中国水土保持科学
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2023年 21卷 6期
刊出日期 2023-12-30
1
曹尤淞, 肖波, 江子昊
黄土高原生物结皮的风化成土效应
生物结皮是干旱和半干旱地区广泛发育的先锋类群,具有重要的风化成土效应和多种生态功能。为探明黄土高原初育土生物结皮的风化成土效应,以进一步认识其作为先锋类群的原始成土作用,以黄绵土和风沙土上发育约30 a的生物结皮为对象,研究结皮层土壤的常量元素地球化学特征,量化表征成土过程的不同风化发育指标,并分析诸指标的相关关系和解释程度。结果表明:1)生物结皮层土壤中K
2
O、Na
2
O、CaO和MgO质量分数显著低于无结皮土壤,而Al
2
O
3
和Fe
2
O
3
则相对富集;2)生物结皮层土壤的硅铝铁率、硅铝率、淋溶指数、风化淋溶系数和退碱系数相比无结皮土壤平均降低40.0%,而风化指数、残积系数、斜长石蚀变指数和铁镁质蚀变指数则平均为无结皮土壤的1.6倍,表明生物结皮层土壤的盐基淋溶作用更强,其原生矿物向次生黏土矿物蚀变演化的程度更高;3)风化趋势图显示,生物结皮促进土壤矿物风化,其化学蚀变指数平均为48.5,表明其处于初等化学风化向中等化学风化过渡的阶段;4)相关分析和因子分析表明,化学蚀变指数和斜长石蚀变指数可作为表征土壤风化发育的典型性和代表性指标。综上,生物结皮形成显著促进黄绵土和风沙土这2种初育土的风化成土过程,具有增强盐基淋溶作用,并能提升土壤风化强度和发育程度,对黄土高原脆弱生态区的土壤发育和生态恢复具有积极意义。
2023 Vol. 21 (6): 1-12 [
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13
郑健, 李永春, 王燕, 石聪, 鲍婷婷
土壤混掺生物炭对微咸水入渗特性及水盐分布特征的影响
土壤持水能力下降是引起水土流失的主要原因,也是导致土壤质量下降、生态环境恶化和限制农业可持续发展的主要威胁。将具有强吸附特性和土壤改良作用的生物炭与微咸水灌溉相结合,探求生物炭混掺对微咸水入渗特性及水盐分布特征的影响。进行离心机试验和室内一维垂直土柱试验,设置4个生物炭混掺量(0、1%、2%和4%)和4个微咸水矿化度(0、1、3和5 g/L),分析土壤水分特征曲线、累计入渗量、湿润锋运移距离和土壤水盐分布的变化规律。结果表明:1)微咸水和生物炭混掺可以提高土壤的持水能力,Van-Genuchten模型能够对不同处理的土壤水分特征曲线进行准确描述;2)微咸水和生物炭混掺均可提高土壤的入渗能力。无生物炭混掺时,矿化度为3 g/L的微咸水处理入渗历时最短。在微咸水入渗条件下,生物炭混掺量为2%处理入渗历时最短;3)随着微咸水矿化度和生物炭混掺量的增加,土壤平均质量含水率明显增加;当生物炭质量比例为2%时,土壤持水能力增强,土壤平均质量含水率为各处理最大;生物炭混掺量达到4%时,出现对土壤中盐离子的吸附现象。
2023 Vol. 21 (6): 13-22 [
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23
王琼, 范志平, 陈寒, 韩青, 李新仓, 李一凡
辽东冰缘地貌表层土壤团聚体活性有机碳分布特征
辽东山地冰缘地貌地质条件复杂,影响土壤稳定性和土壤碳汇功能。为揭示土壤碳库稳定性及其调控机理,选择不同海拔的4种典型植被,测定并分析土壤团聚体活性有机碳的变化特征及其相关的植被、物理、化学影响因素。结果表明:4种植被>0.25 mm粒径团聚体中活性有机碳质量分数呈现随海拔降低递减的趋势,即中山草地>天然林>人工林>岸边带;团聚体活性有机碳贡献率在中山草地、天然林和人工林中随团聚体粒径的减小而降低,且粒径>0.25 mm的团聚体贡献率较大;土壤团聚体活性有机碳与土壤总有机碳呈显著正相关,且在大团聚体中相关性更为显著;土壤团聚体有机碳、活性有机碳、非活性有机碳与植被盖度、凋落物生物量、根系生物量及氧化还原电位呈正相关,与土壤总氮量、密度、pH和含水率呈负相关。综上,辽东山地冰缘地貌植被特征、土壤物理和化学特征对土壤团聚体活性有机碳有重要影响。
2023 Vol. 21 (6): 23-31 [
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32
朱庆征, 冯志培, 冯二朋, 张广渊, 孔玉华
