陕北水蚀风蚀交错区两种生物结皮对土壤饱和导水率的影响

该文以陕北水蚀风蚀交错区普遍发育的地表和地上两种生物结皮为研究对象，分别以3种非生物结皮（无结皮、物理结皮、去除生物结皮）为对照，使用盘式入渗仪测定其饱和导水率。结果表明：与无结皮土壤相比，两种类型生物结皮均可极显著降低土壤饱和导水率；与去除生物结皮土壤相比，两种类型生物结皮对土壤饱和导水率的降低均不显著；与有物理结皮发育的土壤相比，地表生物结皮对土壤饱和导水率的降低不显著，而地上生物结皮对土壤饱和导水率的降低显著。一方面，两种生物结皮对土壤饱和导水率均有明显降低作用，预示生物结皮在降雨活动中可能会增加径流、降低入渗，阻碍研究区水分亏缺条件下的植被恢复和生态与环境建设。另一方面，与不同的对照相比，生物结皮对土壤饱和导水率的影响截然不同，该结论可在一定程度上解释当前有关生物结皮影响土壤水分入渗方面所存在的分歧。     

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。     

水蚀风蚀交错区不同类型植被对土壤碳氮影响的研究

植被类型对土壤养分及其物质循环具有重要作用。通过典型采样与室内分析相结合,系统研究了水蚀风蚀交错区不同典型植被对200 cm土层内土壤全氮、有机质和C/N比值的影响,结果表明:(1)0-40 cm内土壤全氮和有机质含量随深度增加而逐渐下降,40 cm以下基本不随深度变化而变化。不同植被类型的土壤C/N比值基本不随深度变化而变化,其中裸地农田的200 cm剖面土壤C/N均值最高,剖面平均为9.5,其他植被类型基本相似为6.7~7.7。0-20 cm油松土壤C/N比值最高,为10.3,榆树最低,为5.99;(2)0-20 cm土层内沙蒿全氮含量最高,约为油松、榆树、黑豆农田的1.5倍。20-40 cm土层内,沙打旺最高,黑豆农田与农田裸地基本相似。总体而言,沙打旺和沙蒿200 cm剖面全氮含量均高于其他植被类型,油松和榆树土壤全氮含量最低;(3)0-20 cm内有机质含量沙蒿最高,榆树最低,20-40 cm层次内,沙蒿的有机质含量显著降低,最高者为农田裸地,沙打旺和黑豆农田次高,油松略高于沙蒿,榆树仍为最低。从整个0-200 cm土壤剖面看,裸地农田有机质含量最高,沙打旺次之。榆树在各层次有机质含量均低于其他植被...     

水蚀风蚀交错带土壤剖面水力学性质变异

土壤剖面水力学性质的确定是土壤水分动态预测的基础。该文在水蚀风蚀交错区六道沟流域分别对居于坡中和坡上两块样地160 cm土层不同深度未扰动土壤的水分特征曲线进行了测定，将Van Genuchtens水分特征曲线模式与Mualem导水模式相结合，确定了两样地土壤剖面的水力学参数，对水力学参数在剖面的变化进行了分析。结果表明，土壤剖面饱和含水率、滞留含水率、进气吸力倒数和孔隙大小分布因子沿剖面变化不大，滞留含水率、进气吸力倒数属于中等程度变异，饱和含水率和孔隙大小分布指标属于弱变异，但经方差检验均不显著，说明该地区160 cm土壤剖面可以处理成均质剖面。     

不同程度干扰下人工固沙植被区生物结皮对草本植物生长的影响

通过对沙坡头人工固沙植被区不同类型的生物结皮进行不同程度的人工干扰,对生长在结皮上的两种草本植物雾冰藜和小画眉草的繁衍和生长进行了研究。结果表明：与未受干扰的对照相比,轻度干扰下3种类型生物结皮上雾冰藜的密度、冠幅、高度、根系长度和生物量都有显著增加,重度干扰下3种类型结皮上的雾冰藜生长有所增加,密度则显著下降;轻度干扰下苔藓和藻类苔藓混生结皮上的小画眉草生长有所增加,密度基本未变,藻类结皮上小画眉草密度和生长都无显著变化。重度干扰下苔藓和藻类苔藓混生结皮上的小画眉草生长有所增加,密度和生长量下降。同时分析讨论了两种维管束植物在生物结皮受到干扰时不同表现的机理。     

