关中平原高速公路边坡不同植被恢复年限土壤团聚体分形特征研究

选取14个关中平原高速公路路堤边坡样地,分析了不同植被恢复年限下土壤水稳定性团聚体特征。结果表明:(1)随年限延长,>1mm大团聚体表层含量基本大于亚表层含量;<1mm团聚体则相反;<0.25mm微团聚体含量呈现出先增大后又减小的趋势,而>5mm团聚体含量则先减小后增大。(2)研究区阳面边坡分形维数为2.45～2.79,阴面边坡分形维数为2.48～2.70,变化幅度较小;表层分形维数小于亚表层。(3)分形维数与<0.25mm团聚体含量显著正相关,与有机质、全氮显著负相关。(4)因子分析可简化多因子问题的研究,从15个因子中确定:有机质、全氮、硝态氮、速效磷和1～0.5,0.5～0.25,<0.25mm是影响团聚体分形维数的主要因子。植被恢复促进团聚体均匀分布,使土壤分形维数降低,改善土壤结构。     

黄土丘陵区土壤团聚体分形特征及其对植被恢复的响应

采用计算分形维数的方法,对黄土丘陵区典型草原带土壤团聚体的分形特征及其对植被恢复的响应进行研究。结果表明：1）在植被恢复初期,土壤〉10mm粒级的团聚体含量在0～20和20—40cm层次均较高,含量为331．4～525．6g/kg。随植被恢复年限增加,10—7、7～5、5～3、3～2、2—1mm粒级的团聚体绝对含量下降差异不明显。1～0．5、0．5-0．25和〈0．25mm小粒级土壤团聚体含量,在植被恢复初期（7a）较高。2）随着植被恢复年限增加。土壤〉5mm粒级的水稳性团聚体含量相对下降很快,恢复7a之后,大粒级土壤团聚体表现为上层含量比下层含量低的趋势。相对于干筛结果而言,土壤水稳性团聚体的粒径分布更为均匀、稳定,恢复7a之后的土壤〉0．25mm团聚体含量占到40％～50％,而〉5mm的土壤团聚体则占10％～23％。植被恢复过程中,土壤团聚体由大的团块向小颗粒的土壤团聚体转换,粒径分布更为均匀,土壤结构逐渐改善。3）不同恢复年限土壤团聚体分形维数变化范围为表层2．75～2．86,表下层2．77—2．89,变化范围小,20～40cm土层的分形维数大于0～20cm,恢复植被可使土壤分形维数降低,土壤结构得到改善。     

子午岭植被自然恢复过程中土壤颗粒分形特征

运用土壤分形理论,研究黄土高原子午岭土壤粒径和颗粒体积分形维数(Dv)随植被恢复年限的变化特征,以期为黄土高原植被恢复和水土保持建设提供科学指导。研究表明:(1)黏粒、粉粒、砂粒及Dv均在0~10 cm和10~20 cm两土层之间差异显著,在16 a和60 a两年限间差异显著;(2)Dv随土层变化较小(2.326~2.340),随年限变化较大(2.307~2.347),Dv整体符合正态分布u=2.33,δ=0.02;(3)Dv与黏粒和粉粒呈显著的正相关关系,与砂粒呈显著负相关关系;(4)Dv和(<0.05 mm)/(>0.05 mm)粒级比值可表征土壤水土流失的状况。     

PAM对黄土高原主要土壤类型水稳性团聚体的改良效果及机理研究

通过室内土柱培养,研究PAM对黑垆土、黄绵土、风沙土水稳性团聚体的改良效果,并探讨其作用机理和合理的施用浓度.结果表明,在浓度为0.05%～0.4%,PAM均可促进3种土壤＞0.25 mm水稳性团聚体的形成,并有效降低3种土壤团聚体分形维数,改善土壤结构;方差分析表明,PAM改良3种土壤结构的机理是一致的,将＜1mm的水稳性团聚体聚合为更大粒径的水稳性团聚体,使＞1mm的水稳性团聚体含量增加.PAM改良黑垆土、黄绵土和风沙土土壤水稳性团聚体达到显著水平时的浓度也不相同,其适宜浓度分别为0.2%～0.4%,0.05%,0.05%.3种土壤的黏粒含量和有机质含量的差异,可能是影响PAM对不同土壤的水稳性团聚体的改良效果差异的主要原因.     

