沙漠化过程中沙质旱作农田土壤环境的变化及其对生产力形成的影响

以地处半干旱风沙区的科尔沁沙地为对象,研究了沙漠化过程中旱作农田土壤环境的变化规律及其与生产力形成的关系。结果表明,随着农田的风蚀,土壤发生粗化,土壤环境明显恶化,导致生物产量大幅度下降。其中,严重沙漠化农田和非沙漠化农田相比,其土壤粘粒、有机质、水分、全养分、速效养分、生物量及光合效率分别下降84.3%,65.5%,74.8%,9.25%～72.8%,27.5%～69.0%,60.5%,56.8%,地温升高0.9℃。相关分析表明,土壤粘粒和有机质的吹蚀是导致土壤含水量下降的主要原因(相关系数分别为0.9534,0.9638),土壤粗化和含水量的减少引起地温上升(相关系数分别为0.9439和-0.9965),而作物产量的下降与土壤含水量、速效N的降低关系最为密切,相关系数分别为0.9202和0.9425。在科尔沁沙地,加强农田防护林建设,增加土壤含水量(发展灌溉)和增施肥料(有机肥及尿素)是防止农田沙漠化和提高作物产量的根本措施。     

科尔沁沙地沙质草场土壤水分对干旱和降雨响应的空间变异性

采用地统计学的方法,研究了科尔沁沙地沙质草场土壤含水量对干旱和降雨响应的空间变异规律。结果表明,干旱时沙质草场表层(0～20cm)、亚表层(20～40cm)土壤含水量可很好地拟合成球状模型和指数模型,在1～2．26m,1～6．63m的中等尺度范围内表现出很高的空间自相关性,空间自相关度分别为0．92,0．87．分维数均表现出较弱的空间依赖性．分别为1．99,1．94,两层土壤含水量变异特征差异小,土壤水分的空间变异性强,破碎化程度高。降雨后沙质草场土壤表层、亚表层土壤含水量可很好地拟合成指数模型和球状模型,也具有空间结构特征,空间自相关度分别为0．62,0．98,变程分别为181．80m,4．55m,分维数为1．91,1．99,再有土壤水分空间格局图分析,表层土壤含水量空间变异性小,亚表层空间变异性大,两层土壤含水量变异特征存在明显差异。干旱时与降雨后沙质草场表层土壤水分统计特征、变异函数模型和参数、分维数和土壤水分空间格局分布图存在显著的差异,而亚表层差异较小。一定强度的降雨在短期内只能削弱处于干旱时沙质草场表层土壤水分的空间变异性,使其表层土壤水分破碎化程度、空间变异性减弱,而对土壤深层的水分补充和影响有限。     

春季裸露沙质农田土壤风蚀量动态与变异特征

以春季风蚀活动高发期为特定研究时段 ,采用地面埋设容器的“陷阱诱捕”法 ,对秋收后翻耕的裸露沙质农田春播前的土壤风蚀量动态进行了定位观测 ,同时对影响土壤风蚀的关键因子表土层紧实度和含水量以及风速动态也进行了同步观测。主要研究结果是 :(1)观测期内 ,平均土壤日风蚀量为 2 4 1.2 0 kg/ hm2 ,土壤日有机碳和氮素损失量平均分别为 1.5 2 ,0 .15 kg/ hm2 。 (2 )土壤风蚀过程以细微土粒的跃移和悬移运动为主 ,损失掉的主要是表层土壤中的细砂 (粒径 0 .1～ 0 .0 5 mm)、粉粒 (粒径 0 .0 5～ 0 .0 0 2 mm)和粘粒 (粒径 <0 .0 0 2 mm)等富含营养元素的细微颗粒 ,分别占风蚀沉积物的 4 6 .0 1% ,2 1.0 3%和 2 1.74 %。这表明土壤风蚀导致了农田的粗化。 (3)相关分析表明 ,土壤风蚀量与表土层含水量呈一定的负相关 ;土壤风蚀量与表土层紧实度呈微弱的负相关。然而 ,土壤日风蚀沉积量与日平均风速呈高度正相关 ;同样 ,土壤日风蚀沉积量与日可蚀风持续时数亦呈高度正相关。利用它们之间的回归关系式 ,可以定量地预测、预报研究区春季风蚀期裸露农田的土壤风蚀量     

