黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室-中国科学院水利部水土
应用同步辐射光谱技术研究退耕草地土壤有机碳官能团变化
应 用 同步 辐 射光 谱 技 术研 究 退 耕草 地 土壤 有 机 碳 官能 团变 化
李 婷 ， 赵世伟 ， 帅 ， 晓晓 马 。 李
７ ２０ １ １０
１ ．中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤 侵蚀 与旱地农业 国家重点实验室 ， 陕西 杨凌
２ ．中 国科 学 院 研 究 生 院 ， 京 北 ｉ０ ４ ００９
被演替序列 ］ 本研 究 以云雾 山 自然保 护 区长芒 草植 被 的 ”。
过程 中 ０ ｏｃ 土层 Ｓ Ｃ增加较 明显 ， ～２ ｍ Ｏ 稳定性 有机碳 主要
固定 在ｄ ０ ２ ｍ 粒径 中，因此本实验选取 ０ ｍ 和 １～ ． ５ｍ ～５ｃ ０
演替 为主线 ，以坡耕地 为对 照 ，具体样 地条 件见 表 １ 。恢复
耕草地土壤芳香 Ｃ吸 收强度 比坡 耕地 小 ，随着 退耕 年 限增
ｌ 加， 未像 Ｏ ｍ 土层呈现逐渐增加趋 势 。随着退耕 年限增 ～５ｃ ０ —母ｏ＿０∞ｏ《
限增加而增加 ，而该峰在长芒草地 较其他 退耕草 地较弱 ， 另 外坡耕地此吸收峰较强 。坡耕地 土样的 １０ ９与 １０ ７ｃ １ ８ ３ ｍ＿ 的两个吸收峰强度相 当，但退耕草地多糖 ｃ吸收峰较 硅酸盐 吸收峰更弱 ， 与 Ｏ ｍ土层此 峰变化不 同 ，说 明退 耕草 这 ～５ｃ 地 １ ￣２ ｍ土壤 比坡耕地含有更 多硅 酸盐。 ０ ０ｃ
土壤侵蚀模型研究综述.
土壤侵蚀模型研究综述周正朝上官周平(中国科学院水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 ,712100, 陕西杨凌摘要近年来 , 人们对土壤水蚀形成过程及其模拟进行了广泛研究 , 并针对不同研究对象与目的 , 建立了土壤水蚀的经验预报模型、物理过程模型和分布式模型。
在对国内外一些主要的土壤水蚀模型进行评述的基础上 , 讨论土壤侵蚀模型研究与 GIS 技术和 BP 神经网络理论结合的发展趋势 , 同时结合土壤水蚀模型的开发和应用情况 , 提出了土壤侵蚀预报模型研究亟待解决的一些问题和我国土壤侵蚀预报模型研究的设想。
关键词土壤侵蚀 ; 模型 ; 预报 ; 参数收稿日期 :200309修回日期 :1016项目名称 :国家 973项目 (2002C B111502 ; 教育部博士点专项科研基金(20030712001作者简介 :周正朝 (1980—, 男 , 研究生。
主要从事植物生态与水土保持方向研究。
E 2mail :eco @ms. iswc. ac. cn 3刘宝元等 . 中国土壤侵蚀预报模型研究 . 第 12届国际水土保持大会 , 北京 ,2002土壤侵蚀预报模型的研发 , 是土壤和地理学科的前沿领域 , 也是引导和集成土壤侵蚀试验研究、促进土壤侵蚀和水土保持科研定量化的重要手段。
近 30年来 , 各国都投入了大量的人力和物力 , 研发土壤侵蚀预报模型 , 并取得了长足的进展。
根据模型建立的途径和模拟过程 , 模型通常可以分为经验模型、物理过程模型和分布式模型。
我们结合自己在黄土高原土壤侵蚀过程与预报方面的研究工作 , 对土壤水蚀过程模拟模型研究动态进行评述 ,提出了水蚀预报模型亟待解决的关键问题 , 以促进我国土壤侵蚀预报模型的建立 , 为生态环境改善提供科学依据。
1经验模型 (Empirical Model111国外土壤侵蚀经验模型研究动态国外土壤侵蚀经验模型 , 主要以通用土壤流失方程 (Universal S oil Loss Equation ,US LE 和修正的通用土壤流失方程 (Reversed Universal S oil Loss Equa2tion ,RUS LE 为代表。
实验室基金经费管理细则
实验室基金经费管理细则1．开放课题的经费不外拨，但由各课题负责人掌握，鼓励基金课题人员来室工作。
2．实验室基金资助课题经费开支应由主任签字后报销。
3．利用重点实验室课题完成的专著、论文、软件等研究成果均应标注重点实验室名称，未标注者不得使用该基金课题经费。
必须按照提交的合同内容认真完成预期成果，论文实验室应为唯一单位。
实验室基金课题资助人员论文署名规范（请务必认真执行）作者单位示例：李世清(1.中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室；2…….)；英文例：Li Shi-qing（1.State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau，Institute of Water and Soil Conservation，Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, Yangling 712100 Shaanxi, P.R.China;2…….）4．每年应向实验室提交课题阶段进展报告。
5．申请课题完成后需要及时写出书面总结报告，并用PDF格式提交所发表论文（必须标注有实验室名称；尚待发表的待发表后补交）。
并请将获奖情况报与实验室备案。
6．本届基金预留30%经费在提交结题报告并通过验收合格后半年内还可再使用。
若未完成经费将收回。
7．为鼓励出成果出人才，对于在研究工作中取得高水平成果的客座研究人员，可按规定获得后续基金支持。
8．开放课题基金使用范围(1) 与课题直接相关的科研费用，包括：a、仪器使用费b、材料费、加工费、零星材料购置等消耗费(2)开展课题研究所必需的调研、考察及以实验室名称发表的论文审稿费、版面费（需有样稿）(3)同该课题有关的客座人员往来的旅差费、住宿费(4)报账票据台头必须写西北农林科技大学。
EPIC模型中土壤侵蚀量的数学模拟
EPIC 模型中土壤侵蚀量的数学模拟李 军1，2（1. 西北农林科技大学农学院，陕西杨陵 712100；2.中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西杨陵712100）摘 要：土壤侵蚀和生产力影响估算模型EPIC 是一种较有影响的农田生产管理和水土资源评价模型。
本文简要介绍了EPIC 模型中对侵蚀气象因素、土壤水蚀量、土壤风蚀量、侵蚀中营养物质流失量以及土壤耕作对侵蚀影响等环节进行数值模拟的主要数学方程，可供农田水土资源管理定量评价研究中借鉴。
关键词: EPIC 模型，土壤侵蚀，数学方程土壤侵蚀和生产力影响估算模型EPIC （Erosion －Productivity Impact Calculator ）（Williams 等，1984）是美国研制的一种基于“气候－土壤－作物－管理”综合连续系统的动力学模型，可以评价土壤侵蚀对土壤生产力的影响，用来估计农业生产和水土资源管理策略的效果。
EPIC 模型由气象模拟、水文学、侵蚀泥沙、营养循环、农药残留、植物生长、土壤温度、土壤耕作、经济效益和植物环境控制等模块组成，包含了三百多个数学方程。
本文仅简要介绍该模型中定量模拟描述土壤侵蚀量的主要数学方程，可供在我国农田水土资源管理定量评价研究中借鉴。
1 侵蚀气象因子模拟1.1 降水量EPIC 的降水模型是一重Markov 链模型，需要输入降水的逐月概率和雨－晴天转换概率。
雨天的概率直接用雨天日数来计算：（1） NDNWD PW /=（1）式中，PW 是雨天概率，NWD 是雨天日数，ND 是该月的天数。
晴天之后为雨天的概率可以用PW 的比例来表示：（2）（3） PWD W P β=)/()/(0.1)/(D W P W W P +−=β（2）、（3）式中，P （W/D ）是晴天之后为雨天的概率，P （W/W ）是雨天之后为雨天的概率，β是一个控制降水事件发生时间间隔的系数，取值范围通常为0.6～0.9。
黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持效应研究进展
第29卷第4期2022年8月水土保持研究R e s e a r c ho f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .29,N o .4A u g.,2022收稿日期:2021-06-18 修回日期:2021-07-08资助项目:国家自然科学基金(41877083,41440012,41230852) 第一作者:许小明(1990 ),男,山西广灵人,博士研究生,研究方向为植被恢复的水土保持效益评价㊂E -m a i l :1559668557@q q.c o m 通信作者:张晓萍(1971 ),女,河南温县人,研究员,博士生导师,主要从事植被恢复的水土保持效益评价研究㊂E -m a i l :z h a n g x p@m s .i s w c .a c .c n 黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持效应研究进展许小明1,易海杰2,何亮1,吕渡2,贺洁1,邹亚东1,王浩嘉1,薛帆1,田起隆2,王妙倩1,张晓萍1,2(1.西北农林科技大学水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨凌712100;2.中国科学院水利部水土保持研究所,陕西杨凌712100)摘 要:枯枝落叶层是林地垂直结构中参与水文循环过程的重要作用层,在涵养水源和保持水土中发挥着重要作用㊂黄土高原经过20年植被快速恢复,枯落物覆盖使近地表植被特征和生态过程变化明显,这必将影响地表土壤水分入渗㊁产汇流等水文和土壤侵蚀过程㊂为全面掌握黄土高原地区林地枯枝落叶层的水土保持效应研究动态,系统回顾了林地枯枝落叶层在凋落动态㊁蓄积量变化㊁截留降雨㊁阻延地表径流㊁提高土壤抗蚀抗冲能力和增加土壤入渗等方面的研究历史㊂分析了目前林地枯枝落叶层研究中存在的若干问题,提出未来黄土高原地区应加强野外坡面枯落物原位长期监测和降雨试验研究,开展多地貌㊁多尺度研究,关注天然林和人工林枯枝落叶层水土保持功能的对比研究,以及水文物理过程模型建立和参数确定,并重视林地枯枝落叶层的保护和监管㊂关键词:林地;枯枝落叶层;水土保持效应;黄土高原中图分类号:S 714 文献标识码:A 文章编号:1005-3409(2022)04-0415-07R e s e a r c hA d v a n c e s o n W a t e r a n dS o i l C o n s e r v a t i o nE f f e c t s o fF o r e s tL i t t e rL a ye r o n t h eL o e s sP l a t e a u X U X i a o m i n g 1,Y IH a i j i e 2,H EL i a n g 1,L ÜD u 2,H EJ i e 1,Z O U Y a d o n g 1,WA N G H a o j i a 1,X U EF a n 1,T I A N Q i l o n g 2,WA N G M i a o q i a n 1,Z H A N G X i a o p i n g1,2(1.