太行山南麓不同植被类型土壤呼吸特征及其温度敏感性

[目的] 探讨不同植被类型土壤呼吸特征及其温度敏感性,为陆地生态系统碳循环研究提供理论支持。[方法] 以太行山南麓裸地、草地、灌丛、林地为研究对象,采用长期定位观测和室内化验分析相结合的方法,研究不同季节土壤水热因素、呼吸特征及其温度敏感性。[结果] 不同植被类型的土壤温度变化较大,均表现为1月初最低,8月下旬最高,8月以后土壤温度呈逐渐降低模式,相同月份土壤温度大致表现为：裸地>草地>灌丛>林地,局部有所波动。不同植被类型的土壤呼吸速率具有明显差异,季节变化特征一致;其中,土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸速率季节变化特征一致（倒V形变化规律）,大致表现为：夏季 > 秋季 > 春季 > 冬季。不同植被类型的土壤呼吸湿度敏感性大致表现为：裸地 < 草地 < 灌丛 < 林地。由此说明植被类型是影响土壤呼吸温度敏感性的重要因素,并且夏季和秋季土壤呼吸Q₁₀显著高于春季和冬季。相关性分析表明土壤pH值与温度敏感性（Q₁₀）呈显著负相关（p<0.05）,与有机碳含量呈显著正相关（p<0.05）。不同植被类型土壤异养呼吸夏季的贡献率最高,春季的贡献率最低,贡献率依次表现为：夏季>秋季>冬季>春季,自养呼吸贡献率随季节的变化呈逐渐增加趋势。[结论] 异养呼吸对土壤总呼吸的贡献率大于自养呼吸,微生物参与下的异养呼吸成为土壤呼吸中最主要的组成部分。     

高寒草甸典型小流域土壤水分空间变异对比研究

以寒区两个典型小流域为例,根据理论变异函数,通过Krige空间内插法对比研究小流域0～30cm层土壤水分空间变异性及其特征。结果表明：（1）受植被类型、覆盖度影响,水平方向上,同一流域不同植被类型土壤含水量分布为：高寒灌丛草甸〉高寒嵩草草甸〉退化草地;相同草甸类型条件下,纳通河流域平均土壤水分含量均小于跨热洼尔玛流域;各坡位、坡向草甸植被严重退化区域土壤水分含量均略小于高寒草甸草地区域。（2）从剖面分析,跨热洼尔玛流域各层土壤含水量均大于纳通河流域;剖面变异性、土壤水分下渗速度纳通河流域总体均大于跨热洼尔玛流域;土壤水分变化剧烈程度高寒草甸草地区域在20～30 cm层、植被退化区域10～20 cm层;土壤水分下渗速度草甸植被严重退化区域大于高寒草甸草地;高寒草甸草地区域在10～20 cm层土壤水分在下渗过程中有一定的滞后作用;而草甸植被严重退化区域则无此类情况。     

嘉陵江流域不同类型植被多样性与土壤养分和酶活性的关系

基于2013—2015年对嘉陵江流域中游（四川段）不同植被类型（混交林、草甸、针叶林、阔叶林、灌丛和裸地）多样性和土壤生境的调查分析数据,采用相关分析法和群落排序法研究不同植被类型土壤养分和酶活性分布特征及其与植被多样性之间的关系。结果表明:嘉陵江流域不同植被多样性指数、丰富度指数、优势度指数和植被盖度基本表现为乔木林>灌木林>草甸>裸地,裸地显著低于其他植被类型（p < 0.05）。嘉陵江流域除了裸地和灌丛,其他植被类型土壤pH值均显酸性,pH值与土壤容重变化趋势相一致,基本表现为:裸地>灌木林>乔木林>草甸,裸地显著高于其他植被类型（p < 0.05）。嘉陵江流域土壤养分、有效养分含量和酶活性基本表现为乔木林>灌木林>草甸>裸地,裸地显著低于其他植被类型（p < 0.05）。相关性分析表明:植被多样性与土壤养分和酶活性密切相关,是造成不同植被类型土壤养分差异的重要原因,土壤养分和酶活性在一定程度上决定了植被丰富度和多样性指数,土壤理化性质在一定程度上决定了植被优势度指数,而土壤全碳和全氮在一定程度上决定了植被盖度。冗余分析结果显示丰富度指数、多样性指数、优势度指数和植被盖度之间均呈正相关,与土壤养分和酶活性呈正相关,与pH值和土壤容重呈负相关,这与相关分析的结果相一致。     

