利用~(137)Cs示踪技术与土壤化学物质研究滇池流域土壤侵蚀

核素示踪技术研究作为一种新的土壤侵蚀研究方法,已经在土壤侵蚀研究中获得了极大应用,并在土壤侵蚀的沉积、侵蚀、运移研究上取得许多成果.采用放射性核素作为土壤示踪剂,可以很好的进行流域尺度的范围研究,且可靠性比较高,省时省力.云贵高原在处于我国的西南地区,是我国南方水土流失严重的地区之一.该地区缺乏较长时间的资料积累,仅通过短时间的测定,无法准确估算中长期(约50 a)的平均土壤侵蚀速率.文章应用137Cs示踪技术,并结合土壤有机碳、全氮等土壤化学物质,首次研究了云南省滇池流域土壤侵蚀的强度分异规律.1)山坡不同部位的土壤侵蚀速率大小顺序是:坡中部>坡下部>坡上部,坡位是影响土壤侵蚀的重要因素.2)土壤利用方式上看,非耕地(林地和撂荒地)的侵蚀速率小于耕地的侵蚀速率.同一种土地利用方式下,由于耕作措施与耕作方法的差异,也会直接影响到土壤侵蚀的速率大小.3)从土壤侵蚀模数来看,区域整体上属于轻度侵蚀.土壤平均侵蚀速率为1280.2 t·km-2·a-1,其中耕地的平均土壤侵蚀速率为1672.8 t·km-2·a-1,非耕地土壤平均侵蚀模数为1161.2 t·km-2·a-1.4)虽然是轻度侵蚀,但是随着土壤侵蚀的进行,土壤有机碳、氮等的流失,造成土地退化较为严重,这给当地的生态环境带来直接的危害:滇池土壤淤积,土壤中的有机质、化肥等物质也直接随土壤流入滇池,会导致水体富营养化和水质变差.     

陕北黄土高原陡坡耕地土壤侵蚀变异的空间格局

利用环境放射性核素137-Cs技术定量评价陕北黄土高原典型山坡地顺坡断面(240 m)土壤重新分布的空间变化及其影响因素.结果表明,黄土高原坡地土壤侵蚀率存在明显的空间格局,即山坡中、上部是土壤侵蚀最为严重的地带,土壤平均侵蚀速率高达82.8 t/(hm2(a)以上;山顶和坡脚侵蚀速率较小,土壤平均侵蚀速率分别为17.1 t/(hm2(a)及22.3 t/(hm2(a),而坡下部土壤侵蚀速率居中,土壤平均侵蚀速率为46.8 t/(hm2(a).坡度变化是影响该地区土壤侵蚀速率空间变化的主导因子.本研究结果对黄土高原坡地土壤侵蚀的预测预报和准确防治土壤流失具有重要价值.     

基于GIS与QuickBird影像的小流域土壤侵蚀定量评价

基于GIS技术和QuickBird遥感影像,采用修正的通用土壤流失方程RUSLE作为评价模型,计算了清水沟小流域土壤侵蚀量,并结合土壤侵蚀强度分级标准,生成流域土壤侵蚀强度等级图;利用GIS的叠置分析功能,定量分析了土壤侵蚀与坡度和土地利用之间的关系,并针对不同水保措施预测了水土保持治理效果.结果表明清水沟小流域土壤侵蚀模数为75.02 t·hm-2·a-1,属强度侵蚀区,年水土流失量2.6×104 t;流域64.5%的泥沙来自于占流域面积仅28%的极强度和剧烈侵蚀区域;经分析,流域土壤侵蚀模数与坡度呈显著正相关,不同土地利用类型的土壤侵蚀模数大小排序依次为难利用地＞建设用地＞坡耕地＞园地＞草地＞林地;退耕还林是降低土壤侵蚀强度与减少水土流失量的主要途径.     