不同治理措施下高速公路堆积体土壤团聚体变化特征

为定量评价坡面治理措施(植被恢复模式、恢复年限、削坡分级)对高速公路堆积体土壤团聚体的调控作用,以陕西省不同区域高速公路堆积体为对象,用干筛法和湿筛法测定其土壤团聚体组成。同时选取>0.25 mm水稳性团聚体含量(R_0.25)、土壤团聚体平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、分形维数(D)和破坏率(PAD)等指标进行土壤团聚体稳定性分析。结果表明:与冰草相比,坡面自然植被恢复为小冠花和白三叶时对应的R_0.25,MWD和GMD均显著增加,增幅分别介于12%～15%,38%～40%,38%～41%,表明堆积体坡面恢复为豆科草本植物有利于提高土壤团聚体的稳定性; 与未复垦相比,坡面人为复垦种植玉米和黄豆时对应的MWD和GMD均显著降低,降幅分别为13%和12%,表明堆积体坡面(36°)不宜复垦种植农作物; 与恢复1 a相比,恢复2 a和5 a堆积体所对应的R_0.25和GMD均显著增加,增幅分别为13%和18%,29%和24%,但恢复5 a所对应的MWD,GMD和D与2 a均无显著差异,表明侧柏人工林短期恢复土壤团聚体稳定性持续提高; 短坡长(<60 m)堆积体坡面土壤团聚体稳定性空间分布相对均匀; 相比未治理全坡面,削坡分级治理后平台和坡面所对应的R_0.25显著增加,增幅分别介于57%～95%和38%～44%,表明工程措施可提高土壤团聚体稳定性,且平台稳定性高于坡面; D与根重密度存在极显著负相关。研究结果不仅可为工程堆积体土壤团聚体稳定性评价提供参考,也可为其治理措施配置提供指导。     

退化红壤植被恢复团聚体及化学计量特征

为了探究不同植被恢复模式对土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)分配格局及其生态化学计量特征的影响,为红壤侵蚀区的植被恢复措施及生态治理模式优化提供科学依据,以江西省泰和县红壤严重退化地为研究对象,对研究区马尾松纯林、湿地松纯林、木荷纯林、马尾松木荷混交林(马木混交林)以及湿地松木荷混交林(湿木混交林)5种植被恢复模式0—20,20—40cm土层不同粒径水稳性团聚体C、N、P分配格局及其化学计量特征进行了研究。结果表明:(1)0—40cm不同粒径团聚体分别占总重56.34%(>2mm),30.01%(0.25~2mm),7.14%(0.053~0.25mm),6.54%(<0.053mm),各植被恢复模式土壤水稳性团聚体含量随着粒径的减小而降低,且差异显著(p<0.05),马木混交林>2mm土壤水稳性团聚体含量显著高于其他恢复模式(p<0.05);(2)各植被恢复模式土壤C、N、P含量以马木混交林及湿地松纯林较高,水稳性团聚体C、N、P的含量总体随着粒径减小呈升高的趋势,以较小粒级养分含量较高,且存在显著差异(p<0.05);土层间C、N含量差异显著,P无显著差异,C∶N、C∶P及N∶P存在显著差异(p<0.05);粒径间C∶N、C∶P及N∶P存在显著差异;土壤团聚体C、N与C∶N、C∶P、N∶P均呈极显著相关关系,N∶P值较高且P与N∶P存在显著负相关性(p<0.05);(3)土壤C、N与土壤团聚体C、N含量显著相关(p<0.05),土壤团聚体C、N与土壤容重及含水率存在极显著相关性(p<0.01)。研究结果表明,不同植被恢复模式对土壤养分的改善作用主要集中于表层土壤;土壤团聚体养分对土壤养分状况具有指示作用,且土壤团聚体养分保持能力与土壤物理性质有关;研究区植被生长限制因素以P限制为主且大团聚体和微团聚体受P限制作用更严重;马木混交林较其它植被恢复模式对土壤质量和结构提升均具有显著作用。     

