神木水蚀风蚀交错带退耕坡地土壤水分空间变异性研究

运用统计学方法,对黄土高原神木水蚀风蚀交错带退耕坡地土壤水分空间变异性及其影响因子进行研究. 结果表明(1)土壤水分含量在垂直剖面方向表现出随深度增加,土壤水分含量呈增加趋势,在100 cm土层内变异最大,在100 cm以下其变化的梯度基本趋于稳定;(2)土壤水分含量沿坡长方向(即坡顶到坡下)呈波浪状递增趋势,且在各坡位变异程度不一,呈现出变异程度为坡上＞坡中＞坡下的趋势;(3)土壤水分含量沿垂直于坡长方向表现为阴坡＞山脊＞阳坡的明显趋势,其变异程度表现为阳坡＞阴坡的趋势.本文对神木水蚀风蚀交错带退耕坡地土壤水分的研究有助于了解退耕地土壤水分的变异特征,为区域环境治理和植被建设提供科学依据.     

黄土高原水蚀风蚀交错带坡耕地土壤风蚀特征

黄土高原水蚀风蚀交错带受风力及水力共同作用,是世界上土壤侵蚀最严重区域之一。研究通过选取神木县六道沟流域迎风坡和背风坡4块坡耕地,所选样地进行留茬和翻耕处理,利用~7Be示踪技术测试表层土壤样品(0—20 mm),估算土壤风蚀速率,以期阐明坡面风蚀速率空间分布特征,明确有效防治风蚀的农田耕作措施。结果表明:迎风坡风蚀速率显著高于背风坡(p0.05),留茬可显著减少坡面风蚀速率(p0.05),迎风坡翻耕地、迎风坡留茬地、背风坡翻耕地和背风坡留茬地平均风蚀速率分别为778.2,388.4,78.5,4.7 t/(km~2·a)。风蚀速率沿坡面由上而下均呈现递减趋势,且留茬地更为显著。4块样地风蚀速率等值线的局部形变显示了坡面的微地貌变化,其中以留茬地更为明显且出现高侵蚀中心和沉积中心。因此,为有效防治该区域的土壤风蚀,建议采取秋收后留茬、春季播种前翻耕的方式,并根据坡向和作物类型等调整留茬高度。     

风蚀水蚀交错带侵蚀能量特征

该计算了黄土高原南北水力侵蚀区，风蚀水蚀交错带及风沙边缘区的风蚀能量、水蚀能量及地形附加侵蚀能量。结果表明：在风水蚀交错带，在降雨侵蚀能量的基础上，由于风蚀能量的迭加，加之地形附加侵蚀能量也较高，使风蚀水蚀交错带成为高原的高侵蚀能量环境区和潜在侵蚀强度较大的地区。随着向风     

水蚀风蚀交错带草地土壤碳氮组分对柠条的响应特征

采用相对密度分组法研究了水蚀风蚀交错带不同年限草地和相邻柠条林地0—40cm土层土壤碳氮组分分布特征,旨在揭示研究区草地土壤碳氮组分对柠条的响应特征。研究结果显示:草地转变为柠条林后,土壤重组有机碳和全氮含量变化很小(分别介于-0.19~0.06g/kg和-0.001~0.017g/kg),而轻组有机碳和全氮含量变化较大,并且随年限和土层的不同而异。25年柠条林地土壤有机碳和全氮在0—40cm土层的储量分别增加了10.94 Mg C/hm~2,0.07 Mg N/hm~2,而轻组有机碳和全氮分别增加了2.41 Mg C/hm~2,0.11 Mg N/hm~2;40年柠条林0—40cm土层土壤轻组有机碳降低了4.54 Mg C/hm~2重组有机碳和总有机碳增加了6.26,1.72Mg C/hm~2;而土壤全氮、轻组和重组全氮储量分别降低了0.73,0.44,0.29 Mg N/hm~2。这些结果表明草地转变为柠条林后,土壤有机碳和全氮的变化分别由重组有机碳和轻组全氮引起。     

