黄土丘陵沟壑区不同人工林地土壤肥力变化研究

通过对吴起县不同纯林及其交互效应混交林地的土壤调查、样品测定和室内分析,了解不同人工林地土壤肥力变化情况.结果表明0～20 cm表层土壤养分变化较大.其中,山杏×沙棘混交林地和山杏纯林地利于改善土壤有机质水平,分别达到20.79 g/kg和13.93 g/kg;山杏×小叶杨混交林地和小叶杨纯林地碱解氮含量增幅较大,分别为61.55 mg/kg和61.11 mg/kg;山杏×小叶杨混交林地有效磷含量相对较高,为5.43 mg/kg;山杏纯林地、山杏×小叶杨混交林地和小叶杨纯林地速效钾变化较为明显,分别为126.94,125.61和119.28 mg/kg.混交林地比纯林地更利于改善土壤肥力,建议种植山杏×沙棘混交林.     

黄土丘陵沟壑区退耕地人工林的土壤环境效应

根据延安、安塞和吴旗退耕20年以上人工林地、自然恢复草地和坡耕地的调查与分析资料,分析了人工林相对于坡耕地、自然恢复草地、次生林的土壤环境效应,包括土壤有机质的积累、土壤氮磷钾素的变化、土壤水分效应和水稳性团聚体的特征。结果表明:人工林可明显地提高土壤有机质、全氮、有效氮和速效钾的含量,特别是0~20cm土层,但这些土壤肥力指标仍处于低或中等水平;同时人工林地土壤的水稳性团聚体含量较高,增强了土壤的抗侵蚀能力;但人工林对土壤水分的消耗却远远大于坡耕地和自然恢复的草地,在安塞和吴旗表现得更为明显。综合分析结果和黄土丘陵沟壑区特殊的自然环境特征,认为在黄土高原丘陵沟壑区,退耕地的植被恢复宜采取先封禁牧,然后补种部分适宜的牧草、灌木和乔木,逐步实现良好的乔灌草植被结构特征和其生态环境功能。     

黄土沟壑区植被恢复及其物种多样性的变化——以吴旗县植被恢复为例

在对吴旗县自然恢复植被群落和人工植被群落调查的基础上,对其物种多样性进行分析研究,结果表明,在自然恢复初期和处于演替平衡阶段的群落,其物种生物多样性指数和均匀度指数均较高,但丰富度指数的峰值出现在演替中间阶段;灌木群落的生物多样性要大于草本群落的多样性。超过一定年限的灌木群落,表现出一定程度的衰败,生物多样性下降;物种多样性可以间接对植被群落的保水保土功能进行评价,但必须综合考虑物种的丰富度与空间分布的均匀度。     

黄土丘陵沟壑区退耕地植被自然演替系列及其植物物种多样性特征

根据吴起县20块样地和60个样方的退耕地植被调查数据,采用时空互代的方法,探讨退耕地植被自然演替系列及其物种多样性的变化规律。结果表明:研究区退耕地植被自然恢复的过程大致可划分为迅速恢复期(1~4年)、初级更替期(5~13年)、高级更替期(13~20年)和缓慢恢复期(20年以后)4个阶段。在25年的退耕地植被自然演替过程中,调查样方内共出现草本植物39种,分属于11科31属。其中,禾本科(Gramineae)、豆科(Legu-minosae)和菊科(Compositae)的物种占属种总数的61.29%和69.23%。群落的优势物种由藜科杂草开始,依次演替为一年生草本和多年生草本,大约20年后演替为地带性多年生草本,形成了依次包括猪毛菜(Salsola collina)、猪毛蒿(Artemisia scoparia)、达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)、铁杆蒿(Artemisa vestita)和白羊草(Bothriochloa ischae-mum)5种群落类型的演替系列。整个演替过程中,Margalef指数和Shannon-Wiener指数总体上呈波动式增大,但增长的趋势并不明显,大约20年后各项多样性指数基本趋于稳定。在每一次更高级的群落取代前期群落的过程中,Margalef指数和Shannon-Wiener指数大致表现为先增大后减小,均匀度指数(Jsw,Ea)则表现为先减小后增大。     

