植物功能群多样性对人工湿地微生物生物量和营养滞留的影响

为了检验植物功能群多样性是否影响人工湿地植物生物量、微生物生物量和填料营养滞留,本研究在垂直流人工湿地中设置了5个植物功能群丰富度处理（未栽培处理以及分别栽培1、2、3和4个功能群处理）,分别分析了不同处理下的植物生物量、微生物生物量碳和氮、填料中有机碳、NH+4N、NO-3N和有效磷含量。单因素方差分析表明:植物生物量、微生物生物量碳和氮均随着植物功能群丰富度显著提高 (P 0.05),而填料中的NH+4N和NO-3N含量仅依赖于植物栽培与否。相关分析揭示出植物功能群丰富度与植物生物量、微生物生物量碳和氮以及填料中的NO-3N含量均呈正相关关系,而微生物生物量碳分别与填料中的NH+4N和NO-3N含量呈正相关。本研究突出了植物功能群多样性在改善人工湿地中的植物生物量、微生物生物量碳和氮方面的重要性。     

城乡复合生态系统土壤微生物群落特征及功能差异：研究进展与展望

土壤微生物在陆地生态系统多个过程中发挥着重要作用,而城市化过程使得城市及其周边地区土地利用发生剧烈变化,形成了异质性环境梯度,直接或间接地影响了土壤微生物群落的组成和功能,进而影响了其承载的生态系统服务。本文综述了城乡复合生态系统不同景观单元土壤微生物群落的组成特征、主要影响因素及其功能差异,发现城市化对土地利用的改变驱动了土壤微生物群落的组成、结构和功能差异,土地利用、土壤污染物、植被覆盖、土壤性质等因素共同影响土壤微生物群落,并且在不同景观中影响土壤微生物的主导因素有所不同。进一步探讨了土壤微生物的生态服务功能,并分析了不同景观中土壤微生物功能存在的差异性。今后需进一步解析社会—经济—自然复合生态系统格局特征对土壤微生物的影响,揭示城乡复合生态系统不同功能区土壤微生物对土壤生态服务的产生和维持机制,明确变化环境下土壤微生物对土壤安全和人类健康的维持机制,以提升土壤生态服务功能、维护城乡土壤安全和人居环境健康。     

基于“三生”功能的福建省国土空间特征及优化研究

[目的] 探究福建省国土空间特征,为解决城镇化快速推进导致的国土空间开发无序和推动其优化布局提供科学依据。[方法] 基于“三生”功能视角,以福建省为研究对象,运用综合评价法、探索性空间数据分析、障碍度模型和比较优势指数分析等方法,开展“三生”功能评价,分析其空间分布特征和障碍因素,找出优势功能区并提出优化对策。[结果] ①福建省2018年生产功能、生活功能和生态功能均值分别为0.061 8,0.093 6,0.030 6,三者空间分布特征整体呈现东高西低。②“三生”功能空间分布上均呈正相关性,三者的热点区和冷点区空间分布特点总体表现为东高西低,区域上存在一定重合。③影响“三生”功能的障碍因素主要有经济密度、生态价值服务总量、交通用地密度和城镇化率。④福建省国土空间可划分为4个功能利用区。[结论] 福建省“三生”功能发展差异大,应均衡区域发展,优化国土空间布局。     

退化喀斯特植被恢复对土壤微生物数量及群落功能多样性的影响

采集不同恢复阶段的土壤样品,采用微生物培养法研究了退化喀斯特植被恢复对土壤微生物数量、群落功能多样性的影响。研究结果表明随着退化喀斯特植被的恢复,土壤微生物数量增加,表现为乔木群落阶段灌木群落阶段草本群落阶段裸地阶段。土壤微生物群落代谢功能分析表明:植被恢复往往导致较高的平均颜色变化率、物种丰富度和功能多样性。乔木群落阶段的平均诱导底物利用率最高,明显地与其他3个恢复阶段不同。总之,植被恢复使得土壤微生物数量增加,碳源平均利用率增强。因此,创造了更好的土壤条件更有利于退化喀斯特植被的恢复。     

