乌兰布和沙区不同下垫面的土壤风蚀特征

【目的】研究荒漠生态系统典型植被群落对近地层风沙活动的影响,揭示荒漠生态系统中不同下垫面条件的土壤风蚀特征。【方法】在乌兰布和沙区东北缘荒漠-绿洲过渡带内,选取油蒿半固定沙丘(盖度约20%)、白刺半固定沙丘(盖度约30%)、油蒿固定沙丘(盖度约40%)、白刺固定沙丘(盖度约40%)、流动沙丘(CK)5种典型下垫面,运用风蚀钎和风沙流采集系统,实时监测5种下垫面的风蚀动态,定量分析不同下垫面条件下的土壤风蚀量、风蚀物的垂向分布及粒度组成的差异性。【结果】乌兰布和沙区不同下垫面同期土壤风蚀深度为:流动沙丘油蒿半固定沙丘白刺半固定沙丘油蒿固定沙丘白刺固定沙丘,当风速达到4.1 m·s~(-1)时,流动沙丘即可观察到沙粒蠕动,当风速达5.1 m·s~(-1)时积沙仪可收集到风蚀物。油蒿半固定沙丘、白刺半固定沙丘、油蒿固定沙丘、白刺固定沙丘的风速分别达到6.3,6.5,6.8,7.9 m·s~(-1)时方可发生风蚀;5种下垫面0~100 cm垂直断面上,67.6%~90.0%的风蚀输沙均分布于30 cm高度范围之内,挟沙气流中输沙率随高度增加呈幂函数规律递减,随风速增大呈幂函数规律递增,各高度层风蚀物粒度组成呈单峰态分布,峰值处在250~100μm之间,0~20 cm高度层峰值与其余各层的峰值范围差异明显且偏向粒径趋大的方向;自下而上,极细沙的粒度构成比例呈递增趋势,中沙的粒度构成比例呈递减趋势。【结论】随着植被盖度的增加,土壤风蚀程度显著减轻,流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘年风蚀深度依次降低。盖度为40%的油蒿、白刺群落,其地表风蚀深度仅为流动沙丘同期风蚀深度的1.73%~1.52%,0~100 cm高度范围内的输沙率仅为流动沙丘输沙率的6.6%~5.1%。在荒漠生态系统中,植物群落主要通过覆盖地表、提高下垫面的粗糙度和拦截沙粒的运动来缓解气流对地表的侵蚀作用。因此,在防沙治沙工程实施过程中,要充分考虑和利用植被防风抗蚀的生态效应。     

灌木林对地表风况及空气动力学参数影响的野外调查研究——以丰宁满族自治县小坝子乡为例

通过野外实地调查和定位观测,系统研究了灌木林盖度和高度对地表风况及空气动力学参数的影响。结果表明:风速轮廓线受灌木林覆盖度和高度的影响显著;风蚀率随灌木林覆盖度的减少呈指数增加,灌木林高度对土壤风蚀影响相对较小。空气动力学粗糙度及零风速平面位移高度均与灌木林覆盖度之间呈幂函数关系。灌木林高度对空气动力学粗糙度的影响不明显。     

荒漠草原不同植被覆盖下土壤粒度组成与速效养分特征

为探究不同植被覆盖度对土壤粒径分布和养分特征的影响,以不同植被覆盖度下的土壤为研究对象,对比分析了不同土层深度土壤速效磷、速效钾、碱解氮、有机质含量以及土壤机械组成及其各项指标之间的关系。结果显示:植被从低覆盖度到中覆盖度,土壤粘粒、粉粒含量分别增加50%、66.55%,差异显著(P0.05);3种植被盖度下土壤有机质含量均向表层聚集,中覆盖到高覆盖土壤有机质含量增加85.73%,速效磷、碱解氮和速效钾含量均增加;土壤养分与粒径存在一定的相关性,植被盖度与粉粒和有机质呈显著正相关,与速效钾呈极显著正相关,相关系数为0.628。土壤粉粒与有机质、碱解氮呈显著相关,与速效钾呈极显著正相关。植被覆盖度低、地表裸露的地区极粗砂含量增加,较细的沙粒含量降低,引起土壤肥力下降。     