不同沙生植被土壤微团聚体分形特征及抗蚀性

应用分形理论,以沙裸地为对照,不同沙生植被类型为研究对象,分析了不同沙生植被类型对土壤理化性质及抗蚀性的影响。结果表明,不同沙生植被中,踏郎土壤微团聚体组成和颗粒组成1～0.25 mm粒级含量较高;白柠条和踏郎的土壤微团聚体分形维数较低,且显著低于沙裸地。颗粒分形维数为沙蒿和踏郎较高,白柠条最低。沙裸地可蚀性K值最大,花棒和踏郎的可蚀性K值较小。综合分析表明沙裸地种植植被后,可以提高土壤质量和抗蚀性,其中踏郎较其它植被类型能更好地改善沙化土壤质量和提高土壤抗蚀性。     

子午岭植被恢复过程中土壤团聚体有机碳含量的变化

土壤有机碳是土壤团聚体形成的重要胶结剂之一，土壤团聚体分布影响有机碳含量及其稳定性。对子午岭植被恢复过程中团聚体有机碳含量变化的研究结果显示：相对于农田，植被恢复可增加土壤各个粒径团聚体有机碳含量．同时增加不同层次土壤团聚体有机碳含量。就粒径而言，虽然各个植被下〈0．25mm土壤团聚体有机碳含量最低，植被类型变化对土壤团聚体有机碳含量影响最大的是〈0．25mm粒径，辽东栎林地〈0．25mm土壤团聚体有机碳含量是农田〈0．25mm团聚体有机碳含量的3倍；其次，植被类型对〉5mm团聚体有机碳含量影响较大，辽东栎、早期森林、灌丛、草地和弃耕地土壤〉5mm团聚体有机碳含量比农田土壤〉5ram团聚体有机碳含量高149％，209％，104％，62％，10％。说明植被演替可增加土壤团聚体有机碳含量，但首先是增加较大粒径团聚体的有机碳含量；随着植被的进一步演替，小粒径团聚体有机碳含量也相应的增加，这部分有机碳是稳定的，说明植被恢复增强了土壤的碳汇功能。     

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。     

红壤区植被恢复团聚体POC变化归因分析

研究植被恢复条件下土壤水稳性团聚体颗粒有机碳的分布特征及影响因素,为退化红壤区生态系统重建与土壤质量改善提供理论依据。在江西省泰和县植被恢复与重建基地,选取立地条件基本一致的马尾松纯林、湿地松纯林、木荷纯林、马尾松补植木荷、湿地松补植木荷、湿地松—木荷原始混交林6种恢复模式,于2019年通过调查取样和试验分析,探索不同植被恢复模式土壤各粒级水稳性团聚体颗粒有机碳(POC agg)、土壤物理化学性质变化特征及相互关系。结果表明:(1)退化红壤以水稳性大团聚体(>0.25 mm)为主(百分比含量为87%),木荷纯林、马尾松补植木荷林土壤大团聚体含量最低。表层(0—10 cm)土壤POC agg受恢复模式影响最显著(P<0.05),以湿地松纯林POC agg含量为最高(14.44 g/kg);(2)土壤物理化学性质因恢复模式的不同而呈显著性差异,其中湿地松补植木荷林下土壤有机质(SOM)、木荷纯林下土壤全氮(TN)、湿地松纯林下土壤全磷(TP)含量分别为最高;(3)人工针叶纯林中团聚体组成对POC agg影响最大,团聚体组成、SOM和TN是影响POC agg的重要因素(P<0.01),且土层越深关联度显著增加(P<0.01);其中微团聚体(<0.25 mm)POC agg受其直接或间接效应均较高,TN在<0.053 mm粒级团聚体POC agg的影响最大。木荷纯林能明显改善土壤结构和肥力,且湿地松对林下土壤养分尤其是POC agg固持能力较高。结合退化红壤区生态修复实践,以湿地松纯林作为先锋树种进行植被恢复,抚育过程中补植木荷可能会更好地改善土壤性质。     

子午岭林区植被破坏与恢复对土壤演变的影响

子午岭次生林区的植被曾经历了人为破坏过程与自然恢复过程。研究结果表明：次生林恢复前该区土壤类似现在的黄绵土；在植被恢复过程中，土壤发育程度逐渐增强，具有一定的腐殖化过程和淋溶过程，土壤向褐色森林型土壤演变；林地被人为开垦破坏后，加速侵蚀迅速发展导致土壤剖面迅速遭到破坏，土壤向黄绵土演变。     

