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流动沙地建植人工固沙梭梭林的土壤演变过程

土壤学报 2020年第1期57卷 84-91页

作者：苏永中刘婷娜中国科学院西北生态环境资源研究院临泽内陆河流域研究站/中国科学院内陆河流域生态-水文研究重点实验室

梭梭是西北干旱区人工固沙植被建设的主要树种,人工固沙梭梭林建植后植被系统的演变受土壤发育的影响。在河西走廊中段临泽平川绿洲边缘选择0、3、6、9、16和40 a时间序列的固沙梭梭林地,研究人工固沙植被建植后的土壤发育过程,探讨梭... 详细信息

梭梭是西北干旱区人工固沙植被建设的主要树种,人工固沙梭梭林建植后植被系统的演变受土壤发育的影响。在河西走廊中段临泽平川绿洲边缘选择0、3、6、9、16和40 a时间序列的固沙梭梭林地,研究人工固沙植被建植后的土壤发育过程,探讨梭梭植物与土壤反馈作用及其对植被系统演变的影响。结果表明,随着梭梭种植年限的增加,土壤黏粉粒、有机碳(SOC)和全氮(TN)含量逐渐增加,但显著变化发生在种植9 a以后的0~20 cm表层土壤,而盐分的积累发生在0~100 cm整个土层,20~80 cm土层的盐分积累量高于表层0~20 cm;盐分组成中,24 SO-、Ca2+和Na+含量随着梭梭种植年限的增加而增加,在16 a和40 a梭梭林土壤剖面中有显著积累。梭梭种植16 a和40 a后,0~10 cm土层SOC含量较未造林沙地分别增加3.3倍和5.7倍、0~100 cm土壤剖面盐分含量分别增加5.4倍和6.5倍,表明梭梭生长发育过程中土壤盐分积累较SOC和养分积累更为显著。盐分的积累可能对草本植物的生长发育产生负效应,进而影响人工植被系统的稳定性。在流动沙地建植人工梭梭林40 a的时间序列上,土壤从干旱砂质新成土向干旱正常新成土发育;随着盐分的进一步积累和干旱区钙化过程,最终可能演变为钙积正常干旱土,但需更长时间尺度的观测研究。

关键词：固沙梭梭林种植时间序列土壤盐分土壤有机碳全氮绿洲边缘

河西边缘绿洲荒漠沙地开垦后土壤性状演变及土壤碳积累研究

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中国农业科学 2017年第9期50卷 1646-1654页

作者：苏永中张珂刘婷娜范桂萍王婷中国科学院西北生态环境资源研究院临泽内陆河流域研究站/中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室

【目的】土壤养分变化及碳积累过程是评价绿洲农田生态系统结构、功能和生产力演化的重要指标。本研究的目的是通过了解西北干旱区自然荒漠开垦为灌溉农田后该指标的变化,揭示干旱区新垦农田土壤发育及演变规律,为新垦沙地持续利用提供... 详细信息

