坡耕地等高反坡阶整地年限对土壤改良和玉米产量的影响

为探究等高反坡阶整地改良红壤坡耕地土壤质量的效果,利用田间定位试验,以滇中昆明松华坝迤者流域坡耕地试验区已实施等高反坡阶整地措施3(CRT 3),7(CRT 7),9(CRT 9)年的样地及原状坡耕地(CK)为研究对象,结合各样地玉米产量探明实施年限对土壤结构、肥力和酶活性特征的影响.结果 表明:等高反坡阶整地年限显著...     

等高反坡阶对坡耕地土壤碳库的影响

[目的]研究坡耕地等高反坡阶措施的蓄水保土和固碳减排效应,为改善云南山区红壤坡耕地土壤侵蚀状况提供科学依据。[方法]自然降雨条件下,通过松花坝迤者小流域1a的野外径流小区定位观测,对有、无等高反坡阶措施条件下的坡面产流产沙和土壤有机碳流失进行对比分析。[结果](1)泥沙作为土壤有机碳流失的重要载体,因其流失所致的流失量占总有机碳流失量的85%以上,最高达95.38%;(2)等高反坡阶具有显著的蓄水减流和保土减沙效应,其减流率在5.56%~53.91%,减沙率在18.84%~83.11%,产沙调控作用更优;(3)雨季前后,原状坡面小区土壤碳储量减少率达9.90%,明显高于等高反坡阶小区土壤碳储量的减少率3.99%;(4)通过相关分析发现,2个小区土壤有机碳的流失率与降雨量均未达到显著相关,但与降雨侵蚀力显著相关(p0.05)。径流、泥沙与2个小区有机碳的流失率均达到了显著正相关(p0.05)。[结论]等高反坡阶通过改变地表微地形,减少了坡耕地有机碳的输出。     

等高反坡阶措施对滇中红壤坡耕地土壤贮水量的影响

为探讨布设等高反坡阶后土壤水分驱动特征,揭示其水源涵养能力,以滇中昆明市北郊松华坝迤者小流域为研究区,采用野外监测与室内测试分析相结合的方法,分析了2017年5月1日-2018年4月30日期间不同土层深度（0-100 cm）土壤贮水量时空变化特征及其与其他物理性质的关系。结果表明:（1）试验期间雨季和旱季降雨量分别为528.5,41.5 mm,占试验年降雨量的92.7%,7.3%,I₃₀（最大30分钟雨强）与降雨量的整体变化趋势一致;（2）布设等高反坡阶后,各土层平均土壤贮水量较原状坡耕地在雨季和旱季分别增加9.6%~13.5%,10.0%~23.9%;（3）布设等高反坡阶后坡耕地土壤贮水量变异系数明显减小（p<0.05）,各土层深度下土壤贮水量变异系数的大小为:20 cm > 40 cm > 60 cm > 80 cm > 100 cm;（4）土壤贮水量随土层深度的增加明显减弱,布设等高反坡阶对坡耕地土壤贮水量的影响表现为40 cm > 20 cm > 60 cm > 80 cm > 100 cm;（5）等高反坡阶处理和不同土层深度交互作用对土壤贮水量的影响显著,修正模型平方和达到48 149.124。综上,等高反坡阶处理对坡耕地土壤的贮水能力具有明显的提高作用,对坡耕地地表径流拦蓄、增加水分入渗和减少土壤流失改善作用显著。     

