翻耙干扰下生物结皮对水分入渗及土壤侵蚀的影响

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,从水分入渗、产流产沙两方面探讨黄土高原水蚀风蚀交错区生物结皮在3种翻耙强度下的水土保持效应。结果表明:(1)相比裸土,生物结皮对入渗和径流的表现形式并非单一的增加或减少,在雨季初期增渗减流,随雨季推进入渗减少,径流增加;(2)翻耙生物结皮促进入渗,减少径流。同裸地对照相比,轻度翻耙结皮增渗15.0%,减流22.6%,中度翻耙结皮增渗36.6%,减流29.3%,重度翻耙结皮增渗14.4%,减流9.6%;(3)翻耙生物结皮对泥沙量有显著影响。与裸地相比,轻度翻耙结皮减少泥沙量54.8%,中度翻耙结皮减少泥沙量45.5%,重度翻耙结皮减少泥沙量10.4%。综合考虑入渗和土壤侵蚀认为,轻度、中度翻耙生物结皮可以在不明显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。     

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。     

黄土丘陵区不同盖度生物结皮土壤抗冲性研究

按藓类植物所占结皮面积比例为盖度划分标准,采用变坡度水槽研究了不同盖度生物结皮对土壤抗冲性及黏结力、有机质、容重等理化属性的影响,探索了生物结皮理化属性与抗冲性之间的关系。结果表明:结皮容重随结皮盖度的增加呈不断减小的变化趋势4,盖度(苔藓盖度>80%)平均结皮容重比1盖度(苔藓盖度<20%)减小了16%;土壤黏结力、有机质、>5 mm水稳性团聚体百分比均随着结皮盖度的增加而增大。生物结皮通过本身分泌的有机凝胶体和多聚糖等胶结物质及菌丝之间的缠绕、包裹等作用,不但改善了土壤本身的理化属性,而且增强了松散土粒与土粒之间的黏结作用;结皮土壤抗冲刷时间随着结皮盖度的增加而延长,土壤侵蚀率随着结皮盖度的增加而减少,证实了结皮的形成和发育减少或避免了土壤侵蚀的发生与发展;生物结皮提高土壤抗冲性的作用主要表现在生物结皮提高了土壤黏结力与团聚体含量上。     

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。     

不同植被下生物结皮的水分入渗与水土保持效应

通过野外定位观测试验,探讨了黄土区不同植被类型下生物结皮的土壤水分入渗和水土保持效应。分析结果表明:①单纯BSC降低入渗,减幅达8.3%,但入渗效应并非呈单一的增加或减少的表现形式。生物结皮与植被(长芒草和柠条)组合时,入渗增加作用进一步提高,但生物结皮的贡献率明显低于植被,长芒草、柠条下生物结皮的增渗幅度分别为8.5%,0.2%。②雨季初期BSC减少地表径流(减幅约50%),雨季后期径流反而增加。生物结皮同覆盖度较高的长芒草组合时,减流贡献很小,径流调控率15%,而与覆盖度较低的柠条组合时,减流作用明显,径流调控率达22.7%～43.0%。③BSC控蚀作用明显,全年减蚀量可达93.8%。植被类型对生物结皮的减蚀作用影响很大,长芒草植被下减蚀贡献率仅为3.1%,而柠条植被下减蚀贡献率高达37.6%。     

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.     

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。     

黄土丘陵区生物结皮对土壤抗蚀性的影响

以黄土丘陵区不同发育年限的生物结皮为研究对象,通过对保留生物结皮、去除生物结皮两种处理下土壤的崩解性、抗剪强度的比较,分析生物结皮对土壤抗蚀性的影响.结果表明:(1)生物结皮可以增强土壤抗崩解性能,随着发育年限的增加,崩解量减少,减少量从21.85％至43.46％递增.(2)生物结皮可以提高土壤抗剪强度,提高率为17.91％～23.45％,并与发育年限成正相关关系.(3)土壤崩解量与抗剪强度呈线性负相关,生物结皮对土粒间相互作用力的增强可以降低水分对土粒的分散作用,崩解量随抗剪强度的变化率较小.     

