Institute of Soil and Water Conservation,Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources
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宁夏贺兰山东麓葡萄越冬分层地下滴灌技术参数优化研究
No full text多年以来，葡萄产业已经成为宁夏地区农业发展以及农民增收致富的优势特色产业。为解决该地区西北季风影响造成的葡萄越冬防寒问题，当地研究人员提出了保护仓越冬防寒新技术，取得较好的防寒防晚霜效果。然而，该技术在实际应用中存在返潮期仓内湿度难以控制的问题，仓内湿度过低会引起枝条失水抽干，而湿度过大又会造成各种微生物病菌的繁殖，影响萌芽甚至危及葡萄存活。为解决这一难题，本文提出采用分层地下滴灌进行表层土壤水分控制进而调控保护仓内湿度的方法。首先，依据非饱和土壤水动力学理论，结合分层地下滴灌的土壤水分运移特征，构建了分层地下滴灌土壤水分运移模型；其次，基于热湿传递过程理论分析，结合人工气候室试验数据，建立了保护仓内相对湿度与土壤表层含水率、环境温度的函数关系，确定了满足仓内相对湿度条件下的土壤含水率适宜范围；最后，在上述基础上，结合葡萄根系分布特征，提出宁夏贺兰山东麓葡萄越冬分层地下滴灌适宜的技术参数，并通过田间试验验证了其有效性。主要获得如下结论：
（1）建立了分层地下滴灌土壤水分运移模型，明确了滴头埋深和灌水时长对土壤水分分布的影响。基于非饱和土壤水动力学理论及分层地下滴灌条件下的土壤水分运移特征，建立了分层地下滴灌土壤水分运移模型，并通过试验验证了模型的准确性。应用该模型，分析了滴头埋深和灌水时长对土壤水分分布的影响，结果表明：水分深层渗漏量随滴头埋深的增加而增大，湿润体内部处于最佳含水率区间的土壤体积随两组滴头（浅层与深层滴头）之间距离的增大而增大。通过缩小两组滴头灌水时长的差异，可以使土壤含水率在垂直方向的分布更为均匀，同时也可以增大湿润体内部处于最佳含水率区间内的土壤体积，进而提高土壤水分有效性。
（2）揭示了保护仓内相对湿度随气象和土壤因素的变化规律，确定了保护仓内葡萄处于适宜湿度时所对应的土壤表层含水率范围。基于能量平衡原理和传热学等相关理论，分析保护仓内的热湿传递过程，确定了影响保护仓内相对湿度的关键因素（土壤表层含水率和环境温度）。借助人工气候室试验，研究了仓内相对湿度随土壤表层含水率和环境温度变化的规律：保护仓内相对湿度随土壤表层含水率的增加而增大，直至达到水汽饱和状态，而土壤表层含水率一定时，仓内相对湿度随着环境温度的升高而减小。在此基础上，建立了保护仓内相对湿度随土壤表层含水率和环境温度变化的函数关系，确定了满足仓内相对湿度条件时的土壤表层含水率适宜范围应控制在0.03 cm3/cm3-0.05 cm3/cm3。
（3）初步确定了宁夏贺兰山东麓葡萄越冬分层地下滴灌的最佳灌水技术参数，并通过田间试验验证了其有效性。依据上述得到的宁夏贺兰山东麓葡萄越冬最佳土壤表层含水率范围，综合考虑根系与水分的匹配效果，优选出宁夏贺兰山东麓葡萄越冬分层地下滴灌最佳灌水技术参数为：浅层滴头埋深25 cm，灌水5 h；深层滴头埋深45 cm，灌水13 h。田间试验结果表明：该技术参数的应用可以有效保持休眠期葡萄枝条水分，同时抑制微生物病菌的生长。因此，优选得到的宁夏贺兰山东麓葡萄冬灌技术参数具有较好的实用性和可靠性。</p
Contrasting responses of soil C-acquiring enzyme activities to soil erosion and deposition
No full textSoil C-acquiring enzymes are good indicators for the biological mechanism of soil nutrients and organic matter cycles. However, they have been used less frequently to assess the ecological stability and soil C cycle in eroding landscapes due to a lack of knowledge of