人工生物土壤结皮特性及其集雨潜力的研究

为探讨在太行山半干旱区利用人工土壤生物结皮进行集雨的潜力和可行性,以自然生长的生物土壤结皮为种子,通过培育建立人工土壤生物结皮和生物结皮集雨,对人工土壤生物结皮建成后土壤物理性状、渗透率的变化及人工生物结皮集雨面的集流效率进行了研究。结果表明,人工土壤生物结皮与自然生长的生物结皮一样,可显著改变土壤的颗粒组成,使0~1 cm表层土壤的小颗粒物质含量增加、大颗粒物质减少,但对0~5 cm的土壤容重影响不显著。对土壤入渗速率的测定结果表明,人工培育的土壤生物结皮具有降低入渗速率的作用,与自然土壤相比,生物结皮的土壤初始入渗速率和稳定入渗速率分别下降59.1%和44.4%,达到稳定入渗的加水量也减少50.0%。人工营建的生物结皮集雨面的平均集雨效率达60.86%,与自然土面相比,提高23.0%。对集雨面效益分析表明,生物结皮集雨面不仅具有较高的集雨效果,且使用年限较长,并具有明显的减少地表径流沉积物含量,提高土壤抗蚀性的作用。综上结果可以看出,人工土壤生物结皮是一种极具潜力的绿色环保型集雨材料。     

陕北水蚀风蚀交错区两种生物结皮对土壤饱和导水率的影响

该文以陕北水蚀风蚀交错区普遍发育的地表和地上两种生物结皮为研究对象，分别以3种非生物结皮（无结皮、物理结皮、去除生物结皮）为对照，使用盘式入渗仪测定其饱和导水率。结果表明：与无结皮土壤相比，两种类型生物结皮均可极显著降低土壤饱和导水率；与去除生物结皮土壤相比，两种类型生物结皮对土壤饱和导水率的降低均不显著；与有物理结皮发育的土壤相比，地表生物结皮对土壤饱和导水率的降低不显著，而地上生物结皮对土壤饱和导水率的降低显著。一方面，两种生物结皮对土壤饱和导水率均有明显降低作用，预示生物结皮在降雨活动中可能会增加径流、降低入渗，阻碍研究区水分亏缺条件下的植被恢复和生态与环境建设。另一方面，与不同的对照相比，生物结皮对土壤饱和导水率的影响截然不同，该结论可在一定程度上解释当前有关生物结皮影响土壤水分入渗方面所存在的分歧。     

黄土丘陵区生物结皮对土壤磷素有效性及碱性磷酸酶活性的影响

黄土丘陵区生物结皮广泛发育,可影响土壤磷素有效性。目前鲜见生物结皮对土壤磷素有效性的研究报道。本文以该区不同年限退耕地的生物结皮为研究对象,通过野外调查和室内分析,研究了生物结皮对土壤全磷、有效磷及碱性磷酸酶活性的影响。结果表明,1）生物结皮的形成可显著提高结皮层土壤全磷含量,而下层(010 cm)全磷含量差异不显著; 2）生物结皮的形成可显著提高结皮层土壤有效磷含量,研究区生物结皮层土壤有效磷含量为3.27~5.87 mg/kg,占到同层土壤全磷含量的0.57%~0.95%,生物结皮层磷酸酶活性高于下层(010 cm) 381倍; 3）生物结皮对土壤磷素有效性及碱性磷酸酶活性的影响与生物结皮发育阶段有关; 4）生物结皮主要通过提高结皮层土壤碱性磷酸酶活性和有机质含量,降低土壤pH,进而提高了土壤磷素有效性。本文研究结果表明,生物结皮的形成有助于提高黄土丘陵区退耕地土壤磷素有效性。     

