余地区降雨侵蚀侵蚀力呈不同速率的减小趋势。[结论]渭河流域降雨侵蚀力时空分布差异显著,尽管流域降雨侵蚀力呈减弱趋势,由于流域地处黄土高原,水土保持与水源涵养工作仍需高度重视。