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o f S o i lE r o s i o na n dD r y l a n dF a r m i n g on t h eL o e s sP l a t e a u ,I n s t i t u t e o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n ,N o r t h w e s tA&F U n i v e r s i t y ,Y a n g l i n g ,S h a a n x i 712100,C h i n a ;2.I n s t i t u t e o f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n ,C A S &MW R ,Y a n g l i n g ,S h a a n x i 712100,C h i n a )A b s t r a c t :L i t t e r i sa n i m p o r t a n t l a y e r i n v o l v e d i nt h eh y d r o l o g i c a l c yc l e p r o c e s s i nt h ev e r t i c a l s t r u c t u r eo f f o r e s t l a nd s ,a n d p l a y s a n i n d i s pe n s a b l e r o l e i nw a t e r r e t e n t i o na n d s o i l c o n s e r v a t i o n .Af t e r 20y e a r s o f r a p i d v eg e t a t i o nr e s t o r a t i o no nth eC hi n e s eL o e s sP l a t e a u ,l i t t e rc o v e r a g ei nf o r e s t l a n d sh a sc a u s e ds i gn i f i c a n t c h a n g e s i nv e g e t a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s a n de c o l o g i c a l p r o c e s s e s o n t h en e a r s u r f a c e ,w h i c hw i l l c e r t a i n l y a f f e c t t h eh y d r o l o g i c a l a n d s o i l e r o s i o n p r o c e s s e s s u c h a s s o i l i n f i l t r a t i o n ,s u r f a c e r u n o f f a n d c o n f l u e n c e .I no r d e r t o c o m p r e h e n s i v e l yg r a s p t h e d y n a m i c s o f s o i l a n dw a t e r c o n s e r v a t i o n e f f e c t s o f l i t t e r l a ye r i nf o r e s t l a n d s o n t h e L o e s sP l a t e a u ,w e s y s t e m a t i c a l l y r e v i e w e d t h e r e s e a r c h p r og r e s s o f l i t t e r l a ye r i nf o r e s t l a n d s i n t e r m s o f t h e l i t t e r d y n a m i c s ,a c c u m u l a t i o n c h a ng e s ,r a i n f a l l i n t e r c e p t i o n ,s u r f a c e r u n o f f i n t e r c e p t i o n ,s o i l e r o s i o n r e s i s t -a n c e a n d s o i l i n f i l t r a t i o n .S o m e e x i s t i n gp r o b l e m s i n th e c u r r e n t s t u di e so n l i t t e r l a ye r i nf o r e s t l a n d so nt h e L o e s sP l a t e a uw e r e a n a l y z e do b j e c t i v e l y .I n t h e f u t u r e ,t h e l o ng -t e r mi n -s i t u m o n i t o r i n g a n d r a i n f a l l e x pe r i -m e n t s o nf i e l ds l o p e ss h o u l db es t r e ng th e n e d ,a n d m u l ti -l a n d f o r m a sw e l la s m u l t i -s c a l ed yn a m i cs t u d i e s s h o u l db e c a r r i e do u t .I na d d i t i o n ,w ea r es u p p o s e d t o p a y a t t e n t i o nt o t h ec o m p a r a t i v es t u d i e so nt h ee c o -h y d r o l o g i c a l f u n c t i o n so f l i t t e rl a y e r i nn a t u r a l f o r e s t sa n da r t i f i c i a l f o r e s t s ,a n de s t a b l i s hh y d r o -p h ys i c a l p r o c e s sm o d e l s a n dd e t e r m i n e t h e r e l e v a n t k e yp a r a m e t e r s ,a sw e l l a s e n h a n c e t h e p r o t e c t i o n a n d s u pe r v i s i o n of l i t t e r l a ye r i nf o r e s t l a n d s .K e y w o r d s:f o r e s t l a n d s;l i t t e r l a y e r;s o i l a n dw a t e r c o n s e r v a t i o ne f f e c t s;L o e s sP l a t e a u全球范围内,黄土高原以水土流失最为严重而闻名于世[1]㊂据陕县水文站观测资料显示,1919 1959年黄土高原地区多年平均输沙量为16亿t[2-3]㊂为控制严重水土流失造成的原位效应和异位效应,自20世纪70年代末期,国家和地方各级政府陆续实施了流域综合管理(1970s 1980s)和退耕还林(草)(1999年至今)等一系列重大水土保持措施㊂据统计,黄土高原地区水土流失面积由1980年代早期的4.3ˑ105k m2下降到2018年的2.14ˑ105k m2[1,3]㊂多年平均输沙量由过去的1.6ˑ109t减少至2000 2018年的2.44ˑ108t[2,4-5]㊂植被恢复是遏制黄土高原地区土壤侵蚀和控制黄河输沙的最重要的因子且其作用具有长效性[6],这已被1999年至今黄土高原地区锐减且近些年保持低位稳定的年输沙量所证明[2,7-8]㊂过去有关植被水土保持功能的研究,主要关注林冠层降雨截留㊁削弱雨滴动能[9-11]和根系土壤层在增加降雨入渗㊁固土防蚀能力和减少径流输移等[12-15]方面的作用㊂然而针对黄土高原林地枯枝落叶层的水土保持效应研究比较薄弱㊂枯枝落叶层,即死地被物层,是森林垂直结构中最重要的层次,是参与森林水文循环过程中的重要作用层,在涵养水源和保持水土中发挥着重要作用[16-18]㊂国内学者就黄土高原地区典型天然林地和人工林地(乔木㊁灌木)枯枝落叶层凋落速率㊁分解速率㊁蓄积量变化㊁水分含量㊁截留降水㊁持水能力㊁降低雨滴溅蚀㊁抑制土壤蒸发㊁阻延地表径流㊁土壤表层理化性质改善㊁养分归还和提高生物活动强度等方面开展了一些有意义的研究[10,18-22],有助于明晰林下枯落物的分布特征和减轻土壤侵蚀的重要作用㊂较为系统性地归纳和分析黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持综合效应,可以及时报导最新研究成果,促进对黄土高原半干旱㊁半湿润地区主要林地枯落物分布规律的深入认识,并深刻理解其持水能力㊁拦蓄径流和调控土壤侵蚀的生态功能㊂本文从6个方面梳理当前黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持功能的研究现状,并对其进行综合评价,提出需要进一步研究的科学问题,以期为黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持功能的深入研究㊁植被恢复措施优化和森林抚育管理提供科学支撑㊂1林地枯枝落叶层水土保持效应研究现状森林是陆地防止水土流失的积极因素,枯枝落叶层(O层)是森林生态系统特有的层次,是近地表水文效应的主要作用层,对保护森林土壤资源,减轻土壤侵蚀具有非常重要的作用,根据分解程度,划分为3个层次,即未分解层㊁半分解层和粗腐殖质化层[6,18,23]㊂国内外科研工作者很早认识并重视到枯枝落叶层在涵蓄降水㊁拦蓄泥沙方面的水文功能,并陆续开展了一系列野外定位研究和室内试验,取得了许多重要成果[18,24-38]㊂由图1可知,以往有关黄土高原地区乔木㊁灌木群落枯枝落叶层的野外调查样地(黑色点位)主要分布在区域中南部㊂土石山区㊁丘陵沟壑区和高塬沟壑区虽均有分布,但以土石山区研究最多,主要涵盖六盘山㊁子午岭㊁黄龙山和秦岭地区,而水土流失严重的丘陵沟壑区和高塬沟壑区的研究相对较少㊂以往研究主要采用野外坡面样地调查㊁定位监测㊁野外自然和人工模拟降雨㊁室内人工模拟降雨和浸泡等方法来研究天然林和人工林主要恢复植被类型[山杨(P o p u l u sd a v i d i a n a D o d e)㊁油松(P i n u s t a b u l i f o r m i s C a r r.)㊁刺槐(R o b i n i a p s e u d o a c a c i a L.)㊁栎树(Q u e r c u s L.)和沙棘(H i p p o p h a er h a m n o i d e s L i n n.)等]枯枝落叶层的水土保持效应(表1)㊂图1黄土高原不同地貌类型区林地枯枝落叶层主要调查样地的空间分布1.1枯枝落叶层凋落及蓄积量动态变化枯枝落叶层是森林生态系统物质能量循环中的一个重要垂直结构层次,具有重要的生态水文功能,研究枯落物的凋落动态对掌握枯枝落叶层积累特征,识别枯落物初级生产力具有重要意义㊂常见的枯落物凋落动态研究方法主要有野外样地凋落物收集器法和蓄积量定期实测法[22]㊂气候植被带和植被类型等是导致林地枯枝落叶凋落起始时间和凋落过程产生差异的重要影响因子㊂黄土高原地区不同气候带或同一气候带内典型植被类型枯枝落叶在年㊁季节㊁月和半月尺度的凋落速率已被研究[22,43]㊂北部森林草原带和南部森林带落叶乔木㊁灌木植被分别在9月中下旬和10月上中旬叶片开始凋落㊂受不同树种生态学特性影响,其凋落过程存在差异㊂研究表明,黄614水土保持研究第29卷土高原地区落叶阔叶林和灌木林地,如山杨㊁栎树㊁刺槐㊁桦树(B e t u l a p l a t y p h y l l a)和沙棘等枯枝落叶以9月和10月最为集中,该阶段凋落量约占全年凋落总量的75%以上[19]㊂而针叶林如油松,其凋落过程主要发生在10月 次年4月,呈现明显的节律性[53]㊂凋落物主要成分均为落叶,约占总凋落量的60%~90%[43],又以半分解层为主[54-55]㊂森林枯枝落叶层蓄积量随凋落量和分解量的变化而一直处于动态变化中㊂以乔木群落为例,吴钦孝等[54]认为陕北丘陵沟壑区人工山杨林和油松林枯落物分别以1月份和4月份蓄积最大,而10月和7 8月蓄积量分别达到全年最低值㊂在中龄林的林分结构下,山杨林和油松林枯落物蓄积量均无明显增减㊂蓄积量受植被类型㊁密度㊁林龄㊁地形因子㊁气候(温度和降水)和人为活动等因子的影响㊂黄土高原地区枯落物蓄积量表现为乔木群落>灌木群落>草本群落[39];针叶林枯落物蓄积量>落叶阔叶林[48]㊂六盘山地区华北落叶松(L a r i x p r i n c i p i s-r u p p r e c h t i i M a y r.)