科尔沁沙地生物结皮的土壤种子库特征

通过野外取样和室内分析,初步研究了科尔沁沙地两种生物结皮在干、湿两种处理下土壤种子库种类组成、密度以及物种多样性等特征。结果表明：①科尔沁沙地藻结皮和苔藓结皮土壤种子库的总密度为干旱藻结皮〈湿润藻结皮〈干旱苔藓结皮〈湿润苔藓结皮。两种结皮上种子库的数量存在显著差异,对于干、湿处理的两种结皮,苔藓结皮上种子库的总密度均大于藻结皮上种子库的总密度;②两种生物结皮在干旱、湿润两种处理中共出现了6科、15种植物,种子库的组成以一年生草本植物、中生植物为主,二者百分比均超过76%;③在干旱藻结皮、湿润藻结皮、干旱苔藓结皮和湿润苔藓结皮上,种子库物种多样性表现出湿润处理下的结皮高于干旱处理的结皮。由此表明,在半干旱的科尔沁沙地,水分是限制结皮土壤种子库中种子萌发的主要因子,而生物结皮则通过对水分入渗与再分配的调控作用影响结皮种子库中种子的萌发。     

生物结皮对土壤呼吸的影响作用初探

利用Li—6400P—09土壤呼吸测量系统,对科尔沁沙地沙漠化逆转过程中生物结皮的形成对土壤呼吸的影响进行了测定分析。结果表明:①生物结皮存在时的平均土壤呼吸速率(1.856μmolCO_2/m~2·s),极显著(P<0.01)低于无结皮时的速率(2.725μmolCO_2/m~2·s),说明沙漠化逆转过程中生物结皮的形成可以有效减弱土壤中的CO_2向大气的排放,即生物结皮有减缓温室效应的生态功能;②在湿润和较低温度条件下,生物结皮对土壤呼吸的抑制作用更为显著;③形成的生物结皮越厚,对土壤呼吸的抑制作用越强;④生物结皮中粒径<0.05 mm的粘粉粒含量越多,对土壤呼吸的抑制作用越明显。     

沙漠生物结皮土壤发育特征的研究

通过对沙漠生物结皮层相关的土壤特性研究表明,结皮层不仅具有明显的养分富集和细粒物质的聚集作用,而且结皮层腐殖质成份的含量以及其分子结构和复杂程度也在增加。腐殖质光学特性的变化趋势明显反映了不同地区结皮层土壤发育的地带性特征。结皮层持水量明显高于沙层,并对降水再分配有一定影响。     

科尔沁沙地结皮发育对土壤理化性质影响的研究

通过野外取样和室内分析,初步研究了科尔沁沙地植被恢复过程中结皮的理化性质及其结皮发育对下层土壤特性的影响。结果表明,半流动、半固定和固定沙丘分别发育了物理、地衣及苔藓结皮,结皮的厚度、紧实度、水分、粘粉粒含量及各种全效、速效养分随沙漠化逆转趋势依次增加。同时,结皮的存在增加了其下层土壤的容重值,提高了颗粒组成中的极细砂和粘粉粒含量,富集了结皮下土壤的有机质、全N、全P、速效N、速效P等养分,随着结皮的发育,结皮对下层土壤的上述影响作用从半流动沙丘到半固定、固定沙地呈逐渐增长的趋势。沙漠化逆转过程中,结皮对土壤养分的富集在0-5 cm范围内,由表及里呈递减趋势。同一沙丘结皮下0-2.5 cm层土壤的容重、粘粉粒含量、养分含量均高于2.5-5 cm层及对照无结皮层相对应的值。     

