冻融循环次数和土壤含水率对油松林土壤团聚体及有效态微量元素的影响

以王茂沟流域典型人工油松林土壤为对象,研究了不同冻融循环次数(0,3,9次)和不同土壤含水率(40%FC,60%FC,80%FC)条件下土壤团聚体组成和团聚体中4种有效态微量元素(Cu、Fe、Mn、Zn)的演变特征。结果表明:冻融循环次数增加显著增加了<0.25 mm粒径团聚体比例(P<0.01),降低了>2 mm粒径团聚体比例(P<0.01),从而导致团聚体平均重量直径(MWD)显著降低(P<0.01);土壤含水率增加显著降低了<0.25 mm粒径团聚体比例(P<0.01),增加了0.25~2,>2 mm粒径团聚体的比例,团聚体MWD值显著增加(P<0.01)。土壤含水率增加对土壤颗粒的团聚作用显著大于冻融循环作用对土壤团聚体的破坏作用。冻融循环作用降低了<0.25 mm粒径团聚体中有效态Cu和Fe的总量,增加了Mn和Zn的总量,同时增加了在>2 mm粒径团聚体中4种有效态元素的总量。土壤含水率增加降低了<0.25 mm粒径团聚体中4种有效态微量元素的总量,而在>2 mm粒径团聚体中其总量显著增加。土壤含水率升高能够抵消冻融循环次数增加对土壤团聚体的破坏作用,冻融循环作用和土壤含水率增加的协同作用提高了>2 mm粒径团聚体有效态微量元素的含量。     

退耕植被演替过程中土壤团聚体与胶结物质的协同响应

以陕西王茂沟流域为研究区,进行野外调查取样和测定,采用方差分析和相关性分析,研究了黄土丘陵区退耕植被演替过程中土壤团聚体稳定性与团聚体胶结物质间的协同响应关系。结果表明：退耕植被演替显著提高了>5 mm粒径团聚体的百分含量,降低了0.25~2 mm粒径团聚体的百分含量,显著增大了团聚体MWD。不同粒级团聚体SOC、EE-GRSP和T-GRSP含量均随植被演替呈现不同程度增加趋势,其稳定性的改善主要取决于>5 mm粒径团聚体SOC和5< mm各粒径团聚体T-GRSP含量的提高。黄土丘陵区退耕植被演替过程中,SOC和GRSP含量的提高协同改善了土壤团聚体稳定性。     

黄土区生态建设对流域不同水体转化影响

生态建设治理能够显著改变流域下垫面条件,研究黄土区生态建设治理对流域不同水体转化特征对深刻了解该区域生态建设恢复具有重要意义。该研究运用稳定同位素技术,通过野外采集生态建设治理对比流域不同水体水样样品,分析不同水体氢氧同位素特征,揭示不同季节生态建设治理对流域不同水体转化影响。结果显示:生态建设治理流域韭园沟降水同位素较生态建设未治理流域裴家峁降水同位素贫化。降水同位素变幅大于河水和井水同位素变幅,河水蒸发分馏作用强烈而井水较为稳定。河水、井水和水库水的补给来源主要是降水。生态建设流域雨季同位素值偏低而旱季同位素值偏高,分别与降水量和温度呈正比和反比关系。沿着主沟道流程,韭园沟流域和裴家峁流域河水同位素值呈逐渐富集趋势。旱季,韭园沟流域和裴家峁流域都表现为降水和井水补给河水,补给比例分别为24.66%、75.34%和83.81%、16.19%。雨季,韭园沟流域和裴家峁流域都表现为降水和河水补给井水,补给比例分别为14.75%、85.25%和48.06%、51.94%。表明生态建设显著改变了流域生态水文过程,旱季和雨季不同水体间的相互转化过程以及转化比例发生改变。该研究可为黄土高原生态建设对流域生态水文过程影响研究和生态环境建设保护提供科学依据。     

黄土丘陵区不同土地利用方式对土壤水分及地上生物量的影响

[目的]研究不同土地利用方式下的土壤水分状况及其与植被群落特征的关系,为黄土丘陵区的植被恢复和重建提供理论依据。[方法]采用野外调查的方法和数理统计分析方法开展研究。[结果]纸坊沟流域主要植被类型的地上干生物量为310.0~10 036.2g/m2,平均地上干生物量由大到小依次为:林地灌木地农田人工草地天然草地。地上鲜生物量与株高存在极显著的正相关关系(R2=0.967 4,p0.01)。不同土地利用方式0—100cm土层土壤含水量较高,且土壤水分变异较大;100cm以下土壤含水量相对稳定,坝地玉米和梯田玉米的极易效水量分别为221.73和221.99mm;柠条和刺槐的土壤含水量最低,土壤水分类型为难效水,分别为311.44和333.09mm;其他6种土地利用方式的土壤水分为中效易效水。[结论]黄土丘陵区人工林灌植被的种植导致深层土壤水分的大量消耗,不利于该区植被恢复和建设的可持续发展。     

污泥堆肥施用对土壤单位有机碳矿化及温度敏感性的影响

[目的]揭示污泥堆肥施用后土壤单位有机碳矿化及温度敏感性(Q₁₀)对于市政污泥资源化利用和土壤碳库稳定性的主控因素,并进而为市政污泥处理及土壤有机碳固持提供理论支撑。[方法]以黄土丘陵区退化草地土壤为研究对象,测定了不同污泥堆肥添加比例(0,2.0%,5.0%,10.0%,15.0%,20.0%)和培养温度(15℃,25℃和35℃)下土壤有机碳矿化速率,探讨了污泥堆肥添加对土壤有机碳矿化特征和Q₁₀的影响。[结果](1)与CK相比,不同污泥堆肥添加在培养初期土壤单位有机碳矿化速率显著增加(p<0.01),之后迅速下降直至趋于稳定;而施用污泥处理组的土壤单位累积矿化量是CK的1.6～4.2倍,在施用比例达到10.0%～20.0%时其有机碳矿化速率与累积矿化量均差异不显著。(2)运用一级动力学方程,拟合不同温度不同污泥添加土壤单位有机碳矿化动态均达到较好效果(R²>0.95),潜在矿化势(C₀)值在6.92～39.60 mg C/g差异显著(p<0.05),土壤有机碳矿化速率常数(k)...     

