ESP值和黏粒含量对土壤表面封闭作用的影响

降雨导致土壤表面结皮形成封闭是自然现象,它能降低土壤入渗,增加土表径流,导致土壤侵蚀。该文系统地研究了不同性质土壤表面的封闭作用过程,分别确定封闭过程中的物理机械作用和化学作用。试验采用了具有不同土壤交换性钠百分率(ESP)值(2、5、10、20)和黏粒含量(10％、20％、40％、60％)的4种土壤进行降雨模拟试验,通过土壤表面播撒磷石膏(PG)(2000 kg/hm²)和PG与聚丙烯酰胺(PAM)(PG 2000 kg/hm²+PAM 20 kg/hm²)混合物的处理,分别抑制了土壤的化学封闭和物理封闭,论述了ESP值和黏粒含量对土壤化学封闭和物理封闭作用的影响,结果表明：在高ESP值土壤中,化学封闭作用占土壤封闭的主导作用;低ESP值土壤中,土壤的物理封闭作用增大。当黏粒含量较低时,土壤物理封闭作用较低;当黏粒含量较大时,土壤物理封闭作用显著增大。     

黄土高原坡耕地土壤物理结皮对坡面产流产沙过程的影响

探究黄土高原坡耕地土壤物理结皮对坡面产流产沙的影响和作用机理,为黄土高原坡耕地水土流失防治提供科学依据.通过室内人工模拟降雨试验,研究坡耕地沉积结皮和翻耕以后形成的击溅结皮对坡面产流产沙过程的影响.根据研究区坡耕地结皮形成的特点,试验共设计5个处理,分别为裸地、沉积结皮、沉积结皮破坏、翻耕和翻耕击溅结皮,每个处理对应2...     

黄土表面结皮对夏闲坡耕地土壤水分的影响研究

土壤结皮是土壤在降雨作用下团聚体发生物理变化而形成的。黄土高原的坡耕地普遍存在着表土结皮现象。试验表明 ,表土结皮对黄土地区坡耕地 5 0cm土层内的土壤含水量有明显影响 ,打破结皮可使土壤入渗率提高 ,并有效地抑制和减少水分蒸发 ,提高土壤保水能力。耕层土壤含水量随地面坡度的增加而减少 ,土壤结皮可使地面坡度对土壤含水量的影响程度加大     

土壤理化性质对结皮形成的影响

通过人工降雨试验、土壤微形态观察以及理化分析 ,研究了几种土壤结皮形成过程及其影响因素 ,并利用SPSS统计分析了不同因素对结皮形成的影响程度。研究结果表明 ,土壤颗粒组成是土壤结皮形成的主导因素 ,而土壤结构指标、部分胶体性质与结皮形成关系不明确 ,并提出土壤粘粒矿物组成可能是土壤结皮形成的一个重要因素     

微生物结皮层对地表蒸发过程影响的机理研究

对流沙土壤和林地土壤分别进行覆盖结皮和模拟降水处理,结皮选择苔藓和藻类结皮,观测不同处理的蒸发过程,并将结皮对地表蒸发的影响(即结皮效应)分解为封闭效应和截持效应,分析两种效应各自的变化特点及其关系,探讨结皮对地表蒸发的影响。研究发现:(1)结皮封闭效应和截持效应均呈现阶段性变化,封闭效应表现为先抑制蒸发后促进蒸发,截持效应表现为先促进蒸发后抑制蒸发;(2)在整个蒸发过程和不同蒸发阶段,两种效应均为负相关关系,对蒸发的影响是相反的,且存在主导与非主导的关系,不同蒸发阶段主导效应不同,导致结皮效应呈阶段性变化;(3)不同降水条件下,结皮对蒸发过程产生不同影响,较大降水条件下,结皮主要表现为对蒸发的抑制作用,较小降水条件下,因土壤基质的差异表现出不同。     

