黄土丘陵区退耕地土壤水分入渗特征及影响因素

为评价退耕还林（草）工程的成效及认识下垫面改变对土壤水文过程的影响,采用圆盘入渗仪以4．6、8年退耕地为对象,长芒草草地为对照在黄土丘陵区分层（表层、20cm、40cm）研究退耕地土壤水分入渗特征,并探讨其影响因素。结果表明：1）较短年限退耕地表层土壤入渗能力较天然草地差,而下层入渗能力较天然草地强;2）退耕地下层的初始入渗速率是表层的1．2—1．4倍,稳定入渗率是表层的1．9—2．8倍,饱和导水率是表层的1．9—3．0倍;3）随着退耕年限增加,表层土壤入渗能力下降,而下层入渗能力增强;4）土壤结皮阻碍退耕地表层土壤的入渗。     

紫色丘陵区坡耕地生物埂土壤结构特征及其对入渗的影响

以紫色丘陵区坡耕地生物埂为研究对象,采用土壤理化分析方法对紫色丘陵区坡耕地桑树埂、花椒埂、紫花苜蓿埂和自然生草埂模式下的土壤结构特征及其对入渗性能的影响进行分析。结果表明:(1)生物埂有效增加了土壤有机质含量,提高了土壤孔隙度,均表现为桑树埂花椒埂紫花苜蓿埂自然生草埂,相比自然生草埂,桑树埂、花椒埂、紫花苜蓿埂有机质含量分别增加了48.6%,45.8%,27.9%。生物埂提高了土壤大团聚体含量,改善土壤的团聚状况,增强了土壤结构稳定性;(2)不同生物埂土壤入渗速率随着时间的增加而逐渐减小,最后均趋于一个稳定值。入渗初期(0~2min),不同生物埂入渗率最大,桑树埂的初始入渗率最大(1.91mm/min),分别是花椒埂、紫花苜蓿埂和自然生草埂的1.05,1.28,1.61倍;随着时间的增加,土壤水分含量增加,入渗速率依然呈下降趋势,但下降趋势变缓;30min之后,土壤含水量达到饱和状态,入渗基本保持稳定,即达到了稳定入渗状态。且初始入渗率、稳定入渗率和平均入渗率变化趋势一致,依次为桑树埂花椒埂紫花苜蓿埂自然生草埂;(3)不同生物埂模式下土壤入渗性能与土壤容重呈极显著或显著负相关,与土壤有机质、总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和粒径0.25mm水稳性团聚体呈极显著或显著正相关。     

黄土高原典型退耕草地植被特征对土壤入渗过程的影响

植被恢复过程可显著影响土壤入渗性能。通过选取黄土高原典型草地白羊草和铁杆蒿草地,设置不同种植密度（5,10,15,20,25,30株/m²）和采用人工模拟降雨试验（60 mm/h,60 min）,系统研究了草地植被特征对土壤入渗过程的影响。结果表明：（1）种植密度增加可显著延缓产流,不同种植密度下白羊草草地和铁杆蒿草地初始产流时间分别为0.76~5.74,0.87~2.08 s,且随盖度、根系生物量和有机质的增加呈幂函数增加（R²≥0.18,p<0.05）。（2）不同种植密度下白羊草草地的平均入渗速率、稳定入渗速率、入渗总量分别为0.47~0.82,0.46~0.82 mm/min和7.12~11.84 mm,铁杆蒿草地分别为0.38~0.67,0.35~0.60 mm/min和5.70~10.07 mm。当种植密度为20株/m²时,土壤入渗各参数均最大;平均入渗速率、稳定入渗速率、入渗量总量、入渗系数（K）随土壤有机质的提高呈幂函数增大（R²≥0.26,p<0.01）,衰减系数（α）随生物结皮盖度呈降低趋势（p>0.05）。（3）白羊草草地具有较高的根系生物量、生物结皮盖度和有机质含量,其初始产流时间、平均入渗速率、稳定入渗速率、入渗量总量及入渗系数（K）均不同程度高于铁杆蒿草地,衰减系数（α）低于铁杆蒿草地,土壤入渗性能较强。总体而言,对于典型退耕草地,土壤入渗总量（A）可表征为根系生物量密度（RMD）和土壤有机质（SOC）的拟合函数（A=2.77×RMD^0.149 SOC^0.614,R²=0.663,NSE=0.653）。研究结果可为黄土高原退耕草地生态水文过程和植被建设提供数据来源和理论依据。     

