黄河源鼠害退化区鼠丘土壤的风蚀特征

[目的] 研究鼠丘土壤风蚀特征，揭示黄河源鼠害退化区鼠丘土壤风蚀机理，为进一步科学评判高寒草地鼠害退化区土壤流失特征提供科学依据。 [方法] 以黄河源区广泛分布的高原鼠兔和高原鼢鼠2类鼠丘为研究对象，并依据鼠丘土壤质地特征将其划分为草甸土鼠丘、沙化土鼠丘以及含砾石土鼠丘3类，在3～15 m/s风速范围内采用小型原位风蚀试验装置在9组风速试验(梯度为1.5 m/s)下探究鼠丘土壤风蚀量随风速变化的关系。 [结果] ①当风速超过9 m/s时，沙化土鼠丘土壤风蚀量的风蚀量最大，含砾石土鼠丘土壤风蚀量最小，且沙化土鼠丘土壤风蚀量与风速大小间呈幂函数的正相关，草甸土和含砾石土鼠丘土壤风蚀量与风速间呈指数函数的正相关，砾石对土壤风蚀的抑制作用明显。 ②高原鼠兔鼠丘土壤风蚀量大于高原鼢鼠鼠丘，且鼠丘土壤风蚀率随着风速的增加幅度较大，同等风速下鼠丘土壤风蚀率随风蚀时间的增加呈现先快后慢的趋势。 ③通过对流失的鼠丘土壤颗粒粒径分析，沙化土鼠丘土壤风蚀颗粒以砂粒为主，草甸土和含砾石土鼠丘土壤颗粒均以粉粒为主，流失颗粒组成与鼠丘土壤质地条件有关。 [结论] 黄河源鼠害退化区鼠丘土壤风蚀量随风速大小的变化关系与土壤质地条件、啮齿动物活动习性及其对土壤团聚体的破坏和土壤重组特征有关。     

黄河源区高寒退化草地鼠丘对土壤风蚀作用的影响

为阐明高寒草地鼠丘土壤风蚀特征和规律,以青海省河南县退化草地区域内的鼠丘为研究对象,采用野外人工模拟风力侵蚀试验方法,对不同风速条件下鼠丘大小、形状、土壤含水量及含根量对土壤风蚀作用的影响进行了研究。结果表明:高寒草地鼠丘土壤的风蚀量随着风速的增加而增加,风速从6 m/s逐步增加到12 m/s时,鼠丘土壤流失量增加1.22～1.79倍,且土壤流失量与风速和鼠丘大小呈正比。同等条件下,鼠丘形状不同时其土壤风蚀量也不同,3种类型的鼠丘土壤风蚀量的大小依次为半球型>凸凹型>平缓型,其中半球型鼠丘土壤流失量比凸凹型和平缓型鼠丘分别增加了35.5%,92.6%,且侵蚀前5 min是土壤风蚀速率最敏感的时期。土壤流失量随植被根系和土壤含水量的增加而减小,说明鼠丘内的植被根系以及土壤含水量对土壤风蚀量具有抑制作用,是鼠丘土壤风蚀的重要抗蚀因子。     

黄河源高寒草甸退化秃斑地土壤基本特征及其风蚀规律

[目的]阐明高寒草甸不同类型退化秃斑地的土壤基本特征及其风蚀规律,揭示土壤物理力学特性与土壤风蚀之间的交互影响作用,进而为黄河源区生态植被的修复和保护提供理论依据。[方法]以黄河源7种草甸退化秃斑地及高原鼢鼠鼠丘为研究对象,结合野外调查和原位试验,对不同秃斑地土壤物理力学特征、土壤风蚀规律的差异性及土壤风蚀量与可蚀性因子间的关联度和相关性等进行了分析和讨论。[结果](1)不同退化秃斑地土壤基本物理力学特性指标差异较显著,7种秃斑地的平均土壤含水率、密度、紧实度和黏聚力分别是高原鼢鼠鼠丘的1.3倍、2.6倍、14.2倍和5.0倍,秃斑地中风毛菊的恢复生长对土壤的保水固土能力最强,香薷草和臭蒿相对较弱。(2)风蚀60 min后高原鼢鼠鼠丘土壤的总流失量是退化秃斑地的1.3～4.4倍;风蚀量的增加幅度随风蚀时间呈先增后减的趋势,风蚀作用的前5～10 min是土壤风蚀的敏感期;不同退化秃斑地土壤风蚀量与植被恢复类型有关,且与土壤物理力学指标值之间呈反比例关系。(3)退化秃斑地土壤风蚀量与植被覆盖度、土壤含水率和土壤紧实度之间均呈线性负相关关系,与土壤黏聚力间呈指数函数负相关关系;土壤风蚀量与覆...     