黄土丘陵沟壑区不同土地类型的土壤水分特性

在黄土丘陵沟壑区燕沟流域,于2002～2006年定位监测不同类型土地不同坡位、坡向的土壤含水量,对土壤含水量的动态变化进行了系统分析.结果表明:不同土地类型的土壤含水量差异明显,坝地最高,平均19.83%,川台地次之,平均17.21%,梯田平均16.34%,坡地最低,平均15.04%,土壤含水量与年降雨量呈正相关,相关系数为0.68;土壤含水量月变化动态呈现"单谷"曲线,7月份最低;不同坡位的土壤含水量变化趋势为随坡位升高,土壤水分含量递减;不同坡向的土壤含水量变化趋势为阴坡>阳坡.     

黄土沟壑区植被恢复及其物种多样性的变化 --以吴旗县植被恢复为例

在对吴旗县自然恢复植被群落和人工植被群落调查的基础上,对其物种多样性进行分析研究,结果表明,在自然恢复初期和处于演替平衡阶段的群落,其物种生物多样性指数和均匀度指数均较高,但丰富度指数的蜂值出现在演替中间阶段;灌木群落的生物多样性要大于草本群落的多样性。超过一定年限的灌木群落,表现出一定程度的衰败,生物多样性下降;物种多样性可以间接对植被群落的保水保土功能进行评价,但必须综合考虑物种的丰富度与空间分布的均匀度。     

黄土丘陵沟壑区植被自然恢复过程中土壤种子库特征

采用野外调查取样和室内实验相结合的方法,研究了黄土丘陵沟壑区植被自然恢复过程中土壤种子库的物种组成、密度、物种多样性以及相似性特征.结果表明:阴、阳坡10个样地中,共萌发了55种2203株幼苗,隶属于23科48属;总密度达到5 505±625.537粒/m2,且0～5 cm土层远远大于5～10 cm土层的土壤种子库密度,约是其4.6倍;丰富度、多样性、均匀度指数均未与恢复年限达到显著相关水平,但生态优势度随恢复年限的增加呈上升趋势,且阳坡上升的趋势比阴坡明显;组成成分相似性系数变化范围为0.0952～0.7143,恢复年限相距越大,其相似性越小,说明植被恢复演替的过程也是土壤种子库空间异质性加大的过程.     

黄土丘陵沟壑区高效生态农业发展途径探讨

从生态农业基本要求出发 ,对黄土丘陵沟壑区延安市生态农业的发展状况进行分析 ,说明在黄土丘陵沟壑区“四位一体”高效生态农业经济效益明显 ,有利于植被恢复和畜牧规模发展 ,适宜于黄土丘陵沟壑区 ,是农民脱贫致富和生态环境建设的重要途径 ;通过对 ;四位一体”高效生态农业的结构和功能分析 ,指出“四位一体”生态农业的发展优势 ,进而分析了“四位一体”高效设施农业发展中存在的问题和对策。应用“四位一体”高效设施农业模式 ,可以达到陕北黄土丘陵沟壑区农村生态、经济和农业持续发展的统一。     

黄土丘陵沟壑区土地利用空间分布与地形因子关系研究

以地处黄土丘陵沟壑区的安塞县为例,以土地利用现状图和数字高程模型为基础数据,在ArcGIS9.3软件的支持下,分别从高程、坡度、坡向三个方面对地形数据和土地利用数据进行叠加分析处理,研究土地利用空间分布格局与地形因子的关系。研究结果表明:土地利用空间分布与地形因子关系密切,并呈现一定的规律性。随着海拔的增加,草地的分布比例增大,林地的分布比例先增大后减小,耕地、园地、水域和工矿用地均呈减少趋势;平坦地区是耕地、园地、水域和工矿用地的优势分布区,大坡度区域是林地和草地的优势分布区;坡向由阴坡转向阳坡的过程中,林地的分布比例减小,耕地、园地、草地和工矿用地的分布比例增加,水域基本不受坡向影响。在此基础上,构建研究区土地利用空间分布三维景观图,再现土地利用空间分布与地理环境的关系。该研究有助于实现不同地形上土地利用类型的合理布局,优化该区的土地利用结构。     

