喀斯特山区坡面土壤水分变异特征及其与环境因子的关系

为探明土地利用方式、地形、微地貌等环境因子对喀斯特山区土壤水分空间变异的影响,应用植被数量生态学中的去趋势典范对应分析方法（DCCA）在一典型坡面上研究了表层（0～15 cm）土壤水分变异特征及其与环境因子的数量关系。研究结果表明,在取样时段内坡面土壤质量含水率均值介于21.36%～32.58%之间,季节变化明显,均呈现中等变异特征。不同土地利用方式下土壤水分随时间的变化趋势一致,均呈明显的“四峰型”波动,土壤平均含水率以自然植被最高,撂荒地和坡耕地次之,人工林最低。DCCA的排序结果显示,土层深度、有机碳含量、土地利用方式和裸岩率对坡地土壤水分变异及其季节变化的影响最为显著,土壤体积质量和坡度的影响次之,坡位和海拔的影响最小。鉴于喀斯特坡面地形及微地貌的复杂性,后续研究还需要加大采样间隔和密度,并综合考虑坡向、坡面曲率、汇水分布面积等因素对土壤水分变异的影响,并结合各土地利用方式下土壤养分状况,探讨适应喀斯特坡地退化生态系统修复的农业工程措施和生态重建模式。     

喀斯特小流域土壤饱和导水率垂直分布特征

土壤剖面饱和导水率(Saturated hydraulic conductivity,Ks)的垂直分布对土壤水文过程有极其重要的影响,但在地质背景特殊的喀斯特地区其研究还相对匮乏。通过测定典型喀斯特小流域内23个土壤剖面(0~10、10~20、20~30、30~50、50~70、70~100 cm)土壤Ks及土壤碎石含量(Rock fragment content,RC)、容重(Bulk density,BD)、毛管孔隙度(Capillary porosity,CP)、非毛管孔隙度(Non-capillary porosity,NCP)、土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)等土壤性质,并结合各样点的坡位(Slope position,SP)、坡度(Slope gradient,SG)、坡向(Slope aspect,SA)、裸岩率(Bare rock,BR)、土地利用类型(Land-use type,LU)等环境因素,应用偏相关分析和典范对应分析(CCA)的方法,研究了喀斯特小流域Ks的垂直分布特征及其主要影响因素。结果表明,Ks随土壤深度的增加而减小并可用对数函数模拟(R2=0.848)。20~100 cm各层Ks变幅较小且变异接近,因此在水文模型中可用20~30 cm土壤Ks代替深层。土壤性质中,RC与Ks的相关系数(0.484)最大。环境因素对Ks垂直分布的影响依次为SPSGSALUBR。由此可知,RC是影响Ks最重要的土壤性质,而SP则是影响Ks垂直分布最重要的环境因素。该结果有利于弄清喀斯特地区降雨入渗规律及其主要影响因素,为小流域植被恢复及水文模型的构建提供科学依据。     

黄土区荒草地土壤水平衡的数值模拟

林草植被深层土壤干燥化是黄土高原地区生态环境建设过程中面临的重大科学问题。采用人工降雨的试验方法,对黄土高原沟壑区荒草坡地不同水文年土壤水平衡进行了数值模拟,结果表明:当植被覆盖率较高时,WAVES模型可以应用于荒草坡地土壤水平衡的模拟;土壤储水量的模拟结果与实测值趋势很吻合,但有关参数的取值还有待于进一步研究;荒草地土壤水分收支基本平衡所需的雨季降雨量和年总降雨量分别为507.0mm和747.6mm,分别高于黄土高原地区多年平均的雨季降雨量和年总降雨量,预示黄土高原地区干旱年和平水年土壤水分易收支负平衡,从而形成土壤干层。     

