Pedogenic carbonate recrystallization assessed by isotopic labeling: a comparison of 13C and 14C tracers

The C isotopic composition (δ¹³C) of pedogenic carbonates reflects the photosynthetic pathway of the predominant local vegetation because pedogenic (secondary) CaCO₃ is formed in isotopic equilibrium with soil CO₂ released by root and rhizomicrobial respiration. Numerous studies show the importance of pedogenic carbonates as a tool for reconstructing paleoecological conditions in arid and semiarid regions. The methodological resolution of these studies strongly depends on the time scale of pedogenic carbonate formation, which remains unknown. The initial formation rate can be assessed by ¹⁴C labeling of plants grown on loess and subsequent incorporation of ¹⁴C from rhizosphere CO₂ into newly formed carbonate by recrystallization of loess CaCO₃. We tested the feasibility of ¹⁴C and ¹³C tracers for estimating CaCO₃ recrystallization rates by simultaneous ¹⁴C and ¹³C labeling and comparison with literature data. ¹⁴C labeling was more efficient and precise in assessing recrystallization rates than ¹³C labeling. This is connected with higher sensitivity of ¹⁴C liquid scintillation counting when compared with δ¹³C measurement by IRMS. Further, assessment of very low amounts of incorporated tracer is more precise with low background signal (natural abundance), which is true for ¹⁴C, but is rather high for ¹³C. Together, we obtained better reproducibility, higher methodological precision, and better plausibility of recrystallization rates calculated based on ¹⁴C labeling. Periods for complete CaCO₃ recrystallization, extrapolated from rates based on ¹⁴C labeling, ranged from 130 (125–140) to 240 (225–255) y, while it was ≈ 600 (365–1600) y based on the ¹³C approach. In terms of magnitude, data from late‐Holocene soil profiles of known age provide better fit with modeled recrystallization periods based on the ¹⁴C approach.     

黄土区大型露天矿排土场水力侵蚀计算与防治

以黄土区安太堡露天矿未复垦排土场为对象,研究未复垦排土场平台水力侵蚀(沟蚀)状况,通过实地外业采样和内业数据处理,结合数据统计分析平台,计算出了研究区内的沟蚀量分布情况,并分析了平台汇水面、土壤容重、坡度与沟蚀模数的关系,估算研究区水力侵蚀造成的直接经济损失,提出排土场平台复垦和水土流失防治措施。结果表明:(1)研究区水力侵蚀严重,总体沟蚀模数相当于自然地貌土壤侵蚀模数的6.8倍,其中平台汇水面对沟蚀模数的影响巨大;(2)排土场平台表层土壤压实,40cm以内土层压实最为严重,深层土壤土质较疏松;(3)排土场平台坡度和坡长在一定程度上可以反映出土壤侵蚀的高低,在水土流失防治措施中应予考虑。在平台复垦和土壤侵蚀防治中应采用减少平台汇水面积、增大地表水入渗能力和提高植被覆盖度的措施为主,本研究成果可为排土场复垦和水土流失防治提供参考。     

