黄土高原土地沙漠化成因机制及其治理模式的研究

土地沙漠化是一个渐进的过程,但其危害及其产生的灾害却是持久和深远的。它不仅对当代人产生影响,而且还将祸及子孙。据专家测算,中国每年因土地沙化造成的直接经济损失高达540亿元,直接或间接影响近4亿人口的生存、生产和生活。土地沙漠化不仅恶化生态环境,衰退土地生产力,威胁江河安全,而且加剧沙区贫困。本文以系统论和生态经济学为指导,在介绍了黄土高原土地沙漠化的基本概况、特征及危害的基础上,从地表沙源、气候、风沙灾害、水资源和土地利用、开发建设等方面,分析了黄土高原沙漠化的成因;结合黄土高原地区多年来沙漠化治理的经验,提出了生态建设治理、植物、工程、化学治理、沙产业主导、依托线状工程4种沙漠化治理模式。     

黄土丘陵区植被类型对土壤微生物量碳氮磷的影响

选择黄土丘陵区延河流域4种典型植被类型下的土壤为研究对象,测定了土壤微生物量碳、氮、磷和相关基本理化性质。结果表明,在此流域的典型天然草地、人工灌木林、人工乔木林和农地中土壤微生物量碳(MBC)的含量范围分别为315.15-400.89、246.56-321.25、267.76-347.05和118.96-245.14 mg/kg,土壤微生物量氮(MBN)的含量范围分别为35.87-47.63、27.63-42.89、24.66-36.20和15.64-22.56 mg/kg,土壤微生物量磷(MBP)的含量范围分别为14.14-22.96、12.89-19.75、11.54-14.40和7.23-11.59 mg/kg;土壤微生物量总体呈现出天然草地最高、人工乔、灌木林次之,且均显著高于农地的趋势,表明退耕还林还草对土壤微生物生物量有明显的促进作用。不同植被类型下,土壤微生物量碳氮比和碳磷比的变化范围分别为7.49-10.87和16.27-24.11,土壤微生物量碳、氮、磷占土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)百分比的范围分别为2.70%-4.85%、2.56%-4.45%、2.08%-5.34%。其中天然草地、人工灌木林和农地土壤的微生物量碳氮比、碳磷比均显著小于人工乔木林(P < 0.05); MBC/SOC在不同植被类型下的差异不显著,MBN/TN和MBP/TP均呈现出天然草地>人工灌木林>人工乔木林和农地的趋势,且差异显著(P < 0.05)。微生物量碳、氮、磷与土壤有机碳、全氮和土壤含水率呈现极显著或显著相关性,与土壤pH值呈现出不同程度的负相关性,表明植被类型对这些与土壤微生物量紧密相关的理化性质也有显著影响。     

黄土高原区壤中流综合调控技术与实践探索

研究和探索适合黄土高原区土地综合整治的科学方法具有十分重要的理论和实践意义。本文介绍了壤中流的含义和特征,分析了黄土高原区壤中流综合调控技术机理,并以延安市宝塔区南泥湾镇九龙泉项目为例,介绍了壤中流综合调控技术工程实践情况,探讨了工程实践后的社会效益、生态效益和经济效益,提出了壤中流研究未来发展方向。该研究可为土地工程科研人员提供参考,也可为黄土高原其他地区实施治沟造地提供有益借鉴。     

黄土高原沟壑区梁坡地土壤有机碳质量分数与土地利用方式的响应

通过对比分析陕西省王东沟流域梁坡地上农地、果园、人工林地、草地和苜蓿Medicago sativa地土壤有机碳质量分数及其在土壤剖面上分布差异,研究土地利用方式对土壤有机碳的影响.结果表明:果园土壤有机碳质量分数比农地低2.2%,人工林地、草地和苜蓿地分别比农地高25.3%,17.1%和11.6%;土壤有机碳质量分数在土壤剖面上随着土层的加深而降低,不同土地利用方式下土壤有机碳在剖面上的分布特征不同.不同土地利用方式下,土壤全氮与土壤有机碳存在极显著相关关系.图1表3参16     