祁连山北坡亚高山草地退耕还林草混合植被对土壤碳氮磷的影响

土壤有机碳、氮素和磷素是生态系统中极其重要的生态因子,土地利用变化将会引起土壤中碳、氮、磷等元素含量的变化。以祁连山北坡亚高山草地区域内三种利用方式（自由放牧天然草地、开垦20年的燕麦（Avena nuda）耕地、退耕8年的还林草混合植被）的土壤为研究对象,通过采集0~30 cm的土壤,分析土壤的理化性质得到土壤碳、氮、磷的含量,再将其转换为土壤碳、氮、磷储量,分析三种利用方式下土壤碳、氮、磷储量的差异以及影响土壤碳、氮、磷生态化学计量比的因子,旨在探讨退耕还林草工程对该地区土壤养分的影响。结果表明,3个样地的土壤碳、氮、磷储量差异显著（P〈0.05）,天然草地的有机碳、全氮储量（72.17、6.80 t·hm-2）显著高于退耕还林草地的（66.75、4.96 t·hm-2）和燕麦耕地的（36.61、3.61 t·hm-2）。这是因为,其一,比较而言天然草地受干扰小。其二,对于退耕还林草地和燕麦耕地来说,由于刈割获取地上部分,可能使得从土壤中获取的有机碳和氮素大于归还的。全磷储量则表现为燕麦耕地的（2.51 t·hm-2）显著高于天然草地的（2.17 t·hm-2）和退耕还林草地的（1.96 t·hm-2）。这是因为燕麦耕地中化肥的施用使得磷元素富集起来,所以其储量较高。与天然草地相比,耕种20年的燕麦地0-30 cm的有机碳和全氮储量分别低了35.56、3.19 t·hm-2,年平均减少速率分别为1.78、0.16 t·hm-2·a-1。与燕麦耕地相比,退耕8年的还林草地土壤有机碳和全氮储量显著升高了30.14、1.35 t·hm-2,年平均增加速率分别为3.77、0.17 t·hm-2·a-1。退耕8年的还林草地轻组有机碳比例（10.93%）显著高于天然草地（9.72%）和燕麦耕地（8.61%）。土壤含水量、容重和微生物量碳氮是影响土壤碳、氮、磷生态化学计量的重要因子。总结认为,退耕还林草混合植被对土壤碳、氮、磷库具有重要?     

山东省主要类型土壤重金属的径流迁移系数研究

本研究借助于GIS的空间分析功能求得研究区域的坡度等影响土壤流失的因素,采用修正的土壤流失计算模型(RUSLE),探讨研究区域耕地土壤侵蚀量。结果表明,土壤侵蚀量分别是长清的褐土为6128t·km-2·a-1,商河的潮土为2659t·km-2·a-1,泰安的潮棕壤为5147t·km-2·a-1。采用合适的计算公式,在土壤中重金属为中等浓度时,褐土各重金属的径流迁移系数除Zn为2.73%外,其余均为2.72%,潮土除Pb为1.18%外,其余均为1.19%,潮棕壤Cu和Pb为2.29%,Zn和Cd为2.30%。     

黄土高原植被破坏与重建过程中土壤侵蚀强度变化

运用137Cs示踪方法,通过采集不同利用方式的坡面土壤,研究了黄土高原典型丘陵区流域植被破坏与重建过程中土壤侵蚀强度的变化情况.研究结果表明:植被破坏耕垦后使137Cs遭受了大量流失,坡耕地耕垦时间越长,土壤侵蚀愈严重;植被恢复重建有效地减轻了侵蚀强度;通过比较刺槐林、果园及封禁自然恢复的撂荒地三种植被建造方式的土壤侵蚀模数,发现以封禁自然恢复的撂荒地土壤保持效果最好,其次是刺槐林,最差的是果园,其原因与果园的管理方式有关.立地条件不同的同种植被建造方式.土壤侵蚀强度差异较大,表现为峁坡阳坡此槐林地侵蚀模数远远大于谷坡阴坡刺槐林地.根据退耕时间不同的坡地土壤侵蚀强度的变化及流域土地利用类型的变化等方面对燕沟流域土壤侵蚀变化趋势作了进一步预测.     

