黄土高原水土保持工作70年回顾与启示

[目的]总结新中国成立70 a(1949—2019年)黄土高原水土保持工作的经验,为该区生态环境保护和高质量发展提供借鉴。[方法]在长期的野外考察和科学研究基础上,研究了大量有关黄土高原水土保持工作的文献资料。[结果]按照水土保持的主要目标和措施,将过去70 a黄土高原的水土保持工作概括为因害设防阶段(1949—1980)、综合治理阶段(1980—2000)和生态修复阶段(2000以后)。建议新时期的水土保持工作应该重视以下4个方面。①科学理性认识黄土高原水土流失治理现实状况;②坚持努力提高水土流失区社会经济实力和生产水平,改善群众生活条件。③关注大规模水土保持措施和水土流失治理工程的环境效应。④研发应对在治理度较高条件下出现的新问题、新技术。[结论]经过70 a的水土流失治理,黄土高原在植被恢复重建、水土保持基础设施建设、坡面土壤侵蚀控制、减少入黄泥沙等方面取得了举世瞩目的成就。但是必须清醒地看到该区水土资源保护和水土流失防治的任务仍然十分艰巨。水土保持工作必须持之以恒地致力于提高黄土高原水土流失治理和社会经济发展速度与质量,为全面实现黄河流域生态保护和高质量发展国家战略目标作出贡献。     

关于中国水土流失研究中若干理论问题的新见解

[目的]探讨中国不同地区有关水土流失问题的根源,为水土保持研究提供理论依据,为青年学者提供学术研究的思路和方法。[方法]在大量的野外考察和学术交流基础上,利用各种形式的信息资料,重点从地质学角度分析有关水土保持问题。[结果]简要阐明了对5个水土流失问题的新认识:晋陕蒙接壤区砒砂岩与鄂尔多斯地台油气和铀矿藏的关系,优先流与黄土高原冲沟的形成和塬区地下水的来源,华南崩岗的侵蚀与治理,下伏亚黏土不透水层对东北黑土侵蚀的影响和西南喀斯特坡地土壤的地下漏失等。[结论]水土保持科学是密切结合生产实际的应用学科,应该首先服务国家生态文明建设的需求。研究工作者要善于发现问题,敢于质疑权威,综合运用多学科的知识解决问题。只有这样才能保证我们的学术研究沿着正确的方向不断进步。     

黄土高原农地草地林地土壤团聚体稳定性沿降水梯度的变化特征

团聚体稳定性是表征土壤结构稳定性的重要指标,与坡面水文过程及侵蚀过程密切相关,为探明黄土高原团聚体稳定性(aggregatestability,MWD)沿降水梯度的变化特征及其影响因素。该论文在黄土高原沿降水梯度布设了7个采样点,测定每个采样点农地、草地和林地的MWD。结果表明,农地MWD沿降水梯度自南向北呈逐渐减小趋势;草地和林地MWD变化趋势比较相似且无显著差异(P=0.233),最南端宜君的MWD小于稍北富县的MWD,之后向北大体呈减小趋势。农地、草地和林地MWD空间变化特征除受土壤有机质、年均降水量和年均气温的影响以外,农地的MWD与土壤机械组成存在显著相关关系(P0.05),而草地和林地的MWD与根系质量密度存在显著相关关系(P=0.037)。非线性回归表明,农地MWD可以用土壤中值粒径和年均降水量模拟,而草地和林地MWD可用土壤有机质、根系质量密度和年均温模拟。研究成果对于理解黄土高原土壤团聚体稳定性空间变异及其影响因素、分析水文及侵蚀过程的区域变化规律具有理论意义。     