枯落物厚度和蓄积量随密度增大存在一定上限,密度在1600株/h m2时厚度和蓄积量最大[55]㊂不同坡向㊁坡度㊁坡位等地形因子的对比分析表明阴坡枯落物蓄积量较阳坡枯落物蓄积量明显增加,陡坡不利于枯落物蓄存,枯落物蓄积量表现出下坡位>中坡位>上坡位㊂黄土高原从南到北,随降水量的递减,枯落物蓄积量表征为减少的趋势㊂人为放牧㊁火灾和采伐林木等也会减少枯落物的蓄积量㊂表1黄土高原地区林地枯枝落叶层主要研究成果地貌类型调查地点植被类型测定指标研究方法参考文献丘陵沟壑区陕西安塞站及纸坊沟流域陕西宜君县 内蒙古鄂尔多斯陕西安塞站刺槐㊁油松㊁沙棘和狼牙刺刺槐㊁杨树㊁柠条和黄蔷薇沙棘凋落动态和持水性质凋落物蓄积量空间变化蓄积量和持水特征野外样地调查㊁定位监测和浸泡法野外样地调查浸泡法[22][39][40]土石山区六盘山香水河小流域黄龙山铁龙湾林场子午岭连家砭林场秦岭山地桦树㊁辽东栎和华北落叶松山杨㊁油松和沙棘柴松㊁油松㊁山杨㊁辽东栎㊁桦树㊁沙棘㊁白刺花㊁虎榛子和胡枝子锐齿栎㊁油松和华山松凋落物持水特征和截持降雨过程凋落和分解速率㊁蓄积量㊁截留降雨㊁拦蓄效应㊁击溅侵蚀㊁提高土壤抗冲性和增加土壤入渗等凋落物厚度㊁蓄积量㊁分解状况㊁持水特征和拦蓄效应凋落速率和蓄积量㊁地表蒸发量㊁持水特征和养分含量野外定位监测㊁人工模拟降雨试验和浸泡法野外定位监测㊁溅蚀板法㊁水槽法㊁人工模拟降雨试验野外样地调查㊁定位监测和浸泡法野外定位监测㊁浸泡法和化学分析[10],[18],[20],[21],[40],[41][19],[42],[43],[44],[45],[46][47],[48][29]高塬沟壑区山西吉县蔡家川流域山西吉县红旗林场山西吉县蔡家川流域甘肃泾川县官山林场刺槐㊁油松㊁沙棘和虎榛子油松㊁刺槐和山杨刺槐㊁油松和刺槐ˑ油松混交林刺槐截持降雨能力凋落物糙率系数n值蓄积量和持水特征蓄积量和持水特征野外定位监测试验槽法野外样地调查和浸泡法野外样地调查和浸泡法[49][50][51][52]1.2枯枝落叶层截留降雨能力森林垂直结构分层中,除林冠层以外,枯枝落叶层具有截留林内降水,减少林地净雨量,延缓地表产汇流过程,补充土壤水分的作用[25,44],其截留机理一直被关注[56]㊂依据枯落物的截留速率,将其划分为截留阶段㊁渗透阶段和饱和阶段[18,20,57]㊂截留量大小不仅与不同植被类型枯落物蓄积量存在直接关系,还与其自身特性(分解速率和持水能力)有关[58]㊂随林地郁闭度增加,枯落物厚度和蓄积量一般越大,截留降水能力越强㊂当枯落物厚度超过标准厚度(0.8~ 1.2c m),在场次降雨过程中,枯落物厚度的差异不会造成其截留降水量的显著差异[57]㊂持水能力越大的枯落物层,分解速率越高,截留能力越强[59]㊂此外,枯落物干湿程度㊁降雨特征(降雨量㊁降水时长和雨强等)和植被类型等均会影响其截留量[18]㊂马雪华[59]研究认为,在降水初期,枯落物较为干燥,其截留量随降水量增大而增大,而截留率表征为相反的变化特征;截留量存在最大阈值,不会随降水过程的持续继续增加[18,49]㊂黄土高原典型土石山区 六盘山主要森林类型枯枝落叶层对大气降水截留的研究结果[18]表明,针叶林林内年截留量和截留率明显高于阔叶林,截留量总体与枯落物蓄积量呈正比例关系㊂此外,枯落物截留降雨能力具有明显的季节和月尺度变化㊂以油松林为例,季节尺度上,截留量表现出夏季>秋季>春季>冬季;月尺度上,6 9月截留量超过全年总截留量的50%[18]㊂1.3枯枝落叶层阻延地表径流能力地表径流流速及流量是土壤侵蚀的主要动力,枯落物覆盖能够直接增大近地表粗糙度,致使地表径流阻力系数增加,径流流动时间延缓,坡面径流流速降低,有利于增加林地土壤入渗,减小径流冲刷土壤,抑制洪峰形成或推迟洪峰过程㊁削减洪峰流量[16,18,41,50,58]㊂枯落物714第4期许小明等:黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持效应研究进展层在很大程度上就是黄土高原国土整治28字方略 全部降水就地入渗拦蓄 中 拦蓄 作用的具体物质和功能化结构的重要部分[60]㊂研究表明子午岭地区不同植被类型枯落物拦蓄量的大小表征为森林>灌丛[47]㊂黄土高原25ʎ坡面覆盖1c m厚度的枯枝落叶,其径流速度为裸坡的1/10~ 1/15[61]㊂坡长(60m)相同时,天然次生林㊁人工林和裸露荒坡的汇流时间分别为30~40m i n,10~20m i n和5.9 m i n,林地汇流时间明显长于裸露荒坡,枯枝落叶层对径流的阻延作用非常显著[62]㊂坡度和径流深(或降雨强度)与枯枝落叶层阻延地表径流速度呈反比,枯枝落叶层厚度则与其呈正比[18,41,57]㊂不同植被类型对比发现,宁南六盘山区华北落叶松枯枝落叶层有效拦蓄深(1.63mm)为辽东栎(Q u e r c u sw u t a i s h a n i c M a r y.)ˑ少脉椴(T i l i a p a u c i c o s t a t a M a x i m.)混交林(0.56mm)的2.9倍,这主要源于华北落叶松枯落物蓄积量较大[63],这已被在子午岭地区的研究结果[48]所证明㊂1.4枯枝落叶层持水能力栽植密度㊁枯落物类型㊁蓄积量㊁组分㊁分解程度的不同,会造成截持降水能力的差异[64]㊂目前,多数研究采用风干枯落物浸泡法来实测枯落物的最大持水量㊁最大持水率和持水过程[20-21]㊂研究结果表明枯落物在浸水前期(2h以内),吸水速度快,尤其在0.5h以内;随浸泡时间延长吸水能力逐渐下降,24h基本达到饱和;枯落物持水量与浸泡时间表征为对数函数关系[65]㊂人工降雨法实测的枯落物持水量也经历了从快速增加到缓慢增加直至趋于稳定的过程[57]㊂不同栽植密度的华北落叶松人工林枯落物最大持水率总体随栽植密度增大而增大,但存在一定的上限,密度在1600株/h m2持水率达到最大值[55]㊂黄土高原地区主要林分类型枯枝落叶层吸水量呈现出华北落叶松>青杨(P o p u l u s c a t h a y a n a R e h d.)>油松>樟子松(P i n u s s y l v e s t r i s v a r.m o n g o l i c aL i t v.),这主要与不同林分叶片生物学特性和结构有关[18]㊂枯落物持水量多少受蓄积量影响,据研究,宁南山区主要乔木和灌木群落枯枝落叶层最大持水率介于177%~387%,乔木群落枯落物蓄积量和最大持水量均大于灌木群落[21]㊂相同林龄条件下,针叶林由于分解速率慢,蓄积量大,其最大持水量>针阔混交林>阔叶林㊂从枯枝落叶层各组分来看,半分解层蓄积量㊁最大持水量和最大持水率均高于未分解层[18]㊂1.5枯枝落叶层抗蚀抗冲能力林地枯枝落叶层覆盖地表对减轻或消减土壤溅蚀具有决定作用㊂黄土高原地区林地土壤溅蚀量通常发生在7 8月,约占全年总溅蚀量的60%以上㊂在土壤类型和坡度相同情景下,枯枝落叶层厚度㊁最大30m i n雨强和林内降雨量是影响林内土壤溅蚀量的主要影响因素[66]㊂吴钦孝等[18]研究结果表明,随油松林和山杨林枯落物厚度增加,林地表土溅蚀量迅速减少,当枯落物厚度达到2c m以上,溅蚀量基本趋近于0㊂和山杨林相比,油松林随枯落物厚度的增加溅蚀量减少较慢,可能由于油松松针较山杨树叶地表覆盖度低㊁分解速率慢和叶片形态小等因素导致㊂林地枯枝落叶层有利于削减坡面径流流速和动能,提高土壤抗冲能力,研究发现林地枯落物随厚度增加抗冲能力明显增强,当枯枝落叶层厚度达到2c m厚度时,即使在暴雨条件下,坡面土壤侵蚀总体得到控制[44,46]㊂汪有科等[45]研究表明黄土高原地区主要植被类型枯枝落叶层抗冲能力表征为油松>山杨>沙棘>刺槐㊂在覆盖1c m厚度枯落物的油松㊁山杨㊁沙棘和刺槐林地上,冲刷1g土壤所需消耗的能量比坡耕地分别增大27.3,24.0,6.5,3.5倍㊂1.6枯枝落叶层增加土壤入渗能力枯枝落叶层能够有效增加土壤入渗,减少地表径流,发挥森林涵养水源的重要作用[67-68]㊂其一,枯枝落叶层覆盖地表,减轻了降雨溅蚀力,保护表土结构和土壤孔隙,阻滞径流[69],利于降雨入渗,增加土壤含水量;其二,枯枝落叶层参与土壤团粒结构形成,改善了表土结构和土壤物理性状,尤其是对0 10c m土层的改善作用最为明显,提高了土壤表层的腐殖质层厚度[44,64]㊂林地表层土壤疏松,有机质含量高,土壤容重小,根系发育,总孔隙度和毛管孔隙度增加,透水性好,促进降雨就地迅速入渗,滞后雨季降水汇流过程,是改变黄土高原地区以超渗产流为主要侵蚀动力土壤侵蚀模式的关键地表结构组成[18,53]㊂郭忠升等[69]对宁南六盘山区主要林分土壤入渗特征的研究表明,林区样地土壤稳渗速率主要介于7.14~22.32m m/m i n,不同土地利用类型土壤平均稳渗速率表征为天然林>人工林>灌木林>草地>农地,其中未采伐林地>采伐林地,与刘向东等[10]在六盘山区森林表层土壤的入渗规律基本一致㊂陈云明等[40]对黄土丘陵沟壑区人工沙棘林地和荒坡土壤入渗能力的对比研究表明,人工沙棘林地在整个测定时段内土壤入渗速率均高于荒坡,尤其以入渗前期差异最大㊂2研究中存在的问题目前,围绕黄土高原主要地貌类型区林地枯枝落叶层的生态水文功能开展的系列研究,对于深刻理解林地枯落物这一特殊层次在拦蓄地表径流,增加土壤入渗,814水土保持研究第29卷发挥水土保持作用等方面具有重要的理论和实践指导意义,有利于重视和保护枯落物层,提高林地经营管理水平,促进当地生态环境保护和高质量发展㊂通过梳理文献,发现以往枯落物的研究过程中,仍然存在一些尚需研究的问题㊂例如,一些研究在估算森林恢复过程中的水土保持效益时,更多地关注和考虑了林冠层盖度,对森林垂直结构分层中非常重要的近地表枯枝落叶层重视程度不够㊂部分土壤侵蚀预报模型缺乏从林地枯枝落叶层盖度㊁厚度及其生态水文功能的角度来评估其水土保持功能㊂目前,黄土高原地区不同气候植被带枯枝落叶层水土保持功能的对比研究有所不足㊂枯枝落叶凋落速率观测方面,对植被快速恢复和生态环境持续改善的丘陵沟壑区和高塬沟壑区长期定位连续观测明显不够㊂枯落物持水能力方面,主要基于充分供水条件下即采用室内浸泡法来研究其最大持水量㊁吸水速率和模拟持水过程,计算出的结果和野外大雨量级(20~30m m/24h)降雨条件下枯落物的最大持水能力基本一致[58]㊂缺乏对不同气候带典型树种在年内自然场次降雨事件和人工降雨变雨强情景下,野外坡面原位枯枝落叶层持水能力的对比分析㊂同时,对不同演替阶段主要树种枯枝落叶层保水保土效益的对比研究不足,缺乏植被演替过程上的分析㊂天然林和人工林枯枝落叶层生态水文功能的对比研究需要进一步加强,以明晰天然林和人工林枯落物水土保持功能的差异㊂另外,有关枯枝落叶层水文功能建立的大多为经验统计模型,物理过程模型存在空白[70]㊂3进一步研究的科学问题黄土高原地区近20a来,随着植被迅速恢复和生态环境持续改善,河川径流和输沙量锐减[7,71]㊂裸露荒坡林草植被建设,尤其是乔灌林地枯枝落叶这一明显而又关键的层次对减轻坡面土壤侵蚀,增加降雨就地入渗具有十分重要的意义[6,18,57]㊂枯枝落叶层水文过程是森林水文过程中不可忽视的一环,理解林地坡面土壤入渗 产汇流过程,明确枯枝落叶层在林地恢复中的水土保持意义对提高林地质量,促进黄土高原生态保护高质量发展具有重大意义㊂基于目前枯枝落叶层生态水文功能研究中存在的一些问题,未来可以考虑从以下几个角度,瞄准科学问题开展进一步的研究㊂3.1开展长时间㊁多气候梯度㊁多地貌和多尺度研究黄土高原从东南到西北跨越温带落叶阔叶林带㊁森林草原带㊁典型草原带和荒漠草原带4个陆地自然带,调查不同气候植被带主要植被类型枯落物厚度㊁盖度和蓄积量长时间序列动态变化特征,未来着眼于不同地貌类型区㊁不同气候梯度带枯落物生态水文功能的对比研究,开展微地貌㊁多尺度(坡面尺度 小流域尺度 大流域尺度 区域尺度)的枯落物水文过程研究㊂土石山区作为重要的河源区,开展秦岭㊁子午岭㊁吕梁山和太行山等水源涵养区枯枝落叶层保持水土的研究工作有助于深刻理解林地枯落物在山区薄层土壤分布带的生态水文意义㊂3.2增强野外坡面长期观测和原位降雨试验研究在黄土高原典型地貌类型区,依据气候植被带从南到北的梯度变化,分别选取区域有代表性的乔灌木林分坡面样地,定位观测枯枝落叶在年㊁季和月尺度上的凋落动态和蓄积量的时空变化特征并予以对比分析㊂考虑到枯枝落叶层在野外的自然结构状态不被破坏,基于此,分别开展自然场次降雨事件和人工模拟变雨强情景下不同林分枯落物类型㊁不同厚度枯落物在截留降雨㊁拦蓄地表径流和抗冲抗蚀能力的对比研究,以揭示和理解林地枯落物在保持水土中的特殊意义㊂加强枯枝落叶层在极端降雨条件下减少坡面地表径流的贡献率分析,有助于理解枯枝落叶层在森林水文过程中的重要作用㊂3.3加强天然林和人工林枯枝落叶层的对比研究黄土高原地区天然林基本上为天然次生林,主要分布在子午岭㊁秦岭㊁黄龙山和六盘山等土石山区,而人工林主要指在历史时期为减少水土流失通过人工措施形成的森林㊂自1999年国家退耕还林政策实施以来新增加的林地以人工林为主,其中丘陵沟壑区和高塬沟壑区分布最多㊂在相似气候条件和地形因子条件下,开展天然次生林和人工林相同林分类型随林龄㊁林分密度变化下枯枝落叶层蓄积量㊁厚度㊁盖度特征及其生态水文功能的对比研究,对于厘清天然次生林和人工林枯落物在水土保持效益中的差异,指导人工林营林规划方案设计和造林地管理具有突出的实际指导意义㊂3.4物理模型建立和参数确定枯枝落叶层作为近地表特殊的水土保持作用层,在林地水土保持效益中,发挥主导作用㊂枯枝落叶层作为联结土壤-植被-大气连续体中非常重要的薄层介质,尤其是枯枝落叶-腐殖质层这一复合层次在减轻土壤侵蚀㊁改善土壤质量和增加土壤入渗方面的综合效益日益受到更多的关注㊂开展黄土高原不同地貌类型区典型植被类型枯枝落叶层水文动态特征,建立具有物理意义的林地枯枝落叶层水土保持评价模型,对影响模型评估结果的主要参数,如枯落物种类㊁厚度㊁盖度㊁堆积状态㊁分解状态和叶片特征等进行确定和修正㊂914第4期许小明等:黄土高原地区林地枯枝落叶层水土保持效应研究进展。
黄土高原地区水土保持与生态建设的若干思考
中 国 水 土 保 持 科 学
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Ｖｏ ． Ｎｏ． １４ １ Ｆ ｂ． Ｏ ｅ ２Ｏ ６
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耕作对黄土丘陵沟壑区浅沟侵蚀的影响试验
（ ｉ ｕｇＳｉＥｏｉ ｄ１模型采用了单位水流功率概念 ； Ｌｍｂｒ ｏ ｒｓ ｎＭｏｅ） ｌ ｏ 澳