祁连山区不同海拔植被带土壤微生物磷脂脂肪酸分析
为揭示祁连山区植被—土壤—微生物生态系统的关系,以祁连山区不同海拔植被带(祁连圆柏林:2 830 m(E1)、2 860 m(E2)和2 890 m(E3);林草过渡带:2 900 m(E4);高山草甸:2 920 m(E5))0~40 cm土壤为研究对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)标记法结合土壤理化性质特征,解析不同海拔植被带土壤微生物群落结构的分布规律及其影响因子。结果表明:1)不同海拔植被带土壤中共检测出31种PLFA标记物,E3土壤中PLFA标记物种类(28种)和质量摩尔浓度(770.55±23.77) nmol/g均显著高于其他海拔(
P
<0.05),5个海拔植被带土壤中微生物PLFA标记物质量摩尔浓度较高的类型是15:0 iso、16:00、18:1 w7c、18:1 w9c和16:0 10-methyl;土壤微生物群落组成中细菌的比例最大,原生动物的比例最小;2)除原生动物,不同海拔植被带土壤微生物各类群PLFA质量摩尔浓度均呈E3>E2>E4>E5>E1的趋势。随土层深度增加,PLFA标记物质量摩尔浓度在E1、E2和E3中呈递减的趋势,而E4、E5呈增加的趋势;3)主成分分析结果表明,与土壤微生物PLFA群落结构相关的2个主成分的解释变异量分别为57.35%和35.73%,基本可区分不同海拔微生物群落特征。进一步将主成分得分系数与各微生物类群PLFA进行相关分析,31个微生物PLFA中有27个与主成分1显著相关,18个与主成分2显著相关(
P
<0.05)。冗余分析结果表明第1和第2排序轴的解释量分别为89.45%和5.04%;土壤微生物各类群与pH值,黏粒和粉粒体积分数呈负相关关系,与土壤含水率、砂粒体积分数、全碳质量分数、全氮质量分数和C/N呈正相关关系(
P
<0.05)。祁连山区土壤微生物群落多样性随海拔升高呈先升高后降低的单峰趋势,主要受土壤含水率、全碳和全氮含量等因子的影响。
2023 Vol. 21 (6): 32-42 [
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43
骆海燕, 吴卓, 甘梓莹, 陈嘉怡, 何珮婷, 陈振芳
珠三角城市群三生空间功能的耦合协调时空演变特征
探究三生空间功能的互动关系是实现城市群社会经济与生态环境协调发展的基础。利用变异系数法和熵权法构建三生空间功能评价指标体系,测算1999、2004、2009、2014和2019年珠三角城市群的耦合度及耦合协调度,并分析三生空间功能的时空演变特征。结果表明:1)珠三角城市群各市三生空间功能的相互作用越来越紧密,表现出从磨合阶段向高耦合阶段迈进的特点;2)各市三生空间功能的关系演变呈现整体协同发展的特征,总体耦合协调度等级从失调向协调转变,且南北走向的城市耦合协调度提升较为显著;3)两两耦合协调度差异明显,“生产—生活”功能的耦合协调状况较差,是珠三角城市群三生空间功能优化的重点方向。从三生空间视角开展城市群多功能相互关系研究有助于识别当前区域发展不平衡、不协调的问题,为珠三角水土保持功能的整体提升和国土空间生态修复提供参考。
2023 Vol. 21 (6): 43-52 [
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53
王佳妮, 王云琦, 李耀明, 魏商, 李成, 王玉杰, 戚海梅
基于信息量模型的滑坡灾害易发性评价——以重庆市为例
以滑坡灾害发育严重的重庆市为研究区,基于相关分析结果选取坡度、坡向、地层岩性、距构造距离、距水系距离、降雨量、土壤类型、土地利用类型、距道路距离、归一化植被指数(NDVI)10个指标构成易发区评价指标体系。以2000—2020年发生的8 756个历史滑坡灾害点为样本数据,在遥感和地理信息系统的支持下,采用信息量模型开展研究区滑坡易发性评价。结果表明:影响研究区滑坡发育的主要指标为水系、NDVI、坡度,其中信息量值排名前5位的分别为:距水系距离[200 m, 500 m)(0.809)、NDVI中的[8%,38%)(0.563)、坡度[13°,20°)(0.500)、距水系距离[0,200 m)(0.429)、距水系距离[500 m, 1 000 m)(0.428);极高易发区和高易发区分别占研究区面积的17.26%和31.82%,极高易发区的空间分布与水系分布高度吻合,信息量模型的评价精度为78.20%。研究结果可为重庆市滑坡灾害预测预报和做好防灾减灾工作提供技术参考。