【目的】土壤养分变化及碳积累过程是评价绿洲农田生态系统结构、功能和生产力演化的重要指标。本研究的目的是通过了解西北干旱区自然荒漠开垦为灌溉农田后该指标的变化,揭示干旱区新垦农田土壤发育及演变规律,为新垦沙地持续利用提供指导。【方法】选择河西走廊中段临泽边缘绿洲0—46年开垦时间序列的沙地农田,取样分析0—60 cm土壤剖面的物理、化学性状变化及碳积累特征,通过比较2008年与2014年的耕层土壤(0—20 cm)测定结果,分析近几年土壤性状的变化。【结果】耕层土壤砂粒含量随开垦利用年限的增加而逐渐降低,但显著的变化发生在开垦16年后的农田,且最近10年土壤粒级组成变化不明显;在沙地开垦后的最初20年,耕层土壤有机碳(SOC)及全氮含量呈线性增加,20年后增加趋势减缓。开垦46年后,SOC、全氮、碱解氮、速效磷含量分别增加了9.0倍、6.3倍、6.3倍和13.5倍,耕层土壤无机碳(SIC)含量增加了77.1%;速效钾随开垦年限的增加呈先降低而后增加的趋势。20—40 cm和40—60 cm土层SOC及氮、磷、钾养分含量随开垦年限延长而逐渐增加,但变化幅度小于耕层土壤。2008—2014年的6年间,不同开垦年限的同一地块耕层土壤粒级组成未发生变化,但SOC及氮、磷、钾养分有明显的积累。沙地开垦46年后0—60 cm土层SOC、SIC和全碳的年平均固存量分别为0.75、0.79和1.47 kg·hm-2·a-1;SOC的积累主要发生在0—20 cm耕作层,而SIC的积累在40—60 cm土层。荒漠沙地转变为灌溉农田后有巨大的碳固存潜力;土壤黏粉粒增加对SOC及养分的积累和保持起重要作用。【结论】沙地开垦为灌溉农田后,随利用年限的增加,土壤肥力显著改善,但开垦46年后土壤肥力仍处于较低水平。对新垦沙地农田,要实现土地可持续利用和生产力持续提高,须采取提升土壤肥力水平的农田管理措施。

关键词：土壤性状变化土壤碳积累开垦时间序列荒漠沙地河西走廊绿洲

干旱区绿洲扩张方式对土壤生物优势类群及功能的影响

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生物多样性 2018年第10期26卷 1116-1126页

作者：刘继亮李锋瑞中国科学院西北生态环境资源研究院临泽内陆河流域研究站兰州730000 中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室兰州730000

内陆干旱区人口数量急剧增加驱动了绿洲快速扩张,扩张方式主要包括:灌木地、林地和农地扩张,尚缺乏绿洲扩张方式对土壤生物多样性和生态系统服务功能影响的研究。本文以河西走廊黑河中游张掖绿洲为研究区域,选择绿洲边缘天然草地及其转... 详细信息

内陆干旱区人口数量急剧增加驱动了绿洲快速扩张,扩张方式主要包括:灌木地、林地和农地扩张,尚缺乏绿洲扩张方式对土壤生物多样性和生态系统服务功能影响的研究。本文以河西走廊黑河中游张掖绿洲为研究区域,选择绿洲边缘天然草地及其转变的人工梭梭(Haloxylonammodendron)灌木地(无灌溉)、人工杨树(Populusgansuensis)林地(灌溉)、玉米(Zeamays)地(灌溉+施肥)为研究对象,测定了4种生境土壤食物网中9种优势功能类群的密度以及反映土壤生态系统功能特征的有机碳储量、氮储量、磷储量与土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性。主要结果如下:(1)灌木地扩张显著降低了甲螨、植食性昆虫密度,增加了跳虫、捕食性螨密度和真菌的OTUs,对其余类群无显著影响;林地扩张增加了捕食性节肢动物、植食性昆虫、捕食性螨、跳虫、甲螨的密度及细菌和真菌OTUs,对其余类群无显著影响;农地扩张增加了蚓类、捕食性节肢动物、捕食性螨、跳虫、甲螨的密度及细菌和真菌的OTUs,对其余类群无显著影响。(2)林地和灌木地扩张显著提高了土壤有机碳储量和氮储量,而农地扩张显著提高了土壤有机碳储量、氮储量和磷储量。(3)3种扩张方式显著提高了土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性,玉米地和杨树林地土壤酶活性的增幅高于灌木地。人工绿洲扩张方式显著和有差异地改变了土壤食物网结构及其生态功能水平,该结果对建立基于土地利用结构优化调控的人工绿洲生物多样性保护管理新方法具有重要意义,并为人工绿洲生态系统功能稳定性评价研究提供了基础资料。