Genetic Variation and Yield Performance of Jerusalem Artichoke Germplasm Collected in China

Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) is a perennial tuberous plant rich in inulin and is a potential energy crop.This study was conducted in a semiarid region of the Loess Plateau to investigate variations in morphological and agronomic characteristics and yield performance of 59 Jerusalem artichoke clones collected from 24 provinces in China.The germplasm we collected exhibited variations either in qualitative or in quantitative traits. Substantial genetic variations (genotype coefficient of variation ＞20%) in the main stem diameter, main stem number per plant, branch number per main stem, tuber number per plant, tuber size, tuber yield, and top yield (i.e., aboveground biomass) were found as well. Seven clones had a tuber yield ranging between 9.1-10.6 t ha-1, 7 clones had a top yield ranging between 18.1-31.3 t ha-1, and 15clones had a total biomass yield (i.e., tuber and top weight) between 25.0-35.0 t ha-1 on an oven-dried weight basis under the drought soil and climatic condition in the semiarid region. The 59 Jerusalem artichoke clones were clustered into 8groups based on 17 quantitative traits, and indicated that the most prevalent clones planted by farmers exhibited relatively low variation. Correlation analysis was conducted on the morphology and agronomy of the clones. This investigation suggests possible genetic improvement of Jerusalem artichoke for a higher tuber yield or a top biomass yield, and as a promising application for inulin or bioenergy in semiarid regions.     

黄土高原半干旱区旱作农田土壤干燥化研究

为了揭示黄土高原半干旱区旱作农田土壤干燥化发生规律,为黄土高原旱作农田土壤水分可持续利用和当地粮食生产的可持续发展提供科学依据,在黄土高原半干旱区固原、定西和海原3个有代表性的区域实地观测了不同类型旱作农田的深层土壤湿度,分析了旱作农田的土壤干燥化发生规律和土壤干层分布特征。结果表明:(1)黄土高原半干旱区固原、定西和海原各类农田0～600cm土层土壤湿度平均值分别为11.46%、14.37%、9.27%,各类农田土壤湿度均明显低于其土壤稳定湿度值,均发生了不同程度的土壤干燥化现象;(2)固原高产麦田和高产马铃薯田土壤干层厚度分别比低产农田土壤干层厚120cm和260cm;海原高产麦田和高产马铃薯田比低产农田土壤干层厚度厚20cm和80cm。黄土高原半干旱区随着旱作粮田产量的提高,农田深层土壤湿度逐渐降低,土壤干层逐渐加深和加厚。     

黄土高原小流域不同地形下土壤有机碳分布特征

研究了黄土高原小流域尺度塬面、坡地、沟道和梯田4种地形条件下土壤有机碳总量和活性组分的分布、储量及碳库管理指数的差异.结果表明,小流域土壤有机碳和不同活性有机碳的变异系数介于32％-70％之间,表现出中到高度的变异特征.4种地形下各组分有机碳含量和储量以塬面土壤最高,沟道土壤最低,并随土层深度的增加而降低,降低程度随有机碳活性增强而增加.以塬面土壤为对照所获得的碳库管理指数可灵敏指示有机碳对地形条件的响应特征,中活性有机碳库管理指数的指示效果最好.研究结果可部分解释黄土高原土壤有机碳地带性分布特征.     

