陕北黄土区植被特征对坡面微地形的响应

为掌握陕北黄土区不同植被特征对坡面微地形的响应,以陕西省吴起县合沟流域半阴、半阳2个坡向的原状坡及其5种微地形为研究对象,分析对比不同坡向各类微地形的物种组成、草本生物量、植被盖度及植物多样性特征.结果表明:1)各类微地形植物群落的物种组成、植被盖度、草本生物量及植物多样性指数多优于原状坡,其中切沟和塌陷的植被状况最优,其次为浅沟和缓台,陡坎最差;2)各类微地形植物群落的Simpson指数与Shannon-Wiener指数变化趋势一致,均为切沟＞塌陷＞缓台＞浅沟＞陡坎＞原状坡,其中切沟和塌陷的植物群落所处的自然演替阶段高于其他微地形;3)经过15年自然恢复,半阳坡形成以星毛委陵菜、赖草等多年生草本植物为优势种的植物群落,半阴坡形成以铁杆蒿、茭蒿等地带性多年生草本植物为优势种的植物群落,半阴坡各类微地形植物群落的物种组成状况、草本生物量、植被盖度以及植物多样性特征指数均优于半阳坡.掌握不同微地形植被配置的差异,有助于提高陕北黄土区植被恢复措施的有效性和持续性.     

侵蚀地形对马尾松林下土壤特性的影响

土壤是植被生长的重要物质基础,其分布和发育受土壤侵蚀的影响。红壤丘陵区马尾松林下土壤侵蚀严重,生态环境脆弱,探清该区马尾松林下土壤侵蚀对土壤分布及其特性的影响,对该地区的植被重建和生态恢复具有重要意义。基于调查取样和分析测试获取的数据,采用统计和灰色关联度分析法分析侵蚀地形对红壤丘陵区马尾松林下土壤特性的影响。结果表明:不同侵蚀地形的土壤特性差异显著,相对于山脊坡和鞍部坡,切沟土壤理化性质的大部分指标含量最高,微生物数量最多,土壤酶活性最大;不同侵蚀地形的土壤特性指标间的相关性差异较大,与山脊坡和鞍部坡相比,切沟的土壤理化性质指标与土壤酶及微生物指标的显著正相关明显增多,土壤特性与切沟的关联度也最高;切沟形成的微环境提升了土壤特性,为植被恢复提供了有利的条件。因此,加大侵蚀沟的环境研究可为快速恢复该地区的土壤与植被提供科学依据。     

黄土丘陵沟壑区沟坡典型植物群落生长特征

以纸坊沟小流域沟坡7个典型植物群落为调查对象,对其结构特征、物种多样性、盖度、地上生物量进行了系统研究。结果表明:Simpson多样性指数显示为沙棘赖草白羊草柠条苔草茭蒿铁杆蒿;Magarlef丰富度指数表现为草本群落灌木群落,阴坡群落阳坡群落;Pielou均匀度指数为灌木群落草本群落,阴坡群落阳坡群落。灌木群落地上生物量(1.53～5.85 kg/m~2)显著大于草本群落(0.17～0.41 kg/m~2),草本群落地上生物量大小排序为赖草铁杆蒿茭蒿白羊草苔草。植被盖度阴坡草本群落最大,灌木群落居中,阳坡蒿类草本群落最低。沟坡植物群落的Simpson多样性指数、Margalef丰富度指数略低于梁峁坡面的植物群落,Shannon-wiener多样性指数、草本群落地上生物量显著低于梁峁坡。研究成果对于明确黄土高原小流域植被生长特性、优化水土保持措施的空间配置具有重要的指导意义。     