防沙工程的结皮效应研究

对土壤物理结皮形成的研究,大都集中在降雨和流水对物理结皮形成的作用,而忽视了风力尤其是在流沙区风力及其大气降尘对结皮的形成和促进作用。通过在流沙表面不同的地貌部位设置不同规格的草方格沙障,来研究沙面结皮形成时的情况,并就障内表层沙样的粒度分布和流沙的粒度分布作了对比。同时就流沙区丰富的大气降尘对结皮形成的物质来源和促进作用进行了分析;同时也分析了降水对流沙固定区结皮形成的重要作用     

土壤结皮对降雨入渗和产流产沙的影响

 依据250场次人工降雨和相应的径流、泥沙资料,采用对比法,分析结皮与无结皮土壤对降雨入渗和产流产沙的影响。结果表明,非结皮土壤的平均入渗率是结皮土壤的1.25倍,平均产沙总量为1.28倍,而结皮土壤的平均产流总量是非结皮土壤的1.15倍。因此,土壤结皮具有减缓降雨入渗、增大地表径流和抑制产沙的作用,且雨强愈小影响作用愈大,雨强愈大,影响作用愈小。     

黄土丘陵区不同盖度生物结皮土壤抗冲性研究

按藓类植物所占结皮面积比例为盖度划分标准,采用变坡度水槽研究了不同盖度生物结皮对土壤抗冲性及黏结力、有机质、容重等理化属性的影响,探索了生物结皮理化属性与抗冲性之间的关系。结果表明:结皮容重随结皮盖度的增加呈不断减小的变化趋势4,盖度(苔藓盖度>80%)平均结皮容重比1盖度(苔藓盖度<20%)减小了16%;土壤黏结力、有机质、>5 mm水稳性团聚体百分比均随着结皮盖度的增加而增大。生物结皮通过本身分泌的有机凝胶体和多聚糖等胶结物质及菌丝之间的缠绕、包裹等作用,不但改善了土壤本身的理化属性,而且增强了松散土粒与土粒之间的黏结作用;结皮土壤抗冲刷时间随着结皮盖度的增加而延长,土壤侵蚀率随着结皮盖度的增加而减少,证实了结皮的形成和发育减少或避免了土壤侵蚀的发生与发展;生物结皮提高土壤抗冲性的作用主要表现在生物结皮提高了土壤黏结力与团聚体含量上。     

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(...     

冻融交替对不同生物结皮土壤饱和导水率的影响

  目的  生物土壤结皮在干旱、半干旱地区分布广泛,能显著影响土壤饱和导水率的大小,为探明冻融交替对不同类型生物结皮土壤饱和导水率的变化。  方法  以神木六道沟流域混合结皮（藻结皮 + 苔藓结皮）和苔藓结皮土壤为研究对象,采用室内模拟冻融实验的方法,测定不同冻融交替次数和初始含水率共同作用下生物结皮土壤饱和导水率（Ks）的变化。  结果  （1）冻融条件下,苔藓结皮和混合结皮的存在相比裸土均降低了土壤Ks。（2）同一冻融次数下,苔藓结皮和混合结皮土壤Ks随初始含水率增加总体呈现先增大后减小的趋势;同一初始含水率下,两种结皮土壤Ks随冻融次数增加呈现逐渐增大的趋势。（3）冻融后苔藓结皮土壤Ks显著大于混合结皮土壤,在同一冻融条件下,初始含水率为8%时,冻融3次和7次后两种结皮土壤Ks相差最大,表现为苔藓结皮土壤Ks分别是混合结皮土壤的2.1和2.3倍。（4）冻融通过影响结皮层容重和结皮厚度及结皮下层土壤有机质和 > 0.25 mm团聚体含量进而影响Ks,冻融次数对结皮厚度及有机质含量有极显著影响（P < 0.01）,对结皮容重有显著影响（P < 0.05）,初始含水率对 > 0.25 mm团聚体含量有极显著影响（P < 0.01）。（5）冻融环境下苔藓结皮和混合结皮土壤的Ks均与冻融次数呈极显著正相关（P < 0.01）,与结皮容重呈极显著负相关（P < 0.01）。并对两种结皮Ks与其他因子进行偏最小二乘回归分析,结果表明苔藓结皮土壤Ks的主要影响因子依次为结皮容重 > 冻融次数 > 结皮厚度,而混合结皮土壤Ks的主要影响因子为冻融次数 > 结皮容重。  结论  冻融交替对生物结皮土壤饱和导水率有较显著影响,且冻融作用主要是通过影响结皮厚度、结皮容重及结皮下层土壤大团聚体颗粒及有机质含量来影响生物结皮土壤饱和导水率。     