黄土高原水蚀风蚀交错带不同立地条件下土壤呼吸特征

水蚀风蚀交错带是黄土高原土壤侵蚀最严重地区,该地区立地条件复杂,土壤质地有较大的空间变异性,对生态系统碳循环过程产生重要影响。该文选取土壤质地为立地条件的主要参考因子,利用便携式CO2分析仪对黄土高原水蚀风蚀交错带不同立地条件下2种典型灌木(柠条和沙柳)土壤呼吸特征进行了连续2a的野外对比研究,分析不同立地条件下灌木林地土壤呼吸之间的差异,阐明土壤呼吸的动态变化及其对土壤温度的敏感性。结果表明:在不同立地条件下,柠条林地黄绵土土壤呼吸高于风沙土,相反,沙柳林地风沙土土壤呼吸高于黄绵土。每种灌木林地在不同立地条件下土壤呼吸呈现明显的季节性变化,土壤呼吸速率的高峰值出现在7、8月份。不同立地条件下土壤呼吸与土壤温度呈现显著指数函数关系,每种灌木林地黄绵土土壤呼吸的温度敏感性系数Q10高于风沙土,从而对土壤温度的响应更为敏感。     

水蚀风蚀交错带土壤剖面水力学性质变异

土壤剖面水力学性质的确定是土壤水分动态预测的基础。该文在水蚀风蚀交错区六道沟流域分别对居于坡中和坡上两块样地160 cm土层不同深度未扰动土壤的水分特征曲线进行了测定，将Van Genuchtens水分特征曲线模式与Mualem导水模式相结合，确定了两样地土壤剖面的水力学参数，对水力学参数在剖面的变化进行了分析。结果表明，土壤剖面饱和含水率、滞留含水率、进气吸力倒数和孔隙大小分布因子沿剖面变化不大，滞留含水率、进气吸力倒数属于中等程度变异，饱和含水率和孔隙大小分布指标属于弱变异，但经方差检验均不显著，说明该地区160 cm土壤剖面可以处理成均质剖面。     

黄土高原地区水蚀风蚀交错带土壤质量综合评价

 为揭示黄土高原水蚀风蚀交错带土壤质量变化规律和总体水平,通过敏感性分析、主成分分析和相关分析,确定了研究区的土壤质量评价最小数据集,并利用综合指标和最小数据集定量评价了植被演替和不同植被恢复类型对土壤质量的影响。结果表明,研究区土壤质量评价指标最小数据集为有机质、速效磷、蔗糖酶和真菌。随着退耕年限的增加,土壤质量综合指数并非简单地线性增加,而是在演替的前15a呈现下降趋势,15a后开始呈现增加的趋势,即表现出非正U型的变化。就不同植被恢复类型而言,研究区土壤质量的排序为:刺槐林地>农地>退耕草地>油松林地>沙蒿地>柠条灌木地>杨树疏林地。所确定的土壤质量评价指标最小数据集能够反映综合评价指标的信息,评价结果具有较好的代表性。总体而言,研究区土壤肥力仍属于较低水平。因此,研究区生态建设的任务仍很艰巨,有关植被建设中如何缩短植被演替早期阶段的土壤质量退化是值得探讨的科学问题。     

水蚀风蚀交错带土壤-植被系统氮素空间变异特征

采用经典统计学和地统计学相结合的方法,分析了黄土高原水蚀风蚀交错带本氏针茅草坡地土壤—植物系统氮素沿坡面的分布,并从不同空间尺度研究了土壤—植物系统氮素的空间结构特征,以揭示水蚀风蚀交错带草坡地土壤—植物系统氮素分布特征。研究结果表明,随坡位的降低,草坡地植物生物量、植物氮含量和储量均逐渐增加;土壤有机质和全氮含量在坡上部和坡中部相近,但均低于坡底部;土壤硝态氮和铵态氮含量沿坡面呈先降低而后在坡底部迅速增加的变化趋势。这些变量的变异系数除硝态氮和铵态氮以坡中部最小外,均以坡底部最小,表明坡底部土壤—植物系统氮素分布最为均匀。各变量的最佳拟合模型在3个分析尺度上均保持一致,且随分析尺度的增加,块金常数、块金效应逐渐增大,样点间的空间依赖性逐渐减弱,空间相关性减弱。表明水蚀风蚀交错带草坡地土壤—植物系统氮素在不同尺度上空间结构比较稳定,属中等或强空间相关性,其空间变异主要来源于结构性因素。     