降水年型对黑土区土壤水分动态变化的影响

利用长期定位试验,研究了黑土区不同降水年型下荒地、裸地和农田土壤水分的变化特征.结果表明,降水年型能够影响不同植被类型下土壤水分的季节性动态变化和垂直变化.丰水年不同植被类型土壤含水量均呈"v"型曲线变化,最低值出现在7月份,观测期内裸地较高;平水年呈"W"型曲线变化,分别在6月份和8月份出现两个低值,不同植被类型表现为裸地>荒地>农田;枯水年除裸地在观测后期土壤含水量略有增加外,荒地和农田均持续下降.降水年型对土壤水分变异系数的影响表现为枯水年>平水年>丰水年.其中荒地土壤水分变化最为剧烈,表现在枯水年出现了速变层,而在丰水分内次活跃层也较农田向土壤深层延伸,其次为农田和裸地.     

荒漠草原不同覆被类型土壤水分动态及其对降水的响应

干旱、半干旱区植被恢复与重建对降雨具有高度的依赖性,降雨格局的任何细微变化对其生态系统均会产生影响。以宁夏盐池县荒漠草原3种主要覆被类型（浮沙地、天然草地和柠条林地）为研究对象,使用自动气象站、土壤水分仪连续监测2015—2017年降水量和土壤水分数据,分析了3种覆被类型0—250 cm土层的土壤水分动态及其对不同量级降水的响应。结果表明：浮沙地土壤水分从表层至深层为增长趋势,天然草地和柠条林地为增加—减少—增加趋势;水分季节变化分为土壤水分稳定期（12月至翌年2月）、土壤水分积累期（3—5月）、土壤水分消退期（6—8月中旬）和土壤水分恢复期（8月下旬至11月）。5 mm以下的小降水事件对土壤水分几乎无影响;中等降水事件（5~25 mm）和大降水事件（25~40 mm）对0—20 cm或浮沙地0—40 cm土层土壤水分有补给作用;40—100 cm土层的水分补充需要特大降水事件。浮沙地对降水响应最敏感,柠条林地次之,天然草地最滞后。降水量、降水强度、雨前土壤含水量和土壤物理性质均是影响土壤水分入渗的因素,而在降水一致时,土壤类型是决定土壤水分动态的重要因素,植被对土壤剖面水分具有再分配的作用,这在干旱区生态系统中尤为重要,决定了植被类型与土壤类型的对应关系。     

不同植被覆盖类型黑土水分动态变化特征

采用中子水分仪定位监测方法,研究黑土区平水年大豆地、草地和裸地3种覆盖类型土壤水分变化特征.结果表明:土壤水分空间垂直动态变化随深度增加而降低,基于变异系数(CV)将土壤水分垂直变化分为4层,即水分速变层、活跃层、次活跃层和相对稳定层.不同覆盖类型下,土壤水循环深度依次为大豆地>草地>裸地,土壤水循环强度依次为草地>大豆地>裸地;3种覆盖类型的土壤剖面含水量在作物生长季节内呈增长型变化特征,裸地0～20 cm土层各时段土壤含水量均高于草地和大豆地;30 cm土层以下土壤水分含量依次为草地>裸地>大豆地.该区土壤储水量主要受降雨调控,3种植被覆盖类型下,土壤水分的总蒸散量依次为草地>大豆地>裸地.     

