基于CT的青海湖流域芨芨草草地土壤大孔隙特征分析

为探究青海湖流域芨芨草草地的土壤大孔隙特征,以青海湖流域芨芨草草地为研究对象,在研究区芨芨草斑块处和芨芨草斑块间分别采集原状土柱,每块样地选取3个重复样品,通过对样品进行CT扫描并利用Fiji软件解译的方法分析土壤孔隙的结构特征差异。结果表明:芨芨草斑块土壤平均大孔隙数量、不同深度大孔隙数量、平均大孔隙度以及不同深度大孔隙度均大于芨芨草斑块间土壤。芨芨草斑块土壤大孔隙平均数量是芨芨草斑块之间的2.8倍,平均大孔隙度是芨芨草斑块间的12.1倍,芨芨草斑块的土壤大孔隙度随土壤深度增加呈先增加后减少的趋势,斑块间的大孔隙度呈递减趋势。     

青海湖流域高寒草甸壤中流水分来源研究

通过对青海湖流域高寒草甸壤中流水分来源进行研究,以期揭示青海湖流域高寒草甸系统壤中流的产流机制。收集了大气降水、土壤水和壤中流中δ~(18)O和δD及实测降水数据,对比分析了大气降水、土壤水和壤中流的氢氧同位素特征,并使用了二源线性混合模型对壤中流进行了产流来源计算。结果表明:青海湖高寒草甸分布区大气降水线(LMWL)的斜率和截距均高于全球大气降水线(GMWL),降水较多的月份δ~(18)O、d-excess值较低;壤中流的水分来源与地形及其土壤深度密切相关,具体表现为:(1)壤中流在坡下土壤上层(0—40cm)和下层(40—80cm)产流氢氧同位素值相对聚集,并具有较明显的蒸发富集特征,表明该部分壤中流多源于降雨前储存于土壤中的水分,雨前土壤水对于壤中流在坡下土壤上层(0—40cm)和下层(40—80cm)产流的平均贡献率为85.88%和83.48%;(2)坡中壤中流水分来源因土壤深度而异,雨前土壤水对壤中流在坡中土壤下层(40—80cm)产流的平均贡献率为57.59%,表明大气降水和雨前土壤水贡献相当;壤中流在坡中土壤上层(0—40cm)产流与当地大气降水的季节变动基本一致,雨前土壤水对该层壤中流产流的平均贡献率为39.90%,表明其主要受到大气降水的驱动,与坡中金露梅灌丛根系和土壤孔隙分布有关。同时,随着雨前含水量、降水量和降水特征的不同,雨前土壤水和大气降水对于壤中流的贡献特征也会发生变化。     

青海湖流域高寒草甸季节冻土土壤温湿变化特征

根据2018—2020年青海湖流域高寒草甸野外定点监测的温度、降水、土壤水热数据，分析了高寒草甸生态系统土壤冻融特征以及不同冻融阶段土壤温度、水分的日变化和季节动态过程。结果表明：(1)基于土壤温度变化特征分析，可将冻融循环过程划分为始冻期、完全冻结期、解冻期和完全融化期。各阶段持续的天数长短依次为：完全融化期>完全冻结期>解冻期>始冻期。从表层到深层土壤，完全融化天数持续增大，完全冻结天数趋于减小，0～180 cm土层完全融化期持续天数超过半年以上。(2)冻土表现出单向冻结、双向融化的规律，土壤融化速率(5.45 cm/d)快于土壤冻结速率(2 cm/d)。整个冻融过程，不同深度土壤水分的变化比温度的变化更复杂。(3)随着冻融循环过程，土壤温湿度呈现出周期性的季节变动特征。土壤温湿度日变化具有一致性，表层日较差大，随着深度的增加，日较差变小并趋于稳定。土壤剖面的结构特征对土壤水分异质性分布具有较强的解释性。     

基于CT研究冻融对高寒草甸土壤孔隙结构的影响

冻融是影响高寒地区土壤结构的重要物理因素,以青海湖流域高寒草甸作为研究对象,通过野外采集原状土柱、室内冻融循环模拟、CT扫描和图像解译等方法,研究冻融循环对高寒草甸冻胀丘和丘间地的土壤大孔隙结构特征的影响。结果表明,随着冻融循环次数的增加,高寒草甸冻胀丘和丘间地土壤大孔隙度均呈现“减小—增加—减小”的趋势,冻融循环对土壤大孔隙度的降低主要在第1次冻融循环内形成的,且大孔隙的平均等效直径、平均体积、平均分枝长度、分枝密度和节点密度的变化规律与大孔隙度变化规律基本一致;冻融循环对高寒草甸冻胀丘土壤大孔隙的影响明显大于丘间地,其土壤大孔隙度随土层深度变化存在2个峰值,受冻融循环的影响,峰值大小和位置有所变动,且30—80 mm土层深度的土壤孔隙结构较草毡层其他位置更为敏感。     