the responses of C-acquiring enzyme activities to soil erosion and deposition. In the present study, a 3-year field simulation experiment was conducted to examine the variations in the activities of C-acquiring enzymes (β-1,4-xylosidase (βX), β-1,4-glucosidase (βG) and β-D-cellobiohydrolase (CBH)) from erosion-deposition plots with different slope gradients (5◦, 10◦ and 20◦) on the Loess Plateau in China (2016–2018). The activities of βX, βG and CBH were higher in the depositional plots than in the erosional plots, and those differences were enlarged with increasing slope gradients. Compared to the 5◦-erosional plot, the activities of βX, βG and CBH respectively declined by 3.2–4.5%, 14.3–37.5% and 12.7–29.1% in the 10◦-and 20◦- erosional plots. The βX, βG and CBH activities were 2.2–18.1%, 17.3–32.1% and 14.8–86.2% higher in the 10◦- and 20◦-depositional plots than in the 5◦-depositional plot. Moreover, the total soil CO2 emissions from the whole erosion-deposition plots decreased as slopes steepened. The displaced runoff and sediment depleted soil moisture, SOC, clay and microbial biomass in the erosional plots but enhanced these resources in the depositional plots, which can account for the changes in C-acquiring enzyme activities. The spatial distribution of enzyme activities affected soil CO2 emissions in a positive linear function. The sensitive responses of the C-acquiring enzyme activities and the controlling effects of C-acquiring enzyme activities on soil CO2 emissions during erosion and deposition processes, should be properly considered in assessing the biological mechanism for nutrition cycling in regions predominated with fragmented eroding landscapes.</p
Land-use conversion changes deep soil organic carbon stock in the Chinese Loess Plateau