降雨侵蚀对退化草地土壤养分含量的影响

为了阐明高寒草甸降雨侵蚀对退化草地土壤养分的影响,以黄河源区退化草地为研究对象,通过野外模拟降雨试验和室内测试,对退化草地土壤养分流失规律进行了分析,这对于揭示高寒草甸草地退化机理和三江源生态环境保护具有重要意义。结果表明:草地退化区土壤养分含量随土层深度的增加而递减,其中40cm范围内的递减幅度较明显;同等条件下坡度为10°的重度退化区土壤养分含量比中度退化区和轻度退化区分别降低了4.2%~49.9%和14.9%~79.4%,而坡度为20°和30°的退化区表层土壤总养分含量均小于10°退化区,且草地退化越严重,则表层土壤略呈弱碱性。与10°退化区相比较,20°和30°的重度退化区养分指标分别降低了5.6%~18.3%和12.2%~44.7%;坡面土壤养分流失主要集中在降雨开始后的30min内,其流失幅度达24.6%~66.4%,其中腐殖质的流失最大,其次为碱解氮、有机质、全氮、速效钾和速效磷,全磷、速效磷和全钾的变化幅度相对较小。降雨侵蚀作用下高寒草甸退化草地的养分流失量比黄土区及人工种植区均大,反映了高寒草地区养分流失是草地退化的原因之一。     

青海湖流域高原鼠兔扰动对不同地表类型土壤水分特征的影响

为了揭示高原鼠兔扰动对高寒草甸土壤水分变化的影响规律,在青海湖流域,利用动态监测和采样分析的方法,研究高原鼠兔扰动后不同地表类型(草地、新鼠丘、旧鼠丘和秃斑地)土壤水分的差异及其形成原因.结果表明:4种地表类型土壤表层含水量对不同降雨条件具有不同的响应过程,新鼠丘和旧鼠丘的响应比草地和秃斑地迅速;整个生长季4种地表类型土壤含水量垂直分布规律不同,但月变化规律较为一致,总体上草地土壤含水量高于其他地表类型,0 ～ 30 cm深度的差异最明显;造成不同地表类型土壤水分差异的土壤因素主要有土壤黏粒质量分数、土壤有机质和土壤密度,植被因素主要有植被盖度和地上生物量.高原鼠兔扰动初期可以加速水文循环,而后期水文循环则受到抑制.研究对进一步认识高原鼠兔的扰动影响高寒草甸的水源涵养能力具有重要作用,也可为青海湖流域生态系统的管理与保护提供参考.     

高原鼠兔干扰与高寒草甸退化的时空耦合关系

[目的]高原鼠兔是青藏高原高寒草甸生态系统的关键物种。分析鼠兔活动与草甸退化之间的耦合关系,为进一步完善高原鼠兔干扰强度观测体系,提供更加全面、科学的鼠兔活动调查数据。[方法]本研究利用无人机对地观测与深度学习构建了一种鼠兔干扰强度观测与分级方法,并利用景观指数和耦合度模型开展了时空变化分析。[结果](1)ResNet-101残差网络模型提取鼠丘秃斑的精度可达92.7%。2019年研究区鼠兔干扰微度和轻度面积占总面积的82.0%,2021年中度及以上干扰强度占62.5%。2019—2021年鼠兔干扰明显、显著和极度增强的面积占43.0%。(2)2019,2021年高寒草甸植被均以中度退化为主,2019—2021年中度退化转变为重度退化的面积占30.2%,植被覆盖度出现显著降低的面积占7.7%。(3)研究区景观以单一方向变化为秃斑,景观类型向更加聚集、规则、单一化的方向转变,秃斑景观的优势度显著上升。(4)2019—2021年研究区大部分区域的耦合度增加,鼠兔干扰与高寒草甸间的相互作用增强。[结论]研究区高原鼠兔干扰强度显著变大,植被覆盖度降低,景观逐步向秃斑类型转变,高寒草甸在高原鼠兔...     

