藏东横断山区业拉山背风坡土壤理化性质垂直地带性分析

【目的】对业拉山背风坡不同海拔梯度表层土壤理化性质的垂直地带性进行分析,为区域干凉河谷地带土壤抗侵蚀评价及植被恢复提供参考。【方法】以业拉山海拔3 200～4 600 m的土壤为研究对象,测定其体积质量、孔隙度、田间持水性、有机质含量,并分析海拔及各指标间的相关性。【结果】不同海拔土壤的理化性质存在一定差异。不同海拔土壤有机质含量、体积质量、总孔隙度、毛管孔隙度、饱和含水率、毛管含水率和田间持水率分别为14.78～198.96 g/kg,0.43～1.45 g/cm~3,55.51%～89.25%,42.64%～81.13%,38.52%～201.61%,30.19%～184.85%和23.07%～175.25%。随着海拔的升高,土壤体积质量、非毛管孔隙度总体呈减小趋势,有机质含量、总孔隙度、毛管孔隙度、饱和含水率、毛管含水率、田间持水率总体呈增大趋势。海拔与土壤体积质量、非毛管孔隙度极显著和显著负相关,与总孔隙度和毛管孔隙度极显著正相关(P0.01),与饱和含水率、毛管含水率、田间持水率和有机质含量显著正相关(P0.05)。【结论】业拉山背风坡表层土壤结构以海拔4 400 m地区最优,海拔4 200和4 600 m地区优于海拔3 800和4 000 m地区,海拔3 200～3 600 m地区最差。从土壤类型看,业拉山背风坡表层土壤理化性能综合表现为黑毡土棕壤褐土灰褐土。     

翻耕除草对不同坡长下紫色土氮磷流失的影响

为揭示自然降雨下翻耕除草和坡长对紫色土氮、磷流失的影响,通过野外设置径流小区(2个坡面:翻耕除草与自然恢复;3种坡长:20,40,60 m,共9个小区),定位监测研究不同处理下产流产沙及氮、磷流失特征。结果表明,同一坡面不同坡长间产流产沙差异不显著(P0.05);同一坡长不同坡面处理小区的径流量、产沙量差异极显著(P0.01)。与翻耕除草相比,自然恢复坡面20,40,60 m坡长小区径流量分别减少77.55%,62.62%,79.56%,产沙量分别减少85.21%,94.97%,96.25%。仅在40 m坡长下,不同坡面处理径流中DN、DP流失量差异不显著(P0.05),其他坡长DN、DP流失量差异显著(P0.05);各坡长不同坡面处理下泥沙中TN、TP流失量差异极显著(P0.01)。与翻耕除草相比,自然恢复坡面处理径流中DN、DP流失量分别减少75.13%,80.22%,泥沙中TN、TP流失量分别减少96.07%,96.38%。在翻耕除草坡面处理下,降雨强度与径流量、产沙量及泥沙中的TN和TP流失量呈极显著幂函数关系;在自然恢复坡面处理下,上述关系均不显著。研究结果可为紫色土氮、磷流失及面源污染防治等提供理论参考依据。     

玉米浆发酵产生物丁醇的氨基酸代谢动力学模拟

为了深入挖掘利用丙酮丁醇梭菌产生物丁醇过程中氨基酸代谢的动态过程，探究利用廉价氮源玉米浆中的氨基酸用于丙酮丁醇梭菌产生物丁醇的生产策略，寻找生产丁醇的高效率廉价氮源来降低发酵生产成本。该研究首先利用高通量测序技术对玉米浆中微生物多样性进行分析；同时基于丙酮丁醇梭菌（Clostridium acetobutylicum）生产丙酮-丁醇-乙醇（Acetone-Butanol-Ethanol，ABE）碳代谢动态模型的基础上，构建氨基酸代谢模型，以此模拟15种氨基酸在利用木糖为碳源发酵生产ABE中的氨基酸代谢过程，并对氨基酸的代谢与丙酮丁醇梭菌的生物量以及ABE的合成相关性关系进行冗余分析；通过模型预测实际生产中利用玉米浆发酵时氨基酸的消耗过程。结果表明，梭状芽胞杆菌属（Clostridium）占细菌总数的68.76%，是玉米浆中的优势菌群；最佳参数校正后构建了氨基酸代谢模型，模拟值与试验值有较好拟合度；11种氨基酸（苯丙氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、酪氨酸、甘氨酸、丝氨酸、精氨酸、天冬酰胺）在培养过程中迅速消耗用于细胞生长和溶剂生成，3种氨基酸（脯氨酸、组织胺、天冬氨酸）保持稳定状态，同时发酵过程中谷氨酰胺积累；冗余分析表明其中5种氨基酸对发酵产物及生物量影响具有相关性（P<0.05），相关性排序从大到小依次为丝氨酸、甘氨酸、亮氨酸、缬氨酸、天冬酰胺；模拟预测玉米浆中缬氨酸、甘氨酸、丝氨酸在发酵过程中基本被消耗，推测其为发酵后期的营养限制性因子。该结论可证实玉米浆可作为丙酮丁醇梭菌发酵丁醇的优势氮源，为丙酮丁醇梭菌的氨基酸代谢调控及下一步利用并优化玉米浆作为氮源生产生物丁醇提供一定的理论参考和数据支撑。     