No full textLand-use change is a key factor driving changes in soil organic carbon (SOC) sequestration worldwide. However, the changes in deep (> 100 cm) SOC sequestration following land-use conversion have not been fully elucidated. In this study, to determine the changes in deep SOC sequestration (to a depth of 400 cm) resulting from conversion of cropland to woodland, shrubland and grassland on the Chinese Loess Plateau, 469 observations from peer-reviewed publications and original measured data were synthesized. The results were as follows. (a) SOC sequestration increased mainly in the 0-100 and 100-200 cm layers for all three land-use conversion types. (b) Carbon loss occurred in the 200-400 cm layers when considering only land-use conversion types. (c) SOC sequestration varied with restoration age, except for conversion of cropland to grassland. Specifically, SOC sequestration increased with restoration age in the upper 200 cm layers, whereas that in the 200-400 cm layers first increased and then decreased in the middle to later stages under conversion to woodland and shrubland. (d) Initial SOC stock and rainfall zones had significant effects on deep SOC sequestration. (e) Furthermore, an accumulation of 1 Mg ha-1 in the upper 100 cm was associated with an approximately 0.45 Mg ha-1 increase in the 100-400 cm soil layers. These results indicate that land-use conversion, particularly conversion of cropland to woodland, changes deep (>100 cm) SOC sequestration, and restoration age should be taken into consideration when assessing deep carbon sequestration.</p
百年开垦对东北黑土碳氮演变的影响及其驱动机制
No full text 东北黑土区作为我国重要的粮食生产基地之一，因近百年的过度垦殖和水土流失导致土壤碳氮含量显著降低，对我国粮食安全造成严重威胁。已有研究集中于开垦50年内单一土壤类型的碳氮含量变化，缺乏长时间序列侵蚀和耕作条件下土壤碳氮含量演变规律及侵蚀速率与碳氮、微生物群落结构的关系研究。因此，本文以黑龙江省嫩江县鹤山农场不同开垦时间黑土（未开垦及1906年、1956年、1965年、1986年、1996年开垦）和草甸土（未开垦及1952年、1986年、1997年、2001年开垦）为研究对象，在2006年和2019年分别采集各样地土壤样品，测定了土壤理化性质，并利用137Cs和210Pbex法估算了土壤侵蚀速率，采用高通量测序分析了土壤微生物群落结构和多样性，并整理了文献中黑土约18个开垦年限和草甸土约13个开垦年限的碳氮含量数据，在此基础上分析了两类土壤碳氮含量与开垦年限的相关性，研究了碳氮演变的驱动机制。主要研究结果如下：
