岩石边坡植被重建系统中微量元素径流损失模型研究

以岩石边坡植被重建系统为研究对象,开展人工模拟降雨试验与野外验证试验,应用幂函数模型拟合岩石边坡植被重建系统中4种微量元素铁、锰、铜和锌的径流损失与降雨量间的关系.人工模拟降雨试验中,铁、锰、铜3种元素产流初始阶段径流损失量较大,但随着降雨时间的延长,其损失量逐渐减小,最后均趋于稳定,而锌元素径流损失量较稳定;幂函数模型相关指数均达0.90以上,能较好地拟合产流时刻以后的微量元素损失量随降雨量的变化过程.试验表明,幂函数模型的模拟结果与实测结果拟合度较好,其相对误差小于15％,确定性系数达到0.85以上.因此,利用该模型可初步描述微量元素径流损失与降雨量间耦合关系,为岩石边坡植被重建与恢复工程养分设计提供理论基础.     

控释尿素减量施用对稻田氮素径流和渗漏损失的影响

通过长期定位试验研究了控释尿素不同施用量对双季稻田氮素的径流和渗漏损失的影响,以期为控释肥的推广和农业面源污染的减少提供科学依据。结果表明,施肥量是决定稻田氮素径流和渗漏损失的主要因子之一,控释尿素减量施用能显著降低稻田氮素径流与渗漏损失。施肥初期稻田氮素流失量最大,是控制双季稻田氮素流失的关键时期。NH4+-N与NO3--N径流损失量占稻田全氮径流损失量的50%左右,稻田渗漏损失以NO3--N为主,占全氮渗漏损失的70%以上。控释尿素各处理中以减氮30%处理效果最好,能显著减少稻田的氮素流失量。其与普通尿素相比,稻田TN、NH4+-N、NO3--N径流损失量分别减少30.56%,23.41%,18.64%;稻田TN、NH4+-N、NO3--N渗漏损失量分别减少28.53%,34.17%,29.51%。研究证明控释氮肥确实能够减缓氮素释放速度,显著降低水稻生长前期氮素流失量,且控释尿素减氮施用能显著减少氮素径流和渗漏损失,对农业面源污染的防控意义重大,适合大面积推广。     

红壤丘岗区人工林恢复过程中的土壤养分状况

针对红壤丘岗区的自然条件和地形特点,在岗地上坡布置了一组人工林恢复实验,研究植被恢复过程中林地土壤的养分状况。12年的研究结果表明:人工恢复的阔叶林和混交林土壤养分前期下降,3年以后一直上升,总体出现赢余;原状的稀疏马尾松林和自然恢复植被土壤养分一直处于下降状况,前期(1~3年)下降快,后期较慢,目前仍在缓慢下降,特别是自然恢复植被,土壤养分处于严重的退化状况。在开发利用红壤丘岗地过程中,必须注意增加地表覆盖度,避免盲目开垦,减少水分和养分流失,使这类土壤资源得以持续利用。     

红黏土侵蚀劣地集水区30年植被恢复中的水沙特征

为探究红黏土侵蚀劣地植被恢s复的水土保持效益,在自然降雨条件下,对红黏土区裸地对照及植被恢复的2个自然集水区进行长期降雨径流泥沙监测,得到30年的产流产沙数据.结果表明:1)植被恢复第6年裸地对照和恢复林地的产流差距显著,8年后恢复林地基本不再产沙.年内产流产沙集中在雨季4-6月,植被的减流和减沙效益分别超过40％和90％.在次降雨尺度上,植被能够显著降低径流泥沙曲线斜率,在降雨量相同的条件下减小地表产流产沙量.2)降雨过程产流产沙与降雨强度I60变化趋势一致,呈多峰型,总体上恢复区延缓产流1h以上,产流峰值减小67％ ～ 83％,中雨条件下植被延缓径流和降低产流峰值的效益最好.3)恢复林地径流中全N、全P、全K流失量分别减少54.62％、57.53％、56.46％,次降雨过程中全N和全K流失质量浓度高于全P浓度,且随径流过程波动较大.植被恢复后的红黏土集水区产流产沙及养分流失显著减少,水土流失得到有效控制.     