亚热带侵蚀红壤区植被恢复过程中土壤团聚体化学计量特征

植被恢复过程中侵蚀退化地区土壤团聚体碳氮磷及其化学计量特征是反映土壤团聚体对养分固持能力以及土壤生物地球化学循环的关键环节,也是定量评价退化地植被恢复效应的重要途径。为深入了解侵蚀红壤植被恢复过程中土壤团聚体碳、氮、磷含量分配格局及其化学计量特征,以典型红壤侵蚀区福建省长汀县河田镇5个不同植被恢复年限的样地(分别为5a、10a、15a、30a、80a)以及1个未治理地(恢复0a)为对照坡地作为研究对象,测定0~20cm和20~40cm土层不同粒径团聚体有机碳、全氮、全磷含量,并分析土壤与不同粒径团聚体养分化学计量特征。结果表明:(1)植被恢复过程中,团聚体有机碳、全氮和全磷含量变化范围分别为2.06~27.71 g·kg~(-1)、0.54~2.12g·kg~(-1)和0.034~0.189g·kg~(-1),团聚体C︰N、C︰P、N︰P变化范围分别为3.06~13.05、21.4~185.6、5.62~18.20。(2)随植被恢复年限增加,各粒级团聚体有机碳、全氮和全磷含量及其C:N总体上显著增加,均表现为表土层(0~20 cm)高于底土层(20~40 cm),团聚体C︰P、N︰P随植被恢复年限增加表现为升高→降低→升高趋势,团聚体C︰P随土层加深而降低,团聚体N︰P在土层间无明显变化。(3)除恢复0 a外,团聚体有机碳,全氮、全磷和团聚体C︰N、C︰P随粒径减小总体上呈增加趋势,N︰P在各粒径间无显著差异。(4)土壤与团聚体中有机碳、全氮和全磷含量之间以及团聚体有机碳、全氮与团聚体C︰N之间均呈极显著正相关;团聚体有机碳与团聚体C︰P呈极显著正相关;团聚体全磷与团聚体N︰P呈极显著负相关。植被恢复降低土壤侵蚀,明显增加各粒径团聚体有机碳、全氮和全磷含量,提高团聚体碳氮"汇"功能,且在植被恢复过程中,团聚体中P元素成为退化生态系统恢复的限制性元素。     

废弃采石场植被快速恢复研究

采石对植被破坏是毁灭性的,废弃采石场没有植被保护,极易产生水土流失。通过人工快速恢复植被是最有效防治水土流失,保护生态环境的途径。通过在不同立地条件下的不同整地方式和不同的植物组合形式试验,对比植物的成活率、盖度、年生长量和植株冠幅,确定出客土种植草木犀和苜蓿和客土30 cm栽植乔木能有效提高乔木成活率。     

陇中坡地不同退耕模式对土壤团粒结构分形特征的影响

运用分形模型,研究陇中坡耕地及其退耕改种成苜蓿、侧柏、柠条、红柳、杏树后土壤团粒结构分形维数,并对分形维数与土壤理化性质之间的关系进行拟合。结果表明:各模式团粒结构分形维数介于2.014～2.153之间,且与>0.25mm粒径的团粒结构含量间呈极显著线性相关。退耕后,红柳、侧柏地>0.25mm的土壤团粒结构含量较其他模式显著增加,各类退耕地的土壤自然含水量、有机质、全氮含量明显高于坡耕地,但土壤团粒结构分形维数与有机质、全氮、全磷、有效磷、速效钾含量相关性不强。     

不同修复措施下红壤水稳性团聚体中有机质分布特征

试验设置作物对照(CK)、作物+PAM(聚丙烯乙酰)(C1)、作物+稻草覆盖(C2)、作物+带状牧草(C3)、作物+PAM+带状牧草(C4)和作物+稻草覆盖+带状牧草(C5)6个处理,分别于种植花生前(A)、花生收获后(B)和小麦收获后(C)采集表层土样,研究不同修复措施下鄂东南侵蚀红壤团聚体的稳定性及水稳性团聚体中有机质的分布特征。结果表明,C时期各处理>0.25mm水稳性团聚体含量的平均值比A时期提高了24.78%,以C2处理的水稳性团聚体含量最高。不同时期土壤和各级水稳性团聚体中有机质含量表现为B>C>A。随着团聚体粒径(>4mm,4～2mm,2～1mm,1～0.5mm,0.5～0.25mm)减小,水稳性团聚体中有机质含量逐渐降低。土壤有机质含量与各粒径水稳性团聚体有机质含量呈线性正相关,小粒径(2～0.25mm)水稳性团聚体的有机质含量与土壤有机质含量呈极显著正相关(相关系数为0.779 2～0.828 6)。综合考虑土壤有机质含量和团聚体稳定性2个因素,稻草覆盖措施对侵蚀红壤的修复效果较好。     