不同草带空间分布对坡面细沟侵蚀调控机制

为了研究植被对坡面细沟侵蚀调控机制,采用模拟降雨试验,结合激光扫描方法,分析了不同草带分布沟坡面细沟侵蚀发生、发展过程。结果表明:草带位于梁峁坡下部60%,植被调控侵蚀效果最优,相比裸坡减少径流量7.4%,减少产沙量62.9%,相比蓄水减沙功效而言更具直接拦沙的功能。植被通过调控细沟侵蚀的发生、发展、发育过程实现了对土壤侵蚀的调控作用,尤其是对沟坡侵蚀产沙的调控作用;而且这种对侵蚀的调控作用不仅改变了细沟侵蚀发生的位置,而且改变了径流和侵蚀过程以及侵蚀方式;细沟侵蚀已经向面蚀(片蚀)转化,大幅度降低侵蚀程度。研究结果揭示了植被可以通过影响侵蚀方式来调控侵蚀输沙过程,有助于加深坡面植被对细沟侵蚀发育形态作用机理的理解。     

黄土丘陵区不同坡向及坡位草本群落生物量及多样性研究

以黄土丘陵区纸坊沟流域内的大范家沟阴阳坡和拐沟阴坡坡面主要草本群落为研究对象,分析不同坡向及坡位的草本群落盖度、地上生物量及物种多样性关系。结果表明,阴坡草本群落的物种20多种,较阳坡高30%。阴阳坡面上草本群落生物量和盖度从坡下至坡上逐渐减小。在水分和养分条件好的地段均有灌木入侵。阳坡Margalef和Menhinick丰富度指数均随坡位升高而降低;而阴坡Mafgalef指数随坡位升高而降低,Menhinick指数却随坡位升高而增大;3个均匀度指数和多样性指数在阴阳坡均随坡位的升高而减小。不同坡位引起的植被盖度、Margalef丰富度指数和Alatalo均匀度指数存在显著差异（P〈0.05）。坡位与Margalef丰富度指数和Alatalo均匀度指数呈显著相关（P〈0.05）,与Shannon-wiener多样性指数呈极显著相关（P〈0.01）。描述或评价群落多样性、丰富度及均匀度时,应多选几个指标参数,避免单一指标带来的片面性。掌握草本群落自身喜阴阳特性、生境特征、植被组成及多样性特征,充分认识植被演替条件和演替规律,对指导该区植被和生态系统恢复与重建具有重要意义。     

黄土丘陵沟壑区坡沟植被生态序列研究

植被生态序列是小地形对植被空间分布影响的反映。采用样线法,对安塞纸坊沟支沟拐沟中南北向短坡面深沟谷和长坡面浅沟谷断面进行植被调查,分析其植被生态序列特征、物种组成及物种多样性。结果表明：短坡面深沟谷序列主要以灌乔木等演替后期物种为主,而长坡面浅沟谷序列则主要为草本物种;同一序列中,阴坡、沟谷地具有比阳坡、沟间地复杂的演替后期群落;序列中物种主要由菊科（Compositae）、豆科（Leguminosem）和禾本科（Gramineae）构成,生活型主要为多年生草本,生态型以旱生、中旱生为主。α多样性指数在阴坡和短坡面深沟谷序列较高,β多样性指数在地形变化活跃的沟缘线区较高。研究结果可为黄土丘陵沟壑区植被建设人工调节提供参考依据。     

红壤严重侵蚀区不同生态修复类型的土壤侵蚀控制作用

以强干扰的马尾松林为对照,不同生态修复类型(封育、开挖竹节沟、开挖竹节沟+带状种草)的马尾松林为研究对象,研究不同修复类型的土壤侵蚀控制效果。研究结果表明:与对照相比,实施生态修复措施的马尾松林分土壤侵蚀强度明显降低,封育马尾松林、竹节沟马尾松林和种草竹节沟马尾松林土壤侵蚀强度分别比对照低2 332t/hm~2·a、2 414t/hm~2·a和2 456t/hm~2·a。种草竹节沟土壤最大持水量最大,封育林土壤水分渗透速率最高,两者均能减小水流对土壤的冲刷作用,对水分的涵养效果显著,而竹节沟马尾松林能够增加土壤的抗蚀性和抗冲性。总体来看,通过开挖竹节沟和种植灌草等措施对于防治红壤区严重土壤侵蚀具有明显的效果。     

