子午岭北部不同植被类型土壤水分特征研究

研究了子午岭北部黄土区次生植被演替过程中形成的不同植被类型对土壤水分特征的影响。结果表明:土壤含水量与土壤吸力之间关系符合幂函数θ=aSb,且相关系数达极显著。参数a值也随着植被类型的不同,呈现出有规律的变化,辽东栎群落>白桦林群落>山杨林群落>狼牙刺群落>虎榛子群落>铁杆蒿群落。在同一吸力段范围内,土壤含水量由高到低的次序为:辽东栎林群落、山杨林群落、白桦林群落、虎榛子群落、狼牙刺群落、白羊草群落、铁杆蒿群落、撂荒地。在低吸力段,不同群落0～20cm土壤平均含水量的差异明显,乔木林土壤的含水量最高,灌木林高于草地土壤,撂荒地土壤最低。在20～50cm土层中,随着土壤吸力的增高,各植被类型之间土壤含水量差异逐渐缩小。在中吸力段,乔木林地0～20cm土壤含水量最高,但草地土壤含水量超过了灌木林地。20～50cm土壤含水量的变化趋势与上层土壤相似。植被类型主要是通过提高土壤有机质含量,改善土壤结构,降低土壤容重和增加土壤毛管孔隙度等土壤物理特性对土壤的蓄水和持水性能产生作用。     

黄土丘陵区典型草地演替中植物群落特征与土壤储水量关系

[目的]阐明草地植被演替过程中植被生产力、植物多样性等生态学特征与土壤储水量的关系,为探明黄土高原地区植被恢复的生态环境效应提供一定的科学依据。[方法]采用时空互代的方法对宁夏回族自治区固原市云雾山保护区自然恢复3,8,13,46,66,89a的样地进行取样,分析0—100cm土层土壤储水量的分布及其与地上地下植物生物量、物种多样性的关系。[结果]随着草地演替的进行,植被群落盖度、生物量和物种多样性指数在恢复13a之前显著增加,之后渐趋稳定;土壤含水量逐渐增加,容重逐渐降低。植被群落演替对0—40cm土层土壤储水量没有显著影响,但演替后期对40cm以下土层水分有明显消耗。植被群落生物量及物种多样性指标与表层0—10cm水分呈显著正相关。[结论]草地演替过程中,植被群落生物量和物种多样性的增加与表层土壤储水能力的提升密切相关,但深层根系生物量的增加对下层土壤储水的消耗也逐渐增大。     

黄土丘陵区铁杆蒿群落和长芒草群落地上生物量及土壤养分效应

为了明确黄土丘陵区典型植被演替过程中植被与土壤的互动效应,为植被恢复提供依据,采用野外调查和室内分析的实验方法,结合逐步回归和通径分析数据处理方法,研究该区铁杆蒿群落和长芒草群落随着恢复演替的进行,地上生物量、地下生物量、土壤养分的动态变化及其地上生物量与环境因子的关系,并对2种群落进行比较分析。结果表明:随着退耕年限的增加,铁杆蒿和长芒草群落的地上生物量、地下生物量呈逐渐增加的趋势;2种群落的土壤有机质和全氮也都呈增加的趋势,且同群落生物量的变化趋势步调基本一致;全磷和硝态氮也表现了总的增加趋势,但与生物量的变化趋势不太一致。逐步回归与通径分析表明,对铁杆蒿群落地上生物量影响较大的环境因子是有机质、黏粒质量分数和水分含量,其中有机质质量分数和水分含量表现为正效应,即生物量随有机质质量分数和土壤水分含量的增加而增大,土壤黏粒质量分数表现为负效应;对长芒草群落影响较大的是海拔、坡位、年限和全氮质量分数。     