捡拾牦牛粪对高寒草甸植物功能群特征与生产力的影响

青藏高原高寒草甸广大牧区由于交通不便、能源短缺和生活习俗等原因,牛粪依然是当地牧民的主要生活能源来源,长期、大量地捡拾牛粪改变了粪斑的数量和面积,使养分在天然草地上无法回到草地生态系统进行再循环,因而对草地植物群落结构和生物量产生一定影响,从而增加了生态风险。为探讨捡拾牛粪对草地的生态影响,本文以青海省河南县高寒草甸生态系统为研究对象,通过对适度放牧草地上牦牛粪开展为期3年的不捡拾、一半捡拾和全部捡拾3个处理的试验研究,探讨捡拾牛粪对高寒草甸生态系统植物经济功能群落特征和生产力的影响。结果表明:牛粪不捡拾处理的草地生产力显著低于半捡拾和全捡拾处理,植物多样性显著低于半捡拾处理,禾草类优良牧草生物量显著高于半捡拾和全捡拾处理,莎草类优良牧草生物量显著高于全捡拾处理;牛粪半捡拾处理比不捡拾处理草地植被丰富度显著提高31.9%,植物多样性显著增加,群落生产力显著提高9.7%(42.6 g·m~(-2)),优良牧草和可食牧草生物量变化不显著;牛粪完全捡拾比不捡拾处理也显著增加草地植被的丰富度,增幅为10.7%,植物多样性显著增加,群落生产力显著提高4.1%(17.96 g·m~(-2)),但同时毒杂草显著增多,优良牧草和可食性牧草显著减少,牧草适口性变差。捡拾(半捡和全捡)牛粪会使禾草类和莎草类优质牧草生物量显著减少,莎草类在完全捡拾牛粪区生物量极显著减少70%以上;豆科植物生物量显著增加,在完全捡拾牛粪区生物量极显著增加,可达5倍以上;占总生物量74%~79%的杂类草和毒草的生物量也显著增加,且以半捡拾区增量最多。适度的牛粪捡拾可增加植被的丰富度和多样性,也提高了植被的生物量,并可保证牧草的营养品质和适口性。本项研究结果可以为高寒草甸牧区牛粪的适度捡拾和草地生态系统可持续管理提供科学依据。     

国土空间功能与居民需求的供需平衡关系及空间关联特征

识别国土空间多功能供给与居民需求之间的关系对实现区域“人-地”系统可持续具有现实意义。基于多源数据构建国土空间多功能供给与居民需求评价指标体系,而后利用供需匹配象限和供需弹性系数模型分析其供需平衡关系,借助空间关联模型识别供需源区和汇区的空间关联网络特征。研究发现：1）国土空间多功能综合供给能力表现为“四周高-中部低”,下降的格网占比达93.66%,各单项功能供给能力的空间分布及变化趋势存在较大差异,除城镇发展功能有所提高外,农业、生态功能均以下降为主。居民需求在空间上表现为圈层式由内向外递减的空间差异,提高的格网占比达88.21%。2）国土空间多功能综合供需表现为中部改善而东部恶化的静态匹配关系和以权衡为主导的动态耦合关系;在单项功能中,城镇发展功能供需以改善为主且多为协同关系;而农业和生态功能供需以恶化为主且多为权衡关系。3）国土空间多功能综合供需源区和汇区的空间关联强度略有降低。高级别的空间关联网络在城镇发展功能供需中表现为由北向南迁移,在农业功能供需中表现为由南向北迁移;另外,生态功能供需源区和汇区的空间关联强度明显下降。综上,国土空间各功能供给与居民需求的供需平衡关系存在空间差异,研究区应因地制宜地以居民需求为导向,强化国土空间多功能供给与居民需求趋同增进,深化可持续发展下各个区域的空间供需强关联。     