科尔沁沙地旱作农田土壤退化的过程和特征

在一个较小的时空尺度上对科尔沁沙地典型旱作农田土壤物理和化学特性在风蚀沙化过程中的演变特征及其退化过程进行了的探讨。结果表明 :旱作农田由于周边沙质草地的开垦而发生风蚀沙化 ,3～ 5年的时间就会使 5 %～ 15 %的细粒物质吹蚀 ,表土粗化 ,向风沙沉积特征发展 ,土体结构破坏 ,容重增加 0 .0 5～ 0 .15 g/ cm3,总孔隙度降低 3%～ 5 % ,持水性能变劣 ,养分也随之丧失 ;<0 .0 5 mm的粘粉粒吹蚀 1% ,土壤有机质和全氮含量下降 0 .2 5 9g/ kg和 0 .0 16 4 g/ kg;土壤退化的演变 ,既有系统本身的自然属性决定的内在原因 ,更重要的是人为的外部干扰体系的驱动 ;退化的过程既有渐变型 ,又有跃变型     

黄淮海平原封丘县土壤肥力变异与农田生产力相关研究

通过对黄淮海平原封丘地区土壤肥力现状及其与农田生产力相关性研究,结果表明,区域潮土的肥力质量得到普遍提高,土壤有机质、全N、速效P等养分含量得到显著增加,而土壤速效K含量显著降低.土壤肥力、农田管理措施与玉米产量的灰色关联分析表明,土壤肥力对玉米产量的影响大于农田管理措施,土壤肥力因素中,全N、速效P和碱解N的影响较大;农田管理措施中,以灌溉次数对玉米单产的影响较大.这为区域农田土壤质量研究、管理和政策决策提供了科学依据.     

河北省中南部村落及农田生产力的变化特征

应用调查方法,比较定量分析了河北省中南部山地丘陵、山前平原、低平原和滨海平原的村落及农田生产力的变化特征.研究表明,在年代尺度内村落分布几乎不变,不同时期不同类型区村落规模的分级特征较一致.庭院面积与地貌类型有一定的关系,平原地带的庭院面积大于山地丘陵,各类型区庭院土地利用率均较低,因而庭院开发潜力较大.山地丘陵到滨海平原村落与农田生产力的变化较一致.在传统农业社会中村落与耕地关系密切,控制村落规模,适当增加村落密度,有利于缩短耕作半径,提高农业劳动生产力.     

河北省中南部村落及农田生产力的变化特征

应用调查方法，比较定量分析了河北省中南山地山丘陵，山前平原，低平原和滨海平原的村落及农田生产力的变化特征。研究表明，在年代尺度内材落分布几乎不变，不同时期不同类型区材落规模的分级特征较一致。     

退化沙质草地开垦和封育对土壤理化性状的影响

分析了退化沙质草地开垦耕种2年和围封恢复5年后土壤理化性状的特征和变化。结果表明：（1）开垦后2年的耕作,使0－15cm耕作层＜0.1mm细颗粒组分下降了23.8%,其中0－2.5cm表层和2.5-7.5cm亚表层0.1-0.05mm的细沙损失了38.1%和27.0%,土壤的粗粒化程度已接近于流沙;土壤有机碳、全氮、全磷分别下降了38.4%,28.0%和18.4%,下降幅度随土层深度而减小,（2）围封恢复5年后,粒级分布的变化仅发生在0－2.5cm的表层土壤,极细沙（0.1-0.05mm)、粉粒（0.05-0.002mm)和粘粒（＜0.002mm)含量分别提高了43.1%,11.1%和32.5%;土壤有机碳和氮磷养分的显著提高发生在0－2.5cm表层和2.5-7.5cm亚表层,7.5cm土层以下没有变化。（3）草地开垦引发了强烈的风蚀作用,使富含营养的细微颗粒吹蚀,导致有机碳和氮磷养分的损失;采取围封措施后,植被的恢复对土壤养分产生明显的截存和保护效应。     