青海湖流域土壤大孔隙特征与理化性质的相关性研究

土壤大孔隙是土壤水分、空气和化学物质运移优先流的主要途径。本文以青海湖流域土壤为研究对象,在青海湖沙柳河流域取原状土柱,利用CT扫描与Fiji软件相结合的方法,实现了土壤大孔隙结构的三维可视化,以及断层横截面土壤大孔隙度、大孔隙数量和大孔隙等效直径等的量化;并探讨了样地土壤大孔隙特征与理化性质的相关性。结果表明:青海湖流域土壤大孔隙主要分布在土壤表层0~100 mm,100 mm以下大孔隙较少;土壤全磷含量分别与土壤大孔隙数量、大孔隙等效直径有显著相关性;土壤全氮、有机质含量分别与土壤大孔隙平均等效直径有显著相关性;土壤体积质量与大孔隙度、大孔隙平均等效直径等有显著相关性;土壤中0.002≤Ф0.02 mm的颗粒含量与大孔隙的分布特征相关性较大。     

草地退化对青海湖流域小蒿草草甸土壤碳密度的影响

以青海湖流域小嵩草草甸土壤为研究对象,对不同退化程度下小蒿草草甸土壤容重和有机碳含量进行了测定,并在此基础上确定了土壤有机碳密度。结果表明:随着小嵩草草甸退化程度的加剧,其土壤容重在剖面上表现为逐渐增大趋势,土壤有机碳含量从表面逐渐减小,特别是0—10 cm表层有机碳含量减少尤为明显,未退化的表层有机碳平均含量是严重退化的6.5倍。土壤有机碳密度变化与有机碳含量在4种不同退化植被土壤中表现一致;4种不同退化程度小嵩草草甸0—100 cm土壤有机碳密度分别为（10.74±3.03）,（12.41±4.15）,（8.04±6.24） kgC/m²和（4.56±0.70） kg/m²,即轻度退化 > 未退化 > 中度退化 > 重度退化,说明随退化程度的加剧,土壤有机碳密度呈现显著下降趋势,但轻度退化有助于碳积累。     

基于CT扫描的不同粒形滤料孔隙结构特征

滤层孔隙结构直接影响过滤过程中的颗粒沉积和运移效果。为了掌握砂石过滤器不同粒形滤料组成滤层的内部孔隙结构特征,该研究以粒径为1～1.18 mm的普通石英砂（QS1）、天然海砂（SS2）、改性玻璃（MG3）和玻璃微珠（GB4）4 种滤料为研究对象,采用CT 扫描技术对滤层孔隙模型进行了三维重构,利用VGStudio MAX、Image J等计算机图像处理软件,分析了 4 种滤层的孔隙率、孔径大小及孔隙形状参数,并结合分形理论确定了 4 种滤层孔隙结构的计盒分形维数。结果表明：4种滤层的表观孔隙率范围分别为39.7%～44.6%、38.5～42.3%、40.7%～45.6%、34.8%～38.7%,对应体积孔隙率分别为0.422、0.412、0.441、0.366;对应孔径范围分别为75～960、80～760、70～1 050、85～930 μm,圆度值区间分别为1.59～1.78、1.35～1.54、1.65～2.03、1.20～1.36,扁平度值区间分别为2.62～2.75、2.05～2.20、3.04～3.21、1.94～2.04,计盒维数均值分别为1.621、1.566、1.661、1.446。该研究定量表征了滤层孔隙结构特性,得出不同粒形滤料细观孔隙结构的差异：滤层表观孔隙率呈现“上高下低”分布规律,孔径分布规律表明滤层内均是小孔隙占多数,大孔隙占少数,且孔隙以狭长型为主。随着滤料棱角度增加,表观孔隙率分布越分散,体积孔隙率越大,大孔隙占比也相应增加,最大达到17.24%（MG3）,孔隙形状更加偏离球形,表征孔隙结构复杂性的计盒维数相应增加,且分形维数与孔隙率呈负相关关系。滤层孔隙结构研究可为后续研究滤层内颗粒沉积和运移规律奠定基础。     

不同坡位杉木林土壤碳储量研究

通过实地调查取样和室内实验测定,比较了上坡和下坡杉木的土壤碳库及其垂直分布差异,研究了坡位对杉木人工林固碳功能的影响。结果表明,杉木上坡和下坡的枯枝落叶层有机碳贮量分别为0.9和1.1t/hm2,坡下的枯枝落叶层有机碳贮量较坡上高出32%。坡上和坡下的土壤有机碳贮量分别为149.9和174.2t/hm2,且表层(0-40cm)碳贮量分别占整个碳贮量(0-100cm)的55%和56%。上坡和下坡的土壤有机碳含量和贮量随土层深度的加深而递减,各土层的有机碳含量和贮量均表现为下坡高于上坡。     

