黄土高原表层土壤孔隙性状与穿透阻力对藓结皮发育的响应

为探明生物结皮如何改善土壤物理性质从而促进水土保持,针对黄土高原风沙土和黄绵土上发育的藓结皮,以无结皮为对照,原状取样后分别使用高分辨率CT扫描仪和高精度土壤贯入仪测定其孔隙性状与穿透阻力,并构建结构方程模型剖析生物结皮对土壤孔隙度和穿透阻力的作用途径。结果表明:藓结皮发育改变土壤孔隙特征参数,并显著提高表层0—2 cm土壤总孔隙度(p＝0.01),在此土层内,风沙土和黄绵土上藓结皮的总孔隙度比无结皮分别增加1.62,2.12倍,且藓结皮的孔隙度随土层深度增加呈指数降低。藓结皮和无结皮的土壤面孔率在0—1 cm土层内均急剧下降,但藓结皮整体面孔率显著高于无结皮(p＜0.001)。随土层深度增加,藓结皮的土壤穿透阻力总体呈增大趋势,但在结皮层中部发生突变,越过结皮层后趋于平稳。在2种土壤上,藓结皮的面孔率与穿透阻力均呈对数负相关关系,无结皮中则分别呈线性正相关和对数负相关关系。黄土高原藓结皮通过改变孔隙度和机械组成等间接途径,极显著地提升表层土壤穿透阻力,增强土壤表面稳定性,为区域水土保持和生态恢复提供有利条件。     

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。     

科尔沁沙地生物结皮的土壤种子库特征

通过野外取样和室内分析,初步研究了科尔沁沙地两种生物结皮在干、湿两种处理下土壤种子库种类组成、密度以及物种多样性等特征。结果表明：①科尔沁沙地藻结皮和苔藓结皮土壤种子库的总密度为干旱藻结皮〈湿润藻结皮〈干旱苔藓结皮〈湿润苔藓结皮。两种结皮上种子库的数量存在显著差异,对于干、湿处理的两种结皮,苔藓结皮上种子库的总密度均大于藻结皮上种子库的总密度;②两种生物结皮在干旱、湿润两种处理中共出现了6科、15种植物,种子库的组成以一年生草本植物、中生植物为主,二者百分比均超过76%;③在干旱藻结皮、湿润藻结皮、干旱苔藓结皮和湿润苔藓结皮上,种子库物种多样性表现出湿润处理下的结皮高于干旱处理的结皮。由此表明,在半干旱的科尔沁沙地,水分是限制结皮土壤种子库中种子萌发的主要因子,而生物结皮则通过对水分入渗与再分配的调控作用影响结皮种子库中种子的萌发。     

科尔沁沙地生物结皮的土壤种子库特征

通过野外取样和室内分析,初步研究了科尔沁沙地两种生物结皮在干、湿两种处理下土壤种子库种类组成、密度以及物种多样性等特征.结果表明①科尔沁沙地藻结皮和苔藓结皮土壤种子库的总密度为干旱藻结皮＜湿润藻结皮＜干旱苔藓结皮＜湿润苔藓结皮.两种结皮上种子库的数量存在显著差异,对于干、湿处理的两种结皮,苔藓结皮上种子库的总密度均大于藻结皮上种子库的总密度;②两种生物结皮在干旱、湿润两种处理中共出现了6科、15种植物,种子库的组成以一年生草本植物、中生植物为主,二者百分比均超过76%;③在干旱藻结皮、湿润藻结皮、干旱苔藓结皮和湿润苔藓结皮上,种子库物种多样性表现出湿润处理下的结皮高于干旱处理的结皮.由此表明,在半干旱的科尔沁沙地,水分是限制结皮土壤种子库中种子萌发的主要因子,而生物结皮则通过对水分入渗与再分配的调控作用影响结皮种子库中种子的萌发.     

