前言

第1章 土壤侵蚀过程及其耦合关系 1

1.1 土壤侵蚀过程 1

1.1.1 土壤侵蚀 1

1.1.2 土壤侵蚀过程 2

1.1.3 退耕还林（草）工程及区域土壤侵蚀响应 4

1.2 坡面径流水动力学特性 5

1.2.1 坡面径流特性 6

1.2.2 水动力学特性定量表征 6

1.2.3 流量和坡度对坡面径流水动力学特性的影响 8

1.3 输沙率对坡面径流水动力学特性的影响 13

1.3.1 染色法修正系数 13

1.3.2 水流流态 17

1.3.3 径流深度与流速 18

1.3.4 阻力特征 20

1.3.5 综合性水动力学参数 23

1.4 坡面径流水动力学特性对土壤分离过程的影响 24

1.4.1 扰动土 24

1.4.2 原状土 30

1.5 土壤性质对土壤分离过程的影响 34

1.5.1 浅沟发育坡面 34

1.5.2 典型土地利用类型 39

1.5.3 黄土高原样线 42

1.6 陡坡坡面径流挟沙力 48

1.6.1 坡面径流水动力学特性对挟沙力的影响 48

1.6.2 泥沙粒径对挟沙力的影响 51

1.6.3 挟沙力模拟 54

1.7 土壤分离与泥沙输移耦合关系 55

1.7.1 试验材料与方法 55

1.7.2 输沙率对土壤分离速率的影响 56

1.7.3 土壤分离过程与泥沙输移过程耦合机制 58

参考文献 60

第2章 近地表特性对坡面径流水动力学特性的影响 63

2.1 不同地形条件下地表随机糙率的时间变化特征 63

2.1.1 试验材料与方法 63

2.1.2 不同地形条件下随机糙率的时间变化 65

2.1.3 降水特性对随机糙率的影响 68

2.1.4 耕作后地表随机糙率减小的物理机制 70

2.2 生物结皮湿润驱动的地表糙率变化 72

2.2.1 试验材料与方法 72

2.2.2 盖度对生物结皮湿润膨胀驱动的随机糙率的影响 73

2.2.3 干湿交替次数及间隔周期对生物结皮湿润膨胀驱动的随机糙率的影响 76

2.2.4 生物结皮湿润膨胀驱动的随机糙率随时间的变化过程 77

2.3 植被茎秆覆盖对坡面径流水动力学特性的影响 78

2.3.1 试验材料与方法 78

2.3.2 单个水动力学参数 79

2.3.3 综合性水动力学参数 84

2.4 生物结皮盖度及其季节变化对土壤水力特性的影响 86

2.4.1 试验材料与方法 86

2.4.2 黄土高原样线上生物结皮对土壤水力特性的影响 88

2.4.3 生物结皮盖度对土壤水力特性的影响 90

2.4.4 土壤水力特性对生物结皮季节变化的响应 95

2.5 坡面径流水动力学特性对表土中枯落物出露的响应 101

2.5.1 试验材料与方法 101

2.5.2 枯落物混合密度对坡面径流水动力学特性的影响 102

2.5.3 枯落物类型对坡面径流水动力学特性的影响 105

2.5.4 枯落物对坡面径流水动力学特性影响随坡度的变化 106

2.5.5 枯落物对坡面径流水动力学特性影响随侵蚀过程的变化 107

2.6 退耕草地近地表特性对坡面径流流速的影响 109

2.6.1 试验材料与方法 109

2.6.2 不同处理下坡面径流流速的变化 110

2.6.3 茎秆-枯落物对坡面径流流速的影响 111

2.6.4 生物结皮对坡面径流流速的影响 112

2.6.5 根系系统对坡面径流流速的影响 113

参考文献 114

第3章 生物结皮对土壤分离过程的影响 117

3.1 生物结皮及其对土壤性质的影响 117

3.1.1 生物结皮的类型 117

3.1.2 生物结皮的空间分布及其影响因素 118

3.1.3 生物结皮对土壤性质的影响 120

3.2 黄土丘陵沟壑区生物结皮空间分布特征 121

3.2.1 试验材料与方法 121

3.2.2 生物结皮的空间分布特征 122

3.2.3 土壤性质与植被特性的空间分异特征及其对生物结皮影响 125

3.3 生物结皮盖度对土壤分离过程的影响 127

3.3.1 试验材料与方法 128

3.3.2 生物结皮盖度及类型对土壤分离能力的影响 129

3.3.3 生物结皮盖度及类型对土壤侵蚀阻力的影响 132

3.4 生物结皮盖度季节变化及土壤分离过程的响应 134

3.4.1 试验材料与方法 134

3.4.2 生物结皮盖度季节变化特征 135

3.4.3 生物结皮盖度季节变化对土壤侵蚀阻力的影响 137

3.4.4 影响土壤侵蚀阻力季节变化的因素 139

3.5 生物结皮覆盖、捆绑及吸附作用抑制土壤分离过程的相对大小 141

3.5.1 试验材料与方法 141