黄土丘陵区典型农耕地土壤临界剪切力季节变化

【目的】研究黄土丘陵区典型农作物玉米和谷子生育期内土壤临界剪切力的季节变化特征及其影响因素,以期为该区的粮食安全生产和土壤侵蚀过程模型建立提供参考依据。【方法】以黄土丘陵区玉米地和谷子地为研究对象,在6组不同的水流剪切力条件下(τ=5.71—17.18 Pa),借助坡面径流冲刷试验测定土壤的分离能力,结合土壤侵蚀过程WEPP模型,利用线性回归方法推求土壤临界剪切力(τ_c),分析了玉米和谷子生育期内土壤临界剪切力的季节变化规律。【结果】黄土丘陵区玉米和谷子生育期内土壤临界剪切力具有明显的季节变化规律(P0.05),整体呈上升趋势。玉米地τ_c表现为先降低后升高再降低又升高的季节变化模式,变化范围为1.51—4.89Pa,平均值为3.0 Pa,最小值(1.51 Pa)出现在五叶期,最大值(4.89 Pa)出现在收获期;谷子地τ_c表现为先降低后升高的季节变化模式,变化范围为1.06—6.53 Pa,平均值为2.93 Pa,最小值(1.06 Pa)出现在幼苗期,最大值(6.53 Pa)出现在成熟期。玉米地和谷子地土壤临界剪切力的季节变化由土壤黏结力、初始含水量等土壤属性的季节变化和作物根系生长所致。两种作物地的土壤临界剪切力与土壤黏结力、初始含水量和作物根重密度间呈正相关关系。在玉米和谷子生育期内,利用土壤黏结力、初始含水量和作物根重密度可以较好地模拟两种作物地土壤临界剪切力的季节变化(R~20.74,NSE0.72)。【结论】作物根系、土壤黏结力和初始含水量等的季节变化是影响玉米地和谷子地土壤临界剪切力季节变化的主要因素。土壤临界剪切力与根重密度、土壤黏结力和初始含水量间呈正相关关系。用根重密度、土壤黏结力和初始含水量等参数能够较好地模拟玉米地和谷子地土壤临界剪切力的季节变化。     

黄土高原土地利用及生态系统服务时空变化特征研究

全球变化背景下,研究土地利用变化过程对生态系统的影响及相互作用机理,是全面、科学认识生态系统对人类活动和全球气候变化响应的重要支撑。本文选择我国土地利用变化典型区黄土高原为研究区域,在收集相关遥感数据基础上,采用了降水贮存量法、通用土壤流失方程和修正土壤风蚀方程等估算方法,估算了2000—2015年黄土高原水源涵养、土壤保持和防风固沙等主要生态系统服务,分析了2000—2015年黄土高原土地利用和生态系统服务时空变化特征,得出以下结论:2000—2010年黄土高原土地利用变化强度和范围较大,主要以退耕还林还草为主,2010—2015年土地利用变化整体放缓,主要以城市化为主,退耕还林还草为辅;与2000—2010年相比,2011—2015年黄土高原的水源涵养量和土壤保持量有所增加,防风固沙量有所下降,水蚀模数和风蚀模数均有所下降;黄土高原土地利用变化驱动因素主要是国家政策等人类活动因素,生态系统服务年际变化主要是由于气温和降水等气候因子的波动变化,10年或者更长尺度的变化则是由于全球气候变化和土地利用变化双重影响。本文研究可为全球变化下黄土高原生态系统的健康发展提供科技支撑和相关政策建议。     

陕北地区谷子双料沟垄组合覆盖增产机理

连续 3 a试验研究结果表明 ,陕北丘陵沟壑区旱梯田采取双料沟垄组合覆盖 ,可明显改善土壤水、气、热环境状况。通过减少裸露地表的无效蒸发 ,加快植株生育进程 ,缓解土壤温度的巨变 ,增加土壤有机质含量 ,从而提高降水利用率 ,为谷子的增产创造良好的土壤环境。试验谷子采取双料沟垄组合覆盖措施 ,较对照平均增产 67.9% ,比地膜覆盖增产 1 1 .8%。     

黄土高原半干旱区野生优良牧草利用探讨

黄土高原半干旱地区人工草地建设中长期存在牧草品种、类型单一和适应性差等问题。野生牧草具有区域适应性强、高产、优质、抗旱、耐寒、耐瘠薄等特性,具有很好的利用前景。本文简述了野生优良牧草植物的特点和合理利用的意义,并分别从种质资源调查、基础生物学、牧草种子繁育和驯化应用等4个方面概述了研究和利用野生牧草的主要内容和途径,以期促进黄土高原半干旱区草地建设与草业科学发展。     

黄土高原地区耕作技术效益研究

黄土高原地区地形破碎．坡地所占比例大．水土流失严重。调查和试验表明,在坡耕地上,因地制宜地采取各种水土保持耕作技术措施．对改变坡面微地貌．减少水土流失．增加土壤抗蚀、蓄水、保土性能;培肥地力和提高作物产量,都具有显著作用。着重分析了效果明显的八种耕作技术及其特征．供决策部门在制订规划时参考。     