关键词：内陆干旱区人工绿洲扩张土地利用变化土壤生物土壤食物网结构生态服务功能

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施肥对新垦绿洲风沙土肥力及碳积累的影响

中国沙漠 2019年第3期39卷 1-6页

作者：苏永中杨荣刘婷娜中国科学院西北生态环境资源研究院内陆河流域生态水文重点实验室

利用2005年安排在临泽边缘绿洲沙地农田的长期施肥定位试验,研究不同用量有机肥、化肥、有机肥和化肥配施对绿洲沙地土壤肥力及有机碳积累的影响。试验包括高量有机肥单施(M3),氮磷化肥单施(NP3),低、中、高量氮磷钾化肥单施(NPK1,NPK2,... 详细信息

利用2005年安排在临泽边缘绿洲沙地农田的长期施肥定位试验,研究不同用量有机肥、化肥、有机肥和化肥配施对绿洲沙地土壤肥力及有机碳积累的影响。试验包括高量有机肥单施(M3),氮磷化肥单施(NP3),低、中、高量氮磷钾化肥单施(NPK1,NPK2,NPK3),及低、中、高量氮磷钾化肥配施高、中、低量有机肥9个处理(NPK1M3,NPK2M2,NPK3M1),测定分析10年后不同施肥处理耕层(0~20 cm)土壤物理化学性状特征及有机碳动态。结果表明:施有机肥及有机无机配施处理较单施化肥处理容重下降0.13 g·cm^-3,田间持水量提高6.7%,单施有机肥、有机无机配施较单施化肥,土壤有机碳(SOC)和全氮含量分别提高64.8%、36.3%和64.9%、49.5%。高量施用氮磷化肥和氮磷钾化肥处理全磷含量最高,有机肥及有机无机配施较单施化肥有效氮含量显著增加,有机无机配施及高量施用磷肥土壤有效磷积累明显,高量施用有机肥能显著提升有效钾含量。连续施肥处理10年后,SOC含量提高了1.68~2.84倍,土壤全氮、全磷、碱解氮及有效磷均有一定程度的提高,但单施化肥及有机肥与氮磷化肥配施有效钾含量下降。SOC的积累速率单施化肥、有机无机配施、单施有机肥处理分别为0.27、0.59,0.87 g·kg^-1·a^-1。增施有机肥、适量减少化肥投入、氮磷钾化肥的平衡施用是绿洲沙地农田土壤肥力持续提升的施肥管理对策。

关键词：长期肥料试验土壤肥力变化土壤有机碳动态绿洲沙地农田

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面向需水管理的居民用水行为研究进展

水科学进展 2018年第3期29卷 446-454页

作者：钟方雷郭爱君蒋岱位杨肖姚文戈鲁婕兰州大学经济学院甘肃兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院内陆河流域生态水文重点实验室甘肃兰州730000

需水管理是水资源管理新趋势,居民用水行为研究是需水管理的微观基础。从居民用水行为的社会学、经济学及计算机模拟研究方面,述评国内外研究进展,为相关研究提供借鉴。社会学研究从易测量的客观因素开始,通过潜变量指代等方法逐步拓展... 详细信息

需水管理是水资源管理新趋势,居民用水行为研究是需水管理的微观基础。从居民用水行为的社会学、经济学及计算机模拟研究方面,述评国内外研究进展,为相关研究提供借鉴。社会学研究从易测量的客观因素开始,通过潜变量指代等方法逐步拓展至难以度量的主观因素,依靠计划行动理论揭示要素影响机理。经济学研究通过计量经济学模型评估需求价格弹性、水价结构与收取方式的影响、用水管制与价格调控的综合影响及适用条件。计算机模拟研究注重算法改进,向多代理人模型拓展,与复杂网络、社会影响理论结合,重演历史水资源事件及管理策略效应,提出改进建议。国内总体处于跟随阶段,注重研究方法与国内实际相结合。未来研究需加强社会学、经济学和计算机模拟的综合。

