黄土高原植被恢复提高大于0.25mm粒级水稳性团聚体在土壤增碳中的作用

本研究选择陕北黄土高原绥德、吴旗、宜川3个地区,调查分析了不同植被恢复类型（草、灌、乔）下05cm表层土壤水稳性团聚体粒径分布及其有机碳含量的变化。结果表明:不同植被恢复类型均显著提高了 2mm和2～0.25mm 两个粒级的水稳性团聚体及其有机碳（SOC）的含量,但不同植被恢复类型的作用在3个地区有所不同。与农地相比,在绥德,油松和柠条、分别使 2mm和2～0.25mm粒级的水稳性团聚体中的SOC含量分别提高了99%～153%和219%～350% ,但苜蓿没有明显作用;在吴旗,苜蓿、沙棘、刺槐分别使 2mm和2～0.25mm水稳性团聚体中SOC含量分别提高了28%～30%和85%～130%,而刺槐对 2mm水稳性团聚体没有作用,而使2～0.25mm粒级的水稳性团聚体SOC含量提高了210% ; 在宜川,白草、羊胡草、狼牙刺和油松使 2mm和2～0.25mm粒级的水稳性团聚体中的SOC含量分别提高了405%～932%和724%～1130%。植被恢复土壤增碳主要是提高了2～0.25mm和2mm 两个粒级的水稳性团聚体中SOC的含量,提高值分别为514%和470%,占土壤有机碳库增量的49%和43%,而对其它粒级水稳性团聚体中SOC含量的贡献小于16%。以上研究结果说明,植被恢复稳定土层结构、促进土壤水稳性大团聚体中SOC的形成,可能在黄土丘陵侵蚀景观土壤固碳过程中起重要作用。     

红壤区林下侵蚀劣地土壤碳氮及球囊霉素对接种AM真菌的响应

南方红壤区林下侵蚀劣地近地表植被覆盖度低,导致林下水土流失严重。接种AM真菌能够促进植被生长,改善土壤肥力,进而可以减少土壤侵蚀。以马尾松退化林地为对象,设置引种灌木(S)和引种灌木并接菌(S+AMF)2个处理,研究AM真菌接种对林下侵蚀劣地土壤碳氮及球囊霉素的影响。结果表明:接菌近1年后,菌根侵染率(MCR)在S+AMF处理的坡上部和全坡位上显著S处理(P0.05);SOC、TN、SMBC、EE-GRSP和T-GRSP含量在S+AMF处理的坡下部均显著坡中部(P0.05),而在S处理下各坡位差异均不显著(P0.05);AN、SMBN和pH在各处理不同坡位差异均不显著(P0.05);与未接菌S处理相比,接菌(S+AMF)处理对MCR、SOC、TN、SMBC、SMBN、EE-GRSP、T-GRSP、AN和pH的平均贡献率分别为43.83%±15.10%,5.33%±1.57%,14.69%±7.92%,27.88%±4.89%,39.25%±4.82%,6.90%±2.56%,12.47%±7.95%,-13.18%±6.63%和-0.71%±2.74%。简单相关和逐步回归分析表明,MCR、SOC、TN、SMBC、SMBN和球囊霉素之间呈显著正相关(P0.05),TN、SMBC和MCR解释了SOC 80.5%的变异,SOC、SMBC、SMBN和MCR共同解释了TN 90.4%的变异,而TN、SMBN、pH和MCR解释了AN 48.9%的变异,说明接菌提高了紫穗槐根系的菌根侵染率,从而间接促进了林下土壤碳氮及球囊霉素的增加,为有效改善林下侵蚀劣地土壤质量和促进植被恢复有重要的意义。     