黄土高原丘陵沟壑区不同植被类型土壤水分动态变化

在黄土丘陵沟壑区选择典型植被油松林、沙棘、苜蓿、农田和自然草地,对其土壤水分进行观测分析,得出结论:观测期内植被类型、土壤剖面和生长季节对土壤水分具有显著影响(P<0.01).植被生长季节前期,土壤水分变化平缓;在植被生长季节中期,土壤水分变化具有显著差异.通过方差分析,不同植被类型间土壤水分存在极显著差异(P<0.01),不同植被类型间,沙棘的土壤水分最大,农地次之,而油松林的土壤含水量最小;不同植被在试验区生长适宜性顺序为:草地>沙棘>苜蓿>油松.     

岷江上游植物群落稳定性研究

采取定性与定量相结合的方法,评价了岷江上游典型植物群落的稳定性.将植被盖度、多样性、复杂性、演替度等反映植被稳定性的数量特征指标结合气候、地形、土壤等外部环境因子建立评价体系,利用层次分析法确定指标权重,利用综合指数法计算群落稳定性.结果表明:源区植物群落中,云杉林、柳灌丛、窄叶鲜卑花灌丛、冷杉林、绣线菊灌丛有较高的稳定性值,沙棘和小果小檗灌丛稳定性值较低;草甸群落中,苔草草甸和白茅草草甸具有较高的稳定性值,蒿草草甸和高山草甸稳定性值较低.干旱河谷植物群落中,绣线菊灌丛、瑞香灌丛、小花滇紫草灌丛、小马鞍羊蹄甲一白刺花灌丛、莸灌丛有较高的稳定性值,西南野丁香灌丛、驼绒藜灌丛、川甘亚菊灌丛的稳定性值较低.     

高寒草地植被与土壤水源涵养功能的时空耦合关系

探究草地植被格局与土壤水源涵养功能的关系,对于评价和有效利用土壤及草地植被资源起着重要的作用。以黄河源区的高寒草地生态系统为研究对象,运用MODIS数据构建土壤水源涵养功能模型并探究其时空变化特征,明确草地植被的时空变化规律,以耦合协调度理论为基础探讨二者耦合关系的季节性变化和空间分布特征。结果表明：(1)2000—2021年土壤水源涵养功能指数和综合植被指数在各个季节上均呈增加趋势,22年的季平均值表现为夏季和秋季高于春季和冬季;(2)2000—2021年各个季节土壤水源涵养功能—植被(SWCF—VEG)的耦合协调度基本上均呈增加趋势,同时各土层深度耦合协调度值的空间分布差异明显,且在季节上表现为夏季>秋季>春季>冬季;(3)2000—2021年季节上各草地类型的SWCF—VEG耦合协调度均为增加趋势;各季节温性草原不同土层深度耦合协调度的平均值均最大,且夏季、秋季和冬季各草地类型的值均表现为10—20 cm>0—10 cm;各草地类型不同季节的耦合协调发展类型各异。研究结果为黄河源区草地植被与土壤水源涵养功能的耦合关系提供高效定量的时空分析方法,可为草地植被...     

泾河典型流域水沙变化及其景观格局分析

以黄河中游泾河流域的3个子流域为研究对象,借助GIS和RS技术与基本的水沙数据,分析各子流域水沙变化特点与土地覆被空间格局特征。结果表明:流域北部的环江上游、合水川与汭河的径流量和输沙量以及土地覆被空间格局分布差异显著;30多年来环江上游的径流量增加了60%而输沙量却增加了1倍多,汭河的径流量减少了约40%而输沙量却减少到1/5,合水川的径流量基本保持不变而输沙量略有增加;环江上游只有6种土地覆被类型以低密度草地和半荒漠草地为主,汭河有9种土地覆被类型以林地、农田和高密度草地为主,合水川有7种土地覆被类型以林地和郁闭灌丛为主。     

