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。     

汾河流域下游不同土地利用方式下优先流区与基质流区土壤团聚体稳定性分析

优先流是水分和溶质在土壤中非均质性运移的普遍现象,但对其形成的优先流区和基质流区土壤团聚体稳定性的研究还较少。为了阐明土壤团聚体破碎机制的差异,研究以汾河流域下游农田、撂荒地和果园3种土地利用方式为对象,采用野外染色示踪法与Le Bissonnais(LB)法分析了土壤染色区分下优先流区与基质流区土壤团聚体稳定性特征。结果表明:土壤染色率主要分布在0—30 cm土层,在10—30 cm土层果园显著高于撂荒地。LB处理的>0.25 mm团聚体含量和平均重量直径(MWD)在不同土地利用方式下表现为果园>农田>撂荒地,相对消散指数(RSI)和相对机械破碎指数(RMI)则有相反的趋势。优先流区在10—20 cm土层比基质流区具有更强的团聚体稳定性以及抵抗消散作用和机械破坏能力。土壤染色率与快速湿润的MWD呈显著负相关,与RSI呈显著正相关。研究表明果园比农田和撂荒地具有更好的优先流特征和团聚体稳定性,并且优先流区抗团聚破碎能力比基质流区更强,这将有利于维持优先流途径稳定性。     

子午岭次生林区土壤持水力及其与土壤有机碳的关系

通过野外调查和室内分析,就子午岭次生植被辽东栎、山杨、沙棘、狼牙刺、白羊草的土壤持水力及其与土壤有机碳含量的关系进行研究.结果表明,①植被间土壤持水力为:辽东栎＞山杨＞狼牙刺＞白羊草＞沙棘,除沙棘外,各植被土壤持水力和供水力随植被的正向演替而提高.②土壤比水容量即释水能力表现为乔木林大于灌木林和草地.③土壤水分特征曲线Gardner模型参数A、土壤有效水、土壤无效水含量与土壤有机碳含量有很好的相关性,相关系数分别达到0.83,0.80,0.79.     

半干旱典型草原区封育草地土壤结构特征研究

以宁夏固原云雾山自然保护区典型草原为研究对象,采用空间序列代替时间序列的方法,以坡耕地为对照,对封育演替草地百里香(Thymus mongolicus Ronn.)、铁杆蒿(Artemisia sacrorum Ledeb.)、大针茅(Stipa grandis P.Smirn.)和本氏针茅(Stipa bungeana Trin.)群落0~10cm表层土壤水稳性团聚体分布、孔隙度及土壤结构评价指标进行了研究和分析。结果表明:草地实施封育措施能明显改善土壤结构特征,随着草地植被自然演替,土壤的结构稳定性和孔隙状况逐步得到提高;在演替过程中,封育草地土壤的>0.25mm水稳性团聚体含量(WSAC)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和孔隙分形维数(D_p)逐渐增加,团聚体分形维数(D_a)逐渐减少,说明植被演替能促进形成良好的土壤结构;同时,土壤结构影响因素随着草地植被演替过程表现出有机碳含量显著增加,容重显著降低,毛管孔隙度逐渐增大,非毛管孔隙度逐渐降低。本研究还比较了多项土壤结构评价指标,表明与MWD和GMD相比,指标WSAC(>0.25mm)、D_a及D_p能更好地反映出各封育草地群落之间土壤结构的差异,并与大部分影响因素具有相关关系,适宜作为该地区土壤结构的评价指标。     

土壤胶结物质分布特征及其对黄土大团聚体稳定性的影响

通过对子午岭林区顶级植被辽东栎群落0—100cm土层有机无机胶结物质的含量与类型、土壤大团聚体稳定性进行野外调查采样与室内测定,对胶结物质含量与分布及其对大团聚体稳定性的影响进行了研究,探讨了不同胶结物质对大团聚体稳定性的影响。结果表明:(1)土壤有机碳和碳酸钙含量在剖面上呈现出完全相反的分布规律。有机碳含量随土层的加深而降低,其中0—20cm土层中有机碳含量显著高于20—100cm土层;而碳酸钙含量随土层的加深而增加,其中20—100cm土层中碳酸钙含量显著高于0—20cm土层。土壤黏粒含量随土层的加深逐渐增加,但总体上变化不明显。(2)土壤大团聚体稳定性随土层的加深而降低,其中在20—70cm土层中大团聚体稳定性随土壤深度的增加变化最为剧烈(与0—20cm土层相比,破坏率增加了581.00%)。40—100cm土层中大团聚体破坏率是0—20cm土层中的7.25倍,表明表层大团聚体稳定性远远高于底层。(3)黄土大团聚体稳定性的提高主要取决于土壤有机碳含量。而在有机碳组分中,矿物结合态有机碳对大团聚体稳定性的提高起最直接作用。研究结果揭示了黄土主要胶结物质在土壤剖面中的分布特征,明确了矿物结合态有机碳是直接影响黄土大团聚体稳定性最强烈的胶结物质,这为培育良好的土壤结构体提供了一定的科学依据。     