等高反坡阶对玉米生长及光合特性的影响

[目的] 探讨坡耕地等高反坡台阶措施对玉米生长及光合特性的影响,为云南省坡耕地作物种植提供科学依据。[方法] 以玉米（云瑞668）为供试材料,采用田间试验,试验设置2个布设有反坡台阶的坡耕地样地（2^#和3^#,CR）及1个未扰动的对照样地（1^#,CK）,通过野外定位监测方法,测定玉米生长相关指标,净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率以及作物产量,研究等高反坡阶对玉米生长特征、光合特性的影响。[结果] 等高反坡阶措施对玉米茎粗、穗位高影响不显著。反坡阶坡中地块对玉米株高促进作用最为显著,增幅为27.9%;反坡阶样地玉米叶面积指数显著高于原状坡耕地,LAI最高达5.01~5.78,灌浆期后可维持相对较高的LAI,而CK组LAI范围为3.78~4.79,且下降较快;反坡阶处理下玉米叶片净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、叶片瞬时水分利用效率（WUE_L）、作物水分利用效率（WUE）均高于坡耕地;玉米产量分别较坡耕地提高了9.6%,13.8%。[结论] 在云南省坡耕地作物种植地区,通过布设等高反坡阶减少水土流失,提高土壤水分,增加土壤贮水量,进而使叶片维持较高的光合作用以及生理状态,为玉米干物质生产奠定了生理基础,提高了作物产量。自然降雨情况下,坡耕地坡度为15°时布设高反坡阶对玉米光合特性、WUE及产量促进作用最佳。     

松华坝水源区等高反坡阶对坡耕地雨季土壤水分空间分布的影响

[目的]分析昆明市松华坝水源区等高反坡阶对雨季坡耕地的土壤水分分布的影响,为该区域内等高反坡阶的改造提供理论依据。[方法]在水源保护区迤者小流域内坡耕地布设等高反坡阶,对不同位置坡面和阶面及其不同土层深度不同时期的土壤水分含量进行了观测。[结果]在长期大量降雨停止后2d,上阶、下阶土壤水分含量一直保持在较稳定水平,随时间变化的变幅较小,上阶降低2.71%,而坡面在降雨结束后迅速变化,上坡降低9.04%,中坡降低10.41%。[结论]等高反坡阶具有较强拦蓄地表径流,保墒保水的功能,且其对土壤水分具有缓释、再分配作用,主要作用对象为深度20—40cm土层。     

天然降雨条件下等高反坡台阶整地对坡耕地氮磷输移的影响

[目的] 揭示等高反坡阶整地措施对于坡耕地产流产沙及面源污染物输出的规律,为源头控制坡耕地水土流失和农业面源污染提供科学依据和技术支撑。[方法] 以滇中昆明市松华坝迤者流域试验区内已布设等高反坡台阶措施的坡耕地(15°和22°)径流小区样地为对象,基于2019—2021年降雨、径流及水质数据,采用对比分析的方法,研究样地内的产流、产沙、面源污染物氮素、磷素输出的特征。[结果] 相同雨型下,研究区样地布设等高反坡阶之后坡度为22°的坡耕地比坡度为15°的坡耕地有更显著的减少坡面产流产沙以及面源污染物氮、磷输出的作用。[结论] 等高反坡阶对坡耕地的产流产沙及面源污染物的输出等有显著的控制效果,布设等高反坡阶能够有效地增加坡耕地尤其是坡度较大的坡耕地的保水保土能力。     

等高反坡阶对滇中云南松林下碳储量及增量分配格局的影响

通过标准地调查和生物量实测相结合的方法,对布设等高反坡阶后滇中云南松林林下植被层和土壤层碳储量进行了估算,并分析了8 a后各层碳增量及分配格局。结果表明:（1）布设等高反坡阶后灌木叶、已分解凋落物及土壤层碳含量显著高于对照,对照和布设等高反坡阶处理下灌木层、草本层、凋落物层及土壤层碳含量变幅分别为441.2~484.4 g/kg,371.0~433.6 g/kg,70.4~458.5 g/kg,4.1~20.0 g/kg;（2）不同处理下林下植被层中凋落物层生物量最高,其次为灌木层、草本层,等高反坡阶处理下灌木层、草本层、凋落物层的生物量分别比对照显著高出8.17%,13.24%,9.29%,布设等高反坡阶显著提高了林下植被各层生物量;（3）林下植被层和土壤层碳储量表现为土壤层 > 凋落物层 > 灌木层 > 草本层,碳增量则表现为土壤层 > 凋落物层 > 草本层 > 灌木层,等高反坡阶处理下灌木层（高11.64%）、草本层（高15.63%）与土壤层（高50.74%）碳储量皆高于对照,灌木层、草本层、凋落物及土壤层碳增量与对照相比则分别增加了28.21%,27.17%,15.54%,34.92%。等高反坡阶可有效促进植物生长,提高林下植被层及土壤层碳储量的积累,因此人工造林时可因地制宜适度应用等高反坡阶措施,加快当地碳库及生态环境的恢复速率,提高云南松生态系统的生产能力。     

