不同草地建植模式对荒坡地土壤风蚀及理化性质的影响

荒坡地土壤贫瘠、植被稀疏,冬春季风蚀沙化严重,试验在密云水库库区荒坡地构建不同生态草地建植模式,研究草地建植对土壤理化性质改善作用和土壤风蚀防治效果,结果表明,生态草地建植当年地上生物量达2 246.9kg/hm2以上,越年后明显增加,可达5 941.6kg/hm2;生态草地建植可使荒坡地地表粗糙度增加1.7～14.5倍,土壤风蚀减少44.9%～75.1%,其中,草地雀麦+扁穗冰草建植模式地表粗糙度增加效果最佳,且不同建植模式土壤风蚀防治效果顺序为草地雀麦+扁穗冰草建植模式>草地雀麦+老芒麦建植模式>披碱草建植模式>草地雀麦+草木樨草建植模式>草地雀麦建植模式;同时,荒坡地生态草地建植可以降低土壤容重,增加总孔隙度,改善土壤物理性质,其中,草地雀麦+老芒麦草地建植1a,可使土壤容重降低8.7%,总孔隙度增加16.1%,荒坡地草地建植还可增加土壤有机质,降低土壤pH值,提高速效氮含量,草地雀麦+老芒麦建植模式与草地雀麦建植模式构建1a,土壤速效氮增加75.4%～79.1%。     

京津风沙源区生态保护与建设工程对防风固沙服务功能的影响

[目的] 评价京津风沙源生态保护与建设工程自2000年启动实施近20 a以来的防风固沙效应，以指导工程二期的实施。[方法] 选取植被覆盖度、风蚀量和防风固沙服务功能保有率等指标进行分析。[结果] 京津风沙源区以草地为主，其次为林地和农田；工程实施以来，多年平均土壤风蚀量为7.87×10⁸ t，以微度和轻度侵蚀为主；一期工程实施期间的土壤风蚀量总体呈逐年减小趋势，二期工程实施以来，风沙源区遭受风蚀危害又逐渐加重，尤其是沙化草原亚区，该区风蚀模数变化趋势达到了8.96 t/（hm²·a）；就防风固沙服务功能保有率而言，整个风沙源区均值达到了0.82，低值区主要分布于沙化草原亚区（0.743）和晋北山地丘陵亚区（0.752）；二期工程实施以来，大部分区域保有率均显著提升，这与二期工程实施期间全年及冬春季的植被覆盖度变化情况一致。[结论] 京津风沙源的风蚀防治区重点在保有率下降区域和以草地和沙地为主的沙化草原亚区、浑善达克沙地亚区和科尔沁沙地亚区。     

不同放牧方式对草场沙退化影响的试验研究

在我国干旱、半干旱草原区,草场沙退化现象十分严重,而草场沙退化是气候、土壤、植被等自然因素和人为因素共同作用的结果,其中放牧活动是引起草场沙退化的主要因素之一。为了客观地分析和评价不同放牧方式对草场沙退化的影响,在内蒙古自治区包头市达茂旗希拉穆仁荒漠草原进行了为期2 a的放牧、休牧和轮牧试验。试验结果表明:超载放牧不仅使植被盖度、高度和产量大幅度下降,裸地率增加,而且使地表粗糙度变小,风蚀输沙率增大,风蚀作用增强。但合理的放牧方式不但能促进牧草生长发育,保护草地的植物多样性,而且能防止草场进一步沙退化,反而有利于草场的持续利用。     