冀西北高原旱作农田土壤水分动态与提高水分作物生产力研究

针对当地栗钙土坡梁地旱、薄的作物生产障碍,根据土壤水分时空变异和层位特征,充分利用有限的降水资源,采用聚水土沟作、聚水沟作等保护性耕作措施,较传统耕作莜麦产量提高１８．４％～２３．４％,水分利用效率由４．０５ｋｇ／ｍｍ·ｈｍ２提高到４．５７～４．６４ｋｇ／ｍｍ·ｈｍ２;而改变土壤营养环境则显著提高水分作物生产力。在贫水、平水和丰水三种降水年型下,氮磷肥合理配施莅麦产量可提高８９．８％～１６１．２％,水分利用效率可高达７．２７ｋｇ／ｍｍ·ｈｍ２。     

退化沙质草地自然恢复过程中土壤-植物系统的变化特征

研究了科尔沁沙地封育5a后退化沙质草地自然恢复过程中土壤—植物系统的变化特征,同时分析了土壤性状与植物特征之间的相互影响程度。(1)从流动沙地恢复到固定沙地,沙质草地植物群落的物种多样性、植被盖度、地下根量和地表枯落物残留量均趋于增大。β多样性测度值表明,在半流动沙地恢复到半固定沙地阶段,植物种周转速率大,群落结构变化明显。(2)在退化沙质草地的自然恢复过程中,表层土壤的结构性能明显改善,土壤养分的有效性相应提高。(3)相关分析显示,沙质草地表层土壤的理化性状与植物特征值之间存有密切的相关性(R2=0.33～0.84,P<0.01,n=20),表明退化沙质草地的恢复过程实质上是土壤—植物系统协同演变的过程,在该过程中,植物多样性的关键恢复期滞后于土壤环境的关键恢复期。     

农田沙漠化演变中土壤性状特征及其空间变异性分析

应用经典统计分析和地统计学的方法 ,研究了科尔沁沙地旱作农田 30 0m× 90m尺度下 0～10cm土层土壤理化性状的沙漠化演变及其空间变异性特征。结果表明 ,表层土壤的粗粒化、持水性能和孔隙分布的恶化、以及土壤养分的贫瘠化演变表征了农田沙漠化的发生和发展。在农田沙漠化演变中 ,土壤性状的变异增大 ,变异系数在 5 .9%～ 5 0 .7% ,其空间分布在研究的尺度上有明显的规律性 ,存在明显的空间异质性和格局。变异函数很好地反映了沙漠化演变的趋势、程度和尺度。在研究区域 ,沙漠化发生发展的尺度在南北两个方向从农田边缘到农田中部约 10 0m处。土壤性状之间及其各因子的空间异质性有密切的关系。沙漠化对土壤有机碳和氮磷养分影响显著 ,对pH影响相对较小     

科尔沁沙地人工植被对土壤水分异质性的影响

选择植被状况基本相同而坡位不同的样地 ,坡向和坡度基本相同而植被类型不同的沙丘背风坡 (东南坡 )样线及沙丘上部样地 ,在生长期调查其土壤水分状况 ,探讨植被类型、坡位对沙地土壤水分状况及水分格局的影响。结果表明 :沙丘背风坡 (东南坡 )人工植被土壤水分状况按差巴嘎蒿、杨树、樟子松的次序依次变差。以 0 5m为间隔取样分析表明沿沙丘下部到沙丘上部土壤水分状况有下降趋势。在水平格局上 ,樟子松林地土壤水分状况在0～ 8m ,杨树林地在 0～ 4m ,流动沙地在 0～ 9m的尺度上近似同质 ,随着空间距离的增加 ,异质性加强 ;差巴嘎蒿土壤水分状况在 0～ 4m的范围内异质性较高 ,4m以上近似同质。在垂直格局上 ,流沙在 0～ 60cm ,樟子松在 0～ 80cm ,差巴嘎蒿在 0～ 1 2 0cm的尺度上异质性很强 ,大于该尺度近似同质 ,而杨树林地在 0～ 30 0cm的范围内均有较强的异质性。无论水平格局或垂直格局 ,人工植被的建立增强了沙地土壤水分的异质性     