人工降雨条件下土壤结皮的形成以及与土壤溅蚀的关系

通过人工模拟降雨溅蚀实验,测定土壤溅蚀速率,同时采样制作土壤切片,观察分析结皮的发育特征以及与土壤溅蚀的关系。结果表明,降雨过程中有两种类型结皮形成,即沉积结皮和结构结皮。土壤结皮随着土壤表面大团聚体或者大颗粒的分散而形成,并且伴随着下层大孔隙的出现。土表结皮的完善过程,也是土壤抗溅蚀能力增强的过程     

黄土高原生物结皮对土壤养分的表层聚集与吸附固持效应

  【目的】  生物结皮的广泛发育可显著影响表层土壤养分状况,在土壤养分积累和循环中发挥重要作用。通过淋溶实验和吸附试验研究其作用效果和机制。  【方法】  以黄土高原质地不同的风沙土和黄绵土为对象,分别选取有生物结皮覆盖和无结皮覆盖的地块,分析生物结皮层、结皮层下0—2、2—5和5—10 cm土层土壤的有机质、全碳、全氮、全磷含量,研究生物结皮对土壤养分含量的影响及其随土壤深度的变化规律。以Cl?、K+、Ca2+为示踪离子开展土壤淋溶实验,分析其淋出土壤的特征;淋溶实验结束后,测定包括结皮层在内的各土层离子吸附解析量。  【结果】  1) 生物结皮层 (约2 cm厚) 养分含量是无结皮土壤的0.43～10.51倍。生物结皮覆盖下0—10 cm土壤的养分含量均高于对应深度的无结皮土壤,有机质、全碳、全氮、全磷含量比无结皮土壤增加了1.4%～184.9%。2) 生物结皮层的养分含量比其下层土壤提高了38.2%～557.1%,而无结皮的表层 (0—2 cm) 土壤养分含量仅比其下层土壤提高了13.4%～213.9%,这表明生物结皮增强了土壤养分的表层聚集。3) 生物结皮覆盖土壤中添加的养分在相同条件下相较于无结皮土壤更难以淋出;除易淋溶的Cl?全部淋出外,K+和Ca2+未被全部淋出,且在生物结皮覆盖土壤中的累积淋出量比无结皮土壤低21.9%～47.4%。淋溶实验结束后结皮层的Cl?、K+、Ca2+含量均显著高于无结皮 (8.8%～340.4%) 和结皮下层土壤 (14.5%～62.7%)。4) 生物结皮显著增加了土壤对Cl?、K+、Ca2+的吸附量,其增加幅度为27.8%～118.1%,且生物结皮层对不同离子吸附能力的强弱依次为Ca2+>K+>Cl?。  【结论】  与无结皮土壤相比,生物结皮能够增加土壤养分含量并促进土壤养分的表层聚集,同时提升土壤对养分的吸附与固持能力,因而有利于退化贫瘠土壤的养分积累,在干旱和半干旱地区土壤肥力提升与生态环境改善方面发挥着至关重要的作用。     