等高反坡阶对坡耕地产流产沙和氮磷迁移的作用研究

在云南抚仙湖尖山河典型小流域,建立标准径流场并挖设等高反坡阶,采用野外田间试验定点监测的方法,以烤烟坡耕地为研究对象,从水平和垂直两个方向研究2007-2008年氮磷的迁移特征.结果表明:(1)等高反坡阶作用下,坡耕地径流控制率和土壤侵蚀控制率分别为61.90％和77.40％,雨季地表径流产生次数减少18次,次降雨下径流控制率为71.27％,土壤侵蚀控制率为84.13％,等高反坡阶对土壤侵蚀量的控制效果较好;(2)地表径流总氮、硝态氮和总磷迁移通量控制率分别为51.04％,45.77％和57.40％,径流泥沙全氮迁移通量较原状坡面减少了81.10％,碱解氮迁移通量较原状坡面减少了90.93％,全磷迁移通量较原状坡面减少了92.37％,速效磷迁移通量较原状坡面减少了88.00％;(3)坡面0-110 cm内壤中流总氮浓度与土壤深度之间无显著关系,阶面0-200 cm内总氮浓度与土壤深度有明显的关系,0-50 cm等高反坡阶阶面总氮浓度明显增加,是原状坡面的1.03～2.19倍,壤中流总氮浓度在050 cm土层对等高反坡阶响应较高;等高反坡阶措施增加或者削减坡耕地氮磷含量,且在各土层深度间有差异.     

等高反坡阶对滇中云南松林生态系统碳储量及增量分配格局的影响

通过标准地调查和生物量实测相结合的方法,对布设等高反坡阶后滇中云南松林生态系统碳储量特征进行估算,并分析了8 a后生态系统各层碳增量及分配格局。结果表明:布设等高反坡阶后云南松林乔木层、凋落物层、灌木层和草本层生物量分别比对照高出9.07%,9.29%,8.17%和13.24%,各层高低依次表现为乔木层（75.65 t/hm²） > 凋落物层（23.69 t/hm²） > 灌木层（4.68 t/hm²） > 草本层（1.80 t/hm²）;等高反坡阶处理下云南松林生态系统碳储量比对照高出27.10%,各层碳储量由高到低依次为土壤层（132.09 t/hm²） > 乔木层（35.32 t/hm²） > 凋落物层（5.94 t/hm²） > 灌木层（2.11 t/hm²） > 草本层（0.74 t/hm²）,分别占总碳储量的72.12%,22.26%,3.86%,1.31%和0.45%。等高反坡阶处理下云南松林生态系统的碳增量显著高于对照（29.68%）,乔木层、灌木层、草本层、凋落物和土壤层分别高出31.76%,28.21%,27.17%,15.54%和34.92%,说明等高反坡阶可有效促进植物生长,提高植被层及土壤层碳储量积累,因此人工造林时可因地制宜适度应用一定的等高反坡阶措施,加快当地碳库及生态环境的恢复速率,提高森林生态系统的生产能力。     