喀斯特地区典型峰丛洼地旱季表层土壤水分空间变异性初探

土壤水分空间变异性研究在喀斯特地区生态环境的恢复和重建过程中具有重要意义。通过网格(5 m×5 m)取样,用地统计学方法研究了喀斯特洼地典型区域(150 m×50 m)表层土壤水分(0~5 cm和5~10 cm)的空间变异特征。结果表明:土壤水分在采样区内呈比较简单的斑块状分布,相同性质斑块与土被连续分布区和石丛集中分布区范围相当;半变异函数在不同性质斑块内呈现出截然不同的变异特征,在整个采样区内表现出各向异性;旱季洼地表层土壤水分主要受石丛和地形两个不同尺度的环境因素影响;土壤水分具有一定的尺度效应,半变异函数的变程随着最小采样间隔增大而增大;当研究区域存在多重尺度的变异结构时,需要根据研究的目的和精度确定合理的采样尺度。     

不同利用方式下红壤坡地土壤水分时空动态变化规律研究

利用连续3年土壤水分定位观测数据，研究了红壤坡地不同利用方式下土壤水分的时空动态变化规律。结果表明：土壤水分时空动态变化主要受降雨和植被类型的影响。土壤水分季节变化分为相对稳定期、消耗期和补给期三个时段；土壤剖面（0～90cm）水分含量从表层到深层表现为增长型，依据2003年土壤水分标准差和变异系数。将土壤剖面划分为活跃层、次活跃层和相对稳定层3个层次；土壤剖面水分变异系数随降雨量和土层深度的增加而减小，随植被根系的增长而变大。平水年，深根系区与浅根系区土壤水分变化差异表现在30cm深度以下，而丰水年其差异主要表现在土壤表层（0～30cm）；无论平水年还是丰水年，深根系区土壤水分变幅均比浅根系区大。     

喀斯特洼地表层土壤水分的空间异质性及其尺度效应

空间变异及其尺度问题在土壤学、地理学、水文学和生态学中均处于十分重要的地位,是当前研究热点之一[1~5]。变异结果使得不同景观斑块间的交换过程在从田块到流域的不同空间尺度上产生[6]。因此要实现景观生态过程中的尺度转换,关键是从实测到预测模型的复杂转变[7,8]。在土壤学研究中,观测尺度和模型尺度均包含尺度的三因素,即采样间隔、采样幅度和支撑效应,这三个因素是界定观测或模型空间尺度的必要条件[3]。而随采样尺度变化,土壤水分的表观变异与真实变异出现偏差,这种偏差是观测尺度的函数,可以采用地统计学中的半变异函数进行有效地尺度转化[9]。国内外学者对土壤水分的空间尺度问题作了大量研究。Bl sch     

喀斯特峰丛坡地灌木林地与梯田旱地土壤水分入渗特征

为明确喀斯特峰丛坡地土壤的入渗特性,该文测定了灌木林地和梯田旱地不同土层的入渗过程,同时分析了影响入渗的因素,并用不同入渗模型对其过程进行拟合。结果表明:(1)梯田旱地的入渗性能低于灌木林地,其平均入渗系数约是灌木林地的78.6%,尤其在土层30~60 cm的平均初渗率、稳渗率仅为灌木林地的4.3%和4.4%,存在明显的入渗隔层,其原因是梯田旱地本身的土壤黏粒含量充足,加上人为翻耕促使较细颗粒向下移动后堆积。(2)灌木林地土壤中的砂粒含量和有机质含量较高,孔隙度较大,不同土层间的性质差异较小,而梯田旱地0~30 cm与30~60 cm土层的土壤性质差异明显,表现为下层土壤容重大、土壤孔隙度小。两者入渗性能均与土壤容重、孔隙度的相关性极显著(P0.01)。(3)Horton模型对灌木林地和梯田旱地的拟合效果较好(R20.9),且对梯田旱地表层和深层的拟合度比对灌木林地的拟合度更好。Kostiakov模型和Philip模型的拟合效果较差。该文为喀斯特土壤水分管理及土壤入渗模拟提供了理论依据。     