黄麻纤维沙袋沙障对流动沙丘植被恢复的影响

黄麻纤维沙袋沙障能够有效控制地表风蚀,促进流动沙丘植被恢复,且其顶部可人工建植,易建成植物活沙障防护体系。为了解黄麻纤维沙袋沙障对流动沙丘植被恢复的影响,本研究对不同埋设深度、规格、设置位置的黄麻纤维沙袋沙障顶部及沙障带间植被生长情况进行了调查研究。结果表明:(1)黄麻纤维沙袋沙障设置1年后,沙障防护区内植物种类显著增加,植被盖度可达25.50%,是对照的5.89倍。(2)埋设处理有助于沙障顶部建植,全埋方式沙障顶部植物长势最好。(3)2 m带间距黄麻纤维沙袋沙障顶部植被盖度达到了25.55%,但是植物种类较少,而随着带间距的增加,植物的种类呈现增加的趋势。(4)建议将黄麻纤维沙袋沙障设置于流动沙丘迎风坡中部以下区域,并通过向沙障内部添加保水保肥材料,增加其他沙生植物种及全埋处理等方式,提高沙障顶部建植效率。     

秦王川灌区种植牧草抗风蚀及减少养分流失效应研究

为了探究种植牧草对秦王川灌区土壤风蚀和养分的影响,试验以种植春小麦和无芒雀麦地及裸地(CK)为研究对象,通过测定植被地表的盖度、高度、地上生物量以及地表湿度、粗糙度、土壤含水率和地表风蚀量,比较了不同处理对地表土壤细颗粒物和土壤养分流失的差异。结果表明:裸地风蚀量最大、达1.7 kg/m~2,小麦地次之,雀麦地最小、仅为0.8 kg/m~2;小麦和雀麦地土壤有机质分别比裸地提高近5.5%和7.3%,土壤有机质损失量大小顺序为裸地小麦地雀麦地;植被盖度、地表湿度、地表粗糙度和土壤含水率等指标的大小顺序均为:雀麦地小麦地裸地。在风蚀季节,秦王川灌区裸地的风蚀量和有机质流失量均为最大,种植雀麦可显著减少耕地土壤风蚀危害,减少土壤有机质流失。     

退化人工梭梭林的恢复技术研究

对退化人工梭梭林进行恢复试验研究发现:滴灌可使梭梭林地土壤含水率显著提高;梭梭光合作用增强;群落物种数增多,盖度增大;防风固沙作用增强.布设机械沙障可使退化梭梭林地表粗糙度增大,林内近地面层风速、输沙量显著下降.春灌3 a后,不仅退化梭梭个体恢复正常生长,同时梭梭林群落物种组成数明显增加,盖度显著增大,生态功能也逐渐恢复.雨水集流和雨水下渗改造两种模式应用1～2 a后,退化梭梭林地土壤含水率均有明显提高.滴灌、布设机械沙障、春灌和改造结皮4种技术措施对退化梭梭林生长及其环境均有明显的恢复作用,其中滴灌、机械沙障恢复技术是当前和今后推广的主要措施;春灌和改造结皮可作为前两种技术的补充措施.     

沂蒙山林区不同植物群落下土壤颗粒分形特征

运用土壤物理学和分形学原理与方法,研究了沂蒙山林区7种植物群落下的土壤颗粒组成与分形特征。结果表明:1)研究区土壤颗粒组成具有石质山地典型粗骨土的结构特征,各种植物群落的土壤中以粗砂粒含量最高,细砂粒含量次之,而石砾含量和粉黏粒含量较低;2)防护林群落具有显著地改善土壤颗粒组成和提高土壤颗粒分形维数的作用,其作用程度为针阔叶(赤松+麻栎)混交林依次高于阔叶林(刺槐纯林、麻栎纯林)和针叶林(赤松纯林);3)土壤颗粒分形维数与土壤中粉黏粒(粉粒及黏粒)含量呈极显著正相关,与细砂粒和粗砂粒含量呈显著的负相关,而与石砾含量的相关性不显著。研究成果可为沂蒙山区水土保持植被类型的合理选择与配置提供参考。     

秦王川灌区种植春小麦与披碱草对耕地风蚀的影响差异

为探寻防治秦王川灌区耕地风蚀危害的可行措施,以春小麦和披碱草及其下方土壤为研究对象,通过测定植物(或根茬)的盖度、高度和地表生物量及耕地地表的粗糙度、湿度、土壤含水量和细颗粒物损失量,比较了不同处理下耕地土壤受风蚀危害的差异。试验结果表明:种植披碱草的地表植被盖度、高度和地表生物量均显著大于种植小麦地(P0.05);而地表粗糙度、湿度和土壤含水量在各处理间的大小顺序均为:披碱草地小麦地裸地;在风蚀期间,耕地受到的风蚀均表现为:秋末冬初风蚀较大,冬季减弱,春季又明显加重的"U"形曲线模式,在此期间的3~5月份风蚀最严重,但秋末的风蚀危害也不容忽视;在风蚀最严重的春季,小麦地与裸地的地表细颗粒物损失量相近;而种植披碱草可显著降低耕地风蚀危害、降幅可达43%。     

