黄土高原不同植被群落多样性与土壤有机碳密度关系研究

为了探明黄土高原不同植被群落多样性与土壤有机碳密度关系,在黄土高原纸坊沟小流域选取几种典型的植被群落(刺槐Robinia pseudoacacia、铁杆蒿Artemisia gmelinii、长芒草Stipa bungeana、狼牙刺Sophora davidii和柠条Caragana korshinskii),野外调查了植被多样性,同时室内测定0—100 cm土壤有机碳含量、密度以及相关土壤环境因子。结果显示:(1)不同植被群落多样性指数(Margalef丰富度、Mclntosh均匀度和Shannon-Wiener多样性)表现出相同的变化特征。柠条和刺槐群落差异不显著(p>0.05),二者显著低于其他植物群落(p<0.05),长芒草和狼牙刺群落最高,二者之间差异不显著(p>0.05),显著高于其他植物群落(p<0.05); 不同植物群落Simpson优势度指数呈现出相反的变化趋势,刺槐>柠条>铁杆蒿>狼牙刺>长芒草。(2)不同植物群落土壤全氮含量、微生物量碳、微生物量氮、速效养分(硝态氮、铵态氮、速效磷)大致表现为相同的变化特征,均表现为长芒草和狼牙刺群落高于其他群落,而柠条和刺槐群落土壤养分含量低于其他植物群落,不同植物群落土壤pH值表现出相反的变化特征。(3)在垂直方向,土壤有机碳密度随土层深度的增加而逐渐减小,80—100 cm土层土壤有机碳密度最低(p<0.05),0—20 cm土层土壤有机碳密度最高,表现出明显的“表聚性”,相同土层土壤有机碳密度大致表现为长芒草和狼牙刺群落高于其他植物群落。(4)相关性分析显示,不同植物群落多样性指数与有机碳和有机碳密度呈显著或极显著的正相关。冗余分析显示,土壤pH值和微生物量碳含量是主导植被多样性和土壤有机碳密度重要驱动因子; 双因素分析表明植被类型和土层深度对土壤有机碳含量和密度具有显著的影响(p<0.05)。     

植被恢复对昆阳磷矿土壤有机碳储量的影响

植被恢复是既能保持磷矿开采同时又能有效扼制矿区生态环境的退化,并逐步恢复已退化的矿区生态系统最有效的生物措施。为揭示植被恢复对昆阳磷矿土壤有机碳和碳素积累的影响,研究探讨了昆阳磷矿不同恢复林地的土壤有机碳储量变化。结果表明:（1）不同恢复林地的土壤有机碳含量存在显著差异（p < 0.05）,7种不同植被恢复人工林土壤平均有机碳含量分别是废弃地的14.29倍、11.83倍、11.40倍、5.89倍、15.48倍、15.59倍、18.53倍。（2）土壤有机碳在剖面的含量表现出明显的“表聚作用”,均以表土层（0—20 cm）最大,且随土层厚度的增加,呈下降趋势。（3）不同恢复林地的土壤有机碳密度差别较大,变化趋势和土壤有机碳含量的变化趋势一致,且在同一林分土壤中,单位深度土壤各土层平均有机碳密度均以表层最大,随土层的增加而降低。（4）土壤有机碳主要存储于0—20 cm土层中,平均含量为53.60%,随着土层的加深,土壤有机碳所占比重急剧下降,经过植被恢复,7种人工林土壤有机碳储量较废弃地0—20 cm土壤有机碳储量提高了26.53%,20.39%,34.48%,10.81%,28.62%,39.52%,36.71%,说明目前矿区通过植被恢复后的土壤状况显著优于未进行恢复措施的废弃地。     