元谋干热河谷冲沟沟头土壤结构对入渗性能的影响

元谋干热河谷冲沟沟头土壤的渗透性是制约坡面径流,遏制沟头前进的重要因素,也间接影响着沟头土体崩塌方式。通过对元谋干热河谷区,3种典型土壤(燥红土、变性土和古红土)沟头表层土壤结构指标的测定和对入渗速率的野外定点观测,分析表层土壤结构特性及其分维特征对入渗过程的影响。结果表明:燥红土和变性土土壤结构要优于古红土;土壤颗粒和微团聚体分维数随着粉粘粒(<0.02mm)含量的增加而增大,随着砂砾(0.02～2mm)含量的增加而减小;孔隙分维数与颗粒分维和微团聚体分维呈负相关。3种土壤的入渗速率较低,用通用经验公式能够较好的模拟这3种土壤的入渗过程(R2>0.99)。表层土壤的非毛管孔隙和颗粒分维(D粒)对燥红土和古红土的初渗速率影响最大,毛管孔隙度、D粒和孔隙分维(D孔)对变性土的初渗速率影响最大,除了D粒的偏相关系数为负相关外,其余的影响因素都呈正相关;燥红土和变性土的毛管孔隙、D孔对稳渗速率影响最大,D孔和微团分维(D微)对古红土稳渗速率影响最大。     

广东红壤类土壤结构特征及其影响因素

探讨了广东红壤的结构特征及其影响因素。研究结果表明，红壤类土壤具有较好的团聚性，较高的水稳性，但孔隙性较差。土壤结构受土壤颗粒组成，有机质含量和利用方式的影响。红壤开垦后，土壤团聚性受到破坏，但孔隙性有所改善。为改善红壤的土壤结构，应该增加土壤的有机质含量。     

典型草原区退耕及封育草地土壤水分物理性质研究

对典型草原云雾山保护区退耕6a，11a（放牧8a）和16a的3个退耕地和4个封育草地（百里香群落、铁杆蒿群落、大针茅群落和长芒草群落）对照坡耕地表层土壤的水分特征曲线数学模型、持水参数和比水容量进行了测定。结果表明，封育草地的持水和供水性能要大于退耕地和坡耕地，放牧对退耕11a的持水和供水性能有较大影响。云雾山自然保护区坡地退耕和草地封育后，样地土壤的持水能力大小顺序为封育长芒草群落〉大针茅群落〉百里香群落〉铁杆蒿群落〉退耕16a〉退耕6a〉坡耕地〉退耕11a（放牧8a）。供水能力大小顺序为封育长芒草群落〉百里香群落〉铁杆蒿群落〉大针茅群落〉退耕16a〉退耕6a〉退耕11a（放牧8a）〉坡耕地。这说明土壤持水和供水性能随着退耕年限的增加和封育草地的正向植被演替均逐渐增强的趋势。坡地退耕和草地封育能够通过改善土壤的水分物理性质提高土壤的蓄水持水性能和抗侵蚀能力。     

黄土丘陵区退耕地土壤养分变异特征

在延安、安塞和吴旗选择典型黄土丘陵不同植被类型区的不同年限退耕地为试点,通过S型方法采集土样,应用土壤养分系统研究法进行了养分分析,并应用传统统计学对土壤养分变异进行了研究。结果表明,不同植被类型区土壤养分性质均存在着空间变异。受传统农业影响的有机质、全N、有效N和速效K的变异较大;而全P和速效P的变异相对较小。不同退耕年限的土壤养分含量及其变异系数存在着明显差别。退耕初期,受耕作和施肥影响,土壤养分含量较高,植被特征指数呈显著上升趋势且变异性较大;随着耕作施肥活动的停止和植被恢复对土壤养分的消耗,使土壤养分含量有一个降低的过程,土壤养分的变异也较大;而随着植被恢复和群落演替的继续,植被枯落物逐步增多,土壤也逐步发育,植被指数与土壤养分均呈增长趋势,并在退耕地20年左右时达到稳定状态,但土壤的发育往往滞后于植被特征的变化。     

