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石漠化区岩-土与非岩-土界面土壤孔隙变异及入渗对干湿变化的响应

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农业工程学报 2024年第11期40卷 139-149页

作者：安迪彭旭东戴全厚刘婷婷曾庥贵州大学林学院贵阳550025 贵州大学土壤侵蚀与生态修复研究中心贵阳550025 贵州喀斯特环境生态系统教育部野外科学观测研究站贵阳550025

全球气候变化下土壤水分暴涨骤减愈加频繁和强烈,这使生态系统脆弱的喀斯特区石漠化适应性治理面临严峻挑战。因此,探究干湿变化下土壤孔隙变异及入渗响应对石漠化区土壤水分补给及降雨径流调节具有重要意义。该研究采用原位圆盘入渗法... 详细信息

全球气候变化下土壤水分暴涨骤减愈加频繁和强烈,这使生态系统脆弱的喀斯特区石漠化适应性治理面临严峻挑战。因此,探究干湿变化下土壤孔隙变异及入渗响应对石漠化区土壤水分补给及降雨径流调节具有重要意义。该研究采用原位圆盘入渗法研究了干湿条件下不同露石岩面形状岩-土界面和非岩-土界面土壤孔隙结构变异及水分入渗的响应。结果表明:1)干旱条件下土壤孔隙大小及数量均大于湿润条件;干湿条件下岩-土界面土壤小(1.0 mm)数及体积比则小于非岩-土界面;干湿变化下土壤孔隙数及体积比的平均变化幅度从高到低为小孔隙、中孔隙、大孔隙,土壤孔隙各参数平均变化幅度从高到低为非毛管孔隙度、毛管孔隙度、通气度、总孔隙度。2)干旱条件下土壤稳定入渗率和饱和导水率均大于湿润条件;随着水头压力的增加,岩-土界面和非岩-土界面土壤导水率逐渐增加,土壤稳定入渗率则呈现先减小后增大的趋势。3)干湿条件下各级土壤孔隙对入渗水流的贡献率均随孔隙减小而降低;非毛管孔隙度和大孔隙数对土壤入渗能力的影响最大。4)岩-土界面土壤孔隙及水分入渗等参数在干湿变化下的平均变化幅度均大于非岩-土界面。研究结果可为干湿变化下土壤孔隙变异引起的土壤水分补给及降雨径流调节能力变化的认识及石漠化的适应性治理提供科学依据。

关键词：入渗孔隙土壤干湿变化岩-土界面石漠化区

短历时强降雨对喀斯特玉米坡地产流产沙的影响

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水土保持通报 2024年第4期44卷 126-134页

作者：杨应冲戴全厚王勇张友姚一文贵州大学林学院贵州贵阳550025 贵州大学土壤侵蚀与生态修复研究中心贵州贵阳550025

[目的]研究短历时强降雨对喀斯特坡耕地产流产沙的影响,揭示喀斯特坡耕地土壤侵蚀特征机理,为解决喀斯特坡耕地土壤侵蚀和保障粮食生产提供科学依据。[方法]通过人工模拟降雨试验,以喀斯特裸坡地和玉米坡地为研究对象,研究短历时强降雨... 详细信息

[目的]研究短历时强降雨对喀斯特坡耕地产流产沙的影响,揭示喀斯特坡耕地土壤侵蚀特征机理,为解决喀斯特坡耕地土壤侵蚀和保障粮食生产提供科学依据。[方法]通过人工模拟降雨试验,以喀斯特裸坡地和玉米坡地为研究对象,研究短历时强降雨对喀斯特坡耕地产流产沙的影响。[结果](1)裸坡地和玉米地地表产流产沙模数随坡度的增大而增大,当坡度相同时,玉米地地表产流产沙模数显著小于裸坡地(p<0.05);随着降雨历时的增加,裸坡地和玉米地地表产流模数呈现出先增大后保持稳定的趋势,而地表产沙模数则是先增大后减小。(2)裸坡地和玉米地各壤中流产流模数随坡度的增大而增大;当坡度相同时,玉米地各壤中流产流量显著小于裸坡地(p<0.05),其中坡度为20°时,玉米地壤中流(15—25 cm)总产流量相对裸坡地减少了62.59%。(3)当坡度不变时,玉米地地下产沙量和产沙模数显著小于裸坡地(p<0.05);随着降雨历时的增加,裸坡地与玉米地地下产流模数呈现出不断增大的趋势,其变化趋势基本保持一致,而地下产沙模数呈现先增大后减小的趋势,在20~30 min之间达到最大产沙模数。(4)比较不同坡度裸坡地与玉米地各产流产沙之间的相关性,发现玉米地相比裸坡地地下产沙与地表产流、地下产流、地表产沙之间相关性增强,而地表产沙与地表产流、地下产流之间的相关性减弱。[结论]强降雨下玉米坡地能够增加入渗,具有阻控和缓蚀的作用,其中地表产流产沙模数和壤中流产流模数随坡度的增大而增大,而地下产流模数随降雨历时增加呈不断增大的趋势,地下产沙模数呈先增大后减小的趋势。