长期施用化肥对红壤性水稻土中微生物生物量、活性及群落结构的影响

利用化肥长期定位试验,研究了施肥对土壤微生物生物量、活性及其群落结构的影响.结果表明:与不施肥相比,长期施用化肥不仅增加了土壤微生物生物量,而且导致了土壤微生物群落结构的分异.其中,有机无机配施处理和2倍NPK配施处理显著提高了土壤有机质含量、全N含量、土壤微生物生物量和土壤微生物活性.NPK均衡施肥处理对土壤有机质、土壤微生物生物量及其活性的影响小于非均衡施肥的处理(NP、NK、N、P、K),适当增施K肥有利于提高土壤微生物中真菌的比例.     

油蒿群落不同恢复阶段的土壤水分空间异质性及植被特征

[目的]分析沙地恢复不同阶段(流动沙地、半固定沙地、固定沙地)油蒿(Artemisia ordosica)群落的土壤水分空间变异规律以及植被响应特征,为荒漠地区植被恢复提供科学依据。[方法]利用经典统计学与地统计学相结合的方法进行分析。[结果](1)从流动沙地到固定沙地的演替过程中,土壤水分逐步减少,其空间结构呈现出明显的斑块状和条带状布局特点,同时沙地土壤水分空间异质性逐步增加,土壤水分在不同恢复阶段均表现出随着土层深度的增加,空间相关性逐渐增强的特征。(2)在沙地恢复过程中,油蒿种群的植被覆盖度、生物量、密度呈现逐渐增加的趋势,而植被特征的空间变异性则趋于减弱。(3)在流动沙地和固定沙地上,油蒿种群特征与土壤水分呈现显著负相关(p0.01)。[结论]油蒿种群的植被格局在一定程度上改变了土壤水分的空间异质性与分布格局。     

长期施用有机和无机肥对红壤微生物群落特征及功能的影响

以建于1990年的湖南祁阳长期有机无机定位试验为平台,选择不施肥、无机肥、有机肥及有机肥化肥配施4个处理,利用高通量测序和实时荧光定量技术,研究了长期施用有机肥和无机肥祁阳红壤细菌和真菌的群落特征;利用常规分析方法,研究了土壤微生物呼吸、酶活性和土壤基本理化性质,探索了长期施肥的土壤微生物群落结构与其功能以及土壤养分之间的关系。结果表明,长期施肥改变了土壤的pH值和养分循环;长期施用有机肥增加细菌与真菌种群丰度和多样性;单施化肥增加了真菌种群丰度与多样性,但是对细菌的种群丰度与多样性影响不大;施肥显著改变了土壤细菌与真菌的群落结构,细菌群落结构的改变显著影响土壤微生物呼吸、β-纤维素二糖水解酶以及酚氧化物酶的活性,而真菌群落的改变对微生物的功能影响不明显。本研究表明,施用有机肥不但可以缓解化肥引起的土壤酸化,还能支持更大、更丰富的微生物群体,从而维持更高的土壤活性,对维持或提高土壤肥力具有重要意义。     

耕地利用功能转型的空间尺度特征及驱动机制——对四川省嘉陵江流域的考察

经济高质量发展背景下把握耕地利用(功能)形态旨在为深化耕地多功能管理与可持续利用提供依据。从结构分析视角出发,运用数理量化综合分析法分析了2011—2018年四川省嘉陵江流域耕地利用功能转型空间尺度特征,并探究其驱动机制。结果表明:(1)嘉陵江流域耕地利用功能实现了社会生态型转向经济社会型,正迈向经济生态型;(2)3大市域流域耕地利用功能表现为广元流域基本实现社会生态型转为经济社会型、南充流域逐步从经济社会型转向经济生态型、广安流域由社会生态型转向经济社会型;(3)16个县(市)区耕地利用功能大致呈现西北、东北和东南地区为社会生态型向经济社会型过渡,西南地区为经济社会型和经济社会型向生态经济型过渡两种形态;(4)嘉陵江流域不同空间尺度耕地利用结构均在优化,耕地利用功能具有空间尺度效应,且正向更为协调的功能转变;(5)嘉陵江流域耕地利用功能驱动机制表现为城镇化进程加速耕地市场价值显化,加之农业比较效益下降,诱导农业生产结构发生替代,引致耕地利用结构变化,驱动耕地利用功能形态转变,且城镇化发展是持续驱动力,农业收益是重要因素。综上,提出立足耕地资源本底以加大耕地规划管制力度、协调主体利益矛盾以建构耕地多功能协调机制、深化农业产业体系以保障耕地高质高效利用、强化耕地生态建设以促进耕地可持续性利用的对策建议。     