黄土丘陵沟壑区人工农田土壤钾素特征研究

通过土样分析,利用统计分析法系统研究了黄土丘陵沟壑区人工农地——坝地和梯田的土壤钾素含量、相关性、垂直和时空分异特征。研究结果表明:坝地和梯田钾素分布严重失衡;表层速效钾平均含量坝地属"中等",梯田属"缺乏";表层全钾平均含量坝地属"较高",梯田为"中等";缓效钾平均是速效钾的7.58倍(坝地)和11.06倍(梯田),但转化率较低;矿物钾平均占全钾的95.71%(坝地)和95.16%(梯田),却难以被作物利用。土壤各形态钾素间都呈极显著正相关,并受土壤有机质、CEC、pH值和颗粒组成的影响。表层与下层间的速效钾、坝地和梯田间的缓效钾都有极显著差异,但黄土母质土壤钾素整体分布均一;坝地速效钾沿剖面向下含量增加,且整体高于梯田;坝地因高耗钾作物玉米而导致缓效钾含量低于梯田。土壤有效性钾、速效钾和缓效钾在时间动态上都表现为先增后降,分水岭年限坝地约在40 a,梯田约在30 a。     

陕北黄土高原丘陵沟壑区植被恢复中的障碍分析与应对策略——以子长县为例

通过对子长县退耕还林、植被恢复重建中出现的具体问题进行实地调查研究,并结合研究区自然环境条件和前人有关人工植被建设中的研究结果进行分析,以探讨黄土高原丘陵沟壑区植被恢复重建的技术体系.结果表明,在陕北黄土高原丘陵沟壑区退耕还林植被恢复建设中,应充分考虑当地降水条件并结合生态效益与经济效益,具体实施过程中要注意: (1) 依据当地原生态植被结构合理配置乔、灌、草,在以刺槐为主的乔木林内应适当搭配当地适生树种(杨、柳、山杏、榆、杜梨等);(2) 在沟谷及部分阴坡水分条件较好的地方种植耐旱乔木树种,在墚峁坡顶种植灌木和草本植物,半灌木和灌木种植在沟坡上部,坡度大的地方尽量不要人为干扰,自然封育恢复;(3) 秋季植树,初植乔木林密度不要超过2 300株/hm2,成林密度应控制在1 100株/hm2左右;(4) 建立苗圃,提高种苗质量,造林种苗尽量在本地解决,以提高植树成活率.     

区域模型在黄土高原丘陵区尺度转换研究中的应用

针对黄土高原的土地可持续利用研究方法中的尺度转换研究需要,利用较为先进的土地情景利用规划思路与土壤侵蚀与生产力测算模型APEX(AgriculturalPolicy/EnvironmentaleXtender),对于黄土高原区域综合治理典型面积为8.27km2的纸坊沟流域土地利用结构进行了模拟计算。结果表明,模型模拟计算的水土流失量与实际观测量的误差小于10%,5年加权平均的作物模拟产量与实测值的差异不显著。据此计算了55km2县南沟不同轮作方式、不同耕作措施等生产设计所产生的不同结果,并经由计算结果做出比较分析。     