高寒草甸植被土壤腐殖质组成及性质的研究

不同草甸植被下土壤有机质含量变化在70.0～122.8gkg-1之间,同时,腐殖质特性亦存在较大差异。采用熊田法研究表明,可提取腐殖质中胡敏酸所占比率为47.99%～56.98%,游离胡敏酸(fHA)比率为51.67%～60.10%,游离富里酸(fFA)比率为80.01%～86.46%;此外,不同草甸植被下土壤腐殖质的相对色度(RF),E4也有明显差异。     

高寒草甸不同类型草地土壤养分与物种多样性——生产力关系

研究了高寒草甸不同类型草地土壤养分与多样性—生产力之间的关系,即物种多样性对生产力的效应如何受到资源供给率等因素的影响。结果表明:以莎草类为优势种的藏嵩草沼泽化草甸群落其总生物量(包括地上和地下生物量)最高(13,196.96±719.69gm-2)、小嵩草草甸和金露梅灌丛群落为中等水平(2,869.58±147.52gm-2、2,672.94±122.49gm-2)、矮嵩草草甸群落为最低(2,153.08±141.95gm-2)。在藏嵩草沼泽化草甸群落中,总生物量和物种丰富度呈显著负相关(P<0.05);地上生物量与土壤有机质、土壤含水量和群落盖度显著正相关(P<0.05);地下生物量和土壤含水量显著正相关(P<0.05)。在矮嵩草草甸、小嵩草草甸、金露梅灌丛群落中,地上生物量与土壤有机质和土壤总氮显著正相关(P<0.05)。以上结果说明生物量的分布与土壤营养和水分变化相一致。在矮嵩草草甸、小嵩草草甸和金露梅灌丛中,多样性有随土壤养分的增加而增加的趋势;在藏嵩草沼泽化草甸中,则呈现负相关的关系。     

青海湖流域草甸土光释光年代学研究

高山草甸土是青藏高原的主要土壤类型,其特征为土层薄、土壤发育微弱,但由于土壤具体的发育时代尚不明晰,限制了对草甸土成土过程和气候背景的理解。选取青海湖流域西南部的橡皮山顶草甸土两个剖面(XPSD1、XPSD2)和东南部的日月山垭口两个剖面(RYS1、RYS2)进行了光释光(Optically Stimulated Luminescence, OSL)年代学研究,系统分析草甸土中颗粒(38～63μm)石英单片再生法测年的可靠性,探讨了草甸土发育的气候背景。结果表明:(1)OSL测年方法可有效运用于高山草甸土的测年中,释光自检验表明该测年结果可靠。(2)四个剖面的年代结果显示,现存的草甸土主要是晚全新世(4～0 ka)形成的,可能是相对干冷气候下的产物,其成土发育过程以风尘加积为主。(3)橡皮山顶2号剖面底部的黄土母质年代为16.2±1.8 ka,与上部土壤呈假整合接触,存在约14 ka的沉积间断。     

青海湖流域芨芨草斑块对地表水分再分配过程的影响

[目的] 研究芨芨草斑块对降雨再分配和地表径流过程的影响,为揭示植被斑块的形成与水分调控机理提供依据。[方法] 以青海湖流域芨芨草斑块为例,通过对芨芨草斑块冠层降雨再分配和地表径流进行试验观测,计算水平方向芨芨草斑块水分补偿比例。[结果] ①芨芨草斑块穿透雨占降雨量比例为70.58%,穿透雨主要受降雨量、降雨强度和降雨历时的影响,芨芨草斑块冠层对降雨再分配过程的影响和多数干旱区灌木相似;②芨芨草斑块平均径流系数为0.45%±0.33%,明显低于基质区（2.08%±1.46%）,且随着降雨量增加而呈增大趋势;③芨芨草斑块水分补偿比例为1.13%±1.34%,且随着降雨量和降雨强度增加而增大,最高可达到4.94%。[结论] 在生态系统尺度,芨芨草斑块会受到来自基质区的径流补偿,这是斑块植被一种适应干旱的水分调控策略。     