黄土丘陵区不同盖度生物结皮对坡面产流及SCS-CN模型CN值的影响

以黄土丘陵区典型退耕地不同盖度的生物结皮坡面为研究对象,通过野外人工模拟降雨试验,研究不同盖度生物结皮对坡面产流的影响,解析了生物结皮盖度与SCS-CN径流模型参数CN值的关系。结果表明:(1)在90 mm/h雨强条件下,初始产流时间随生物结皮盖度增加而降低,低盖度(0~20%)生物结皮坡面初始产流时间分别为中盖度(40%~60%)和高盖度(80%~100%)的1.64,2.46倍;(2)降雨前15 min,高盖度生物结皮较中、低盖度生物结皮促进产流,15 min后,高盖度生物结皮较中、低盖度生物结皮抑制产流,降雨45 min后各处理小区径流系数趋于稳定;(3)径流深随生物结皮盖度增加呈对数函数降低(y=-13.87ln x+73.515,R^2=0.7614);(4)生物结皮盖度(CBSC,%)与CN值呈极显著负相关关系,CN=-0.2672×CBSC+79.0166,R^2=0.6800,通过调整CN值可使SCS-CN模型适于生物结皮坡面的径流估算。研究结果揭示了生物结皮对SCS-CN径流模型参数CN值的影响,对建立考虑生物结皮的水文模型奠定了基础。     

黄土丘陵区退耕地生物结皮影响下的土壤腐殖质分异特征

本文对黄土丘陵区退耕地生物结皮影响下的土壤腐殖质分异特征进行了研究。结果表明,①该区生物结皮影响下的土壤腐殖质组分HA、FA和HM含量均有明显的分层特征,土层间均表现出:结皮层0～2cm土层2～5cm土层;不同年限生物结皮土壤腐殖质含量总体表现出:16年8年32年12年,表明退耕地生物结皮影响下的土壤腐殖质含量随时间变化呈非线性变化趋势;HA/FA平均值变化范围为0.34～0.70,低于1,该区生物结皮影响下的土壤腐殖质胡敏酸含量不高,腐殖酸以富啡酸为主;②结皮层土壤腐殖酸E4/E6值随时间变化总体上呈"抛物线"型变化趋势;而0～2cm和2～5cm土层土壤腐殖酸E4/E6值呈缓慢增长的趋势;③腐殖质组分与土壤养分因子的全N、NO3--N、NH4+-N和有效Zn之间存在极显著的线性相关关系(p0.01);④土壤腐殖质组分含量的变化与全N、NO3--N、NH4+-N和有效Zn含量间存在满足二项式的函数回归关系(p0.01),表明生物结皮对土壤C素与N素和有效Zn的影响密切相关。     

红壤丘陵区不同生态恢复模式的土壤生态效应

通过对研究样地土壤样品的采集和测试,对比分析了不同恢复模式土壤物理性质、土壤有效元素和微生物含量,对红壤丘陵区不同恢复模式的土壤生态效应进行了研究。结果表明,人工恢复地和封禁恢复地的土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度、土壤微生物总数量与对照裸地相比均有明显增加,人工恢复地土壤有效营养元素含量高于原始裸地和封禁地。人工恢复地的脐橙模式的土壤饱和持水量、有效水含量和土壤有机质含量最高,土壤微生物总数量次之。综合分析认为,脐橙模式对改良土壤的效果最佳,又具有较好的经济效益,值得推广;而封禁模式对改良土壤的效果较好,但缺乏经济效益。     