黄土丘陵区不同坡度撂荒草地入渗特征影响因素试验研究

降雨特征和坡度是影响土壤入渗过程的重要因素,在植被恢复过程中,其对土壤入渗特征的影响可能会有所不同。选取黄土丘陵区6个坡度(5°,10°,15°,20°,25°和30°)的撂荒草地(2年)径流小区(5 m×20 m),观测自然降雨条件下(共计34场降雨,产流11场)植被生长旺期(7—9月)土壤入渗特征,研究降雨过程参数(降雨量、平均雨强、降雨历时和I_(30))、坡度和植被盖度对坡面入渗特征的影响。结果表明:(1)11场产流降雨不同坡度土壤入渗量总体变化范围为6.58～70.91 mm,入渗补给系数为0.83～1.00,入渗率为0.22～19.35 mm/h;(2)土壤入渗量随降雨量呈线性增加(R~2=0.99,p0.01),入渗补给系数随I_(30)呈指数降低(R~2=0.91,p0.01),平均入渗率随降雨强度呈线性增加(R~2=0.71,p0.01),随降雨历时呈幂函数降低(R~2=0.99,p0.05);(3)坡度增大使得径流位移增长,导致入渗量、入渗补给系数和平均入渗率整体随坡度增大而呈幂函数增加,但当坡度25°时,因径流势能沿坡面方向分量增加,径流流速加快,上述入渗特征参数略有降低;(4)由于降雨量在植被生长周期内呈下降趋势,很大程度上导致植被对入渗特征的影响受控于降雨量,土壤入渗量表现出随着植被盖度的增加呈幂函数显著下降的趋势。总体而言,降雨特征和坡度是影响土壤入渗的主要因素,且土壤入渗特征参数可表示为降雨过程参数和坡度的综合幂函数方程;在入渗补给系数较高的情况下,植被覆盖对土壤入渗特征的影响减弱。研究结果对于坡面尺度降雨径流调控机制和生态水文过程研究具有重要意义。     

半干旱黄土丘陵区退耕地林草植被恢复对土壤质量影响评价

[目的]探讨退耕还林还草对土壤质量的综合影响,为半干旱黄土丘陵区退耕地植被恢复与建设提供理论依据。[方法]选择半干旱黄土丘陵区的宁夏回族自治区彭阳县白阳镇中庄村示范区不同退耕地林草植被恢复样地为研究对象,采用AHP决策法对不同林草植被恢复下土壤理化因子进行综合评价。[结果]土壤水分是影响土壤环境状况的最主要因子,其权重值达到了0.210,其次为土壤的总孔隙度和土壤有机质含量,其权重值分别达到0.136,0.108,同时土壤的毛管持水量、土壤碱解氮含量和土壤脲酶含量也对土壤环境具有十分重要的作用,其权重值分别达到0.085,0.071及0.064。[结论]通过对影响土壤环境的化学性质、物理性质和生物活性的综合评价,认为林地、人工草地和天然草地不同程度地改善和提高了土壤的环境质量,以林地改善程度最大。     