黄土丘陵沟壑区退耕地植物群落与土壤环境因子的对应分析

根据在黄土高原丘陵沟壑区安塞33个退耕地自然恢复植被样方的调查数据,采用对应分析(Correspondence Analysis)和典范对应分析(Canonical Correspondence Analysis)进行了植物群落排序和植物群落与土壤环境因子的对应分析。结果表明:在40 a的演替过程中,退耕地植被大体上依次经历了猪毛蒿(Artemisia scoparia)为优势种的群落、达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)和长芒草(Stipa bungeana)为优势种的群落、铁杆蒿(Artemisia gmelinii)为优势种的群落和白羊草(Bothriochloa ischaemun)为优势种的群落,4个群落的物种组成表现出较强的延续性和递进性。4个植物群落的土壤特性有明显的差异,对于0-60 cm土层的土壤养分和0- 500 cm土层的土壤水分,群落1的土壤水分和速效磷含量较高;群落2的全氮、速效氮含量较高;群落3的全磷和200-500 cm土层的水分含量较高;群落4的速效钾、土壤有机质含量较高。全磷、速效磷、土壤有机质和0-200 cm土层的土壤水分含量是显著影响黄土丘陵沟壑区退耕地植物群落变化的主要因子。要加速退耕地植被恢复和有效防止土壤流失,人工引种补播适宜物种和施肥值得重视。     

河西走廊民勤人工梭梭林群落的物种多样性研究

采用野外样方调查法,对民勤5个区域的人工梭梭林群落从物种重要值、多样性及土壤水分含量和物种多样性相关关系等方面进行了分析,结果表明:(1)民勤生态环境脆弱,人工梭梭林群落物种组成简单,共有植物16种,分属8科14属,以梭梭、骆驼刺、雾冰藜、沙蓬、刺沙蓬为优势种,反映了沙漠植被的特征;(2)民勤人工梭梭林群落物种多样性水平较低,其群落层次结构可分为灌木层和草本层,草本层的物种丰富度、多度比灌木层高,灌木层的Shannon-wiener指数、Pielou均匀度指数均比草本层的大,Simpson指数比草本层的小,反映出灌木层物种集中程度偏低、草本层物种均匀度偏低的规律;(3)草本植物对0～60 cm土层含水量有较高的依赖,草本层多度与0～60 cm土层含水量呈显著的正相关关系,但种的丰富度与0～60 cm土层含水量无显著的相关关系,而灌木层种的丰富度、多度与0～60 cm土层土壤含水量均无显著的相关关系,即土壤水分的变化对植物种的丰富度没有显著的影响。     

腾格里沙漠东北缘飞播植物群落土壤水分特征

[目的] 研究腾格里沙漠东北缘1992年飞播造林区主要植物群落土壤水分特征,为区域人工固沙植被合理建设与管理提供理论依据。[方法] 采用环刀法测定研究区4种不同植物群落不同坡位200 cm深度土壤含水量,分析其土壤水分分布、变异性及土壤贮水亏缺度。[结果] ①不同植物群落土壤平均含水量呈现：花棒群落（0.57%）>沙拐枣群落（0.55%）>花棒+沙拐枣群落（0.51%）>沙拐枣+花棒群落（0.51%）,花棒群落土壤含水量与花棒+沙拐枣群落和沙拐枣+花棒群落之间具有显著差异（p<0.05）,不同坡位平均土壤含水量均呈现出：坡底>坡中>坡顶的趋势。花棒和沙拐枣组合的植被群落土壤水分垂直变异性以及随坡位的变异性小于花棒群落和沙拐枣群落。②不同植物群落200 cm深度土壤总贮水量变化范围为15.45～17.79 mm,土壤贮水量随土层深度变化趋势与土壤含水量一致。③不同植物群落土壤贮水亏缺度呈现：花棒+沙拐枣群落（97.74%）>沙拐枣+花棒群落（97.62%）>花棒群落（97.48%）>沙拐枣群落（97.44%）。[结论] 研究区土壤含水量偏低,不足1%,丘间低地大于坡中和坡顶,垂向随土层深度增大,花棒和沙拐枣组合的植物群落土壤含水量垂直变异性更低。因此,花棒和沙拐枣组合的植物群落能够更大程度利用不同土层土壤水分,整体水分吸收和利用效率更高,对干旱环境的适应性更强。     