大 利 亚 的 Ｇ Ｅ Ｔ Ｇｉ ｔ Ｕ ｉ ｒ ｔ Ｅ ｓ ｎＳｓ ｍ Ｔ ｍ ｌｅ 模 Ｕ Ｓ （ ｒｆｈ ｎ ｅｓｙ ｒ ｉ ｙｔ ｅ ｐａ ） ｆ ｖ ｉ ｏ ｏ ｉ ｅ ｔ
对试验小区坡面的处理分 为耕作 （ ） Ｔ 和未耕作（ Ｔ 两种 ， Ｎ ） 耕作方式为水平 耕作 。试验利用 山顶水 窖供 水 ， 采用恒 水箱和 闸阀提供稳定 冲刷流量 。在小区上端放置溢 流箱 ， 溢流端 与地
型采用 了水流功率概念。但是 ， 这些模 型都没有给予 浅沟侵蚀 足够的重视 ， 未考虑 浅沟侵 蚀的影 响。为解决 这一 问题 ， 国 美 发展 了 浅 沟 侵 蚀 预 报 模 型 Ｅ Ｅ 然 而 其 地 区 适 应 性 较 Ｇ Ｍ， 差 Ｊ 。国内对坡面薄层水 流侵蚀 、 细沟侵蚀 的水 动力学特征 研究较多 ， 对浅沟侵蚀进行野外调查 、 定点 观测等居多 ， 研究成 果主要集 中在浅沟侵蚀 的概念 、 界形态学 特征 、 临 空间分 布特 征等［ ２ 。王文龙等研究表 明¨ 浅沟流量是细 沟出现时 ， 的 ５～ ６倍 ， 流速与水力半径是 细沟 的 ２～３倍 ，雷诺数是 细沟
第 ３ 第 ９期 ２卷 ２１ ００年 ９月
人
民
黄
河
Ｖｏ ． ２． １ ３ Ｎｏ． ９
Ｓｐ ２ ０ ｅ ．， ０１
ＹＥＬＬＯＷ ＲＩ ＶＥＲ
【 水土 保 持 】
耕 作对 黄土 丘 陵沟 壑 区 浅沟 侵 蚀 的影 响 试验
龚 家国 ， 周祖 昊 贾仰 文 王文 龙 辉 郝春 沣 ， ， ，彭 ，
窟野河流域河川基流量变化趋势及其驱动因素
窟野河流域河川基流量变化趋势及其驱动因素雷泳南;张晓萍;张建军;刘二佳【摘要】河川基流量的变化是区域气候变化与人类活动的综合反映,其对维持生态系统健康具有重要的意义.以黄土高原水蚀风蚀交错区典型流域窟野河流域为研究对象,利用1959-2005年实测水文、气象资料,基于Chapman-Maxwell数字滤波法的基流量计算,分析窟野河流域河川基流量的变化趋势与演变特征,从气候变化和人类活动两方面探讨了河川基流量变化的驱动因素.结果表明:(1)近50年来,流域内7个时段(全年；春季、夏季、秋季、冬季；汛期、非汛期)的基流量均表现为极显著减少趋势,全年基流量的减少量为0.628 mm/a,并在1980和1996年发生两次明显的突变；(2)与基准期(1959-1979年)相比,水土保持效应期(1980-1995年)的全年日基流量在5％,50％和95％的频率上相对减少率分别为30％,38％和54％,煤炭开发期(1996-2005年)的全年日基流量在5％,50％和95％的频率上相对减少率分别为57％,68％和100％；(3)流域河川基流量减少是气候变化和人类活动共同作用的结果,降水量的变化一定程度影响基流量,但主要驱动因素是流域内大面积连片开采煤炭资源和过量开发利用地下水.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2013(033)005【总页数】10页(P1559-1568)【关键词】窟野河;基流;趋势;突变;驱动因素【作者】雷泳南;张晓萍;张建军;刘二佳【作者单位】中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,杨凌712100;中国科学院研究生院,100049,北京;中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,杨凌712100;西北农林科技大学水土保持研究所,杨凌712100;中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,杨凌712100;中国科学院研究生院,100049,北京;中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,杨凌712100;中国科学院研究生院,100049,北京【正文语种】中文河川基流是指由地下水补给河川的水量。
黄土高原环境的旱化与黄土中水分关系
我国黄土是干旱和半干旱气候的指示物. 从早更新世到晚更新世, 黄土堆积的发展标志 着我国北方存在着气候变干的总趋势[ 1] . 刘东生等曾在5黄土与环境6一书中指出: / 发育黄 土的环境变得越来越干旱0, 究其原因, 刘东生等认为除地质环境背景和流水侵蚀的作用之外, 由于高悬于沟谷之上的黄土层中水分越见减少, 从而促进了黄土沉积环境旱化和草原化加强. / 黄土层中水分0作为黄土沉积环境旱化的一个重要因素, 其物理行为究竟对黄土高原环境旱 化产生哪些影响? 是一个值得探讨的科学问题.
下面我们试图从现代黄土性土壤的水分能量状态和水分物理特性二方面对黄土高原环境
1997-11-02 收稿, 1998-03-15 收修改稿 * 中国科学院生态环境研究重大项目( KZ951-B1- 211)
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中 国 科 学 ( D 辑)
第 28 卷
的旱化与黄土中水分的关系加以讨论.
1 黄土性土壤水分的能量状态与黄土高原环境旱化的地域分异
3 59
少. 但是, 无论粘质土壤或轻质土壤存在着一个共同规律, 即在同一水势下, 脱湿过程下的含
水量总大于吸湿过程下的含水量. 这是土壤水分滞后作用的主要特点. 土壤水分运动, 在一维、恒温和均质情况下, 当不考虑滞后作用影响时, 水分运动的基本方
程用下式表述[ 4] :
5 5
Ht =
5 5Z
D( H)
黄土性土壤中的水分和自然界其他物质一样, 含有一定数量和形式的能. 土体中的水分
因受土壤基质吸力的作用而得以保持在土体之中, 并因受到这些力的束缚而减弱了自身的活
动能力. 当土体中的水从一个部位流向另一个部位, 随着能量的消耗而做功. 所以土体中的 水分具有做功的势能. 土体中水分的运动遵循经典热力学的普遍规律, 由高势能方向向低势
黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点试验室
黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室学术委员会组成名单主任：秦大河，男，中国科学院院士，自然地理，中国气象局副主任：雷廷武，男，研究员，土壤侵蚀，中国科学院水利部水土保持研究所刘宝元，男，教授，土壤侵蚀，北京师范大学郑粉莉，女，研究员，土壤侵蚀，中国科学院水利部水土保持研究所委员：（以姓氏笔划为序）王全九，男，研究员，水资源与农业水土工程，中国科学院水利部水土保持研究所李凤民，男，教授，植物生理生态，兰州大学李锐，男，研究员，水土保持，中国科学院水利部水土保持研究所吴金水，男，研究员，土壤养分，中国科学院亚热带农业生态研究所邵明安，男，研究员，土壤物理，中国科学院水利部水土保持研究所杨金忠，男，教授，农田水利，武汉大学骆永明，男，研究员，土壤污染化学与生物修复，中国科学院南京土壤研究所倪晋仁，男，教授，水沙科学与环境工程，北京大学夏军，男，研究员，水文水资源，中国科学院地理科学与资源研究所康绍忠，男，教授，农业水土工程，中国农业大学傅伯杰，男，研究员，自然地理和景观生态，中国科学院资源环境科学与技术局高级学术顾问：山仑，男，中国工程院院士，植物生理生态，中国科学院水利部水土保持研究所朱显谟，男，中国科学院院士，土壤侵蚀，中国科学院水利部水土保持研究所安芷生，男，中国科学院院士，环境演变，中国科学院地球环境研究所刘昌明，男，中国科学院院士，水资源，中国科学院地理科学与资源研究所李玉山，男，研究员，土壤水分，中国科学院水利部水土保持研究所沈允钢，男，中国科学院院士，植物生理，中国科学院上海植物生理研究所唐克丽，女，国际欧亚科学院院士，土壤侵蚀与水土保持，中国科学院水利部水土保持研究所田均良，男，研究员，土壤侵蚀，中国科学院水利部水土保持研究所R.Horton，男，教授，土壤物理，美国依阿华州立大学（IOWA）Chi-hua Huang，男，教授，土壤侵蚀，美国国家土壤侵蚀研究实验室（NSERL USDA ARS）N.C.Turner，男，教授，植物生理，澳大利亚植物研究所（CSIRO）Robert Evans，男，教授，农业水土工程，美国农业部北部大平原农业研究室（NPARL-USDA-ARS）Dong Wang，男，教授，农业水管理，美国农业部农业水管理研究室（AWMR-USDA-ARS）Stewart.B. A，男，教授，农业水土资源，西德州农工大学农学院旱地农业研究所（West Texas A&M University）稻永忍，男，教授，旱地农业，日本鸟取大学中国科学院水土保持研究所文件水利部水字[2007]28号关于黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室第四届学术委员会换届的通知所属各部门：根据中国科学院《关于聘任黄土高原土壤侵蚀与旱地农业等2个国家重点实验室主任和学术委员会主任的通知》（计任通字[2007]1号）文件精神，依照《国家重点实验室建设与管理暂行办法》和《中国科学院开放研究实验室主任、学术委员会主任聘任办法》的有关规定，经国家重点实验室主任、学术委员会主任提名、所务会同意，完成了黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室第四届学术委员会的换届工作，现将组成人员名单通知如下：主任：秦大河，男，中国科学院院士，自然地理，中国气象局副主任：雷廷武(常务)，男，研究员，土壤侵蚀，中国科学院水利部水土保持研究所刘宝元，男，教授，土壤侵蚀，北京师范大学郑粉莉，女，研究员，土壤侵蚀，中国科学院水利部水土保持研究所委员：（以姓氏笔划为序）王全九，男，研究员，水资源与农业水土工程，中国科学院水利部水土保持研究所李凤民，男，教授，植物生理生态，兰州大学李锐，男，研究员，水土保持，中国科学院水利部水土保持研究所吴金水，男，研究员，土壤养分，中国科学院亚热带农业生态研究所邵明安，男，研究员，土壤物理，中国科学院水利部水土保持研究所杨金忠，男，教授，农田水利，武汉大学骆永明，男，研究员，土壤污染化学与生物修复，中国科学院南京土壤研究所倪晋仁，男，教授，水沙科学与环境工程，北京大学夏军，男，研究员，水文水资源，中国科学院地理科学与资源研究所康绍忠，男，教授，农业水土工程，中国农业大学傅伯杰，男，研究员，自然地理和景观生态，中国科学院资源环境科学与技术局高级学术顾问：山仑，男，中国工程院院士，植物生理生态，中国科学院水利部水土保持研究所朱显谟，男，中国科学院院士，土壤侵蚀，中国科学院水利部水土保持研究所安芷生，男，中国科学院院士，环境演变，中国科学院地球环境研究所刘昌明，男，中国科学院院士，水资源，中国科学院地理科学与资源研究所李玉山，男，研究员，土壤水分，中国科学院水利部水土保持研究所沈允钢，男，中国科学院院士，植物生理，中国科学院上海植物生理研究所唐克丽，女，国际欧亚科学院院士，土壤侵蚀与水土保持，中国科学院水利部水土保持研究所田均良，男，研究员，土壤侵蚀，中国科学院水利部水土保持研究所R.Horton，男，教授，土壤物理，美国依阿华州立大学（IOWA）Chi-hua Huang，男，教授，土壤侵蚀，美国国家土壤侵蚀研究实验室（NSERL USDA ARS）N.C.Turner，男，教授，植物生理，澳大利亚植物研究所（CSIRO）Robert Evans，男，教授，农业水土工程，美国农业部北部大平原农业研究室（NPARL-USDA-ARS）Dong Wang，男，教授，农业水管理，美国农业部农业水管理研究室（AWMR-USDA-ARS）Stewart.B. A，男，教授，农业水土资源，西德州农工大学农学院旱地农业研究所（West Texas A&M University）稻永忍，男，教授，旱地农业，日本鸟取大学二00七年五月二十八日中国科学院水利部水土保持研究所。
黄土丘陵区梯田果园土壤水分特征