草灌植被恢复提高坡地土壤水稳性团聚体和碳、 氮含量的有效性: 退耕年限的影响

【目的】退耕还林还草是防治我国西部土壤侵蚀、 恢复土壤肥力的最重要措施。本研究选择陕北黄土高原的神木、 吴旗典型丘陵退耕还林还草区,研究不同退耕年限草(苜蓿)灌(沙棘)植被提高010 cm表层土壤有机碳、 速效氮和全氮储量和各级土壤水稳性团聚体含量分布的有效性,旨在揭示退耕还林工程提高坡耕地土壤质量的有效性机理,为我国坡耕地土壤肥力提高措施的选择提供科学依据。【方法】应用空间替代时间的方法,选择土壤类型和坡度一致的三个不同退耕年限的全坡地景观(包括坡上部、 坡中部和坡下部),采集土壤样品,分析有机碳等指标。【结果】草灌植被提高土壤有机碳、 速效氮和全氮储量及土壤水稳性团聚体含量的效应随退耕年限的增加而增加; 种植5年的沙棘林坡地土壤有机碳、 全氮和速效氮储量相对于退耕前分别提高了1.4、 0.5、 0.3倍,种植10年以上沙棘林地分别提高了6.6、 2.4、 1.5倍; 种植5年苜蓿使坡耕地土壤有机碳、 全氮和速效氮储量分别提高了0.4、 0.1、 5.0倍,种植10年以上苜蓿地分别提高了0.7、 0.3、 5.2倍。种植5年和10年以上的沙棘林提高坡耕地土壤总有机碳的效应分别是种植5年和10年以上苜蓿的3.4和9.5倍; 种植5年和10年以上的沙棘林提高坡地土壤全氮储量的效应分别比种植5年和10年以上苜蓿大9倍以上。坡耕地种植5年苜蓿提高土壤速效氮的效应是种植5年沙棘林的19.2倍,种植10年以上的苜蓿提高土壤速效氮的效应是种植10年以上沙棘林的3.4倍。沙棘林对土壤有机碳和全氮的提高效应显著大于苜蓿,而苜蓿对土壤速效氮含量的增加效应显著大于沙棘林。沙棘和苜蓿在提高坡地土壤有机碳和全氮储量的差异大小与退耕前坡地土壤有机碳和全氮储量水平有关,而土壤速效氮储量的差异与其根系的固氮功能差异密切相关,苜蓿根系固氮作用大于沙棘林,显著提高了土壤速效氮含量。种植5年和10年以上沙棘林使坡地土壤0.25 mm水稳性团聚体含量分别增加了41%和56%,退耕还林植被提高0.25 mm粒级土壤水稳性团聚体含量主要是对粒径为0.25~2 mm水稳性团聚体含量的增加效应。【结论】草灌植被在提高侵蚀坡地土壤有机碳、 氮储量和稳定土壤结构方面具有重要作用,在选择提高我国坡耕地土壤肥力的措施时应该考虑这一作用。     

基于FRN技术的我国不同地区典型土壤保持措施的有效性评价

选择中国西南-东北样带4个典型土壤侵蚀区,包括位于长江上游的西昌,黄土高原延安,北方风蚀区的丰宁和东北黑土区的拜泉,应用环境放射性核素(FRN)技术研究了不同土壤保持措施在减少土壤侵蚀、改善土壤质量方面的作用。在西昌,137Cs和210Pbex的测定结果表明,不同植被覆盖结构减少土壤侵蚀的作用为:灌木>有地被物的乔木>草类>无地被物的乔木;在延安,利用137Cs示踪技术对坡地景观的产沙量估算结果表明,梯田和林草地相对于坡耕地产沙量分别减少了49%和80%,林草地的土壤有机质、碱解氮和速效磷含量相对于坡耕地分别增加了255%、198%和18%,梯田土壤有机质、碱解氮和速效磷含量分别增加了121%、103%和162%,而土壤容重分别降低了1.6%和6.4%;在丰宁,对7Be的测定结果表明,与传统耕作方式相比,4年免耕+作物高留茬(50～56cm)和免耕+作物低留茬(25cm)分别使土壤侵蚀速率下降44%和33%;在拜泉,通过137Cs测定结果发现,坡改梯使土壤流侵蚀降低14%,等高耕作使土壤侵蚀量减少了34%。研究结果说明,灌木林覆盖、林草复合结构是控制西南侵蚀山地土壤侵蚀的优选生物配置措施,梯田和林草复合结构在控制黄土高原土壤侵蚀和改善土壤质量方面有重要作用,免耕+高留茬措施是我国北方风蚀区防治土壤侵蚀退化的有效措施,等高耕作应当成为防治东北黑土区土壤侵蚀的关键措施。     

坡耕地侵蚀区和堆积区初春土壤呼吸的变化

以黄土高原侵蚀坡耕地(坡地1和坡地2)为对象,选择土壤温度和水分变化较为剧烈的初春3月,采用137Cs和210Pbex示踪技术,在确定的侵蚀和堆积区布设有根和无根2种处理,利用Li-8100土壤碳通量自动测量系统原位监测土壤呼吸,同时监测土壤温度和水分变化。与侵蚀区比较,观测期间堆积区有根和无根处理土壤CO2排放通量均有明显增加,只是这种增加有时没有达到统计上的显著水平。土壤堆积使坡地1有根和无根处理区土壤CO2排放通量分别增加了24.43%(由8.02%至44.41%)和23.95%(由6.37%至43.26%);土壤堆积使坡地2有根和无根处理区土壤CO2排放通量分别增加了44.64%(由17.33%至74.63%)和25.28%(由10.23%至39.76%)。3月份坡耕地侵蚀区和堆积区土壤呼吸随观测时间的变化与土壤温度和水分密切相关,但是,在整个观测期间侵蚀区和堆积区的土壤水分和温度没有差异,研究揭示了坡耕地土壤呼吸空间变化的土壤侵蚀驱动机理。     