植被去除对侵蚀环境土壤有机质和养分的影响

为探究侵蚀环境下植被对土壤性质的影响机制,在陕北黄土高原选择了3个小流域,在坡面和与之对应的沉积区布设2年的植被去除试验,分析了植被去除后侵蚀区和沉积区土壤有机质和养分的分布特征。结果表明:(1)土壤侵蚀—沉积作用显著影响土壤养分的分布,沉积区0—60 cm土层硝态氮、铵态氮、全磷和速效钾含量分别比侵蚀区高75.3%,25.1%,11.8%和27.0%。(2)植被对土壤有机质和养分的影响存在明显的地形差异。植被去除2年后,0—10 cm土层土壤有机质、铵态氮和速效钾含量在侵蚀区降低了1.75 g/kg,0.97 mg/kg,35.85 mg/kg,在沉积区降低了7.61 g/kg,1.47 mg/kg,90.74 mg/kg,硝态氮含量在侵蚀区增加了0.60 mg/kg,在沉积区降低了2.33 mg/kg。(3)植被去除后,沉积区土壤各指标间存在显著相关关系,而侵蚀区这种相互关系较弱。这些结果表明:植被去除对沉积区土壤有机质、速效钾的影响较大,对侵蚀区硝态氮、铵态氮的影响较大。研究结果加强了对侵蚀—沉积过程中土壤—植被相互作用的认识,为水土流失区土壤质量提升提供科学依据。     

毛乌素沙地生物结皮对水分入渗和再分配的影响

生物结皮的发育影响着干旱半干旱区小尺度土壤水文过程。对两种自然降雨条件下（降雨量为8.5 mm和14.8 mm）的3种放牧管理类型（持续放牧地、围栏5 a禁牧区、围栏15 a禁牧区）有、无生物结皮土壤的降雨入渗速率和再分配规律进行了测定。结果如下：（1）入渗速率禁牧5 a和禁牧15 a样地的有结皮土壤的入渗速率极显著低于无生物结皮土壤。持续放牧样地上,生物结皮发育很差,其对土壤的入渗速率无显著影响。（2）入渗深度自然降雨为8.5mm的次日在持续放牧区能入渗到15～20 cm,而在禁牧5 a和禁牧15 a围栏区仅能入渗到10～15 cm。自然降雨为14.8 mm的次日在持续放牧区能入渗到30～40 cm,在禁牧5 a和禁牧15 a围栏区能入渗到20～25 cm。在无雨条件下,禁牧15 a围栏区50 cm以下土壤水分状况较禁牧5 a和持续放牧区更差。测定结果表明：生物结皮的形成降低了水分的入渗速率和自然降雨的下渗深度,使下渗水分减少,渗透深度变浅,由此可见当地高频率（84.6%）的小降雨（〈10mm）事件只能对浅根系的草本有效,这将使得草本植物生长旺盛而深根系半灌木油蒿生长不良,逐渐衰退。     

生物结皮对土壤呼吸的影响作用初探

利用Li—6400P—09土壤呼吸测量系统,对科尔沁沙地沙漠化逆转过程中生物结皮的形成对土壤呼吸的影响进行了测定分析。结果表明:①生物结皮存在时的平均土壤呼吸速率(1.856μmolCO_2/m~2·s),极显著(P<0.01)低于无结皮时的速率(2.725μmolCO_2/m~2·s),说明沙漠化逆转过程中生物结皮的形成可以有效减弱土壤中的CO_2向大气的排放,即生物结皮有减缓温室效应的生态功能;②在湿润和较低温度条件下,生物结皮对土壤呼吸的抑制作用更为显著;③形成的生物结皮越厚,对土壤呼吸的抑制作用越强;④生物结皮中粒径<0.05 mm的粘粉粒含量越多,对土壤呼吸的抑制作用越明显。     

干旱胁迫对沙枣幼苗根茎叶生长及光合色素的影响

干旱半干旱地区水分是植被恢复和演替的限制性生态因子,沙土生物结皮能降低水分入渗,造成土壤水分浅层化和加剧土壤水分时空分异,因此有必要采取措施进行适度干扰,以促进生态恢复和重建。土壤蒸发是天然降水无效损失的一个重要途径,研究生物结皮对土壤蒸发的影响十分必要。以陕北水蚀风蚀交错区沙土生物结皮为研究对象,分析了移除生物结皮和沙埋2种干扰下生物结皮类土壤水分蒸发特性。结果表明,移除生物结皮并不能起到显著地抑制土壤蒸发的作用(p>0.05),而沙埋对土壤蒸发具有显著地抑制作用(p<0.01),且随沙埋厚度的增加,蒸发抑制率提高。20mm沙埋的抑制蒸发作用最大,蒸发抑制率达到了58.15%。5mm和10mm沙埋的蒸发抑制率则分别为25.20%和28.29%,二者之间的差异未达到显著水平(p>0.05)。可见,沙埋对于改善土壤水分状况具有极积意义,但应控制沙埋的厚度。     