2023 Vol. 21 (6): 53-62 [
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63
田芷源, 梁音, 赵院, 曹龙熹, 赵艳, 武逸杭
中国水蚀区土壤可蚀性因子更新方法与应用
土壤可蚀性因子
K
值是土壤侵蚀监测的必要因子,反映土壤在降雨侵蚀力作用下被分散和搬运的难易程度。然而现有全国
K
值图基于土种志数据,调查时间距今已有近40 a。基于2008—2018年的土系调查项目对全国
K
值进行更新。先收集4 327个样点的土壤机械组成及有机质数据,利用诺模图(Nomo)方程计算
K
因子,其中极细砂质量分数运用三次样条函数结合自然对数进行插值;当土壤有机质质量分数>12%,则使用校正后的EPIC公式计算
K
值。然后采用随机森林模型对样点
K
值进行训练,将环境因素作为预测变量,包括气候、地表温度、植被指数、地形和母岩类型,并利用遥感影像开展空间制图。更新结果显示:全国
K
值变化范围为0.005 1~0.074 5 t·hm
2
·h/(MJ·mm·hm
2
),平均值为0.029 8 t·hm
2
·h/(MJ·mm·hm
2
)。土壤可蚀性分布呈现出黄土高原与华北平原
K
值居高、南方与东北地区
K
值居中、青藏高原最低的宏观规律,这与各地区土壤类型有关。分布于西北地区的黄绵土和北方的潮土
K
值较大,南方红壤和东北暗棕壤的
K
值较小,青藏地区高山土的
K
值最小。以上方法进行实际应用时仍需根据径流小区实测资料进行校正。其结果可为水土流失调查与监测提供方法与数据支撑。
2023 Vol. 21 (6): 63-70 [
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71
周大淜, 罗扬, 葛华, 郭涵宇, 王棠昱
山区管道工程坡面径流防控设计及截排水体系
为系统研究山区管道工程坡面径流防控设计及措施体系,对公路、铁路、市政、水土保持及油气管道行业设计标准规范进行对标分析,选取南方湿润区8个典型管道作业带坡面开展水文计算和截排水体系探讨。研究表明:1)根据管道口径和防护对象确定防控标准,建议管道顺坡敷设设计降雨重现期取3~5 a,管道横坡敷设设计降雨重现期≥DN 800口径管道取20~30 a,≥DN 200~DN 800中小口径管道取15~20 a,口径
3/s,耐久性要求较低;4)北方干旱、半干旱地区可采用鱼鳞坑、水平沟等整地方式调控坡面径流。研究成果可为山区管道工程水工保护和水土保持设计、施工提供参考。
2023 Vol. 21 (6): 71-79 [
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80
范琳, 刘楠, 赵力, 姜子夏, 刘虎祥
荒漠类型自然保护区空间布局及区划
自然保护区体系是我国重要的生态安全屏障,荒漠类型自然保护区对于维护荒漠生态系统稳定性和保护生物多样性具有重要意义,对于西北干旱半干旱区水土保持与荒漠化防治具有现实意义。笔者以荒漠类型自然保护区为研究对象,基于GIS空间分析技术、数理统计方法,结合自然地理学、植被生态学分类原则,构建我国荒漠类型自然保护区本底数据40处,开展荒漠区域自然保护地理三级区划,分为5区17亚区58小区,识别荒漠区域保护空缺23个,提出荒漠类型自然保护区空间布局方案。结果表明:荒漠类型自然保护区数量由40处升至45处,面积由4 100万hm
2
增加到4 408万hm
2
;将填补或提升9个自然保护地理区的保护比例,对荒漠区域保护比例由9.14%提升至9.83%,优先保护的荒漠生态系统由9.89%提升至14.47%。优化布局后荒漠类型自然保护区将全面有效保护高寒、干旱脆弱荒漠生态系统和国家重点保护野生动物,可为我国建设以国家公园为主体的荒漠类型自然保护区提供有效借鉴。
2023 Vol. 21 (6): 80-92 [
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93
侯力蓉, 张鸾, 李素清
中条山铜尾矿坝自然定居草本植物群落特征
