水蚀风蚀交错区土壤水、碳、氮、磷分布及有关过程对 植被类型的响应

水蚀风蚀交错带是黄土高原植被退化最严重的地区。该区气候变化剧烈，全年水 蚀、风蚀交替进行，土壤下垫面高度异质。水蚀风蚀交错区特殊的植被生境意味着植 被恢复措施在减少水土流失、改善土壤肥力和提高碳固持等方面的生态环境服务功效 将有别于黄土高原其它地区。本文以灌木、草地、荒地和农地四种植被类型为例，采 用中子仪、土壤呼吸仪、植物光合仪以及土样室内分析等仪器与方法，于2007至2009 年在中国科学院水利部水土保持研究所神木土壤侵蚀与环境试验站，对典型地形条件 下水、碳、氮、磷4种生源要素时空动态分布、植被蒸散、土壤呼吸和植物光合固碳 对植被类型的响应进行了系统的研究，取得以下5个方面结果： 1. 植被类型改变了土壤水分的坡面分布特征与水量平衡。灌木和草地土壤储水 量沿坡面分布均匀，而荒地和农地土壤储水量（0-4m）存在由地形驱动的土壤水分侧 向运动趋势。四种植被类型蒸散量的大小顺序为：灌木&gt;草地&gt;农地&gt;荒地。雨季初期 （六月）灌木和草地的蒸散量高于降雨量。坡长尺度对水量平衡的影响主要体现在径 流量上。 2. 不同植被类型改善土壤质量的能力不同。与农地相比，灌木能显著提高 0-100cm土层土壤有机碳和全氮的含量及储量，而草地和荒地可通过减少侵蚀量来间 接地增加土壤有机碳和全氮的含量。植被类型对土壤全磷含量影响不显著，但对土壤 全磷的坡面分布特征有影响，表现为荒地和农地土壤全磷具有坡下累积现象。植被类 型显著改变了坡面土壤速效磷和无机氮的时空动态分布特征。灌草和荒地土壤速效磷 始终显著低于农地，而无机氮与农地的差异随季节变化而变化。灌草和荒地土壤速效 磷在8月份较高，无坡下累积现象。生长季期间，灌木和草地土壤无机氮的主要形态 转变频繁，荒地的主要形态为NH4 +－N，农地在生长季前期以NO3 －－N为主。灌木和荒 地土壤无机氮沿坡面随机分布，草地和农地某些月份存在无机氮在坡下部累积现象。 研究区农田生态系统存在氮肥淋溶损失风险。 3. 植被类型对土壤呼吸日变化和月变化的影响与植物生物气候学阶段有关。荒 地和农地土壤呼吸日变化幅度在七月与灌木和草地相当，但在八月和十月显著高于灌木和草地。除八月份农地土壤呼吸月均值与灌木和草地一样高外，研究时段内荒地和 农地土壤呼吸月均值相当，且显著低于灌木和草地。不同植被类型土壤呼吸月均值变 化受不同因子影响，土壤温度对灌草和荒地的土壤呼吸月均值影响明显，而对农地影 响不大。生物因素（根生物量、叶面积指数和光合速率）是导致不同植被类型间土壤 呼吸差异的主要原因，但主导因子随月份变化。 4. 碎石存在显著改变了土壤呼吸的降雨脉冲特征和雨季土壤呼吸水平。碎石隔 层延迟了土壤呼吸的降雨脉冲峰值，延迟时间随雨强的增大而增长。降雨脉冲和根生 物量差别导致生长季碎石隔层处理的土壤呼吸值显著小于无碎石处理。碎石覆盖不影 响土壤呼吸的降雨脉冲节奏，但对降雨后土壤呼吸值影响明显。碎石含量对土壤呼吸 降雨脉冲特征影响明显，雨后第二天无碎石处理土壤呼吸的增大幅度远高于含碎石处 理。碎石覆盖和碎石含量对土壤呼吸生长季均值的影响不显著。碎石存在不改变土壤 呼吸的生长季变化趋势。 5. 植被恢复措施能够提高小流域碳汇能力及生态系统植物光合固碳量。灌木和 草地的碳汇功能强于荒地。通过退耕还林还草措施，20hm2 小流域的年植被光合固碳 量增加25 Mg C，年碳汇量增加2.2 Mg C。 本研究表明水蚀风蚀交错区人工灌木在提高土壤养分含量方面的功效优于草地。 人工灌草的植被光合固碳量可以抵消由其土壤呼吸导致的高碳排放量，使实施了植被 恢复措施的小流域表现为碳汇功能。雨季初期土壤水分亏损加重了人工灌草的土壤干 燥化问题，但这一问题可通过合理的植被类型空间布局得到缓解。研究区农田生态系 统存在氮肥淋溶风险，故优化的施肥管理方法应取代原有的粗放模式。碎石存在显著 地影响土壤呼吸的降雨脉冲特征和雨季土壤呼吸水平这一结果表明考虑土壤下垫面 异质性在提高陆地生态系统碳排放估算精度方面不容忽视。该研究将为合理评价水蚀 风蚀交错区植被恢复的生态环境效应和进行有效的生态环境建设提供理论依据。 &nbsp;</p