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。     

黄土丘陵沟壑区主要群落地上生物量季节变化及其与土壤水分的关系

为了探讨黄土丘陵沟壑区主要群落地上生物量季节变化及其与土壤水分的关系,选择17个样地8个具有代表性的主要群落,通过野外定点跟踪观测,运用相关分析法对生物量和土壤水分的季节变化及二者之间的关系进行了分析。结果表明:(1)不同植物群落地上生物量具有明显的单峰型季节变异特征,最大值出现在7月或8月份,最小值出现在5月份;(2)土壤水分在土层垂直方向上具有3个明显的分层,0—100cm土壤水分活跃层、100—300cm土壤水分相对活跃层和300—500cm土壤水分相对稳定层,3个层都有规律性的季节变化特征,其中0—100cm土层土壤水分的季节动态变化最为明显,表现为8月份最大,5月或6月份最小;(3)地上生物量的季节变化与土壤水分密切相关,0—100cm土层土壤水分对地上生物量季节变化的影响较为明显,随着土层深度的增加,其影响作用逐渐降低;(4)不同植物群落对土壤水分的消耗作用不同,在植被恢复和重建过程中应因地制宜地选择适宜的物种,以加速整个黄土丘陵沟壑区植被恢复进程。     

黄土丘陵沟壑区植被恢复过程中的土壤抗蚀与细沟侵蚀演变

对黄土丘陵沟壑区安塞纸坊沟和县南沟、延安燕沟 3 个流域不同恢复年限的植物群落的土壤抗蚀性和侵蚀程度进行了研究.对12个土壤抗蚀性指标进行主成分分析表明,土壤抗蚀性(主成分综合指数)强弱为灌木群落阶段＞多年生草本和蒿类群落阶段＞一二年生草本群落阶段,与一二年生草本群落阶段相比,灌木群落阶段与多年生草本和蒿类群落阶段的土壤抗蚀性分别增加了362.29% ～ 673.33% 和 574.71% ～ 930.00%;野外调查结果分析表明,随着植被的恢复演替,土壤侵蚀量呈现明显的下降趋势,灌木群落阶段的土壤侵蚀量仅为演替初期的1.42% ～ 5.59%;通过回归分析,土壤侵蚀量和水稳性团聚类因子,以及有机质含量之间分别存在极显著与显著相关关系,鉴于土壤分析的易获性,可选择＞0.5 mm水稳性团聚体与有机质含量作为反映土壤侵蚀程度的指标.     

黄土丘陵沟壑区沟坡典型植物群落生长特征

以纸坊沟小流域沟坡7个典型植物群落为调查对象,对其结构特征、物种多样性、盖度、地上生物量进行了系统研究。结果表明:Simpson多样性指数显示为沙棘赖草白羊草柠条苔草茭蒿铁杆蒿;Magarlef丰富度指数表现为草本群落灌木群落,阴坡群落阳坡群落;Pielou均匀度指数为灌木群落草本群落,阴坡群落阳坡群落。灌木群落地上生物量(1.53～5.85 kg/m~2)显著大于草本群落(0.17～0.41 kg/m~2),草本群落地上生物量大小排序为赖草铁杆蒿茭蒿白羊草苔草。植被盖度阴坡草本群落最大,灌木群落居中,阳坡蒿类草本群落最低。沟坡植物群落的Simpson多样性指数、Margalef丰富度指数略低于梁峁坡面的植物群落,Shannon-wiener多样性指数、草本群落地上生物量显著低于梁峁坡。研究成果对于明确黄土高原小流域植被生长特性、优化水土保持措施的空间配置具有重要的指导意义。     