为筛选适合铜尾矿生态修复的植物种类,采用TWINSPAN等级分类、DCA排序、M. Godron稳定性、物种多样性指数等方法,对山西中条山铜矿区十八河尾矿坝自然定居草本植物群落特征进行研究。结果显示:1)研究区自然定居草本植物群落中54个样方共记录43种,隶属15科37属;2)TWINSPAN等级分类将研究区自然定居草本植物群落54个样方划分为10个群丛,用Ⅰ~Ⅹ表示。位于尾矿坝最高处的群丛Ⅹ恢复年限最短,位于尾矿坝底部的群丛Ⅰ、Ⅱ恢复年限最长;3)10个群丛群落稳定性排序为:Ⅳ>Ⅷ>Ⅶ>Ⅴ>Ⅰ>Ⅲ>Ⅵ>Ⅹ>Ⅸ>Ⅱ,均处于较不稳定状态;4)DCA排序第1轴反映恢复年限和尾矿坝海拔的变化,DCA第2轴反映植物生态类型的变化;5)恢复年限是影响中条山铜矿区尾矿坝自然定居草本植物群落组成的主要限制因子;6)单因素方差分析显示,10个群丛的物种丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数有显著差异(
P
<0.05)。优势种狼尾草和白羊草可用于未来该尾矿坝生态修复中。
2023 Vol. 21 (6): 93-101 [
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102
贺丽, 严俊霞, 段兰兰, 刘菊, 王琰
山西高原主要林型生物量异速生长模型
基于山西省10个生态站3种森林类型(落叶阔叶林(DBF)、温性针叶林(TCF)、寒温性针叶林(CCF))9个树种共97株解析木数据,采用收获法测定各树种的组分(树干、树根、树冠)生物量,利用解析木的胸径(
D
)和树高(
H
)及其组合构建各林型不同部位的生物量异速生长模型,分析不同树种的生物量分配并比较不同模型的准确性。结果表明:1)9个树种的树干、树冠和树根平均生物量占各自总生物量的比例分别为47.22%、25.59%和27.18%;除樟子松外,其他树种的树干生物量占总生物量比例均最大;9个树种根冠比在0.12~0.88之间,侧柏最大,樟子松最小。2)在树干生物量模型中,以
D
和
H
为共同变量建立的方程拟合效果较好,其中以
D
2
×
H
作为自变量的3种林型(DBF、TCF和CCF)模型的决定系数
R
2
分别为0.82、0.97和0.96;以
D
+
H
作为自变量模型的决定系数
R
2
分别为0.84、0.97和0.98;树冠和树根生物量模型与树干模型的拟合结果相似,以
D
和
H
作为自变量建立的模型同样可以很好地预测树冠和树干的生物量,3种林型生物量回归方程的
R
2
值树冠分别为0.67、0.75和0.88,树根为0.61(DBF)和0.70(CF)。3)本研究建立的模型预测的生物量预测偏差显著低于中国森林模型的预测结果。总之,以
D
和
H
作为自变量建立的异速生长方程更能准确估算研究区不同森林类型的生物量。
2023 Vol. 21 (6): 102-110 [
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111
马磊, 李成, 司洪涛, 李满意, 王琛, 毛铮, 王科
矿山公园植被恢复动态监测及影响因素——以渝北铜锣山为例
重庆市渝北铜锣山—铜锣峡片区矿山生态修复工程实施对该区域植被恢复和水土流失改善具有重要的作用。在该区域开展植被恢复动态监测及影响因素分析,对矿山生态修复效益评价意义重大。应用铜锣山矿山公园2016—2020年的GF-2卫星遥感影像、研究区生态修复资料,采用象元二分模型提取该区域植被覆盖度,利用一元线性回归法分析植被覆盖度恢复趋势及空间分布特征,探究生态修复工程对不同区域植被恢复状况的影响。结果表明:1)2016—2020年铜锣山矿山公园植被覆盖度呈增加走势,空间上由研究区西北、东南向中间呈递减的趋势;2)铜锣山矿山公园植被状况明显改善,改善的面积为19.708 km
2
,比例为78.78%,退化的面积为3.047 km
2
,比例为12.18%,表明研究区生态状况得到良好恢复;3)2016—2020年期间,研究区裸地面积变化最大,减少0.424 km
2
。其次是林地面积,增加0.321 km
2
。住宅用地增加0.102 km
2
;4)在矿山开采修复区植被恢复较快,植被覆盖度增长率为0.025,高植被覆盖度面积占区域总面积比例由2016年7.14%增加至2020年的26.78%。植被恢复工程对铜锣山矿山公园植被覆盖度产生正向影响,矿山开采修复区尤为突出,矿山生态修复对植被恢复和防治水土流失有明显的促进作用。