西藏高寒草原土壤团聚体有机碳变化及其影响因素分析

土壤结构的维持和稳定对高寒草原生态系统的稳定具有重要意义。为了探明高寒草原土壤结构的变化过程,研究了藏北正常、轻度和严重退化高寒草原表层(0～10cm)、亚表层(>10～20cm)不同粒径土壤团聚体有机碳(soil aggregates organic carbon,SAOC)的变化及对土壤结构的影响。结果表明:1)正常草地不同土层相同粒径团聚体有机碳质量分数均无显著差异,退化草地相同粒径SAOC质量分数随土层加深则呈显著提高的趋势;除轻度退化草地表层,不同状态草地各土层微团聚体(<0.25mm)有机碳质量分数显著高于大团聚体(>0.25mm)有机碳。2)退化草地表层、亚表层SAOC质量分数均呈显著下降,降幅随草地退化加剧却有所降低。但与轻度退化草地相比,严重退化草地表层大团聚体、微团聚体有机碳损失量分别增、减2.87、2.90g/kg,亚表层损失量则分别减少1.40、0.34g/kg,由于大团聚体有机碳损失量较大,其土壤抗蚀能力低于轻度退化草地。3)高原寒旱环境中,SAOC质量分数随SOC质量分数、土壤含水率的增加分别呈极显著(p<0.01)提高、显著(p<0.05)下降的趋势,土壤温度、土壤容重对SAOC质量分数的影响则均不显著。该文可为进一步探寻高寒草原生态系统维持与稳定的理论和方法提供参考。     

腾格里沙漠边缘区植被恢复与土壤养分变化研究

为了研究腾格里沙漠东缘植被恢复过程中不同阶段土壤养分和pH值的变化,在研究区从东向西分别采集6种植被恢复阶段的土壤,分别测定了其pH值、有机质和全效速效养分含量。结果表明,沙丘固定过程中,土壤有机质和全氮含量都呈逐渐增加趋势,分别从1.32和0.025g/kg增加到1.89和0.061g/kg,均达到了显著水平。半固定沙丘速效氮、速效钾含量均明显增加,发展为固定沙丘后由于大量植物的生长土壤速效氮、速效钾含量反而比半固定沙丘低。荒漠草原土壤中有机质、全氮及速效氮含量最高,退化草原速效磷含量比荒漠草原略高,差异不显著随退化荒漠草原恢复进程,人工梭梭林速效磷含量降低,速效钾总体呈显著增加趋势pH值以人工梭梭林较低。植被恢复过程中,沙生植被的存在对有机质和氮素的富集起着决定性作用,随着流沙固定和退化荒漠草原恢复,土壤有机质、氮和磷的含量增加,土壤有机质含量与土壤全氮、全磷和有效氮的含量呈较强的正相关关系。     

东祁连山不同退化草地植物群落特征与土壤养分特性

为探究东祁连山不同退化草地植物群落特征、土壤养分特性及其相关性,以轻度退化草地、中度退化草地和重度退化草地为研究对象,采用野外调查、室内测定和数据统计分析相结合的方法,分析了不同退化草地植被特征、土壤养分特性及其之间的相关性。结果表明:(1)从轻度退化草地-重度退化草地,植物群落特征(地上生物量、高度、密度、频度和总盖度)整体呈现降低趋势,且差异显著(P<0.05),中度退化草地Margalef指数、Shannon指数和Evenness指数最高,Dominance指数最低;(2)研究区植物共有19科38属41种,生态适应性较强的植物主要集中在豆科、禾本科、菊科和蔷薇科,不同退化草地植被型分别为矮生嵩草(K.humilis)+赖草(Leymus secalinus)、矮生嵩草+高山唐松草(Thalictrum alpinum)、矮生嵩草+赖草,其中矮生嵩草是各退化草地的优势种,不同退化草地的功能群以杂类草占优势,其次是禾草类,毒草类所占的比例最少;(3)随草地退化程度加重,土壤速效氮、有效磷、有机碳和含水量呈降低的趋势,而pH整体呈现升高的趋势;(4)不同退化草地土壤因子对植被生长贡献率最高分别为速效氮、有效磷和含水量。综上,随着草地退化程度加重,植物群落结构向单一趋势过渡,土壤养分含量减少,且土壤因子对植物贡献率也相应发生变化。     