风荷载作用下三种乔木对边坡变形和稳定的影响

植被对边坡稳定影响机制是全世界性的课题,研究多集中于根系固土能力和边坡稳定性增益方面,针对植被边坡土体变形和稳定性对风荷载作用的响应机制并不清晰。为探讨风荷载作用下土体应力发展和稳定性影响规律,该研究基于前期调查选取缙云山3种典型乔木（杉木、润楠、大头茶）,采用Geo-studio建立边坡数值模型,分析了各坡体模型在不同风速下的应力、位移和边坡稳定系数。结果表明：1）风荷载作用下,在根土盘位置出现了应力集中现象,迎风侧根土盘上部和下部表现为压力和张力,背风侧则相反;随风速和坡度增大,整体转动趋势加剧,总位移中坡位>上坡位>下坡位。2）当坡度较小时,边坡稳定系数随风速增大先轻微增大后迅速降低,坡度较大时,稳定系数随风速变化单调递减。45°陡坡在最大风速（30 m/s）下,大头茶、润楠和杉木的安全系数较无风时分别降低3.6%、27%、11.8%,大头茶边坡在风荷载下平均应力和总位移最小,稳定性受风荷载影响最小。3）林冠宽度、根盘直径对边坡稳定性影响的极差随风速增大而放大,冠高和根盘深度的极差变化不大,林冠宽度和根土盘直径参数为主要影响稳定性的主要因子。类似大头茶具有较大根土盘直径的树种护坡作用受风荷载影响较小,而类似润楠和杉木具有较大树冠高度,较小根土盘直径和较大根系深度的植边坡在风荷载作用下应力集中现象和位移增大趋势明显,风力对稳定性不利,不建议作为多风区域高边坡防护树种。研究结果有助于理解和认识风荷载下土体应力传递机制和对边坡稳定的影响,为多风区域植被边坡防护提供依据。     

紫花苜蓿对黄土边坡浅层破坏防护时间效应的数值分析

为探究紫花苜蓿对黄土边坡浅层破坏防护的时间效应,该研究考虑降雨入渗条件并以含不同生长期紫花苜蓿的黄土边坡为例,基于室内土工试验获取参数,分别采用含植物根系的无限边坡模型和数值模拟两种方法进行稳定性分析。结果表明：降雨作用使得边坡潜在滑动面位置由坡体内部转移到降雨最大入渗深度处;随着坡面植被的生长,边坡浅层土体的强度逐渐提高,潜在滑动面又逐渐转移到边坡内部。根据数值模拟强度折减法,边坡稳定系数随着植被生长不断增大。对比无限边坡模型与数值模拟方法计算的边坡稳定系数,植物根系生长到1.0 m且不论在天然状态或降雨条件下黄土边坡均处于稳定状态,植物根系在0～0.8 m且在降雨条件下时处于不稳定状态,随着边坡植物生长期的延长,边坡稳定系数总体变化趋势一致,即先降低再逐渐增大。草本植物随着生长期的延长,对降雨条件下黄土边坡坡面侵蚀有明显的抑制作用,从而草本植物根系生长能够提高黄土边坡稳定性。当草本植物生长时间达到150 d时,能够有效防治黄土坡面侵蚀,并提高黄土边坡稳定性,因此草本植物生长的前5个月为关键期。研究成果对于黄土边坡浅层破坏防护以及实现黄土地区可持续发展具有重要的理论意义和应用价值。     

