三峡库区生物结皮对土壤分离过程的影响及其动力机制

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41877082
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0710.土壤侵蚀与土壤肥力
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The formation and development of biological soil crusts (BSCs) cause great changes in soil surface characteristics and then will inevitably affect the soil detachment process, but the influence extent and its mechanisms are still unclear. Furthermore, studies concerning the dynamic response of soil detachment process to the seasonal variations of BSCs in terms of the community composition, structure, coverage, and thickness were rarely report yet. Therefore, in this study a series of overland flow scouring experiments by a hydraulic flume will be carried out for different types of BSCs (selecting phycophyta, lichen, and moss as dominant species, respectively) covered soil in the Three Gorges Reservoir area. Via in-situ dynamic monitoring, indoor-outdoor measurement analyses, and mathematical statistics methods, the effects of BSCs type, coverage, thickness, and vertical structure on soil physicochemical properties and its response of soil detachment process will be systematically studied. The quantitative relationship between BSCs coverage and soil detachment process will be established. The quantitative effects of BSCs aboveground top crust (reflecting the surface covering effect) and belowground sub-crust (reflecting the binding effects of cyanobacteria filaments and the anchoring structures of mosses and lichens rhizoids as well as the bonding effects of exopolysaccharide) on soil detachment process will be explored. The dynamics of BSCs, soil properties, and soil detachment process as well as their quantitative relations will be thoroughly analyzed and revealed. The dynamic mechanism of BSCs influencing soil detachment process will be ultimately clarified. The results will provide scientific basis for deeply understanding the mechanism of BSCs influencing soil erosion process and developing process-based soil erosion models. It also has very important theoretical significance and practical value for soil and water conservation and ecological environment construction in the Three Gorges Reservoir area.
生物结皮的形成和发育引起地表特性变化,势必会对土壤分离过程产生重要影响,但其程度和机制尚不清楚,土壤分离过程对生物结皮季相变化(组成、结构、盖度、厚度等)的动态响应鲜有报道。本项目以三峡库区不同类型(藻类、地衣类、苔藓类)生物结皮为研究对象,通过径流冲刷试验、定位动态监测、室内外测定分析并结合统计学方法,系统研究生物结皮类型、盖度、厚度、结构对土壤理化性质的影响及土壤分离过程的响应,建立土壤分离过程与生物结皮盖度间的定量关系,量化生物结皮地上部分(地表覆盖作用)和地下部分(菌丝、假根等缠绕捆绑及分泌物胶结作用)影响土壤分离过程的贡献率,揭示土壤性质、生物结皮、土壤分离的季节变化规律及定量关系,阐明生物结皮影响土壤分离过程的动力机制。研究结果为深入理解生物结皮对土壤侵蚀过程的影响机理、建立或完善土壤侵蚀过程模型提供科学依据,对三峡库区水土流失治理、生态环境建设具有重要理论意义和实践价值。

结项摘要

土壤分离是土壤侵蚀的起始阶段,研究土壤分离发生、发展的水力、地形、土壤、等临界条件及其相互影响、相互制约的动力机制,是建立土壤侵蚀过程模型的基础;而利用实测土壤分离能力分析土壤侵蚀阻力时空变化及其动力机制、进一步构建土壤侵蚀阻力预报模型或修订方程,是土壤分离过程研究的终极目的。生物结皮的发育和演替引起植物群落近地表特性变化,进而对土壤分离过程产生深刻影响。三峡库区生物结皮发育显著提高了土壤黏粒含量、水稳性团聚体和土壤养分含量,显著降低了土壤容重和砂粒含量,微生物生物量和胞外酶活性均随结皮盖度的增大而显著增加;生物结皮促进了土壤水分入渗,土壤入渗性能随结皮盖度先增加后减小,土壤水分入渗过程可用Horton模型拟合。生物结皮发育显著增强了土壤侵蚀阻力,抑制了土壤分离,相对土壤分离速率和细沟可蚀性均随生物结皮盖度的增加呈指数减小。生物结皮地上部分(地表覆盖作用)和地下部分(假根菌丝物理捆绑和分泌物化学胶结作用)抑制土壤分离的作用均随结皮盖度的增大而增大,但地上部分的作用要强于地下部分,二者的贡献与结皮盖度相关但并非线性,在一定的水力、土壤条件下可能存在生物结皮组分影响土壤分离的临界盖度。随着季节变化,生物结皮盖度先增大(8月达到最大)后减小,土壤粘结力随结皮盖度的增加呈线性增大;生物结皮发育的土壤分离能力总体呈下降趋势,且整个观测期均显著低于对照裸地;粘结力是影响细沟可蚀性季节变化的主要因素,随着粘结力增大,细沟可蚀性呈指数函数减小。综合分析了生物结皮盖度、厚度及其季节变化驱动的内在土壤属性变化对土壤分离过程的影响,发现土壤分离能力主要受结皮盖度、土壤粘结力和砂粒含量的影响,细沟可蚀性主要受结皮盖度和土壤容重的影响;土壤分离能力可用水流剪切力、土壤粘结力和生物结皮盖度的幂函数进行模拟。研究成果为揭示土壤侵蚀过程动力机制、构建生物结皮发育条件下的土壤侵蚀过程模型提供科学依据和数据支撑。