黄河三角洲滩地不同植被类型的土壤贮水功能

以滩涂裸地为对照,对黄河三角洲滩地乔木林、灌木林、草地及农田等4种植被类型改良土壤的盐碱程度、容重和孔隙度状况、土壤入渗性能及蓄水能力进行对比研究.结果表明:不同植被类型均具有一定的压碱抑盐效应.且表土层盐碱含量多低于20-40 cm土层;同时降低土壤容重,增加土壤孔隙度的效应显著,并且对土壤表层的改良效果好于20-40 cm土层.不同植被类型均能改善土壤入渗性能.渗透性能由强到弱表现为乔木林>灌木林>农田>草地,其平均渗透速率分别是滩涂裸地的4.9,3.7,2.9,1.9倍.不同植被类型的土壤饱和蓄水量、毛管蓄水量、非毛管蓄水量均表现为乔木林>灌木林>草地>农田,其饱和蓄水量分别比滩涂裸地高18.3%,11.8%,3.7%和3.5%;土壤涵蓄降水量和有效涵蓄量大小均表现为乔木林>草地>灌木林>农田,且0-20 cm土层的贮水性能均好于20-40 cm.     

降雨对不同土地利用类型土壤水氮变化特征的影响

以2018年6—10月降雨条件下园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地的标准径流小区为研究对象,裸地为对照,通过研究降雨对园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地的土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮含量与土层深度和时间的变化特征,经野外试验数据统计分析,提出降雨对园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮含量与土层深度和时间变化特征的影响。结果表明:降雨增加园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地土壤含水率,加速土壤总氮、硝态氮和铵态氮水解转化硝化和反硝化速度,影响土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮含量,降雨与土壤含水率、总氮、硝态氮、铵态氮呈显著相关性(P0.05)。降雨条件下园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地的土壤含水率随土层深度增大而增大,土层深度100 cm处土壤含水率最大,分别为30.34%,27.67%,24.98%,24.03%和21.95%,总氮随土层深度增大呈先增大后减小,在土层深度为60 cm土壤总氮含量最大,分别为1.02,0.99,0.90,0.86,0.75 g/kg,硝态氮和铵态氮含量随土层深度增大而减小,在土层深度为100 cm硝态氮和铵态氮含量均最小,其中硝态氮含量分别为9.01,7.89,7.25,6.10,5.22 mg/kg,铵态氮含量分别为9.41,9.14,6.40,5.38,4.37 mg/kg。土壤含水率随时间的延长先减小后增大又减小,呈正余弦变化趋势,8月土壤含水率最大,分别为22.97%,22.01%,19.87%,19.03%和17.98%,总氮随时间的延长先增大后减小,8月总氮最大,分别为1.09,1.01,0.94,0.84,0.76 g/kg,硝态氮和铵态氮含量随时间的延长而逐渐减少,6月硝态氮和铵态氮含量均最大,其中硝态氮含量分别为13.40,12.37,11.20,10.39,8.67 mg/kg,铵态氮含量分别为18.89,17.02,14.54,12.02,8.36 mg/kg。不同土地利用类型土壤含水率、总氮、硝态氮和铵态氮平均值与土层深度和时间关系由大到小依次为园地、林地、荒草地、坡耕地和裸地,研究结果为农田土壤水肥流失控制和养分利用提供理论技术支持。     

科尔沁地区不同类型沙地土壤水分的时空异质性

应用半干旱区科尔沁沙地2006-2010年5-9月份土壤水分定点观测资料,研究农田、沙质草地和固定沙丘土壤水分的时空变异性。结果表明:2006年5月-2010年9月,(1)农田、沙质草地和固定沙丘土壤水分都在7月份最高;农田7月份土壤水分与5、6月份的差异显著,沙质草地7月份的与8、9月份的差异显著,而固定沙丘7月份的与生长季其他月份的都有显著差异;(2)3个样地土壤水分随年份有逐渐增加的趋势;(3)农田、沙质草地和固定沙丘0-160cm平均土壤含水量分别为20.69%,7.63%,3.61%,农田土壤水分明显高于沙质草地和固定沙丘,而且3种样地间土壤水分差异显著;(4)3个样地土壤水分随土层厚度增加呈"先增加后减少,最后又增加"的趋势;农田0-20cm土壤水分与20-40cm,40-60cm,120-140cm及140-160cm的差异显著;沙质草地0-20cm土壤水分除与140-160cm有显著差异外,与其他土层均无显著差异;固定沙丘土壤水分只有100-120cm与140-160cm的差异显著;(5)研究区降雨的季节分配极不均匀,主要集中在4-10月的生长季,占全年降雨量的92.58%;0～5mm降雨占全年降雨事件的73.29%,但其降雨量只占全年降雨量的25.1%;降雨间隔期以0～10d为主,占全年无降雨期的37.6%;0～10d降雨间隔期出现的频数最高,占全年间隔期频数的86.9%;(6)当土壤水分较高时,其变异性会随着土壤水分的增加而减小,而当土壤水分较低时,其变异性随土壤水分的增加而增加。     