（1）阐明了不同开垦年限黑土和草甸土有机碳、全氮含量演变规律
未开垦黑土和草甸土表土有机碳含量分别为40.05～87.34 g kg-1和80.28～129.74 g kg-1。随开垦年限增加，两者都呈指数函数规律下降，表达式分别为y=22.99+34.64*exp(-0.04*x)和y=30.44+73.08*exp(-0.21*x)，其下降速率分别呈y=1.49*exp(-0.04*x)和y=15.49*exp(-0.21*x)的指数函数规律减小；分别在开垦110年和25年后趋于稳定，稳定时的黑土有机碳含量低于草甸土。近13年来，耕地黑土有机碳含量平均下降速率随开垦年限增加呈减小趋势；开垦67年耕地草甸土碳含量增加，可能与沉积作用有关。
未开垦黑土、草甸土表土全氮含量分别为2.47～7.32 g kg-1和5.26～10.88 g kg-1。随开垦年限增加，两者都呈指数函数规律下降，表达式分别为y=1.88+2.81*exp(-0.04*x)和y=2.49+5.80*exp(-0.22*x)，其下降速率分别呈y=0.10*exp(-0.04*x)和y=1.29*exp(-0.22*x)的指数函数规律减小；分别在开垦130年和23年后趋于稳定，稳定时的黑土全氮含量低于草甸土。近13年来，耕地黑土和草甸土全氮含量平均变化速率随开垦年限增加没有明显变化规律。
（2）揭示了土壤侵蚀对黑土、草甸土碳氮含量的影响机制
随开垦年限增加，除黑土开垦113年地块，黑土年均土壤侵蚀厚度、年均土壤侵蚀速率和总土壤侵蚀量均增加；草甸土年均土壤侵蚀厚度和总土壤侵蚀量随开垦年限增加而增加，但耕地年均土壤侵蚀速率接近；草甸土土壤侵蚀强度低于黑土。黑土和草甸土土壤有机碳、全氮含量与土壤侵蚀速率、土壤侵蚀量负相关；表层（0-15 cm）土壤碳氮含量随土壤侵蚀强度增加的下降速率大于0-30 cm土壤，土壤侵蚀对表层碳氮含量的影响大于亚表层（15-30 cm）；黑土碳氮含量随土壤侵蚀强度增加的下降速率小于草甸土，但黑土侵蚀速率大于草甸土，侵蚀后黑土土壤质量更差。
（3）建立了土壤微生物群落结构和多样性与黑土、草甸土碳氮含量的关系
变形菌门、酸杆菌门、疣微菌门和放线菌门是不同开垦年限黑土和草甸土的主要优势菌门，共计分别占两类土壤总细菌丰度的68.66%～75.85%和71.47%～81.00%；开垦后各优势菌门相对丰度变化规律不同。黑土细菌丰度与土壤侵蚀量的相关程度高于与土壤侵蚀速率的相关程度，草甸土细菌丰度与土壤侵蚀速率的相关程度高于与土壤侵蚀量的相关程度。黑土物种丰富度和多样性随开垦年限的增加先升高后降低，草甸土的呈相反趋势；未开垦样地与开垦样地被聚类为两类；耕作和水力侵蚀导致土壤碳氮减少，而变形菌门的固氮作用利于黑土中硝态氮的增加，进而使土壤速效养分增加，限制了疣微菌门的生长。
综上，开垦引起耕作侵蚀，与自然侵蚀共同作用降低黑土和草甸土有机碳、全氮含量，导致表层土壤碳氮含量随开垦年限增加呈指数下降，且对于侵蚀强度更大的黑土，土壤碳氮含量更难稳定；侵蚀作用下，土壤微生物群落组成发生改变，进而影响土壤碳氮含量。因此，保护黑土地需从减少土壤侵蚀做起。</p
Evaluation of Soil and Water Conservation Effects of Land Use and Land Cover Change in Chengguan District, Lanzhou City, 2000-2020