耕作方式对土壤水分入渗、有机碳含量及土壤结构的影响

为探明不同耕作方式对土壤剖面结构、水分入渗过程等的作用机理,采集田间长期定位耕作措施(常规耕作、免耕、深松)试验中的原状土柱(0~100 cm)及0~10 cm、10~20 cm、…、90~100 cm环刀样、原状土及混合土样,通过室内模拟试验进行了0~100 cm土层土壤入渗过程和饱和导水率的测定,分析了不同土层的土壤有机碳含量、土壤结构特征及相互关系。结果表明:从土柱顶部开始供水(恒定水头)到水分全部入渗到土柱底部的时间为:常规耕作免耕深松;土柱土壤入渗速率和累积入渗量为:深松免耕常规耕作;土柱累积蒸发量为:常规耕作免耕深松。土壤的饱和导水率表现为:0~10 cm和50~60 cm土层,免耕深松常规耕作;20~50 cm和60~100 cm土层,深松免耕常规耕作。随土层的加深,0.25 mm水稳性团聚体含量和土壤有机碳含量均表现为先增加(10~20 cm)再降低的趋势。在0~40 cm土层和80~100 cm土层,均以深松处理0.25 mm水稳性团聚体含量最高。在60 cm以上土层,土壤有机碳含量表现为:免耕深松常规耕作,而60 cm土层以下土壤有机碳显著降低,均低于4 g·kg?1,且在70 cm以下土层,常规耕作免耕深松。综上,耕作措施能够改变土壤有机碳含量,改善土壤结构,促进土壤蓄水保墒;深松更利于水分就地入渗,而免耕则更利于有机碳的提升和水分的储存,其作用深度在0~60 cm土层。     

燕沟流域土壤微生物学性质对植被恢复过程的响应

以黄土高原丘陵区陕北延安燕沟流域为例,研究了退耕地土壤微生物生物量对植被恢复过程的响应。结果表明,随植被恢复年限的增加,植被盖度、多度和物种数均呈现先增加后减少然后又增加的趋势。同对照农地相比,表层(0—5 cm)土壤呼吸速率和土壤微生物生物量均明显增加。表层土壤呼吸速率和微生物量碳、氮、磷分别比对照农地增加31.61%3~60.75%和15.19%5~12.81%、122.91%6~97.15%、193.5%2~068.17%。表层土壤呼吸速率对植被恢复的响应是在植被恢复初期(02~9年),随植被恢复年限的增加而增加;植被恢复305~5年期间,随植被恢复年限的增加而减少;而植被恢复55年以后,又随植被恢复年限的增加而增加。植被恢复过程中,土壤微生物量碳、氮和磷的变化与土壤呼吸速率变化趋势类似。除植被恢复8和16年外,植被恢复年限间的土壤呼吸速率、呼吸熵和微生物量碳、氮、磷均有显著性差异。表层土壤呼吸速率与土壤微生物量氮、磷呈极显著相关,土壤微生物量碳与土壤微生物量氮呈显著相关;而土壤呼吸熵与呼吸速率和微生物量碳、氮、磷相关性不明显。     

黄土丘陵区撂荒地土壤抗冲性及相关理化性质

为了评价农地撂荒对土壤抗侵蚀性的影响,该文以黄土丘陵区自然撂荒地为研究对象,应用时空互代法,通过原状土冲刷试验对不同撂荒阶段(0~43 a)的坡地土壤抗冲性进行了研究.结果表明:与对照(阶段Ⅰ)相比,随着撂荒年限的增加,表层(0~15 cm)和中层(>15~30 cm)土壤容重显著降低,而下层(>30~50 cm)土壤容重变化较小(约下降0.5%).土壤团聚体和抗剪强度(黏聚力C和内摩察角φ)在3个土层中均呈显著增加趋势,而土壤崩解速率在3个土层中均呈下降趋势,与表层相比,中层和下层土壤崩解速率减小幅度更大(约4.2和1.8倍).土壤抗冲性随着撂荒年限的增大在表层呈先增加后稳定的趋势,在中层呈稳定增加而下层无显著变化,与对照相比,中层和下层土壤抗冲系数分别平均增大76.9%和30.7%.土壤团聚体和根系密度在3个土层中均是影响土壤抗冲性的关键因子.研究结果从土壤抗侵蚀性的角度为退耕还林工程的生态功能评价提供理论依据.     

Plant‐compositional effects on surface runoff and sediment yield in subalpine grassland