人工林植被细根防蚀拦沙作用的有效性

选择我国西南山地典型人工林为对象,调查全山坡人工林的植被盖度及根系密度,利用137Cs示踪技术确定人工林坡地土壤侵蚀速率,探讨人工林坡地植被盖度及其细根与土壤侵蚀的关系.结果表明:整个人工林坡地表现为严重土壤侵蚀,侵蚀速率达25.25 t/(hm2·a).不同类型植被覆盖下土壤侵蚀再分布速率为裸地(-36.32 t/(hm2·a))＜乔木(-0.57 t/(hm2·a))＜灌木(0.53 t/(hm2·a))＜草(0.60t/(hm2·a)).回归分析表明,人工林坡地土壤侵蚀速率与植被盖度无显著相关性,土壤侵蚀速率随＜1mm的植被细根密度的增加而降低,二者之间呈显著负相关关系(P＜0.01),但与＞10 mm径级的植被粗根密度没有显著相关性.人工林地植被细根控制土壤侵蚀的有效性可以用植被细根密度与土壤再分布速率的关系方程来定量评价.当植被细根密度为60～100 g/m2时,可以看作人工林植被防蚀拦沙的有效根密度.结果表明,植被细根在控制坡地土壤侵蚀比植被盖度更为重要.因此,禁牧保护植被细根是控制人工林地土壤侵蚀与土地退化的有效措施.     

长期施肥下土壤肥力变化的评价方法

【目的】确定长期施肥下土壤肥力变化的适宜评价方法。【方法】以湖南望城和江西进贤的长期试验数据为基础,比较和分析因子分析法、相关系数法、内梅罗指数法3种评价方法对土壤肥力的综合评价结果,探明适宜土壤肥力变化的综合评价方法。【结果】20多年长期施肥下,3种评价方法所得综合土壤肥力指数（IFI）的变化趋势和差异性不同：因子分析法和相关系数法评价结果相似,而内梅罗指数法与二者存在一定差异,评价结果灵敏度较高。经验证,3种评价方法的IFI与作物产量间均呈极显著正相关,其中内梅罗指数法相关性更高。内梅罗指数法评价结果：低产的不施肥（CK）、偏施肥（NK）处理IFI随时间呈下降趋势;高产的均衡施肥（NPK、2NPK、NPKCa、NPKS、NPKM）处理IFI随时间趋稳,且均值显著高于不施肥和偏施肥的处理。【结论】因子分析法、相关系数法和内梅罗指数法均适用于长期施肥下土壤肥力的综合评价,但应首选内梅罗指数法,最后选相关系数法。     

基于MDC方法评价林下劣地碳氮提升对短期恢复措施的响应

为了评价林下侵蚀劣地碳氮提升对短期恢复管理措施的响应,选择基于最小可检测变化(minimum detectable change,MDC)设计的土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和碱解氮(AN)随时间变化的随机分层采样方法,用以消除林下土壤碳氮的空间变异性。以南方红壤低山丘陵区马尾松林下侵蚀劣地为对象,共设置7个处理:无恢复措施(CT)、乔草+鱼鳞坑(FG)、乔灌+鱼鳞坑(FS)、乔灌草+鱼鳞坑(FGS)、乔草+小水平沟(FGP)、乔灌+小水平沟(FSP)、乔灌草+小水平沟(FGSP)。结果表明:试验进行1.5年后,各处理的总植被盖度较试验前显著增加,增加幅度为7%～50%,其中草灌植被盖度增加尤为明显。基于MDC结果,除FG、FS处理外,其余处理均可以检测到SOC的变化;除FG外,其余处理均可以检测到TN的变化,而所有处理均可以检测到AN的变化。与试验前相比,各恢复措施下SOC、TN和AN含量的增量分别为0.10～2.08 g/kg、0.02～0.13 g/kg和8.54～25.06 mg/kg。SOC、TN和AN的净增量百分数分别为34%～101%,35%～83%和14%～82%;SOC的净增量大小排序为FGSPFGFGPFGSFSPFS;而TN的净增量表现为FSFGSFGSPFGPFSPFG。小水平沟区组对SOC、TN和AN的增加明显高于鱼鳞坑区组。近地表草灌植被盖度是SOC、TN和AN提升的关键因素。本土先锋草灌植被与小水平沟复合配置措施是林下侵蚀劣地快速增碳固氮的有效措施,研究结果可为红壤林下侵蚀劣地恢复治理提供技术支撑。     