持续降雨条件下黄土边坡稳定性试验研究

下黄土边坡的稳定性,采用人工降雨装置进行室外现场试验,测量土体含水率、密度、滑坡剪切带位置以及摘要:滑坡是黄土丘陵沟壑区常见的重力侵蚀,降雨是黄土边坡失稳的主要诱因.为了研究持续降雨条件裂缝的发育等情况,并使用FLAC3D软件计算模拟持续降雨条件下裂缝发育对边坡稳定性的影响.结果表明:随着降雨历时的增加,黄土边坡土体的...     

太平湖大桥铜陵岸工程边坡稳定性分析

太平湖大桥铜陵岸结构面发育,边坡开挖后是否稳定倍受关注。在现场原型调查的基础上,运用3D-FLAC软件对边坡开挖及支护后的变形情况进行了数值模拟。结果表明：边坡开挖后变形较为明显,采取支护措施后变形明显收敛并趋于稳定。模拟结果与实际监测资料基本吻合,说明现场所采用的支护措施是可行的。     

植物根系吸水对非饱和土边坡稳定性影响的分析

为了量化植物根系吸水对非饱和土边坡稳定性的影响及为植被护坡的植物种类选择提供参考,采用COMSOL Multiphysics建立二维边坡,模拟不同根系形态、根长及降雨条件下的根系吸水引起的非饱和土边坡孔隙水压力的分布变化,并采用极限平衡理论对边坡稳定系数进行定量计算.结果表明:指数形根系吸水产生的吸力最大,比裸坡增大4...     

某堆积体开挖后的稳定性三维数值模拟研究

野外现场工作发现,坝前堆积体边坡为深切冲沟型崩塌式堆积体,由下伏基岩和松散的堆积物组成;在1360～1450m高程之间,堆积体有一个较为明显的收口转向特征,这有利于增加其稳定性;在野外工作的基础上,通过采用目前较为通用的三维有限元软件（3D-Flac）,分别对其稳定性采用基座有位移和基座无位移等两种不同的方法进行数值模拟研究,结果表明：（1）堆积体的主应力分布主要受岩性控制,其前缘的收口效应改善了主应力状态,增加了它的稳定性;（2）堆积体的潜在滑动面为堆积体与其下伏基岩接触部位的一定范围内;（2）堆积体的位移表现为向坡外（临空面方向）滑移,且中前缘的位移量相对较大;（4）堆积体的整体稳定性较好,在1387～1610m高程之间的堆积体有可能发生局部的中浅层破坏;（5）两种模拟分析方法有较强的对比性和吻合性。因基座无位移法比较直观,所以建议对分析堆积体的变形与破坏情况时,采用后者。     

紫穗槐根土复合体特征对黄土边坡稳定性的影响

[目的] 研究含水率、含根量及根系布置方式对根土复合体抗剪强度影响,揭示紫穗槐根系对黄土边坡加固机理,为黄土边坡生态防护及提高坡面稳定性工程实践提供科学参考。[方法] 利用ZJ型应变控制式直剪仪进行紫穗槐根土复合体剪切试验,以无根系土为对照,分析不同含水率、含根量和布根方式对抗剪强度影响;应用FLAC 3D软件模拟紫穗槐根系分布方式对黄土边坡稳定性影响。[结果] ①随着含水率增加,抗剪强度指标黏聚力和内摩擦角均降低。②随着含根量增加,抗剪强度在不同含水率条件下表现出不同规律。当含水率为9.31%时,抗剪强度随着根面积比(RAR)增加呈先增加后减小的趋势,在RAR为0.15%时,抗剪强度达到最大值;当含水率为15.65%和17.44%时,抗剪强度随着RAR增加而增加。③“卄”形布根方式能显著提高根土复合体抗剪强度,当含水率为17.44%时,卄形布根与无根土相比,平均抗剪强度增加31.81 kPa。④数值模拟结果表明,根系长度、主根与铅垂方向的夹角均与稳定性呈正相关关系。[结论] 通过室内试验和数值模拟研究表明,紫穗槐能较好提高黄土边坡稳定性,紫穗槐交错种植,防护效果更佳。     