等高反坡阶对滇中云南松林乔木层碳储量及碳增量分配格局的影响

通过标准地调查和生物量实测相结合的方法,对布设等高反坡阶后滇中云南松林乔木层碳含量、生物量、碳储量及分配特征进行了估算,并分析了8年后各器官碳增量及分配格局特征。结果表明:布设等高反坡阶后云南松各器官碳含量变幅为41.01%～47.35%,平均碳含量高低排列依次为干叶枝皮粗根中根细根。10～15龄的云南松林在布设等高反坡阶后地上部分总生物量比对照高32.75%,等高反坡阶显著提高了10～15龄和15～30龄地下部分生物量(30.73%和35.71%),总生物量随着龄组的增加而显著增加。等高反坡阶显著提高了10～15龄云南松林地上部分碳储量(32.79%)和15～30龄地下部分碳储量(35.60%);布设等高反坡阶8年后显著增加了10～15龄、15～30龄地上部分碳增量(53.33%和20.45%)和地下部分碳增量(53.70%和73.43%)。综上,人工造林时应对等高反坡阶予以高度关注,适度发展等高反坡阶措施,在等高反坡阶基础上因地制宜地进行人工造林,增加山地造林面积和植被碳储量,从而保护当地生态环境。     

基于Van Genuchten模型的等高反坡阶下土壤水分特征

为了阐明等高反坡阶处理对土壤持水性的改善作用,选取滇中昆明市北郊松华坝迤者小流域为研究区,研究等高反坡阶对坡耕地0—100 cm土层土壤水分特征曲线的影响,使用vanFit软件拟合获得Van Genuchten模型参数,阐明各土层土壤持水性及其与影响因子的关系。结果表明:（1）等高反坡阶对坡上部影响不显著（p>0.05）,对坡中部影响显著（p<0.05）,对坡下部影响极显著（p<0.01）;（2）与土壤水分特征曲线参数的关系中,容重和砂粒含量呈负相关,总孔隙度、毛管孔隙度和粉粒含量呈正相关;（3）模型拟合土壤水分特征曲线的决定系数R²均高于0.85,可靠性较高;原状坡耕地（1.719 6）和等高反坡阶处理坡耕地（1.773 5）的n值均在10—20 cm土层最大,土壤在10—20 cm土层的土壤含水率变化较大,等高反坡阶处理坡耕地的土壤含水率变化大于原状坡耕地;（4）原状坡耕地和等高反坡阶处理坡耕地均在10—20 cm土层供水性好,等高反坡阶处理坡耕地在40—60 cm土层持水能力强,而原状坡耕地在20—40 cm土层持水能力强。综上,等高反坡阶处理对坡耕地土壤的保水性能具有明显的提高作用,对坡耕地地表径流拦蓄、增加水分入渗和减少土壤流失起到了明显的改善作用。     

等高反坡阶对昆明市松华坝水源区坡耕地氮、磷流失的影响

选取昆明市松华坝水源区典型小流域——迤者小流域为试验区,通过布设标准径流小区,在2009—2015年对坡耕地产流产沙及氮、磷流失情况进行长期的野外观测研究,从年际尺度上来探讨等高反坡阶对于坡耕地产流产沙及氮、磷等养分流失的影响。结果表明:等高反坡阶对于径流和泥沙的削减效果均较为明显,年平均减流率为50.64%,年平均减沙率74.99%,减沙率显著大于减流率;等高反坡阶对于径流和泥沙中氮、磷均有较为明显的削减效果,平均每年可以削减68.75%的氮流失和82.16%的磷流失,其中对径流中总氮和泥沙中全氮年削减率分别达到59.51%和76.43%,对径流中总磷和泥沙中全磷年削减率分别达到64.22%和83.73%。     

不同坡度下反坡水平阶的蓄水减沙效益

在昆明松华坝迤者小流域,在自然降雨条件下定点观测不同坡度下径流和泥沙的流失特征,研究反坡水平阶对不同坡度下坡耕地的蓄水减沙效益。结果表明：反坡水平阶总体上对坡耕地为5°和15°的减水效益分别达到75.98%和74.55%,减沙效益总体上分别达到了85.91%和80.52%;坡耕地为25°的减水效益总体上达到了43.48%,减沙效益总体上达到了69.15%。不同坡度下反坡水平阶坡面对照自然坡面得出的用水减沙比表现为坡度越小用水减沙比越大,坡度越大用水减沙比越小。说明坡度越小,反坡水平阶对径流和泥沙的拦截效果越明显,反坡水平阶有直接蓄水减沙的水土保持功效。