土壤容重对草甸土坡面养分流失特征的影响

通过室内模拟降雨试验对不同土壤容重的草甸土坡面养分流失特征进行研究。结果表明:土壤容重是坡面草甸土养分流失的重要影响因子,土壤容重不同,降雨引起的坡面表土养分流失的程度不同。硝态氮主要随径流流失,占总流失量的55%～79%,70%～84%的有效磷和速效钾随泥沙流失。不同形态的养分在流失泥沙中有富集现象,但富集比各不相同。土壤容重在0.8～1.2g/cm3之间变化时,随土壤容重增加,土壤孔隙度减小,入渗能力减弱,土壤养分在降雨侵蚀力作用下流失量不断增加。但随容重的继续增大,土壤抗蚀性增大,产沙量减小,养分流失量也有减小的趋势。在降雨、坡度等一定的条件下,土壤最容易被侵蚀而发生养分流失的容重范围为1.2～13g/cm3。     

东北黑土区农田土壤风蚀的影响因素及其数量关系

为明确东北黑土区农田土壤风蚀的主要影响因素,通过室内模拟试验,对比分析了黑土在不同风速(5~14m/s)、土壤含水量(2%~11%)以及秸秆覆盖率(0~80%)下的风蚀速率差异,进而分析了风蚀速率与各因素之间的数量关系。结果表明,黑土起沙风速略大于5m/s,其风蚀速率随风速增大呈指数增加,风速14m/s(含水量2%)时的风蚀速率比8m/s时增加了11.6~42.7倍。黑土风蚀速率随土壤含水量升高呈先增加后降低趋势;在土壤含水量小于5%时随含水量升高而逐渐增加,至含水量5%时达到峰值并逐渐降低,至含水量11%时接近零。秸秆覆盖显著降低了黑土风蚀速率,二者成近似指数函数关系;秸秆覆盖率20%(含水量2%)时的风蚀速率比无覆盖减少了72.6%~92.3%,但秸秆覆盖率由20%增加至80%(含水量2%)后风蚀速率仅降低了0.02~1.20g/(m2·s),幅度有限。研究表明,风速、土壤含水量以及秸秆覆盖率均可显著影响东北黑土区农田土壤风蚀速率,其权重依次为风速土壤含水量秸秆覆盖率。     

高原鼠兔洞穴密度对高寒草甸土壤理化性质的影响

高原鼠兔(Ochotona curzoniae)广布于高寒草甸地区,是江河源区小型哺乳动物优势种之一[1]。鼠兔的挖掘活动能够改变生物量和影响土壤结构和变化过程,因此鼠类活动对草地土壤的影响是草地生态学者关注的问题[2-4]。在青藏高原,鼠兔—土壤—植物形成了一个综合的草地生态系统,一直以来是生态学界研究的焦点。土壤最本质的特征是具有肥力,而土壤养分是组成肥力的重要因素之一。同时土壤营养元素的形成、分布以及其相对含量等特征是生物功能发挥正常的保证。高原鼠兔由于其食物生态位与家畜高度重叠,且在退化、弃耕草地可长期保持较高的种群密度[5],一般认为高原鼠兔挖掘及觅食可改变微地形结构,导致水土流失,     