降雨入渗对宁南山区黄土梯田边坡稳定性的影响

为了研究降雨入渗对宁南山区黄土梯田边坡稳定性的影响。采用ABAQUS软件建立降雨入渗下的宁南山区黄土梯田边坡稳定性有限元模型,研究了水平梯田、隔坡梯田、原始边坡（对照）3种边坡类型,在降雨入渗强度(28~38 mm/h)和边坡坡度(15°—30°)下的破坏时间和安全系数的变化规律。结果表明:降雨入渗下,黄土梯田边坡的破坏时间随降雨入渗强度的增大而减小,且呈幂函数关系,水平梯田的破坏时间显著高于隔坡梯田和原始边坡;安全系数也随降雨入渗强度的增大而减小,但呈线性关系,水平梯田的安全系数与隔坡梯田和原始边坡并无显著差异。降雨条件下,修筑梯田能增加浅层梯田边坡的稳定性,而对于深层梯田边坡的稳定性影响不大。     

基于无人机影像的边坡植物物种分类

无人机的出现，给生态调查带来关键性革新。而使用无人机进行生态调查，植物遥感分类是关键，基于平地的无人机植物物种分类创新运用于边坡，使用可见光正射影像联合nDSM（normalized digital surface model，归一化数字表面模型）对边坡植物物种进行分类。结果表明，边坡样地的分类的精度达85%，自然样地达84%，与没有加入nDSM的分类结果对比，边坡、自然样地分类精度分别增加了32%和16%。在边坡条件下可见光正射影像与nDSM结合，可大幅度提升边坡植物物种分类精细度。     

岩层倾向对喀斯特槽谷区地表/地下产流过程的影响

喀斯特槽谷区在降雨过程中极易发生水土流失,这使得该区生态环境被破坏。以喀斯特槽谷区为研究对象,通过室内模拟其典型顺/逆层坡面特征及地下孔裂隙发育程度,利用人工降雨试验研究不同雨强条件下地表地下产流特征,从而揭示喀斯特槽谷区地表地下产流机制。结果表明:(1)喀斯特槽谷区地表地下产流受雨强影响,小雨强(30 mm/h)条件下地下产流量大于地表产流量,中雨强(60 mm/h)条件下地表产流量增大且裸坡条件下地表产流量大于地下产流量,大雨强(90 mm/h)条件下裸坡与顺层坡的地表产流量均大于地下产流量。(2)地下孔裂隙发育程度对地表地下产流量的分配比例产生影响,地下孔裂隙度越大则地下产流量越多,且2%～3%的地下孔裂隙度时地表地下产流量分配比例发生转变。(3)不同岩层倾向条件下,地表产流量及其分配比例最高为裸坡,最低为逆层坡,地下产流量及其分配比例最高为逆层坡,最低为裸坡。(4)不同岩层倾角条件下,顺层坡地表产流量最高为30°,最低为90°,地下产流量则相反;逆层坡地表产流量最高为90°,最低为60°,地下产流量最高为60°,最低为90°。研究结果可为喀斯特槽谷区地表及地下产流机制的进一步认识提供科学依据。     