南方花岗岩红壤侵蚀区马尾松林下流失斑成因及治理技术研究

我国南方花岗岩红壤侵蚀区的水土流失呈斑块状散布在广大的丘陵山地之间,其土壤侵蚀强度大,侵蚀类型齐全,治理难度大,如何治理这些流失斑成为当前面临的一个艰巨而又迫切的任务,因此加快相关治理技术研究,对于推动流失区的生态建设具有重要意义。本文在调查研究的基础上,探讨花岗岩红壤区马尾松林下水土流失斑成因及治理技术。马尾松林下流失斑是林下土壤生态系统脆弱,植被稀少、腐殖质层缺失,降雨侵蚀力高等客观原因和人为破坏及不合理的经营方式等主观原因共同造成的;针对这些原因总结了诸如施肥、补植、水平条沟施肥播草、水土保持坡面工程及封禁等治理的成功经验,以期为南方花岗岩红壤区马尾松林下水土流失斑治理提供技术支持。     

浅沟发育对土壤侵蚀作用的研究

浅沟是坡面细沟侵蚀发生与发展的产物。浅沟形成后,改变了原坡面形态,加速了侵蚀作用过程,增大了土壤侵蚀量。本文采用人工模拟降雨装置在黄土小区上进行试验,结合野外调查,对浅沟侵蚀进行了研究:坡面浅沟的分布密度变化于10～65km/km~2之间;深度变化于0.3～3m之间,并且以1～2m的为多;新倾斜面的倾角变化于10°～30”之间。在相同降雨条件下,浅沟发育坡面的产沙率比未发育浅沟坡面的产沙率要大,二者可相差3倍多。当雨强为1.31mm/min和2.4mm/min时,有浅沟发育坡面的侵蚀量分别增加0.66倍和0.386倍。据估算,由于浅沟的存在,黄土丘陵沟壑区沟间地坡面的侵蚀量将增加25％左右。     

不同植被恢复措施下剖面根系与SOC的分布特征

根系是影响水土流失和土壤有机碳（SOC）变化的重要因素。在水土流失区,研究不同植被恢复措施下,根系生物量和土壤有机碳的分布特征对了解区域土壤碳循环具有重要意义。在水土流失严重的黄土丘陵沟壑区的燕沟小流域,选择地形条件类似的梁峁坡,采集了10种不同植被治理恢复措施下的剖面（0—100 cm）根系和土壤样品,研究了根系生物量和SOC在剖面的分布特征。结果显示:不同治理措施下的SOC呈现出灌木 > 乔木 > 灌草 > 草本的趋势,而根系生物量呈现出乔木 > 灌木 > 灌草 > 草本的趋势;SOC和细根生物量都随土层深度的增加呈对数递减趋势,但同一土层SOC和细根生物量的分布不一致,且根系比SOC的分布浅。     

南方红壤侵蚀区马尾松林下植被恢复限制因子与改造技术

林下植被匮乏是南方红壤丘陵区退化马尾松林生态系统普遍存在的一个突出问题.恢复退化马尾松群落的林下植被对于扭转该地区低效马尾松林的逆向演替,改善当地生态环境具有重要意义.分析了马尾松林下植被匮乏的主要成因,并从土壤养分、土壤物理性状、夏季高温和季节性干旱、土壤酸化和人为干扰等方面综合探讨了林下植被恢复的主要限制性因素.从如何控制林地水土流失,改良退化林地土壤及减少人为干扰3个方面提出了退化马尾松林下植被恢复的对策.总结了到目前为止林下植被恢复较为成功的几种模式,以期为今后南方红壤侵蚀区退化马尾松林的改造和修复提供参考.     