水蚀风蚀交错带小流域淤地坝泥沙沉积特征

淤地坝泥沙沉积特征是小流域土壤侵蚀及坝地内泥沙运移沉积过程的信息载体。通过对水蚀风蚀交错带典型坝地内不同剖面中泥沙沉积旋回厚度及粒径组成变化的分析,初步探讨了坝地内泥沙沉积空间分布特征及对小流域土壤侵蚀和泥沙运移沉积过程的响应。结果表明:坝地泥沙沉积旋回厚度从坝尾到坝前呈现不均匀变化,但沉积旋回厚度总体呈逐渐变薄的趋势,沉积旋回中沙层厚度普遍大于粘层厚度;坝地内不同剖面沉积旋回泥沙主要由细砂粒组成,其平均含量为59.8%,其次为粉砂粒（23.4%）,黏粒（11.2%）和粗砂粒（5.6%）含量较少;从坝前到坝尾各个剖面中沉积泥沙颗粒组成粗化度逐渐增大,且沉积旋回中沙层的粗化度变化大于粘层的变化。初步揭示了淤地坝沉积泥沙从坝尾到坝前的沉积规律,可以为以后相关工作的开展提供参考。     

黄土高原水蚀风蚀交错带土壤侵蚀坡向分异特征

定量分析评价水蚀风蚀交错带土壤侵蚀的坡向差异对于土壤侵蚀防治具有重要意义。通过对黄土高原水蚀风蚀交错带六道沟流域一个典型峁坡不同坡向及坡位土壤剖面中137Cs含量的分析研究,表明研究区内梁峁地形的坡向侵蚀差异明显,各坡向平均侵蚀速率大小依次是北坡>东坡>南坡>西坡,南北坡侵蚀差异与黄土丘陵区其它区域相反,分析认为,这与该区域水蚀、风蚀叠加的特殊侵蚀外营力有关,并根据南北坡侵蚀速率的差值估算出该区域风蚀所占比例至少大于18%;峁坡各坡向不同坡位侵蚀差异明显,坡面下部侵蚀最严重,坡面上部和中部次之,侵蚀速率顺坡沿程呈波动变化趋势,坡面水土保持措施减沙效果显著。     

黄土高原水蚀风蚀交错带小流域土壤矿质氮空间变异性

为探明小流域土壤养分特性空间变异规律及其与环境因子的关系,以非均匀取样方法测定了黄土高原水蚀风蚀交错带小流域土壤表层（0～10、10～20、20～40 cm）的硝态氮和铵态氮,采用经典统计和地统计学方法分析了其空间分布特征及变异结构。结果表明：土地利用空间配置成混合利用结构拦截和减少径流侵蚀,形成了土壤矿质氮坡面斑块镶嵌格局。小流域内硝态氮和铵态氮呈中等的空间变异和自相关性,其变异性由土壤系统内部因素包括土壤质地、矿物、成土过程、地形特征和人类活动造成的外部因素包括施肥和耕作等共同控制。建立了土壤矿质氮多元回归预测模型,各回归模型的自变量不同,表明不同土层硝态氮和铵态氮的变异受不同环境因子控制。分析认为合理配置土地利用形成斑块状结构和增加养分投入可以改善研究区土壤质量。     

黄土高原水蚀风蚀交错带风蚀对砂质壤土迎风坡水蚀特征的影响

为明确风水交错侵蚀中风力和水力侵蚀的相互影响,针对风向和径流方向相反(迎风坡)的交错侵蚀,采用人工模拟降雨与风洞试验研究前期风蚀对后继水蚀的影响。结果表明:(1)受前期风蚀影响,后继水蚀产流时间均较仅水蚀提前,径流强度较仅水蚀增大。(2)前期风蚀加剧后继水蚀却未改变其变化趋势。无论是否有前期风蚀影响,后继水蚀速率随降雨历时增加均逐渐增大而后趋于平稳;但当前期风蚀的风速较大时(12,15 m/s),后继水蚀速率较仅水蚀增大最显著,其侵蚀速率高达仅水蚀速率的4.6倍。(3)受前期风蚀影响,水蚀对风水交错总侵蚀的贡献高于仅水蚀在仅水蚀与仅风蚀侵蚀量之和的比例。前期风蚀对后继水蚀起明显的促进作用。但随风蚀风速增大,水蚀对交错侵蚀的贡献从93%逐渐减小到0.5%。未来的研究中应考虑多次营力叠加和地形(迎风坡-背风坡)对交错侵蚀过程的影响,从而为理清风蚀和水蚀间复杂的交互作用奠定基础。     