关键词：需水管理居民用水行为社会学经济学模拟模型

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长江源区大气降水化学特征及离子来源

环境科学 2019年第10期40卷 4431-4439页

作者：汪少勇何晓波吴锦奎丁永建胡召富王利辉杨贵森中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院内陆河流域生态水文重点实验室兰州730000 中国科学院大学北京100049

基于长江源区冬克玛底流域2013年6~9月采集的64个降水样品,分析了降水的pH值、电导率及离子浓度特征,并应用因子分析、相关分析、富集因子及后向轨迹法,讨论了降水离子主要来源及其与大气环流的联系.结果表明,长江源区冬克玛底流域降水p... 详细信息

基于长江源区冬克玛底流域2013年6~9月采集的64个降水样品,分析了降水的pH值、电导率及离子浓度特征,并应用因子分析、相关分析、富集因子及后向轨迹法,讨论了降水离子主要来源及其与大气环流的联系.结果表明,长江源区冬克玛底流域降水pH值变化范围为5. 26~9. 25,加权平均值为6. 70;电导率变化范围为0. 23~28. 70μS·cm-1,加权平均值为3. 45μS·cm-1,低于瓦里关全球大气本底站降水电导率;总离子浓度变化范围为7. 0~376. 9μeq·L-1,平均总浓度仅为40. 8μeq·L-1;各离子加权平均浓度大小顺序为:HCO3-> NH4+> Ca2+> NO3-> SO42-> Na+> Cl-> K+> Mg2+;HCO3-、NH4+、Ca2+和NO3-是降水中的主要离子,占总离子浓度的74. 75%;相对酸度(FA)分析表明,有97. 8%的降水酸度被碱性物质中和,同时中和因子(NF)分析表明NH4+和Ca2+对降水酸性的中和起主导作用;研究区降水离子主要来自陆源的贡献,而来自海源的输入则相对较少;结合气团的后向轨迹分析发现,不同来源的总离子浓度差异明显,其加权平均浓度大小顺序为:局地源>西风源>季风源,表明不同的大气环流背景和气团来源对降水化学组成具有重要影响.长江源区大气降水受人类活动影响较小,其降水化学特征一定程度上可以代表偏远地区的大气质量状况和本底值.研究结果能够为长江源区水质的保护以及为评估人类活动对该区域大气环境的影响提供科学依据.

关键词：青藏高原长江源区大气降水化学离子来源

两种荒漠生境条件下泡泡刺水分来源及其对降水的响应

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应用生态学报 2017年第7期28卷 2083-2092页

作者：周海赵文智何志斌中国科学院西北生态环境资源研究院/中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站/中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室兰州730000

泡泡刺通常以灌丛沙堆的形式存在,具有很强的生态适应性,在防风固沙、抗旱耐盐等方面具有独特的功能,但是水分条件仍然是限制其生存和发展的关键因素.为了明确泡泡刺在不同荒漠生境条件下的水分利用策略,研究了河西走廊临泽绿洲边缘沙... 详细信息

泡泡刺通常以灌丛沙堆的形式存在,具有很强的生态适应性,在防风固沙、抗旱耐盐等方面具有独特的功能,但是水分条件仍然是限制其生存和发展的关键因素.为了明确泡泡刺在不同荒漠生境条件下的水分利用策略,研究了河西走廊临泽绿洲边缘沙质和砾质生境下泡泡刺的水分来源季节动态特征以及对不同降雨事件的响应程度.测定了两种生境下泡泡刺茎水和不同水源(降水、土壤水和地下水)的氧稳定同位素(δ^(18)O)值,结合Iso Source模型计算了不同水源对泡泡刺水分来源的贡献比例.结果表明:两种生境下泡泡刺茎水δ^(18)O值及其水分来源都存在显著的季节变化特征,沙质生境下泡泡刺在降水较少的春季和秋季主要利用地下水,其贡献率可达50%以上;而砾质生境下的泡泡刺无法利用深达11.5 m地下水,其水分来源受降水控制,具有较大的季节变异性.两种生境下的泡泡刺对降水响应显著,但是降水过后,随着土壤含水量的快速减小,沙质生境下的泡泡刺转而以丰富的地下水为主要水分来源,而砾质生境下的泡泡刺只能利用降水入渗至较深层土壤的较少水分.因此,两种生境下泡泡刺不同的水分利用策略是导致其生长特征差异的主要原因,同时也表明泡泡刺具有较强的自我调节和适应能力.