生态工程人工土壤氮磷钾径流损失模型研究

以生态工程人工土壤为研究对象,开展室内人工模拟降雨试验,应用幂函数模型拟合生态工程人工土壤中3种大量元素氮、磷、钾的径流损失与降雨量间的关系,结果显示:磷和钾元素的径流损失量与降雨量的关系呈现相同变化趋势,即在产流初始阶段其单位时间径流损失量较大,随着降雨时间的延长,其单位时间损失量逐渐衰减,最后均趋于稳定,而氮元素的变化趋势与其他元素不同,其单位时间损失量较稳定;钾元素累积径流损失量最大,氮元素累积径流损失量次之,磷元素累积径流损失量相对最小;幂函数模型相关性系数均达0.85以上,能较好地拟合人工降雨后大量元素损失量随降雨量的变化过程。因此,利用该模型可初步描述氮磷钾元素径流损失与降雨量间的耦合关系,为生态工程水土保持与人工土壤养分设计提供理论基础。     

黄土高原丘陵沟壑区生态用水资源利用研究

对黄土高原丘陵沟壑区不同植被地连续10a的试验调查发现,人工草地和沙棘、油松林地土壤水分在长系列年内变化上基本一致,1m土层含水量处于100～140mm,生长期土壤水分基本上处于亏缺状态;而荒坡草地土壤含水量年内均比人工草地高约40mm,土壤水分一直处于适宜、稳定的水平。林地沙棘和油松均表现出适应该地气候特点的生长的状况,但从土壤水文循环状况看,土壤水分长时期处于亏缺状态不利于植被的再生长和生态效益的发挥。径流试验研究表明,人工草地、油松林地年内平均径流深分别为1.45mm和1.27mm,径流系数为0.08和0.07;荒坡草地和沙棘林地在年内基本上不发生大的径流,且多为清流。因此,植被恢复在治理措施上应当注重植被的自然修复和保护,并充分利用径流资源补充土壤水分,使其朝着利于植被生长的方向发展。     

植物卷材中氮、磷、钾径流试验研究

以植物卷材为研究对象,开展野外降雨观测试验,探究不同用量的保水剂和肥料条件下植物卷材的径流量、径流养分浓度以及养分损失量的变化规律。结果表明,植物卷材养分径流损失量受肥料用量影响显著。基质施加肥料后,氮、磷、钾径流养分浓度及养分损失量随施加量增加呈指数增长。植物卷材的径流量与保水剂用量之间存在二次曲线关系,当保水剂用量为W2时,径流量最少,保水效果好。保水剂用量对控制植物卷材中氮肥流失的效果不显著,然而随着保水剂用量的增加,磷肥损失表现为先下降后上升,用量为W2时,对磷肥流失的抑制效果最好。对于钾肥来说,养分损失与保水剂用量呈负向线性关系。     

红壤丘陵区水土流失过程及综合治理技术

根据试验结果 ,分析了红壤丘陵区水土流失和养分损失的过程和动态变化以及在不同耕作轮作措施下的变异特征 ,提出了水土流失区综合治理的技术措施。东南红壤丘陵区水土流失的面积约占土地总面积的 2 1.5 %。水土流失量的年际间差异非常大 ,达 18～ 2 0倍 ,季节间的变化则主要受降雨分布、植被覆盖及人为活动的影响 ,保护性耕作可以明显减少水土流失和养分损失量。采用综合治理技术 ,创造合适的水分和养分条件 ,是快速恢复水土流失区的植被和土壤肥力的有效措施。     