金沙江干热河谷侵蚀陡坡植被恢复对土壤质量的影响

植被恢复关系到金沙江干热河谷陡坡冲沟侵蚀的发育,土壤质量的演化.文章以元谋干热河谷侵蚀陡坡为例,通过测定植被恢复地与侵蚀裸地的土壤质量,探讨了植被恢复对侵蚀陡坡土壤质量的影响.结果表明:侵蚀陡坡植被恢复有效地防止了土壤侵蚀的发生.与侵蚀裸地相比,植被恢复地土壤剖面层次保持完整,母质层以上有明显的A、B层,土壤厚度变异小且厚度大,物理性粘粒含量高,基本保持着母质为粘土层的变性燥红土质地粘重特征.植被恢复在3年多时间内对土壤紧实度尚没有起到明显改善作用.土壤容重依然偏大.植被恢复对雨季陡坡土壤水分的改善效果好,而在旱季改善效果不好.雨季,植被恢复地水分含量高,不同坡位土壤水分差异不明显.旱季,植被恢复地与侵蚀裸地土壤水分状况相似.两种类型的坡地土壤水分含量都很低,不同坡位土壤水分差异明显,而且土壤水分含量沿向下坡方向降低.植被恢复减弱了陡坡土壤侵蚀带来的有机质流失,促进了有机质的积累.因此,针对目前植被恢复的不足,采取有效的土壤改良措施,保土保水,提高土壤水分储量,减小土壤水分的时空差异,同时降低土壤紧实度,是今后侵蚀陡坡植被恢复值得考虑的一项工作.     

基于遥感与GIS的土壤侵蚀强度快速估测方法

针对土壤侵蚀问题,提出了一种基于遥感数据、气象数据、土壤数据的区域土壤侵蚀快速估测方法。首先,通过对土壤侵蚀问题形成原因和影响因素的分析,确定土壤侵蚀敏感性因子;其次,利用遥感(RS)、GIS技术提取土壤侵蚀敏感性因子信息;然后,在GIS系统支持下,运用主成分分析方法,进行土壤侵蚀强度分级;以北京密云水库周边区域为例,进行了土壤侵蚀估测方法的应用,并对该区域的土壤侵蚀空间特征进行分析。研究结果表明:(1)区域土壤侵蚀快速估测方法与实际情况有较好的一致性;(2)密云水库周边地区土壤侵蚀以微度和轻度侵蚀为主,所占面积比例为67.51%,中度以上侵蚀仅占面积的1.46%;(3)土壤侵蚀受坡度、地貌影响明显,中度侵蚀主要发生在低山、丘陵区以耕地为主的土地利用上以及坡度在大于25°的阳坡地带。     

不同耕作方式和雨强对紫色土坡耕地降雨有效性的影响

农业水资源短缺越来越受到世界各国的关注,对我国的威胁尤为严重.为了揭示紫色土地区坡耕地常用农耕措施在不同雨强条件下对雨水土壤蓄积率的影响规律,为紫色土坡耕地抗旱耕作技术创制提供理论依据,文章采用两因素、三水平、三重复随机区组试验,利用人工降雨装置和模拟径流小区,在栽培玉米(Zea mays L.)条件下,研究了不同耕作方式和雨强对紫色土坡耕地降雨有效性的影响.研究结果表明:在耕作方式相同时,雨强越大,地表径流量越大,地下径流量减少,总径流量增加,不利于土壤保蓄雨水和含水量的提高.在相同雨强条件下,平作的地表径流量最大,雨水土壤蓄积率最低.横坡垄作在中雨强条件下控制地表径流和侵蚀的效果非常明显,能够显著提高雨水土壤蓄积率,但在大雨强和小雨强条件下,提高雨水土壤蓄积率的效果减弱.横坡垄作等保护性耕作措施可以增加土壤对雨水的有效库容,提高土壤抗旱能力,是适用于该区域的抗旱耕作技术.     