黄土丘陵区生物结皮覆盖对土壤团聚体分布特征及稳定性影响

【目的】以吕梁离石区结皮覆盖（藻结皮、藓结皮、藓草混生结皮,裸地为对照）下土壤为研究对象,研究结皮种类对其下层土壤有机碳及土壤团聚体稳定性的影响。【方法】通过干筛和湿筛法对土壤团聚体分级,探究土壤容重、土壤有机碳含量和土壤静水崩解速率与团聚体稳定的相关性。【结果】在0～5 cm和5～10 cm深度,3种结皮下土壤容重与裸地间均达到显著差异;土壤有机碳含量表现为藓草混生结皮和藓结皮分别比裸地显著增加。不同深度土层,团聚体破坏率、分形维数表现为裸地>藻结皮>苔藓结皮>藓草混生结皮;平均重量直径和几何平均直径变化规律正好相反。相关性分析表明,> 0.25 mm土壤团聚体含量与土壤容重呈显著负相关关系;团聚体破坏率、分形维数与土壤容重、土壤静水崩解速率呈极显著正相关关系,与土壤有机碳含量呈极显著负相关关系;平均重量直径、几何平均直径与土壤容重呈极显著负相关关系,与土壤静水崩解速率呈显著负相关关系,与土壤有机碳含量呈极显著正相关关系。【结论】黄土丘陵吕梁随结皮层次提高,土壤团聚体形成能力和土壤团聚体水稳定性逐渐增高,对土壤水稳定性起主导作用的是土壤有机碳含量。     

黄泛平原区风沙土物理结皮硬度和厚度特征及其影响因素

[目的]开展黄泛区沙地结皮硬度、厚度特征及其影响因素研究,为该区域结皮抗蚀机理研究提供科学参考.[方法]以黄泛区风沙土为研究对象,设置一年两熟耕地(T1)、一年一熟耕地(T2)、裸地(T3)、自然恢复地(T4)4种下垫面条件,开展土壤结皮硬度、厚度以及土壤、气象和植被等影响因子的定位观测,并采用统计检验和相关性分析方法...     

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(...     

黄土高原水蚀风蚀交错区不同生物结皮类型对土壤有机碳及其转化的影响

[目的] 黄土高原水蚀风蚀交错区是典型的脆弱生态系统,该区域生物结皮广泛分布,生物结皮在土壤有机碳积累与转化发挥着关键作用,然而,生物结皮演替及微生物对土壤有机碳转化相关酶类的影响规律尚不明确。[方法] 研究土壤有机碳-微生物-碳转化相关酶在生物结皮不同演替类型的变化规律,并运用SEM模型分析了三者之间的相互关系。[结果] (1)生物结皮演替显著增加土壤有机碳含量和碳转化相关酶活性,且它们在结皮层(0-2 cm)中的含量均显著高于裸沙和2—5 cm土层(p＜0.05);(2)结皮层细菌、真菌和放线菌数量在藓结皮中最高,其中放线菌、真菌数量在生物结皮演替呈显著增加趋势,结皮层中的细菌和真菌数量显著高于2—5 cm土层,但2—5 cm土层放线菌数量高于结皮层(藓结皮除外);(3)SEM模型表明,土壤有机碳、碳转化相关酶活性和微生物数量之间均呈现显著相关性。[结论] 生物结皮的演替对土壤有机碳的积累为碳转化相关酶类和微生物提供丰富基质,促进微生物和酶活性提高,微生物对碳转化相关酶类起着重要的驱动作用,对维持生物结皮的碳平衡发挥着关键作用。     

沙漠生物结皮土壤发育特征的研究

通过对沙漠生物结皮层相关的土壤特性研究表明,结皮层不仅具有明显的养分富集和细粒物质的聚集作用,而且结皮层腐殖质成份的含量以及其分子结构和复杂程度也在增加。腐殖质光学特性的变化趋势明显反映了不同地区结皮层土壤发育的地带性特征。结皮层持水量明显高于沙层,并对降水再分配有一定影响。     

黄土丘陵区生物结皮土壤温度年内动态特征及其对土壤水分的响应

[目的] 明确黄土丘陵区粉砂质壤土上生物结皮土壤温度年内动态以及其与土壤水分的关系,为进一步理解生物结皮在黄土丘陵区生态系统中的功能提供科学依据。[方法] 于2016年1月1日至2018年12月31日在陕西省吴起县退耕封禁地进行野外长期定位监测试验。[结果] ①生物结皮土壤温度具有明显的年内动态。一般生物结皮层月均温最高出现在6月,为27.1℃;结皮层下5 cm土壤月均温最高在7月,为22.7℃;生物结皮层和结皮层下5 cm土壤月均温均在1月最低,分别为-1.7和-1.4℃。②生物结皮层和结皮层下5 cm土壤温度日动态均为正弦曲线。生物结皮层和结皮层下5 cm土壤温度最大日较差均出现在6月,分别为32.0和17.2℃;10月生物结皮层温度日较差最小,为17.3℃,1月结皮层下5 cm土壤温度日较差最低为8.5℃。③年内生物结皮土壤温度与气温呈显著正相关;3-10月生物结皮土壤温度与土壤水分呈显著负相关,11-12月生物结皮土壤温度与土壤水分呈显著正相关。④1月和7月土壤含水量的增加导致生物结皮层和结皮层下5 cm土壤温度日较差下降。[结论] 黄土丘陵区粉砂质壤土上生物结皮土壤温度与土壤含水量密切相关,且不同月份土壤水分对生物结皮土壤温度的影响程度不同。     