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(11)
会议论文数量(2)
专利数量(8)
两种驱动力作用下植被调控堆积体坡面减水减沙效益
  • DOI:
    10.11975/j.issn.1002-6819.2021.11.009
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    农业工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李建明;牛俊;孙蓓;杨贺菲;王文龙;黄金权;聂慧莹;蒲坚;孙宝洋;陈卓鑫;何玺泓
  • 通讯作者:
    何玺泓
Effects of soil texture and gravel content on the infiltration and soil loss of spoil heaps under simulated rainfall
模拟降雨条件下土壤质地和砾石含量对弃土堆入渗和水土流失的影响
  • DOI:
    10.1007/s11368-020-02729-6
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
    Journal of Soils and Sediments
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Li Jianming;Wang Wenlong;Guo Mingming;Kang Hongliang;Wang Zhigang;Huang Jinquan;Sun Baoyang;Wang Ke;Zhang Guanhua;Bai Yun
  • 通讯作者:
    Bai Yun
Effects of freeze-thaw on soil properties and water erosion
冻融对土壤性质和水蚀的影响
  • DOI:
    10.17221/143/2020-swr
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Soil and Water Research
  • 影响因子:
    2.685
  • 作者:
    Baoyang Sun;Feipeng Ren;Wenfeng Ding;Guanhua Zhang;Jinquan Huang;Jianming Li;Lei Zhang
  • 通讯作者:
    Lei Zhang
基于SWAT模型的丹江流域土地利用变化对径流影响研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    水土保持研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王一然;丁文峰;张冠华
  • 通讯作者:
    张冠华
三峡库区生物结皮对土壤分离过程的影响及其机制
  • DOI:
    10.13758/j.cnki.tr.2021.03.022
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    土壤
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张冠华;易亮;丁文峰;王一然;蒲坚;孙宝洋
  • 通讯作者:
    孙宝洋

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其他文献

Effects ofpatchy distributed Artemisia capillaris on overland flow hydrodynamic characteristics
片状分布茵陈对地表水动力特性的影响
  • DOI:
    10.1016/j.iswcr.2018.12.003
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    InternationalSoilandWaterConservationResearch
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张冠华;胡甲均
  • 通讯作者:
    胡甲均
水力侵蚀作用下土壤有机碳动态研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    长江科学院院报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄金权;程冬兵;王志刚;刘纪根;张冠华;孙蓓;张平仓
  • 通讯作者:
    张平仓
不同土质工程堆积体径流产沙差异
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    农业工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    程冬兵;王一峰;张冠华;郭明明
  • 通讯作者:
    郭明明
One-step synthesis of ZnO/N-doped carbon/Cu composites for high-performance lithium ion batteries anodes
一步合成用于高性能锂离子电池负极的ZnO/N掺杂碳/Cu复合材料
  • DOI:
    10.1016/j.synthmet.2017.01.010
  • 发表时间:
    2017-04
  • 期刊:
    Synthetic Metals
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    段军飞;袁松;朱超;陈召勇;张冠华;段辉高;李灵均;朱致英
  • 通讯作者:
    朱致英
上海长江大桥主通航孔桥抗风稳定性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    石家庄铁道学院学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨詠昕;张冠华;葛耀君
  • 通讯作者:
    葛耀君

其他文献

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张冠华的其他基金

三峡库区小流域土壤侵蚀阻力时空变化及其驱动机制
  • 批准号:
    42377330
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
三峡库区草地土壤分离能力动态变化及其驱动机制
  • 批准号:
    41301298
  • 批准年份:
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  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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