牛羊粪沙障对高寒区沙化草地恢复的影响——以甘肃省玛曲县为例

[目的] 研究植物纤维沙障、牛羊粪沙障和牛羊粪沙障+植物纤维沙障对甘肃省玛曲县沙化草地恢复效果,为玛曲县沙化草地治理提供有效沙障。[方法] 以玛曲县未布设沙障沙化草地为对照,比较了植物纤维沙障、牛羊粪沙障和牛羊粪沙障+植物纤维沙障布设后沙化草地植物和土壤性质的变化。[结果] ①牛羊粪沙障和牛羊粪沙障+植物纤维沙障对植被恢复效果较好。物种数由4种均增加为11种,植物群落平均盖度由7.28%依次增加到48.21%和58.29%;植物平均高度由6.67 cm依次增长到35.17和30.70 cm;植物平均干重由4.46 g/m²依次增加到81.17和80.70 g/m²;植物平均枯死率由9.55%依次降为7.00%和6.80%。②牛羊粪沙障和牛羊粪沙障+植物纤维沙障对0—5 cm土壤养分提升显著。全氮由0.154 g/kg依次增加到0.370和0.491 g/kg;土壤碱解氮由4.78 mg/kg依次增加到13.99和19.78 mg/kg;速效磷由1.64 mg/kg依次增加到5.54和6.20 mg/kg;速效钾由21.07 mg/kg依次增加为55.37和56.90 mg/kg。[结论] 综合考虑恢复效果、成本和降解因素等,牛羊粪沙障为玛曲县沙化草地治理较理想的沙障布设方式。     

短花针茅荒漠草原不同载畜率对土壤的影响

以内蒙古自治区乌兰察布短花针茅荒漠草原为研究对象,通过9 a的定位试验,研究放牧对土壤理化性状的影响,旨在揭示不同载畜率条件下草原土壤退化的过程和机制,以便采取合理的放牧管理措施,遏制草原退化,促进草地畜牧业可持续发展。试验在短花针茅荒漠草原设定4个载畜率水平,重复3次,以成年蒙古羯羊为供试绵羊,从2004年开始小区放牧试验,每年放牧期为6月初到11月底,每天放牧时间为早6:00至晚18:00,放牧试验2012年结束后,通过对草原土壤理化性质的分析,得出主要结果如下:持续放牧9 a,土壤表层含水量随着载畜率的增加显著降低(P0.05),载畜率对土壤机械组成、p H及速效磷和速效钾含量的影响未达显著水平(P0.05);0~10 cm土层土壤有机质含量在重度放牧处理下显著低于(P0.05)其他处理;土壤容重随着放牧时间的延长下降17.25%;随着放牧强度的增加,土壤砂粒含量呈增加趋势,黏粒含量有所降低;土壤速效磷、速效钾含量随载畜率升高而降低;2012年重度放牧降低了土壤呼吸速率(P0.05)。结合载畜率与年度互作分析,经过9 a的持续放牧,短花针茅荒漠草原放牧还没有从本质上引起草地土壤理化性状的严重退化,但从土壤有机质含量来看,土壤出现了一定程度的退化现象。     

基于土壤粒度参数的荒漠草原地表粗粒化过程

草原退化特征已由植被变化为主演变为土壤退化的阶段,其植被覆盖变化可在一定程度上反映退化状况与过程,探明荒漠草原不同退化阶段(覆盖度)地表风蚀状况,对合理利用与保护草地资源意义重大。以希拉穆仁荒漠草原7个覆盖度(裸地,5%,20%,40%,60%,80%和100%)下的表层土壤为研究对象,利用激光衍射技术测量表层0—1cm土壤粒度组成,分析不同覆盖度下的平均粒径、标准偏差、偏度、峰态及分形维数等粒度参数变化情况及颗粒频率分布。结果表明:(1)土壤粒度组成均以沙粒和粉粒为主,黏粒含量较低;偏度可作为有效粒度参数指标。(2)随着盖度降低,平均粒径数值越大,分选性越好,频率曲线由近于对称—正偏—极负偏转变,峰态由尖锐变平缓,分形维数先增加后降低。(3)粒径分布基本呈双峰分布,盖度越小第二波峰滞后越明显,且分布均匀程度越低,易风蚀颗粒范围为144~869μm。     

