中国水土保持科学
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中国水土保持科学
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2011年 9卷 5期
刊出日期 2011-10-31
1
谭贞学, 王占礼, 刘俊娥, 袁殷, 陈浩, 王莎, 申楠, 焦念
黄土坡面细沟径流输沙对水动力学参数的响应
细沟径流输沙是细沟侵蚀产沙的重要过程,阐明细沟径流输沙与水动力学参数之间的关系可以有效地揭示细沟径流输沙的动力学机制,并为建立细沟侵蚀过程物理模型奠定基础。采用具有定流量人工放水的组合小区模拟降雨试验,研究黄土坡面细沟径流输沙对水动力学参数的响应关系。结果表明:1)一次降雨径流产生的细沟输沙模数对水动力学参数平均值响应关系大小顺序为平均水流断面单位能量(
R
=0.99)>平均水流功率(
R
=0.88)>平均水流切应力(
R
=0.82)>平均单位水流功率(
R
=0.76);2)降雨径流过程中,细沟输沙率对水动力学参数瞬时值响应关系为水流切应力(
R
=0.88)>水流功率(
R
=0.47),水流断面单位能量和单位水流功率的相关性较差,细沟输沙率对水流切应力的响应关系呈幂函数方程关系。
2011 Vol. 9 (5): 1-6 [
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7
王念忠, 沈波
东北黑土区侵蚀沟发展状况及其对粮食安全的影响
通过对东北黑土区典型流域1965和2005年各种类型侵蚀沟的数量、长度、密度、面积(主要为吞食耕地面积)和分布情况以及40年来侵蚀沟的时空变化特征等进行分析,研究东北黑土区侵蚀沟发展状况对粮食安全的影响。结果表明:1)从1965至2005年的40年,研究区侵蚀沟总面积增加85.27km
2
,条数增加13168条,总长度增加6183.70km,沟壑密度由1965年的0.034km/km
2
变化为2005年的0.193km/km
2
,侵蚀沟条数、面积和密度呈快速增加趋势;2) 40年间,耕地上的侵蚀沟面积增加81.83km
2
,条数增加12825条,长度增加5981.23km,沟壑密度增加0.271km/km
2
,林地与其他用地上的侵蚀沟面积增加3.44km
2
,条数增加343条,长度增加202.47km,沟壑密度增加0.02km/km
2
;3)典型黑土区侵蚀沟发生在耕地上的比例极大,其中面积所占比例达96%,条数所占比例达97.4%,说明40年来侵蚀沟的发展主要在耕地上。研究结果对区域的粮食生产和国家的粮食安全具有重要意义。
2011 Vol. 9 (5): 7-10 [
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11
苗全安, 曹凑贵, 汪金平, 高超, 李成芳
丹江口库区坡耕地不同作物对土壤溅蚀的影响
选取位于丹江口库区的代表性坡耕地,通过野外调查与室内分析,研究种植不同作物(黄姜、红薯、芝麻与玉米)对土壤溅蚀的影响,同时探讨土壤溅蚀与作物株高、覆盖度及其土壤含水量、温度的相关性。结果表明:在作物生长前期,各处理土壤溅蚀差异不显著;在生长盛期,种植作物显著降低土壤溅蚀,其中相对于对照处理,黄姜处理降低幅度最小,芝麻与玉米次之,红薯则最大。相关分析表明,土壤溅蚀与作物覆盖度、土壤含水量及土温呈显著的一元二次曲线相关。因此,种植作物改变了坡耕地局部空间格局,使降雨发生空间再分布。
2011 Vol. 9 (5): 11-14 [
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15
马宁, 赵帮元, 王富贵, 马卫星, 董亚维
水土流失治理背景下小流域泥沙来源初探——以皇甫川流域西五色浪沟小流域为例