水蚀风蚀交错带植被恢复对土壤有机质和氮素的影响

以陕西省神木县六道沟小流域为研究区域,探讨了植被恢复对土壤有机质(SOM)和氮古量的影响.结果表明,研究区不同植被恢复模式表层(0-20 cm)SOM和全氮(TN)的变化顺序为:天然草地灌丛人工草地弃耕地农田,但是相互间统计差异不显著(p0.05).意味着不同模式对促进土壤质量恢复均有一定的作用,但效果并不明显,因此考虑到研究区水分的限制性,建议植被恢复模式以草地为主,植被恢复阶段对SOM和TN的影响表现为前期(<14 a)降低而后期稳定增加的趋势.但对矿质氮(N_(min))则无显著影响.坡向比较结果表明,南坡(背风坡)SOM,TN以及矿质氮均显著高于北坡(迎风坡).这与其它地区的研究结果恰恰相反,这一特征意味着土壤沙化导致土壤肥力退化的机理可能在于土壤沙化因增强SOM的矿化消耗而降低了土壤养分的累积.     

晋陕蒙接壤区水蚀风蚀交错带生态环境特征

晋陕蒙接壤区位于黄土高原和风沙区交接地带，是典型的生态过渡带、生态脆弱带。同时，又是资源富集带，资源与环境的矛盾十分突出，再加之近年来煤炭开发，进一步加剧了环境恶化。本文在系统地分析了生态环境特点的基础上，提出了环境整治的建议，并指出在这一地区开发生态环境演变和整治技术研究的意义。     

水蚀风蚀交错带小流域不同地层侵蚀产沙量及其特征

水蚀风蚀交错带土壤侵蚀特征，尤其是不同产沙地层对流域侵蚀产沙量的影响为研究的薄弱环节，以水蚀风蚀交错带六道沟小流域为例，结合4年的观测资料，按地层层位，颗粒组成，岩性特性等侵蚀产沙地层分为4类，并通过抗冲抗蚀，崩解试验等进行了产沙能力定性分析，在此基础上，运用等粒长对比分析法建立了六道沟小流域不同产沙地层的相对产沙量数学模型，计算得出老黄土3（L3），老黄土2（L2），新黄土（L1），风成沙（S）的相对侵蚀沙量比例为1：5.8:5.4:4.3，而反应侵蚀产沙能力的侵蚀模数比为1：1.5:5.1:4.0.     

水蚀风蚀交错带坡面土壤入渗特性的空间变异及其分形特征

研究在水蚀风蚀交错带的强烈侵蚀中心陕北神木县六道沟流域进行。在一个自然完整坡面上网格布点,采用双环定水头入渗法研究了坡面土壤的入渗特性,在应用传统统计学方法的基础上,将分形理论和地统计学方法结合起来对坡面土壤入渗特性的空间变异进行了研究。获得以下结论:(1)稳定入渗率、平均入渗率和前30 min累积入渗量等三个参数的变异系数分别为0.48、0.36与0.40,在坡面上的变异程度属于中等变异性;(2)三个参数的分维值D分别为1.88、1.92与1.85,样本之间土壤特性值的差异较小,短距离的变异影响占主导地位;(3)研究的土壤在一定的空间范围内具有分形特征。稳定入渗率、平均入渗率与前30 min累积入渗量的自相关范围分别为20~120 m2、0~140 m与40~100 m。     