黑河上游天老池流域不同植被下土壤理化性质和入渗特征

选择天老池流域的5种典型植被类型下的土壤,用环刀进行多点采样,用于土壤理化性质和入渗的观测,比较分析不同植被土壤的理化性质。结果显示:不同的植被类型下土壤理化性质有差异。土壤容重表现为草地(干草原1.12g/cm~3,亚高山草地1.00g/cm~3)灌木林地(亚高山灌丛0.76g/cm~3)乔木林地(祁连圆柏0.75g/cm~3,青海云杉0.50g/cm~3);总孔隙度表现为乔木林地(青海云杉81.29%,祁连圆柏76.61%)灌木林地(72.63%)草地(亚高山草地62.28%,干草原57.65%);有机质含量表现为青海云杉(136.87g/kg)亚高山灌丛(119.96g/kg)亚高山草地(94.67g/kg)祁连圆柏(70.69g/kg)干草原(43.94g/kg),总体表现为阴坡大于阳坡。土壤容重、有机质含量、总孔隙度均与土壤入渗特征呈显著性相关,土壤理化性质对土壤入渗的综合影响作用决定了土壤入渗速率的大小。用环刀法观测表层土壤的入渗过程,通过比较发现,初始和稳定入渗速率均表现为青海云杉(7.17mm/min,5.12mm/min)祁连圆柏(2.33mm/min,1.30mm/min)亚高山灌丛(1.91mm/min,1.01mm/min)亚高山草地(1.89mm/min,0.77mm/min)干草原(1.41mm/min,0.44mm/min),整体表现为乔木林地灌木林地草地。用变异系数衡量土壤理化性质和入渗率的空间变异性,结果表明,5种植被土壤的理化性质表现出不同程度的变异,土壤的入渗率均表现出较大的空间变异性。青海云杉林地的土壤入渗率明显大于其他4种植被类型,在本研究区的水源涵养上起到至关重要的作用。     

保护性耕作农田和柠条带状配置草地防风蚀效果的风洞测试

为比较分析保护性耕作农田与柠条带状配置修复退化草地的防风蚀机理和防风蚀效果,利用移动式风蚀风洞及相关配套设备对内蒙古乌兰察布寒旱区的保护性耕作农田、传统旱作农田和退化草地、柠条带状配置草地进行风蚀风洞原位测试,研究其风速廓线、输沙通量等风沙运动规律,分析保护性耕作农田、柠条带状配置草地的防风蚀情况。结果表明:保护性耕作农田、柠条带状配置修复草地的输沙通量随地表高度的变化呈"C"字形分布,有别于传统耕作农田和退化草地的输沙通量随地表高度的增加按指数规律迅速衰减;保护性耕作农田、柠条带状配置草地的防风蚀机理,主要在于保护性耕作农田的直立残茬和柠条带状配置可对近地表风速产生阻挡、分解、疏散作用,从而使近地表风速造成不同程度削弱;当风洞中心风速为11 m/s时,在距地表50 mm处保护性耕作农田相比传统耕作农田的风速降低率达86.44%,柠条带状配置草地相比退化草地的风速降低率为70.69%,近地表风速的降低是保护性耕作农田和柠条带状配置草地有效防治土壤风蚀的根本原因;保护性耕作农田和柠条带状配置草地的风沙流主要活动在距地表40 cm高度以下,占总输沙量的90%左右,而对照传统耕作农田和退化草地的风沙流则主要活动在距地表20 cm以下,占总输沙量的85%以上。     

用气象数据估算固定和半固定沙地的起沙速率

Taibus County, Inner Mongolia, China, lies in a farming-pastoral ecotone, where severe wind erosion and various aeolian sand hazards are prevalent and fixed and semi-fixed sand dunes occur frequently. This study was conducted to investigate the relationships between sand transportation rate and wind speed for the fixed and semi-fixed sand dunes based on field measurements. The annual quantity of soil erosion by wind was estimated using meteorological wind data. The results indicated that the sand transportation rate in Taibus County in 2000 was 57.38 kg cm-1 year-1 for the semi-fixed dunes and 4.56 kg cm-1 year-1 for the fixed dunes. The total duration of erosive winds covered 12.5% of the time of the year, and spring posed the highest potential of sand transportation. Wind with low speed (≤17 m s-1) and high frequency plays a dominant role in sand transportation, while strong wind (≥17 m s-1) with low frequency significantly enhanced the sand transportation. Erosive wind speed, directions, and frequency were three crucial dynamic factors influencing sand hazards in the farming-pastoral ecotone. The dominant factors intensifying sand and dust storms in Taibus County might be related to the favorable wind condition in combination with the durable drought, which led to land desertification and vegetation degradation.     