关键词：喀斯特坡耕地短历时强降雨产流模数产沙模数

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石漠化山区露石岩面流对岩-土界面土壤氮磷淋溶与输入作用的研究

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土壤学报 2024年第1期61卷 86-97页

作者：杨威彭旭东戴全厚刘婷婷许胜兵贵州大学林学院贵阳550025 贵州大学土壤侵蚀与生态修复研究中心贵阳550025 贵州喀斯特环境生态系统教育部野外科学观测研究站贵阳550025

基岩出露的石漠化区露石岩面在承接降水(含穿透雨)后易形成岩面流,并携带岩面有机或无机物质输送至岩周土壤中,对岩-土界面土壤养分变化具有重要影响。为探明岩面流对岩-土界面土壤氮磷的淋溶与输入影响,选取基岩明显出露的休耕地(1年... 详细信息

基岩出露的石漠化区露石岩面在承接降水(含穿透雨)后易形成岩面流,并携带岩面有机或无机物质输送至岩周土壤中,对岩-土界面土壤养分变化具有重要影响。为探明岩面流对岩-土界面土壤氮磷的淋溶与输入影响,选取基岩明显出露的休耕地(1年岩面流作用)、退耕灌草地(5年岩面流作用)和坡耕地(无/少岩面流作用)3种样地,并分别选择外凸、平直和内凹3种特殊的岩面形状,研究了距岩面不同水平距离及土层的岩-土界面及非岩-土界面土壤的全氮和全磷变化特征。结果表明:岩面流对0~10 cm表层岩-土界面土壤氮磷产生输入或淋溶作用,对10~20 cm层岩-土界面土壤氮磷作用不明显。不同岩面形状形成的岩面流对岩-土界面土壤氮磷的淋溶与输入作用强度依次为:内凹型>平直型>外凸型。其中,在1年岩面流作用的休耕地中,内凹型岩面形成的岩面流对岩-土界面土壤氮素的影响主要表现为淋溶,而平直型和外凸型岩面表现为输入作用;不同形状岩面流对岩-土界面土壤磷素的影响均表现为淋溶。然而,在植被生长较好的退耕灌草地中,5年岩面流作用下不同形状岩面流对岩-土界面土壤氮磷的影响主要表现为输入。研究结果可为深入认识出露岩石对喀斯特生态系统土壤特性的影响提供科学依据。

关键词：岩面流露石形状氮磷淋溶与输入岩-土界面

喀斯特山地典型植被类型凋落物和土壤水文效应

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水土保持研究 2024年第1期31卷 241-249页

作者：赵敏戴全厚严友进姚一文丁鹏玮周红贵州大学林学院贵阳550025 贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室贵阳50025 贵州大学土壤侵蚀与生态修复研究中心贵阳550025

[目的]研究喀斯特山地典型植被类型凋落物以及土壤水文效应,对该地区植被恢复具有重要意义。[方法]通过野外调查与室内分析的方法,选取喀斯特山地草地、草灌复合丛、灌丛、乔灌复合林和乔木林5种典型植被类型,探索不同植被类型下凋落物... 详细信息

[目的]研究喀斯特山地典型植被类型凋落物以及土壤水文效应,对该地区植被恢复具有重要意义。[方法]通过野外调查与室内分析的方法,选取喀斯特山地草地、草灌复合丛、灌丛、乔灌复合林和乔木林5种典型植被类型,探索不同植被类型下凋落物及土壤水文效应特征。[结果](1)5种典型植被类型凋落物蓄积量依次为乔灌复合林(3.57 t/hm^(2))、乔木林(3.00 t/hm^(2))、草灌复合丛(2.18 t/hm^(2))、灌丛(1.94 t/hm^(2))、草地(1.8 t/hm^(2)),植被类型以及凋落物分解程度均与蓄积量呈极显著相关(p土壤自然含水量、最大持水量、毛管持水量、最小持水量均以乔木林和乔灌复合林较大,草地较小,植被类型对土壤各持水指标影响均极显著(p土壤容重,改善土壤质地和孔隙状况,提高土壤的水文效应。[结论]结合喀斯特地区植被恢复的困难性,采用乔灌植被开展植被恢复能够更好地改善凋落物及土壤水文条件,提高植被恢复效益。