Effect of vegetation changes on soil erosion on the loess plateau

Vegetation is one of the key factors affecting soil erosion on the Loess Plateau. The effects of vegetation destruction and vegetation restoration on soil erosion were quantified using data from long-term field runoff plots established on the eastern slope of the Ziwuling secondary forest region, China and a field survey. The results showed that before the secondary vegetation restoration period （before about 1866-1872）, soil erosion in the Ziwuling region of the Loess Plateau was similar to the current erosion conditions in neighboring regions, where the soil erosion rate now is 8 000 to 10 000 t km^-2 year^-1. After the secondary vegetation restoration, soil erosion was very low; influences of rainfall and slope gradient on soil erosion were small; the vegetation effect on soil erosion was predominant; shallow gully and gully erosion ceased; and sediment deposition occurred in shallow gully and gully channels. In modern times when human activities destroyed secondary forests, soil erosion increased markedly, and erosion rates in the deforested lands reached 10 000 to 24000 t km^-2 year^-1, which was 797 to 1682 times greater than those in the forested land prior to deforestation. Rainfall intensity and landform greatly affected the soil erosion process after deforestation. These results showed that accelerated erosion caused by vegetation destruction played a key role in soil degradation and eco-environmental deterioration in deforested regions.     

不同人工恢复林对退化红壤团聚体组成及其有机碳的影响

研究土壤团聚体的组成及其有机碳的分布,有助于从微观角度理解土壤结构与功能的相互作用.采用于筛法和湿筛法,研究南方红壤退化地实施人工恢复30年后,马尾松与阔叶复层林(PB)、木荷+马尾松混交林(SP)和阔叶林(BF)3种典型林分在0～60 cm土层的团聚体组成及其有机碳分布特征,分析土壤团聚体有机碳与总有机碳相关关系.结果表明:各恢复林分土壤机械稳定性团聚体质量分数,以＞2 mm粒径所占比例最大(均在60％以上),而在水稳性团聚体中,以＜0.05 mm粒径占优势.不同林分土壤团聚体结构破坏率顺序依次为BF(53.38％～84.27％) ＞SP(52.22％ ～70.86％) ＞PB(22.70％ ～47.83％).机械稳定性和水稳性团聚体有机碳质量分数均以PB最高,随着土层深度的增加,各林分土壤团聚体有机碳质量分数呈下降趋势.水稳性大团聚体(＞0.25 mm粒径)有机碳质量分数总体高于相应土层的总有机碳质量分数,而微团聚体的(＜0.25 mm粒径)则低于后者,说明有机碳对于大团聚体的形成和水稳性具有积极作用.土壤团聚体有机碳与总有机碳的相关关系分析表明,土壤团聚体有机碳的增加,对总有机碳的积累具有正面影响.保留密度大、灌木(草)层盖度高的马尾松与阔叶复层林土壤团聚体的数量和质量更高;因此,在红壤侵蚀退化地森林恢复初期,可通过适当密植、增加林下灌草覆盖等措施,增加有机碳的输入,促进团聚体的形成和稳定,从而加速了退化土地的土壤结构改善和功能恢复.该研究可为南方严重红壤退化地生态恢复中的林分类型选择和优化配置提供科学依据.     

次生马尾松林下植被恢复措施的水土保持效益

通过采集江西省赣县花岗岩区次生马尾松纯林地不同植被恢复措施坡面径流小区2010—2011年的降雨产流产沙资料,分析不同模式的水土保持功能及其植被恢复的水土保持效益。结果表明:1)次生马尾松稀疏纯林地水土流失严重,年产流系数为0.50～0.60,侵蚀模数在2 700～6 000 t/(km2.a)之间。2)植被恢复可以降低林地土壤侵蚀强度,但植被恢复的水土保持效益与林冠结构和地表覆盖度密切相关,当形成乔草或乔灌复合层时,可以起到50%～60%的年蓄水效益和65%～70%的年固土效益。3)植被恢复的水土保持效益亦受植被和降雨类型的影响,百喜草蓄水效益随降雨量先增后减,暴雨是蓄水效益变化的转折点,而胡枝子蓄水效益变化规律不一;植被恢复措施固土效益随降雨量的增加而降低,特别是在大暴雨情景时急剧下降。     