以皇甫川流域西五色浪沟小流域为研究区,以高分辨率遥感影像为信息源,通过GIS技术,提取小流域沟缘线,将小流域分为沟谷地、沟间地2大地貌类型。基于沟蚀和面蚀及其影响因子切割裂度、水土保持措施及土地利用方式、坡度、植被覆盖度等数量和分布以及通过项目布设的雨量站、把口站和径流场观测资料2种方法对在水土流失治理背景下小流域泥沙来源进行比较。结果表明,2种方法均显示,西五色浪沟小流域泥沙主要来源于沟谷地,沟谷地土壤侵蚀量约占流域侵蚀量的73%,是沟间地侵蚀量的2.73倍。
2011 Vol. 9 (5): 15-19 [
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20
张宏芝, 朱清科, 赵磊磊, 邝高明, 谢静, 李镇
陕北黄土坡面微地形土壤化学性质
由于侵蚀等原因使陕北黄土坡面不平整形成了各种微地形,造成了土壤化学性质的差异。通过对黄土区自然恢复状态下的微地形土壤化学性质进行调查,分析不同微地形之间的土壤异质性。结果表明:1)研究区内5种微地形与原状坡相比相对土壤化学性质均有一定改善,土壤有机质质量分数表现为塌陷微地形最高,切沟、缓台和浅沟微地形居中,原状坡和陡坎微地形最低;2)全效养分中,全效氮的质量分数与有机质质量分数规律一致,而全效磷和全效钾的质量分数差异较小;3)速效养分中,缓台、切沟、塌陷微地形中3种速效养分的质量分数较高,而陡坎微地形速效养分质量分数比较低; 4)土壤阳离子交换量随土层深入而减小,在5种微地形中顺序为浅沟>塌陷>切沟>原状坡>缓台>陡坎,pH值和碳酸钙质量分数在5种微地形中差异较小;5)通过对5种微地形和原状坡的3个土层的土壤化学性质进行灰色关联分析,发现塌陷和缓台微地形的关联度最高,而原状坡和陡坎微地形最低。
2011 Vol. 9 (5): 20-25 [
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26
姜德文
解读新《中华人民共和国水土保持法》的法条体系
新《中华人民共和国水土保持法》于2010年12月25日通过全国人大常委会的修订,其法条体系和突出特点可归纳为10个强化。包括强化了政府的水土保持目标责任,强化了水土保持规划的法律地位,强化了水土流失预防,强化了生产建设项目水土保持方案管理,强化了水土流失治理,强化了水土保持投入机制,强化了水土保持监测,强化了水土保持监督管理,强化了违法行为的处罚,强化了责任追究与代履行。
2011 Vol. 9 (5): 26-30 [
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31
汪永英, 段文标
小兴安岭南坡3种林型林地水源涵养功能评价
运用层次分析法的原理和方法,通过选取影响林地枯落物层和土壤层水源涵养功能的11个指标,对小兴安岭南坡3种主要林型枯枝落叶层和土壤层的水源涵养功能进行定量评价。结果表明:天然杨桦混交林水源涵养综合能力评价值最大(0.4271),落叶松人工林次之(0.3687),天然红松林最小(0.2041),说明天然杨桦混交林水源涵养功能最强,落叶松人工林中等,天然红松林最弱;3种林型的水源涵养功能的强弱与现实生产实际相吻合,表明层次分析法在不同林型水源涵养功能的定量评价上是可行的。
2011 Vol. 9 (5): 31-36 [
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37
曹丽花, 刘合满, 赵世伟
不同改良剂对黄绵土水稳性团聚体的改良效果及其机制
通过室内土柱培养,采用聚丙烯酰胺(Polyacrylamide, PAM)、沃特保水剂、β环糊精、腐殖酸等4种土壤结构改良剂对黄绵土水稳性团聚体进行改良。结果表明:4种改良剂均可促进>0.25mm水稳性团聚体的形成,在浓度0.05%~0.40%范围内,其改良效果表现为PAM>β环糊精>沃特保水剂>腐殖酸,且黄绵土团聚体分形维数显著降低,尤以PAM改良效果最明显;在低浓度条件下,4种改良剂均可有效地降低土壤密度;土壤粒径分布表明,PAM改良黄绵土水稳性团聚体的机制是使5mm的团聚体,PAM在4种改良剂中对黄绵土改良效果最好。阐明不同改良剂对黄绵土水稳性团聚体的改良效果及机制,可为合理利用改良剂改良土壤结构提供理论依据。