坡向与植物群落对水蚀风蚀交错带土壤有机碳氮的影响

以黄土高原北部水蚀风蚀交错带六道沟流域内的1个支沟为对象,通过植被调查和采样分析,研究了坡向和植物群落类型对土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)含量、碳氮比(C/N)和有机碳氮密度(SOCD、TND)的影响。结果表明:(1)坡向对0—20cm土壤SOC和TN含量及0—60cm C/N均有显著影响。SOC、TN含量及C/N分别表现为:半阴坡半阳坡沟头半阴坡半阳坡=沟头及半阳坡半阴坡≥沟头的趋势;(2)植物群落对0—10cm SOC和TN含量及0—20cm C/N均有显著影响。半阴坡分布的3种豆科群落达乌里胡枝子、紫花苜蓿及白花草木樨间土壤碳氮差异不显著,但均显著高于禾本科的长芒草群落;半阳坡分布的达乌里胡枝子和紫花苜蓿群落SOC和TN含量相当,均显著高于茵陈蒿群落(菊科)和长芒草群落;沟头的达乌里胡枝子群落SOC、TN显著高于长芒草。豆科草本植物更有利于促进土壤碳氮的积累;(3)坡向主要影响表层0—20cm SOCD和TND,其对60cm剖面SOCD和TND贡献率分别为45%～55%和47%～53%。不同植物群落下土壤表层及整个剖面SOCD和TND均有显著差异。研究支沟内SOCD平均为2.13kg/m2,远低于黄土高原其他地区。上述结果对于水蚀风蚀交错带土壤碳氮储量的精确评估及植被合理建造有一定指导价值。     

水蚀风蚀交错带灌丛沙堆形态演替及水养特征变化

灌丛沙堆是水蚀风蚀交错带典型的风积地貌景观。在黄土高原典型水蚀风蚀交错带,选择4种常见不同大小级的灌丛沙堆(小、中、大型和枯死灌丛沙堆),对灌丛沙堆的基本形态、土壤特性、差异性及相关性进行定量分析。结果表明:(1)灌丛演替变化显著影响沙堆发育,随着灌丛生物量的增加,沙堆体积也增大,当灌丛演替到稳定阶段时灌丛沙堆的发育也趋于稳定(P0.05)。(2)灌丛沙堆的固沙量、高度及土壤容重因位置而异,灌丛沙堆主根处的固沙量和高度均为最大,边缘处相对较小,土壤容重反之。(3)枯死、大、中和小型灌丛沙堆土壤的有机质含量分别是裸地的1.54,1.92,1.46,1.30倍;土壤湿度分别是裸地的2.05,1.93,1.79,1.52倍。(4)灌丛沙堆边缘与主根3/4处水分、养分含量高于灌丛内其他位置。     

黄土高原水蚀风蚀交错带坡面土壤侵蚀特征及其影响因素

水蚀与风蚀的交错作用大大加剧了黄土高原水蚀风蚀交错带的土壤侵蚀强度,造就了复杂的侵蚀环境。通过在水蚀风蚀交错带的典型区域——神木六道沟流域,选择沿本地盛行风向(NW)到最弱风向(E)方向的坡面布设采样断面,探究土壤粒径和土壤侵蚀速率的空间分布特征,分析其影响因素。结果表明:土壤粒径和侵蚀速率均表现出明显的波动变化和显著的坡面变异(p0.05)。其坡面分异受坡面部位、坡度、植被、土壤类型、土地利用类型和侵蚀动力(风力和降雨)的共同影响。侵蚀动力之外的因素对土壤侵蚀速率的坡面变异累积解释69.6%~82.1%。土壤侵蚀速率与坡面部位、坡度、植被、土壤类型和土地利用类型的线性回归分析显示,土壤侵蚀的动力因素也十分重要。然而,要揭示坡面土壤侵蚀空间分布的一般规律,定量区分水蚀和风蚀对坡面侵蚀的贡献,需进一步研究。     

黄土高原水蚀风蚀交错带小流域治理模式探讨

黄土高原水蚀风蚀交错带为强烈侵蚀地区,也是黄河下游河床粗泥沙主要来源区。该地区生态环境脆弱,治理难度大;另一方面,区域内蕴藏有丰富的煤炭资源,到21世纪将建成世界级煤田。鉴于治黄和煤田开发的紧迫需要,本区迎来了以水土保持为中心环境整治的新机遇。根据工矿交通社会经济发展的新形势,以神木县六道沟小流域为试区,探讨了工矿业与农业相结合,生态效益与经济效益同步发展,农林牧生产走向商品化,走向市场的综合治理模式和系统工程。