黄土丘陵区生物结皮覆盖对土壤团聚体分布特征及稳定性影响

【目的】以吕梁离石区结皮覆盖（藻结皮、藓结皮、藓草混生结皮,裸地为对照）下土壤为研究对象,研究结皮种类对其下层土壤有机碳及土壤团聚体稳定性的影响。【方法】通过干筛和湿筛法对土壤团聚体分级,探究土壤容重、土壤有机碳含量和土壤静水崩解速率与团聚体稳定的相关性。【结果】在0～5 cm和5～10 cm深度,3种结皮下土壤容重与裸地间均达到显著差异;土壤有机碳含量表现为藓草混生结皮和藓结皮分别比裸地显著增加。不同深度土层,团聚体破坏率、分形维数表现为裸地>藻结皮>苔藓结皮>藓草混生结皮;平均重量直径和几何平均直径变化规律正好相反。相关性分析表明,> 0.25 mm土壤团聚体含量与土壤容重呈显著负相关关系;团聚体破坏率、分形维数与土壤容重、土壤静水崩解速率呈极显著正相关关系,与土壤有机碳含量呈极显著负相关关系;平均重量直径、几何平均直径与土壤容重呈极显著负相关关系,与土壤静水崩解速率呈显著负相关关系,与土壤有机碳含量呈极显著正相关关系。【结论】黄土丘陵吕梁随结皮层次提高,土壤团聚体形成能力和土壤团聚体水稳定性逐渐增高,对土壤水稳定性起主导作用的是土壤有机碳含量。     

黄土丘陵区生物结皮土壤温度年内动态特征及其对土壤水分的响应

[目的] 明确黄土丘陵区粉砂质壤土上生物结皮土壤温度年内动态以及其与土壤水分的关系,为进一步理解生物结皮在黄土丘陵区生态系统中的功能提供科学依据。[方法] 于2016年1月1日至2018年12月31日在陕西省吴起县退耕封禁地进行野外长期定位监测试验。[结果] ①生物结皮土壤温度具有明显的年内动态。一般生物结皮层月均温最高出现在6月,为27.1℃;结皮层下5 cm土壤月均温最高在7月,为22.7℃;生物结皮层和结皮层下5 cm土壤月均温均在1月最低,分别为-1.7和-1.4℃。②生物结皮层和结皮层下5 cm土壤温度日动态均为正弦曲线。生物结皮层和结皮层下5 cm土壤温度最大日较差均出现在6月,分别为32.0和17.2℃;10月生物结皮层温度日较差最小,为17.3℃,1月结皮层下5 cm土壤温度日较差最低为8.5℃。③年内生物结皮土壤温度与气温呈显著正相关;3-10月生物结皮土壤温度与土壤水分呈显著负相关,11-12月生物结皮土壤温度与土壤水分呈显著正相关。④1月和7月土壤含水量的增加导致生物结皮层和结皮层下5 cm土壤温度日较差下降。[结论] 黄土丘陵区粉砂质壤土上生物结皮土壤温度与土壤含水量密切相关,且不同月份土壤水分对生物结皮土壤温度的影响程度不同。     

黄土高原藓结皮覆盖土壤的穿透阻力特征及其影响因素

生物结皮的发育显著地影响并改变了表层土壤的理化性状,从而影响土壤穿透阻力.为探明生物结皮层对土壤穿透阻力的影响,针对黄土高原风沙土和黄绵土两种典型土壤,利用高精度土壤贯入仪测定并比较了不同含水量下藓结皮土壤和无结皮土壤的穿透阻力差异,定量分析了藓结皮层对土壤穿透阻力的影响及其与土壤性质(含水量、容重和有机质含量以及颗粒...     

