植被恢复对黄土高原矿区重构土壤理化性质、酶活性以及真菌群落的影响

[目的]研究黄土高原矿区重构土壤植被恢复对土壤理化性质、酶活性以及真菌群落的影响,准确评价植被恢复对该地区的土壤生态恢复效果。[方法]在内蒙古自治区准格尔旗选择3种典型植被恢复类型(灌木、乔木、草地)和未复垦地采集0—20 cm土壤样品,采用扩增子测序技术分析了土壤真菌多样性和群落组成,同时结合土壤理化性质探讨了不同植被恢复类型影响真菌群落多样性的重要因素。[结果]①与未复垦地相比,3种典型植被恢复类型不仅对土壤理化性质和酶活性均有明显提升,还提高了土壤真菌可操作分类单元(OUTs)和多样性指数,且差异显著,以灌木的效果最好。②真菌主要菌门相对丰度在各样地变化趋势为子囊菌门(Ascomycota)担子菌门(Basidiomycota)球囊菌门(Glomeromycota),相对丰度之和已超过50%,土壤真菌群落结构在4个样地之间保持了一定的稳定性。③土壤含水量为影响真菌群落结构的最主要因素。[结论]植被恢复影响土壤理化性质、酶活性及真菌群落多样性,黄土高原矿区生态恢复是一个漫长的过程,在生态恢复过程中,宜种植灌木来改善重构土壤的生态环境。     

大理河流域水土保持措施减沙效益与影响因素关系分析

 利用大理河流域1960—2002年的系列水文资料和水土保持成因分析法计算结果,分析大理河流域减沙效益与措施保存面积、配置比例和汛期降雨量等影响因素的关系,以及大理河流域淤地坝措施减沙量与坡面措施减沙量的关系。结果表明:现状水土流失治理条件下,大理河流域仅靠坡面治理措施取得的减沙效益只有9%,取得最大减沙效益的水土保持措施梯田、林地、草地、坝地最优配置比例为18.6∶73.2∶4.6∶3.6,保持流域水土保持措施较高减沙效益的坝地配置比例为4%;大理河流域水土保持措施减沙量与汛期降雨量关系最为密切,二者呈正相关关系;流域水土保持措施减沙能力表现最充分的汛期降雨量值区间约为300～500mm;大理河流域治理期有21年坡面措施减沙量小于600万t/a,淤地坝措施减沙量均在3000万t/a以内变化。20世纪90年代以来,流域坡面措施减沙量与淤地坝措施减沙量关系比较密切,淤地坝措施减沙量的增幅小于坡面措施减沙量的增幅。     

Impacts of natural polymer derivative neutral polysaccharide Jag S and cationic hydroxypropyl polysaccharide Jag C162 on rainfall infiltration on an experimental loess hillslope

ABSTRACT

Developing effective measures to improve soil structure and increase soil infiltration in the Loess Plateau located in arid and semiarid areas is important for soil and water conservation. Simulated rainfall experiments were conducted to determine the effects of two new natural polymer derivatives, namely neutral polysaccharide (Jag S) and cationic hydroxypropyl polysaccharide (Jag C162), on rainfall infiltration and their underlying mechanisms. The proportions of different sizes of water-stable soil aggregates were analyzed after spraying four different concentrations (0, 1, 3, and 5 g m^?2) of Jag S and Jag C162 under rainfall intensities of 1, 1.5, and 2 mm min^?1 and a slope gradient of 15°. Treatments with Jag S and Jag C162 significantly improved the rainfall infiltration rates (IRs) compared with the control. Moreover, applying 1 and 3 g m^?2 Jag S effectively increased the IRs by 22.81% and 13.69%, respectively. Treatment with Jag C162 also increased the rainfall IRs by 39.47%, 46.59%, and 46.50%. Furthermore, the content of >0.25 mm water-stable soil aggregates increased from 27.19% to 90.42% before rainfall and from 9% to 50% after rainfall. Compared with Jag C 162, treatment with Jag S was less effective on improving rainfall infiltration and aggregate content. In particularly, application of 5 g m^?2 Jag S improved the soil aggregate content but weakened rainfall infiltration because of the higher viscidity and consistency of the Jag S solution. Overall, spraying appropriate amounts of Jag C162 and Jag S on the loess slope surface can increase the water-stable soil aggregate content, resulting in improved rainfall infiltration and reduced soil erosion. Thus, application of two new natural polymer derivatives is a possible alternative conservation practice in the Loess Plateau.     