关键词：喀斯特土壤物理性质凋落物持水特征

降雨强度和坡度对喀斯特坡耕地产流和氮磷流失的影响

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环境科学学报 2024年第4期44卷 116-123页

作者：甘贤民严友进戴全厚徐小金王晨阳甘艺贤贵州大学林学院贵阳550025 南京林业大学林草学院、水土保持学院南京210037 贵州大学土壤侵蚀与生态修复研究中心贵阳550025 六盘水市水城区林业局六盘水553400

养分流失是造成喀斯特坡耕地土地生产力下降和面源污染的重要因素之一.本研究采用室内模拟降雨,结合模拟喀斯特坡耕地地表、地下二元水文结构,探索在不同降雨强度(30、50、70和90 mm·h^(-1))和坡度(5°、10°、15°、20°和25°)下喀... 详细信息

养分流失是造成喀斯特坡耕地土地生产力下降和面源污染的重要因素之一.本研究采用室内模拟降雨,结合模拟喀斯特坡耕地地表、地下二元水文结构,探索在不同降雨强度(30、50、70和90 mm·h^(-1))和坡度(5°、10°、15°、20°和25°)下喀斯特地区坡耕地土壤氮、磷流失特征.结果表明:在30 mm·h^(-1)降雨强度条件下,喀斯特坡耕地产生的径流主要为地下孔(裂)隙径流.随径流从地下孔(裂)隙向下漏失的全氮和全磷流失通量分别为43.36~95.88 mg·m^(-2)·h^(-1)和2.24~6.45 mg·m^(-2)·h^(-1).当降雨强度≥50 mm·h^(-1)时,地表产生径流,在径流的驱动作用下,全氮和全磷从地表发生流失.降雨强度在50~90 mm·h^(-1)时,随径流从地表流失的全氮和全磷养分流失通量分别为35.86~201.04 mg·m^(-2)·h^(-1)和2.26~16.80 mg·m^(-2)·h^(-1).降雨是径流养分流失的主要驱动力.降雨强度和坡度对径流中全氮在地表流失的贡献率分别为75.03%、14.07%,在地下孔(裂)隙流失的贡献率分别为74.94%、7.49%;对径流中全磷在地表流失的贡献率分别为75.09%、14.08%,在地下孔(裂)隙流失的贡献率分别为81.98%、8.19%.研究结果可为喀斯特地区坡耕地养分流失及农业面源污染防治提供参考.

关键词：径流非点源污染氮磷喀斯特坡耕地降雨强度

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论露天矿区近自然生态修复

煤炭学报 2024年第4期49卷 2021-2030页

作者：雷少刚夏嘉南卞正富程伟中国矿业大学矿山生态修复教育部工程研究中心江苏徐州221116

露天矿区生态修复面临着重建生态系统自维持力低、维持成本高,尤其是修复后“采矿痕迹”明显等问题,亟待协调好人工修复与自然恢复的关系,升级发展传统生态修复模式,促进露天矿区人与自然和谐共生。在长期的理论方法研究和应用实践经验... 详细信息