三峡库区生物结皮对土壤分离过程的影响及其机制

为探明三峡库区生物结皮对土壤分离过程的影响及机制,以湖北省秭归县王家桥小流域为研究区域,选取以苔藓为优势种的生物结皮样地,以无结皮覆盖的裸地为对照,设计5个结皮盖度水平(1%～20%、20%～40%、40%～60%、60%～80%和80%～100%),采集原状土样,进行不同侵蚀动力条件下(水流剪切力4.89～17.99 Pa)的冲刷试验,建立生物结皮盖度与土壤分离能力、细沟可蚀性和临界剪切力间的定量关系,明确影响土壤分离过程的主要因素并阐明其作用过程。结果表明,生物结皮盖度显著影响土壤分离,裸地的土壤分离能力(0.160 kg/(m2·s))为生物结皮土壤(0.008～0.081 kg/(m2·s))的1.9倍～21.0倍,裸地的细沟可蚀性(0.018 7 s/m)为生物结皮土壤(0.009 5～0.000 9 s/m)的2.0倍～20.0倍;相对土壤分离速率和细沟可蚀性均随结皮盖度的增加呈指数衰减;通径分析显示土壤分离能力主要受结皮盖度、土壤黏结力和沙粒含量的影响,细沟可蚀性主要受结皮盖度和土壤容重的影响;非线性回归表明,土壤分离能力可用水流剪切力、黏结力和结皮盖度的幂函数进行模拟(NSE=0.947)。综上,三峡库区生物结皮的发育有效增强了土壤侵蚀阻力,其抑制土壤分离主要通过地表覆盖的直接保护作用和土壤属性的间接改变作用。     

侵蚀条件下生物结皮对坡面土壤碳氮的影响

 为了探讨侵蚀条件下生物结皮对坡面土壤碳氮的影响,通过野外小区对比试验与室内分析相结合,研究有、无生物结皮坡面土壤有机质、全氮、硝态氮和铵态氮的分布特征。结果表明：生物结皮对坡面土壤碳氮积累具有重要意义,同一坡位下,土壤有机质、全氮和硝态氮含量在0～20cm剖面上均明显表现为生物结皮大于无结皮。总体来看,生物结皮对土壤碳氮的影响主要集中在0～10cm土层,与无结皮相比,土壤有机质、全氮、硝态氮和铵态氮平均储量分别增加了44.7%、18.2%、39.2%和4.33%。生物结皮能显著增加0～2和2～5cm土壤硝态氮含量（P<0.05）,这除了生物结皮对土壤养分的保蓄效应外,还可能与生物结皮向土壤释放硝态氮有关。由于铵态氮流失特征不同于硝态氮,加之生物结皮可能会利用或释放铵态氮,使生物结皮对其影响表现出无明显规律性。相关分析表明,土壤有机质与全氮、硝态氮和铵态氮均达到了极显著或显著的正相关关系（P<0.01或P<0.05）。综上所述,侵蚀环境下生物结皮发挥着重要的固土蓄肥功能,这对研究区退化生态系统的恢复和重建具有积极的意义。     

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。     

黄土丘陵区不同降水量带生物结皮对土壤氮素的影响

黄土丘陵区生物结皮广泛发育,可通过固氮作用影响土壤氮素水平,但该区生物结皮对土壤氮素水平的影响鲜见报道.本文通过野外调查结合采样分析,研究了黄土丘陵区不同降水量带生物结皮组成、覆盖度差异及其对土壤氮素水平的影响.结果表明,1)黄土丘陵区不同降水量带生物结皮覆盖度无显著差异,但组成有差别;2)不同降水量带土壤氮素含量剖面分布具有明显的分层特征,生物结皮显著增加了结皮层土壤氮素含量,对下层土壤影响较小,结皮层下0-2 cm、2-5 cm、5-10 cm土层中氮素含量差异不显著;3)生物结皮层土壤全氮、碱解氮及微生物氮在不同降水量带差异不显著,而0-2 cm、2-5 cm、5-10 cm土壤全氮、碱解氮及土壤微生物氮含量在200～300 mm降水量带小于300～600 mm降水量带.研究结果揭示了黄土丘陵区生物结皮对土壤氮素的贡献,而不同降水量带生物结皮对土壤氮素的贡献差异不显著的原因有待于进一步研究.     