1985-2015年黄土高原地区粮食生产空间格局变化及原因

针对黄土高原地区扩大退耕还林还草是否会引起区域粮食供给不足的问题,利用1985—2015年黄土高原地区县级单元人口、粮食产量、播种面积、单产等数据,采用分级法和空间自相关分析法研究黄土高原地区粮食生产时空分异特征,运用对数平均迪式分解法探讨不同时期粮食单产与播种面积对粮食增产的贡献率。结果表明:2015年黄土高原地区粮食总产量和人均粮食产量分别达4.45×10⁷ t和396.53 kg,分别为1985年的1.97,1.39倍;粮食生产空间分布不平衡,284个县级单元之间粮食产量相差较大,1985—2015年粮食生产空间格局呈现逐渐由南向北、由东向西的转移趋势;粮食生产主要依靠单产支撑,1985—2015年粮食增产2.19×10⁷ t,其中单产贡献率达94.25%,面积贡献率仅5.75%,但近几年单产贡献率下降应引起重视。该研究有助于提高对黄土高原地区粮食生产的认识,为区域制定粮食生产政策和生态退耕政策提供一些参考依据。     

不同耕作措施对黄土高原区域大豆根际土壤微生物量、酶活性和养分的影响

选择免耕(NT)、秸秆覆盖(SM)、地膜覆盖(PM)和起垄覆膜(RPM)4种保护性耕作措施为研究对象,以传统耕作(CT)为对照,通过测定根际土与非根际土的微生物量、酶活性及养分质量分数,研究不同耕作措施对不同微域土壤碳氮质量分数及微生物特征的影响。结果表明:(1)土壤微生物量和酶活性均呈现根际非根际的规律,且与对照相比,各保护性耕作处理均有提高。RPM和SM处理的根际土壤微生物碳质量分数分别提高51.78%和24.62%,微生物量氮的富集率则分别达到48.13%、46.04%;NT、SM、RPM处理的蔗糖酶活性较CT处理分别提高了113.35%、113.10%、74.75%(P0.05);(2)4种不同保护性耕作措施的土壤养分质量分数均有提高,其中RPM和SM与CT相比差异显著,效果更加明显,并且有效降低了土壤pH。根际土壤的全氮、铵态氮、硝态氮和有机碳质量分数均高于非根际土壤,各处理均表现出一定程度的富集,其中全氮和硝态氮的富集率以RPM处理最高,分别为16.9%和45.06%。(3)根际土壤的养分质量分数、酶活性以及微生物生物量之间的相关性程度高于非根际土壤,根际土壤中微生物量与酶活性之间存在着显著的正相关性,过氧化氢酶和蔗糖酶这2种酶均与养分间显著相关,而脲酶则无显著相关。综上,在黄土高原区域内,秸秆还田和起垄覆膜更有利于改良土壤理化性状和提高土壤生物学特性。     

黄土高原地区2001-2015年植被覆盖变化及气候影响因子

为研究国家"退耕还林还草"工程实施以来黄土高原植被覆盖动态变化,以2001-2015年的MODIS NDVI为数据源,结合2001-2015年的气象数据(温度/降水),分析黄土高原地区植被NDVI、气温和降水量的空间分布特征,以及植被NDVI对气温和降水量的响应关系。结果表明,近15a黄土高原地区植被NDVI总体呈现增长趋势。黄土高原地区植被NDVI的空间分布差异显著,大体趋势是植被覆盖从西北部向东南部逐渐递增。研究区植被的空间变化也具有明显的差异特征,研究区的西安市、渭南市及豫西山地的洛阳市等地的植被退化严重,但是随着国家"退耕还林还草"计划的实施,黄土高原地区中部的植被覆盖有了明显的改善。黄土高原地区的温度年际间变化不大,而降水量起伏变化较大。降水量对植被NDVI的影响大于温度对植被NDVI的影响。     