露天矿区生态修复面临着重建生态系统自维持力低、维持成本高,尤其是修复后“采矿痕迹”明显等问题,亟待协调好人工修复与自然恢复的关系,升级发展传统生态修复模式,促进露天矿区人与自然和谐共生。在长期的理论方法研究和应用实践经验总结基础上,①提出了露天矿区近自然生态修复的必要性及其理论内涵与技术框架。近自然矿山生态修复是参照本地自然地貌、水文、土壤、植被、景观及其演变规律,使修复后的矿业斑块达到与周边自然生态系统近似的结构与功能状态,并与周边自然地貌、水系、景观相融合的修复模式,是对传统生态修复模式的升级,逼近“采矿无痕”是其追求的理想状态。②近自然生态修复是露天矿生态化设计的重要构成,其技术环节主要包括,参照生态系统学习、近自然地貌重塑、水文衔接与调控、矿山活土层重构、植被重建与多样性重组等。参照生态系统学习为后续各个修复环节提供修复目标与参数。近自然地貌重塑是近自然生态修复的核心与基础,包括内排土场全生命周期近自然地貌重塑、外排土场近自然地貌重塑、邻近自然问题地貌协同重塑等。水文衔接与调控要解决河道沟道的优化布局、矿区上下游水系的衔接、以蓄代排径流调控等。矿山活土层重构包括矿山土物理结构重组、微生物和养分循环过程重构等内容;植被重建与多样性重组包括近自然的植物群落与多样性配置,以及近自然的植株空间布局等。③实践分析表明,露天矿近自然生态修复有助于减少土壤侵蚀,提高地貌稳定性,增强重建生态系统的自维持能力,有利于实现露天矿区“采矿无痕”,促进人与自然和谐共生。

关键词：露天开采矿山生态生态化设计自然修复地貌重塑

黄土高原露天煤矿复垦土壤-植被系统恢复力及协同/权衡关系

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煤炭学报 2024年

作者：陈浮朱燕峰骆占斌常媛媛杨永均马静河海大学公共管理学院中国矿业大学矿山生态修复教育部工程研究中心西北农林科技大学黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室

【目的】土壤-植被互作互馈推动受损矿山生态系统修复趋向良性循环，但目前对露天煤矿区植被恢复与土壤功能之间关联和互馈机制认识尚浅，限制了矿区植被恢复策略的科学制定。【方法】本研究选取黄土高原黑岱沟露天煤矿4个不同时序排土... 详细信息

【目的】土壤-植被互作互馈推动受损矿山生态系统修复趋向良性循环，但目前对露天煤矿区植被恢复与土壤功能之间关联和互馈机制认识尚浅，限制了矿区植被恢复策略的科学制定。【方法】本研究选取黄土高原黑岱沟露天煤矿4个不同时序排土场复垦区，利用野外调查、高通量测序和恢复力评估模型等方法，构建草地、灌木、针叶林、阔叶林和混交林等5类系统恢复力评估模型来探索生态恢复下土壤-植被系统功能之间权衡/协同关系。【结果】结果表明：①与未复垦裸地相比，复垦8～30 a土壤各项指标恢复介于30%～80%，植被各项指标恢复介于20%～75%；②第15a时草地和灌木土壤养分保育和生态碳汇的功能恢复速率达峰值，针叶林、阔叶林和混交林则第25 a时达峰值。土壤系统恢复水平为混交林＞草地＞针叶林＞阔叶林＞灌木，植被系统恢复水平为混交林＞阔叶林＞针叶林＞草地＞灌木。③草地、灌木和阔叶林与其土壤系统功能恢复力以权衡关系为主，针叶林和混交林则以协同关系为主。【结论】黄土高原露天煤矿区植被恢复显著改善了复垦土壤物理、化学、生物性状和群落特征，复垦年限对土壤-植被系统功能恢复水平和速率有着显著地影响。随复垦年限延长，各功能恢复力之间呈现此消彼长的权衡关系。本研究揭示了复垦土壤-植被系统恢复力具有强时序性，为黄土高原露天矿区生态恢复过程中适时调配植被建群策略，促进土壤-植物系统功能协同发展，科学制定和优化生态修复方案提供理论依据。

关键词：排土场复垦植被类型恢复弹性协同权衡黄土高原

组配改良剂对土法炼锌区土壤重金属有效性及细菌群落结构的影响

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地球与环境 2024年

作者：潘丽山谭川疆陈雨露万祖燕罗有发吴永贵贵州大学资源与环境工程学院贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室贵州省劣境生态修复技术工程研究中心贵州喀斯特环境生态系统教育部野外科学观测研究站

为阐明组配改良剂对土法炼锌区土壤重金属钝化效果及细菌群落结构的影响，通过培养试验探究了不同添加量（0、20、40、80 g/kg）的组配改良剂（石灰:海泡石:生物炭:腐殖酸=1:1:2:2）施用对土法炼锌区土壤养分、重金属有效性、酶活性及... 详细信息