黄土丘陵区不同降水量带生物结皮对土壤氮素的影响

黄土丘陵区生物结皮广泛发育,可通过固氮作用影响土壤氮素水平,但该区生物结皮对土壤氮素水平的影响鲜见报道.本文通过野外调查结合采样分析,研究了黄土丘陵区不同降水量带生物结皮组成、覆盖度差异及其对土壤氮素水平的影响.结果表明,1)黄土丘陵区不同降水量带生物结皮覆盖度无显著差异,但组成有差别;2)不同降水量带土壤氮素含量剖面分布具有明显的分层特征,生物结皮显著增加了结皮层土壤氮素含量,对下层土壤影响较小,结皮层下0-2 cm、2-5 cm、5-10 cm土层中氮素含量差异不显著;3)生物结皮层土壤全氮、碱解氮及微生物氮在不同降水量带差异不显著,而0-2 cm、2-5 cm、5-10 cm土壤全氮、碱解氮及土壤微生物氮含量在200～300 mm降水量带小于300～600 mm降水量带.研究结果揭示了黄土丘陵区生物结皮对土壤氮素的贡献,而不同降水量带生物结皮对土壤氮素的贡献差异不显著的原因有待于进一步研究.     

生物结皮土壤-水文-侵蚀效应研究进展

生物土壤结皮(简称生物结皮)是由隐花植物、微小生物和土壤表层颗粒胶结形成的一种特殊复合体,广泛分布于各类气候和生境条件。作为生态系统的重要组分,生物结皮在不同生物气候区土壤的生态过程、水文过程、生物过程、地球化学循环过程以及生态修复过程中发挥着重要作用。从生物结皮影响土壤物理、化学、生物学性质以及土壤水文与侵蚀过程等方面对其生态功能进行总结和概述,在此基础上,从研究区域和时空尺度、多过程耦合机制、生物结皮影响氮循环的过程及其对氮沉降的响应机制、生物结皮与维管植物空间分布及互动关系等方面,展望了该领域有待深化的问题及今后的发展方向,以期促进我国生物结皮相关研究工作,加深对生物结皮生态功能及地表过程的认识。     

踩踏干扰下生物结皮的水分入渗与水土保持效应

为改善生物结皮对土壤水分的负面影响,通过野外定位观测试验,从入渗、产流产沙两方面探讨了黄土高原水蚀风蚀交错区生物结皮在3种踩踏强度下的水土保持效应。结果表明:(1)相比裸土,未被踩踏的生物结皮对水分入渗、地表径流的表现形式并非单一的增加或降低,在雨季初期增渗减流,初期过后减渗增流;(2)不同踩踏强度对水分入渗、地表径流的影响存在明显差异。同裸地对照相比,轻度踩踏结皮增渗12%,减流23.2%,中度踩踏结皮减渗3.6%,减流5.3%,重度踩踏结皮减渗25.5%,增流21.3%;(3)不论是否被踩踏,生物结皮产生的泥沙量都显著低于裸土。同裸土产生的泥沙量相比,轻度踩踏减少56.3%,中度踩踏减少43.5%,重度踩踏减少37.9%,但中度、重度踩踏结皮改变了原先土壤侵蚀格局,增加了泥沙含量。综合考虑入渗和土壤侵蚀认为:轻度踩踏生物结皮可在不增加土壤侵蚀的前提下,促进入渗,减少径流,改善土壤水分状况。     

黄土丘陵沟壑区退耕地植被恢复中生物土壤结皮特征

以黄土丘陵沟壑区安塞县墩滩山的退耕地为研究对象,分析了退耕地植被自然恢复过程中生物土壤结皮的特点及其对土壤水分、土壤有机质和土壤侵蚀的影响。结果表明:(1)生物土壤结皮的盖度随着退耕年限的增长不断增大,结皮的厚度也渐渐增加,且稳定在0.1~0.3 cm之间;(2)有结皮样地0—40 cm土层的土壤含水量一般比对照样地的土壤含水量要低,有结皮样地和对照土壤含水量都随土层深度逐渐升高,但升高幅度逐渐变小;(3)有生物结皮的样地土壤表层0—10 cm有机质含量比对照样地有机质含量大;10—20 cm土层有生物结皮的样地比对照样地有机质含量也高,但是差异不如0—10 cm土层明显;(4)随着退耕年限的增长,土壤侵蚀量逐渐减少,与退耕初期相比,退耕10 a以上样地土壤侵蚀量可减少30%~80%。说明在退耕地植被恢复的过程中,生物结皮改善了土壤表层性质,增强了土壤抗侵蚀能力。     