No full text近年来中国随着退耕还林还草工程的不断推进以及城市化进程的加快，土地利用/覆被变化（LUCC）极为明显。对于水土流失频发的黄土高原地区来说，LUCC下的水土保持效应研究有十分重要的意义。本研究以兰州市城关区为研究对象，对2000-2020年LUCC水土保持效应进行了初步研究与评价。研究中选用了百合地（N1）和牡丹地（N2）两个耕地，油松+侧柏混交林地（L1）和刺槐+侧柏混交林地（L2）两个林地，撂荒地（C1）、苜蓿地（C2）和天然草地（C3）三个草地，以及挖方样地（W1）、填方样地1（T1）和填方样地2（T2）三个未利用地，对不同土地利用/覆被的水土保持性能进行了测定。选用的水土保持性能指标包括土壤抗蚀性、土壤抗冲性和入渗能力。土壤抗蚀性采用对原状土样干筛-湿筛的方法得到不同粒级的比例，并计算水稳性团聚体平均质量直径（MWDw）、水稳性团聚体几何平均直径（GMDw）、水稳性团聚体颗粒分形维数（Dw）、团聚体破坏率（PAD）以及>0.25 mm水稳性团聚体占比[Mw（>0.25）]，在0～30 cm深度内每5cm取一个样。土壤抗冲性测定时使用室内放水冲刷表层原状土样的方法，得到每个样品的土壤冲刷量（Ms），并求算出土壤抗冲系数（AS）。土壤入渗能力测定时使用了单环双水头入渗仪，得到了饱和导水率（Ks）。再计算出耕地、林地、草地和未利用地四种土地利用/覆被的水土保持性能指标值，同时估计了建设用地的水土保持性能相关指标值。然后通过遥感和GIS的方法对兰州市城关区2000-2020年LUCC进行了分析，使用土地利用/覆被转类指数概念，结合不同土地利用/覆被水土保持性能数据，计算出LUCC水土保持效应。主要结果如下：
（1）兰州市城关区各土地利用/覆被表层土壤抗蚀性：MWDw林地和草地显著大于耕地和未利用地；GMDw林地＞草地＞耕地＞未利用地，各土地利用/覆被间差异显著；Dw林地显著小于草地和耕地，未利用地最大；PAD林地和草地显著小于耕地，未利用地最大；Mw（>0.25）林地最大，草地和耕地次之，未利用地最小。土壤抗冲性：Ms未利用地显著大于耕地、林地和草地；AS草地＞林地＞耕地＞未利用地，草地AS的值为36.29 L/g，未利用地仅为0.32 L/g。土壤入渗能力：Ks林地＞草地＞耕地＞未利用地，Ks的值依次为0.19、0.12、0.10和0.01 cm/min，林地、耕地和未利用地之间差异的显著性好。
（2）土壤有机质和植物根系与土壤抗蚀性指标和土壤入渗能力指标极显著相关；土壤抗冲性指标与土壤有机质极显著相关，随着根系生物量的增加，土壤抗冲性有增加的趋势。土壤电导率与土壤抗蚀性、抗冲性和入渗能力多为极显著负相关。碱解氮与土壤抗蚀性、抗冲性和入渗能力的相关性好，多为极显著正相关，这是因为碱解氮是易被植物吸收的营养元素且植物的需求量大，对植物生物量的累积尤为重要。较多的有机质累积，会使土壤结构疏松，孔隙度变大，容重变小，入渗能力增强。
（3）2000-2020年兰州市城关区LUCC主要表现为草地的减少、建设用地和未利用地的增加，以及耕地的减少和林地的增加。其中，建设用地的增加面积和增加幅度都为最高水平，值为25.96 km2和46.15%，草地的减少面积最大，减少幅度也较大，值为27.68 km2和28.88%。草地向建设用地的转移面积最大，为12.05 km2，其次为草地向未利用地的转移，为10.02 km2，耕地和林地向建设用地的转移面积也较大，分别为7.42 km2和7.12 km2。
（4）兰州市城关区2000-2020年LUCC水土保持效应主要表现为整体土壤抗蚀性的增强、整体土壤抗冲性的减弱以及整体土壤入渗能力的减弱，草地、建设用地和未利用地面积的变化对此产生了主要的作用。城市扩展工程是影响兰州市城关区LUCC水土保持效应的主要方面。</p
Advancements and challenges in rill formation, morphology, measurement and modeling
No full textRill erosion is a small-scale but universally occurring phenomenon. Given its potential to concentrate into larger-scale erosion and its non-negligible contributions to soil loss, substantial research has been dedicated to understanding its processes. In this article, we conducted a holistic review of the major achievements in rill erosion research over the past few