华北地区几种冬闲覆盖作物碳氮蓄积及其对土壤理化性质的影响

充分利用华北地区冬季空闲耕地及光热资源,以冬闲耕地为对照,研究二月兰（Orychophragmus violaceus）、毛苕（Vicia uillosa Roth.）、黑麦草（Secale cereale L.）、草木樨（Melilotus officinalis）、紫花苜蓿（Medicago satiua L.）5种不同冬闲覆盖作物地上部、地下部以及总碳、氮的蓄积量及其对土壤理化性质的影响。结果表明：5种覆盖作物总干物质质量在4.6-8.82 t.hm-2之间,是冬闲田干物质质量的1.6-3.1倍。5种覆盖作物全碳蓄积量在1.80-3.14 t.hm-2之间,是冬闲田碳蓄积量的1.9-3.3倍。与对照相比,各覆盖处理均明显提高氮素蓄积,尤以苜蓿最佳,达到了202.8 kg.hm-2,差异显著。试验选择5种肥覆盖均可提高土壤有机质质量分数（0.90-2.86 g.kg）;黑麦草覆盖可明显降低土壤容重（0.08 g.cm3）;毛苕和苜蓿栽培均可显著降低土壤pH,但同时土壤盐分有所增加;二月兰和黑麦草栽培在提高土壤水分含量方面表现最好。     

川中浅丘农区坡地林农复合系统能量流的研究

对川中浅丘农区坡地林农复合系统和纯农地系统的能量流动过程进行了对比研究。结果表明，林农复合系统比对照农地系统具有更高的能量积累速率、光能利用率和辅助能转化率。     

珠江三角洲地区人类活动造成的水土流失及其危害

以广州市为例，重点分析人类活动造成的水土流失现状与危害。广州市的水土流失类型可分为自然侵蚀和人为侵蚀，其中自然侵蚀主要有面蚀、沟蚀两种形式，在广州市范围面积分布相对较广，但侵蚀强度内并不严重；而人为侵蚀突出，侵蚀类型和强度也更为复杂多样。人为侵蚀的成因主要有采石取土、交通道路建设、开发区建设以及坡耕地。人为侵蚀已经成为广州市水土流失灾害的主要表现形式。     

Integrated effects of slope aspect and land use on soil nutrients in a small catchment in a hilly loess area,China

This study addressed the integrated effect of slope aspect and land use on soil nutrients in a loess hilly catchment in the western Loess Plateau of China. Soil samples were collected from five land-use types: wasteland, cropland, woodland, shrubland and abandoned cropland, at two depths (0–20 and 20–40 cm) in the middle slope position of both north-facing and south-facing slopes. Soil nutrient changes and the relationships between soil nutrients and slope aspect were investigated, based on statistical analysis and expert knowledge. Soil organic matter, total N, total P, nitrate nitrogen and available K of the 0–20 cm soil layer differed significantly between land uses and slope aspects. Soil nutrients in the north-facing slope were better than in the south-facing slope. Revegetation has an enrichment effect, especially on soil organic matter, total N, total P, nitrate nitrogen and available K. Planting of trees, shrubs and grasses could improve soil fertility and favours a policy of revegetation and sustainable land use in the hilly loess area of China. Conversion of slope farmlands into more sustainable land uses, such as shrubland or grassland is a cost-efficient way to achieve soil conservation and ecological restoration. Terracing and the use of agro-techniques for soil conservation, such as furrow-ridging tillage and leaving crop residues on fields, can increase the input of C to soils. Growing crops in rotation with alfalfa and beans could be a promising choice for the sustainability of agriculture and the environment.     

基于RS-GIS的湖北丹江库区土壤水力侵蚀定量分析

湖北丹江库区是南水北调中线工程的主要淹没区和水源区,土壤水力侵蚀是影响水质安全和工程实施的重要因素。以1998年和2003年的TM遥感影像为主要信息源,建立了以植被覆盖度、坡度和土地利用为指标的水力侵蚀遥感分析方法,将水力侵蚀强度分为六级,并结合GIS的空间分析功能对1998年和2003年库区水力侵蚀强度变化及空间分布进行了划分。结果表明五年间库区微度侵蚀、中度侵蚀和强度侵蚀面积呈增加趋势,而轻度侵蚀和极强度侵蚀面积呈减少趋势;并将库区水力侵蚀空间分布划分为北部中低山丘陵中强度侵蚀区和中部河谷城区轻度流失区。分析结果对库区土壤侵蚀的治理和生态环境的改善具有指导意义。     