黄土高原水蚀风蚀交错区藓结皮覆盖土壤的蒸发特征

土壤蒸发是地表水分平衡及能量交换的组成部分,是干旱和半干旱区水文循环的关键环节。为探究黄土高原水蚀风蚀交错区生物结皮对土壤蒸发的影响,以风沙土和黄绵土上发育的藓结皮为研究对象,通过模拟蒸发试验和自然蒸发试验,测定了不同蒸发条件下藓结皮覆盖土壤和无结皮土壤的蒸发强度,分析了藓结皮覆盖土壤的蒸发特征及其与无结皮土壤的差异。结果表明:(1)模拟蒸发试验中,藓结皮对土壤蒸发过程的影响表现出明显的阶段性,与无结皮土壤相比,藓结皮使土壤蒸发强度在大气蒸发力控制阶段降低了3.04%～15.46%(0.21～1.05 mm/d),在土壤导水率控制阶段增加了32.26%～187.07%(0.58～2.54 mm/d),在水汽扩散控制阶段增加了12.91%～87.73%(0.05～0.34 mm/d);土壤累积蒸发量大小表现为藓结皮覆盖土壤无结皮土壤。(2)自然蒸发试验中,6月16日至9月3日,无降雨时藓结皮覆盖土壤和无结皮土壤的蒸发速率均较低,藓结皮覆盖土壤的日平均蒸发量是无结皮土壤的1.12～1.42倍,自然降雨后二者的蒸发速率快速增加,降雨后土壤蒸发量是降雨前的2.20～8.55倍;在8月10—22日观测期内,藓结皮在雨后增加了土壤含水量,并对土壤蒸发起到促进作用,藓结皮覆盖土壤的累积蒸发量显著提高了19.22%～64.09%(F=21.85,P0.01)。研究表明,藓结皮覆盖增加了风沙土和黄绵土的水分蒸发强度,可能会对黄土高原水蚀风蚀交错区土壤水分保持产生不利影响。     

黄土丘陵区退耕地生物结皮影响下的土壤腐殖质分异特征

本文对黄土丘陵区退耕地生物结皮影响下的土壤腐殖质分异特征进行了研究。结果表明,①该区生物结皮影响下的土壤腐殖质组分HA、FA和HM含量均有明显的分层特征,土层间均表现出:结皮层0～2cm土层2～5cm土层;不同年限生物结皮土壤腐殖质含量总体表现出:16年8年32年12年,表明退耕地生物结皮影响下的土壤腐殖质含量随时间变化呈非线性变化趋势;HA/FA平均值变化范围为0.34～0.70,低于1,该区生物结皮影响下的土壤腐殖质胡敏酸含量不高,腐殖酸以富啡酸为主;②结皮层土壤腐殖酸E4/E6值随时间变化总体上呈"抛物线"型变化趋势;而0～2cm和2～5cm土层土壤腐殖酸E4/E6值呈缓慢增长的趋势;③腐殖质组分与土壤养分因子的全N、NO3--N、NH4+-N和有效Zn之间存在极显著的线性相关关系(p0.01);④土壤腐殖质组分含量的变化与全N、NO3--N、NH4+-N和有效Zn含量间存在满足二项式的函数回归关系(p0.01),表明生物结皮对土壤C素与N素和有效Zn的影响密切相关。     

坡耕地土壤物理结皮分层颗粒组成特征研究

近年来,径流和侵蚀对土壤物理结皮的影响得到广泛研究。然而,关于土壤物理结皮受侵蚀影响的定量研究较少。因此,本研究采用土壤分层处理方法,在等高耕作的径流小区中,通过人工模拟降雨试验,研究坡耕地垄上（结构结皮（Cst））、洼地（含泥沙沉积结皮（Cscs））、以及模拟冲毁洼地处（无泥沙沉积结皮（Csfs））形成结皮颗粒组成特征以分析结皮的差异性。结果表明：（1）侵蚀过程中,Cst、Cscs与Csfs表层砂粒发生分散,黏粒和粉粒发生富集,且随降雨历时延长,程度逐渐增强;（2）降雨历时30 min时,自上而下,Cst砂粒减少4.61%,粉粒增加1.83%,黏粒减少1.73%;Cscs和Csfs砂粒分别增加29.35%和36.59%,粉粒增加4.34%和0.39%,黏粒减少16.30%和14.34%。（3）结皮形成过程中,Cst主导因素为雨滴打击分散作用,Cscs和Csfs在降雨初期主导因素为雨滴打击分散程度,降雨后期为泥沙沉积量。空间位置及降雨因素是导致物理结皮类型及其颗粒组成差异的重要因素。     