黄土丘陵区生物结皮对坡面流水动力特征的影响

[目的]探究生物结皮对坡面流水动力特征的影响,为黄土高原丘陵区生物结皮防蚀机理研究提供理论指导。[方法]设置生物结皮覆盖及破坏处理,进行人工模拟降雨试验。[结果](1)生物结皮覆盖及破坏处理下坡面流均属于层流急流。(2)生物结皮可显著降低坡面流流速,增加水流剪切力,阻力系数和水流功率(p<0.05)。其中,藻结皮处理和苔藓结皮处理较裸地流速分别减少了48.74%和62.24%,水流剪切力、阻力系数、水流功率较裸地分别增加了130.01%和308.07%;703.35%和2 532.01%;21.16%和57.43%。(3)生物结皮破坏后其阻力系数与裸地无显著变化,流速、水流剪切力、水流功率均显著高于裸地(p<0.05)。其中,藻结皮破坏和苔藓结皮破坏处理较裸地流速、水流剪切力、水流功率分别增加了10.84%和16.46%;36.83%和42.44%;60.90%和62.14%。[结论]生物结皮覆盖会增大坡面流阻力系数,降低流速。生物结皮破坏后坡面流阻力系数与裸地无差异,流速增加。此外,生物结皮覆盖及破坏处理均会增大坡面流水流剪切力及水流功率,进而增加径流侵蚀能量。     

黄土高原生物结皮的纳尘与固土效应及其影响因素

为探明黄土高原生物结皮的纳尘与固土效应及其影响因素,以进一步明确其对土壤母质的风积作用,以典型风沙土和黄绵土上发育的生物结皮为对象,通过野外采样、室内分析以及模拟纳尘试验,比较了不同发育阶段生物结皮(藻结皮、藻—藓混生结皮、藓结皮)的纳尘量和固土量,探究了不同风速、降尘粒径和降尘量下生物结皮纳尘量的变化规律,并分析了影响生物结皮纳尘量和固土量的关键因素。结果表明,相同条件下生物结皮的纳尘量为无结皮的1.1倍～4.8倍,且随生物结皮由藻到藓的正向演替而增加。风速为1～8 m·s^-1时,生物结皮的平均减蚀量可达19.5～4 893.0 t·km^-2·a^-1。同时,生物结皮的纳尘量随含水率升高而增加,且增幅与风速呈正相关;相对含水率由0增至80%后,风速5～8 m·s^-1下生物结皮的纳尘量分别平均提升了4.9%、53.1%、59.6%和72.3%。此外,生物结皮的纳尘量还随地表粗糙度增加而显著升高。与纳尘量的变化规律相似,生物结皮的固土量也随结皮发育阶段的正向演替而增大,其中藓结皮的固土量为藻结皮的1.4...     

黄土高原土壤可蚀性因子空间分布特征及影响因素

为揭示黄土高原地区土壤可蚀性(K)的空间分布特征和影响因素,基于EPIC模型、几何平均粒径模型、Torri模型估算黄土高原地区K,并结合地理探测器比较土壤理化性质、海拔、坡度等要素对K空间分布的影响。结果表明：(1)EPIC模型、几何平均粒径模型、Torri模型估算的黄土高原地区K均值分别为0.036,0.034,0.041 [(t·hm²·h)/(MJ·mm·hm²)]。黄土高原以中可蚀性和中高可蚀性的土壤为主,不同模型对K的估算值有显著差异(F=4.460,p<0.01)。(2)黄土高原K有较为显著的空间异质性,东部和西南地区K较高,西北地区K则较低。不同省份的中可蚀性和中高可蚀性面积占比有较大的统计差异。(3)土壤理化性质(砂粒含量、粉粒含量、黏粒含量、碎石含量、容重、酸碱度、阳离子交换量、基本饱和度、交换性盐基、碳酸盐、硫酸盐、可交换性钠盐、导电率)、海拔、坡度、坡向均对K呈现极显著影响(p<0.01)。土壤理化性质对K空间分布的影响强于海拔、坡度、坡向、土地利用因子间交互作用对K的影响大于单个因子。研究结果可为黄土高原土...     