人工绿洲近缘植被对风沙活动降减作用的研究

通过野外定位监测试验,对干旱荒漠区灌草植被防风固沙、阻沙效应、风蚀和风沙沉降影响进行了研究,结果表明:灌草植被能显著增加地表粗糙度,是其具有防蚀、阻沙功能的内在机理;随着植被盖度的增加,输沙量、风(积)蚀量、沙尘沉降量均大大下降,固定沙丘、半固定沙丘随植被盖度的增加其输沙量较新垦沙地输沙量分别下降93.6%和59.8%,绝对风蚀量最大月份,固定沙地、半固定沙地绝对风蚀量仅为新垦沙地的32.6%和73.4%;沙尘沉降量的分布表现出共同的规律性,降尘均集中在4—6三个月,4月份最大,为总降尘量的1/4~1/2强,在水平和垂直梯度上各月降尘量差异显著。     

沂蒙山林区不同植物群落下土壤颗粒分形与孔隙结构特征

为探索人为活动干扰下植物群落变化对土壤物理结构特征的影响,运用土壤分形学和水文学原理与方法研究沂蒙山林区7种植物群落下的土壤颗粒组成、分形维数、土壤孔隙度及其相关性。结果表明:在长期农业耕作等人为干扰下,玉米作物、板栗经济林和灌草丛群落下的土壤颗粒呈粗粒化特征,分形维数显著降低,土壤总孔隙度和毛管孔隙度下降,非毛管孔隙度增加,土壤物理结构呈现退化状态;而处于长期封禁保护下的森林群落,土壤颗粒分形维数较大,粉黏粒等细粒物质的含量较高,孔隙结构状况较好。研究区土壤颗粒组成具有石质山地典型的粗骨土结构特征,森林群落能显著增加土壤中粉黏粒等细粒物质的含量和对土壤空隙的填充能力,是其改善土壤物理结构的分形学机制。土壤颗粒分形维数与土壤粉黏粒含量、总孔隙度和毛管孔隙度之间存在明显的线性正相关,而与土壤砂粒含量和非毛管孔隙度具有线性负相关关系,它能较好表征植物群落变化对土壤颗粒组成和孔隙状况的影响,因而可作为评价土壤物理结构质量的一项综合性指标。     

我国现存梭梭荒漠植被地理分布及其斑块特征

根据2001年出版的《中国植被图集》,应用地理信息系统(GIS)ARC/INFO(NT版)和数字化仪,提取梭梭荒漠植被信息,绘制梭梭荒漠植被地理分布专题图,并以此为基础,对梭梭荒漠植被的群落类型、分布格局及其斑块特征进行分析;同时,结合近年来对梭梭荒漠植被结构的调查结果,对我国梭梭荒漠植被状况进行评价。结果表明:我国现存梭梭荒漠植被总面积约11.4万km2,其中,以新疆分布的面积最大,约占全国梭梭荒漠植被总面积的73.1%,其次是内蒙古,约占全国的14.1%,青海省和甘肃省的分布面积较小,分别占全国的7.9%和4.9%;不同梭梭荒漠群落类型的面积不尽相同,其中,梭梭柴砾漠的面积约占全国梭梭荒漠植被总面积的37.3%,梭梭柴沙漠约占全国的21.3%,白梭梭荒漠约占全国的23%,其他梭梭荒漠群落类型的总面积约占全国的19.4%。我国梭梭荒漠植被分布在107.6—77.3°E,47.4—36.1°N;垂直分布87~3174m;在梭梭荒漠植被分布区的东界和南界,主要分布的梭梭荒漠群落类型是梭梭柴砾漠,在西界和北界,主要分布的是梭梭柴沙漠。组成我国梭梭荒漠植被的斑块共180个,主要特征是:小斑块多,大斑块少,斑块之间的面积相差悬殊,多数斑块之间距离较远。虽然我国梭梭荒漠植被分布面积大,但群落盖度小,盖度小于30%的面积约占现存梭梭荒漠植被总面积的70%。     