3.5.2 生物结皮覆盖与物理捆绑及化学吸附作用对土壤分离能力的影响 142

3.5.3 生物结皮覆盖与物理捆绑及化学吸附作用对土壤侵蚀阻力的影响 144

参考文献 146

第4章 枯落物对土壤分离过程的影响与机理 148

4.1 枯落物蓄积量及其水文水保功效 148

4.1.1 枯落物量化指标及其测定方法 148

4.1.2 枯落物蓄积量的影响因素 149

4.1.3 枯落物的持水性 150

4.1.4 枯落物的水文水保功效 151

4.2 黄土丘陵区枯落物蓄积量空间变化及其持水性能 152

4.2.1 试验材料与方法 152

4.2.2 枯落物蓄积量的空间变化 154

4.2.3 退耕模式对枯落物蓄积量的影响 157

4.2.4 枯落物持水性能 158

4.3 枯落物蓄积量及其持水性能的时间变化特征 162

4.3.1 试验材料与方法 162

4.3.2 枯落物蓄积量 163

4.3.3 枯落物最大持水量和最大吸湿比 168

4.3.4 枯落物持水过程 171

4.4 枯落物与表土混合量对土壤分离过程的影响 173

4.4.1 试验材料与方法 173

4.4.2 表土中枯落物混合量 174

4.4.3 枯落物混合密度对土壤分离能力的影响 176

4.4.4 枯落物混合密度对土壤侵蚀阻力的影响 178

4.5 枯落物混合对土壤分离过程影响的时间变化特征 180

4.5.1 试验材料与方法 181

4.5.2 枯落物分解 181

4.5.3 土壤分离能力 182

4.5.4 细沟可蚀性 183

4.5.5 土壤临界剪切力 186

4.6 枯落物与表土混合对土壤侵蚀的影响 188

4.6.1 试验材料与方法 188

4.6.2 土壤侵蚀随降雨历时的变化特征 189

4.6.3 枯落物混合密度对土壤侵蚀的影响 190

4.6.4 枯落物与表土混合对土壤侵蚀影响随坡度的变化 192

4.6.5 土壤侵蚀对枯落物混合密度及坡度的综合响应 194

4.7 枯落物覆盖与表土混合对侵蚀影响的对比 195

4.7.1 试验材料与方法 195

4.7.2 枯落物覆盖及与表土混合对产流过程影响的对比 196

4.7.3 枯落物覆盖及与表土混合对侵蚀影响的对比 199

参考文献 202

第5章 根系系统对土壤分离过程的影响与机制 205

5.1 黄土丘陵区植被根系特征对退耕年限与模式的响应 205

5.1.1 试验材料与方法 205

5.1.2 退耕年限 206

5.1.3 退耕模式 211

5.2 黄土丘陵区沟坡典型植物群落根系特征 214

5.2.1 试验材料与方法 214

5.2.2 沟坡典型植物群落生长及根系特征 215

5.2.3 沟坡典型植物群落生长及根系特征季节变化 220

5.2.4 浅层滑坡体植物群落生长状况及根系分布特征 226

5.3 草地根系及其季节变化对土壤分离过程的影响 229

5.3.1 试验材料与方法 229

5.3.2 根系密度对土壤分离过程的影响 231

5.3.3 根系的季节生长对土壤分离过程的影响 236

5.4 黄土高原草本根系阻控土壤分离的功能 241

5.4.1 试验材料与方法 241

5.4.2 草本群落根系特征及其对土壤分离过程的影响 242

5.4.3 草本生长驱动的土壤性质变化对土壤分离过程的影响 247

参考文献 250

第6章 近地表特性影响土壤分离过程的相对贡献 252

6.1 退耕年限对土壤分离过程的影响 252

6.1.1 试验材料与方法 252

6.1.2 土壤性质及植被生长特征随退耕年限的变化 253

6.1.3 土壤分离能力随退耕年限的变化 254

6.1.4 植被特征及土壤性质对土壤分离能力的影响 255

6.1.5 土壤侵蚀阻力对退耕年限的响应 258

6.2 植被恢复模式对土壤分离过程的影响 260

6.2.1 试验材料与方法 260

6.2.2 土壤性质及植被生长特征随恢复模式的变化 261

6.2.3 退耕模式对土壤分离能力的影响 262

6.2.4 土壤侵蚀阻力对植被恢复模式的响应 266

6.3 不同演替阶段植物群落近地表特性影响土壤分离过程相对贡献 268

6.3.1 试验材料与方法 269

6.3.2 不同演替阶段撂荒草地的土壤分离能力 272

6.3.3 近地表特性影响土壤分离能力的相对贡献 274

6.3.4 土壤侵蚀阻力对近地表特性的响应 275

6.4 典型草本群落根系系统抑制土壤分离过程的相对贡献 278

6.4.1 试验材料与方法 278

6.4.2 典型草本群落根系类型对土壤分离能力的影响 280