黄土高原干旱半干旱区生物结皮覆盖土壤水汽吸附与凝结特征

生物结皮是一种广泛分布于干旱半干旱地区土壤表层的特殊复合体,为揭示其对土壤水汽吸附与凝结过程的影响,该研究通过室内定量水汽吸附试验和野外对水汽凝结的连续观测,对黄土高原典型生物结皮(藻结皮、藻藓混生结皮、藓结皮)与裸沙的水汽吸附和凝结特征进行对比研究。结果表明:生物结皮的覆盖显著提升了表层土壤的水汽吸附能力,其平均水汽吸附量比裸沙高66.7%。不同类型生物结皮水汽吸附能力差异显著,表现为藓结皮最高,混生结皮次之,而藻结皮最低。GAB(Guggenheim-Anderson-de Boer)吸附模型能较好的描述生物结皮土壤水汽吸附与解吸附过程,模拟结果决定系数R20.99、均方根误差RMSE0.001 2 g/g及平均相对偏差百分比E16.0%;此外,生物结皮加剧了土壤水汽吸附与解吸附曲线之间的滞后效应,其滞后指数平均是裸沙的2.0～2.9倍。水汽凝结结果显示,水汽凝结过程均受气温与相对湿度等气象因子制约,且生物结皮覆盖下表层土壤的水汽凝结和蒸发过程相较于裸沙更为迅速。同时,生物结皮的日均水汽凝结量是裸沙的1.6～1.8倍。综上,干旱和半干旱地区生物结皮覆盖显著提高了表层土壤的水汽吸附能力、并增加了水汽凝结量,对区域表层土壤的水分运动过程产生了重要影响。     

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。     

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。     

黄土丘陵区生物结皮对土壤入渗的影响

为了明确生物结皮对土壤入渗的影响,在黄土丘陵区沿降雨梯度从南到北大致按等间距分别在宜君、富县、延安、子长、子洲、榆林、东胜选取7个生物结皮发育较好的试验样地,并分别以无结皮样地作为对照,使用盘式入渗仪记录入渗过程并计算各入渗参数。结果表明,生物结皮可显著增大土壤表层有机质含量,但对土壤容重和土壤质地的影响不显著。生物结皮具有显著抑制土壤入渗的作用,从南到北土壤入渗性能呈现逐渐增加的趋势,但存在局部波动;从南到北7个生物结皮样地的饱和导水率、土壤初渗率及30min累积入渗量分别为0.18~0.39mm/min,1.31~2.72mm/min及15.18~43mm,从南到北7个对照样地的饱和导水率、土壤初渗率及30min累积入渗量分别为0.13~0.60mm/min,1.19~2.45mm/min及11.90~52.34mm。土壤初渗率和累积入渗量主要受土壤质地和初始含水量影响,土壤初始含水量对有无生物结皮生长土壤入渗过程的影响比较类似,而土壤质地对有生物结皮生长的样地入渗过程影响更显著;有无生物结皮条件下土壤饱和导水率均受土壤质地的影响,且土壤质地对无结皮样点的影响更显著。     

生物结皮发育对风沙土盐基离子释放和矿物风化的影响

为探明生物结皮发育对风沙土盐基离子释放和矿物风化的影响,以进一步明确生物结皮的风化成土作用。以典型风沙土上发育的生物结皮为对象,通过模拟淋溶试验比较不同类型生物结皮(藻结皮、藻—藓混生结皮和藓结皮)覆盖土壤的盐基离子释放规律,探究盐基离子释放量随淋溶液pH的变化趋势,以及量化生物结皮覆盖土壤的矿物风化速率。结果表明:矿物风化反应阶段不同种类盐基离子的淋出量均较为平缓,生物结皮覆盖土壤的各盐基离子总淋出量表现为Ca²⁺＞K⁺＞Mg²⁺＞Na⁺,其中藻结皮覆盖土壤的盐基离子总淋出量最高,比无结皮、混生结皮和藓结皮分别增加了112.0%,31.2%,27.1%。淋溶液pH显著影响盐基离子的淋溶释放,且其作用程度因离子种类和结皮类型而异。生物结皮覆盖提升了土壤的易风化矿物含量、风化程度和速率,藻结皮、混生结皮和藓结皮覆盖土壤的风化速率相比无结皮分别提升了61.2%,27.1%,152.6%,并且风化速率随淋溶液pH降低而提升。综上,生物结皮能显著促进风沙土矿物风化,其对风沙土改良和修复具有积极意义。     