北京平原地区不同土地利用类型对土壤颗粒组成及其分形特征的影响

选取农田、撂荒草地、人工乔木林、人工灌木林和次生林5种不同土地利用类型土壤颗粒为研究对象,采用Microtrac S3500激光粒度仪测定土壤样品粒径,利用土壤分形学理论和方法,分析不同土地利用类型对土壤颗粒组成及其分形特征的影响。结果表明,土壤粒径在不同土地利用方式下存在显著差异,其中撂荒草地以砂粒为主,农田、人工乔木林、人工灌木林和次生林以粉粒为主;次生林、人工乔木林黏粒体积分数最大,且显著大于其他土地利用类型,撂荒草地最小;次生林、人工乔木林、人工灌木林粉粒体积分数最大,且显著大于农田与撂荒草地;砂粒体积分数则与粉粒相反。土壤分形维数的大小依次为撂荒草地＜农田＜人工灌木林＜次生林＜人工乔木林;土壤分形维数与土壤黏粒含量、粉粒含量均呈显著正相关,与土壤砂粒含量呈显著负相关。     

六盘山围栏封育区人工补植中药材自然修复效果分析

2006—2009年,以宁夏隆德县六盘山补植中药材的围栏封育退耕还林地为研究对象,开展了以封禁、围栏、人工补植、人工抚育等多项技术措施有机结合的中药材人工补植技术研究;并对围栏封育区和对照区内主要中药材的盖度、密度、频度、高度以及地上生物量及植物物种多样性进行了调查和研究。结果表明,围栏封育下退耕还林地人工补植中药材可有效地增加植被覆盖度,保护生物多样性,促进生态环境修复,并且具有显著的经济、生态和社会效益,有较高的推广应用价值。     

间伐强度对杉木人工林林下植被和土壤性质的影响

【目的】从发展林下植被、改善群落结构的角度,探讨适合杉木人工林的间伐强度,为提高人工林的稳定性和维护地力、维持人工林的可持续经营提供依据。【方法】2013年对福建省将乐国有林场的杉木人工林采取3种强度间伐:弱度间伐(LT,10%～25%)、中度间伐(MT,25%～35%)和强度间伐(HT,40%～50%),并设置对照样地(CK,未间伐)。于2016年对样地内林木进行每木检尺,调查林下植被物种多样性、盖度、生物量和土壤理化性质。对测定数据进行单因素方差分析,用Tukey法多重比较进行两两差异显著性检验,并对林下植被与土壤理化性质进行Pearson相关分析。【结果】间伐3年后,未间伐、弱度和中度间伐的盖度分别为25.52%、52.81%和58.98%,林下植被均未能形成群落,强度间伐的盖度为100%,林下形成灌木蕨类群落;灌木层物种丰富度、多样性指数、盖度和生物量均随间伐强度增加而增加,均匀度指数随间伐强度的增加而降低;草本层物种丰富度、多样性指数、均匀度指数、盖度和生物量均随间伐强度增加而增加;间伐3年后,弱度、中度、强度间伐林比未间伐林的表层土(0～10 cm)有机质含量分别增加71.41%、39.31%和98.10%,全氮含量分别增加82.76%、51.27%和115.87%,碱解氮含量分别增加49.47%、25.59%和42.22%,有效磷含量分别增加138.29%、112.23%和174.29%,速效钾含量分别增加-16.25%、-24.25%和16.27%,对表层土pH值、全磷含量和土壤物理性质的影响均不显著;灌木的盖度和生物量与土壤的有机质、全氮、全磷和有效磷含量均显著(P<0.05)正相关,此外灌木的盖度还与速效钾含量显著(P<0.05)正相关,草本盖度与土壤理化性质相关性不强,草本生物量与土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮以及有效磷含量显著(P<0.05)正相关,林下植被的盖度和生物量均与土壤pH值和物理性质没有显著相关性。【结论】未间伐的杉木人工林林下植被的物种多样性、盖度和生物量均低,林下植被未能形成群落,缺乏稳定性;间伐能够促进林下植被的发育,增加林下植被生物多样性、盖度和生物量,林下植被能形成群落,可提高维护地力的能力,尤其是强度间伐;建议杉木人工幼龄林进行40%～50%强度的抚育间伐,将郁闭度调整到0.6～0.7较为合理。     

荆条灌丛下不同林木幼苗根周土壤颗粒分形特征

通过野外调查取样与室内分析相结合的方法,研究了太行山地区荆条灌丛下,不同林木幼苗根周土壤颗粒分形特征。结果表明,试验地土壤以粉砂壤土为主,土壤粘粒含量较少;荆条灌丛冠幅内林木幼苗根周土壤粘粒与粉粒体积百分比高于冠幅外,砂粒体积百分比则低于冠幅外。栓皮栎幼苗根周土壤分形维数值侧柏幼苗根周土壤分形维数值,荆条灌丛冠幅内外不同林木幼苗土壤的分形维数差异显著。土壤颗粒分形维数与砂粒(50~2 000μm)显著负相关,与粘粒(2μm)和粉粒(2~50μm)显著正相关,与土壤有机质、全氮含量为显著的线性正相关关系,与速效磷含量相关性不明显。     