喀斯特坡面生物结皮发育对土壤抗蚀性能的影响

西南喀斯特地区普遍发育的生物结皮,对土壤侵蚀有显著的抑制作用。以贵州喀斯特坡面不同退耕年限地块(0,3,5,8,11年)生物结皮为研究对象,对不同流量水平(0.2,0.3,0.4,0.5 L/s)和坡度(5°,12°,17°,23°)条件下生物结皮对土壤抗蚀性能的影响机制进行研究。结果表明：(1)生物结皮发育能够促进土壤颗粒胶结,增强土壤团聚体稳定性,改善土壤结构,提高土壤持水和透水能力。(2)生物结皮发育可增强土壤抗崩解和抗剪切能力,与去除结皮处理相比,结皮存在时的土壤抗崩解和抗剪切能力分别提高24.83%～46.62%和25.77%～37.73%。(3)发育年限内(3～11年)结皮层抗拉力变化范围为1.95～5.76 N,随着生物结皮发育年限增加,结皮层结构越趋稳定,其抵抗破坏的能力也越强。(4)生物结皮可明显提高土壤抗冲性能,且受流量和坡度的双重制约,流量和坡度都存在临界值,分别为0.4 L/s和17°,超过临界值后,其保护作用显著减弱。研究结果对于喀斯特地区准确估算土壤流失和生态恢复建设正确评价具有重要意义。     

不同植被对土壤侵蚀及铜元素流失的影响

通过野外天然降雨产流及人工模拟降雨试验,研究不同植被对坡面土壤侵蚀及土壤铜元素流失的影响及降雨过程中铜元素的流失规律。结果表明:(1)紫花苜蓿、绿豆、荒草3种植被覆盖小区的年径流量为5183.8,5 366.2,3 867.3 m~3/km~2,比裸地减少33%,30.8%和50.1%;侵蚀模数为379.18.482.3,15.78 t/km~2,比裸地减少34.7%,16.4%和97.2%;全年全铜流失量为12.9,25.5,0.46 kg/km~2,有效铜流失量为6.22,11.01,0.15 kg/ km~2,分别比裸地减少67.3%,35.3%,98.8%和54.6%,19.6%,98.9%;(2)在模拟降雨过程中,农地小区的产流产沙强度过程呈现波动上升趋势,产沙过程波动较产流过程剧烈。铜元素流失强度过程与产流产沙强度过程相似,但其峰值多于产流产沙过程,且最高峰出现时间不同。有效铜流失强度变化率略高于全铜。     

暴雨条件下典型红壤区生物结皮坡面水土流失过程研究

为探明暴雨条件下典型红壤区生态恢复工程实施后生物结皮覆盖对坡面水土流失过程的影响,通过模拟降雨和室内分析试验,探究不同结皮覆盖度(0,20%,40%,60%,80%)坡面的土壤物理属性、水动力学特征及产流产沙过程。结果表明:(1)生物结皮覆盖下的红壤坡面土壤黏结力平均增加13.26%,土壤容重与穿透阻力平均分别减小8.97%和61.51%,表明生物结皮可有效增强红壤区坡面土壤稳定性,提升土壤抗蚀能力;(2)相较对照坡面,其余盖度坡面均可有效改善水流流态,坡面径流剪切力介于0.08~0.12。水流功率和断面单位能量分别减小12.22%~78.89%,8.32%~53.15%,坡面阻力系数增大1.09~1.50倍;(3)各生物结皮盖度坡面减流、减沙效益分别介于12.50%~78.76%,17.03%~94.31%,其中高覆盖度(80%)坡面土壤侵蚀强度较小。研究结果为有效防治红壤区坡面水土流失工作提供理论依据和实践参考。     

黄土高原水蚀风蚀复合区人工植被土壤水分状况

采用烘干法及WP4水势仪对黄土高原水蚀风蚀复合区人工林下土壤重量含水量及水势进行测定,从土壤水分数量和能量两方面分析该区土壤水分时空分布和动态变化特征,并且通过实测数据对不同树种土壤水分特征曲线进行拟合,旨在为该区今后植被建设及生态用水提供理论参考。结果表明,各树种在0-300 cm土层土壤含水量随深度增加而逐渐降低,并趋于稳定。0-30 cm土层土壤含水量变化剧烈,30 cm以下土层土壤含水量逐渐降低,并趋于稳定在3.00%~5.00%。土壤水分受降雨量及其分配影响显著,观测期内土壤储水量盈余26.7 mm。土壤水势与土壤含水量变化规律一致,土壤水分特征曲线拟合结果较好。在丰水年,降雨只对浅层土壤水分起到补给作用,深层土壤水分亏缺严重,存在土壤干层。在特殊降水年份对该区土壤水分进行研究具有重要意义。