半干旱黄土丘陵区不同植被类型的土壤水分特征及其稳定性

[目的]研究5种不同植被类型土壤水分动态特征,为区域内优化配植模式提供理论依据。[方法]以甘肃省定西市半干旱黄土丘陵区5种典型的植被类型为研究对象,使用土壤水分速测仪对2017,2018年0—200 cm土层土壤含水量进行观测,并对不同植被类型土壤水分特征及其稳定性进行分析。[结果]①不同植被类型土壤水分呈现出:山杏×侧柏混交林地(11.24%)退耕苜蓿草地(10.97%)自然荒地(10.66%)退耕林地(9.99%)柠条林地(9.55%)。②5种植被类型在0—200 cm土层依据有序聚类法可分为动态变化层(0—40 cm),利用层(40—100 cm)和弱利用层(100—200 cm)3个层次。在动态变化层(0—40 cm),土壤水分呈现出:自然荒地(14.23%)最高,柠条林地(11.04%)最低;在利用层(40—100 cm):退耕苜蓿草地(12.16%)最高,柠条林地(9.15%)最低;在弱利用层(100—200 cm):自然荒地(10.81%)最高,退耕林地(8.61%)最低。③不同植被类型土壤水分土层稳定性(变异系数)呈现出:退耕林地(19.9%)山杏×侧柏混交林地(21.3%)自然荒地(21.9%)退耕苜蓿草地(22.6%)柠条林地(23.6%)。④不同植被类型土壤水分时间稳定性(变异系数)呈现出:自然荒地(25%)退耕林地(25.2%)山杏×侧柏混交林地(26.5%)柠条林地(27.1%)退耕苜蓿草地(31.9%)。[结论]柠条林地土壤水分含量最低,在土层和时间上不稳定,山杏×侧柏混交林地较其他植被类型土壤水分含量更高,更具有稳定性。     

半干旱区柠条林利用土壤水分深度和耗水量

植物根系利用土壤水分深度和耗水量是研究植物与土壤水关系的基础.以柠条为对象,采用中子仪,对撂荒地和柠条林地土壤水分进行长期定位观测和分析.结果表明,2002年内,随着时间推移,柠条利用土壤水分深度从播种时的2 cm左右,迅速增加到9月1日的90 cm,10月15日的110 cm,11月1日的170 cm,到11月15日柠条利用土壤水分深度为220 cm;除丰水年(2年生)柠条土壤储水量增加了122.8mm外,随着林龄的增加和降雨量等的变化,植物利用土壤水分的深度和耗水量增加,土壤储水量下降.到2004年生长季末,3年生柠条林地100 cm土层出现土壤干层,5年生柠条林地剖面60-300 cm土层出现土壤干层.此时需要采取措施,控制柠条生长、密度和耗水量,实现土壤水资源的可持续利用.     

黄土丘陵区不同土地利用方式降雨产流试验研究

在延安燕沟试验区建立草地、刈割草地、翻耕草地、灌木地、刈割灌木地、翻耕灌木地径流小区,通过对30场人工模拟降雨产流试验中产流历时、径流强度、径流深、入渗率数据的分析,得出草灌地产流历时远大于翻耕地和刈割地。翻耕灌木地径流强度及波动幅度最大,为翻耕草地的1.5倍、草地的3.4倍、灌木地的15.7倍。在各次降雨过程中,草地平均径流深、入渗率分别为17.1 mm和75%,刈割草地为25.3 mm和62%,翻耕草地为38.4 mm和35.6%,灌木地为3.2 mm和97%,刈割灌木地为5.6 mm和92%,翻耕灌木地为46 mm和35%。研究结果表明,植被能有效地拦蓄径流,而对草灌地的破坏可引发黄土丘陵区严重的水土流失。     