立地类型对干旱沙区梭梭人工林群落特征的影响

结合2014—2017年阿拉善干旱沙区梭梭人工林群落野外调查和GIS技术,研究了立地类型对梭梭人工林群落特征的影响。结果表明:(1)梭梭人工林立地类型质量等级排序为半固定沙丘>流动沙丘>石质土缓丘陵>石质土低山>砾石质戈壁荒漠。(2)不同立地类型的梭梭人工林成活率和盖度存在显著差异,半固定沙丘显著高于石质低山和石质土缓丘陵,但保存率差异不显著;不同立地类型人工林的成活率、保存率和盖度变化与立地类型质量等级排序一致。(3)梭梭人工林建设增加了半固定沙丘和流动沙丘草本层的植物种数量,但是对石质土缓丘陵、石质土低山和砾石质戈壁荒漠的植物种数量无显著影响。     

不同排矸年限矸石山自然植被恢复规律研究

对不同排矸年限煤矸石山植被恢复状况、土壤理化性质进行了研究。结果表明:随着排干年限的增加,植被总盖度处于上升趋势,物种种类越来越丰富,并由草本群落逐渐演变为乔灌草植被共存;矸石山废弃地土壤含水量、密度、孔隙度等都较低,速N、速P含量较少,速K含量相对多些,植被数量、种类也较少,但随着排干年限的增加,其上的植被数量、种类逐渐增加;进一步研究还表明氮素是限制群落均匀度变化的显著因子。希望能为矿区下一步人工营造植被的实际操作提供理论依据。     

放牧与围封对阿拉善荒漠草地土壤有机碳和植被特征的影响

研究了阿拉善荒漠草地过度放牧和围封恢复对地上植被特征及土壤有机碳的影响。结果表明,草地盖度、高度和生物量均为围封6年>围封2年>自由放牧;0～10cm土层中有机碳含量也显示相同趋势,为围封6年(2 17gkg)>围封2年(1 79gkg)>自由放牧(1 72gkg),10～20cm土层土壤有机碳含量随恢复时间略有增加,但无显著差异(p>0 05)。在风蚀较严重的阿拉善荒漠草地,过度放牧对草地植被、土壤养分及其周围环境有极严重的负面影响,采取封育措施后,草地植被恢复、输入土壤的凋落物增加,植被盖度提高使土壤免遭风蚀,促进了土壤有机碳含量增加。     

浑善达克沙地固定沙丘活化风蚀坑治理技术

针对浑善达克沙地固定沙丘活化风蚀坑风沙危害特征,结合风蚀坑不同部位或立地条件,采取沙障+植物固沙技术、植苗造林和灌木直播、人工植被和天然植被恢复等"三结合"技术措施综合治理风蚀坑流动沙地。结果表明:采用带状或网格状PE纱网沙障、黄柳沙障、PLA沙障以及黄柳+PE纱网复合沙障,对风蚀积沙控制、植物种和植被盖度增加以及植被恢复具有良好效果。和未设置沙障相比,黄柳+PE纱网复合沙障减少风蚀效果最大,其次分别为纱网沙障、黄柳沙障、PLA沙障,且网格沙障好于带状沙障。黄柳+PE纱网复合沙障植被覆盖度由设置前的4. 67%平均增加到54. 61%,带状或网格黄柳沙障植被覆盖度分别增加到15. 88%或20. 09%,带状或网格纱网沙障植被覆盖度分别增加到15. 16%或26. 64%,带状或网格PLA沙障植被覆盖度分别增加到8. 1%或9. 62%。采用沙障+植物固沙技术,人工促进和天然植被恢复相结合能够在2～3年内控制风蚀坑风沙危害,重建固沙植被。     

民勤人工梭梭固沙林土壤长期演变

风沙区植被的固沙作用引起土壤演变,采取空间代替时间的方法,通过样方取样测定研究了民勤人工梭梭固沙林土壤演变过程。结果表明:在人工梭梭固沙林长期作用下,土壤长期演变主要发生10 cm的土层,其中土壤粒度组成为由粗到细的演变,5 cm的表层较5～10 cm的浅层演变更剧烈,且林龄50 a时演变加剧;土壤有机碳和全氮均呈持续增加趋势。土层深≥10 cm时,土壤有机碳变化与林龄无关;全氮则随林龄增加而先增后减,且林龄50 a时减幅加剧。