黄土高原森林带人工油松林水土保持作用

采用长期定位观测方法,建立标准人工径流小区,观测了3种处理人工油松林地及对照农地的径流量和产沙量。结果表明:(1)农地14 a平均土壤侵蚀量分别为自然油松林、采伐上层乔木林地、去枯落物地的908、97、58倍;(2)农地14 a平均含沙量分别为自然油松林地、去枯落物地和采伐上层乔木林地的81、35和46倍;(3)自然油松林和采伐上层乔木林地年产流量分别为农地的13.7%和12.2%;(4)综合分析对于不同类型、农地的径流与降雨量、含沙量与降雨强度均存在显著的相关关系。土壤侵蚀量与各降雨因子的相关性与含沙量的相似。     

沙漠化对土地生产力的影响——以通辽市为例

内蒙古通辽市科尔沁沙地沙漠化程度越来越严重,在强烈的风蚀作用下,土壤颗粒逐渐变粗,土壤化学性质发生变化,地表裸露,土壤失去肥力,土地生产力下降。研究表明,沙漠化过程中植被减少,生物量损失严重,主要体现在生态系统的退化中。科尔沁沙地不同的植被特征其频率曲线有很大差异,其中高度、盖度、地上生物量和均匀度均为比较陡峭的单峰曲线,密度为C型曲线,这主要是由不同类型的沙漠化决定的。不同程度的沙漠化对土地生产力的影响有很大差别,轻度和中度沙漠化土地土壤层还没有完全破坏,土地生产力水平下降41.1%~50.6%,严重沙漠化土地几乎丧失生产力,土壤层破坏,生产力已是非沙漠化时的3.3%~10.4%。     

Features of nitrogen microorganism assimilation of perennial grasses phytomass in soils of a different degree of erosion

In the sod-podzolic soil subject to water erosion, nitrogen incorporation of perennial grasses (clover, thimophy) is reduced in microbial biomass. When applying perennial grasses phytomass, nitrogen is lost by 4.6 times from the noneroded soil and by 1.5 times less from the eroded soil as compared to applying ammonium sulfate.     

半干旱区全覆膜双垄沟播技术对玉米产量和水分利用效率的影响

在黄土高原旱农耕作地上以春玉米为试验作物进行大田试验,研究不同覆膜模式即全膜双垄沟播(SL)、条膜起垄覆盖(TL)、条膜平铺覆盖(TP)全膜平铺覆盖(QP)和不覆膜的大田(CK)对土壤含水量、春玉米经济性状及产量和水分利用效率的影响.结果表明:地膜覆盖能够增加播种行的土壤含水量,改善作物的经济性状,提高水分利用效率,显著增加籽粒及地上部分的生物量,其中SL集雨保墒效果最好.地膜覆盖播种的玉米产量均高于不覆膜播种,其中SL产量最高,达6 129.0kg.hm-2,籽粒产量从高到低依次为SLQPTLTPCK.全膜双垄沟播技术大幅度提高了玉米的水分利用效率,使玉米的水分利用效率达到28.95kg.hm-2.mm-1(以籽粒计算)和135.00kg.hm-2.mm-1(以地上生物量计算),比CK各增加915.8%和156.4%,比QP各增加44.03%和42.41%,比TL各增加73.87%和24.48%,比TP各增加42.96%和22.45%.覆膜(尤其是SL)改变了作物生长中后期的能量分配情况,使其将更多的能量用于生殖生长,从而获得较高的籽粒产量,籽粒相对产量(Gn/Bs)从高到低依次是SLQPTPTLCK,其中SL比CK高288.2%.     