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。     

洞庭湖湿地植物群落多样性及土壤有机碳储量研究

为了研究洞庭湖湿地植物群落多样性及土壤有机碳储量特征,选择洞庭湖主要湿地(荫草群落、水蓼群落、苔草群落、芦苇群落),2016—2018年连续3年监测植被多样性和土壤有机碳含量特征。结果表明:洞庭湖湿地Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Mclntosh均匀度指数表现为芦苇群落苔草群落水蓼群落荫草群落,随着年份的增加呈逐渐增加趋势;对于Simpson优势度指数,则表现为相反的变化趋势。土壤有机碳含量和有机碳储量均呈一致的变化规律,其中以表层土壤最高,随土层深度的增加逐渐降低;随剖面深度的增加,土壤有机碳储量逐渐降低,以表层土壤(0—20 cm)有机碳储量最高;相关性分析表明,荫草群落、水蓼群落、苔草群落、芦苇群落Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Cody指数和Sorenson指数与有机碳含量和有机碳储量呈显著或极显著的正相关;从相关系数绝对值来看,与有机碳含量的相关系数高于有机碳储量的相关系数。双因素分析表明植被类型和年份对有机碳含量和有机碳储量具有显著的影响(p0.05),植被类型×年份对有机碳含量和有机碳储量具有显著的影响(p0.05)。     

植被恢复对油茶园梯壁土壤团聚体及赋存有机碳的影响

为研究梯壁稳定性与植被演替之间的关系,选取不同植被恢复年限(2年、5年、10年、30年)和不同植被演替阶段(裸地、苔藓、苔草、苔草灌)的梯壁为研究对象,采集表层(0-5 cm)和亚表层(5-20 cm)土壤样品,分析恢复年限和演替阶段对梯壁土壤团聚体及其赋存有机碳的影响。结果表明:土壤大团聚体(＞0.25 mm)含量随演替阶段增加不断提高,相同演替阶段恢复年限越久大团聚体占比越高,30年苔草灌阶段大团聚体占比达91.63%;土壤平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)在0-5,5-20 cm土层均表现出随恢复时间增加逐渐增加趋势,30年土壤MWD和GMD分别为1.07~1.41,0.88~1.17 mm,在不同演替阶段表现为苔草灌＞苔草＞苔藓＞裸地;土壤有机碳含量与大团聚体显著相关(r=0.83,p＜0.001),表明植被演替与种植年限对于梯壁土壤固碳有积极影响。植被演替和植被恢复时长可以改善梯壁土壤结构,提高梯壁土壤团聚体稳定性和抗蚀性。研究结果可为优化梯田开发提供理论参考。     

不同放牧强度对锡林郭勒典型草原生产力及碳储量的影响

以典型草原羊草群落为研究目标,以1979年围封样地为参照(NG),选择轻度(LG)、中度(MG)、重度(HG)放牧样地开展了放牧强度对典型群落生产力及碳储量的研究。结果表明:随着放牧强度的增加,物种丰富度指数、均匀度指数、多样性指数、优势度指数均降低,其中LG,MG和HG均与NG达到显著差异水平(p0.05),并且均表现出NGLGMGHG变化趋势;随着放牧强度增加,地上生物量和凋落物量呈递减趋势,NG地上植被和凋落物碳储量最高,其大小依次为NGLGMGHG,放牧显著降低了群落的地上植物有机碳储量;随着土层深度的增加,根系有机碳储量呈现减少的趋势,从地下0—60cm根系有机碳储量来看,大小表现为NGLGMGHG,根系总有机碳储量在不同放牧强度间的变化主要受0—20cm根系有机碳储量的影响;土壤有机碳含量随放牧强度的增加呈先增加后减少趋势,随土层深度的增加呈降低趋势,不同放牧强度只对0—40cm土层有机碳含量影响差异显著(p0.05),在40cm以下土层,其影响不显著(p0.05),0—60cm土壤有机碳储量序列为MGLGNGHG,MG的固碳能力最强,说明放牧对植被—土壤系统有机碳储量的影响具有非同步性,轻度和中度放牧有助于生态系统有机碳储量的积累,而重度放牧草原生态系统有机碳储量显著降低。土壤碳贮量占总碳贮量的80%以上,是草原碳储量的主体部分,各生态系统有机碳储量比例均表现为土壤根系地上植物凋落物;植被地上碳储量与0—20cm土壤碳储量存在着显著的相关性(p0.05),回归分析结果表明土壤有机碳储量与土层深度具有较好的相关关系。     