坡面尺度林地植被对地表径流与土壤水分的影响初步研究

通过定位观测以及对两个天然坡面有林地径流场和无林地径流场进行对比,以2003年、2004年实测的降雨、径流数据分析研究区域内降雨特性、地表径流产生的过程和机制,并结合1996~1998年相关数据,初步研究了林地植被对地表径流的影响。结果表明:无论是有林地还是无林地,地表径流系数随降雨量增大而增大。有林地径流系数小于对应的无林地径流系数。植被对地表径流有不同程度的削减作用,径流削减率与降雨量大小并不是单一的线性(递增、递减)关系:当降雨量小于73.04 mm时,植被对地表径流系数的削减率随降雨量增加而增加,当降雨量大于73.04 mm时,植被对地表径流系数削减率随降雨量增加降低。植被能够削弱地表径流的峰值,延缓峰值出现的时间,使得径流历时加长。植被对地表径流削减率的大小和降雨量大小关系不是单一的线性(递增、递减)关系:当降雨量小于73.04 mm时,植被对洪峰的削减率随降雨量增加而增加,当降雨量大于73.04 mm时,植被对洪峰的削减率随降雨量增加而呈总体下降趋势。以2004年为例,比较有林地与无林地在三种相同坡位情况下的土壤含水量大小关系,结果:坡上位土壤水分有林地大于无林地,而坡下、坡中无林地土壤水分大于有林地。说明林地植被能够拦蓄、调节径流,起到涵养水源、在空间和时间上合理配置土壤水分、提高生态效益的作用。     

黄土高原沟壑区小流域不同植被覆被对土壤性质的影响

为揭示不同植被覆盖对土壤性质的影响,运用野外调查和室内分析的方法对南小河沟流域不同植被覆盖土壤13种基本性质及土壤质量进行研究,结果发现:草地土壤物理结构在三种植被恢复土壤中为最佳.不同植被恢复土壤养分含量在剖面中均具有不等的表聚性,土壤有机质、全氮、矿质氮、速效钾和CEC在剖面中均表现为随土层加深而降低,pH随土层加深而增加,而全磷则无太大规律.在相同土层,不同植被恢复土壤表现不一.51 a的油松林地0-105 cm土层土壤质量均有明显提高,51 a的刺槐林地0-45 cm土层土壤质量有所改善,而45-105 cm土层土壤质量则有所退化.     

不同改良剂对宁夏地区盐碱土土壤结构的影响

采用玉米室内盆栽试验的方法,研究了宁夏回族自治区石嘴山市平罗县姚伏镇大兴墩村的盐碱土在施用硫磺、有机肥、石膏、PAM等不同土壤改良剂对土壤结构的影响.研究结果表明,4类改良剂均有效降低了土壤容重,土壤空隙度随之增加,土壤物理结构的改善与水分利用相互配合,共同促进了当地盐碱土的改良;硫磺的最佳用量确定为在30.45 g/盆,并需要注意土壤通气性,防止发生反硫化作用,对玉米根系产生毒害;综合而言,PAM改良效果最佳.其次是石膏和S3处理.     

设施栽培下原状土与扰动土水分特性的试验研究

以四川省双流县设施栽培土壤为研究对象,对其原状土与扰动土的土壤水分特征曲线、水分物理性质和比水容量等项目进行了研究。结果表明,扰动土水分特征曲线总体变化趋势与原状土较为一致。在低吸力阶段,相同吸力条件下扰动土含水量高于原状土,在高吸力阶段两者差异较小。扰动土毛管孔隙度、总孔度和凋萎含水量在剖面上的总体变化趋势与原状土较为一致。扰动土不同土层田间持水量和有效水含量差异较小,原状土的田间持水量和有效水含量均随土层加深而减少。在低吸力阶段,相同吸力条件下扰动土比水容量远高于原状土,但随土壤水吸力增加,扰动土比水容量变化趋势逐渐与原状土一致。     

黑土区土壤剖面水分动态变化研究

通过对2007年5-9月作物生长季内农Ikt黑土土壤剖面水分含量的监测,分析了黑土区土壤剖面水分分布特征,季节性动态变化和变异系数.结果表明,在观测期内农田黑土水分在剖面上随土层深度的增加呈现出先增加,再减少,后增加的趋势;土壤剖面各土层土壤水分含量随时间的变化表现为先减小,后增加,再减小的波浪式,这与降雨量的季节性分布和作物生长发育密切相关;在观测期内没有发现激变层,土壤水分变异系数的最大值出现于0-10 cm,随着土层深度的增加变异系数呈减小的趋势.     