黄土丘陵区小流域土壤水分入渗特征研究

 为给森林对流域减流减沙效益的预测和评价提供科学依据,采用“环刀法”,在流域的横断面上设点,对黄土丘陵区森林小流域和荒坡草灌小流域土壤水分入渗特征进行了研究。结果表明:森林小流域林地土壤入渗速率显著高于荒坡草灌小流域。在2种小流域类型中,阴坡的土壤入渗速率一般高于阳坡,其中森林小流域阴、阳坡的差异较小,仅在坡上部表现明显,稳定入渗速率分别为7.8mm/min和7.0mm/min;荒坡草灌小流域阴坡的土壤入渗速率高于阳坡,这与阴坡植被发育较好有关。在坡位上,表现出从坡上部到坡下部,土壤入渗速率随坡位下移呈逐渐降低的趋势,即其空间特征为坡上部>坡中部>坡下部。据分析,这是上部产生的径流挟沙而下,在下部沉积,堵塞土壤孔隙,并在表层形成一个致密层的结果。根据黄土丘陵区的土壤特性,其土壤入渗过程以方正三方程拟合精度最高,如将其与A.Kostiakov方程结合使用 ,则可更好地说明土壤的初始入渗速率和稳定入渗速率。     

紫色土丘陵区土壤入渗及其测定方法研究

为了研究紫色土丘陵区林草地土壤入渗规律,并对比不同测定方法间的差异性,采用点源入渗法、双环法和环刀法对其入渗性能进行测定。结果表明:林地土壤入渗过程呈现的规律性比草地的好,且用点源入渗法和环刀法测定进入稳定阶段用时较双环法快1倍以上;采用4种入渗模型对土壤入渗过程拟合的效果表现为Horton模型(R~2=0.953)通用经验模型(R~2=0.941)Kostiakov模型(R~2=0.920)Philip模型(R~2=0.819),且草地的拟合效果比林地的好;林地的初渗速率、稳渗速率、平均入渗速率比草地的大,分别大了21.03%~116%,30.43%~102.56%,26.35%~112.73%;2种地类的初渗速率大小为点源入渗法双环法环刀法,稳渗速率表现为双环法环刀法点源入渗法,平均入渗率则为双环法点源入渗法环刀法;土壤入渗性能各项指标与其理化性质相关性差别较大。点源入渗法在紫色土丘陵区尚属新方法,在研究中应视情况而采用。     

湘南红壤丘陵区不同生态模式水土流失特征

基于2011年对湖南省祁阳县标准径流场进行的定位观测,研究8种不同生态模式自然降雨条件下地表径流及土壤侵蚀状况。结果表明:(1)研究区全年发生地表径流17次,发生月份为3-11月,其中有13次分布在5,6月和8-10月,地表径流与降雨分布特征总体一致。(2)不同生态模式年径流量平均为865.99m3/hm2,变幅为238.12～1 422.08m3/hm2,年土壤侵蚀量平均为25.163t/hm2,变幅为0.072～67.570t/hm2。不同生态模式间年地表径流量和土壤侵蚀量差异均达到极显著(p<0.01)。(3)各模式地表径流量表现出随着降雨量增加而增加的特点;大雨量降雨是导致土壤侵蚀产沙的主要因素。>50mm的大雨量降雨和高强度降雨对红壤坡地水土流失具有明显影响。降雨量对不同生态模式土壤含水量的影响随着时间的推移表现为"强,中,弱"的特点,各模式土壤含水量的动态变化趋势大致相同,与降雨量的动态变化具有良好的一致性。(4)在湘南坡地开发利用中,梯田油茶模式在油茶幼龄期间水土流失十分严重,在8种处理模式中仅次于撂荒地(对照)与顺坡作物模式;梯田油茶+稻草覆盖模式、梯田油茶+花生+植物篱模式及梯田油茶+豆科牧草模式水土保持效果明显。     