半干旱区科尔沁沙地土壤水分时空特征研究

采用经典统计和地统计学的方法,分析了2013年半干旱区科尔沁沙地(1.5 hm2)不同植被类型下0~160 cm剖面土壤水分的时空变异特征。结果表明:土壤含水量在剖面上的变异系数在18%~177%之间,属于中等或强变异水平;土壤水分状况影响其变异性,湿季的变异性低于干季。草本植被和灌木通过截留降雨和根系吸水,加剧了土壤水分在空间上的变异。在同一时期,土壤水分的空间自相关性随着深度的增加而不断减小;相同深度的空间自相关性为湿季大于干季。在湿季各层土壤含水量具有较好的空间连续性,而干季各层土壤水分变化均较为剧烈,土壤水分的破碎化程度较高。降雨有促使土壤水分分布趋于均匀及增强空间相关性的效果。     

科尔沁沙地半固定沙丘不同坡位土壤C,N特征

[目的]研究沙丘不同坡位土壤碳氮的分布特征,旨在探索沙丘不同坡位植被演替机制。[方法]选取高于5m的半固定沙丘,沿主要风向于坡底、坡中、坡顶和背风坡设置样点,对土壤容重、土壤总有机碳含量和土壤总氮含量进行测定,并计算碳氮比、碳氮密度和碳氮储量。[结果](1)不同坡位土壤碳含量均随深度增加显著降低,主要变异层发生在0—40cm层。不同坡位土壤碳含量在30—40cm层和60—100cm层存在差异。(2)氮含量与容重在不同坡位和不同深度均不存在显著差异性,碳氮比在坡底和坡顶存在显著的垂直差异性,背风坡60—100cm层土壤碳氮比显著高于其它坡位。(3)各坡位土壤碳密度随深度增加显著下降。30—40cm层土壤碳密度存在显著的坡位差异,而土壤氮密度的垂直差异和坡位间差异均不显著。(4)半固定沙丘土壤碳氮储量分别为716.89和94.14kg/m2,不同坡位差异性不显著;碳储量的构成在4种坡位差异较大,而各坡位不同深度土壤氮储量对总储量的贡献差异较小。[结论]科尔沁沙地半固定沙丘土壤碳氮含量与密度不同坡位的差异较小,同时各坡位的碳氮均存在显著的垂直差异性,尤其在30—40cm层,变异程度较大,这可能与该层植物根系分布有关。     

科尔沁沙地旱作农田土壤退化的过程和特征

在一个较小的时空尺度上对科尔沁沙地典型旱作农田土壤物理和化学特性在风蚀沙化过程中的演变特征及其退化过程进行了的探讨。结果表明 :旱作农田由于周边沙质草地的开垦而发生风蚀沙化 ,3～ 5年的时间就会使 5 %～ 15 %的细粒物质吹蚀 ,表土粗化 ,向风沙沉积特征发展 ,土体结构破坏 ,容重增加 0 .0 5～ 0 .15 g/ cm3,总孔隙度降低 3%～ 5 % ,持水性能变劣 ,养分也随之丧失 ;<0 .0 5 mm的粘粉粒吹蚀 1% ,土壤有机质和全氮含量下降 0 .2 5 9g/ kg和 0 .0 16 4 g/ kg;土壤退化的演变 ,既有系统本身的自然属性决定的内在原因 ,更重要的是人为的外部干扰体系的驱动 ;退化的过程既有渐变型 ,又有跃变型     