子午岭林区不同植被恢复阶段土壤有机碳变化研究

研究了子午岭林区植被恢复过程中土壤有机碳含量、团聚体有机碳分布以及不同粒级团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率。研究结果表明,0—100 cm剖面上有机碳含量加权平均值随植被恢复年限逐渐升高,坡耕地0—100 cm土层土壤有机碳加权平均值为3.54 g/kg,弃耕地、草地、灌木和乔木阶段分别比坡耕地提高6.8%,36.6%,41.5%和73.6%;0—20 cm土层土壤有机碳含量随植被恢复的提高幅度明显高于20 cm以下土层;0—5和5—10 cm土层土壤各粒级团聚体有机碳含量随植被恢复年限逐渐增加,并有向大粒级（〉2 mm）团聚体中富集的趋势,10—20 cm土层土壤团聚体有机碳含量随植被恢复变化不明显;弃耕地、草地、灌木和乔木阶段0—20 cm土层〉5,5～2和2～1 mm粒级团聚体有机碳贡献率高于坡耕地,说明植被恢复0—20 cm土层土壤增加的有机碳更多地固定在〉1 mm粒级团聚体中。     

植被恢复对侵蚀退化红壤碳吸存的影响

侵蚀退化土壤具有较大的碳吸存潜力,恢复我国大面积退化土壤对增加碳汇具有重要意义。在长汀县河田镇研究了侵蚀退化裸地恢复为马尾松、板栗园和百喜草地后土壤有机碳库的变化,试图揭示植被恢复对土壤有机碳垂直分布的影响,以及侵蚀退化红壤在植被恢复过程中碳吸存潜力和速率。裸地的土壤有机碳含量和储量极低,垂直分布变化不明显;而植被恢复显著增加了土壤的有机碳含量和储量,0~5 cm土层受植被恢复影响最大,40 cm以下土层深度受植被恢复的影响很小,0~20 cm土层是储存有机碳的主要层次。以次生林为参照,裸地土壤的碳吸存潜力为56 t/hm2,而植被恢复后土壤仍约有30~44 t/hm2的吸存潜力。马尾松林、板栗园和百喜草地0~100 cm土层土壤碳吸存量分别为25.234 t/hm2,11.418 t/hm2和15.394 t/hm2,年平均碳吸存速率分别为1.06t/(hm2.a),1.90 t/(hm2.a)和3.08 t/(hm2.a),短期碳吸存速率高于长期碳吸存速率。     

黄土丘陵区不同恢复年限对天然草地土壤碳库动态的影响

[目的]揭示不同恢复年限的天然草地土壤碳库动态变化及其剖面分布特征,全面认识和理解天然草地恢复下土壤有机库、无机碳库的动态特征。[方法]采用野外调查与室内试验分析相结合的方法,以农田为对照,对黄土丘陵区不同恢复年限(11,16,22和35a)的天然草地土壤有机碳(SOC)、无机碳(SIC)、总碳(STC)的动态变化及其剖面分布特征进行了探讨。[结果](1)天然草地恢复过程中表层(0—10cm)SOC含量随植被恢复年限显著增加,下层(10—100cm)SOC含量随植被恢复年限变化不明显;0—100cm土层SOC储量呈先减少后增加趋势,但仍未达到农田SOC储量的水平。(2)天然草地0—20cm土层SIC含量呈相对脱钙现象,0—100cm土层SIC库储量约为SOC库储量的2.7~4.5倍。土壤无机碳库随植被恢复年限的增加无明显变化,但SIC的剖面分布深度发生改变。(3)土壤总碳库随恢复年限增加无明显变化,0—100cm土层SIC储量在STC库中所占比例约为75.6%~86.0%。[结论]短时间内天然草地的土壤碳汇效应并不明显,碳库增汇效应需要长期的过程。     