不同坡位对红砂生理指标的影响

[目的]探索不同坡位对红砂生理指标的影响,为干旱半干旱区红砂的恢复与重建提供理论依据。[方法]以自然条件下生长的红砂为材料,采用野外试验、室内试验及数据分析相结合的方法研究不同坡位对红砂的生理指标的影响。[结果](1)红砂叶片叶绿素(a,b,c)含量均随着坡位的升高而降低。(2)不同坡位,脯氨酸和可溶性糖随坡位的升高有增大趋势,而可溶性蛋白随坡位的升高呈现先减少后增加的趋势。(3)随着坡位的升高,超氧化物歧化酶(SOD)活性呈现先增大后减小的变化趋势,而过氧化氢酶(CAT)活性则呈现的是先减小后增大的变化趋势,过氧化物酶(POD)活性和丙二醛(MDA)含量又呈现出逐渐减小的趋势。(4)随着坡位的升高,硝酸还原酶活性逐渐增加,而游离氨基酸的含量则随着坡位的升高逐渐降低。[结论]随着坡位的变化,红砂主要通过调节叶绿素含量,SOD,CAT和POD的变化来适应环境变化。     

黄河源高寒草甸高原鼠兔土丘的土壤风力侵蚀规律

为阐明高寒草甸退化区土壤风力侵蚀作用及土壤流失规律,以青海省河南县退化高寒草甸高原鼠兔土丘为研究对象,通过开展野外人工模拟风蚀试验,对不同风速下鼠丘土壤流失量及其养分流失规律进行分析和讨论。结果表明：（1）风蚀作用下土壤流失量均呈先快后慢的变化规律,风速从6.0 m/s逐步增加到12.0 m/s时,土壤流失量增长约6.3倍。（2）风蚀过程中鼠丘高度和直径随风蚀时间的变化较明显,其变化速率与土壤流失速率相对应,且风蚀促进土壤水分的蒸发速率,从而促进鼠丘的土壤可蚀量。（3）鼠丘土壤养分随风速和土壤流失量的增大而增大,即养分流失规律与土壤流失量的变化规律相同,其中土壤有机质、全钾、速效钾和碱解氮的流失量相对较大。研究结果表明风力侵蚀是加剧退化高寒草甸高原鼠兔爆发区土壤流失和养分贫瘠的重要因素之一。     

青藏高原高寒草原草甸土壤团聚体及养分因子变化特征

为探讨青藏高原高寒草原草甸的土壤团聚体稳定性及有机碳等养分因子的变化分布,在青海省三江源区高寒地带选取样点分层采集土壤样品,进行室内测定并分析2种植被下土壤团聚体和养分因子的变化特征。结果表明：研究区土壤>0.25 mm水稳性团聚体含量（WSA）、平均质量直径（MWD）与几何平均直径（GMD）均为草甸>草原,而分形维数（D）与结构体破坏率（PAD）为草原>草甸,即青藏高原高寒草甸土壤团聚体稳定性大于高寒草原。高寒草甸土壤稳定性及养分含量随土层深度增加显著降低（P<0.05）,草原土壤稳定性和养分含量随土层深度无显著变化趋势。高寒草原土壤稳定性与各养分含量随海拔升高而降低,高寒草甸土壤团聚体稳定性与养分随海拔升高先降低后增加。高寒草甸土壤团聚度与养分含量呈极显著相关（P<0.01）,高寒草原土壤团聚度与养分无显著相关;>4,4~2,2~1 mm粒级团聚体是影响研究区土壤养分含量的主导粒径,其稳定性程度主要受大团聚体作用。研究结果对于青藏高原土壤质量评价、生态环境保护具有重要科学意义。     

高寒沙地沙棘群落的土壤水分时空变异特征

[目的]研究高寒半干旱区沙棘群落内的土壤水分时空变异特征及其影响因素,为青海湖流域沙地生态系统恢复提供科学依据,为半干旱风沙区生态环境保护和建设提供理论指导。[方法]以青海湖东克土沙地不同年限栽植的人工沙棘(Hippophae rhamnoides)群落为研究对象,在2020和2021年生长季,对各沙棘群落进行植被调查和土壤取样。通过经典统计学方法,对沙棘在不同沙丘地貌部位的植被特征和土壤水分的时空变化特征进行综合分析。[结果](1)就植株株高来看,2008年栽植的沙棘(08SJ)植株高度最高,其次为1987年栽植的沙棘(87SJ),2015年栽植的沙棘(15SJ)株高最小。植被盖度表现为：87SJ>15SJ>08SJ;(2)土壤含水量表现为：87SJ>08SJ>15SJ,87SJ与15SJ均在迎风坡土壤含水量最高,而08SJ土壤含水量在背风坡达最大值;(3)土壤水分呈现明显的季节变化,各样地都表现为生长旺盛期土壤含水量最低而生长末期最高;(4)土壤水分随土层深度的增加整体表现为0—20 cm处土壤含水量最高,在60 cm深度以下变化逐渐趋于稳定。[结论]土壤水...