SOIL SEED BANK CHARACTERISTICS BENEATH AN AGE SEQUENCE OF CARAGANA MICROPHYLLA SHRUBS IN THE HORQIN SANDY LAND REGION OF NORTHEASTERN CHINA

To understand how shrub cover affects the spatiotemporal patterns of the soil seed bank and to assess the role of vegetation in the restoration of desertified land in a semi‐arid region of China, we investigated the species composition and seed density of the soil seed bank under and outside the canopies over two seasons for an age sequence of Caragana microphylla shrubs in the Horqin Sandy Land region, Inner Mongolia. The results showed that a total of 24 plant species seeds were present in the soil seed bank, of which 20 were annuals or biennials. The seed densities in the soil seed bank were in the range of 830 – 13882·5 seeds m⁻² at 10 cm depth. Species richness in the soil seed bank did not increase as the shrubs aged, whereas the seed densities increased significantly. Five annual species: Setaria viridis, Eragrostis pilosa, Chenopodium acuminatum, Chenopodium glaucum and Corispermum acuminatum, contributed above 90 per cent of the seeds to the soil seed bank. On the basis of seed characteristics and seed reduction amount during the growing season, we concluded that it represents a mixture of persistent and transient seeds in different proportions. More seeds accumulated under the canopies than outside the mature shrub cover, but no significant difference was found the younger cover. These results suggest that shrub size and age had an important role in augmenting seed abundance of the soil seed bank but not the species richness. We confirmed the important effects of shrub cover on seed accumulation and vegetation recovery, especially the value of more mature age vegetation for countering land degradation. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

沙区旱垄作对油菜生长环境的影响

垄作是沙区旱作农田常用的集水防风耕作技术。本文通过野外试验观测和土壤样品分析,对不同结构的垄作与平作下油菜生长环境进行了研究。结果表明,垄作相对于平作增加了生长季内土壤耕作层水分含量,降低了其波动幅度,改变了土壤水分在垂直剖面上的分布,使湿润锋位于耕作层,有利于油菜对土壤水分的吸收,对缓解干旱对作物生长的胁迫有积极作用。垄作下土壤易蚀性颗粒含量降低,地表粗糙度和垂直风速梯度增大,有效降低了土壤可蚀性和近地表风速,对防治土壤风蚀和保护作物幼苗有重要作用。不同结构的垄作比较,垄高15 cm、垄沟比1/12和垄高25 cm、垄沟比1/24的两种垄作在油菜生长季内集水效果较优,而垄高25 cm、垄沟比1/6的垄作在农田休闲期内防治风蚀效果较好。故结构合理的垄作是沙区旱作农田微观土地利用结构调整的有效措施。     

放牧干扰后自然恢复的退化沙质草地土壤性状的空间分布

用地统计学的方法 ,研究了科尔沁沙质退化草地不同强度放牧干扰 (重度放牧和适度放牧 )后自然恢复过程中 0～ 15cm土层土壤有机碳、全氮、pH和电导率在 10m尺度上的空间异质性特征。结果表明 ,重牧后的恢复草地比适度放牧后的恢复草地呈现出显著低的有机碳和全氮含量及其显著高的变异性。在取样尺度的空间分布上均表现出显著的空间结构特征 ,自相关尺度分别为 2 2 2～ 2 9 4m和 2 5 5～ 39m ,结构性方差占样本方差的 87 2 %～ 88 2 %和 6 5 5 %～ 85 9%。全氮的自相关尺度大于有机碳。土壤pH和电导率在取样的尺度内不存在局部格局 ,而可能受更大尺度的格局控制。放牧引起的植被斑块状分布和沙化裸斑的出现是土壤碳、氮空间变异的主要因素 ;土壤异质性尺度的改变又可能影响着植被的恢复演替和分布格局。     