碎石含量对三峡库区坡耕地土壤氮磷流失特征的影响

坡耕地是三峡库区水土流失的主要来源,导致土壤养分的损失,严重影响库区生态环境建设与社会经济可持续发展。库区坡耕地土壤浅薄化和砾质化特征明显,但目前对含碎石坡耕地土壤侵蚀和养分流失特征的研究尚不多见。该研究通过设置3个降雨梯度（60、90、120 mm/h）和4种碎石含量（0、10%、20%、30%）,开展人工模拟降雨试验,分析各试验条件下含碎石土壤产流产沙和氮磷流失特征。结果表明：1）碎石主要通过改变土壤结构以增大产流产沙量来促进氮磷流失,而对相应流失速率与流失浓度的变化规律影响较小,不同碎石含量下泥沙产量的变异系数更高,且泥沙中不同碎石含量下的氮磷流失量显著性差异更强（P<0.05）;2）泥沙中累计磷流失量略微大于氮流失量,有效磷几乎不随泥沙流失,有效氮约占全氮流失量的15%;径流中氮素流失量几乎为磷素的10倍且以有效氮为主,占总氮流失量的75%,有效磷占总磷流失量的25%;3）不同碎石含量下有效氮流失规律大致相同,径流中硝态氮约占有效氮流失量的70%,而泥沙中则以铵态氮为主,约占65%;4）不同碎石含量下土壤中氮磷元素均以随侵蚀产沙流失为主,累计产沙量与氮磷元素随侵蚀产沙流失...     

高寒草甸区高原鼢鼠新生土丘水土流失特征

高原鼢鼠是青藏高原的优势地下啮齿动物,掘洞造丘是其独特的行为之一。高原鼢鼠新生土丘属于次生裸地容易导致水土流失,研究高原鼢鼠新生土丘水土流失对于合理评价其对生态系统的影响具有重要意义。利用径流小区法和风蚀桥法,测定不同地形(平地和坡地)、不同直径大小(大土丘:直径75 cm,中等土丘:直径50～75 cm,小土丘:直径50 cm)单位面积新生土丘年土壤流失量和有机质流失量,并比较经过1年侵蚀后的土丘与无土丘草地表层(0—10 cm)土壤粒径组成、含水量和营养成分,旨在明确高原鼢鼠不同大小和不同分布的土丘的水土流失状况。结果表明:(1)研究区平地和坡地新生土丘单位面积年均土壤流失量分别为4 039.91,3 731.79 g/m~2,单位面积年均土壤有机质流失量分别为266.83,252.76 mg/m~2,土壤侵蚀级别为中度侵蚀;(2)土丘表层土壤粒径0.25 mm和5 mm的团聚体含量均显著小于无土丘草地(P0.05),0.25 mm的团聚体含量显著大于无土丘草地(P0.05);(3)土丘表层土壤肥力和土壤含水量均显著小于无土丘草地表层土壤(P0.05);(4)雨季坡地新生土丘单位面积泥沙流失量显著高于平地新生土丘(P0.05)。风季平地风蚀厚度大于坡地风蚀厚度,分别为4.33,3.62 cm;(5)风季不同丘型土丘的侵蚀厚度表现为大土丘小土丘中土丘,分别为5.50,3.59,2.82 cm。研究认为高原鼢鼠新生土丘会导致高寒草甸风蚀和水蚀发生,且不同地形和不同大小的土丘水土流失情况各异。     

3-D soil macropore networks derived from X-ray tomography in an alpine meadow disturbed by plateau pikas in the Qinghai Lake watershed,north-eastern Qinghai-Tibetan Plateau

Purpose

The plateau pika (Ochotona curzoniae) is one of the main native soil faunas on the Qinghai-Tibet Plateau and plays a key role in the terrestrial ecosystem there. However, few studies have analysed the macroporosity of soils disturbed by plateau pikas in alpine meadows. The objective of this study was to examine the soil macropores in different parts of an alpine meadow in the Qinghai Lake watershed, namely, an original grassland, a new mound, an old mound, and a bald patch.

Materials and methods

In this investigation, soil cores were obtained from four different parts of an alpine meadow, namely, from under an original grassland, a new mound, an old mound, and a bald patch. A total of twelve soil cores (0–50 cm deep) were excavated, which included three replicates of each treatment. The soil architecture of each soil core was explored using X-ray computed tomography.