退耕典型草地土壤饱和导水率及其影响因素研究

土壤饱和导水率K_s（soil saturated hydraulic conductivity）反映土壤水分入渗能力,是重要的水力参数。通过对云雾山典型草原区不同年限退耕地0~40 cm土层的土壤饱和导水率进行测定,并对土壤饱和导水率及其影响因子进行了方差和通径分析。研究表明：退耕过程有利于提高土壤饱和导水率,退耕第3-22年,饱和导水率从4.16 mm·min^-1增加到6.74 mm·min^-1,提高了61.9%。在这一阶段0~40 cm土层土壤团聚体稳定性整体得到改善,其中20~40 cm土层土壤团聚体稳定性改善更为明显。退耕开始阶段（3年）土壤有机质含量下降至最低,仅为17.79 g·kg^-1,随后有机质迅速积累,到退耕24年时含量达52.49 g·kg^-1,增加了195.1%。土壤水稳性大团聚体含量和有机质含量是影响饱和导水率的主要因素,水稳性团聚体直接作用更显著,有机质间接作用更显著。每增加1个单位水稳性大团聚体含量,饱和导水率提高2.4%,而土壤有机质含量增加1个单位,土壤饱和导水率只提高1.2%。     

半干旱典型草原区退耕地土壤结构特征及其对入渗的影响

坡地土壤降雨入渗、径流和侵蚀过程与土壤结构密切相关.试验样地为宁夏固原云雾山自然保护区的坡耕地、退耕6a、退耕11 a(前8 a放牧,后3 a禁牧)和退耕16 a坡地,室内测定土壤结构指标,野外采用基于径流-入流-产流方法的新型降阿仪器在17、43和56 mm/h雨强下观测坡地土壤的入渗性能,分析土壤结构特征对入渗的影响.对土壤结构的稳定性指标、孔隙性指标和分形维数指标进行分析,结果表明,随着退耕年限的延长,土壤团聚体稳定性增强,土壤结构孔隙状况得到明显改善.模拟降雨结果显示,随着雨强的增大,退耕地的土壤入渗率增加,但坡耕地反而降低.退耕11 a样地受放牧牲畜践踏影响,入渗性能最差.通过逐步同归分析可知,在17 mn/h和56 mm/h阿强下,影响土壤稳定入渗率的土壤结构因子主要是容重和有机碳含量,而在43 mm/h雨强下主要是毛管孔隙度和非毛管孔隙度.土壤有机碳含量和孔隙状况的差异致使土壤结构特征不同,从而对入渗性能和过程产生明显的影响.     

土壤结构改良剂对风沙土水稳性团聚体改良效果及机理的研究

采用PAM、β-环糊精、沃特保水剂、腐殖酸等4种土壤结构改良剂，通过室内土柱培养，以研究其对风沙土有效的改良效果，并探讨其作用机理和合理的施用浓度。结果表明，4种改良剂均可促进〉0．25mm水稳性团聚体的形成，在低浓度（0．05％～0．1％）下其趋势为：沃特保水剂〉β-环糊精〉PAM〉腐殖酸，在高浓度（0．2％～0．4％）下趋势为：PAM〉β-环糊精〉沃特保水剂〉腐殖酸。4种改良剂在浓度为0．05％～0．4％时，均可有效地降低风沙土团聚体的分形维数，改善风沙土结构，尤其沃特保水剂改良效果最明显。在低浓度下，4种改良剂均可有效地降低土壤容重。回归分析和方差分析表明，沃特保水剂主要作用于5～1mm粒径的团聚体，其适宜浓度为0．05％左右。     

典型草原区退耕及封育草地土壤水分物理性质研究

对典型草原云雾山保护区退耕6a，11a（放牧8a）和16a的3个退耕地和4个封育草地（百里香群落、铁杆蒿群落、大针茅群落和长芒草群落）对照坡耕地表层土壤的水分特征曲线数学模型、持水参数和比水容量进行了测定。结果表明，封育草地的持水和供水性能要大于退耕地和坡耕地，放牧对退耕11a的持水和供水性能有较大影响。云雾山自然保护区坡地退耕和草地封育后，样地土壤的持水能力大小顺序为封育长芒草群落〉大针茅群落〉百里香群落〉铁杆蒿群落〉退耕16a〉退耕6a〉坡耕地〉退耕11a（放牧8a）。供水能力大小顺序为封育长芒草群落〉百里香群落〉铁杆蒿群落〉大针茅群落〉退耕16a〉退耕6a〉退耕11a（放牧8a）〉坡耕地。这说明土壤持水和供水性能随着退耕年限的增加和封育草地的正向植被演替均逐渐增强的趋势。坡地退耕和草地封育能够通过改善土壤的水分物理性质提高土壤的蓄水持水性能和抗侵蚀能力。     

晋西黄土区典型人工植被对土壤球囊霉素和团聚体稳定性的影响

[目的]阐明晋西黄土区典型人工植被类型对球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)和团聚体稳定性的影响,以及两者之间的关系,为黄土高原地区人工植被建设与管理提供科学依据。[方法]选取晋西三川河流域4种典型人工植被(苜蓿、刺槐、侧柏和核桃),以农地为对照,分析0—100cm土层中GRSP组分、有机碳(SOC)和团聚体稳定性指标在不同植被类型下的分布差异及其相关性。[结果]不同植被类型下易球囊霉素(EE-GRSP)、总球囊霉素(T-GRSP)以及两者的比值在0—30cm土层存在显著差异,均以核桃地最高,而苜蓿地较低。不同植被下EE-GRSP/SOC和T-GRSP/SOC均随着土层深度增加而增加,分别为1.78～6.77,4.07～19.11。与农地相比,侧柏和苜蓿地分别增加了39.67%,36.62%的EE-GRSP/SOC以及39.25%和46.70%的T-GRSP/SOC,而核桃分别减少了31.07%和36.93%。平均重量直径与T-GRSP和SOC呈显著正相关关系,而与EE-GRSP/SOC呈显著负相关关系(p0.05)。[结论]不同人工植被对表层土壤GRSP的组分有明显影响,土壤团聚体稳定性不仅与GRSP的组分有关,也与其对SOC的贡献有重要关系。