黄土丘陵区撂荒群落地上生物量和物种多样性关系

研究黄土丘陵区撂荒群落生物量与物种多样性的关系及其影响机制,有助于明确群落演变的机理,可对该区植被恢复重建、群落演替、生物多样性保护和维持具有重要意义。为此,选取该区5个典型撂荒群落,在群落尺度上,分析地上生物量的月动态,重点研究了地上生物量与物种多样性的关系。结果表明:(1)5个撂荒群落地上生物量总体呈上升趋势,月份之间差异极显著,群落生物量由大到小为白羊草(Bothriochloa ischaemum)群落茭蒿(Artemisia giraldii)群落铁杆蒿(Artemisia sacrorum)群落猪毛蒿(Artemisia scoparia)群落达乌里胡枝子(Lespedeza dahurica)群落;(2)群落地上生物量与物种多样性关系表现为线性增加和线性减少两种形式。猪毛蒿群落中二者呈线性增加。铁杆蒿和白羊草群落地上生物量随丰富度的增加线性增加。白羊草和达乌里胡枝子群落地上生物量随均匀度的增加线性减少。空白生态位的占有和利用、生态位互补效应、种间相互作用是解释二者关系的内在机制,冗余种假说效应可能会导致不显著关系。     

子午岭地区植被演替的土壤碳汇效应

为明确黄土高原地区植被长期恢复的土壤碳汇效应,采用时空互代的方法,研究子午岭地区150年以来8个植被演替序列的土壤有机碳含量及储量的变化特征,分析影响土壤有机碳储量变化的植被因素。结果表明:从农地演替到气候顶级辽东栎(Quercus wutaishanicaMary.)群落,土壤有机碳含量和储量明显增加,表现为演替前期(草本群落)快速增加,后期(乔木群落)趋向稳定的变化特征。剖面上来看,随着土层加深,土壤有机碳含量迅速减少。0—5 cm土层土壤有机碳含量与5—20,20—40 cm土层差异显著(P＜0.05),表明土壤有机碳积累存在明显的表聚效应。枯落物蓄积量与细根生物量均随演替时间呈现出增加的变化特征,前者更有利于提高土壤有机碳储量。0—5 cm土层与0—20 cm土层土壤有机碳储量与演替时间均存在极显著的幂函数关系,不同土层之间土壤有机碳储量线性相关关系显著(P＜0.001)。植被长期演替具有显著的土壤碳汇功能。未来黄土高原地区林、草地的恢复应根据植被带的分异规律,促进自然演替,以进一步提升该地区的土壤碳汇潜能。     

氮添加对白羊草种群及土壤特征的影响

为探究氮沉降对白羊草种群及土壤属性的影响,以黄土高原典型地带性植被白羊草种群为研究对象,通过人工添加氮素,设置不同施氮处理(0、2.5、5、10 g/(m2·a)),系统研究土壤有效氮升高对白羊草种群特征及土壤养分的影响.结果表明:1)氮添加量在一定范围内,可显著改善白羊草种群特征,超过该范围,则会影响白羊草种群正常生长.在2.5 g/(m2·a)施氮量下,白羊草花序数量和株高最大,当施氮量大于该值时,白羊草花序数量和株高呈减小趋势,地上生物量随施氮量的增加显著增加(P＜0.05);在5 g/(m2 ·a)施氮量下,白羊草根系生物量密度最大,超过该值后根系生物量密度减小.2)随施氮量的增加,土壤中有机质和硝态氮质量分数增加,速效磷质量分数减小,全氮和铵态氮无显著变化,表明土壤中有效氮质量分数增加,可影响自身及其他营养元素的吸收转化过程,从而对白羊草种群的生长产生一定影响.研究结果可为黄土丘陵区草地植被建设与管理,提供基础数据和科学依据.     

退耕草地演替过程中植被根系的动态变化及其垂直分布

 研究根系在植被演替过程中的变化对揭示植被演替的一般规律有重要意义。采用以空间代替时间的方法,对黄土高原不同退耕年限的草地植被根系的动态变化及其垂直分布特征进行研究。结果表明:在根系样品采集方法上,挖掘法比根钻法更有利于真实反映深层根系的分布状况;根系在0～150cm土层的总生物量,随演替时间并不是线性增长,而是呈分阶段的阶梯式的上升趋势;从根系的垂直分布来看,根系生物量与根长密度均表现为随土层的加深而降低,不同土层中,又以表层0～15cm土壤中的根系生物量与根长密度数值最高;拟合不同演替年限的根系垂直分布特征系数后发现,演替初期,根系有向深层土壤分布的趋势,到演替的第10～22a,根系分布趋于向表层土壤集中,演替后期,根系再次趋于向深层土壤分布。     