黄土丘陵区梯田果园土壤水分特征肖列;薛萐;刘国彬【摘要】Soil water is an important factor for affecting plant growth and development in the arid and semi-arid areas.In order to study inter-annual dynamics and the compensation characteristics of soil water deficit of terraced orchards,the present study investigated the soil water contents of slope croplands,terraced croplands and terraced orchards in later April and in later October from 2003 to 2010 in the loess hilly and gully regions.The results show that the terraced croplands can significantly decrease the inter-annual variation of soil water storages in the 0-300 cm soillayer,improve the soil water content,and decrease the water storage deficit.The soil water storages in the 0-300 cm soil layer of the terraced orchards are significantly fluctuated inter-annually,the soil water contents are decreased remarkably below 200 cm and the water deficit is raised,and the compensation of the water deficit is dropped from 20％ to-10％.In conclusion,the water storage in the terraces can not offer enough water to balance the water consumption of plants for evaporation,and the terraced orchards can result in a reduction of soil water and finally lead to a soil dry layer.%在干旱半干旱地区,土壤水分是影响作物生长和植被恢复的重要生态因子.采用土钻法对黄土丘陵区纸坊沟流域坡耕地、梯田和梯田果园2003～2010年雨季前后的土壤水分状况进行了连续测定,旨在明确梯田种植果树后对土壤水分的长期动态效应,为黄土丘陵区梯田果园的可持续发展提供指导意义.结果表明,坡改梯措施可明显减小0-300 cm土层土壤储水量增量的年际变异,提高土壤含水量,减小土壤储水亏缺度,增大降雨对100-300 cm土层土壤储水亏缺补偿度；梯田果园化后0-300 cm土层土壤储水量增量的年际变异呈现较大幅度的波动,200 cm以下土壤含水量明显减小,土壤储水亏缺度增大,土壤储水亏缺补偿度由20％降为-10％.由此可见,梯田的蓄水保水量不足以供给果树的蒸腾耗水量,梯田果园化后将导致土壤水分的持续减少,可能导致土壤干层的形成.【期刊名称】《植物营养与肥料学报》【年(卷),期】2013(019)004【总页数】8页(P964-971)【关键词】黄土丘陵区;梯田果园;土壤水分亏缺;补偿与恢复【作者】肖列;薛萐;刘国彬【作者单位】西北农林科技大学水土保持研究所,黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨凌712100;西北农林科技大学水土保持研究所,黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨凌712100;中国科学院水利部水土保持研究所,陕西杨凌712100;西北农林科技大学水土保持研究所,黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨凌712100;中国科学院水利部水土保持研究所,陕西杨凌712100【正文语种】中文【中图分类】S606+.1;S152.7黄土丘陵区地处内陆腹地，光热资源丰富，昼夜温差大，雨热同季，适宜果树栽培，目前该区域普遍建立了不同类型的山地果园，这对促进区域经济发展、加快群众脱贫致富起到了巨大作用[1-2]。
黄土高原降雨量空间插值精度比较——KRIGING与TPS法
ｄ ｆｅ ｅ ｔａｇ ｒｔ ｉｆｒ ｎ ｌ ｏ ｉ ｈｍｓ，ＫＲＩ ＮＧ ａ ｄ ＴＰ ＧＩ ｎ Ｓ， ｗｅ ｅ ｖ ｒｆｅ ｎ ｏ ａ ｅ ｙ ｒ ｓ — ａ ｉ ａｉｎ ｔ ｓ ａ ｅ ｏ ｒ ｅ ｉｉｄ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｂ ｃｏ ｓ ｖ ｌｄ ｔｏ ｅ ｔ ｂ ｓ ｄ ｎ
点进行交叉验证 ， 比较 和 分 析 其 插 值 精 度 变 化 特 征 。 结 果 表 明 ： ） 论 多 年 平 均 ， 是 年 和 月 尺 度 ， Ｒ Ｇ Ｎ 与 １无 还 Ｋ ＩＩＧ
Ｔ Ｓ 法 降 雨 量 插 值 结 果 都 能 正 确 反 映 河 龙 区 间 降 雨 量 的 空 间 变 化 趋 势 ， 方 法 交 叉 验 证 平 均 一 致 性 指 标 （ 绝 Ｐ方 ２种 ） 对 值 相 差 均 在 ±００ ． １范 围 内 ， ２种 方 法 面 平 均 插 值 精 度 均 没 有 显 著 性 差 异 。 ２ 不 同 时 间 尺 度 的 插 值 精 度 ， ）
２１ ０ １年 ６月
９ ３）：９ ８ （ ７＿ ７
中 国 水 土 保 持 科 学
Ｓ ｉｎｃ ｆＳｏｌａ ａ ｅ ｎ ｅｖ ｔｏ ｃｅ ｅ ｏ ｉ ｎｄ Ｗ ｔｒ Ｃｏ ｓ ｒ ａ ｉｎ
Ｖｏ． Ｎｏ ３ １９ ．
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黄 古 降雨 量 空 间插 值 精 度 比较 工 同 原 ＫＲ ＧＩ 与 Ｔ Ｓ法 Ｉ ＮＧ Ｐ
Ｌ ｅｓＰａｅ ｕ ７ ２ ０ ，Ｙ ｎ ｌ ｇ ｈ ａ ｘ ，Ｃ ｉａ ｏ ｓ ｌｔａ ： １ １ ０ ａ ｇｉ ，Ｓ ａ ｎ ｉ ｈｎ ） ｎ
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土壤持水特征测定中质量含水量_吸力和容重三者间定量关系__原状土壤
*国家自然科学基金项目(40371060)、湖南省自然科学基金项目(06JJ3020)和湖南省教育厅资助科研项目(06C500)资助通讯作者,E -mai l:mas hao@ms.i 作者简介:付晓莉(1982~),女,辽宁盘锦人,博士研究生,研究方向为环境土壤物理学收稿日期:2006-10-30;收到修改稿日期:2007-02-04土壤持水特征测定中质量含水量、吸力和容重三者间定量关系Ò1原状土壤*付晓莉1,2 邵明安1 吕殿青3,1(1中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨凌 712100)(2西北农林科技大学资源环境学院,陕西杨凌 712100) (3湖南师范大学资源环境学院,长沙 410081)摘 要 用离心机法测定了四种原状土壤不同容重下的土壤水分特征曲线实测点,从实验上获得了四种原状土壤的质量含水量、吸力和容重三者间定量关系曲面。
分析了土壤的扰动性对土壤三变量关系曲面的影响,并以实测数据为基础,进一步对我们提出的一种模型进行验证,比较该模型对填装土壤和原状土壤三变量曲面的拟合情况。
结果表明:土壤的扰动性使实测的土壤三变量曲面发生较大的变化。
填装土和原状土的初始容重差别越大,土壤的扰动性对土壤三变量曲面的影响就越大。
两处理模型参数的差异大小能很好地反映土壤扰动性对三变量关系曲面的影响。
原状土壤的三变量曲面实验研究和探索有益于将变容重土壤水动力学研究拓展到田间土壤,具有一定的实践意义。
关键词 原状土壤;土壤三变量曲面;模型中图分类号 S152 文献标识码 A田间条件下,土壤在湿胀干缩的过程中其容重也会发生相应变化,从而可能影响到工程建筑、生态环境和农业生产等各种管理措施的实施。
沼泽湿地的开垦和退化导致土壤容重增大[1~3],产生的大量裂隙在影响着景观生态的同时还会为优先流的形成创造条件[4]。
另有研究表明,重型农业机械和其他耕作措施等人为因素以及土壤干旱等自然因素都会使土壤容重发生变化,进而影响作物的产量[5,6]。
黄土区坡面表层土壤容重和饱和导水率空间变异特征
第18卷第3期2004年6月水土保持学报Journal of So il and W ater Con servati onV o l.18N o.3Jun.,2004黄土区坡面表层土壤容重和饱和导水率空间变异特征Ξ郑纪勇1,邵明安1,2,张兴昌1(1.中国科学院水利部水土保持研究所,黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨陵712100;2.中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101)摘要:土壤容重和饱和导水率是影响坡地土壤入渗产流和抗侵蚀能力的两个重要因素,研究径流小区表层土壤容重和饱和导水率在坡面的空间变化规律,有助于深入理解坡地的降雨入渗产流产沙规律。
借助经典统计学和地质统计学,采用1m网格布点法对神木六道沟流域41m×5m径流小区表层土壤容重和饱和导水率坡面空间变异规律进行研究,结果表明:(1)表层土壤容重沿坡面的变化没有明显的规律,经地质统计学分析土壤容重具有明显的空间结构和自相关特征,自相关特征长度为7.6m。
(2)表层土壤饱和导水率在坡面的变化也不具备明显规律,K s和ln K s在坡面的变异经地统计学分析均不具有空间结构特征,属于纯随机变量。
关键词:径流小区; 土壤容重; 饱和导水率; 空间变异中图分类号:S152.5;S152.72 文献标识码:A 文章编号:100922242(2004)0320053204Spa ti a l Var i a ti on of Surface So ilπs Bulk D en sity andSa tura ted Hydraul i c Conducti v ity on Slope i n L oess Reg i onZH EN G J i2yong1,2,SHAO M ing2an1,2,ZHAN G X ing2chang1,2(1.S tate K ey L aboratory of S oil E rosion and D ry land F ar m ing on the L oess P lateau,Institu te of S oil and W ater Conservation,Ch inese A cad e m y of S ciences,Y ang ling,S haanx i712100;2.Institu te of Geog rap h ic S ciences and N atu ral R esou rces R esearch,Ch inese A cad e m y of S ciences,B eij ing100101) Abstract:T he bulk den sity(Θb)and the saturated hydraulic conductivity(K s)are t w o of the m ain influen tial fac2 to rs of the infiltrati on p roperty and the an ti2ero si on ability of s o il.T he studies on s o il ero si on rule on sl ope2land are m ain ly conducted on a runoff p l o t,and s o the study on the s patial variability ofΘb and K s on the runoff p l o t can ac2 celerate o r deepen the studies on rainfall2infiltrati on2runoff rule on the sl ope2land.A t120l ocati on s on a runoff p l o t,41m×5m,in the L iudaogou w atershed,the bulk den sity and the saturated hydraulic conductivity of the surface s o il w ere m easured.T he stochastic distributi on characteristic and the s patial variability ofΘb and K s on the runoff p l o t w ere detected using the traditi onal statistics and the geo2statistics,res pectively.T he result show that (1)the distributi on of the bulk den sity and the saturated hydraulic conductivity on the p l o t is stochastic;(2)the result of geo2statistics analysis on the s patial variability ofΘb and K s show s thatΘb has the s patial co rrelati on charac2 teristic,w ho se s patial co rrelati on range is7.6m,and K s and ln K s donπt have the s patial co rrelati on characteristic. Key words:bulk den sity; saturated hydraulic conductivity; s patial variability; runoff p l o t1 前 言土壤容重是土壤的一个基本物理性质,对土壤的透气性、入渗性能、持水能力、溶质迁移特征以及土壤的抗侵蚀能力都有非常大的影响。