科尔沁地区不同类型沙地土壤水分的时空异质性

应用半干旱区科尔沁沙地2006-2010年5-9月份土壤水分定点观测资料,研究农田、沙质草地和固定沙丘土壤水分的时空变异性。结果表明:2006年5月-2010年9月,(1)农田、沙质草地和固定沙丘土壤水分都在7月份最高;农田7月份土壤水分与5、6月份的差异显著,沙质草地7月份的与8、9月份的差异显著,而固定沙丘7月份的与生长季其他月份的都有显著差异;(2)3个样地土壤水分随年份有逐渐增加的趋势;(3)农田、沙质草地和固定沙丘0-160cm平均土壤含水量分别为20.69%,7.63%,3.61%,农田土壤水分明显高于沙质草地和固定沙丘,而且3种样地间土壤水分差异显著;(4)3个样地土壤水分随土层厚度增加呈"先增加后减少,最后又增加"的趋势;农田0-20cm土壤水分与20-40cm,40-60cm,120-140cm及140-160cm的差异显著;沙质草地0-20cm土壤水分除与140-160cm有显著差异外,与其他土层均无显著差异;固定沙丘土壤水分只有100-120cm与140-160cm的差异显著;(5)研究区降雨的季节分配极不均匀,主要集中在4-10月的生长季,占全年降雨量的92.58%;0～5mm降雨占全年降雨事件的73.29%,但其降雨量只占全年降雨量的25.1%;降雨间隔期以0～10d为主,占全年无降雨期的37.6%;0～10d降雨间隔期出现的频数最高,占全年间隔期频数的86.9%;(6)当土壤水分较高时,其变异性会随着土壤水分的增加而减小,而当土壤水分较低时,其变异性随土壤水分的增加而增加。     

陕北毛乌素沙地生物结皮发育特征的初步研究

通过野外采样和室内分析相结合,掌握了陕北毛乌素沙地不同采样点生物结皮层的理化性质以及该地区生物结皮的发育特征,为以后进一步研究毛乌素沙地生物结皮的防风固沙效应奠定了理论基础.结果表明:随着生物结皮的发育,结皮层厚度增加.最大值为11.82 mm;土壤颗粒细化,0.02～0.05 mm之间的颗粒含量为7.3%～27.7%,高于流沙中的颗粒含量;由于颗粒的细化,结皮层容重增加,其抗剪强度明显提高,且抗剪强度与厚度和容重之间存在一定的相关性.生物结皮层pH值为7.23～7.81,低于流动沙地的pH值;有机质、N和K含量明显高于流沙的含量;P含量有所增加但不明显.研究表明,各个样点的生物结皮效应表现有所不同,原因有多方面.主要是结皮的发育程度、植被盖度以及采样点地形地貌之间的差异所引起.     

不同治理措施下科尔沁沙地南缘土壤质地与持水特性研究

[目的]研究不同治理措施下土壤结构及土壤水分的分异特征,为合理选择沙化土地治理方式提供科学参考。[方法]结合空间代替时间和相邻样地比较法,利用压力膜仪和烘干法对科尔沁沙地治理过程中形成的樟子松人工林地、小叶杨人工林地、小叶锦鸡儿林地、围封草地、天然恢复的固定沙地以及流动沙地(CK)土壤水分特征曲线及土壤结构进行研究。[结果](1)各种治理措施均能明显增强土壤水分持蓄能力,小叶锦鸡儿林地土壤有效水含量最高,为0.05cm~3/cm~3。(2)各治理措施土壤沙粒含量、土壤容重降低;小叶锦鸡儿对土壤粉粒恢复效果最高,较流动沙地增加7.49%;围封措施下土壤黏粒含量最高,为1.08%。(3)土壤黏粒是影响土壤有效水含量和过剩水含量的主要因素,回归系数分别达到2.54和-2.65。[结论]小叶锦鸡林地和围封措施能较好地改善沙化土地土壤结构和土壤水分持蓄能力。     