Results and discussion

The macroporosity decreased and then increased from the original grassland to the new mound, old mound, and bald patch. The soil macropores were most abundant up to a depth of 400 mm in the original grassland and up to a depth of 250 mm in the old mound and bald patch soils.

Conclusions

The macropores in the original grassland were attributed to well-developed root systems. The smaller and less continuous macropores in the new mound, old mound, and bald patch soils were mainly disturbed by plateau pikas. It was expected that water would move preferentially through the macropores in the original grassland, while surface flow would more readily occur in the new mound, old mound, and bald patch soils, thereby leading to soil erosion.

     

黄河源区人工草地植被群落和土壤养分变化

[目的]研究黄河源区不同年限人工草地植被群落特征和土壤养分的动态变化,揭示高寒地区人工草地稳定机制与演替规律,为退化高寒草甸(湿地)的近自然恢复和缩短退化草地恢复时间提供理论依据。[方法]选择黄河源区青海省玛沁县3,11,17 a单播垂穗披碱草人工草地,对植被与土壤养分特征进行调查。[结果]随着种植年限增加,人工草地优势种垂穗披碱草盖度降低,植物总盖度、生物结皮盖度、杂类草盖度以及生殖枝数量呈倒"V"型变化,而原生植被莎草科植物盖度、物种多样性逐渐增加,17 a人工草地中莎草科植物的盖度是3,11 a的10倍;人工草地土壤养分中全氮、全钾、速效氮、速效钾以及有机质随年限增加呈现积累趋势,土壤pH值逐渐趋于中性。土壤全氮含量在不同恢复年限之间差异最大,平均准确率降低度为25.71,有机质含量次之,其平均准确率降低度为18.55,而全钾含量及均匀度指数最小,平均准确率降低度均小于5。[结论]高寒地区人工草地群落结构和土壤营养随着建植时间的延长在逐渐恢复,建植17 a的人工草地土壤全氮、有机质含量仅是原生高寒草甸土壤的50%左右,因此,17 a人工草地土壤养分完全恢复还需要较长时间。     

基于137Cs的青藏高原高寒草甸土壤侵蚀及碳流失估算

[目的] 定量分析青藏高原高寒草甸土壤侵蚀状况及其伴随的碳流失,为全面评估土壤侵蚀影响,实施有效水土保持措施提供参考。[方法] 结合¹³⁷Cs示踪技术与前人研究,对青藏高原高寒草甸土壤的整体侵蚀水平及其土壤有机碳流失进行了估算。[结果] 未受人为扰动的高寒草甸土壤自上而下表现出3个层次(A,B和C层)的理化性质特征,其¹³⁷Cs分布遵循显著指数递减模式。目前,高原草甸土壤年均侵蚀模数约为77~230 t/km²,推测其每年直接导致的土壤有机碳损失量平均不低于4.86 t/km²。[结论] 青藏高原高寒草甸土壤侵蚀水平整体较弱,但因土壤侵蚀流失的有机碳不容忽视。在未来气候变化背景下,升温导致的土壤湿度下降对植被生长的限制,以及人类活动的影响,较大可能成为诱使青藏高原草甸土壤退化和有机碳流失的潜在因素。     