河北坝上地区植被恢复的土壤碳水效应

坝上地区植被恢复影响土壤水分和土壤有机碳含量,从而影响区域水源涵养和土壤固碳能力。为了保证植被恢复的可持续性,确定该地区土壤水分和有机碳对植被的响应对于维护生态系统的稳定具有重要意义。以林地、灌木、农地、草地为研究对象,研究0—200 cm土壤水分和有机碳的垂直分布特征,并确定影响其变化的驱动因素。结果表明:(1)与草地相比,植被恢复导致深层土壤水分亏缺,林地和灌木深层(120—200 cm)土壤水分亏缺效应分别为-0.23±0.08和-0.16±0.05;(2)与草地相比,植被恢复增加固碳效应,且随着土层深度的增加而增加;(3)对照草地的碳水耦合协调度始终显著高于其他植被类型(p＜0.05),且始终属于碳水平衡状态;而林地和灌木浅层土壤(0—60 cm)属于碳水协调状态,但深层(120—200 cm)碳水耦合协调度仅分别为0.54±0.03和0.57±0.04,处于失调状态。(4)土地利用对深层(120—200 cm)土壤有机碳和土壤水分的变化更加重要,而土壤质地是影响整个土壤剖面变化的稳定因素。研究认为该区域植被恢复固碳效应的增加是以深层土壤水分亏缺为代价,碳水失调影响区域生态恢复的可持续性。     

黄土高原植被恢复过程中土壤微生物的演变特征

[目的]探究黄土高原植被恢复过程中土壤微生物的演变特征,为黄土高原生态恢复重建工作提供科学参考。[方法]以Web of Science数据库和CNKI数据库中的期刊论文为数据源,运用CiteSpace文献计量工具对黄土高原植被恢复过程中土壤微生物演变的研究概况及研究热点进行分析。[结果]2002—2018年黄土高原植被恢复过程中土壤微生物演变特征相关文献的发表数量随时间呈增长趋势;国内外研究热点主要围绕土壤微生物量、微生物群落结构以及酶活性展开,且对于微生物量的关注度比较高;在植被演替过程中,微生物生物量和酶活性总体增加,微生物群落从贫营养型向富营养型转变,土壤微生物群落结构和功能的进一步改善。不同植被类型对土壤生物质量改善效果不同,总体来说,混交林作用效果最好,刺槐和柠条纯林次之,荒草地和油松纯林最低。[结论]黄土高原植被恢复土壤微生物今后的研究应注重微生物关键种的识别、参与碳氮磷循环的功能微生物以及全球变化对微生物群落影响等方面。     

黄土丘陵区不同草本群落生物量与土壤水分的特征分析简

为阐明黄土丘陵区不同草本群落生物量与土壤水分的相关特征,通过野外调查与定点观测,对延河流域内不同演替阶段的5种草本植被（长芒草、铁杆蒿、茭蒿、白羊草、大针茅）群落地上生物量、土壤水分特征及其相关关系进行研究与分析.结果表明：在0～ 500 cm土层内,各演替阶段草本群落土壤含水量的垂直分布规律明显,均表现为浅层（0 ～ 50 cm）减少、中层（50 ～200 cm）增加、深层（200 ～ 500 cm）基本稳定的趋势;植物群落地上生物量均随着演替年限呈先增加后减小趋势,在白羊草群落阶段（退耕演替25 a左右）达到最大值;草本群落地上生物量与土壤含水量整体呈正相关关系,相关程度以0 ～ 200 cm土层较高;植被群落利用土壤水分土层深度随群落演替阶段逐渐加深,表现出对环境更强的适应性.     