科尔沁沙地不同土地利用类型土壤入渗特征比较研究

[目的] 探究科尔沁沙地不同土地利用类型土壤入渗特征的差异,为干旱—半干旱区包气带水分与物质运移等相关研究提供科学参考。[方法] 利用双环入渗仪野外实测和室内土壤物理性质分析相结合的方法,研究了科尔沁沙地具有代表性的8种土地利用类型(樟子松林地、小叶锦鸡儿林地、白柠条林地、撂荒草地、草甸草地、疏林草地、玉米农田以及裸沙地)土壤入渗特征及其影响因素,同时采用Kastiakov模型、Horton模型、Philip模型和G-P综合模型对其水分入渗过程进行了拟合,比较其拟合优度。[结果] ①不同土地利用类型土壤入渗特征存在显著差异,初始入渗率变化范围为1.595～12.020 mm/min,由大到小依次为：裸沙地>白柠条林地>玉米农田>樟子松林地>小叶锦鸡儿林地>草甸草地>撂荒草地>疏林草地;15 min入渗率变化范围为0.617～3.690 mm/min,由大到小依次为：裸沙地>白柠条林地>樟子松林地>小叶锦鸡儿林地>玉米农田>撂荒草地>草甸草地>疏林草地;土壤稳定入渗率变化范围为0.576～3.495 mm/min,由大到小依次为：裸沙地>白柠条林地>玉米农田>小叶锦鸡儿林地>樟子松林地>撂荒草地>草甸草地>疏林草地; ②不同土地利用类型入渗率与土壤容重、细砂含量呈极显著负相关,与中砂含量呈极显著正相关;稳定入渗率与非毛管孔隙度呈显著正相关; ③各模型对科尔沁沙地土壤入渗过程的拟合优度依次为：Horton模型>G-P综合模型>Kastiakov模型>Philip模型,其中Horton模型决定系数最高且相对误差最小,能更准确地模拟科尔沁沙地土壤入渗的实际情况。[结论] 科尔沁沙地不同土地利用类型土壤入渗特征存在差异,土壤性质对其入渗特征影响显著;Horton模型在科尔沁沙地拟合度较高,可应用此模型来估算水分入渗过程。     

科尔沁沙地不同草地利用方式下土壤粒度和有机碳分布特征

[目的]探讨不同草地利用方式下粒度与有机碳含量及相关性,揭示草地退化过程当中土壤有机碳的损失速率,为科尔沁沙地生态环境恢复治理提供科学依据。[方法]以科尔沁沙地乌力吉木伦河流域流动和半固定风沙土为研究对象,对流域内围封草地、不同退化程度的盐碱化样地和人工种植牧草样地等不同草地利用方式下粒度与有机碳含量及相关性进行了探索研究。[结果]围封措施在控制土壤侵蚀和提高土壤有机碳含量方面均起到显著的作用;流域内0—20 cm土层各样地粒度组成以粉粒和砂粒为主,由于翻耕的因素,燕麦和苜蓿样地表层土壤粗粒化明显且比其他样地具有更高的峰值和中值粒径;研究区内100μm粒径左右颗粒为易受侵蚀颗粒;土壤中小于100μm颗粒组分每被吹蚀1%,其有机碳含量将损失0.120 4 g/kg。[结论]在丘间平地分布的盐碱化草甸土地,根据实际情况结合围封措施和种植牧草能防止土壤侵蚀且有效提高有机碳含量。     

科尔沁地区不同类型沙地土壤水分变化分析

于2005-2008年5-9月,利用中子水分仪对科尔沁沙地的流动沙丘、固定沙丘和沙质草地的不同深度(0-160 cm)的土壤水分进行了为期4 a的定期观测.采用方差分析和多重比较等方法,并采用变异系数对土壤水分的时空变异进行了分析.结果表明,可将土壤水分剖面的变化划分为3层:土壤水分剧变层(0-40 cm),稳定层(41-130 cm),活跃层(131-160 cm).在0-40 cm土壤层,3种类型沙地土壤水分表现为随深度增加而增加,在41-130 cm土壤层则随深度增加而减小,而在131-160 cm土壤层流动沙丘表现为继续减小,但其它两种沙地的土壤水分则随深度增加而增加.同时土壤水分变异系数表现为:流动沙丘>固定沙丘>沙质草地.土壤水分在不同月份的变化表现为:7月>8月>6月>9月>5月,各月之间总体上差异性显著;各类型沙地土壤水分的年变化为:固定沙丘总体表现出逐年减小的趋势,沙质草地有变化但差异不大,而流动沙丘则随降雨的变化而变化.