2023 Vol. 21 (6): 111-120 [
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121
朱君琳, 侯瑞萍, 王云琦, 王玉杰, 杨凤, 张育萱, 郑永林, 司洪涛
重庆缙云山植物幼苗根系及土壤对酸雨的响应机制
为研究酸雨对植物根系和土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量、生态化学计量比特征及根系形态影响,以重庆乡土树种马尾松(
Pinus massoniana
)、杉木(
Cunninghamia lanceolata
)、香樟(
Cinnamomum camphora
)、毛竹(
Phyllostachys edulis
)为研究对象,于2021年5月进行酸雨模拟试验,设置4个不同处理水平,即CK(pH7.0蒸馏水)、pH4.5、pH3.5和pH2.5;模拟酸雨环境4个月后对植物根系形态及土壤和根系C、N、P含量进行测定。结果表明:1)在pH3.5条件下,杉木和香樟根系全氮含量受到显著抑制(
P
<0.05),与对照组相比,分别降低18.86%、35.66%,在pH4.5条件下马尾松土壤有机碳储量升高而毛竹土壤全氮产生流失;2)酸雨对各植物-土壤C∶N∶P影响不同,杉木、香樟根系C∶N在pH3.5条件下显著上升至50.26、61.33;在酸雨处理下,根系氮和磷变化趋势一致,马尾松、杉木、毛竹受到氮元素限制;3)不同植物根系在酸雨影响下表现不同,酸雨促进马尾松和杉木根系生长,抑制香樟和毛竹根系生长;4)根系形态与根系C∶N和根系全碳含量显著正相关,而与根系N∶P显著负相关。短期酸雨尚未破坏各植物-土壤整体平衡,杉木土壤缓冲能力强于马尾松、香樟、毛竹土壤,且根系对酸雨响应更加积极。
2023 Vol. 21 (6): 121-130 [
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131
韩磊, 赵子林, 杨梅丽, 刘钊, 赵永华
黄土高原沟沿线研究进展与展望
沟沿线是黄土地貌正负地形类型划分和形态刻画的重要分界线,蕴含丰富的地貌形态信息,也是衡量沟谷侵蚀及地貌发育演化的重要基础。在前人对黄土地貌与数字地形分析的研究基础上,对沟沿线的概念模型、特征自动提取及其应用等相关研究进行回顾总结与评述,系统归纳当前沟沿线的研究成果与科学理论进展,对当前沟沿线研究现状进行深入思考并对其发展趋势做出展望。沟沿线的研究逐步成熟,目前常用的提取方法有4种:影像手绘法、基于地貌形态学法、基于图像分割法和基于点云数据法,但适用范围不广且提取精度有所差异;基于沟沿线的应用研究较为单一,大范围应用较少。沟沿线是黄土地貌的一条特殊线,将黄土地貌划分为典型二元结构,是深入了解黄土地貌、构建水土流失模型的关键。未来沟沿线的研究将重点从高精度沟沿线自动提取、沟沿线提取算法全局高效及局部保真、沟沿线与黄土高原沟壑之间的耦合关系等方面展开。
2023 Vol. 21 (6): 131-143 [
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144
张登晓, 介红彬, 张文静, 高雅, 饶伟, 李栋浩, 王代长
生物质炭对土壤保水性和作物抗干旱能力的影响研究进展
随着全球气候变化的加剧,干旱胁迫已成为影响农业生产的主要限制因素之一。在农业生产中合理施用生物质炭具有改善土壤质量、提高土壤保水保肥能力和增加作物产量的作用。从生物质炭对作物抗干旱胁迫的应用效果和作用机制,以及生物质炭对土壤保水性的影响角度,探讨干旱胁迫下施用生物质炭保障作物生产的应用潜力。结果表明:生物质炭自身的高孔隙度和丰富的含氧官能团使其具有较好的持水性,而且施入土壤中能够改善土壤孔隙结构,提高土壤保水性能。生物质炭的施入能够促进作物根系伸长,增加根系分泌物的产生,并且通过调控作物渗透压和抗氧化物酶活性等机制,提高作物抗旱能力。由于生物质炭性质和土壤条件的变异性,生物质炭对土壤持水性和作物抗旱性的影响仍具有不确定性。因此,亟需系统性研究生物质炭对土壤持水性和作物抗干旱胁迫的影响机制,明确其关键因子和持续效应,从而为应用生物质炭促进农业的可持续发展提供理论和实践依据。
2023 Vol. 21 (6): 144-150 [
摘要
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