土壤侵蚀对紫色土坡耕地耕层物理及力学特性的影响

【目的】紫色土坡耕地是南方丘陵区农业生产重要的耕地资源,其耕层土壤退化主要为物理退化。为了探讨土壤侵蚀对紫色土坡耕地耕层物理特性及力学特性退化的影响,在耕层土壤退化分级的基础上,定量分析了不同侵蚀程度下紫色土坡耕地耕层物理、力学特性及土壤退化指数的变化特征。【方法】采用铲土侵蚀模拟试验方法,以未侵蚀地块为对照组（CK）,对比分析了侵蚀5 cm（S_-5）、10 cm（S_-10）、15 cm（S_-15）、20 cm（S_-20）条件下紫色土坡耕地耕层土壤渗透性、土壤力学特性及土壤退化指数变化特征,对坡耕地耕层物理、力学特性的退化程度进行了定量分析。【结果】（1）紫色土坡耕地不同侵蚀程度下耕层土壤渗透性为CK>S_-5>S_-10>S_-15>S_-20,土壤初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率、饱和导水率随着侵蚀程度加剧而降低,S_-20土壤渗透性能最差;不同侵蚀程度下紫色土坡耕地均表现为0—20 cm土层的土壤渗透性指标高于20—40 cm土层的。（2）紫色土坡耕地不同侵蚀程度耕层土壤力学性质为CK-5-10-15-20,土壤抗剪强度、土壤紧实度随侵蚀程度加剧而增加。不同侵蚀程度下紫色土坡耕地各层土壤力学指标均表现为0—20 cm土层的高于20—40 cm土层的。（3）土壤抗剪强度对第一轴贡献率最大,土壤抗剪强度是影响不同侵蚀程度下紫色土坡耕地土壤物理性质及力学特性变化的主要因素。紫色土坡耕地土壤物理性质及力学特性与第一轴相关性排序表现为稳定入渗率>土壤紧实度>饱和导水率>平均入渗率>初始入渗率>抗剪强度。（4）不同侵蚀程度下紫色土坡耕地土壤退化指数大小为S_-5（-8.71%）>S_-10（-10.95%）>S_-20（-12.17%）>S_-15（-15.37%）,S_-15处理对耕层物理性质影响最大,S_-15 土壤退化指数最小,土壤退化程度为重度退化。不同侵蚀条件下,紫色土坡耕地土壤退化指数10—20 cm土层的最大,土壤退化对10—20 cm土层影响最小。【结论】紫色土坡耕地土壤退化现象严重,不同侵蚀程度土壤的退化等级分为4级,分别为未退化、轻度退化、中度退化、重度退化。研究结果可为坡耕地耕层质量退化过程辨识及恢复调控提供技术参数。     

基于地形与竞争因子的青冈栎次生林树高哑变量模型研究

考虑不同地形和林木竞争对青冈栎树高与胸径关系的影响，构建青冈栎树高与胸径的哑变量模型，为青冈栎次生林的树高预测和可持续经营提供理论依据。以16个青冈栎次生林固定样地为研究对象，通过确定系数（R²）、赤池信息量准则（AIC）、均方根误差（RMSE）和平均预估误差（MPE）4个评价指标，从11个基础模型中筛选出最优的基础模型。利用F统计检验分析了不同坡向和坡度对青冈栎树高与胸径关系的影响，同时对Hegyi简单竞争指标进行了改进。基于坡向、坡度和竞争强度3个哑变量，构建青冈栎树高与胸径的哑变量模型。结果表明，对数模型M2为最优基础模型，其确定系数（R²=0.686）最大，均方根误差（RMSE=1.380）和平均预估误差（MPE=1.242）最小；不同坡向和坡度下，模型的F统计值均大于F临界值；Hegyi改进指标与树高、胸径的相关系数达到-0.452、-0.418，相比Hegyi简单竞争指标有明显提高；基础模型中引入坡向、坡度和竞争强度哑变量后，模型的拟合精度均显著提高，R²提高了0.035，RMSE减少了0.077，MPE减少了0.070%。从林木的水平和垂直空间上构建青冈栎林木竞争指标更加准确，坡向、坡度和林木竞争对青冈栎树高与胸径关系存在显著影响。综合考虑地形与林木竞争的哑变量模型拟合精度更高，能为青冈栎树高生长的预测提供参考。     

Short Communication. Quantification of loess proportions in Pleistocene periglacial slope deposits and Holocene colluvium using grain‐size data by laser diffractometry

Loess proportions in slope deposits have rarely been quantified, due to the lack of quantification methods. In this study, we used laser granulometry to analyze grain‐size distributions in slope deposits of a Buntsandstein landscape in central Germany. The consistent loess contents obtained from two independent models corroborate the validity of the calculated loess proportions and the applicability of the new R package EMMAgeo. Yet, some limitations in transferability need to be considered.     

急陡黄土坡面细沟侵蚀的水动力学特性试验研究

通过组合不同坡度(25°,30°,35°,40°,45°,50°)、不同流量(0.6,1.0,1.5,2.0,2.5 L/min)的室内放水冲刷试验,对急陡黄土坡面细沟侵蚀发生过程中的细沟水动力学特性进行了研究。结果表明:细沟水流平均流速随细沟的发育呈现出先减小后稳定的变化趋势。细沟流的雷诺数Re在199.996～873.482变化,且主要受流量的影响,随着流量的增大呈线性关系;而弗劳德数Fr在整个细沟发育过程中均大于1,表明细沟流均处于急流范围,且与流量呈倒数关系,随着放水流量的增大Fr呈曲线减小。阻力系数f随着流量的增加而增大,且与雷诺数之间存在f=a·Re~-~b(a、b为系数)的幂函数关系。