沟壁侧面蒸发与黄土高原环境旱化关系初探

 为定量研究沟壁侧面蒸发对加速黄土高原环境旱化的作用,在侵蚀强烈的水蚀风蚀交错带选择典型冲沟,分别在沟岸地（邻近沟缘的沟间地部分）距冲沟沟缘20、100、200、300、400、500、600cm处布设中子管,研究沟岸地土壤水分的垂直分布及其动态变化。结果表明:土壤水分在距沟缘500cm范围内随距离增加而增加,证明了沟壁侧面蒸发作用的客观存在;对距沟缘不同距离0～300cm土层土壤储水量动态变化的研究表明:降雨发生时,不同距离各点的储水增量并无显著差异,但距沟缘20 cm处土壤水分损失最快,而500 cm土壤水分损失最慢,证明了沟壁侧面蒸发通过加速土壤水分蒸发加速黄土高原环境旱化的客观事实。沟岸地土壤储水量与距沟缘距离幂函数关系的确定为定量化研究沟壁侧面蒸发加速黄土高原环境旱化程度奠定了初步基础。     

黄土区刺槐林地土壤水分剖面的垂直分层

 为从蒸散耗水角度对黄土区刺槐林地土壤水分剖面进行垂直分层,在山西吉县蔡家川流域刺槐林地布设频域反射仪对0～150cm土层分层连续测定土壤水分,综合利用灰关联分析法和有序聚类法对各土层、不同时间蒸散耗水特性进行研究。结果表明:从蒸散耗水角度,黄土区刺槐林地土壤水分可垂直划分为地表植物蒸散耗水层(0～10cm)、林下灌木蒸散耗水层(10～40 cm)、刺槐蒸散耗水层(40～150cm);灰关联分析法和有序聚类法可以综合应用于土壤水分剖面垂直分层研究。分层方法数学理论基础较严密,取得的分层结果与现有相关研究结果基本一致,因此,有较高可信度,可为黄土区刺槐林地土壤水分研究提供参考。     

秸秆与地膜覆盖条件下旱作玉米田土壤氮组分生长季动态

研究不同覆盖措施下农田土壤全氮及其活性和半活性组分在作物生长季的动态变化,有助于深入理解农田土壤氮循环过程。基于黄土高原8年春玉米覆盖定位试验,系统分析了土壤全氮、矿质氮、微生物量氮、潜在可矿化氮以及颗粒有机氮在玉米不同生育期的动态特征。试验包括全生育期9 000kg/hm2秸秆覆盖、全生育期地膜覆盖和不覆盖对照3个处理。结果表明:(1)除硝态氮和铵态氮在苗期上升外,秸秆和地膜覆盖下土壤全氮及其组分含量在春玉米生育期基本呈苗期下降、拔节期上升、大喇叭口—抽雄期下降、灌浆和收获期回升的变化趋势;(2)与对照相比,秸秆覆盖提高了大多数生育时期0—40cm土层全氮和硝态氮含量及0—20cm土层铵态氮含量,提高各生育时期0—40cm土层微生物量氮、潜在可矿化氮以及颗粒有机氮含量;(3)地膜覆盖较对照提高大多数生育时期0—40cm土层硝态氮和0—20cm土层铵态氮含量,降低作物生育后期0—20cm土层全氮和0—40cm土层颗粒有机氮含量,降低大多数时期0—40cm土层微生物量氮和10—20cm土层潜在可矿化氮含量;(4)除了地膜覆盖下20—40cm土层颗粒有机氮相对含量在作物不同生育期差异不显著外,秸秆和地膜覆盖下0—40cm土层微生物量氮、潜在可矿化氮、颗粒有机氮对土壤全氮的动态均有重要贡献。总之,黄土高原的春玉米田秸秆覆盖具有明显的提升土壤全氮及其组分含量的作用,有助于培肥地力和土壤固氮;地膜覆盖则降低了作物生育后期土壤全氮及其组分含量,同时显著提高了土壤硝态氮水平,导致农田土壤氮素淋溶风险提高。