土壤改良剂对黄绵土持水性能的改良效应研究

通过室内土柱培养,研究了PAM、沃特保水剂、β-环糊精、腐殖酸对黄绵土持水性能的改良效果.结果表明,不同改良剂在不同浓度下的土壤水分特征不同,但都符合土壤含水量与土壤吸力之间的关系式;在浓度0.05%～0.4%时,在同一改良剂处理下a值的大小变化规律是随浓度的增加而增大,即:0.4%>0.2%>0.1%>0.05%>CK;在同一浓度下,不同改良剂在培养3周和2个月时,不同改良剂处理下的a值的大小为PAM>沃特保水剂>β-环糊精>腐殖酸;在培养4个月后,在浓度＜0.2%时,a值的大小变化规律为:PAM>沃特保水剂>β-环糊精>腐殖酸;在浓度0.2%～0.4%时,a值的大小变化规律为:PAM>沃特保水剂>腐殖酸>β-环糊精.     

红壤区不同水土保持措施对土壤抗蚀性的影响

[目的] 研究南方红壤区不同水土保持措施下土壤抗蚀性的变化特征，为该地区的土壤抗蚀性研究和水土流失治理提供理论依据。 [方法] 以江西水土保持生态科技园内柑橘园试验区的裸地对照、柑橘净耕、柑橘+全园植草、柑橘+水平梯田处理为研究对象，通过野外采样和室内试验相结合的方法，研究不同处理、不同深度下土壤抗蚀性。 [结果] 0-20 cm土层，柑橘+全园植草的土壤抗蚀性最强，柑橘+水平梯田和柑橘净耕次之且二者无显著差异，裸地对照最差；20-40 cm土层，柑橘+全园植草和柑橘+水平梯田的土壤抗蚀性最强且二者无显著差异，柑橘净耕次之，裸地对照最差；相同处理下0-20 cm土层的土壤抗蚀性显著大于20-40 cm土层。 [结论] 水土保持措施能显著提高土壤抗蚀性，柑橘+全园植草的处理下土壤抗蚀性最强。建议在该区域采用林草复合的措施提高植被覆盖度，以加强土壤抗蚀性。     

低丘侵蚀红壤复垦后土壤微生物特征研究

侵蚀红壤复垦培肥后 ,随着地面覆盖度的增加 ,土壤结构、土壤通气性、土壤养分状况得到改善 ,各侵蚀观测小区的年径流量、侵蚀模数、土壤流失量急剧降低 ,土壤微生物量、土壤呼吸强度、土壤酶活性均有较大幅度的提高 ,并且其在各小区的分布趋势与土壤养分和土壤水稳性团聚体的分布趋势相一致 ,说明侵蚀红壤经耕作培肥后 ,土壤有机残体的分解强度和腐殖质的合成过程得到加强 ,土壤肥力处于不断的恢复和提高过程当中 ,从土壤微生物和土壤酶活性增强的幅度来看 ,林地要优于草地 ,在林地中阔叶林优于混交林优于针叶林 (杉木林 ) ,而且随着复垦年限增加 ,土壤培肥效果更加显著     

不同改良措施对银川平原盐碱地土壤性质及酶活性的影响

研究了秸杆、有机肥、烟气脱硫废弃物、盐碱地改良剂对银川平原盐碱地进行改良后土壤理化性质及土壤酶活性的变化。结果表明:4种改良措施对土壤pH值、全盐含量、土壤容重均有不同程度的降低,脱硫废弃物和改良剂处理降低土壤pH值和全盐含量效果显著,改良剂和有机肥处理降低土壤容重、增加土壤孔隙度的效果显著。盐碱地改良后土壤转化酶活性、脲酶活性和碱性磷酸酶活性增加的幅度分别为0.02%～85.0%,2.7%～53.3%,17.9%～49.7%,各改良措施对过氧化氢酶活性的影响不显著。土壤pH值、全盐含量和土壤容重之间互成显著正相关关系(p<0.05),与土壤孔隙度呈显著负相关关系(p<0.05);土壤容重与土壤孔隙度、过氧化氢酶、脲酶活性之间达到显著负相关关系(p<0.05),土壤碱性磷酸酶、转化酶、土壤过氧化氢酶和脲酶之间互成显著正相关关系(p<0.05)。     