2011 Vol. 9 (5): 37-41 [
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42
王士永, 余新晓, 贾国栋, 宋思铭, 徐娟, 李庆云
北京山区主要人工林枯落物水文效应
为探究北京山区主要人工林枯落物水文效应,以北京市怀柔区汤河口镇庄户沟小流域油松、刺槐、侧柏3种林分为研究对象,利用枯落物现存量样地调查、浸泡实验和抗冲槽法,建立枯落物持水量、吸水速率和浸水时间相关关系,定量研究枯落物层水文效应,结果表明:1)3种林分枯落物现存量和总厚度表现为油松最大,分别为6.37t/hm
2
和4.0cm,其次为刺槐,侧柏最小。2)3种林分枯落物最大持水量为刺槐>油松>侧柏,最大持水率为刺槐>侧柏>油松;3种林分未分解层和半分解层枯落物的吸水过程表现为0~0.5h内吸水速率最大,4~5h时吸水速率显著减缓;刺槐不同层次枯落物的有效拦蓄量均为最强,总有效拦蓄深为2.6mm,侧柏总有效拦蓄深最小,为1.0mm。3)不同坡度枯落物覆盖产流产沙实验表明,在相同坡度条件下,产流时间表现为刺槐>油松>侧柏>裸地;径流速率为裸地>侧柏>油松>刺槐;裸地的产流量是3种林地的1.04~1.46倍。
2011 Vol. 9 (5): 42-47 [
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48
许华森, 云雷, 毕华兴, 鲍彪, 高路博, 刘李霞, 朱悦, 王晓燕
刺槐+苜蓿复合系统土壤养分分布特征及边界影响域——以晋西黄土区为例
以晋西黄土区典型刺槐+苜蓿复合系统为研究对象,分析0~40cm土层中土壤有机质、全N、速效P和速效K质量分数在刺槐—苜蓿复合系统(包括刺槐林地斑块、苜蓿地斑块)的分布特征及边界影响域,旨在为该地区土壤养分改善、不同土地类型养分研究和林草复合系统的经营管理提供理论依据。结果表明:1) 复合系统内4项土壤养分指标质量分数波动范围较大,且不同斑块类型土壤养分指标质量分数分布特征存在一定差异性,但总体上苜蓿地土壤养分各项指标质量分数均大于刺槐林地相应养分的质量分数;2) 复合系统土壤养分空间分布特征为0~20cm土层中的4项养分指标质量分数均高于20~40cm土层中相应养分的质量分数,但各项养分指标质量分数的层次间差异性并不一致;水平方向上,在苜蓿地斑块内,除土壤全N质量分数整体水平变化趋势不明显外,其他养分指标质量分数随着距林缘距离的增加整体呈现上升的趋势;在刺槐林地斑块内,土壤有机质、全N和速效P质量分数随着距林缘距离的增加整体呈现下降的趋势,而速效K则相反;3)主成分分析结果表明,复合系统边界土壤养分影响域是从苜蓿地3m到刺槐林地4m,影响域宽度为7m。
2011 Vol. 9 (5): 48-53 [
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54
王计平, 赵梅, 程复, 姜磊, 王然
清涧河流域近50年径流时间变化特征及趋势分析
采用清涧河延川水文站近50年径流序列资料,运用不均匀系数、调节系数、集中度(期)、变差系数和极值比等指标分析径流时变特征,应用MannKendall趋势分析法检验流域径流变化趋势。结果表明:1)清涧河流域径流的年内分配曲线呈现出单峰曲线,径流主要集中于7—9月份,约占全年平均径流量58%;2)1990以来,年内分配不均匀性和集中程度趋于减小;3)2000—2009年流域径流年际变异最大,且在不同时段径流年际变异差异较大;流域年径流量呈现明显下降趋势,20世纪80年代是流域径流丰枯转折点,并在2000年后进入严重枯水期。清涧河流域径流演变呈现出明显的不均匀性、阶段性和趋势性,这种变化与降水和植被恢复导致下垫面特征改变有关。
2011 Vol. 9 (5): 54-59 [
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60