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。     

黄土高原重力侵蚀对地貌因素的敏感性分析

地形属性是影响降雨引发重力侵蚀的形成、演变、分布和危害的重要因素。以延安市宝塔区为例,基于已有文献和调查数据,采用GIS和RS技术,以及改进的增长率敏感系数法对影响黄土高原重力侵蚀的地貌等因素进行敏感性分析。结果表明:(1)坡度对重力侵蚀总量、滑坡侵蚀量和崩塌侵蚀量的影响较大,且都呈正相关关系;重力侵蚀总量、滑坡侵蚀量、崩塌侵蚀量对坡度的敏感系数分别达到60.5,1616.6,89.3。(2)对重力侵蚀总量和滑坡侵蚀量而言,距河流距离、高程是次重要影响因素;而对崩塌量而言,植被覆盖率、坡面曲率是次重要影响因素。(3)研究区域中小型重力侵蚀发生次数较多,大型重力侵蚀发生频数较少,但大型重力侵蚀对侵蚀总量的贡献较大;其中,体积大于100×10^4m^3的大型崩滑侵蚀虽然发生频数仅占总数的13%,但其侵蚀量却占重力侵蚀总量的57%。研究结果可为黄土高原地区水土流失综合治理及生态恢复提供参考依据。     

长期磷肥不均投入下黄土高原土壤磷素有效性及与土壤性质关系分析

由于科学施肥指导工作和生产实际的脱节,过量施用磷肥的现象普遍存在,进而造成大量磷素在土壤中累积。准确评价土壤中磷素的有效性是土壤磷素科学管理的基础。国际上梯度扩散薄膜技术(DGT)和传统方法相比可以更为准确地反映土壤中元素的生物有效性。以黄土高原具有代表性的60个土壤样品为研究对象,采用传统Olsen法和DGT技术评价多年磷肥投入不均条件下黄土高原地区土壤磷储量及其有效性现状,研究了DGT技术测定的DGT-P与全磷、Olsen-P之间的关系,并利用通径分析探究了土壤磷素有效性和土壤相关理化指标之间的关系。结果表明:黄土高原地区土壤磷素分布不均匀,缺磷与富磷现象并存,富磷土壤主要是耕地样品。磷素活化系数(Olsen-PAC)小于2.0%的土壤样品占76.67%,绝大部分土壤样品磷素有效性低。耕地磷肥投入量过高,活化土壤中的无效磷是黄土高原地区磷素科学管理的主要目标。土壤DGT-P与全磷、Olsen-P呈显著相关性(P0.01)。黏粒对土壤磷素有效性的直接影响最大,对Olsen-PAC的影响为正效应,对DGT法测定的磷素活化系数(DGT-PAC)的影响为负效应。土壤黏粒含量越高,有效磷库越大,土壤中供植物吸收利用的磷反而越少。     

黄土高原半湿润农作区春玉米土壤环境和产量对种植方式的响应

为探讨黄土高原半湿润易旱区不同种植方式对土壤水热环境及春玉米生长动态变化,于2017—2018年在甘肃华亭农技推广中心开展田间定位试验,设平地全膜覆盖(WM)、平地半膜覆盖(HM)、隔沟覆膜垄播(MRM)、全膜双垄沟播(WRF)、秸秆覆盖(SM)和露地平播(CK)6种种植方式,测定分析了春玉米各生育时期土层剖面水热状况、作物生长特征及收获期作物产量与构成因子。结果表明:覆盖种植方式对土壤温度的调节主要表现在苗期,地膜覆盖处理较CK具有增温效应,全生育期土壤平均增温1.44～2.62℃,而SM表现为降温效应,平均降温0.51℃;MRM、WRF、HM和SM在春玉米整个生育期内保墒效果显著,而WM不利于降水收集,仅在春玉米生长前期具有保墒效果,而在中后期随作物耗水增加,土壤含水率低于CK;地膜覆盖种植方式较CK均可提高春玉米产量和水分利用效率,其中以WRF和MRM效果最为显著,产量和水分利用效率较CK分别提高32.96%,17.12%和33.45%,18.66%,而SM表现出减产效应,较对照分别降低11.84%和9.93%。综合考虑土壤水热环境、春玉米生长特征、产量、水分利用效率等指标,黄土高原半湿润易旱区最佳种植方式为隔沟覆膜垄播种植方式。研究结果为黄土高原半湿润易旱区合理地选择覆盖耕作措施提供理论依据,同时对农田可持续性具有重要意义。