SWCC测定过程产生的容重变化对SWCC参数的影响

土壤水分特征曲线(SWCC)测定过程本身会引起很大的容重变化。随着容重的增大,土壤的持水特性也发生改变。为了明确这种容重变化对土壤水分特征曲线的影响,本研究以4种原状土壤为例,用离心机法测定了不同定容重下的土壤水分特征曲线,分析了容重变化对Brooks-Corey和van Genuchten模型参数的影响。结果表明:土壤的容重越大,相同吸力下所对应的有效饱和度就越大,水分特征曲线就越平缓。4种土壤的参数A和&alpha;均随容重的增大而减小,可用幂函数表示。黑垆土和土娄土的&lambda;、n随容重的增加而增大,可用线性函数描述,有别于黄绵土和红壤。从总体上看,无论扰动与否,土壤水分特征曲线测定过程引起的容重变化对粉质粘壤土和粉质粘土的影响情况一致。与van Genuchten模型相比,Brooks-Corey模型参数与容重具有更强的关系性。本研究有益于土壤水分特征曲线测定过程中容重影响因素的修正

土壤持水特征测定中质量含水量、吸力和容重三者间定量关系I.填装土壤

在试验过程中,通常采用一个土样进行连续试验来测定土壤的持水特征。此时,土样的有机质、黏粒矿物类型和阳离子交换量等性质基本保持不变,而土壤的容重在水力学和机械压力共同作用下会发生很大的变化。因此,我们认为实测的土壤持水特征不再是土壤吸力和含水量相对应的一条曲线,而是由土壤质量含水量、吸力和容重三变量共同确定的一个曲面。本文在Brooks-Corey土壤水分特征曲线模型的基础上,提出了两种描述土壤质量含水量、吸力和容重三变量关系的曲面模型,分析了模型的优缺点和适用条件,并采用离心机石蜡控容重法实测了四种质地填装土壤的三变量特征曲面。研究结果表明:土壤持水特征是由土壤质量含水量、吸力和容重三变量共同确定的一个曲面这一假设是合理的;类似于Brooks-Corey模型的两种幂函数经验曲面模型能够合理地描述填装土壤的实测数据,决定系数均大于0.94;模型Ⅰ的拟合效果略好于模型Ⅱ,但模型Ⅱ包含两个物理意义明确的参数,具有一定的优势。这一研究将为校正容重变化对土壤水力学参数的影响提供新的途径

Analysis for Saturated Conductivity of Soil Stone Mixtures by Sub-domain Technique of Finite Element Method

在黄土高原水蚀风蚀交错地区,碎石的存在影响着土壤的水力学特性,因此研究土石混合介质的渗流运动对该地区的植被恢复建设具有重要的指导意义。虽然用有限元法分析地下水渗流的工作很多,但对土石混合介质而言,由于有限元法的解题规模迅速增加,其研究甚少。本模型采用子域法矩形单元,假定土石体中石块含量增加不影响土的孔隙率且石块不透水分析了土石混合介质中的渗流过程。结果表明,影响土石混合介质饱和导水率的主要因素是土石介质的含石率;石块的大小基本不影响混合介质饱和导水率;石块分布方式增加水流路径时,会影响混合介质饱和导水率。这一数值分析结论与土石体渗流问题的部分理论结果和试验结果吻合良好。本模型子域法计算效率高,结果较准确,可用于较大规模的土石混合介质渗流分析,还可推广用于土石混合介质的三维分析和多级子域法有限元技术以获得更大规模的解题效果

GaAs衬底生长的立方GaN晶片键合技术

利用晶片键合技术通过多层金属膜成功地把立方相GaN LED结构键合到新衬底Si上，并又利用湿法腐蚀技术去掉了原GaAs衬底．SEM和PL观察表明，利用键合技术可以完整地把立方相GaN以外延薄膜转移到新的衬底上而不改变外延层的物理和光学性质．XRD(x射线衍射)结果分析显示，键合后的样品中出现了新的合金和化合