李永生
太行山石灰岩区侧柏人工林蒸腾耗水及其与环境因子的关系
为阐明太行山石灰岩区干旱瘠薄立地侧柏人工林的蒸腾变异及其与环境因子的关系,采用自动观测技术对边材液流速率、气象与土壤因子进行高时间分辨率的同步测定,经统计分析与模型模拟,表明:1)不同月份,蒸腾速率的昼夜变化均为单峰曲线,昼夜均值为0.025~0.041mm/h,峰值为0.078~0.150mm/h。2)除风速(
v
w
)(
P
>0.05)外,相对湿度(
H
r
)、气温(
t
a
)、光合有效辐射(
P
ar
)、土壤体积含水量(
W
v
)均对蒸腾速率昼夜变化有显著影响(
P
<0.05),可共同解释其变异的87.7%,相关程度从大到小依次为
P
ar
、
H
r
、
t
a
与
W
v
;林分日蒸腾量为0.2~1.6
v
w
外,
P
ar
、
H
r
、
t
a
与
W
v
均对日蒸腾量有显著影响(
P
<0.05),可共同解释其季节性变异的64.3%,相关程度大小依次为
P
ar
、
H
r
、
W
v
与
t
a
;观测期多数时段,日蒸腾量受
P
ar
的影响最为强烈,其次为
t
a
,仅在干湿交替比较剧烈时段,
H
r
与
W
v
才明显发挥作用;林分月蒸腾量为18.3~28.8mm,平均为21.8mm,变化趋势为单峰曲线,6月最高,仅与
P
ar
月(月均值)有显著的相关关系(
P
<0.05)。3)观测期林分总蒸腾量为130.5mm,占同期降雨量(306.8mm)的42.5%。
2011 Vol. 9 (5): 60-66 [
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67
胡建朋, 杨吉华, 罗明达, 李星辰
山东砂石山区不同林分类型土壤的蓄水效益
以山东省临朐县辛庄水土保持试验站营造的5种林分为研究对象,研究不同林分类型土壤蓄水效益。结果表明:刺槐、五角枫、黄连木等阔叶树种林分的枯落物多,枯落物腐烂分解后改善土壤理化性状良好,增加了土壤蓄水量,3种阔叶树种林分与对照(各林分类型附近立地条件相同的荒坡)相比增加的土壤饱和贮水量以刺槐林的最大(为549.8m
3
/hm
2
),其次是五角枫林(为416.9m
3
/hm
2
)和黄连木(为392.3m
3
/hm
2
);而黑松、侧柏等针叶树种林分相应地增加土壤饱和贮水量较少,分别仅为257.9和223.7m
3
/hm
2
。通过对枯落物已分解层蓄积量与0~20cm土壤理化性状的相关分析表明,不同林分类型的枯落物已分解层蓄积量与土壤有机质质量分数、土壤非毛管孔隙度呈极显著相关性,与土壤密度、土壤总孔隙度呈显著相关性,与土壤毛管孔隙度相关但不显著。计算结果显示,5种林分类型的土壤蓄水效益表现为刺槐林>五角枫林>黄连木林>黑松林>侧柏林。
2011 Vol. 9 (5): 67-72 [
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73
牛红玉, 王克勤, 李太兴, 王萍, 唐佐芯
抚仙湖流域坡耕地施肥对土壤水中氮磷质量浓度的影响
在滇中地区抚仙湖尖山河小流域坡耕地布设9个不同施肥水平的微型小区,在微型小区及不同坡位的不同深度埋设多孔杯采样器,采集土壤水样,分析其中总氮和总磷的质量浓度变化特征。结果表明: 1)施肥量增大,土壤水中总氮、总磷平均质量浓度增大,1.5和2.0倍施肥处理条件下,0~100cm土层土壤水总磷质量浓度分别是标准施肥量的1.26和1.63倍;2)同一施肥处理条件下,坡下部土壤水总氮、总磷质量浓度基本高于坡中部,0~50cm坡下部总氮平均质量浓度约为坡中部的1.30倍, 0~100cm坡下部土壤水总磷平均质量浓度约为坡中部的2.0倍;3)同一施肥处理条件下,随着土层深度的加深,土壤水总氮质量浓度逐渐减小,0~50、50~100、100cm以下土壤水总氮平均质量浓度分别为4.58、3.93和3.17mg/L;土壤水总磷质量浓度在50cm以下呈波浪状减小,在0~100cm变化较大(0.010~0.021mg/L),在100cm以下差异较小(0.010~0.014mg/L);4)在坡耕地种植烤烟时应将施氮量控制在270.0kg/hm