6.4.3 典型草本群落根系类型抑制土壤分离能力的相对贡献 282

6.4.4 土壤侵蚀阻力对植物根系类型的响应 283

参考文献 2872100433B

《土壤分离过程对植被恢复的响应与机理》以重大生态建设工程驱动的植被恢复为背景，以土壤分离过程对植被恢复的响应为核心，在大量野外调查、定位监测和室内控制试验的基础上，总结、凝练了土壤分离过程对植被恢复的响应与机理的新研究成果。内容涵盖了土壤侵蚀过程及其耦合关系、植被恢复驱动的近地表特性变化对坡面径流水动力学特性的影响、生物结皮对土壤分离过程的影响与机制、土壤侵蚀阻力对枯落物混入表土的响应、根系系统对土壤分离过程的影响、近地表特性对土壤分离过程影响的相对贡献。具体分析了土壤分离与泥沙输移的耦合关系、明确近地表特性对坡面径流水动力学特性影响的程度与机理、量化生物结皮类型与盖度对土壤侵蚀阻力的影响、明晰枯落物与表土混合及其季节变化影响土壤分离过程的机理、建立植被根系特性与土壤侵蚀阻力间的函数关系、确定植物群落近地表特性影响土壤侵蚀阻力的相对大小。

在全国矿产资源规划（08-15）中提到要加大对矿山地质环境治理问题，排土场植被恢复是焦点之一。文献表明：植被恢复过程中土壤的理化性质和植被的生长有着密切的相互影响关系。.项目以辽宁阜新海州露天煤矿排土场为基地，以03-08年对试验区内不同恢复模式、植物类型、恢复年限以及对应的土壤环境因子和植被生长状况调查数据和近30年的遥感数据为基础，分析和确定土壤（理化属性）和植被生长状况特征指标。.采用多元对数回归分析方法，分析土壤（土层厚度、土壤容重和土壤肥力主要指标）和植物（NDVI、植被覆盖度、土壤亮度、绿度）特征指标的相互影响关系，采用耦合动力学原理建立土壤和植被特征指标交互影响模型。采用GIS平台，研制排土场土壤和植被特征指标的交互影响动态影响原型系统。.该研究结果，争取在植被恢复土壤与植被交互演替建模上取得突破性进展，深化土壤和植被演替的机理研究，提高恢复效果，加快恢复速度。

本书是关于黄土高原植被恢复与土壤相互作用研究的集成，是作者主持和参与的多项科研项目的凝练与总结。本书主要涉及黄土高原植被恢复特征、土壤有机碳固定、土壤团聚体稳定性及抗侵蚀能力、土壤微生物群落特征及其对植被恢复的响应、植被与土壤生态化学计量特征、植被恢复下生态系统服务功能提升等研究内容。

以研究植被恢复过程中土壤和植被相互影响关系，课题组开展了以“辽宁阜新海州露天煤矿排土场”为研究对象的土壤与植被数据信息获取、与分析方法研究。 （1）研究了2003-2008年间的排土场土壤、植被等特征指标数据规律及其相关性(Guo Xiangyun, etc., 2010)。根据分析结果，固定了36个采样区，共采集了182个土样、126个植被样本，获得了土壤有机质、土层厚度、土壤水分、土壤电导率、土壤肥力指标、植被生物量、树高、小气候（风速、风向、空气温湿度）等基础数据。 （2）基于研究区的Spots、QB、IKnos和landsat遥感影像，构建了最佳回归模型反演植被覆盖度的方法(Zou Xiaochen, etc., 2010)；发明了一套针对Landsat TM 遥感数据源的地面实测植被覆盖度及处理计算方法(发明专利ZL201010137835.3)；基于归一化植被指数、植被覆盖度、土壤亮度、土壤绿度等4种植被指数，研究了排土场植被生物量估算方法（Zhu Xiang, etc., 2011）。生成了研究区DEM、土壤各指标、植被盖度、植物生物量、地形等专题图。 （3）研究分析了排土场植被恢复土壤、植被等特征指标时空变化规律及空间异质性（Guo Xiangyun, etc., 2010）。采用地统计学、景观生态学理论，提出了露天煤矿排土场植被恢复过程中的植被指数空间状况、土壤养分空间分布状况，以及植被指数与土壤、地形因子在不同尺度上的相关关系分析方法（发明专利:ZL201010120312.8）。 （4）为揭示排土场生态系统植被变化对生态环境的调节规律和研究成果的实用性，提出了植被恢复后效果评价方法（Chen Yingyi etc., 2012）。研制了具有采集和遥感信息提取植被盖度、植被生物量、地形信息等功能的采集设备和信息系统（软件著作权 2010SRBJ5371，2011SRBJ4406，2010SRBJ3986，2010SRBJ3987）。集成了排土场土壤温湿度、小气候、植被视频等参数的远程动态监测平台（Chen Yingyi, etc., 2011）。课题组试探性的开展了基于虚拟地理环境的排土场植被恢复场景建模技术（Ma JunCheng. 2012）。 共发表论文8篇，收录待发表1篇，获得专利2项，获得软件著作权4项，培养博士2人，硕士4人。 2100433B