典型黑土区主要水保树种土壤水文效应研究

对典型黑土区的主要水土保持树种林下枯枝落叶层、土壤水分物理性质进行了分析研究,结果表明:随着土层深度的增加,造林地土壤总孔隙度减小容重增大,未造林地无明显变化,白皮柳林下平均土壤容重最小,总孔隙度最大,改良土壤效果最明显,依次为长白落叶松、小黑杨、樟子松;各树种土壤渗透性能均好于未造林地,其中白皮柳土壤渗透性能最好;营造水土保持林可有效增加土壤蓄水、透水能力,各树种土壤水文效应综合评价结果是白皮柳和长白落叶松优于小黑杨和樟子松。     

黄绵土铅形态与土壤酶活性关系的研究

采用添加外源铅和室内培养的方法,研究了黄绵土盆栽小青菜后土壤中铅的形态分布规律及土壤酶活性对铅污染的响应,并分析了土壤铅形态与土壤酶活性的关系。结果表明,未污染黄绵土中铅各形态的比例为：可交换态0.77%,碳酸盐结合态6.27%,铁锰氧化物结合态1.82%,有机结合态13.4%,残渣态77.74%。铅污染后黄绵土中各形态铅的浓度随着外源铅浓度的增加而极显著增加,土壤受到铅污染后,各形态铅的比例发生了显著变化,上列各形态所占比例依次为0.346%、18.464%、0.496%、46.532%、34.168%。铅污染对过氧化氢酶和碱性磷酸酶产生极显著影响（[R过氧化氢酶=0.841 1,P过氧化氢酶〈0.001,n=18;R碱性磷酸酶=-0.986 9,P碱性磷酸酶〈0.001,n=18）],二者可以作为土壤铅污染的评价指标;总铅对过氧化氢酶、碱性磷酸酶和脲酶的活性变化没有任何贡献,进一步说明不能采用总铅含量作为土壤铅污染的评价指标。在铅的各化学形态中除有机结合态外,过氧化氢酶与其余各形态铅含量均呈极显著正相关;碱性磷酸酶与各形态铅均呈极显著负相关;碳酸盐结合态对过氧化氢酶和碱性磷酸酶的直接影响最大,而且铅的其他化学形态通过碳酸盐结合态的间接影响亦最大,表明各形态铅中以碳酸盐结合态对两种酶的影响为主,该两种酶与碳酸盐结合态相结合可作为土壤铅污染评价指标。     

土壤干密度和含水率对2种紫色土抗剪强度的影响

选择广泛分布于重庆丘陵山区的钙质紫色土和中性紫色土2种土壤,通过室内三轴剪切试验测定含水率和干密度交互作用对土壤抗剪强度指标的影响。结果表明:(1)在相同干密度情况下,2种土壤粘聚力(c)随着含水率增加呈现出先增加后减小的趋势,在相同土壤含水率水平下,土壤粘聚力(c)随干密度增大而增大;2种土壤内摩擦角(φ)在各干密度条件下均随着含水率增加呈明显减小的趋势。(2)含水率和干密度的交互作用对粘聚力(c)有显著影响,粘聚力(c)随着干密度的增大而增大,且每一个干密度都有一个含水率与之对应,并在此交互条件下c达到最大。钙质紫色土粘聚力(c)在干密度为1.7g/cm3,含水率为11%时达到极大值,此时粘聚力(c)为154.59kPa,中性紫色土粘聚力(c)在干密度为1.6g/cm3,含水率为8%时达到极大值,此时粘聚力(c)为126.38kPa。(3)含水率和干密度的交互作用对内摩擦角(φ)影响相对较小,同一干密度下,其φ值差异不大,随干密度的增大缓慢增大,相对而言,含水率对内摩擦角(φ)的影响更明显。钙质紫色土内摩擦角(φ)随含水率的增大呈曲线下降,中性紫色土内摩擦角(φ)随含水率增大有一个短暂的增大过程,而后随之迅速减小。