中国南方红壤丘陵马尾松林下侵蚀坡面的土壤特性

[目的]探清土壤侵蚀对土壤分布与特性的影响机制,为防治该地区的林下水土流失和土地退化提供科学依据。[方法]基于调查取样和分析测试获取的数据,采用统计和灰色关联度等方法分析红壤丘陵区马尾松林地侵蚀坡面的土壤特性。[结果]红壤丘陵区马尾松林地侵蚀坡面土壤养分相对较低,理化指标基本处于4级以下水平;红壤丘陵区马尾松林地侵蚀沟的土壤指标与坡面土壤的相应指标存在显著性差异,18个土壤指标中,侵蚀沟的土壤有10个指标显著优于坡面土壤的相应指标,侵蚀沟与土壤特性关联度更高,侵蚀沟土壤指标间的显著相关数量更少。[结论]红壤丘陵区马尾松林地的土壤侵蚀对林下土壤特性和分布产生了显著的影响,但侵蚀沟对土壤特性的影响机制尚需进一步研究。     

北京怀九河河岸类型的植被与土壤理化性质差异

植被和土壤作为组成河岸带生态系统的重要因素,其空间分布与变异对河岸带生态功能起着决定性作用.以北京市怀九河河岸带为研究对象,在基于60个样地调查的基础上,对植被数量特征和多样性,以及土壤理化性质进行调查与分析,并对比了自然型(15个)、近自然型(25个)和人工型(20个)3种典型河岸植被与土壤理化性质的差异性.结果表明:1)河岸带植被组成以草本占绝大多数(占总物种数的79.22％),而乔木与灌木种类分布较少,且不同河岸类型下的植被多样性指数差异性显著(P＜0.05),自然型河岸植物多样性(4.6±0.16)以及丰富度指数(7.26±0.40)要明显大于近自然型(3.82±0.16、6.36±0.32)以及人工型河岸(3.94±0.18、5.40±0.42)(P＜0.05),表现为干扰下的河岸带生境不断退化.2)随干扰程度的增加,土壤质量不断下降,且土壤质地、密度和土壤有机质质量分数在不同河岸类型条件下,差异性显著(P＜0.05);其中,土壤有机质质量分数(％)分布表现为自然型(4.88±0.43)＞近自然型(3.47±0.31)＞人工型(1.92±0.15)(P＜0.05),土壤密度(g/cm3)分布表现为自然型(1.18±0.03)＜近自然型(1.35±0.03)＜人工型(1.52±0.03) (P ＜0.05).3)植被多样性与土壤理化性质间具有潜在的相关性;其中,植被的均匀度指数与土壤有机质质量分数显著正相关(P＜0.05),植被丰富度指数与土壤密度极显著负相关(P＜0.01)、与土壤总孔隙度显著正相关(P＜0.05),而植被物种多样性指数与土壤理化指标间相关性不显著.该研究不仅说明干扰条件影响植被与土壤间紧密的相关性,也为北京山区河岸带生态系统恢复与重建,提供基础信息和理论依据.     

不同植被恢复模式对红砂岩土壤化学性质及抗蚀特征的影响

通过对不同恢复年限及恢复类型(2a人工恢复湿地松林、5a人工恢复湿地松林、5a自然恢复湿地松林、5a自然恢复荒地和6a种植杨梅园空地)0～30cm红砂岩发育土壤团聚体中有机碳、全磷、全氮分布规律、化学计量比及其与土壤抗蚀性的相关性进行分析,旨在探究红砂岩侵蚀劣地植被恢复过程中土壤养分变化及抗蚀性。结果表明:红砂岩纯裸地土壤养分含量较低,经过不同措施恢复后,土壤理化性质有不同程度的改善。不同类型红砂岩土壤团聚体级配不同。裸地以5 mm粒径团聚体为主,约占60%以上。除自然恢复5a荒地以2～5 mm团聚体为主以外,其余恢复措施的红砂岩土壤均以小于0.25mm粒径微团聚体为主。不同粒径土壤团聚体有机碳、全氮含量均随恢复年限增长呈增加趋势。C、N集中分布在0.25～1 mm团聚体上,尤其是0.5～1 mm团聚体;P则分布较为均匀。采取不同恢复措施后土壤抗蚀性有不同程度的提高,其中结构体破坏率从55.68%降至10%以下。研究区土壤C:N均值为15.0:1;C:P均值为79.7:1;N:P均值为4.0:1。由此可知不同红砂岩发育土壤随着恢复年限而增长,抗蚀性能大幅提升,由于养分主要分布在0.5～5 mm土壤水稳性的团聚体上,而该部分团聚体流失严重,导致土壤养分含量低、土壤抗蚀性差,恢复过程较为困难。     