decades, mainly from the following perspectives: 1) Hydraulic parameters to describe rill development; 2) morphological indicators to represent rill morphology; 3) commonly used measuring methods for rill morphology and rill flow; and 4) advantages and limitations of rill erosion modelling. In each of the perspectives, we also identified the challenges faced by current rill erosion research. Concrete suggestions on the pressing needs to help advance rill erosion research in the future are further presented.
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黄土高原植被恢复过程中土壤碳氮水耦合机制及恢复力研究
No full text土壤碳氮水是生态系统中最为关键的生源要素之一，决定生态系统的稳定性和可持续性。作为干旱半干旱黄土高原植被恢复过程中的限制性土壤资源，土壤碳氮水的可利用性是该区生态建设成效的关键。因此，理解植被恢复过程中土壤碳氮水变化动态、耦合关系及恢复力是明确黄土高原生态系统稳定性和可持续性的重要环节。本研究针对我国干旱半干旱地区生态建设需求及生态学前沿问题，以退耕后恢复生态系统（人工乔木、人工灌木、撂荒草地）为研究对象，通过历史资料收集和野外调查采样，构建了以土壤碳氮水为主的多因子数据库，研究了植被恢复过程中土壤碳氮水演变过程、耦合关系及恢复力，探讨如何实现土壤碳氮水可持续利用与协同发展，并提出基于限制性资源可持续利用的人工植被管理对策，可为黄土高原人工植被可持续经营提供科学依据。取得的主要结论如下：
（1）人工植被建设对深层土壤有机碳储量变化影响较大，植被恢复年限是影响剖面土壤固碳的关键因子，在植被恢复过程中，人工乔木林地深层土壤固碳潜力较高。
耕地转为人工乔木、人工灌木和撂荒草地后，0-100 cm土层有机碳储量分别增加46.2%，23.9%和27.3%，100-400 cm有机碳储量分别增加19.8%，12.0%和7.9%，约占表层土壤固碳量的42.9%，50.3%和28.8%。人工乔木和人工灌木林地0-200 cm土层的土壤有机碳储量随植被恢复年限增加而增加，而200-400 cm土层土壤有机碳储量则随植被恢复年限先增加后降低，其拐点出现在植被恢复25年时；初始有机碳储量、降雨量、恢复年限、植被类型是影响剖面土壤有机碳储量的重要因素；植被恢复过程中浅层与深层土壤有机碳储量显著相关，0-100 cm土层每增加1Mg C ha-1，100-400 cm土层则增加0.45 Mg C ha-1。
（2）黄土高原人工植被恢复可增加浅层与深层土壤氮储量，且土壤固氮潜力随植被恢复时间的延长而增加，人工乔木和灌木的土壤固氮潜力高于撂荒草地。
在0-200 cm土层内，耕地转为人工乔木、人工灌木和撂荒草地后，土壤氮储量随植被恢复年限的增加而增加，尤其是在植被恢复后期（>30年）氮累积量较高，较坡耕地分别增加55.8%、68.4%和36.6%；土壤氮固存与有机碳含量、土壤水分含量和初始氮储量显著相关，且受不同植被类型、降雨、温度、恢复年限及其交互效应的影响；0-20 cm土壤氮固存每增加1Mg N ha-1，20-200 cm则增加0.33 Mg N ha-1。
（3）深层土壤水分亏缺限制了黄土高原人工植被的可持续性，植被类型、恢复年限和降雨量是影响区域尺度深层土壤水分的关键因子。