蒙古高原植被变化趋势及其影响因素

基于1982-2006年的AVHRR数据和气象数据,分析了蒙古高原植被时空变化特征及其影响因素。研究发现:(1)近25 a来,蒙古高原植被整体呈改善趋势,年增长率为0.0006/a。蒙古国植被NDVI年增长率最大(0.0008/a),其次是中国的内蒙古(0.0004/a)、甘肃(0.0003/a)和宁夏(0.0001/a);(2)植被的变化趋势具有明显的空间差异性和季节性。25 a来,蒙古国西北部、内蒙古中部的锡林郭勒盟等区域植被明显改善,而内蒙古东北部呼伦贝尔市植被呈退化趋势。研究区春、秋季植被明显改善,夏季植被呈退化趋势;(3)植被的变化趋势一定程度上受温度和降雨的影响,春、秋季升高的温度使生长期延长,植被改善,而夏季温度升高和降水减少共同导致夏季植被退化;(4)草地、农作物面积和产量的增加直接或间接地导致了内蒙古植被NDVI的增加,其他人为因素,如人口增长、土地利用类型的转换、退耕还林、过度放牧、矿产资源开采等也可直接或间接地影响植被的变化。     

甘肃省沿黄灌区春小麦与披碱草/苜蓿混播对土壤盐渍化的影响

[目的] 研究甘肃省沿黄灌区耕地撂荒、种植春播作物与豆禾混播牧草对土壤盐渍化的影响，为该区生物措施防治土壤盐碱提供科学依据。[方法] 以裸地（CK）、小麦（Triticum aestivum）、披碱草和苜蓿（Elymus nutans/Medicago sativa）混播为研究对象，测定地表植被和微环境相关指标及表土（0-5 cm）水、盐含量，分析植被与盐含量间定量关系。[结果] 裸地盐含量全年呈W形变化，初春、夏末和秋末为3个高峰期；麦地呈U形变化趋势，高峰在初春和秋末；混播牧草地仅初春盐含量较高。秋末，麦地盐含量较裸地高18.4%，而牧草地较裸地低55.9%。对比2 a 3月的土壤盐含量，裸地和小麦地分别提高了23.7%和14.8%，而牧草地却降低了28.2%。植被特征指标与表土盐含量间呈极显著负相关（p<0.01），其中植被盖度与盐含量间相关性最强（达-0.916）。植被的盖度、高度和生物量每提高1%，1 cm和1 g/m²，将使表土盐含量分别降低0.031，0.139，0.014 g/kg。[结论] 甘肃省沿黄灌区耕地撂荒和种植生育期较短春播作物易造成表土积盐和引发土壤次生盐渍化危害，而种植多年生豆禾混播牧草可降低表土盐含量和预防土壤盐渍化。     

鄱阳湖沙化地区不同下垫面土壤水分动态

土壤水分状况是沙化防治,固沙植物选育,退化生态系统修复与重建的重要参考指标。基于野外实测数据对鄱阳湖典型沙化地区不同下垫面类型(7年生湿地松、4年生湿地松、草地、裸沙地)土壤水分(0—80cm)的动态变化进行了分析。结果表明:(1)不同下垫面土壤平均体积含水量大小顺序依次为:4年生湿地松(5.22%)草地(4.88%)7年生湿地松(4.01%)裸沙地(2.95%)。(2)不同下垫面不同深度的土壤水分年内均表现为中等变异程度。其中,4年生湿地松变异程度最高,裸沙地最低。(3)不同时期,4种下垫面土壤水分在垂直方向上的变异程度存在差异,变异系数在8月份最大,10—12月份次之,3—6月份最小;相对于裸沙地,除8和10月份外,有植被覆盖的土壤水分在垂直方向上的变异程度较低。     