甘肃秦王川灌区种植豆禾混播牧草的农田生态保育效应

以裸地(CK)、种植小麦(Triticum aestivum)和苜蓿/无芒雀麦(Medicago sativa/Bromus inermis)豆禾混播牧草地为研究对象,通过测定地表植被特征指标、土壤风蚀量及理化性质等指标,探究秦王川灌区农田风蚀规律及种植春小麦和牧草对土壤及养分流失的影响。结果表明:农田表土损失呈秋末冬初流失较多,冬季较少,春季又明显增强的"U"形曲线模式,从9月至翌年6月,出现2个风蚀高峰期(9—11月和3—5月);耕地裸露造成表土年均流失1.7 kg/m~2,即每年被风吹蚀1.3 mm厚表土,土壤有机质损失236.2 kg/hm~2,而种植小麦和牧草后在地表植被(根茬)覆盖作用下表土流失减少20.1%和52.3%,有机质损失减少12.2%和50.7%;由于风蚀季牧草植被(根茬)的盖度、高度和地表生物量均较小麦大,使得牧草地的地表粗糙度和湿度及表土(0—5 cm)含水率较小麦地高,从而造成土壤和有机质流失较小麦地少;相关和回归分析显示,地表植被特征指标与地表粗糙度和土壤含水率间呈显著正相关,而与地表土壤和有机质流失量呈极显著负相关;植被盖度每提高1%,将使表土和有机质流失减少4.1 g/m~2和59.3 mg/m~2,地表生物量每提高1 g/m~2,将使表土和有机质流失减少2.3 g/m~2和34.0 mg/m~2;春季春播小麦地的表土流失量与裸地相同,而种植多年生豆禾混播牧草可显著减少表土流失和有机质损失。综合以上,甘肃灌区农田春季播种农作物易引起土壤退化,而种植多年生豆禾混播牧草可实现农田生态保育,从而提高耕地质量和区域环境质量。     

荒漠草原两种沙化草地对浅耕翻的响应

浅耕翻是退化草地改良的一项技术措施,其效果往往与表层土壤的退化程度与类型相关。为进一步认识荒漠草原退化草地浅耕翻措施的适用性及其作用机理,在宁夏盐池县选取覆沙草地（片沙覆盖型）和侵蚀草地（侵蚀粗化型）当地两种较为典型的退化草地类型,分别进行深翻（20 cm）和浅耕（5 cm）两种浅翻耕处理,分析其植被更新和土壤水分变化情况。结果表明,浅耕翻可有效减少猪毛蒿当季发生数量,激活土壤种子库,提高两种退化类型草地植被均匀性和多样性水平,但是深翻处理下植被盖度下降幅度较大。其中覆沙草地物种丰富度保持稳定,一年生的狗尾草和画眉草占据更为优势的地位,深翻处理下土壤水分向下层蓄积;侵蚀草地物种数明显下降,但指示种胡枝子在群落中的优势地位进一步提高,土壤水分则沿垂直剖面均匀增加,0—100 cm土壤蓄水量显著提高。浅耕翻是推动退化草地恢复演替的有效手段,其中浅耕更具普适性;但是综合植被更新和水分蓄积情况,深翻措施更适宜覆沙草地,浅耕措施对侵蚀草地则较为适宜。     

Estimation of Sand Transportation Rate for Fixed and Semi- Fixed Dunes Using Meteorological Wind Data

Taibus County, Inner Mongolia, China, lies in a farming-pastoral ecotone, where severe wind erosion and various aeolian sand hazards are prevalent and fixed and semi-fixed sand dunes occur frequently. This study was conducted to investigate the relationships between sand transportation rate and wind speed for the fixed and semi-fixed sand dunes based on field measurements. The annual quantity of soil erosion by wind was estimated using meteorological wind data. The results indicated that the sand transportation rate in Taibus County in 2000 was 57.38 kg cm-1 year-1 for the semi-fixed dunes and 4.56 kg cm-1 year-1 for the fixed dunes. The total duration of erosive winds covered 12.5% of the time of the year, and spring posed the highest potential of sand transportation. Wind with low speed (≤ 17 m s-1) and high frequency plays a dominant role in sand transportation, while strong wind (≥ 17 m s-1) with low frequency significantly enhanced the sand transportation. Erosive wind speed, directions, and frequency were three crucial dynamic factors influencing sand hazards in the farming-pastoral ecotone. The dominant factors intensifying sand and dust storms in Taibus County might be related to the favorable wind condition in combination with the durable drought, which led to land desertification and vegetation degradation.     