黄土高原半干旱地区撂荒地次生植被演替过程中土壤微生物活性研究

To show the vegetation succession interaction with soil properties, microbial biomass, basal respiration, and enzyme activities in different soil layers (0--60 cm) were determined in six lands, i.e., 2-, 7-, 11-, 20-, 43-year-old abandoned lands and one native grassland, in a semiarid hilly area of the Loess Plateau. The results indicated that the successional time and soil depths affected soil microbiological parameters significantly. In 20-cm soil layer, microbial biomass carbon (MBC), microbial biomass nitrogen (MBN), MBC/MBN, MBC to soil organic carbon ratio (MBC/SOC), and soil basal respiration tended to increase with successional stages but decrease with soil depths. In contrast, metabolic quotient (qCO2) tended to decrease with successional stages but increase with soil depths. In addition, the activities of urease, catalase, neutral phosphatase, β-fructofuranosidase, and carboxymethyl cellulose (CMC) enzyme increased with successional stages and soil depths. They were significantly positively correlated with microbial biomass and SOC (P < 0.05), whereas no obvious trend was observed for the polyphenoloxidase activity. The results indicated that natural vegetation succession could improve soil quality and promote ecosystem restoration, but it needed a long time under local climate conditions.     

子午岭植被自然恢复过程中土壤有机碳密度的时空变化

To probe the processes and mechanisms of soil organic carbon （SOC） changes during forest recovery, a 150-year chronosequence study on SOC was conducted for various vegetation succession stages at the Ziwuling area, in the central part of the Loess Plateau, China. Results showed that during the 150 years of local vegetation rehabilitation SOC increased significantly （P 〈 0.05） over time in the initial period of 55-59 years, but slightly decreased afterwards. Average SOC densities for the 0-100 cm layer of farmland, grassland, shrubland and forest were 4.46, 5.05, 9.95, and 7.49 kg C m^-3, respectively. The decrease in SOC from 60 to 150 years of abandonment implied that the soil carbon pool was a sink for CO2 before the shrubland stage and became a source in the later period. This change resulted from the spatially varied composition and structure of the vegetation. Vegetation recovery had a maximum effect on the surface （0-20 cm） SOC pool. It was concluded that vegetation recovery on the Loess Plateau could result in significantly increased sequestration of atmospheric CO2 in soil and vegetation, which was ecologically important for mitigating the increase of atmospheric concentration of CO2 and for ameliorating the local eco-environment.     

黄土丘陵沟壑区不同恢复方式下植物群落的土壤水分和养分特征

现存不同植物群落的土壤水分和养分特征对有效干预和调控植被恢复有着非常重要的参考价值。在黄土高原丘陵沟壑区的吴旗,对不同恢复方式(封禁下的自然恢复、无管理下的自然恢复、人工造林、人工种草)下的植被样方进行调查与采样,采用典范变量分析,研究了不同植物群落的土壤水分和养分变化特征。结果表明,封禁自然恢复植物群落的土壤水分、有机质、全氮、有效氮、全磷和速效钾含量相对较高;近20年龄及以上的人工林地群落与人工草地群落下的土壤水分和速效磷含量很低;无管理下的自然恢复植物群落、4年龄的沙棘林地群落和农田的土壤水分含量和速效磷含量较高,而土壤有机质、全氮、有效氮、全磷和速效钾含量较低。这些植被群落下的土壤水分含量变化在凋萎湿度和50%田间持水量之间,均处于严重亏缺状态,土壤养分也处于较低的水平。相比之下,人工植被消耗大量的深层土壤水分,特别是20年龄以上的人工林地及人工草地,其200～500cm土层的土壤含水量几乎接近凋萎湿度。综合分析表明,封禁自然恢复是黄土高原丘陵沟壑区植被恢复的有效措施。     