黄土丘陵区不同土地利用方式对土壤水分及地上生物量的影响

[目的]研究不同土地利用方式下的土壤水分状况及其与植被群落特征的关系,为黄土丘陵区的植被恢复和重建提供理论依据。[方法]采用野外调查的方法和数理统计分析方法开展研究。[结果]纸坊沟流域主要植被类型的地上干生物量为310.0~10 036.2g/m2,平均地上干生物量由大到小依次为:林地灌木地农田人工草地天然草地。地上鲜生物量与株高存在极显著的正相关关系(R2=0.967 4,p0.01)。不同土地利用方式0—100cm土层土壤含水量较高,且土壤水分变异较大;100cm以下土壤含水量相对稳定,坝地玉米和梯田玉米的极易效水量分别为221.73和221.99mm;柠条和刺槐的土壤含水量最低,土壤水分类型为难效水,分别为311.44和333.09mm;其他6种土地利用方式的土壤水分为中效易效水。[结论]黄土丘陵区人工林灌植被的种植导致深层土壤水分的大量消耗,不利于该区植被恢复和建设的可持续发展。     

干热河谷不同土地利用类型坡面土壤水分时空变异

为探究干热河谷区不同土地利用类型坡面土壤水分的时空变化规律,以元谋干热河谷老城小流域水土保持综合治理示范区内的银合欢人工林地、扭黄茅草丛地和坡耕地为研究对象,采用经典统计学和地统计学克里格插值相结合的分析方法,对3种土地类型坡面土壤水分的时间和空间异质性进行研究。结果表明:元谋干热河谷区土壤含水量较低(林地旱季7.56%,雨季12.80%;草地旱季8.05%,雨季12.66%;坡耕地旱季19.37%,雨季22.95%),雨季显著大于旱季。旱、雨季均表现为坡耕地草地林地,呈中等至强度变异(0.14~0.72之间);不同土地利用类型下各层土壤水分的自相关系数均由正向负转化的相同趋势,但拐点有所不同,且雨季大于旱季;不同土地利用类型下旱、雨季土壤水分的最佳拟合模型林地与草地相同(林地与草地旱雨季均为球状模型,坡耕地旱雨季为指数模型),均呈中等或强等空间相关性(0.05~0.39之间),且旱季大于雨季;同一土地类型下旱、雨季不同土层的土壤水分空间分布相似,不同土地利用类型下相同土层分布格局则不同。     

Soil Moisture Variations with Land Use along the Precipitation Gradient in the North–South Transect of the Loess Plateau

Knowledge of soil moisture spatial variation with land use along the precipitation gradient is necessary to improve land management and guide restoration practice in the water‐limited Chinese Loess Plateau. This study selected 45 sampling points at 11 sites across the north–south transect of the Loess Plateau based on the precipitation gradient and land use. Results showed that the vertical profiles of soil moisture revealed large variations with the precipitation gradient changing, especially in the surface layer (0–100 cm). Significant linear correlation existed between the average soil moisture of the profile and the mean annual precipitation (MAP) for each land use type (p < 0·05). Hereinto, the soil moisture under the grassland was affected more greatly by precipitation. The soil moisture under each land use commonly revealed the trend as farmland > grassland > shrubland > woodland, while it might be higher under the woodland than the shrubland in the surface layer in regions with MAP <500 mm. The soil moisture of woodland or shrubland at the selected points was below or approximate to the permanent wilting point in regions with MAP <520 mm. Covariance analysis confirmed the effects of land use and MAP on the soil moisture in depth of 100–300 cm, and it showed land use did not pose significant effects in the surface layer. In addition, our study indicated that it is necessary to reconsider and re‐evaluate the current vegetation restoration strategy in the perspective of vegetation sustainability and soil water availability, in which woodland and shrubland were selected on a large scale in the arid and semi‐arid regions. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.