喀斯特坡面生物结皮发育对土壤抗蚀性能的影响

西南喀斯特地区普遍发育的生物结皮，对土壤侵蚀有显著的抑制作用。以贵州喀斯特坡面不同退耕年限地块(0,3,5,8,11年)生物结皮为研究对象，对不同流量水平(0.2,0.3,0.4,0.5 L/s)和坡度(5°,12°,17°,23°)条件下生物结皮对土壤抗蚀性能的影响机制进行研究。结果表明：(1)生物结皮发育能够促进土壤颗粒胶结，增强土壤团聚体稳定性，改善土壤结构，提高土壤持水和透水能力。(2)生物结皮发育可增强土壤抗崩解和抗剪切能力，与去除结皮处理相比，结皮存在时的土壤抗崩解和抗剪切能力分别提高24.83%～46.62%和25.77%～37.73%。(3)发育年限内(3～11年)结皮层抗拉力变化范围为1.95～5.76 N,随着生物结皮发育年限增加，结皮层结构越趋稳定，其抵抗破坏的能力也越强。(4)生物结皮可明显提高土壤抗冲性能，且受流量和坡度的双重制约，流量和坡度都存在临界值，分别为0.4 L/s和17°,超过临界值后，其保护作用显著减弱。研究结果对于喀斯特地区准确估算土壤流失和生态恢复建设正确评价具有重要意义。     

不同生境对人工结皮发育及表土氮、磷含量及其代谢酶活性的影响

土壤生物结皮对于改善荒漠地区的生态环境和土壤的增肥改良具有重要作用.本研究以库布齐沙漠固定沙丘(迎风坡、坡顶、背风坡和丘间地)披碱草和沙蒿群落下长期发育(8年生)的人工藻结皮为研究对象,测定不同生境下人工结皮对表层土壤氮、磷元素含量以及相关土壤酶活性的影响.结果表明,在不同立地条件下,沙丘顶部结皮叶绿素a和土壤可溶磷含量最高,分别为4.24 mg/g和2.926 mg/kg.丘间地结皮层土壤碱性磷酸酶活性、总磷含量及脲酶活性为最高,迎风坡结皮生物量和土壤碱解氮、速效磷含量以及土壤酶活性明显高于背风坡结皮层土壤.在相同立地条件下,披碱草下结皮生物量、碱解氮、速效磷含量和脲酶及碱性磷酸酶活性显著高于沙蒿下的结皮土壤.本研究表明生境的差异性导致人工结皮发育程度不同,进而对表土氮、磷含量及其代谢酶产生不同影响,人工生物结皮的发育程度与表土氮磷素含量及其代谢酶活性之间存在显著相关性.不同植被群落对生物结皮发育具有不同的作用,披碱草对人工生物结皮影响的正效应高于沙蒿.     

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。     

杨凌农业高新产业示范区雨水资源化探索

雨水是一种宝贵的资源，雨水资源化是解决水资源短缺的有效措施之一。在分析杨凌水资源利用现状的基础上，从科技优势、土壤条件、降雨总量、公共面积等几个方面分析了雨水利用的可行性，探讨了雨水在杨凌区有效利用的途径，提出了强化制度建设、提高政策引导、加强统一管理、引入市场机制等雨水资源化的保障机制。     

水泥混凝土路面集雨产流特征研究

在我国雨水资源缺少地区,把雨水收集起来加以利用成为提高城市道路雨水利用效率的关键.作为雨水收集面的道路,其产流特性对于雨水收集利用起着重要作用.利用人工水泥混凝土处理集雨面进行了道路路面产流特性模拟试验研究.水泥混凝土路面在干燥情况下的临界产流降雨量为1.55 mm,只有降雨量达到或接近1.55 mm,集雨面才会产生径流,次径流系数随着次降雨量增大而增大,产流时间与降雨时间相比存在着明显滞后性,并且径流强度明显小于降雨强度.     

雨水集蓄利用的环境效应及研究展望

由于地表水污染和地下水超采问题的突现,越来越显示出雨水资源开发利用的重要性。在研究当前国内外雨水利用的基础上,重点分析了农业雨水集蓄和城市雨水集蓄产生的环境效应。同时根据雨水开发利用中存在的问题,提出了今后研究方向。     

坡面喷施高分子化合物集流效率的试验研究

基于西北地区黄土高原水土流失严重、地形复杂、外源材料运输困难的实际情况,提出坡面喷施高分子聚合物——土壤固化剂、沥青乳剂、有机硅树脂,以期提高其集流效率。通过室外人工降雨模拟试验,分析了坡面经3种材料处理后,在不同浓度,不同雨强下对产流时间、集流效率、土壤侵蚀量的影响。结果表明:3种材料处理的产流时间较对照提早1/3倍;集流效率平均为72.0%,连续降雨条件下为85%以上;土壤侵蚀量明显较对照降低;3种材料的集流效果顺序为:土壤固化剂>有机硅树脂>沥青乳剂。本研究对西北地区发展新型集雨材料及雨水集蓄利用新形式具有一定指导意义。     