植被恢复方式和林分显著影响0-1000 cm剖面土壤水分含量，其中人工乔木和灌木对土壤水分的负效应强于撂荒草地；与人工刺槐、油松和柠条相比，人工侧柏和沙棘在深层土壤水分维持方面具有明显的优势；人工乔灌土壤水分亏缺程度随恢复年限的增加而加剧，在恢复至20-30年时，土壤水分大幅降低，并在恢复30年后保持稳定；区域尺度上，人工乔木、人工灌木、撂荒草地土壤水分变化速率分别为-0.08 ~ -0.11 g 100g-1 yr-1、-0.05 ~ -0.20 g 100g-1 yr-1和-0.02 ~ -0.07 g 100g-1 yr-1；当考虑植被类型与降雨梯度的交互效应时，在降雨量高于480 mm的地区，可以种植人工乔木和人工灌木；在低于480 mm的地区，撂荒草地是最优的恢复方式。
（4）人工植被建设导致土壤碳氮耦合关系发生改变，深层土壤碳氮耦合关系对气候变化的响应较浅层土壤更加敏感。
在植被恢复过程中，土壤碳氮耦合关系由相对稳定逐渐向不稳定发展，在恢复20年后，土壤碳氮解耦趋势明显，尤其是在深层土壤中。与人工植被相比，长期的自然恢复（地带性顶极森林和顶极草地群落）能够保持浅层和深层土壤碳氮耦合关系的稳定性。此外，人工植被土壤碳氮耦合关系非线性响应于降雨和温度的变化，且土壤碳氮耦合关系对温度变化的敏感性高于降雨变化。与人工乔木和灌木林地相比，撂荒草地土壤碳氮耦合关系对降雨和温度的变化表现出较高的稳定性和适应性。
（5）植被恢复方式影响土壤碳水耦合关系，与人工植被相比，撂荒草地在气候变化背景下表现出较强的土壤碳水调控能力。
黄土高原人工植被建设导致土壤碳水耦合协调度显著降低，处于失调状态，且显著低于耕地和地带性顶极植被。整体而言，在植被恢复过程中，土壤碳水耦合协调度在恢复的前30年呈持续解耦趋势，以10-20年期间解耦趋势最为明显；降雨和温度显著影响土壤碳水耦合关系，其影响程度随植被类型和土壤深度的变化而变化。撂荒草地土壤碳水耦合关系对降雨和温度变化的敏感性高于人工植被，表现出较强的土壤碳水调控能力。
（6）人工植被建设在促进土壤碳氮协同恢复的同时，却导致土壤水分恢复力降低；综合来看，撂荒草地是实现土壤碳氮水同步恢复的较优方式。
基于“历史动态本底”和“地带性顶极生态本底”，构建了区域尺度植被恢复过程中土壤碳氮水恢复力评估框架；在黄土高原植被恢复过程中，土壤碳氮呈协同恢复趋势，但与地带性顶极植被相比，人工植被土壤碳氮恢复程度不足50%；土壤水分呈退化趋势，尤其是人工乔木和灌木，而撂荒草地具有较为可持续的水分恢复力。随着植被恢复年限的增加，0-200 cm土壤碳氮恢复力逐渐增加，而土壤水分恢复力逐渐降低。在降雨和温度梯度上，不同植被类型、不同深度土壤碳氮水恢复力变化趋势各异，与人工乔木和撂荒草地相比，人工灌木0-200 cm剖面土壤碳氮水恢复力在气候梯度上呈增加趋势。综合土壤碳氮水恢复力来看，撂荒草地是实现三者同步恢复的较优方式。</p
黄土高原典型小流域水文连通性变化及其与径流泥沙量的响应关系
No full text黄土高原退耕还林（草）影响下流域水文连通过程的变化研究对于揭示植被变化对土壤侵蚀过程影响机制具有重要意义。以往水文连通性的定量表征未能从功能连通的角度揭示产汇流和产输沙过程中水文连通的阻力机制。因此，本文分析了退耕还林草对黄河中游河龙区间四条典型小流域水沙过程的影响，通过耦合达西-韦斯巴赫阻力（f）构建了新的水文连通性指数（ICf），评估了水文连通性的时空变化规律，对比分析了IC和ICf对流域径流和泥沙传输过程的表征能力，对于揭示土壤侵蚀机理和水文过程模拟具有重要的应用价值。主要结论如下：
（1）汾川河和仕望川流域以林地为主，1980-2015年有60%的耕地退耕为林地，清涧河和秃尾河流域以草地为主有超过40%的耕地退耕为草地；汾川河、仕望川、清涧河和秃尾河流域径流量和输沙量在1980-2015年均呈显著下降趋势，汾川河和仕望川流域径流量分别减少了63.7%、55.2%，输沙量分别减少了38.2%、41.9%；清涧河和秃尾河流域径流量分别减少了42.1%、38.0%，输沙量分别减少了57.4%、84.0%。
（2）1980-2015年汾川河、仕望川、清涧河和秃尾河流域IC与ICf均呈显著下降趋势（P<0.05）；以C为权重因子表征发生侵蚀和输移可能性的水文连通性指数IC年在汾川河、仕望川、清涧河和秃尾河流域分别减小了71.63%、74.35%、81.46%、87.17%，以f为权重因子精确表征输移可能性的水文连通性指数ICf分别减小了44.17%、41.32%、51.46%、47.38%。
（3）水文连通性指数IC和耦合达西-韦斯巴赫阻力（f）的水文连通性指数ICf与年径流量和输沙量存在显著线性正相关，ICf对水文连通过程的表征优于IC。</p