土壤环境中的多氯联苯(PCBs)及其修复技术

本文着重介绍了土壤中PCBs污染的现状及其产生的危害,总结了土壤中持久性污染物PCBs的迁移转化规律,回顾并比较了近年来国内外PCBs污染土壤的修复技术,最后对多氯联苯污染土壤的修复技术的发展趋势进行了预测和展望。     

几种土壤剖面的硝化作用及其动力学特征

选用陕西省六种主要耕作土壤及其剖面不同层次23个土样,在实验室培养条件下,研究其硝化作用的特点,并选用dN/dt=bN(B-N)/B方程（式中,N为硝态氮的累积量,t为试验培养时间,B耿硝态氮累积量的渐进值）,描述硝化作用过程中硝态氮含量随时间的累积,获得定量描述硝化作用强弱的两个指标（Kmx和td)。结果表明耕层土壤由北向南硝化作用强度逐渐减弱,硝化作用的最大速率（Kmx)变幅为2．70－16．58mg/kg.d,陕北的黑垆硝化作用进行最快,陕南的黄泥巴最慢,在不同土壤剖面中,硝化作用由上到下呈现减弱趋势,硝化作用的最大速率（Kmx)随土层深度增加而下降,迟缓期（td)随土层深度增加而延长,在粘化层和粘重土层中,硝化作用非常微弱或基本不发生硝化作用,这些不同土壤及剖面层次硝化作用的较差与土壤的物理,化学特性有关。     

水土流失对水环境影响研究进展

本文在系统整理有关文献的基础上,全面总结了水土流失对水环境影响研究和水土流失对水环境影响模型研究方面的最新进展,提出了研究中存在的问题,并展望了水土流失对水环境影响研究的进一步发展方向。     

华南主要土壤类型的光谱特性与土壤分类

本文研究了华南地区主要土壤的光谱反射特性，进行了土壤光谱的主组元分析、模糊聚类及与土壤理化性状作相关性分析，土壤光谱特征分类与现行中国土壤分类系统及中国土壤系数分类进行了比较对照。其主要结果表明，华南地区主要的光谱曲线的形态特征，主要表现为平直型（玄武岩发育砖红壤类）、缓斜型（水稻土类）和陡坎型（红、黄壤类）三种类型；土壤光谱分类与按母质母岩划分高度一致；应用主组元分析对土壤光谱进行分类，结果与现     

SOIL QUALITY AND SPATIAL VARIABILITY ASSESSMENT OF LAND USE EFFECTS IN A TYPIC HAPLUSTOLL

Soil management practices can have negative or positive effects on soil quality. Our objective was to assess the effect of long‐term agricultural practices by evaluating selected soil physical and chemical properties. Soil samples were collected from two depths (0 to 15 and 15 to 30 cm) within a native pasture and an adjacent agricultural field that was being used for three different crop rotations. Soil quality was quantified using aggregate stability, bulk density, soil texture and available water content as physical properties and pH, electrical conductivity, organic matter and available phosphorus as chemical properties. The farmland soils were functioning at 71 and 70 per cent of their full potential at the 0‐ to 15‐ and 15 to 30‐cm‐depth increments, respectively, whereas those from the pasture were functioning at 73 and 69 per cent, respectively. The assessment showed substantial loss in soil organic carbon following 50 years of farmland cultivation. Tillage and fertilizer applications were presumably the primary reasons for weaker spatial dependence within farmland at the 0‐ to 15‐cm depth. Grazing was postulated as the main reason for weaker spatial dependence within the pasture soils at the 15‐ to 30‐cm depth. Overall, we conclude that 50 years of cultivation has not caused soil quality to decline to a point that threatens sustainability of the agricultural fields. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.