2
以下,施磷量要控制在61.2kg/hm
2
以下。
2011 Vol. 9 (5): 73-78 [
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79
于东明, 胡小兰, 张光灿, 刘霞, 姚孝友, 胡续礼
江子河小流域不同植被类型土壤粒径的多重分形特征
为探讨植被类型对土壤粒径分布非均匀性和土壤结构异质性的影响,运用激光粒度分析方法和分形理论,研究桐柏大别山区江子河小流域5种植被类型的土壤颗粒组成及其多重分形特征。结果表明:1)土壤颗粒单分形参数
D
、多重分形参数Δ
α
、
R、f[α(-1)]-f[α(0)]
和
f[α(1)]/f[α(0)]
均与土壤黏粒体积分数显著正相关,即土壤中细颗粒物质体积分数越高,土壤颗粒分布的非均匀性和奇异性越大;2)不同植物群落土壤颗粒分形维数
D
和多重分形参数表现为杂木林和针阔混交林(马尾松+栓皮栎)>茶园>竹林和水稻田,即森林(防护林)植被可以增加土壤中黏粒和粉粒等细粒物质体积分数、改善土壤质地的均匀性和增强土壤颗粒结构的异质性。
2011 Vol. 9 (5): 79-85 [
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86
徐康, 王晓晖, 于明涛, 王棒, 关文彬
宁夏六盘山华山松年轮年表对生态气候指标的响应
利用树木年轮学方法建立六盘山华山松年表,并与生态气候指标进行相关分析,以重建1953—2003年六盘山地表干湿状况的代用资料。结果表明:华山松年轮宽度变化对5—7月的气温、3月和5月的降水量更为敏感;干燥指数优于单一气候因子成为该地区表述复杂的地表状况的生态气候指标;六盘山地区存在1953—1963年,1993—2003年2个干热期,并存在4~7年的小周期;20世纪80年代开始六盘山干燥度逐渐升高,近几年年降水量还可能处在历史较低水平,2011年的干燥指数大概为23.5,仍处于干热期。
2011 Vol. 9 (5): 86-90 [
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91
张婷, 陈云明, 武春华
黄土丘陵区铁杆蒿群落和长芒草群落地上生物量及土壤养分效应
为了明确黄土丘陵区典型植被演替过程中植被与土壤的互动效应,为植被恢复提供依据,采用野外调查和室内分析的实验方法,结合逐步回归和通径分析数据处理方法,研究该区铁杆蒿群落和长芒草群落随着恢复演替的进行,地上生物量、地下生物量、土壤养分的动态变化及其地上生物量与环境因子的关系,并对2种群落进行比较分析。结果表明:随着退耕年限的增加,铁杆蒿和长芒草群落的地上生物量、地下生物量呈逐渐增加的趋势;2种群落的土壤有机质和全氮也都呈增加的趋势,且同群落生物量的变化趋势步调基本一致;全磷和硝态氮也表现了总的增加趋势,但与生物量的变化趋势不太一致。逐步回归与通径分析表明,对铁杆蒿群落地上生物量影响较大的环境因子是有机质、黏粒质量分数和水分含量,其中有机质质量分数和水分含量表现为正效应,即生物量随有机质质量分数和土壤水分含量的增加而增大,土壤黏粒质量分数表现为负效应;对长芒草群落影响较大的是海拔、坡位、年限和全氮质量分数。
2011 Vol. 9 (5): 91-97 [
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98
文仕知, 张希, 杨丽丽
长沙市郊枫香人工林养分归还研究
通过野外调查和室内测试分析相结合的方法,研究枫香人工林的养分归还,为枫香人工林生态系统经营管理和物质循环研究提供科学依据。结果表明:1)枫香人工林的年凋落量为4935.6kg/hm
2
,凋落量大小依次为落叶>落枝>花果>碎屑;2)凋落物养分年归还量为111.849kg/hm
2