Characteristics and factors controlling the development of ephemeral gullies in cultivated catchments of black soil region, Northeast China

Ephemeral gully erosion is an important process in the black soil region, Northeast China and can be responsible for severe damage to agricultural lands. However, little research on gully formation in this area has been published. The study described in this paper attempted to quantify soil losses, the spatial distribution and morphology of the gullies, and the factors that control their development. Ephemeral gullies were measured in spring and summer of 2005 in two small catchments. The critical periods for ephemeral gully formation were late spring and summer in the study area. Mean soil losses due to ephemeral gully erosion were 0.40 and 0.43 kg m⁻² year⁻¹ for only croplands despite low slope gradients, and this loss is above the tolerable erosion rates of 0.20 kg m⁻² year⁻¹. The erosion rates were greater in spring because the topsoil thawed before deeper layers, reducing infiltration into the soil, and the bare vegetation cover provided no barriers to surface flow. In contrast, summer erosion occurred primarily in response to intense rain events. Development of the gullies was promoted by freeze-thaw cycles in spring and was affected by the type of agricultural operations and crops in summer. A linear regression model for the prediction of ephemeral gully length at the catchment level was established using field data, and although it did not successfully predict the length of individual gullies, it explained 55% of the variation in ephemeral gully length.     

黄土丘陵区典型沟道侵蚀诱发的CO2通量估算

以黄土丘陵区典型侵蚀沟道为对象,基于沟道剖面有机碳和¹³⁷Cs数据,采用碳库重分布模型估算了典型沟道侵蚀诱发的CO₂通量,并通过检验模型预测效率、解析影响因子,提出了模型校正的思路。结果表明:(1)在长期侵蚀作用下,沟道侵蚀区和沉积区均表现为剧烈的侵蚀效应,侵蚀区侵蚀速率介于30.99~46.44 mm/a,沉积区侵蚀速率介于34.20~37.88 mm/a,沉积区土壤流失速率略小于侵蚀区;(2)碳库重分布模型估算显示,侵蚀区与沉积区均表现为较强烈的碳源效应,侵蚀区CO₂通量介于18.41~28.44 g/(m²·a),沉积区CO₂通量介于22.19~29.25 g/(m²·a);(3)侵蚀部位、土壤容重、有机碳含量、侵蚀量、沟道平均坡度、植被地上部与地下部生物量共同解释了碳库重分布模型预测效率的变异特征(R²=0.68),其中侵蚀部位、侵蚀量、有机碳含量、土壤容重、植被地下部对预测效率有强驱动效应;(4)引入被忽略的植被新输入有机碳库参数,有望校正碳库重分布模型,提升模型预测效率。该研究结果明确了碳库重分布模型在沟道侵蚀区相比沉积区有更高的CO₂通量预测效率,为进一步提高模型的预测精度,可以考虑引入植被输入有机碳库作为校正参数。     

红壤侵蚀区优良水土保持草本植物的选择及评价

选择18种草本植物在江西宁都的花岗岩侵蚀区和德安的第四纪红壤侵蚀区进行了4年的定位试验,通过对出苗率、成活率、平均分蘖数、覆盖度、枯落物的浸水容量、根系鲜重、地上部分生物鲜重、有机质等指标进行观测,并采用层次分析法和模糊数学方法对试验品种进行评价,结果表明:百喜草、糖蜜草、柱花草、宽叶雀稗、棕叶狗尾草、鸡眼草、马唐7种草本植物在花岗岩侵蚀区生长良好;百喜草、画眉草、黑麦草、狗牙根、假俭草、宽叶雀稗和苏丹草7种草本植物在第四纪红壤侵蚀区生长良好。