道路和居民点对锡林郭勒草地风蚀参数的影响

土壤风蚀是锡林郭勒草地主要的生态环境问题之一,区域内道路和居民点对草地风蚀有重要影响而尚未受到足够的关注与研究。将遥感影像目视解译提取的道路和居民点信息,与表征土壤性质、地表植被覆盖等方面的8个风蚀参数进行空间叠加,采用掩膜处理等GIS方法分析各参数的空间变化特征,以探究道路和居民点对风蚀地表参数的影响。结果表明:距道路和居民点越近,植被覆盖率、高度均减小,表层土壤砂粒含量增加,土壤容重变大;居民点对风蚀参数影响的最大距离为2 000 m,道路为400 m;在影响距离内,植被覆盖各参数变化幅度大于土壤性质各参数,居民点对风蚀参数的影响大于道路;道路和居民点明显增加了周边区域的风蚀危险性,因此进行风蚀评价与估算时,应在相关指标体系与模型中考虑道路和居民点这两个影响因子。该研究可以为草原风蚀机理研究、风蚀治理提供科学参考。     

Effects of vegetation pattern and of biochar and powdery soil amendments on soil loss by wind in a semi-arid region

Dust emission from wind erosion is a widespread phenomenon in arid and semi-arid areas having considerable implications for ecosystems and human well-being. However, few studies have examined the efficiency of biochar amended to soil on wind erosion control. Aimed at studying the effect of biochar on resistance of soils against wind erosion, a wind tunnel experiment was conducted. We tested (a) soils amended with hard waste walnut wood biochar and soft maize cob biochar, and (b) soils amended with powdery waste wood and powdery maize cob, and compared them with (c) non-treated soil, in their susceptibility to wind erosion and also the additional effect of various patterns of vegetation cover. Amending soil with biochar and powdery material did significantly increase their resilience to wind erosion because of increased soil aggregation. In comparison with the non-treated control, the mass flux of un-vegetated soil reduced from 4.42 to 1.86 g m⁻² s⁻¹ for the waste walnut wood biochar, from 4.28 to 1.50 g m⁻² s⁻¹ for maize cob biochar, from 4.11 to 1.44 g m⁻² s⁻¹ for powdery maize cob and from 3.97 to 1.14 g m⁻² s⁻¹ for powdery waste walnut wood. When combining amendments with vegetation, there was still a substantial improvement, though the soil treatments responded differently in terms of soil loss to different vegetation patterns. A single row vegetation pattern had the highest mass flux, while a zigzag vegetation pattern had the lowest. In conclusion, waste wood or maize cobs, whether applied as biochar or as powdery material, are able to fix soil and reduce wind erosion.     

施用PAM防治松散土风蚀的机理及其抵御风沙流能力研究

采用室内风洞试验方法,研究了内蒙古西部干旱半干旱地区荒漠沙地松散土风蚀规律、风沙流对风蚀量的影响和施用PAM防治松散土壤风蚀的机理及其抗风沙流的能力。风沙流对风蚀量的影响试验,采用试样接续放置的方法,前一试样为后一试样提供风沙流;施用PAM试样抗风沙流的能力试验,采用PAM使用量为1g/m2,2 g/m2和4 g/m2等3个处理水平和0,17.6%,36.4%,7.7%等4个吹角水平。试验结果表明,相同的风速条件下风沙流对土壤的侵蚀程度比净风侵蚀程度高得多,侵蚀量显著不同;PAM用量为1 g/m2时,在7~8m/s风速的风沙流作用下只能经历5~10 min的吹蚀试样即破坏;PAM用量为2 g/m2时可以抵御8~10 m/s风速的风沙流历时30 min的吹蚀;PAM用量达4 g/m2时,可以抵御10 m/s风速的风沙流历时30 min的吹蚀试样仍未破坏,几乎可以防止自然界99%的各级风速所引起的土壤风蚀。从经济方面考虑,推荐PAM用量为2g/m2可以防止自然界中大部分风力(约97%~99%)造成的风蚀,经济上是可行的。经PAM处理的试样破坏过程和切片分析得出,在松散土表面喷施PAM之所以能够有效地防止风蚀,最根本的原因是施用PAM溶液后松散土表面可形成较厚的结皮。