Modeling carbon sequestration under zero tillage at the regional scale. I. The effect of soil erosion

Zero tillage is recognized as a potential measure to sequester carbon dioxide in soils and to reduce CO₂ emissions from arable lands. An up-scaling approach of the output of the Environmental Policy Integrated Climate (EPIC) model with the information system SLISYS-BW has been used to estimate the CO₂-mitigation potential in the state of Baden-Württemberg (SW-Germany). The state territory of 35,742 km² is subdivided into eight agro-ecological zones (AEZ), which have been further subdivided into a total of 3976 spatial response units. Annual CO₂-mitigation rates where estimated from the changes in soil organic carbon content comparing 30 years simulations under conventional and zero tillage. Special attention was given to the influence of tillage practices on the losses of organic carbon through soil erosion, and consequently on the calculation of CO₂-mitigation rates. Under conventional tillage, mean carbon losses through erosion in the AEZ were estimated to be up to 0.45 Mg C ha⁻¹ a⁻¹. The apparent CO₂-mitigation rate for the conversion from conventional to zero tillage ranges from 0.08 to 1.82 Mg C ha⁻¹ a⁻¹ in the eight AEZ, if the carbon losses through soil erosion are included in the calculations. However, the higher carbon losses under conventional tillage compared to zero tillage are composed of both, losses through enhanced CO₂ emissions, and losses through intensified soil erosion. The adjusted net CO₂-mitigation rates of zero tillage, subtracting the reduced carbon losses through soil erosion, are between 0.07 and 1.27 Mg C ha⁻¹ a⁻¹ and the estimated net mitigation rate for the entire state amounts to 285 Gg C a⁻¹. This equals to 1045 Gg CO₂-equivalents per year with the cropping patterns in the reference year 2000. The results call attention to the necessity to revise those estimation methods for CO₂-mitigation which are exclusively or predominantly based on the measurements of differential changes in total soil organic carbon without taking into account the tillage effects on carbon losses through soil erosion.     

华南红壤坡面侵蚀水动力学机制试验研究

华南红壤区是我国发生潜在水土流失危害的重点区域之一,红壤坡地的水土流失现象较为严重。华南红壤地区气候温暖,雨量丰沛,降雨特点通常表现为强度大、历时长,暴雨或大暴雨事件频发,因此暴雨驱动因子影响作用更为显著,研究探讨华南红壤坡面侵蚀过程及动力特征有着重要的现实意义。通过室内35场不同雨强（30、60、90、120、180、210、270 mm·h-1）、不同坡度（5°、10°、15°、20°、25°）的人工模拟降雨试验,研究了华南红壤侵蚀的水动力学机制。主要取得以下研究结果：（1）红壤坡面侵蚀水流的流态大部分均处于＂层流—缓流区＂,除平均流速随着模拟雨强的增加而增加外,其他水动力参数（坡面侵蚀水流的阻力、曼宁糙率、径流剪切力、以及水流功）均会受到雨强和坡度改变的影响,但是不呈现特定的函数关系,规律不明显;（2）从水动力学角度解析了红壤坡面水蚀过程,得出了相对水深和曼宁糙率系数两种水动力因子共同组成的复合水动力特征参数,可作为表征不同雨强及坡度下的坡面水蚀侵蚀产沙的特征水动力参数指标。     

免耕对华北平原潮土N_2O和CO_2排放的影响

采用静态箱-气相色谱法研究了免耕和常规耕作下玉米生长季华北平原潮土N2O和CO2的排放特征。结果表明,免耕土壤N2O累积排放量（以N2O-N计,下同）为0.31 kg.hm-2,略高于常规耕作土壤的0.27 kg.hm-2,两者没有显著差异。灌水、强烈降水或连续阴天会诱发土壤大量排放N2O,免耕处理N2O排放峰值（28.1～38.4μg.m-2.h-1）高于常规耕作处理（18.6～25.7μg.m-2.h-1）。免耕处理CO2累积排放量（以CO2-C计,下同）为1 880 kg.hm-2,显著高于常规耕作土壤的1 333 kg.hm-2。土壤N2O和CO2排放通量与土壤温度呈显著指数相关,常规耕作处理下的相关程度更高。     