暴雨冲击下之坡地破坏及保护

以试验方法,探讨暴雨作用下于不同坡度时,对坡地破坏及保护方式之研究。保护方式分为４类：地下排水、支排水、干砌卵石及浆砌卵石、试验中观测地下水之变化,量测流失之土方、排水量,以及最后破坏之断面,并进行边坡稳定分析,试验结果指出：（１）压实度较小、渗透性较佳之土壤,因地下水渗透,在坡脚产生瞬间坍方。（２）压实度较大,渗透笥较差之土壤,将产生地表径流冲蚀,若无排水或坡地保护措施,将发展成严重的径流冲蚀,     

贺兰山云杉林根土复合体提高边坡稳定性分析

为了研究贺兰山青海云杉林(Picea crassifolia)边坡根土复合体对边坡稳定性的影响,该文在直剪试验、三轴试验等获得的土壤参数基础上,建立了基于有限元理论的贺兰山青海云杉林边坡稳定性计算数值模型,并在5种坡度条件下(18.43°、21.80°、26.57°、33.69°、45.00°)计算了无林边坡和有林边坡的安全系数、最大塑性应变、最大位移、破坏时间及它们的增长率随坡度的变化规律,并计算了土壤强度参数摩擦角、黏聚力、剪胀角与安全系数的灰色关联度矩阵和平均关联度。结果表明:1)无林边坡与有林边坡的安全系数随坡度的变化规律是一致的,都以幂函数递减。有林边坡相对于无林边坡安全系数的增长率以指数函数增加,且坡度越陡根土复合体对边坡稳定性的提高作用越强;2)根土复合体的存在可以延长边坡的破坏时间,有林边坡的破坏时间均高于无林边坡,根土复合体提高边坡破坏时间的增长率随坡度的增大呈抛物线增加,且坡度越陡提高作用越明显。边坡破坏时有无塑性贯通区会明显改变最大塑性应变、最大位移、破坏时间的值;3)摩擦角、黏聚力、剪胀角3个土壤强度参数中,黏聚力是影响边坡稳定的主导因素,摩擦角、剪胀角的影响次之,此规律不受边坡坡度的影响,这是根土复合体可以显著影响边坡稳定性的根本原因之一。该文的研究结果对于解释森林根土复合体加固边坡作用的本质、推进边坡稳定性计算的数值模拟、防治贺兰山浅层滑坡及水土流失灾害都具有重要的意义。     

2种雨型的黄土坡面侵蚀室内试验

为研究黄土边坡在连续与间断2种雨型下坡面侵蚀动态变化过程,进行室内人工降雨试验。采用三维激光扫描获取坡面点云并生成DEM,分析坡面侵蚀特征。结果表明:三维激光扫描生成的DEM可直观重现坡面侵蚀的动态过程,采用自然邻点插值法生成的DEM误差最小;间断降雨模式下距坡面5 cm处体积含水率出现与降雨周期一致的波动;2种降雨模式下土壤流失总量在土壤饱和后呈线性增加,间断降雨产生的土壤流失总量(0.035 6 m~3)大于连续降雨产生的土壤流失总量(0.024 9 m~3);间断降雨土壤流失过程可看作多个连续降雨土壤流失过程的组合;2种雨型下,土壤流失速率在空间上分布不均,由前缘至后缘逐渐降低;间断降雨坡面变化区域为中部至前缘区域,其过程为前缘下切→中前缘下切→前缘及中部下切;连续降雨坡面变化区域集中于前缘,表现为前缘逐渐后退。