植被恢复模式对黑土贮水性能及水分入渗特征的影响

采用双环法对黑龙江省克山农场5种主要的人工林植被类型(水曲柳林、樟子松林、落叶松林、美青杨林和水曲柳落叶松混交林)土壤的贮水性能和渗透特征进行了对比研究。研究结果表明:所研究的5种林地土壤1 m土层范围内饱和贮水量在5 347.01~5 762.91 t/hm2之间,水曲柳和落叶松林地最大,其它3种林地间则差异较小;滞留贮水量在543.43~916.13 t/hm2之间,从大到小的顺序依次为落叶松林>水落混交林>美青杨林>水曲柳林>樟子松林;初渗速率的变化范围为14~33 mm/min,水落混交林最高,依次分别为落叶松林、美青杨林、水曲柳林、樟子松林;稳渗速率在1~8 mm/min之间;30 min累计入渗量水落混交林和美青杨树林地要远高于其它林地,水曲柳和落叶松林地次之,樟子松林地最小。采用的4种入渗模型都能较好地反映各种林分土壤的入渗过程,平均相关系数r在0.927 2~0.953 6之间,而考斯加可夫模型和Philip模型的拟合值更接近于实测值,更适用于描述本研究区森林植被下的土壤入渗特征。     

喀斯特植被恢复过程中的土壤分形特征

基于粒径的重量分布表征分形维数的计算方法,对喀斯特山区植被恢复过程中的土壤颗粒、团聚体、微团聚体粒径分布的分形维数进行研究,并分析其与土壤理化性质的关系。结果表明,随着植被的不断恢复,>0.25mm水稳性团聚体不断增多,土壤结构不断改善;土壤颗粒分形维数除与土壤水解氮呈显著正相关外(P<0.05),与其他因子的相关性较小,均未达显著性水平;土壤微团聚体和水稳性团聚体分形维数与有机质和全氮、水解氮呈显著负相关,与结构体破坏率呈显著正相关。土壤微团聚体及水稳性团聚体分形维数能较好地反映植被恢复过程中土壤理化性质的演变,可以作为定量评价喀斯特植被恢复过程中土壤结构演变的指标;坡耕地的土壤结构最差,退耕还林有利于喀斯特山区水土保持。     

黑龙滩水库消落带植被恢复模式对土壤水稳性团聚体组成及其稳定性的影响

[目的] 为阐明水库消落带不同植被恢复模式对土壤水稳性团聚体组成及其稳定性的影响。[方法] 以川中丘陵区黑龙滩水库消落带人工恢复与自然恢复植被下的土壤为研究对象,利用湿筛法测定分析土壤水稳性团聚体组成特征及其稳定性指标。[结果] 消落带土壤＞0.25 mm水稳性大团聚体含量与未淹水对照相比降低4.21%,其中,自然恢复植被下土壤水稳性大团聚体含量较对照下降12.27%,人工恢复植被下大团聚体含量较对照增加3.84%;不同植被恢复模式下土壤水稳性团聚体组成差异显著(p＜0.05),人工恢复植被下土壤大团聚体含量(69.48%)显著高于自然恢复模式(43.20%);消落带土壤水稳性团聚体稳定性随水位高程增加而升高,团聚体稳定性指标＞0.25 mm水稳性团聚体含量(R_0.25)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)人工恢复模式下均大于自然恢复模式,团聚体分形维数(D)、土壤可蚀性因子(K)与团聚体破坏率(PAD)人工恢复模式小于自然恢复模式,表明人工恢复模式下土壤水稳性团聚体稳定性、土壤抗蚀性高于自然恢复模式。[结论] 黑龙滩水库消落带在淹水后土壤团聚体稳定性下降,但人工恢复模式能有效改善土壤团粒结构,研究结果可为黑龙滩水库消落带土壤结构稳定性评价及植被恢复提供科学依据。