自然冻融条件下黄土丘陵区不同土地利用方式原状土的抗冲性

[目的]研究冻融对3种土地利用方式(坡耕地、草地和灌木地)土壤抗冲性的影响,旨在为黄土高原季节性冻融区植被恢复建设提供理论依据.[方法]基于一系列野外自然冻融、野外监测和原状土冲刷试验,以确定冻融对3种土地利用方式土壤抗冲性的影响.[结果]①相较于坡耕地,草地与灌木地的冻结程度更低,其中,灌木地冻结程度最低,抗冻性最好...     

黄土丘陵区小流域生态恢复对土壤有机碳和全氮的影响

生态恢复工程是防治黄土高原土壤侵蚀和恢复土壤肥力的重要措施,研究退耕还林还草和梯田等生态恢复措施对有机碳(SOC)、全氮(TN)的影响,对准确评估土壤固碳固氮能力和土壤碳氮循环具有重要意义。选取黄土丘陵区典型小流域5种不同生态恢复0—100cm土层为研究对象,探讨了生态恢复措施条件下,坡耕地转变为林地、草地、灌木地及梯田过程中,不同土层深度土壤SOC与TN的含量及其储量变化规律。结果表明:生态恢复措施、土壤深度对流域土壤SOC与TN有极显著的影响(P0.01)。林地与灌木地SOC与TN在土壤0—20cm土层出现富集,草地SOC与TN则在0—40cm土层出现富集,梯田的0—20cm土层SOC富集比较明显,而TN未出现富集现象。坡耕地SOC与TN未出现富集现象。坡耕地在经过不同的生态恢复措施后,土壤SOC与TN含量及储量均会有所增加。从SOC与TN之间的相关性看,林地、草地表现为极强,灌木表现为强,而坡耕地与梯田为中等。研究为提高黄土丘陵区土壤碳氮含量的评估提供科学依据,促进区域生态恢复合理规划。     

旱季雨季对黄土丘陵退耕区植被根系分布及水分利用的影响

黄土丘陵区属于季节性干旱的区域,研究退耕生态系统植被根系分布及其水分利用特征对植被恢复具有重要意义。该研究利用稳定同位素技术,采集黄土区5种典型退耕植被群落的根系、土壤样品,分析根系形态结构和稳定同位素特征,探讨根系在不同季节的吸水策略。结果显示:旱季茵陈蒿、铁杆蒿、白羊草、达乌里胡枝子群落和油松的根长密度(16.3、21.7、17.3、17.3、6.0 mm/cm3)分别是雨季(1.7、2.1、3.2、5.9、4.2 mm/cm3)的9.4、10.2、5.3、2.9、1.4倍,茵陈蒿、铁杆蒿、白羊草根系对土壤水分季节变化的响应较为敏感。茵陈蒿群落仅可利用0~10 cm土壤水,旱季铁杆蒿、白羊草群落主要利用30~40 cm土壤深度的水分,雨季吸水深度上移至0~20 cm。旱季达乌里胡枝子和油松主要利用60 cm以下的土壤水分,雨季则吸收20~40 cm土壤水分。表明退耕植被群落根系在不同季节的吸水策略不同,旱季吸收较深的土壤水而雨季则吸收近地表的土壤水,吸水深度范围的季节变化与土壤水和根系分布变化相一致。该研究为黄土丘陵区退耕植被对流域生态水文过程影响的研究提供科学依据。     

次降雨事件下雨养区典型小流域土壤水分运移规律

以黄土丘陵沟壑区典型小流域为研究对象,采用稳定同位素分析法,结合野外调查和室内试验,对绥德县王茂沟小流域次降雨事件后不同土地利用下包气带土壤水稳定氢同位素(δ2 H)变化规律进行剖析,为黄土丘陵沟壑区包气带土壤水分运移机理、模型参数确定以及生态保护与建设提供科学依据。结果表明:(1)草地、林地和农地土壤含水率的变化范围分别为6.74%~21.42%,6.74%~19.08%和7.86%~20.74%,土壤蓄水量的变化范围分别为265.6~384.0,275.1~368.7,289.5~334.6mm,土壤水δ2 H的变化范围分别为-113.41‰~-71.84‰,-115.10‰~-50.98‰和-112.28‰~-63.78‰。(2)草地、林地和农地土壤含水率变化趋势均存在时间节点。(3)不同土地利用下的包气带土壤水氢稳定同位素变化存在显著性差异,农地和草地较林地更有利于赋存土壤水分。(4)不同土地利用下土壤蓄水量峰值与蓄水能力呈负相关关系,峰值越大,相应的蓄水能力越低。(5)林地、草地和农地均存在优先流现象,草地和林地能显著延伸优先流发生路径,农地可能与地下水水质与补给密切相关。