黄土高原典型土壤有机氮矿化过程
黄土高原典型土壤有机氮矿化过程李紫燕;李世清;李生秀【摘要】以黄土高原从北向南不同地区典型土壤类为对象,采用Bremner淹水培养法,研究黄土高原典型土壤有机氮的矿化过程.结果表明,淹水培养期间矿化出的部分NH+4 N会被粘土矿物固定,固定量因土壤不同而异,因此在测定有机氮矿化量时,只有考虑这一部分氮素,才可获得可靠结果.不同土壤有机氮量矿化明显不同,表现为土垫旱耕人为土＞黄土正常新成土＞简育干润均腐土＞干润砂质新成土,从南到北氮素矿化量呈减小趋势.添加C/N低(C/N比为21.7)的紫花苜蓿(Medicago stativa)茎叶有利于促进土壤有机氮矿化,而添加C/N高(C/N比为43.3)的长芒草(Stipa bungeana)会促进矿质氮的生物固定;不同类型植被土壤间在培养20、40d 和60d时的矿化量差异显著(p值分别为0.0177、0.0109和0.0073),均表现为均为林地土壤＞裸地土壤＞草地土壤＞农田土壤;从平均看,加(NH4)2SO4后有机氮矿化量有一定减少.在不同培养阶段,不同土类间氮素矿化率不同,在20d和40d时存在显著差异(p分别为0.0092和0.0381),60d时差异不显著,不同土类氮素矿化率的大小顺序为干润砂质新成土＞黄土正常新成土＞土垫旱耕人为土＞简育干润均腐土,这一结果说明在淹水条件下,黄土高原土壤从南到北易矿化氮所占全氮比例呈增加趋势.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2008(028)010【总页数】11页(P4940-4950)【关键词】黄土高原;土壤氮素矿化;非交换性铵态氮【作者】李紫燕;李世清;李生秀【作者单位】西北农林科技大学/中国科学院水利部水土保持研究所,黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西,杨陵712100;西北农林科技大学资源与环境学院,陕西,杨陵712100;西北农林科技大学/中国科学院水利部水土保持研究所,黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室陕西,杨陵712100;西北农林科技大学资源与环境学院,陕西,杨陵712100;西北农林科技大学资源与环境学院,陕西,杨陵712100【正文语种】中文【中图分类】S154.1土壤氮素80%以上以有机态存在，有机态氮中的绝大部分不能被植物直接吸收利用，只有经过矿化作用，才能转化为可被植物吸收利用的矿质态氮。
不同植被带生态恢复过程土壤团聚体及其稳定性r——以黄土高原为例
不同植被带生态恢复过程土壤团聚体及其稳定性r——以黄土高原为例徐红伟;吴阳;乔磊磊;李袁泽;薛萐;瞿晴【摘要】为分析黄土高原不同植被带植被恢复对土壤团聚体分布特征及其稳定性的影响,以黄土高原从北到南不同纬度梯度分布的3个典型植被类型区域(草原带、森林草原带和森林带)为研究对象,对不同植被类型和恢复年限下的土壤团聚体分布及其稳定性进行了研究.结果表明:不同植被带对土壤团聚体分布及其稳定性影响显著,大于0.25mm团聚体含量(WR0.25)、水稳性团聚体平均重量直径(EWMD)、水稳性团聚体几何平均直径(EGMD)和有机质含量(SOM)整体上均表现为:森林带>森林草原带>草原带.不同植被带下不同恢复类型对土壤团聚体及其稳定性影响不一,森林草原带表现为灌木>草地>乔木,森林带则表现为乔木>草地.随植被恢复年限增大,各种恢复类型WR0.25、EGMD、SOM整体呈逐渐增加趋势,团聚体结构破坏率(PAD)和可蚀性因子(K)呈现相反的变化趋势;分形维数(D)无显著差异.冗余分析表明,植被带对土壤团聚体及其稳定性的影响最大,其次是恢复年限,恢复类型与植被带和恢复年限具有较强的交互作用.本研究有利于加强对区域生态恢复过程机理的认识.%With the aim to analyze the effects of vegetation restoration on soil aggregates on the Loess Plateau, various categories of the distribution and stability of soil aggregates in different restoration ages of vegetation zones were studied. With three typical restoration zones including the steppe zone, the forest-steppe zone and the forest zone at different latitude on the Loess Plateau as the object of this research. The results showed that the distribution and stability of soil aggregates were significantly influenced by vegetation zones. For the five indexesincluding >0.25mm soil water-stable aggregates (WR0.25), mean weight diameter (EWMD), geometric mean diameter (EGMD) and soil organic matter (SOM), these indexes in the forest zone were the highest, followed by the forest-steppe zone, and these in the steppe zone were the lowest. Different vegetation restoration condition and vegetation zone had different impacts on soil aggregates and their stability, with the trend of shrubs> grasslands> trees in the forest-steppe zone and trees > grasslands in the forest zone. pectively, indexes including WR0.25、EGMDand SOM in different restoration conditions increased with restoration ages, but other indexes including percentage of aggregate destruction (PAD) and soil erodibility (K) decreased. No significant difference has been found in the fractal dimension (D). The redundancy analysis showed that the distribution and stability of soil aggregates were mostly effected by the vegetation zones, and the restoration ages as following. The type of the restoration had a significant interaction with the vegetation zones and the restoration ages. This research is conducive to better understand the mechanism of regional ecological restoration process.【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2018(038)006【总页数】10页(P2223-2232)【关键词】黄土高原;植被带;生态恢复;土壤团聚体稳定性【作者】徐红伟;吴阳;乔磊磊;李袁泽;薛萐;瞿晴【作者单位】中国科学院水利部水土保持研究所,黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨凌 712100;中国科学院大学,北京 100049;西北农林科技大学资环学院,陕西杨凌 712100;西北农林科技大学水土保持研究所,陕西杨凌 712100;西北农林科技大学林学院,陕西杨凌 712100;中国科学院水利部水土保持研究所,黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西杨凌 712100;西北农林科技大学水土保持研究所,陕西杨凌 712100;西北农林科技大学林学院,陕西杨凌 712100【正文语种】中文【中图分类】X144土壤团聚体是土壤结构的基本单元,也是有机质的载体,与土壤的结构和理化性质关系密切[1],其数量和大小分布直接影响着土壤质量[2],良好的土壤结构和稳定的团聚体对于提高土壤孔隙度、稳定性及改善土壤肥力具有重要作用[3].植被覆盖可以减少溅蚀,有利于抵抗土壤侵蚀,进而增加土壤团聚体的稳定性[4].植被生长良好的关键取决于土壤团聚体的稳定性[5].一般把粒径大于 0.25mm团聚体称为大团聚体[6],相对其他粒径的团聚体,其更能充分地体现土壤团聚体的稳定性,其含量的多少在一定程度上反映了土壤结构好坏、持水性、通透性的高低,其基本性质是决定土壤稳定性、抗侵蚀能力和土壤肥力的关键因素[7],其含量越高土壤质量越好[8].土壤有机质对土壤结构稳定性和土壤资源的可持续利用起着重要的作用[9].植被恢复是生态环境建设的有效措施,研究团聚体的稳定性是了解植被恢复效果与土壤质量好坏的有效途径.土壤团聚体稳定性除了与母质、有机质、气候、微生物活动等内在理化性质有关外[10],还受植被带、植被类型、恢复年限等外部因素的间接影响.相关研究表明,林地土壤团聚体稳定性显著高于荒地或农地[11-14],也有研究认为天然草地土壤团聚体稳定性高于灌木林地[15];同时,研究认为随植被恢复年限的增加土壤团聚体稳定性逐渐增加[16-18].从以上分析看出目前多数研究主要集中于土地利用方式和恢复年限对团聚体稳定性的影响,而在区域尺度上的研究相对较少.已有的对黄土高原森林带和森林草原带的研究区域尺度相对较小,在反映区域对土壤团聚体及其稳定性的影响上存在一定不足.因此,本研究选择不同纬度的不同植被恢复类型和恢复年限的土壤为研究对象,分析了土壤团聚体及其稳定性的分异特征,并在此基础上定量分析植被带、恢复类型和恢复年限对上述因子的影响程度.研究旨在从区域尺度揭示黄土高原地区植被恢复对土壤团聚体稳定性能的影响机制,为黄土高原区域生态恢复可持续健康发展和土壤质量管理与评价提供数据支持和理论依据.1 材料与方法1.1 研究区概况研究按照黄土高原纬度梯度从北至南选择草原带(神木)、森林草原带(绥德和安塞)和森林带(宜川和淳化)3个植被带的5个地区为研究区域(图1),在每个植被带根据野外调查情况选取不同恢复类型和年限的样地,其中草原带主要为不同年限的恢复草地,森林草原带为不同恢复年限的撂荒草地、柠条和刺槐,森林带为不同恢复年限的刺槐和撂荒草地.各研究区基本概况见表1.1.2 土壤样品的采集与分析结合各研究区植被类型、地形特征和恢复年限等因素,在 3个研究区选取不同植被恢复类型下的样点共计 43个(草原带 8个、森林草原带24个,森林带11个),所选样点尽量保证具有典型性、代表性和一致性(植物群落特征、土壤类型、地形、坡度、坡位、坡向等环境条件应尽量保证一致或相似),样点基本情况见表2.每个样点设置3个10m×10m的样地,各样地距离间隔10m以上,在每个样地用土钻按随机点取样法采集0～20cm土层土壤样品 10钻,充分混匀,用于测定土壤理化性质.每个样地用铝盒多点采集 0～20cm 深度原状土样,在野外将 3个样地的原状土按照各三分之一混合为一个原状土密封带回实验室,然后沿土壤自然结构面轻轻掰开直径约 1cm的小团块,自然风干后去除枯枝落叶和石块,用于测定土壤团聚体等指标. 