异丙隆在土壤中的淋溶迁移及其影响因素研究

采用室内土壤淋洗柱法,以黄褐土、砂姜黑土和水稻土为供试土壤,研究了异丙隆在土壤中的淋溶迁移行为,探讨了淋溶水量、淋溶水pH值、施药量和添加外源木炭等因素对异丙隆在土壤中淋溶迁移的影响。结果表明,不同土壤中异丙隆淋出率为黄褐土〉砂姜黑土〉水稻土;淋溶水量与异丙隆的淋出率呈正相关,且对淋溶后异丙隆在土层中的分布有明显影响;用不同pH值的淋溶水时,异丙隆的淋出率为pH5〉pH9〉pH7;施加不同药量时,异丙隆的淋出率为10mg〉5mg〉20mg;异丙隆的淋出率随外源木炭添加量的增大而减小,而异丙隆在土壤柱中的滞留量则随着木炭添加量增大而增大,提示添加外源木炭可明显减少异丙隆在土壤中的淋出率,降低异丙隆在土壤中的淋溶深度。     

黄土高原2种典型灌木地土壤水分有效性及其影响因素

为确定土壤质地对旱生植物长柄扁桃(Amygdalus pedunculata Pall)和沙柳(Salix psammophila)幼苗不同生理指标水分有效性的影响,采用盆栽控水试验,研究了黄土高原2种典型质地土壤(砂土和壤土)下长柄扁桃和沙柳幼苗不同生理指标随相对土壤含水率(土壤含水率占田间持水率的比值)的动态变化。结果表明:2种质地土壤下长柄扁桃和沙柳幼苗各生理指标相对值在相对含水率降低至土壤水分阈值之前保持相对稳定,低于此阈值时随相对含水率的降低而迅速下降,且均可用非线性连续函数来拟合(R~2=0.8905～0.9864)。2种植物土壤水分有效性因选取指标的不同而略有差异,当以瞬时气体交换指标(相对净光合速率R_(Pn)和相对气孔导度R_(Gs))为评价指标时,砂土水分有效性高于壤土;当以相对水分利用效率R_(WUE)为评价指标时,壤土水分有效性高于砂土。瞬时气体交换指标(R_(Pn)和R_(Gs))的水分阈值高于日变化指标(相对日蒸腾速率R_(Td)),表明土壤质地和时间尺度均会影响植物生理指标对土壤水分有效性的响应。因此,在黄土高原进行植被恢复与生态建设时应考虑土壤质地对植物水分有效性的影响。     

黄土高原生境质量时空演变及其驱动因素

[目的] 分析黄土高原生境质量的时空演变和影响因素，为黄土高原的生态治理和保障区域生态安全提供科学参考。 [方法] 运用InVEST模型评价了黄土高原生境质量，利用空间自相关分析法分析生境质量时空关联性，采用地理探测器分析了影响生境质量的驱动因子并进行单因子探测及交互探测。 [结果] ①2000-2020年，黄土高原20.5%的区域生境质量上升，7.18%的区域生境质量下降，区域生境质量呈稳定提升的趋势。 ②2000，2010和2020年黄土高原全局Moran’s I分别为0.714，0.706和0.694，生境质量在空间分布上呈现集聚现象并具有较高的空间正相关性，Moran’s I指数值降低说明空间集聚性小幅度下降，空间分布差异性渐趋均衡。 ③黄土高原生境质量因子影响程度大小顺序为：NDVI＞降水＞GDP＞坡度＞高程＞人口＞气温，研究期内各驱动因子对生境质量的决定力变化幅度不大且影响顺序未发生明显改变，说明各因子对生境质量的影响较稳定。 [结论] 应充分考虑黄土高原的实际情况，兼顾生态与经济两方面协同发展的目标，未来黄土高原可根据各生态区块的生境质量状况，制定更加具有针对性的管理措施，增强生态系统服务功能，并以其为基础寻求新型经济增长模式。     

黄土高原典型切沟土壤水分时空分布特征及其影响因素

研究切沟土壤水分及干层时空分布特征,有利于提高地区水资源利用效率及植被恢复效益.以神木市六道沟小流域典型切沟为研究对象,对土壤水分状况进行定位监测,分析沟底、沟缘和沟岸土壤水分时空分布、干层分布特征及其影响因素.结果表明:沟底土壤含水率由沟头至沟口呈明显增加趋势.沟底、沟缘和沟岸0～480 cm剖面土层平均含水率分别为...