长期不同施肥下红壤性水稻土综合肥力评价及其效应

以江西进贤红壤性水稻土长期试验为基础,运用模糊数学及统计学方法进行土壤肥力综合评价及其效应研究,以期达到土壤培肥的目的.结果表明,有机质、速效氮、速效磷、速效钾、物理性粘粒、团聚度和团聚体稳定率为研究区土壤肥力评价最小数据集,由其所得评价结果具有高度代表性和科学性.NPKM的SFI值最大且与其他处理均呈显著差异.NPKM、2NPK、NPK各处理SFI值分别高出对照(CK) 31.3％、13.0％和10.1％.SFI值的时间演变为NPKM处理先增后降,临界年限在第12年,N和CK处理缓降,其它处理缓增.一定范围内,二次曲线较直线更能揭示作物产量与SFI的关系,进一步拟合发现,SFI和作物相对产量间符合“S”型波尔兹曼生长曲线,SFI增至0.60时,相对产量增幅趋零,NPKM处理(SFI=0.688)已属于此;模拟可知,作物产量趋稳时相应施肥年限表现为NPKM (2a) ＜2NPK (8a) ＜NPK (9a) ＜NP (11a) ＜K、NK (13a)＜P(14a)处理.综上,长期平衡施肥(NPKM、2NPK和NPK)明显提高土壤综合肥力,NPKM更为显著,但其现状对作物增产已无效,应减施或不施若干年;长期偏施肥对土壤肥力贡献不力,尤其是长期单施氮反使土壤肥力下降.     

黄土区退耕草地合理放牧可减少土壤CO2排放和土壤侵蚀

【目的】在退耕草地实施合理放牧,有助于减少土壤CO2排放、 减缓土壤侵蚀。为验证此假设,本研究选择黄土高原渭北旱原坡地,建立退耕草地放牧、 退耕草地不放牧和传统农业耕作三种处理的对比试验小区,定量研究了退耕草地合理放牧相对于退耕草地在减少土壤CO2排放和土壤侵蚀的作用及其影响因素,为探寻在我国西部退耕还草区实施畜牧业生产与环境保护的协调发展模式提供科学依据。【方法】在建立的退耕草地放牧、 退耕草地不放牧和传统农业耕作3种处理的试验小区,利用LI-8100 碳通量自动测量仪原位监测植物生长期(4~8月)和放牧前后土壤CO2排放速率的变化,同时利用时域反射仪(TDR)测定表层0—10 cm土壤含水量,用地温表测定土壤表层2 cm和5 cm的温度。利用环境放射性核素 7Be示踪技术监测较大降雨事件引起的土壤侵蚀速率,同时取样测定侵蚀区土壤有机碳含量,比较不同处理小区侵蚀导致的土壤有机碳流失量。【结果】观测期间,3种处理CO2平均排放速率大小顺序为退耕草地[3.69±0.39 μmol/(m2·s)]退耕草地放牧[3.00±0.44 μmol/(m2·s)]传统农耕地[1.99±0.22 μmol/(m2·s)],坡耕地退耕还草后土壤CO2排放增加了85%,而合理放牧使退耕草地土壤CO2排放量减少了19%。放牧后退耕草地土壤CO2排放速率平均减少了11%,减少值在2% ~ 41%之间。观测期内,退耕草地放牧后土壤侵蚀速率比农耕地和退耕草地分别减少了93% 和77%。坡耕地退耕还草后土壤CO2排放增加主要由于草被植物引起土壤有机碳储量增加和土壤侵蚀强度减小,放牧后退耕草地土壤CO2排放减少主要与动物踩踏引起土壤容重明显增加及草类植被地上部分向土壤中输入的有机碳的减少有关。水分、 温度影响因子无法解释3种处理间土壤CO2排放差异。【结论】合理放牧不仅能显著减少退耕草地土壤CO2排放,而且可以有效控制退耕草地土壤和有机碳侵蚀流失。放牧期间动物的踩踏作用引起草地土壤容重显著增加是退耕草地土壤CO2排放量和土壤侵蚀速率减少的主要原因。本研究结果揭示,在我国黄土高原和类似的退耕还草地区实施合理放牧既可以促进当地畜牧业生产,又能控制土壤侵蚀和减少CO2的排放,是一种值得探究的草地可持续发展管理模式。