图1 样点地理位置示意Fig.1 Geographic location map of sample points参考杜盛、刘国彬等《黄土高原植被恢复的生态功能》[19]表1 研究区基本概况Table 1 Basic introduction of the experimental areas研究区域植被带纬度海拔(m) 多年平均降水(mm) 多年平均气温(℃)神木草原带38°13′～39°27′ 738.7～1448.7 437.9 8.4绥德森林草原带37°16′～37°45′ 608～1287 475.4 8.7安塞森林草原带36°30′～37°19′ 1010～1431 491 8.8宜川森林带35°42′～36°23′ 388.8～1710.5 574 9.7淳化森林带34°43′～35°03′ 630～1809 600.6 9.8表2 样点基本情况表Table 2 Basic information of sample plots植被带研究区域植被恢复类型恢复年限(a) 样点数建群种盖度(%) 土壤类型0～10 4 长芒草 (Stipa bungeana) 40～52 风沙土10～20 2 长芒草-兴安胡枝子 (Stipa bungeana-Lespedeza davurica) 62～72 风沙土草原带神木草地＞20 2 长芒草(Stipa bungeana) 72～80 风沙土0～10 2 铁杆蒿 (Artemisia argyi) 40～46 黄绵土绥德草地10～20 2 铁杆蒿+长芒草 (Artemisia argyi- Stipa bungeana) 45～65 黄绵土森林草原带＞20 2 白羊草 (Bothriochloa ischaemum) 46～73 黄绵土0～10 2 柠条 (Caragana korshinskii) 45.5～51 黄绵土灌木10～20 2 柠条(Caragana korshinskii) 45～65 黄绵土安塞＞20 2 柠条 (Caragana korshinskii) 50～68 黄绵土0～10 2 刺槐 (Robinia pseudoacacia) 50～65 黄绵土乔木10～20 2 刺槐 (Robinia pseudoacacia) 65～75 黄绵土＞20 8 刺槐 (Robinia pseudoacacia) 62～80 黄绵土0～10 1 长芒草 (Stipa bungeana) 70～82 黄绵土宜川草地10～20 1 长芒草-铁杆蒿 (Stipa bungeana- Artemisia argyi) 80～82 黄绵土森林带＞20 1 白羊草 (Bothriochloa ischaemum) 82～90 黄绵土0～10 3 刺槐 (Robinia pseudoacacia) 78～82 黄绵土淳化乔木10～20 2 刺槐(Robinia pseudoacacia) 75～93 黄绵土＞20 3 刺槐 (Robinia pseudoacacia) 72～95 黄绵土机械稳定性团聚体测定用干筛法[20],水稳性团聚体的测定采用湿筛法[20],有机质测定采用重铬酸钾氧化外加热法[21].1.3 数据处理为了全面准确的反映土壤团聚体分布及其稳定性特征,选取大于 0.25mm团聚体含量(WR0.25)、水稳性团聚体平均重量直径(EWMD)、水稳性团聚体几何平均直径(EGMD)、分形系数(D)、团聚体结构破坏率(PAD)、有机质含量(SOM)和土壤可蚀性因子(K)作为分析指标.文中团聚体为样点原状土混合样品测定的平均值,而化学性质指标为3个样地样品的平均值.具体计算公式如下:大于0.25mm团聚体含量WR0.25(%)[22]:式中:Mr＞0.25为直径大于 0.25mm 团聚体湿筛质量,g;MT为团聚体总质量,g. 水稳性团聚体的平均重量直径EMWD(mm)[22]和水稳性团聚体的几何平均直径EGMD(mm)[23]:式中:为第i级的团聚体平均直径,mm;Wi为第i级的团聚体组分的干重,g.分形维数D[24]:式中: Xmax为最大团聚体的粒径,mm;mi为粒径小于Xi的团聚体总质量,kg;M为各粒级团聚体质量之和,kg.团聚体结构破坏率PAD(%)[25]:土壤可蚀性因子K[26]:采用Excel2013和SPSS21.0对数据进行初步整理和统计分析,Duncan法进行差异显著性检验,显著性水平0.05;采用 Origin 9.0 进行数据绘图;冗余分析(RDA)应用CANOCO5.0进行.2 结果与分析2.1 植被带对团聚体分布及稳定性的影响不同植被带对土壤团聚体分布及稳定性的影响有较显著差异(P＜0.05)(图 2).在草地恢复类型中,WR0.25、EMWD、EGMD和 SOM(图 2A、B、C、G)在 3个植被带均呈现出相同的变化趋势,即森林带＞森林草原带＞草原带,草原带和森林草原带与森林带均达到显著差异水平,而草原带和森林草原带差异不显著;PAD(图 2F)呈现出相反的变化趋势,且森林带与森林草原带和草原带差异显著;D(图 2D)和 K(图 2E)在 3个植被带差异不显著.在乔木恢复类型中,除D(图2D)、K(图2E)和 PAD(图 2F)外均表现为森林带＞森林草原带,且差异显著; D(图2D)和K(图2E)在3个植被带差异不显著; PAD(图 2F)均表现为森林草原带＞森林带,差异显著.图2 不同植被带土壤团聚体含量及稳定性指标变化Fig.2 Changes of soil aggregate content and stability index in different vegetation zones图中不同小写字母表示草地植被恢复类型下不同植被带在5%水平上的差异性;不同大写字母表示乔木植被恢复类型下不同植被带在5%水平上的差异性图3 不同纬度区域土壤团聚体及稳定性指标变化特征Fig.3 The stability of soilwater-stable aggregates of different latitude in vegetation zones通过对团聚体及稳定性指标和纬度进行拟合分析,表明除D以外其余各指标均与纬度有较强的相关性(图 3),其中 WR0.25(图 3A)、EMWD(图3B)、EGMD(图 3C)和SOM(图 3G)随纬度变化均呈现为随纬度增大逐渐降低的变化趋势;D(图3D)随纬度增大无显著变化; PAD(图3F)和K(图3E)随纬度增大逐渐增加.2.2 植被恢复类型对团聚体分布及稳定性的影响不同植被类型对土壤团聚体分布及稳定性影响较小(表3),除在森林草原带SOM表现为灌木＞乔木＞草地(其中灌木与草地差异达到显著水平),在森林带SOM表现为乔木显著大于草地外,各指标在不同植被带均未达到显著水平.2.3 植被恢复年限对团聚体分布及稳定性的影响植被恢复年限对土壤团聚体分布及稳定性有显著影响(P＜0.05),但在不同区域和恢复类型中表现规律不一(图4).在草原带,WR0.25、EMWD、EGMD和SOM均呈现出随植被恢复年限增加逐渐增大的变化趋势,除 SOM 外各指标在 0～10a和＞20a恢复年限均达到显著差异水平;PAD呈现相反的变化趋势;D和 K无显著差异.在森林草原带,草地和灌木各指标呈现相同的变化特点,即除D、K、PAD外其余各指标均表现为随植被恢复年限增加逐渐增大,K、PAD随植被恢复年限增加逐渐降低,且在0～10a和＞20a恢复年限差异显著;WR0.25、EMWD、EGMD、D随乔木恢复年限增加先降低后增加,PAD先增加后降低,且在 10～20a和＞20a恢复年限达到显著差异水平.在森林带,除 WR0.25、PAD、SOM 外各指标随草地恢复年限增加均无显著差异,WR0.25、EMWD、EGMD和SOM随乔木恢复年限增加逐渐增大,K和PAD逐渐降低,且在0～10a和＞20a恢复年限差异显著.表3 不同植被恢复类型土壤团聚体及稳定性指标变化Table 3 Changes of soil aggregates and stability indexes in different vegetation restoration types 注:图中小写字母表示森林草原带不同植被恢复类型在5%水平上的差异性;大写字母表示森林带不同植被恢复类型在5%水平上的差异性.植被带植被类型WR0.25(%) EMWD(mm) EGMD(mm) D K PAD(%) SOM(g/kg)草地29.91±2.36a 1.24±0.12a 1.46±0.06a 2.55±0.04a 0.03±0.00a 69.96±2.35a 0.94±0.08b森林草原带灌木30.01±3.15a 1.28±0.16a 1.49±0.07a2.58±0.04a 0.03±0.00a 69.84±3.17a 1.07±0.22a乔木29.24±1.17a1.15±0.08a 1.42±0.04b2.45±0.07a 0.03±0.00a 70.61±1.17a 1.00±0.08ab草地43.20±1.35A 1.74±0.02A 1.71±0.01A 2.52±0.02A 0.02±0.00A56.61±1.41A 1.54±0.29B森林带乔木43.62±1.69A 1.77±0.12A 1.72±0.07A 2.54±0.05A 0.02±0.00A 56.31±1.69A 2.10±0.25A图4 不同恢复年限土壤团聚体及稳定性指标变化特征Fig.4 Characteristics of soil aggregates and stability indexes of soil aggregates in different restoration agesg,草原带;fg,森林草原带;f,森林带2.4 团聚体分布及其稳定性影响因子分析通过对植被带、植被恢复类型和恢复年限3个因素与WR0.25、EMWD、EGMD、D、K、PAD、SOM进行RDA分析,以分析各因素对各稳定性指标影响的程度.结果表明植被带、植被恢复类型和恢复年限均与WR0.25、EMWD、EGMD、D、K、PAD和SOM存在相关关系(图5).在3个影响因子中植被带和恢复年限与WR0.25、EMWD、EGMD和SOM存在较强的正相关性,与K和PAD存在较强的负相关性,且植被带箭头长,表明植被带对它们影响程度大于恢复年限.植被恢复类型与WR0.25、EMWD、EGMD、D和SOM相关性较弱,且与植被带和恢复年限呈锐角,其对土壤团聚体分布与稳定性的作用受两者的综合影响.图5 植被带、植被类型和年限与土壤稳定性因子的RDA排序Fig.5 RDA sort graph of vegetation zones, vegetation types and ages, and soil stabilityfactors3 讨论土壤团聚体结构对土壤质量产生重要的影响,其数量的多少决定了土壤蓄水保墒、储存养分及稳定性等能力的高低[27].大于 0.25mm团聚体含量[28]、水稳性团聚体平均重量直径[22]、水稳性团聚体几何直径[23]、分形维数[16]、土壤可蚀性因子[29]、团聚体结构破坏率[15]、土壤有机质含量[30]常作为反映土壤团聚体稳定性的重要指标.本研究中,RDA结果显示植被带是影响团聚体分布及其稳定性的重要因素,其中土壤团聚体稳定性总体呈现森林带＞森林草原带＞草原带.这与前人关于黄土丘陵区土壤团聚体研究结果类似[18].首先,微生物对团聚体形成和团聚体的稳定性具有重要作用[31].由于水热条件可以直接影响微生物活性[32],随纬度增大,黄土高原地区降雨量和温度逐渐降低[33],降低了微生物活性,减弱了土壤腐化作用和产糖能力[31],从而使团聚体凝结力减小,团聚体稳定性降低.其次,随着纬度增加,植物生物量降低,归还到土壤中的有机物来源减少[34],导致对团聚体的黏结作用降低[35];随着水分和温度的降低,有机物分解减弱[32],根系分泌物降低,减弱了土壤团聚体的形成.此外,土壤有机质含量是影响团聚体稳定性的内在因素[10],本研究结果表明纬度越大,有机质含量越低,进而降低土壤的团聚性.本研究中植被恢复类型对土壤团聚体稳定性影响较小,这与已有研究认为植被恢复类型是土壤团聚体稳定性重要影响因素的结论不一致[11-12,14],导致结果不一致的原因主要是前人研究多关注同一恢复年限下不同植被类型团聚体稳定性研究;同时,相同的植被恢复类型下土壤团聚体稳定性受植被带的影响较大[18],而本研究中涉及相同植被带不同植被恢复类型下不同恢复年限,随着恢复年限增加,各指标整体呈现显著变化趋势,这样导致本研究中植被类型对土壤团聚体分布及其稳定性的影响不显著.因此为了减弱年限在植被类型中的影响,本研究按照恢复年限对不同阶段下的各恢复类型的土壤团聚体稳定性分别进行分析(图 6),结果表明,在恢复年限＜10a时和＞10a时均表现出恢复类型对各指标具有显著的影响,也印证了植被恢复类型是影响土壤团聚体稳定性的一个重要的因子.进一步分析发现在相同恢复年限,森林草原带与森林带的草地恢复和乔木恢复类型呈现相反的变化趋势,而同一植被带不同恢复年限下的各恢复类型也整体呈现相反的变化趋势.表明植被带、恢复类型和恢复年限都是影响土壤团聚体分布与稳定性的重要因子,而三个因子在不同情景下的作用机制与影响程度不同,存在一定的交互作用.图6 不同恢复年限对团聚体及稳定性指标的影响Fig.6 Effects of different ages on agglomerates and stability indexes从前面的分析结果表明植被恢复年限对土壤团聚体稳定性有显著影响,其稳定性随植被恢复年限增加逐渐增强,这与 Wang等[36]和陈文媛等[37]研究结果一致.大量研究已经证实随着植被恢复,植物生物量逐渐增加,归还到土壤中的枯落物也显著增加,促进了土壤有机质的增加[38-39].同时,随着植被恢复,土壤微生物量和多样性显著增加,促进了枯落物和有机质的分解,增加了对土壤颗粒的粘结作用[40].此外植被恢复增加了根系生物量和根系分泌物,改善土壤结构[41],促进了土壤团聚体的形成与结构稳定.4 结论4.1 不同植被带对土壤团聚体分布与稳定性影响显著,整体表现为森林带＞森林草原带＞草原带.4.2 随着植被恢复年限增加,各恢复类型土壤团聚体分布与稳定性整体呈现增加趋势.4.3 不同植被带下,不同植被类型对土壤团聚体分布与稳定性的影响存在差异,森林草原带表现为灌木＞草地＞乔木,森林带则为乔木＞草地.4.4 植被类型对土壤团聚体稳定性的影响作用要低于植被带和恢复年限,但是与两个因素具有较强的交互作用.参考文献：[1]Bronick C J, Lal R. 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中国科学院、水利部水土保持研究所组建黄土高原生态网络研究部