吉林省雨水资源化利用探讨

从吉林省水资源特点分析入手,提出了雨水资源的有效集蓄利用是补充流域水资源总量不足的重要因素,探讨了在吉林省雨水资源主要利用途径是首先在小流域规划中作好雨水资源利用规划;其次是建设以水土保持治沟骨干工程为主的沟道坝系,强化坡面集雨工程和林草植被建设,增大贮水空间;第三是充分利用田间工程和水利工程集雨蓄水,使降雨就地就近被拦蓄,最终使水环境得以修复。     

城市化进程中雨水资源利用研究

辽宁省是一个重工业大省,同时也是一个水资源匮乏的省份,全省多年人均水资源量为860m³,是全国平均值的1/3,仅是世界平均值的1/12,随着城市化进程的日渐加快,水资源匮乏程度也逐渐加剧。降雨时空分布不均,水灾、旱灾频繁发生,水资源过量开发,地下水超采严重等是造成辽宁省水资源匮乏的主要原因。以辽宁省沈阳市为研究对象,对沈阳市多年降雨资料进行了系统分析,对危害性较强的暴雨进行了时间特性分析,得出沈阳市暴雨的短历时的时间特性。利用DPS绘制出短历时降雨的频率曲线,并对雨型特点进行分析。以沈阳农业大学校园为实例,按照不同用地类型分别计算可利用量。提出了雨水利用规划,并且进行了雨水量的计算。研究表明:雨水资源化可以有效地缓解沈阳市用水矛盾突出的情况,并且创造出良好的环境、生态、社会、经济效益。     

汇集雨水补灌农技措施研究初报

采用试验与示范相结合对汇集雨水补灌农技措施进行了系统研究。结果表明：在干旱少雨,蒸发量大,气候冷凉的定西地区,实行地膜和秸秆覆盖加滴灌的农技措施,能有效减少土壤水分蒸发,增加作物生长需要的有效积温;实行垄沟种植,发展间套,进行雨水有限补灌,能充分发挥雨水资源的生态经济效益。     

人工集水面降雨径流观测实验研究

野外降雨径流观测实验研究表明 :土质集水面 (自然黄土坡面、清除杂草自然黄土坡面和夯实集水面 )的降雨产流方式为超渗产流 ,受降雨强度的影响大 ,径流的产生主要是由几次高强度的暴雨引起。此类集水面的年平均集水效率在 7.4%～ 35 .5 %之间 ,因此 ,增大集水区面积是保证土质集水面收集到更多雨水的基本途径。油毡、沥青和混凝土处理集水面的产流过程受降雨量和降雨强度的影响小 ,年平均集水效率在 5 0 %～ 80 %之间 ,但投资成本较高 ,其雨水利用方向是和设施农业相结合 ,修建固定集水面 ,发展高投入高产出农业。塑料膜集水面一次性投入低且平均集水效率较高 ,但寿命较短 ,建议利用简单临时性的移动塑料集水面收集雨水以供大田作物缺水期补灌。     

小流域集水效率的试验研究--以山东安口小流域为例

小流域的农业生产主要以雨养农业为主,其集水效率是雨水集蓄利用工程的关键。以山东安口小流域为例,通过对影响小流域集水效率的主要因素——土壤入渗能力的试验,揭示土壤入渗对流域集水的影响,并利用径流系数法对集水量进行了估算,也具有较高的准确性。试验研究表明,在类似于安口流域的这类区域,土壤稳定入渗率较低,而径流系数较高,平均为0.46,因此利用(天然)径流场收集雨水发展雨养农业则极为有利。     

干旱半干旱区集雨绿化系统优化模拟模型的设计

从土壤水资源的角度对集雨绿化系统进行了初步的分析,建立了绿化系统模型。该系统以集雨、提高雨水利用效率为核心,运用种植区水量平衡方程初步解决了干旱半干旱区绿化缺水的问题。以中国科学院寒区旱区环境与工程所野外实验站为例,针对抗旱树种柽柳进行集雨绿化的问题进行实例分析。在可靠的理论和方法的基础上建立模拟模型,对造林具有一定的通用性、实用性和指导性,为干旱半干旱区进行集雨绿化提供了理论依据、系统模式及规划设计的实用性。