红壤丘陵区不同植被覆盖阈值小流域时空分布规律

植被覆盖度是反映土壤侵蚀状况的关键指标,实施植被恢复是防治小流域土壤侵蚀的重要措施,但小流域植被覆盖度到底恢复到多少才能有效控制土壤侵蚀尚不清楚。基于土壤侵蚀治理的小流域植被覆盖度阈值效应,对红壤丘陵区33 157个小流域2000—2015年植被覆盖度的时空变化进行了分析,评估不同植被覆盖阈值小流域时空分布规律与格局,以期精准制定小流域土壤侵蚀治理方式与对策。结果表明：(1) 2000—2015年,84%的小流域植被覆盖呈不断增加趋势,植被覆盖下降的小流域占15%,植被覆盖度基本不变的小流域仅有1%;(2)植被覆盖小于40%(低阈值带)的小流域占比小且相对稳定(3%～7%),说明大规模人工治理小流域土壤侵蚀的局面已扭转,但耕地依然是重点关注的对象;(3)植被覆盖位于40%～80%(过渡带)的小流域占比一直最高(超过83%),应采取以“自然恢复为主,人工修复为辅”的治理方式,重点关注土地利用结构和植被结构的优化配置;(4)植被覆盖大于80%(高阈值带)的小流域占比从2010年前的1%～2%上升到2015年的14%,可见具有自我修复植被覆盖条件的小流域显著增加,实施自然恢复(如封禁)是高阈...     

宁南黄土丘陵区典型水保工程措施对土壤入渗性能的影响

土壤入渗性能是降水向土壤水转化的关键环节.利用双环法对宁南黄土丘陵区实施的88542水平沟整地、鱼鳞坑整地和机修水平梯田3种典型水土保持工程措施后土壤的入渗性能进行了试验研究.结果表明,实施水保工程措施后,土壤的入渗性能得到了明显改善,对土壤入渗性能改善程度表现为88542水平沟＞鱼鳞坑＞水平梯田,三者的入渗模型以Philip入渗公式精度最高,Horton人渗经验公式精度相对 较低.土壤入渗性质的变化主要由于在实施不同水土保持措施后土壤容重和孔隙性发生了显著变化引起的.三种工程措施对土壤容重和孔隙度的改善程度和土壤入渗性能各项指标的变化高度一致.     

红壤积水入渗及土壤水分再分布规律室内模拟试验研究

利用室内模拟土柱试验研究了红壤积水入渗及土壤水分再分布规律。结果表明:入渗过程中湿润锋距离、累积入渗量与时间的平方根呈线性关系,湿润锋运移速率与时间呈乘幂关系,而入渗率与时间平方根的倒数呈线性关系;再分布过程中,在隔绝蒸发条件下,土壤含水量随土层深度的增加而下降,同一深度土层含水量则随时间推移而下降。无论在隔绝蒸发还是在自然蒸发条件下,短期内土壤水吸力有随土层深度的增加呈先下降后升高的趋势,而同一深度土层水吸力则随时间的推移而升高;土壤初始含水量对水分的入渗及再分布有较大影响,初始含水量较低时,水分入渗较快,而水分再分布则较慢。     

红壤丘陵区水土流失过程及综合治理技术

根据试验结果，分析了红壤丘陵区水土流失和养分损失的过程和动态变化以及在不同耕作轮作措施下的变异特征，提出了水土流失综合治理的技术措施。东南红壤丘陵区水土流失的面积约占土地总面积的21．5％。水土流失量的年际间差异非常大，达18－20倍，季节间的变化则主要受降雨分布、植被覆盖及人为活动的影响，保护性耕作可以明显减少水土流失和养分损失量。采用综合治理技术，创造合适的水分和养分条件，是快速恢复水土流失区的植被和土壤肥力的有效措施。     

红壤丘陵区水土流失过程及综合治理技术

根据试验结果 ,分析了红壤丘陵区水土流失和养分损失的过程和动态变化以及在不同耕作轮作措施下的变异特征 ,提出了水土流失区综合治理的技术措施。东南红壤丘陵区水土流失的面积约占土地总面积的 2 1.5 %。水土流失量的年际间差异非常大 ,达 18～ 2 0倍 ,季节间的变化则主要受降雨分布、植被覆盖及人为活动的影响 ,保护性耕作可以明显减少水土流失和养分损失量。采用综合治理技术 ,创造合适的水分和养分条件 ,是快速恢复水土流失区的植被和土壤肥力的有效措施。