关键词：荒漠生境降水变化稳定同位素水分来源泡泡刺

干旱区包气带土壤水分运移能量关系及驱动力研究评述

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生态学报 2019年第18期39卷 6586-6597页

作者：周宏中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室中国科学院西北生态环境资源研究院中国科学院大学

包气带土壤能量和水分平衡及其驱动因子是维系地下水土壤植物大气连续体(GSPAC)系统中水分运移发生的关键因素。在降水稀少、水资源短缺的干旱地区,开展包气带土壤水分形态、运移过程与能量的耦合规律研究对揭示区域水资源形成和转化机... 详细信息

包气带土壤能量和水分平衡及其驱动因子是维系地下水土壤植物大气连续体(GSPAC)系统中水分运移发生的关键因素。在降水稀少、水资源短缺的干旱地区,开展包气带土壤水分形态、运移过程与能量的耦合规律研究对揭示区域水资源形成和转化机理具有极其重要的现实意义。文章总结了土壤水分运移理论研究进展,探讨了水分参与水文循环过程及干旱环境下土壤水分可能表现形态及其降雨入渗、再分布、渗漏、蒸发、毛管水上升等过程驱动机制,评述了包气带土壤水分与能量过程在不同空间尺度上生态水分效应。在一个非饱和土壤系统中,水分运移受包气带结构,土壤物理特征,植物根系和土壤生化环境的综合控制,物质和能量平衡改变是驱动水分循环的源动力,而土壤环境变化是导致水分运移形态的发生变化根本原因。因此,在气候变化背景下,研究干旱区土壤与大气界面以及包气带与饱和带界面水、汽、热耦合转化形式与能量驱动过程,能够提升我们对包气带土壤水分运移规律机理的深入理解,丰富对区域气候和水文变化认知。为干旱区生态植被恢复建设和水资源精细化管理提供理论向导。

关键词：干旱区包气带水分运移能量驱动力

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祁连山区不同尺寸双环入渗仪对比试验

水土保持学报 2017年第1期31卷 328-331,336页

作者：阳勇陈仁升宋耀选郭淑海刘章文王磊中国科学院西北生态环境资源研究院黑河上游生态-水文试验研究站兰州730000 中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室兰州730000

设计7组不同内外径的双环入渗仪,在位于祁连山区的黑河上游平坦草地开展多次野外土壤入渗试验,对比分析双环入渗仪内外环尺寸对土壤入渗率和饱和导水率的影响。结果表明,双环入渗仪内径相同时,外径越大则稳定入渗率和饱和导水率越小;外... 详细信息

设计7组不同内外径的双环入渗仪,在位于祁连山区的黑河上游平坦草地开展多次野外土壤入渗试验,对比分析双环入渗仪内外环尺寸对土壤入渗率和饱和导水率的影响。结果表明,双环入渗仪内径相同时,外径越大则稳定入渗率和饱和导水率越小;外径相同时,内径越小则稳定入渗率和饱和导水率越小。初始入渗率与双环入渗仪尺寸关系不显著,但稳定入渗率和饱和导水率与入渗仪缓冲指数呈显著负相关。综合考虑安装简便,用水条件,试验可靠等多方面因素,推荐山区使用内径20cm,外径40cm的双环入渗仪。

关键词：双环入渗仪入渗率饱和导水率缓冲指数