中国科学院、水利部水土保持研究所组建黄土高原生态网络研
究部
刘国彬;梁银丽
【期刊名称】《资源生态环境网络研究动态》
【年(卷),期】1997(008)002
【总页数】1页(P44)
【作者】刘国彬;梁银丽
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】P941.74
【相关文献】
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3.水利部研究部署加快推进国家水土保持重点工程工作 [J], 本刊编辑部
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ANSWERS模型及其应用
ANSWERS模型及其应用
张玉斌;郑粉莉
【期刊名称】《水土保持研究》
【年(卷),期】2004(11)4
【摘要】ANSWERS模型主要是针对欧洲平原地区研发的分散型物理模型。
介绍了模型的研发历史、结构、输入和输出信息以及模型的应用。
ANSWERS主要适用于缓坡地形区的径流模拟、侵蚀模拟和农业污染物运移模拟。
如何根据中国的实际合理确定模型参数,使模型在我国复杂地形区应用,尚有许多问题需要研究。
【总页数】4页(P165-168)
【关键词】ANSWERS模型;研发历史;应用;污染物运移
【作者】张玉斌;郑粉莉
【作者单位】中科院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】S157.1;X53
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黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室2014年度实验室开放基金课题指南一、实验室主要研究方向土壤侵蚀和干旱是影响农业生产和环境的世界性问题，在我国黄土高原地区尤为突出。
本实验室是以黄土高原侵蚀环境调控和提高旱地农业生产力为研究方向，以解决黄土高原水土流失和干旱问题为目标，主要研究土壤侵蚀过程及其机理、土壤侵蚀预测预报、侵蚀环境演变机制及其提高生产力途径，土壤侵蚀与旱地农业研究的新技术与新方法、侵蚀与干旱逆境下作物生理生态和土壤水分、养分循环机制及其调控，发展土壤侵蚀与旱地农业新领域及其交叉学科，为加速黄土高原水土保持、生态环境建设和农业持续发展及黄河治理服务。
二、基金资助范围本实验室主要资助符合实验室研究方向，又具有创新意义的基础及应用基础研究课题。
主要资助如下研究方向：1．土壤侵蚀动力学过程及其机制、土壤侵蚀预测预报、侵蚀环境演变机制及其调控（简称：侵蚀）包括土壤侵蚀过程动力学机制、土壤侵蚀预报模型、土壤侵蚀研究新技术与新方法，土壤侵蚀环境演变机制及其时空分布特征、侵蚀环境演变的驱动力、土壤侵蚀环境效应评价、土壤侵蚀与环境演变的预测预报等。
2．旱地农业生态系统中水分、养分迁移与调控及提高旱地农业生产力的机制（简称：旱农）包括农林草生态系统中水分、养分迁移机制与动力学模式，土壤水—肥—生产力相互关系及产量形成过程的机理与动态模拟，提高水分、养分利用效率的机制与途径，作物对干旱逆境的适应性及旱地作物增产的机制，农业节水的生理生态基础，黄土高原发展集雨农业的理论与途径等。
3．黄土高原土壤侵蚀环境演变及调控与旱地农业生产力的相互关系（简称：交叉）包括侵蚀条件下土壤养分运移规律，植被—侵蚀—土壤互动作用，侵蚀条件下的土壤退化对旱地农业生产力和生态环境影响的定量评价，水土保持和生态建设对区域水环境的影响评价、旱地农业生产力改变对区域水文情势影响的机制与效应，旱区生态农业对调控土壤侵蚀环境的效应，旱地农业可持续发展的优化模式等。
4. 黄土高原植被建设环境效应及调控（简称：植被）包括半干旱区退化林草植被生态系统水分循环与恢复模型，灌草立体配置的水文生态与水土保持耦合效应；确定自然和人为作用下的土壤水分恶化过程及机理，建立区域土壤干层预报模型，提出区域植被恢复与建设高效种植模式，以指导黄土高原生态环境恢复与重建。
三、基金资助方式为了更加有效地管理实验室基金，充分发挥实验室基金在推动学科建设和人才培养方面的作用，实验室基金资助方式包括如下三种类型：（1）重点实验室主任基金主要资助土壤侵蚀与旱地农业交叉学科和GIS支持下的黄土高原区域水土流失预报方法与模型领域开创性研究课题；该类项目采用实验室主任根据实验室特殊紧迫的研究内容独自决定的方式予以资助。
（2）自由申请项目根据实验室学科发展方向和国际热点研究问题，由实验室学术委员会指定4-6个重点研究领域，申请者根据自己专业特点自由申请，研究内容要具有前沿和创新性；（3）合作与指导性项目系实验室新推出的基金类型，研究领域和研究方向由实验室学术委员会制定，研究项目根据实验室发展方向和固定研究人员承担的国家和国际合作重要基础和应用基础研究项目的需要确定。
有实验室承担重要研究项目的研究人员负责优秀项目的遴选、研究经费的筹措、拟定研究目标、受理和完成项目申请与立项、并监督项目执行。
具有博士学位、具有一定研究基础和充足研究时间者优先资助，尤其优先资助在实验室从事博士后研究和从事访问学者的研究人员。
实验室鼓励实验室固定研究人员与项目承担者共同完成高水平的研究成果。
该类项目采用不定期申请、立项的管理模式。
四、本年度重点资助领域（一）重点实验室主任基金土壤侵蚀与旱地农业交叉学科领域，特别就侵蚀环境下旱地农业中应用基础性问题，以及旱地农业生产所引起的人为侵蚀机制等科学问题进行资助; GIS支持下的黄土高原区域水土流失预报方法与模型以及侵蚀环境演变规律。
（二）自由申请项目1．土壤侵蚀过程动力学机制及其预报包括坡面和小流域土壤侵蚀过程，土壤可蚀性指标，植被防治土壤侵蚀机理，坡沟系统泥沙输移过程及其机制，不同尺度水文和侵蚀预报模型，土壤侵蚀过程研究的新技术与新方法。
2．侵蚀环境演变与区域水土流失定量评价包括侵蚀环境演变机制及其调控，侵蚀环境退化过程的定量评价，植被—侵蚀—土壤互动作用机理，区域水土流失定量评价的指标体系及其预测模型。
3．侵蚀条件下土壤水分、养分迁移的动力学模式与作物水—肥—生产力关系动态模拟包括坡耕地水分、养分迁移机制及动力学模式，水分、养分对作物产量影响的定量关系，作物水、肥、产量耦合关系与作物生长和产量形成过程的动态模拟，农业结构及生产力改变对农田水文小循环和区域水文大循环的影响等。
4．旱地农业的生理学基础及提高旱作生产力的途径包括旱地农业的生理生态学基础及作物整体抗旱性机制，作物对半干旱地区多变低水环境的适应与调节，适度水分亏缺下作物产生补偿效应的机制与条件，黄土高原集水农业的生物学调控机制，提高自然降水和有限灌溉水利用效率的综合技术途径模式。
5. 黄土高原植被建设环境效应及调控包括半干旱区退化林草植被生态系统水分循环与恢复模型，灌草立体配置的水文生态与水土保持耦合效应；自然和人为作用下土壤水分恶化过程及机理，区域土壤干层预报模型，区域植被恢复与建设高效种植模式。
优先资助研究内容1.坡沟系统水蚀动力过程与侵蚀产沙时空分布特征2.淤地坝泥沙沉积过程与小流域侵蚀产沙耦合关系3.流域通用侵蚀预报模型4.全球气候变化下的流域水沙过程及模拟5.黄土高原旱地作物高产水分高效栽培体系及理论基础6.黄土高原旱地作物高产高效栽培体系中的水氮管理及调控7.黄土高原旱地作物高产水分高效栽培农田的物质循环过程8.有限水分条件下光合同化物质转运调控9.多变低水环境下根系生长、功能的调控及其机制10.作物旱后复水的修复机制11.黄土区主要优良牧草植物生产力与水分生态适应性12.植被空间配置对坡沟侵蚀输沙过程的调控机理13.土壤中物质迁移机制与模拟模型14.黄土高原小流域降雨、产流、侵蚀、溶质径流迁移物理基础模型15.黄土高原典型小流域水分养分空间变异特征16.黄土高原水分植被承载能力确定方法17.与土壤侵蚀与旱地农业研究方向相关的新技术与新方法（三）合作与指导性项目不定期随时根据实验室固定研究人员优选项目的进程在网上公布，并及时进入项目的申请与立项过程。
五、基金的申请与评审本实验室课题资助实行基金制。
国内外科学工作者都可以在本实验室课题申请指南范围内提出课题申请，经学术委员会批准资助后，可来实验室进行课题研究。
具体办法如下：1．本实验室课题的申请者一般应为副研究员（或相当专业技术职务者）以上科技人员或获得博士学位的科技人员；其它申请者需有两名副研（副教授）以上专家的推荐；鼓励青年科技人员申请。
本实验室固定人员不能参与申请，实验室以外的科研人员（含西北农林科技大学）的科研人员均可申请。
2．请申请者登录网址：在开放基金栏目中下载申请书及合作与指导性项目申请书，按要求认真填写，并取得所在工作单位同意（可在邮件中表明），先将电子版发送到实验室，由学术委员会通信评审后，按照相关要求，将纸质版加盖公章后，在规定日期前递交本实验室。
3．资助课题经费的申请与使用，按照本实验室的“经费管理使用制度”中的有关规定执行。
4．除基金资助课题外，本实验室也欢迎自带课题和经费及配套设备来实验室工作或参加合作研究。
六、基金执行说明1．本次基金自由申请项目及合作与指导性项目的执行期为2014年1月至2015年12月底。
自本“开放研究基金指南”公布之日起，开始接受课题申请，截止日期为2013年10月15日。
申请者需在规定日期内提交纸质申请书一式四份（以邮戳日期为准），并通过E-mail将申请书电子版提交到本实验室的E-mail: huanghua@。
2．基金课题每年需提交课题进展情况报告。
实验室基金项目和课题结束时，均应提交结题报告。
实验室将根据课题组提交的年度进展报告，决定是否继续资助及资助经费的追加或缩减。
3．根据国家对实验室管理的有关精神，实验室客座研究人员承担基金课题所取得的成果（论文、专著、专利、获奖），一律在作者单位栏同时标注“黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室”，实验室英文名称为“State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau”。
4．自由申请基金项目的资助强度一般为10万元（一等）～5万元（二等）、合作与指导性项目资助强度一般为8—15万元。
凡属本实验室资助课题的经费，应有50%~70%在实验室范围使用。
对于自带经费和课题来实验室工作或参加合作研究的项目，实验室在仪器、技术力量给予支持和经费上给予优惠。
5．实验室拥有国内一流的研究设备和仪器，包括全站仪、等离子光谱仪、原子吸收光谱仪、 能谱仪、颗粒分析仪、植物生长箱、蒸渗仪、光合测定系统、荧光仪、液流计、TDR、自动气象站、根系测定系统、流动注射仪、自动定氮仪、有机质分析仪、土壤碳通量测定系统、液闪仪等大型仪器设备，还设有人工模拟降雨大厅、活动模拟试验土槽、干旱大厅和盆栽试验场及侵蚀环境野外观测试验场等供使用。
此外，所内设立的长武、安塞、固原、子午岭、神木生态站或试验区可供试验研究。
请在申请课题时请充分考虑以上研究设施。
6．联系地址：陕西杨凌西农路26号中国科学院水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室邮编：712100电话：（029）87012884传真：（029）87016082E-mail: huanghua@联系人：黄少华实验室网址：。