桂西北喀斯特坡地不同演替阶段典型植物碳同位素组成差异

通过测定9种典型植物的叶片δ13C值,比较了桂西北喀斯特坡地不同植被演替阶段(灌草丛、灌丛、次生林)植物叶片δ13C值的差异及其季节变化。结果表明,雨季(2009年7月)3个演替阶段间整体植物叶片δ13C值无显著差异;旱季(2009年11月)灌丛植物叶片δ13C值显著高于次生林(P0.05),且高于灌草丛,但差异不显著;灌草丛与次生林植物叶片δ13C值相近。以生活型分类分析,旱季乔木植物叶片δ13C值在3个演替阶段差异不显著,灌木和草本叶片δ13C值为灌丛高于次生林,且差异接近显著水平(P分别为0.063和0.074)。旱季和雨季对比中,灌丛植物叶片δ13C值旱季显著高于雨季(P0.05),灌草丛、次生林的旱季和雨季对比差异不显著。3个演替阶段的乔木叶片δ13C值旱季与雨季差异均不显著,灌丛阶段的草本植物和灌草丛阶段的灌木植物叶片δ13C值旱季显著高于雨季。说明季节性降雨变化对灌丛植物水分利用效率的影响大于对灌草地和次生林的影响,这主要是通过影响灌木和草本植物叶片δ13C值实现的。     

等氮配施有机肥对喀斯特峰丛洼地农田作物产量与养分平衡的影响

基于自2006年在广西喀斯特峰丛洼地区开展的长期玉米/大豆套作定位施肥试验,选择2010—2014年监测数据,探讨等氮量投入条件下,不同比例有机肥替代无机氮肥对喀斯特峰丛洼地玉米/大豆套作系统作物产量及土壤养分的影响,为喀斯特峰丛洼地农田作物高效施肥及提高土壤肥力提供理论依据。试验选取4个处理:对照(不施肥,CK)、平衡施用化肥(NPK)、有机粪肥替代30%化肥氮(C7M3,按氮素计算,不足30%的PK用无机肥补充,肥料总量与NPK处理相同,有机粪肥为牛粪,下同)、有机粪肥替代60%化肥氮(C4M6,按氮素计算,不足60%的PK用无机肥补充),每个处理4次重复。于2010年、2012年、2014年大豆收获后采集土壤样品,测定土壤养分状况。结果表明:1)施肥处理土壤有机质、全氮、速效磷及速效钾含量均高于CK处理,其中C4M6处理有机质含量显著高于NPK处理(P0.05),全氮、速效磷和速效钾含量随着有机粪肥施用量的增加而增加。2)长期不同施肥处理玉米和大豆产量分别是不施肥处理的4.15~4.36倍、2.47~2.58倍。不同施肥处理的增产效果为C4M6NPKC7M3,但施肥处理间差异不显著(P0.05)。3)长期不施肥CK处理玉米产量随着试验年限推移呈下降趋势,降幅为5.45 g·m~(-2)·a~(-1),大豆产量却表现出增加趋势,增幅为1.50 g·m~(-2)·a~(-1)。长期施肥处理中,玉米和大豆产量总体呈增加趋势。4)施肥处理中,玉米季表现为钾素亏缺(NPK处理除外),大豆季表现为氮素亏缺。综合两季作物,只有C4M6钾素表现亏缺,亏缺量为7.9 kg·hm~(-2)。磷素在各施肥处理中盈余量较大,分别为81.2 kg·hm~(-2)(NPK)、83.4 kg·hm~(-2)(C7M3)和74.8 kg·hm~(-2)(C4M6)。综上,在喀斯特峰丛洼地玉米/大豆套作制度下,基于作物产量及土壤养分表观平衡特征提出有机粪肥可以代替部分化肥施用,在玉米季适当"减氮、稳磷和增钾",大豆季"稳氮、减磷和减钾"的施肥措施。