为阐明组配改良剂对土法炼锌区土壤重金属钝化效果及细菌群落结构的影响，通过培养试验探究了不同添加量（0、20、40、80 g/kg）的组配改良剂（石灰:海泡石:生物炭:腐殖酸=1:1:2:2）施用对土法炼锌区土壤养分、重金属有效性、酶活性及细菌群落结构的影响。结果表明，与对照土壤相比，组配改良剂添加明显增加土壤养分与有机质含量，DTPA-Zn和DTPA-Cd含量分别降低了26.55%～37.39%和14.26%～26.79%；酸溶态Cu和Pb分别降低了22.04%～71.59%和21.72%～71.83%，残渣态Pb增加了51.44%～104.03%。土壤细菌群落多样性与丰富度及其酶活性均有不同程度降低。经改良后的土壤放线菌门和变形菌门的相对丰度分别增加了0.52%～11.59%和5.87%～6.75%，而绿弯菌门和酸杆菌门的相对丰度明显降低。相关分析表明，DTPA-Zn和DTPA-Cd与pH呈显著负相关（P土壤重金属有效态含量，有效改善土壤环境质量，并提升土壤生态功能。

关键词：锌冶炼区污染土壤组配改良剂重金属有效性细菌群落

不同天然矿物对铊污染土壤中铊生物有效性的影响

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环境科学学报 2024年第5期44卷 446-456页

作者：朱梅杨伟吴永贵罗鉴李星颖彭小裕穆泉成贵州大学资源与环境工程学院贵阳550025 安顺学院资源与环境工程学院安顺561000 贵州喀斯特环境生态系统教育部野外科学观测研究站贵阳550025 贵州省劣境生态修复技术工程研究中心贵阳550025

以贵州黔西南铊(Tl)污染土壤作为试验对象,对3种铁系材料(氧化铁、高铁酸钾和硫化亚铁)、3种磷系材料(磷酸二氢钾、聚磷酸钾和磷酸钙)、3种硅系材料(硅酸钠、蒙脱石和海泡石)及2种有机质(腐殖酸和黄腐酸)材料进行15 d室内初筛试验,最终... 详细信息

以贵州黔西南铊(Tl)污染土壤作为试验对象,对3种铁系材料(氧化铁、高铁酸钾和硫化亚铁)、3种磷系材料(磷酸二氢钾、聚磷酸钾和磷酸钙)、3种硅系材料(硅酸钠、蒙脱石和海泡石)及2种有机质(腐殖酸和黄腐酸)材料进行15 d室内初筛试验,最终选择能有效降低TCLP提取态Tl的3种典型天然矿物氧化铁(Fe_(2)O_(3))、蒙脱石(Al_(4)Si_(8)O_(2)(OH)_(4)nH_(2)O)和磷酸钙(Ca_(3)(PO_(4))_(2))进行30d土培试验的深入研究,采用TCLP毒性浸提和BCR连续形态提取试验评价不同矿物材料对高铊土壤Tl生物有效性的影响.结果表明,不同类型材料对高铊土壤TCLP-Tl含量影响差异显著,与对照相比,高铁酸钾、硅酸钠、磷酸二氢钾、聚磷酸钾和黄腐酸的添加均可显著增加土壤TCLP-Tl含量(p土壤中Tl的风险;而氧化铁、硫化亚铁、海泡石、蒙脱石、磷酸钙和腐殖酸等材料的处理则可显著降低高铊土壤TCLP-Tl含量(p土壤中Tl的作用,降低效果总体表现为磷酸钙>蒙脱石>氧化铁>腐殖酸>硫化亚铁>海泡石;对3种天然矿物进行进一步的土培试验表明,施加量为1.5%时高铊土壤中TCLP-Tl含量显著降低(p土壤中TCLP-Tl含量降幅最大(40.64%),其次是蒙脱石(39.10%)和氧化铁(32.38%).施加上述天然矿物均可使Tl的酸可交换态、易还原态和可氧化态向残渣态转化而显著降低高铊土壤中Tl的生物有效性.X-射线衍射分析结果表明,土壤中赤铁矿特征峰强度增强和新矿物(黄钾铁矾)生成与高铊土壤中Tl生物有效性的降低密切相关.相关性分析结果表明,土壤CEC、Fe_(o)和OM含量是影响高铊土壤中Tl生物有效性的关键因素.上述结果可为典型汞铊矿区周边污染农用地土壤的安全利用及铊污染土壤的原位钝化修复提供理论依据.

关键词：高铊污染土壤天然矿物 TCLP BCR 生物有效性赋存形态