秸秆还田配施化肥及微生物菌剂对水田土壤酶活性和微生物数量的影响

土壤微生物学特性是表征土壤质量的重要生物学指标。通过田间试验研究了秸秆还田配施不同配比化肥及微生物菌剂对水田土壤酶活性和微生物数量的影响。结果表明,与单施秸秆相比,秸秆还田配施N、P、K及微生物菌剂后,土壤过氧化氢酶、转化酶和尿酶活性分别提高了37.5%~68.8%、32.3%~61.5%和48.8%~102%,细菌和真菌数量分别提高了95.3%~174%、286%~351%,放线菌数量减少了34.5%~39.4%,差异显著。统计分析显示,土壤过氧化氢酶与尿酶活性之间及其酶活性与微生物数量之间关系密切。氨化细菌和硝化细菌数量主要控制土壤过氧化氢酶活性,真菌数量是转化酶活性的主要影响因素,而尿酶活性主要受细菌数量影响。秸秆还田配施微生物菌剂及平衡施肥可以促进酶活性的增强,使土壤微生物群落物种个体数增加更多,分布更为均匀。过量施用氮肥会抑制土壤酶活性和微生物的生长和繁殖。     

Effects of alfalfa coverage on runoff, erosion and hydraulic characteristics of overland flow on loess slope plots

An evaluation of the interactions between vegetation, overland and soil erosion can provide valuable insight for the conservation of soil and water. An experiment was conducted to study water infiltration, runoff generation process, rate of sediment erosion, and hydrodynamic characteristics of overland flow from a sloping hillside with different draw-off discharges from alfalfa and control plots with 20° slope. The effect of alfalfa on runoff and sediment transport reduction was quantitatively analyzed. Alfalfa was discussed for its ability to reduce the overland flow scouring force or change the runoff movement. Compared to the bare-soil plots, alfalfa plots generated a 1.77 times increase in infiltration rate. Furthermore, the down-slope water infiltration rate for the bare soil plots was higher than in the up-slope, while the opposite was found in the alfalfa plots. In addition, alfalfa had a significant effect on runoff and sediment yield. In comparison to the control, the runoff coefficient and sediment transportation rate decreased by 28.3% and 78.4% in the grass slope, respectively. The runoff generated from the alfalfa and bare-soil plots had similar trends with an initial increase and subsequent leveling to a steady-state rate. The transport of sediment reduced with time as a consequence of the depletion of loose surface materials. The maximum sediment concentration was recorded within the first few minutes of each event. The alfalfa plots had subcritical flow while the bare-soil plots had supercritical flow, which indicate that the capability of the alfalfa slope for resisting soil erosion and sediment movement was greater than for bare soil plots. Moreover, the flow resistance coefficient and roughness coefficient for the alfalfa plots were both higher than for the bare-soil plots, which indicate that overland flow in alfalfa plots had retarded and was blocked, and the flow energy along the runoff path had gradually dissipated. Finally, the ability to erode and transport sediment had decreased.     

保护性耕作对土壤有机碳、氮储量的影响

以辽宁彰武县保护性耕作示范推广基地土壤为研究对象,通过实地调查和取样分析,对比研究了传统犁耕和6年免耕秸秆覆盖条件下的土壤有机碳、氮储量,为广泛评价保护性耕作的土壤碳、氮截获功能和合理选择农业耕作方式提供科学依据。研究结果表明,与犁耕相比,免耕覆盖不同程度地提高了0-5cm和5～15cm土层的有机碳、氮储量,对15cm以下土层没有影响,从而增加了0～100em土体总的有机碳、氮储量,证明了免耕覆盖的土壤碳、氮截获功能,年均截获率分别为1．37Mg·hm-2和0．84Mg·hm-2有机碳、氮在犁耕土壤0～30cm剖面的垂直分布较为均匀,免耕覆盖后则发生明显的分层,产生表聚现象。