,各元素归还量大小依次为N>Ca>K>Mg>P,各组分归还量大小为落叶>落枝>花果>碎屑;3)降水淋溶养分年归还量为105.823kg/hm
2
,各元素淋溶量大小依次为Ca>K>Mg>P>N;4)枫香人工林总的年养分归还量为217.672kg/hm
2
,各元素归还量大小依次为Ca>N>K>Mg>P。因此,在降水较丰富的亚热带地区,降水淋溶对枫香人工林养分归还的作用不可忽视。
2011 Vol. 9 (5): 98-103 [
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104
齐雁冰, 常庆瑞, 刘梦云, 刘京, 陈涛
陕北农牧交错带50年来土地沙漠化的自然和人为成因定量分析
荒漠化的发生发展受自然及人为因素的共同作用,为了对自然及人为因素的贡献进行定量化分析,以陕北农牧交错带为研究对象,选择该区1949—2000年7个自然和人为因子,运用主成分分析方法,对土地荒漠化过程中的自然与人为要素作用强度进行量化分析。结果表明:1)陕北农牧交错带自1949年以来气候呈现暖干、冷湿交替过程,而未来气候将逐渐趋于暖干,但平均风速则呈现逐渐降低的趋势;人口和牲畜数量及工业总产值持续增长,人均耕地面积则持续下降,这些对荒漠化防治均是不利因素。2)在陕北农牧交错带荒漠化的发展过程中,自然因素的贡献率为13.06%,人为因素与自然因素综合作用的贡献率为73.51%。3)尽管自然及人为因素50年来的变化促进了荒漠化的发生发展,但自20世纪50年代开始的“三北防护林建设”和“退耕还林(草)工程”对阻止荒漠化的发展起到了关键作用。
2011 Vol. 9 (5): 104-109 [
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110
赵勇, 朱彦锋, 王谦, 陈桢, 樊巍, 杨喜田
不同人工施氮量对荆条氮素利用的影响
为了解植物在不同氮生境下的响应,以太行山丘陵区荆条群落为对象,采用人工施氮的方法,研究不同施氮水平下荆条氮素利用特征。结果表明: 1)人工施氮后,成熟绿叶和枯叶中氮质量分数随施氮量的增加而增加,并在施氮量为32g/m
2
时达到最大值,施氮对成熟绿叶磷质量分数也有明显的影响,当施氮量为8g/m
2
时,叶中磷质量分数最高,约为对照的2.29倍,施氮量与枯叶中磷质量分数无显著相关关系;2)施氮能显著降低荆条的氮素回收率,随施氮量增加,氮素回收率整体上表现出负相关,平均降幅约为18.57%,施氮量在4~8g/m
2
之间时,氮素回收率无显著差异;3)随施氮量提高,土壤氮和磷的质量分数呈现升高的趋势,土壤磷质量分数在施氮量为4g/m
2
时达到最大值,之后随施氮量的增加而下降,土壤有机质和土壤含水量与氮素回收率呈负相关关系。
2011 Vol. 9 (5): 110-114 [
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李晶晶, 白岗栓
聚丙烯酰胺的水土保持机制及研究进展
水土流失是我国主要环境问题之一。聚丙烯酰胺(PAM)作为一种高分子聚合物,具有絮凝作用和水合作用,可提高土壤水分入渗,减少地表径流。PAM对土壤无毒害作用,可保肥、增产、集雨,在农业生产中具有广泛的应用前景。针对PAM的水土保持功能,介绍PAM水土保持机制、施用过程中涉及的关键因素、应用前景及存在的问题。PAM的类型较多,水土保持效果随施用类型、施用方法、施用量变化而不同。PAM在水土流失治理过程中应与当地的土壤、气候、地貌、植被等密切结合,才能发挥其最大功能。今后研究中应注重PAM施用后土壤侵蚀通用模型的建立及新型PAM产品的开发,为PAM在水土保持中的推广提供理论依据。
2011 Vol. 9 (5): 115-120 [
摘要
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1603
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