Soil erosion such as sheet erosion is frequently encountered in subalpine grassland in the Urseren Valley (Swiss Central Alps). Erosion damages have increased enormously in this region during the last 50 y, most likely due to changes in land‐use practices and due to the impact of climatic changes. In order to estimate the effect of vegetation characteristics on surface runoff and sediment loss, we irrigated 22 pasture plots of 1 m² during 1 h at an intense rain rate of 50 mm h^–1 in two field campaigns using a portable rain simulator. The rain‐simulation plots differed in plant composition (herb versus grass dominance) and land‐use intensity but not in plant cover (>90%) nor in soil conditions. Prior to the second rain‐simulation campaign, aboveground vegetation was clipped in order to simulate intense grazing. The generated surface runoffs, sediment loss, relative water retention in the aboveground vegetation, and changes in soil moisture were quantified. Runoff coefficient varied between 0.1% and 25%, and sediment loss ranged between 0 and 0.053 g m^–2. Thus, high infiltration rates and full vegetation cover resulted in very low erosion rates even under such extreme rain events. Surface runoff did not differ significantly between herb‐ and grass‐dominated plots. However, clipping had a notable effect on surface runoff in the test plots under different land‐use intensity. In plots without or with intensive use, surface runoff decreased after clipping whereas in extensively used plots, surface runoff increased after the clipping. This opposite effect was mainly explained by higher necromass and litter presence at the extensively used plots after the clipping treatment. The results obtained here contribute to a better understanding of the importance of vegetation characteristics on surface‐runoff formation, thus, on soil‐erosion control. Overall, we delineate vegetation parameters to be crucial in soil‐erosion control which are directly modified by the land‐use management.     

黄土高塬沟壑区退耕地土壤抗冲性及其与影响因素的关系

为了评价退耕地土壤抗冲性的变化,该文以黄土高塬沟壑区自然退耕农地为研究对象,通过径流小区冲刷法对不同覆盖度塬面退耕地(TAL,table-land abandoned land)和沟头退耕地(GAL,gully-head abandoned land)土壤抗冲性进行了研究。结果表明,1)与对照(Ⅰ)相比,TAL和GAL处理水稳性团聚体、根系密度和根系生物量均显著增加(P0.05),覆盖度大于0时,崩解速率显著减小44.87%~79.16%和33.79%~70.65%,有机质显著增加70.12%~222.70%和59.20%~194.88%,覆盖度最大时,土壤容重和渗透系数才显著减小和增大。2)TAL处理0覆盖度小区抗冲系数(AS,anti-scouribility)较对照无差异,其余覆盖度则显著增大2.31~7.57倍,GAL处理AS较对照显著增大0.99~7.12倍,覆盖度越大,根系提高土壤抗冲性能的效果越显著。3)TAL和GAL处理AS分别与容重、崩解速率、水稳性团聚体含量、渗透系数均呈极显著指数函数关系,与有机质含量、根系生物量及根系密度均呈极显著线性函数关系。水稳性团聚体是影响塬面和沟头退耕地土壤抗冲性的关键因子。结果可为研究区退耕还林还草工程生态功能评价及水土流失治理提供理论依据。     

人工草地覆盖条件下降雨入渗影响因素的实验研究

目前关于降雨入渗的研究很少同时探讨多种因素的影响及相应的定量关系,该文在植草坡地人工模拟降雨实验基础上,分析了人工草地盖度、雨强、土壤质地等因素对黄土坡面降雨入渗规律的影响。研究结果表明：当其他条件不变时,草地盖度越大,初始和稳定入渗率更高,入渗补给系数越大。在其他条件一定时,雨强越大,初始和稳定入渗率都越大,累积入渗量和入渗补给系数也更大。同等条件下黄绵土入渗性能优于土娄土。不同雨强下,黄绵土坡面降雨入渗率可最终表示为降雨历时和草地盖度的两参数函数;土娄土入渗率和累积入渗量均可表示为时间和草地盖度的两因素函数关系;黄绵土入渗补给系数可描述为草地盖度和雨强的两因素函数关系。     

岩溶坡地不同利用类型土壤入渗性能及其影响因素

为了探讨岩溶坡地不同土地利用类型土壤入渗性能差异及其影响因素,该文利用环刀法测定了不同利用类型石灰岩土壤的入渗过程曲线,并分析了孔隙状况、颗粒组成和土壤结构等对入渗的影响。结果表明：土地利用类型对岩溶坡地土壤入渗性能影响较大,初始入渗速率和稳定入渗速率均表现为灌丛＞果园＞草地＞旱地。灌丛地表下层（＞15～30 cm）平均稳定入渗速率8.11 mm/min,最小值4.22 mm/min;旱地地表下层平均稳定入渗速率0.46 mm/min,最小值仅0.13 mm/min。旱地表层以下存在显著的入渗阻滞层。岩溶坡地土壤入渗性能与有机质、水稳性团聚体和孔隙度有显著相关性。非毛管孔隙在入渗初期的作用大于后期,＞0.25 mm水稳性团聚体含量是影响稳定入渗速率的重要因素。该文为进一步研究岩溶坡地旱涝灾害、水土保持和水资源开发利用等提供了理论依据。     