Wind tunnel test and Cs tracing study on wind erosion of several soils in Tibet

The soils of alpine meadows and alpine grassland steppes, aeolian soils, coarse-grained soils, and farm soils cultivated from alpine grasslands in Tibet are typical soils that are suffering from different degrees of soil erosion by wind. Based on field investigations, wind tunnel experiments, and a ¹³⁷Cs trace study, this work tested the erodibility of these soils by wind, simulated the protective functions of natural vegetation and the accelerative effects of damage by livestock, woodcutting, and cultivation on erosion, and estimated erosion rates from 1963 to 2001. The results indicated that alpine meadows have the strongest resistance to wind erosion, and that undamaged alpine meadow soils generally sustain only weak or no wind erosion. Alpine grassland steppes with good vegetation cover and little damage by humans exhibit good resistance to wind erosion and suffered from only slight erosion. However, soil erodibility increased remarkably in response to serious disturbance by livestock and woodcutting; wind erosion reached 33.03 t ha⁻¹ year⁻¹. The erodibility of semi-stabilized aeolian soil and mobile aeolian soil was highest, at 52.17 and 56.4 t ha⁻¹ year⁻¹, respectively. The mean erosion rates of coarse-grained soil with various levels of vegetation coverage and of farm soil were intermediate, at 45.85 and 51.33 t ha⁻¹ year⁻¹, respectively. Restricting livestock, woodcutting, and excessive grassland cultivation are the keys to controlling wind erosion in Tibet. In agricultural regions, taking protective cultivation and management to enhance surface roughness is a useful way to control wind erosion.     

青藏高原高寒草原草甸土壤团聚体及养分因子变化特征

为探讨青藏高原高寒草原草甸的土壤团聚体稳定性及有机碳等养分因子的变化分布,在青海省三江源区高寒地带选取样点分层采集土壤样品,进行室内测定并分析2种植被下土壤团聚体和养分因子的变化特征。结果表明：研究区土壤>0.25 mm水稳性团聚体含量（WSA）、平均质量直径（MWD）与几何平均直径（GMD）均为草甸>草原,而分形维数（D）与结构体破坏率（PAD）为草原>草甸,即青藏高原高寒草甸土壤团聚体稳定性大于高寒草原。高寒草甸土壤稳定性及养分含量随土层深度增加显著降低（P<0.05）,草原土壤稳定性和养分含量随土层深度无显著变化趋势。高寒草原土壤稳定性与各养分含量随海拔升高而降低,高寒草甸土壤团聚体稳定性与养分随海拔升高先降低后增加。高寒草甸土壤团聚度与养分含量呈极显著相关（P<0.01）,高寒草原土壤团聚度与养分无显著相关;>4,4~2,2~1 mm粒级团聚体是影响研究区土壤养分含量的主导粒径,其稳定性程度主要受大团聚体作用。研究结果对于青藏高原土壤质量评价、生态环境保护具有重要科学意义。     

闽西南崩岗侵蚀区芒萁叶片生态化学计量特征

为了阐明极度退化的崩岗生态系统内芒萁的生长状态和养分储存特征,对闽西南3处不同侵蚀强度的典型崩岗内芒萁叶片C、N、P含量及C/N、C/P、N/P特征进行研究,对比分析不同侵蚀强度下崩壁部位和崩岗不同侵蚀部位中芒萁叶片的生态化学计量特征。结果表明:崩岗内芒萁叶片的C、N、P平均含量分别为477.10 g·kg~(-1)、6.45 g·kg~(-1)、0.25 g·kg~(-1),芒萁叶片的N、P养分含量极低;而C/N、C/P、N/P平均值分别为96.82、2 097.20、27.67,芒萁生长受P限制。不同侵蚀强度下的崩壁内芒萁叶片的C、N、P含量及C/P、N/P均存在显著差异(P0.05),C含量、C/P和N/P均随着侵蚀强度的增强而减小,N含量在中度侵蚀的崩壁内较高,而P含量则随着侵蚀强度的增强而增加,表明芒萁对土壤侵蚀严重的崩岗生态系统具有很强的适应能力。在崩岗的不同侵蚀部位中芒萁叶片的P含量、C/P和N/P均存在显著差异(P0.05),P含量在集水坡面最高,在崩壁最低;而C/P、N/P均表现为崩壁显著大于其他各侵蚀部位。可见,在崩岗的不同侵蚀部位,崩壁中芒萁对C的同化能力强于其他侵蚀部位,且对P利用效率也显著高于其他侵蚀部位。综上,在侵蚀严重的崩岗生态系统中,芒萁有较强的同化C能力和较高的对P利用效率,能通过调节自身C、N、P元素含量很好地适应土壤侵蚀严重、养分极度贫瘠的生境。