农业生产活动对黄土高原丘陵沟壑区坡地土壤水分动态的影响

通过在坡度为20°耕地和荒草坡面对降水、土壤水密集观测,结合模拟降雨实验,从降雨入渗、蒸散发等过程分析讨论了影响黄土高原丘陵沟壑区坡地土壤水分动态的主要因素。结果表明:1)降雨入渗量△S主要受控于雨强和降雨量,坡耕地的入渗量随着雨强增加而衰减的速度快于荒坡,坡耕地有利于中等雨强大雨的下渗,雨强增大时两坡面的降雨转化率逐渐接近,且植被的再分配作用凸显,甚至使短历时暴雨时坡耕地的入渗速度低于荒坡,长历时的大、暴雨或连续降雨利于深层入渗,坡面耕作或在裸地上种植冰草后降雨转化率增约50%;2)7月～10月上旬为土壤水补给期,土壤水分在枯水年及平水年处于负平衡,在丰水年获得补给,最终以蒸散发消耗;3)荒地主要耗水层在20cm,耕地土壤水分活跃层及作物主要耗水层延伸至30cm。总体上,农作物增大蒸散发量、增加土壤水分利用深度,农业生产活动对减少降雨径流、增加土壤水资源量、强化水分小循环有重要作用。     

黄土丘陵沟壑区沟道造地土壤水分时空变异特征

基于Van Genuchten模型测定土壤水动力学参数,采用定点监测方法,在沟道中不同位置以及对照坡面进行土壤水分观测,分析了延安市典型治沟造地项目沟道造地土壤水分的时空变异特征,阐明治沟造地工程对沟道土壤水分的影响。结果表明：（1）土壤水力学参数在沟道土层深度为40 cm附近发生了显著改变,0~40 cm土层土壤容重1.12 ~1.25 g·cm^-3,导水率达到40 mm·min^-1以上,入渗能力强,同时饱和含水率较大,40 cm以下土层土壤容重在1.5 g·cm^-3左右,导水率在1.25~1.41 mm·min^-1之间,入渗速率明显减小;（2）沟道土壤水分显著大于对照坡面,其季节变化稍滞后于降水的季节变化,整个生长季在15.76%~21.91%间波动,高出对照坡面5%左右,垂直分布随土层深度的增加而增加,表层最低,为15.07%,160 cm土层最高,为22.84% ,深层土壤含水量优势更加显著;沟道土壤水分变异系数在0.131~0.234之间,相比较坡面,沟道表层以下土壤水分存在较强的空间异质性,100 cm以下土层变异系数在0.2左右,土壤水分变化活跃;（3）沟口土壤含水量显著高于沟头,土层深度40 cm以下的土壤含水量长期达到甚至超过田间持水量。通过治沟造地工程水分综合调控体系,沟道能够为作物生长提供水分充足的生境条件,提高水资源利用效率的同时改善农业生态环境。     

黄土丘陵区免耕条件下两种土壤酶活性变化

为了确定合理环保的耕作制度,2007～2008安塞田间定位试验黄土丘陵旱作农区大豆(Glycine max L)、玉米(Zea mays L)、红小豆(Semen Phaseoli)、马铃薯(Solanum tuberosum Linn.)在翻耕化肥(CF)、翻耕有机肥(CM)、翻耕无肥(CN)、免耕化肥(NF)、免耕有机肥(NM)、免耕无肥(NN)等水平下的农田土壤脲酶、蔗糖酶活性.结果表明:在作物花期,大豆、玉米土壤脲酶活性较高,蔗糖酶活性较低,而红小豆、马铃薯则与之相反,差异极显著.到作物收获后,玉米土壤脲酶、蔗糖酶活性增高,增幅在83%以上,而马铃薯、红小豆、大豆三种作物土壤脲酶活性降低,降幅在10%以上,蔗糖酶活性增强,增幅在40%以上.从花期到收获后,免耕降低了土壤脲酶活性,提高了土壤蔗糖酶活性,在黄土丘陵沟壑旱作农区两种土壤酶活性表现较优的作物为大豆、玉米,较优的处理为NM玉米、NF大豆,其田间环保效应为:作物生长期间两种酶活性比较高,收获后两种酶活性则降低,有利于提高作物生长期土壤肥效利用率,减少作物收获后温室气体的排放.     