豫南山区典型林地土壤入渗特征及影响因素分析

为弄清典型林地不同发育阶段表层土壤入渗性能差异规律及其影响因素,通过在豫南山区开展野外调查与室内分析,模拟和分析土壤入渗过程及特征,研究土壤理化性质、地表根系结构对土壤渗透能力的影响。结果表明:1)各个林地类型土层厚度0～10 cm层的土壤渗透能力均高于10～20 cm层;初渗率、稳渗率、前30 min入渗量在各土层深度中均表现相同的趋势,即30 a马尾松针叶林>30 a麻栎阔叶林>30 a麻栎+马尾松混交林>荆条灌丛>20 a麻栎阔叶林>20 a麻栎+马尾松混交>20 a马尾松针叶林;20 a、30 a林分中,平均稳渗率最高的林分类型分别是麻栎阔叶林和马尾松针叶林,分别为3.140和4.256 mm/min。2)土壤渗透特性指标均与土壤有机质质量分数、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、根体积密度、根表面积密度存在显著的相关关系(P<0.05);对土壤渗透能力影响最大的土壤理化性质指标和根系结构指标分别是非毛管孔隙度和根表面积密度,典型相关负荷量分别达到0.559和0.773。     

Soil degradation processes and plant colonization in abandoned terraced fields overlying pumice tuffs

The state of soil degradation/regeneration in abandoned agricultural terraced fields over pumiceous tuffs has been assessed in this paper. In an initial stage, the relationships between soil types, surface microfeatures as indicators of soil degradation, physicochemical properties, plant colonization and vegetation structure were studied by means of multivariate statistical analyses (PCA, DCA, CCA and TWINSPAN®). Aerial photographs interpretation, DEMs and field surveys allowed us to identify 47 different environments for abandoned fields along 7 altitudinal transects (33 abandoned field terraces). In each study site, an inventory of the existing plant species and of morphological surface microfeatures were also made, by the line‐intercept method. Plant colonization in the field plots studied relates to the variation of soils properties according to a climatic altitudinal gradient. The soil properties most closely related to the abandonment age (decrease of soil salinity and clay content, and increase of soil alkalinity and total organic C and N), have contributed to the growth of plant communities with a high degree of climacity. The protection degree offered to the soils by the different vegetation types as a function of their structure and life‐forms strongly determines the occurrence of the different soil surface microfeatures as indicators of soil degradation or recovery. The acceleration of the early stages of succession by active planting of seeds from shrub species in the lower and upper areas, followed by reforestation in the latter ones, may be the best improvement practices to achieve an effective ecological recovery of the fields and simultaneously to attenuate soil degradation. The reassuming of agriculture may be desirable in those fields placed in middle heights, provided they show the best soil and climate conditions. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

半干旱地区草地生态系统的潜水依赖性模拟

针对半干旱地区复杂的水分条件,从水循环整体的角度出发,通过水循环模拟与植物生长模拟,探索地表植被与潜水的关系。以通辽市平原区的主要植被类型草地为研究对象,选取草地干物质产量作为反映草地植被生长状况的指标,通过分析该指标对降水和地下水变化的响应,阐明地表生态系统对地下水的依赖性。结果表明,枯水年草地生态系统稳定的适宜地下水埋深应在2.0～2.2 m之间;平水年草地干物质产量比枯水年增加13.0%～47.8%,说明降水是影响半干旱地区生态系统稳定的重要因素;无潜水支持条件下,枯水年的草地干物质产量比多年平均值减产11.0%～14.7%,而平水年仅减产3.8%～5.9%,可见降水的丰枯变化影响着草地的潜水依赖程度。