陕北地区谷子双料沟垄组合覆盖增产机理

连续3a试验研究结果表明，陕北丘陵沟壑区旱梯田采取双料沟垄组合覆盖，可明显改善土壤水、气、热环境状况。通过减少裸露地表的无效蒸发，加快植株生育进程，缓解土壤温度的巨变，增加土壤有机质含量，从而提高降水利用率，为谷子的增产创造良好的土壤环境。试验谷子采取双料沟垄组合覆盖措施，较对照平均增产67.9%，比地膜覆盖增产11.8%。     

陕北黄土高原林草景观破碎化时空演变特征分析

以退耕还林还草生态工程重点区域陕北地区为研究区，采用土地利用转移矩阵、FLUS模型、Fragmentation模型分析1980-2015年林草景观破碎化的空间结构特征以及生态演化过程。结果表明:1）研究区域以林地、草地和耕地的景观类型为主，退耕还林还草工程实施后，林草总面积大幅增加，植被覆盖率提高，明显改善了陕北黄土高原的生态环境；2）Kappa系数与FOM系数数值均表明FLUS模型精度较高，可适用于未来土地利用情景模拟，利用FLUS模型预测2030年陕北黄土高原地区各土地利用类型的分布情况，发现研究区2030年耕地将明显减少，林草面积有大幅增加，建设用地持续扩张；3）空间格局上，景观破碎化呈现以“大核心类型为主导，边界类型集中分布”的特点，景观破碎化程度减弱。研究结果为陕北黄土高原地区林草景观结构优化和生态系统服务价值提升提供一定的参考。     

陕北丘陵区农田蒸散规律及对土壤水环境的影响与防治对策

为了探讨陕北黄土高原农田土壤蒸散规律及水分环境现状,提高土壤水分利用效率,采用TDR法测定了土壤水分,对陕北峁状丘陵区旱梯田裸露地、作物地以及农田覆盖地土壤水分进行系统监测,并结合野外自动气象哨资料,分析了该区农田土壤水分蒸散规律。结果表明,裸露地周年存在两个蒸发高峰期,年蒸发量占降水量的74.4%;土地空闲期对恢复土壤水分亏缺贡献很大;地面采取部分覆盖(地膜覆盖,覆盖率60%)有利于土壤水分环境的恢复与保护,而采取全覆盖(组合覆盖和秸秆覆盖,覆盖率100%)有利于土壤水分的高效利用。在此基础上提出了提高该区土壤水分利用率的有效技术途径:采取双料沟垄组合覆盖技术最大限度地抑制裸露地表的无效蒸发,草粮轮作、避免耕地荒芜提高土壤水分利用率。     

基于NDVI-Albedo特征空间的陕西省干旱与荒漠化遥感监测

旱情与荒漠化遥感监测有助于了解时空分布特征并及时采取相应措施。以2000-2016年MODIS NDVI和地表反照度(Albedo)数据为基础,构建NDVI-Albedo特征空间,计算荒漠化差值指数(DDI)和植被条件反照度干旱指数(VCADI),利用气象站点实测10cm土壤湿度数据进行相关性验证,并利用DDI和VCADI分别分析17a间陕西省荒漠化和旱情的时空分布特征和规律;其次,利用一元线性回归和变异系数法分析陕西省荒漠化和旱情的变化趋势和稳定性;最后从降雨量、温度等自然因素和人为因素2个方面分析了陕西省荒漠化和旱情变化的原因。结果表明,DDI与土壤湿度呈正相关关系,相关系数为0.49～0.58,且通过了95%显著性检验;VCADI与土壤湿度呈负相关关系,相关系数为-0.36～-0.48,且通过了90%显著性检验,DDI和VCADI分别可作为土地荒漠化和旱情监测指标;陕西省旱情及荒漠化主要分布在关中东北部、西安市周边以及陕北黄土高原地区,呈现为自南向北逐渐加重的趋势;17a间陕西省旱情及荒漠化均呈逐渐减轻和减弱的趋势,旱情及荒漠化减轻和减弱的比例分别为67.94%、81.93%,主要分布在陕北黄土高原地区;DDI和VCADI变异系数<0.4所占比例分别为98.31%和84.05%,旱情及荒漠化呈较稳定状态,受干扰强度较小;DDI、VCADI分别与年降水量、年平均气温之间呈显著相关性的地区占陕西省面积比例均<20%,表明降水量、平均气温不是影响旱情与荒漠化变化的主导因素。