平凉黄土高原沟壑区最高最低气温对气候变暖的响应

利用平凉黄土高原沟壑区7站1959-2008年平均最高、最低气温资料,采用线性倾向估计法和累积距平法,分析了最高、最低气温和日较差的长期变化趋势,对气候变化过程有了进一步的认识,用Mann-Kendall法对气候突变进行了检测。结果显示:平均最高、最低气温呈上升趋势,与全球和全国变暖趋势一致,气温日较差与全国减小趋势相反;气候的变化过程分三个阶段,20世纪70年代以前为气候偏冷期,80年代开始转暖,90年代明显变暖;最高、最低气温分别在1999年和1994年发生变暖突变。     

黄土高原坡地密植枣园土壤质地与肥力状况分析

采用田间取样与实验室分析相结合的方法,研究了黄土高原坡地密植枣园土壤质地与肥力状况.结果表明,坡地枣园土壤肥力低,氮、磷严重缺乏,钾相对丰富,土壤属于砂壤土,通气性强,保肥、保水性差.0～60 cm土壤有机质含量为1.687～5.002 mg/kg;全氮为0.072～0.316 g/kg;硝酸盐为2.325～16.846 g/kg;铵态氮为1.187～2.146 g/kg,速效磷为0.270～2.480 mg/kg,速效钾为51.9～169.1 mg/kg,并且含量均随剖面向下减少.颗粒组成大部分为粉砂粒,含量一般在65.75%～68.98%;随有机质含量升高,0.25～0. 05 mm微团聚体数量呈上升趋势,二者为正相关;＜0.05 mm微团聚体含量则逐渐下降,二者呈负相关.黄土高原坡地密植枣园土壤肥力总体水平很低.除了速效钾为中等级外,有机质、全氮、碱解氮、速效磷均为很低等级.     

Changes in soil properties and erodibility of gully heads induced by vegetation restoration on the Loess Plateau,China

Soil erosion on the Loess Plateau of China is effectively controlled due to the implementation of several ecological restoration projects that improve soil properties and reduce soil erodibility. However, few studies have examined the effects of vegetation restoration on soil properties and erodibility of gully head in the gully regions of the Loess Plateau. The objectives of this study were to quantify the effects of vegetation restoration on soil properties and erodibility in this region. Specifically, a control site in a slope cropland and 9 sites in 3 restored land-use types(5 sites in grassland, 3 in woodland and 1 in shrubland) in the Nanxiaohegou watershed of a typical gully region on the Loess Plateau were selected, and soil and root samples were collected to assess soil properties and root characteristics. Soil erodibility factor was calculated by the Erosion Productivity Impact Calculator method. Our results revealed that vegetation restoration increased soil sand content, soil saturated hydraulic conductivity, organic matter content and mean weight diameter of water-stable aggregate but decreased soil silt and clay contents and soil disintegration rate. A significant difference in soil erodibility was observed among different vegetation restoration patterns or land-use types. Compared with cropland, soil erodibility decreased in the restored lands by 3.99% to 21.43%. The restoration patterns of Cleistogenes caespitosa K. and Artemisia sacrorum L. in the grassland showed the lowest soil erodibility and can be considered as the optimal vegetation restoration pattern for improving soil anti-erodibility of the gully heads. Additionally, the negative linear change in soil erodibility for grassland with restoration time was faster than those of woodland and shrubland. Soil erodibility was significantly correlated with soil particle size distribution, soil disintegration rate, soil saturated hydraulic conductivity, water-stable aggregate stability, organic matter content and root characteristics(including root average diameter, root length density, root surface density and root biomass density), but it showed no association with soil bulk density and soil total porosity. These findings indicate that although vegetation destruction is a short-term process, returning the soil erodibility of cropland to the level of grassland, woodland and shrubland is a long-term process(8–50 years).