黄土丘陵区小流域淤地坝泥沙沉积特征

了解淤地坝泥沙沉积特征是坝地泥沙输移过程及规律研究的基础和前提。该文通过对黄土丘陵区小流域淤地坝不同位置泥沙沉积剖面中各沉积旋回层厚度及粒径组成变化的分析,研究了淤地坝次洪水沉积过程中泥沙的再分布特征。结果表明:坝地内次洪水泥沙沉积过程为非均匀分布,各沉积旋回层厚度在纵剖面和横剖面都存在一定差异,早期沉积层厚度的起伏变化要大于后期的起伏变化。坝地泥沙粒径组成以粉粒为主,黏粒、粉粒和沙粒的平均含量分别为4.66%、58.78%和36.56%。坝地泥沙沉积过程中,各旋回层中黏粒、粉粒和沙粒的平均含量变化较小,但在坝地不同位置,土壤粒径组成发生了一定程度的分选。从坝尾到坝前,土壤质地粗化度显著下降,土壤粒径组成呈逐步细化的趋势。     

利用SEBAL模型估算不同水土保持措施下的流域蒸腾蒸发量——以韭园沟、裴家峁流域为例

区域蒸腾蒸发量是重要的地表水分运动过程,水土保持措施改变了下垫面特征,从而影响了这一过程。为了揭示不同水土保持措施下的区域蒸腾蒸发特点,本文选取黄土高原丘陵沟壑区韭园沟治理流域以及其对比流域裴家峁,运用基于能量平衡原理的SEBAL遥感模型,计算了不同下垫面的蒸散发量,结果表明:研究区地表反照率多集中于0.1～0.2之间;不同水土保持治理度下的流域归一化植被指数NDVI呈现出不同的季节变化特点;净辐射集中在400～800 W m-2,感热通量集中在50～200 W m-2之间,土壤热通量集中在100～200 W m-2之间;治理度高的韭园沟流域日蒸腾蒸发量略小于裴家峁流域,不同土地利用类型下的日蒸腾蒸发量顺序为坝地>果园及林地>草地>梯田>坡耕地。文章最后,作者从多个角度对计算结果的合理性进行了分析,表明SEBAL模型估算的流域蒸散发是可信的。     

大理河流域1970-2002年水保措施减洪减沙效益深化分析

根据实测水文资料,采用"水文法"和"水保法"两种方法,对大理河流域1970-2002年的水沙变化和水土保持综合治理减洪减沙效益进行了比较全面的计算和分析。大理河流域20世纪70,80,90年代降雨量、径流量和输沙量呈递减趋势,其中80年代减幅最大,70,90年代减幅接近。2000-2002年年降水量和汛期降水量分别比基准期增大了8.0%和9.3%,但径流、泥沙依然递减。"水文法"计算结果表明,1970-2002年大理河流域共计减少洪水10.114 5亿m3,年均减少洪水3 065万m3,其中水土保持综合治理年均减少洪水2 370万m3,占减少洪水总量的77.2%,年均减少洪水效益25.2%;共计减沙8.448亿t,年均减沙2 560万t,其中水土保持综合治理年均减沙1 940万t,占总减沙量的75.8%,年均减沙效益37.6%。"水保法"计算结果表明,1970-2002年大理河流域水土保持措施共计减少洪水7.524亿m3,年均减少洪水2 280万m3,年均减少洪水效益24.5%;水土保持措施共计减沙6.138亿t,年均减沙1 860万t,年均减沙效益36.6%。近期流域水土保持综合治理减洪减沙效益显著,水保措施减水减沙比依时序呈下降趋势。     