保水剂和微生物菌肥配施对旱作燕麦土壤微生物生物量碳、氮含量及酶活性的影响

为探讨保水剂和微生物菌肥配施后旱作燕麦土壤微生物生物量碳、氮含量及酶活性的影响,在内蒙古黄土高原旱作农田设置不施用保水剂和微生物菌肥(CK)、保水剂和微生物菌肥配施(A)、单施微生物菌肥(B)和单施保水剂(C)4个处理,分析燕麦全生育期内0—10,10—20,20—40 cm土壤微生物生物量碳、氮含量及酶活性时空动态变化和产量变化。结果表明:(1)全生育期,土壤微生物量碳含量呈"双峰"曲线变化,峰值均出现在孕穗期和灌浆期;氮含量呈先降低后升高再降低趋势,苗期含量最高;过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶活性均呈"单峰"曲线变化,过氧化氢酶、土壤蔗糖酶峰值在孕穗期,土壤脲酶则在抽穗期。(2)除CK外,土壤微生物量碳、氮含量及过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性表现为0—10 cm10—20 cm20—40 cm,其中配施(A)对0—10,10—20 cm影响均显著(p0.05),单施(B、C)仅对10—20 cm土层影响显著(p0.05)。(3)10—20 cm土层,配施(A)与其他3个处理间差异均显著(p0.05),提高微生物量碳含量4.82%～40.28%、微生物生物量氮含量8.44%～68.66%、过氧化氢酶活性13.32%～60.16%、蔗糖酶活性10.45%～39.14%、脲酶活性12.40%～55.62%。(4)配施(A)能同时显著(p0.05)提高燕麦籽粒产量和生物产量,提高幅度分别为8.40%～20.12%和10.80%～25.09%。因此,保水剂和微生物菌肥配施在黄土高原旱作区具有较好改善土壤微生物活性效果,提高旱作燕麦产量。     

黄土丘陵区不同植被群落土壤团聚体有机碳及其组分的分布

有机碳是形成土壤团聚体的重要物质,植被群落通过有机残体的输入增加土壤有机碳含量,从而通过影响团聚体的形成而影响土壤结构。为探究不同植被群落对土壤结构改良的意义,对黄土丘陵区森林带和草原带的不同植被群落土壤团聚体中有机碳组分进行了研究。结果表明:(1)研究区域森林带土壤有机碳含量大于草原带,森林带植被群落土壤总有机碳含量大小顺序为:辽东栎群落>人工刺槐群落>狼牙刺群落,草原带植被群落土壤总有机碳含量大小顺序为:人工沙棘群落>达乌里胡枝子+茭蒿群落>铁杆蒿+达乌里胡枝子群落;(2)土壤活性有机碳和腐殖质碳占土壤总有机碳的比例在两种植被带之间基本相同,相同植被群落土壤活性有机碳占土壤总有机碳的比例高于腐殖质碳占总有机碳的比例;(3)森林带土壤>0.25 mm团聚体含量显著高于草原带土壤>0.25 mm团聚体含量,各种形态的有机碳随着土壤团聚体粒级的增大有机碳含量呈先增加后减少或者随着团聚体粒级的增大而增大的趋势,2~0.25 mm和<0.25 mm团聚体中有机碳含量最高;(4)草原带每种植被群落土壤活性有机碳含量空间差异性较大,辽东栎群落各种形态土壤有机碳含量的空间差异性都较大,<0.25 mm团聚体腐殖质碳含量大于其他粒径;(5)草原带人工沙棘群落土壤各种形态有机碳在土壤剖面上的含量差异很小,其他各植被群落0~10 cm土层土壤有机碳含量均大于10~20 cm土层。     

黄土丘陵沟壑区不同植物群落的土壤养分及其化学计量特征

[目的]对黄土丘陵沟壑区不同群落土壤养分及化学计量进行研究,为该区的植被恢复提供一定的理论依据。[方法]测定土壤的有机碳、全氮、全磷含量,计算C∶N,C∶P,N∶P,进行差异显著性检验。[结果]研究区土壤有机碳和全氮含量属于6级,全磷含量属于4级,均为养分含量较低的级别;0—10cm土层土壤养分含量大于10—20cm土层;不同群落之间P含量差异不显著,柠条群落的C,N含量最高,铁杆蒿群落的C,N含量最低;柠条群落C∶N与其他群落(铁杆蒿群落除外)差异不显著,C∶N保持相对稳定;铁杆蒿群落和刺槐群落的C∶P较低,土壤P的有效性较高。[结论]不同群落的生物量和盖度等特征不同,导致土壤养分有所差异;不同群落对土壤C,N,P的补充和吸收利用能力不同,导致化学计量特征有所不同。