FLUS-CSLE模型预测黄土高原典型流域不同土地利用变化情景土壤侵蚀

流域土壤侵蚀预测对于了解未来土壤侵蚀发展趋势,制定未来水土保持治理策略具有重要意义。为了提出一种适用于黄土高原地区的易于评估未来不同土地利用管理策略的土壤侵蚀预测方法,该研究基于地形、降雨、土壤、遥感影像数据,完成韭园沟流域2010-2020年的土地利用空间分布解译,并计算历史时期（2010-2020）的土壤侵蚀模数,基于未来土地利用模拟（Future Land Use Simulation,FLUS）模型完成流域2025年土地利用分布状况预测,以此为基础获得未来植被覆盖措施因子和耕作措施因子,结合CSLE模型预测2025年自然发展、经济增长、生态保护3种不同土地利用变化情景下土壤侵蚀状况。结果表明：1）韭园沟流域土地利用类型主要为草地（面积占比62.23%）和林地（28.41%）,其次是耕地、建筑物和水体,在2010-2020年期间土地利用空间分布格局经历了较大变化,林、草地面积增加8.36%,耕地面积减少30.3%。2）流域2010、2015、2020年这3 a间土壤侵蚀模数平均值分别为19.49、15.83、20.7 t/(hm2·a),整体呈现先降低后增加的趋势,不同土地利用类型的土壤侵蚀模数由大到小为耕地（40.56 t/(hm2·a)）、草地（18.79 t/(hm2·a)）、建设用地（10.25 t/(hm2·a)）、林地（8.02 t/(hm2·a)）。3）在积极的生态保护情景下,2025年林、草地面积较自然发展情景基本持平但林地面积比例有所增加,较经济增长情景林、草地面积增加5.06%,耕地面积较自然发展情景增加1.20%,较经济增长情景减少14.73%。4）2025年流域自然发展、经济增长、生态保护情景下土壤侵蚀模数分别为24.3、22.9、18.3 t/(hm2·a)。采取积极的生态保护情景发展模式,建设用地面积适度扩张可以兼顾生态保护和经济发展的需要。该研究为流域未来的土地利用规划以及水土保持治理提供参考。     

A Study on Water Exchange in Root Zone of ProtectiveForest Ecosystem in Loess Area

ＡＳｔｕｄｙｏｎＷａｔｅｒＥｘｃｈａｎｇｅｉｎＲｏｏｔＺｏｎｅｏｆＰｒｏｔｅｃｔｉｖｅＦｏｒｅｓｔＥｃｏｓｙｓｔｅｍｉｎＬｏｅｓｓＡｒｅａＹｕＸｉｎｘｉａｏＣｏｌｌｅｇｅｏｆＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｒａｔｉｏｎ，ＢｅｉｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔ...     

The Application of GIS in Small Watershed Classification in Loess Plateau

ＴｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＧＩｓｉｎＳｍａｌｌＷａｔｅｒｓｈｅｄＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎＬｏｅｓｓＰｌａｔｅａｕＺｈｕＪｉｎｚｈａｏ，ＷｕＢｉｎ，ＢｉＨｕａｘｉｎｇ，ＺｈｏｕＣｈａｎｇｑｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅｏｆＳｏｉｌａｎｄＷａｔｅｒＣ...     

黄土高原毛白杨人工老龄林生态系统碳密度研究

为评价黄土高原毛白杨人工林的碳汇能力,以45a生的老龄毛白杨林地为研究对象,通过对3块林地和2块临近荒地生态系统不同层次有机碳密度的调查得出,45a的毛白杨人工林生态系统有机碳密度为16.775kg.m-2,与荒地对比总有机碳密度增加了113.75%,平均每年增长2.53%,林地各层次有机碳密度大小依次为土壤层乔木层枯落物层草本层灌木层,分别占总有机碳密度的70.63%、27.11%、2.07%、0.14%和0.05%,表明土壤层与乔木层为林地生态系统有机碳的主要来源。说明在毛白杨人工林造林后期有显著的碳增汇效应。     

灌溉条件下铬在黄土层中迁移机制的研究

通过室内土柱淋滤试验,以灌水量和铬浓度为控制因子,研究铬在黄土层中垂向迁移规律及吸附特性,以便解决铬污染导致的土壤及地下水环境质量问题.试验共设5个灌水定额和5个铬浓度,采用完全组合设计,共25个处理.试验结果显示:(1)相同铬浓度条件下,铬含量与灌水量和土层含水量呈正相关;10 cm土层深度处,当铬浓度为25.0 mg·L-1、灌水量为318.5mm时,铬含量出现峰值98.7 mg·kg-1.(2)相同灌水量条件下,铬含量和吸附率都随铬浓度的增大而增大.表明铬在黄土中的迁移与土层深度、灌水量、土层含水量和铬浓度等因素密切相关.