土壤盐结皮人工培育及其破损程度对土壤蒸发的影响

土壤盐结皮在干旱半干旱区广泛发育,对地表土壤水文过程具有重要影响,而外力对盐结皮的机械破损干扰现象普遍存在。该文以塔克拉玛干沙漠流动风沙土为例,通过室内试验利用不同矿化度(5、10、20和30 g/L)的不同盐溶液(NaCl、Na_2SO_4、CaCl_2、KCl)模拟咸水灌溉下盐结皮的形成发育过程,根据盐结皮理化性质确定了其最适人工培育条件,并在此基础上模拟了盐结皮不同破损程度(破损100%、破损50%、破损25%和无破损)影响下的土壤蒸发过程。结果表明:盐结皮的硬度、抗剪切力、pH值和电导率通常随着灌溉水矿化度的增加而增大,采用30g/LNaCl溶液培养盐结皮厚度和硬度均较大;土壤日蒸发量随盐结皮破损程度的增加而增加,并随灌水天数呈递减趋势;土壤累积蒸发量随灌水天数以及破损程度的增加而增大,盐结皮破损100%的土壤日蒸发量和累积蒸发量与其他各处理之间有显著性差异;盐结皮对土壤蒸发的累积蒸发抑制效率随灌水时间的延长呈递增趋势,随破损程度的增加而降低,盐结皮无破损处理的累积蒸发抑制效率最高达58.84%,而破损50%的处理最大仅为30.20%。总之,土壤盐结皮的人工培育在方法上是可行的,其对土壤水分蒸发具有明显的抑制作用,且其破损程度对蒸发过程具有显著影响。这对于揭示干旱半干旱区盐渍土壤水文过程和指导水土资源的合理利用具有重要意义。     

黄土丘陵区小流域土壤稳定入渗速率空间变异

影响土壤降水入渗的主要因素是土壤自身的性质如土壤质地、容重、含水率、地表结皮、水稳性团粒含量、利用方式等。土壤质地不同[1],土地利用方式不同[1,2 ],土壤入渗速率均存在较大差异。周国逸等人的研究认为 ,地表结皮的形成能很快降低土壤入渗速率 ,使裸地土壤入渗速率减小     

沙漠人工植被区生物结皮类土壤的蒸发特性——以沙坡头沙漠研究试验站为例

沙漠人工植被区的建立有助于生物结皮的形成和发育，它将显著改变植被区土壤的持水性能和蒸发过程。利用室内蒸发法研究了流沙和沙漠植被区生物结皮类土壤的蒸发特性。结果表明，随固沙年限的延长生物结皮层及其下的亚土层逐年增厚、容重下降、土壤持水能力增加，且苔藓结皮优于藻类结皮。当土壤样品完全饱和后，生物结皮土壤的蒸发量明显高于流沙，苔藓结皮高于藻类结皮，并随固沙年限的延长而增加；但是蒸发过程表现出明显的阶段性（P〈0．05）。在蒸发的第一阶段（速率稳定阶段），与流沙相比生物结皮的存在有利于蒸发；但在蒸发的第二阶段（速率下降阶段）生物结皮却抑制蒸发。分析后认为，正是生物结皮具有较高的持水能力，在蒸发的第一阶段增加了水分被蒸发的可能性；当土壤干旱时，结皮可以将水分束缚在土壤中从而抑制了蒸发。