黄土高原林地根系与土壤碳的分布特征及影响因素研究
No full text黄土高原退耕还林还草工程对陆地生态系统碳汇及碳循环具有重要的意义。森林生态系统碳库一般由植被地上部分、地下根系、土壤和凋落物四个部分组成。根系将土壤和大气相连与植物体共同影响生态系统的碳循环，同时植被根系也是深层土壤有机碳库的重要来源。由于深层土壤取样难度大，使得垂直剖面上土壤有机碳和无机碳含量及其分布特征不甚清晰，并且根系测量具有一定难度，费时费力还不一定准确。目前大部分研究都集中于植被地上部分和浅层土壤，而对于植被地下部分和深层土壤的研究相对较少。本研究以黄土高原地区的整个森林生态系统为研究对象，通过碳专项调查资料，共收集了527个地下生物量及背景资料，分析了森林生态系统地下生物量的分布及影响因素；结合黄土高原地区神木、绥德、安塞、长武、富县五个试验点，通过野外深层取样、室内试验处理和数据分析等方法，对10 m深土壤剖面的土壤样品及根系样品进行分析，阐明黄土高原典型区域人工林地土壤有机碳、无机碳的分布特征，分析了不同降雨量、树种、阴坡和阳坡立地条件下土壤碳的差异性，讨论了土壤有机碳和土壤无机碳的影响因素，揭示了深层土壤碳、土壤水分与细根生物量之间的关系，探究了根系有机质和土壤水分对土壤碳储量的影响。研究结果如下：
（1）黄土高原森林生态系统地下生物量的范围在11.99—27.46 Mg/hm2之间；非生物因素对地下生物量起主导作用，其中降雨因子和地形因子影响最为显著；不同土壤类型地下生物量表现出：棕壤>褐土>岩性土；不同森林类型地下生物量由大到小为：针叶林>针阔叶混交林>落叶阔叶林；人类活动和动物活动干扰对地下生物量影响较小且无显著性差异。另外，在分析中发现若影响因素中含经纬度，非生物和生物因素对地下生物量的影响程度分别为68.9%和31.1%；若影响因素中不含经纬度，非生物和生物因素对地下生物量的影响程度分别为81.1%和18.9%，说明经纬度与其他因素高度相关，并显著影响着生物因素和非生物因素对森林生态系统地下生物量的比重。
（2）在土壤垂直剖面上，表层土壤有机碳含量最高，深层土壤无机碳含量略高于表层，因此深层土壤蕴含丰富的无机碳库。黄绵土有机碳含量显著高于风沙土（p<0.05）。在不同土层中，土壤有机碳含量由大到小表现出：表层（0—40 cm）>浅层（40—200 cm）>深层(200—1000 cm)，而土壤无机碳含量分布特征与此相反。土壤有机碳和无机碳垂直分布受降雨影响较大，随降雨量增大（降雨量：神木<绥德<安塞<长武<富县），垂直剖面土壤有机碳含量的变异系数增大。土壤有机碳、无机碳含量在水平和垂直分布上都表现出：富县、长武>安塞、绥德>神木；富县土壤有机碳含量显著高于绥德和神木；不同立地条件下土壤有机碳含量表现出阳坡小于阴坡；无论是阴坡还是阳坡立地，表层土壤有机碳含量在土壤剖面中达到最大值，且随土层加深逐渐减小；刺槐林土壤无机碳含量总体上小于油松林的土壤无机碳含量。综上所述影响土壤有机碳、无机碳含量的是土壤含水量和细根生物量。
（3）深层土壤有机碳含量不仅受植被根系影响，还受到土壤水分限制。土壤有机碳含量和土壤碳总量分布趋势是：自上而下呈现梯度递减趋势。大部分土壤有机碳存在于0—40 cm土层中并且随土层深度增加而减小，40 cm以下土壤有机碳含量处于1.48—2.66 g/kg之间；土壤无机碳含量随土层深度增加缓慢升高，但始终处于0.67—0.94 g/kg之间。刺槐林和油松林土壤水分（SWC）和根系生物量（UBM）与土壤有机碳含量（SOC）之间存在线性关系：SOC<15 g/kg时符合数量关系SOC=0.697 UBM+0.459 SWC（r=0.813）。土壤无机碳含量受诸多因素影响，垂直剖面分布无明显规律。
土壤碳含量受地下生物量影响，研究地下生物量不仅能够反应植被生长状况，还能为陆地生态系统地下碳库的研究提供理论依据。本研究对地下生物量估测的相关研究有一定的意义，能够为估算有机碳作基础，同时为遥感模型提供数据参考。对解释树木如何通过根系适应环境机制方面、提出森林经营管理建议方面也能提供参考。土壤碳分布特征对估测土壤有机碳库和无机碳库提供参考，土壤碳影响因素和预测模型能够为深层土壤碳储量的研究提供理论依据。
关键词：根系生物量，土壤碳，深层土壤，林地，黄土高原</p