黄土区坡耕地耕作对浅沟径流产沙及其形态发育特征的影响

为研究耕作对浅沟径流产沙及形态发育特征的影响,在野外调查的基础上,设计坡度(15°、20°、25°)、雨强(1.0、1.5、2.0 mm/min)及放水流量(7.53~23.45 L/min)3个处理,采用室内模拟降雨和放水冲刷的方法,测定了不同处理下浅沟径流量、产沙量。结果表明:1)2种浅沟水流均为紊流,耕作使浅沟水流雷诺数和弗劳德数分别减小0.95%~30.77%、2.64%~39.14%,阻力系数和糙率系数分别增加4.01%~58.82%、0.88%~27.87%;2)试验条件下,耕作使浅沟土壤剥蚀率增大9.48%~37.87%,未耕作与耕作浅沟土壤剥蚀率分别与坡度—流量交互作用、雨强—坡度交互作用呈极显著线性关系,土壤剥蚀率与径流剪切力、径流功率及单位径流功率均呈显著的线性关系,未耕作浅沟发生剥蚀的临界剪切力、临界功率及临界单位径流功率分别为17.576 N/m2、5.036 W/(m2·s)、0.0381 m/s,耕作浅沟为10.585 N/m2、3.544 W/(m2·s)、0.0277 m/s;3)耕作使浅沟宽度增加1.98%~31.79%,浅沟面积增大0.84%~32.03%,下切深度降低2.82%~26.67%;4)耕作使浅沟土壤侵蚀量增加0.91%~22.80%,未耕作和耕作浅沟土壤侵蚀量分别占坡面土壤侵蚀总量的44.09%~74.16%和42.44%~56.44%,与雨强—流量交互作用均呈极显著的线性函数关系。结果可为该区浅沟侵蚀预测模型的建立及农业生态环境安全与保护提供科学依据。     

Jag S对黄土坡面降雨入渗的调控效应

[目的]Jag S是一种新型可用于调控水土流失的高分子化学材料,揭示Jag S对降雨入渗的化学调控效应,为黄土坡面水土流失治理提供科学依据。[方法]采用人工模拟降雨试验研究Jag S对黄土坡面入渗调控效应。[结果](1)撒施Jag S坡面入渗率随降雨过程的变化趋势与裸坡相似,起初皆随降雨历时的延长先快速减小,随后趋于稳定状态;(2)撒施Jag S的坡面和裸坡相比,初始产流的时间提前,入渗率减小速率较大,达到稳渗阶段所用的时间少,且前期入渗率小于裸坡坡面前期入渗率,但稳渗率大于裸坡;(3)撒施Jag S坡面的入渗量明显高于裸坡的入渗量,在各个剂量下,入渗量均随坡度的增加而减小,随雨强的增加而呈现递增变化趋势。[结论]因此撒施Jag S可有效增加土壤入渗和强化入渗效应。强化入渗效应的Jag S剂量顺序依次为:1g/m23g/m25g/m2。     

不同水肥条件下农业非点源田间产污强度

为揭示灌水量和施肥量对田间产污强度的影响程度,基于已有的农业非点源污染田间产污模型和该项研究监测试验资料,计算分析了不同灌水量、施肥量和施肥方案下水稻田的田间产污强度。结果表明,灌水量与田间产污强度呈指数增长关系,施肥量与田间产污强度呈正相关;其次,即使在施肥量相同的情况下,不同的施肥方案田间产污强度也有较大差别。综合对比其他相关研究成果以及中国现阶段农田灌溉、施肥现状,讨论分析了田间水肥过程对农业非点源污染的影响。最终研究提出,田间水肥过程对农业非点源污染产出具有较大影响,应将开展节水灌溉与科学施肥、合理调整田间水肥过程等作为当前减轻和缓解农业非点源污染的一项重要措施。     

非正交曲线坐标系平面二维丁坝绕

将非正交曲线坐标系下的平面二维河道水流数学模型应用于丁坝绕流计算，克服了正交网格在对不规则边界进行局部模拟时存在的一些缺陷。几种丁坝布置方案下计算所得流速分布、局部流场、水面线变化结果与水槽试验结果吻合良好，表明模型具有较强的适应性和较高的精度，能应用于丁坝绕流计算。