晋西黄土丘陵区不同人工林下土壤养分性质研究

为了研究晋西黄土丘陵区不同人工林下土壤养分特性之间的异同,在该区选取了4种典型人工林配置模式,对其土壤表层(0～20cm)和下层(20～40cm)土壤的有机质含量、全量养分(N、P、K)以及速效养分(N、P、K)、pH值等进行了测定和比较,并据此分析了不同人工林下土壤养分分布的特性。结果表明:不同人工林模式下养分含量具有明显的层次性,除全K外,几种主要养分均存在表层(0～20cm)高于下层(20～40cm)的特征;通过相关分析和主成分分析发现,土壤有机质和全N、速效N存在极显著正相关关系,4种人工林模式下土壤养分综合得分由高到低依次为针阔混交林、人工阔叶林、人工针叶林和灌木林。     

黄土丘陵区人工林土壤有机碳的垂直分布特征

对黄土丘陵区刺槐和油松人工林的根系生物量、土壤有机碳含量及其土壤全氮进行了测定,分析了土壤有机碳和根系的垂直分布特征。结果表明,刺槐和油松人工林之间以及同一林分的不同林龄之间,根系生物量有明显差异。2种人工林表层土中有机碳含量不同,差值为{0.470%},10-20 cm土层有稍微差异,差值为0.075%,其他各层差别不明显,差值均小于0.023%。在不同林龄之间,除20 cm以上土层,幼林和成林之间的土壤有机碳含量有差异外,其他各层几乎没有差异。说明土壤有机碳的积累受诸多因素的影响,根系对土壤碳的积累有一定影响,但影响程度不大。人工林土壤全氮与土壤有机碳含量之间呈显著的线性正相关。     

陕北半湿润黄土丘陵区不同人工林土壤生物学特征研究

为研究陕北半湿润黄土丘陵区不同树种人工林地土壤酶活性和微生物量C在森林土壤中的分布特征及二者的关系,在黄陵地区选择有典型代表性的人工油松、侧柏、华山松、刺槐及辽东栎纯林和它们的混交林,并测定林地土壤酶活性和微生物量C.结果表明:(1)在0～40 cm的土层范围内,随着土层深度的增加,土壤酶活性和微生物量C明显呈递减规律变化,即0～20 cm土层＞20～40 cm土层;(2)在不同树种条件下,各土壤酶活性和微生物量C表现差异较大,蛋白酶活性大小依次是阔叶纯林＞天然荒草地＞混交林＞针叶纯林;其他酶活性和微生物量C的大小总体规律表现为:阔叶纯林＞针阔混交林＞针叶纯林＞天然荒草地;(3)研究区土壤微生物量C与各种酶活性之间有较高的相关性.蛋白酶与磷酸酶、过氧化物酶、微生物量C未达到显著水平;除过脱氢酶外,其余各种酶活性之间以及与微生物量C之间的相关性均达到显著或极显著水平.另外,对土壤表层酶活性和微生物量C进行聚类分析,可以将10个样地分为不同的类别,聚类分析结果显示混交林地土壤酶活性和微生物量C最高,阔叶纯林次之,针叶纯林最小.针阔混交林能够显著性地提高土壤的生物学性质,有利于微生物的再分配;土壤微生物量C和酶活性能够及时地反映土壤养分的变化趋势.     

黄土丘陵区刺槐林土壤碳通量模拟研究

【目的】研究黄土丘陵区刺槐林不同土层土壤碳通量,以准确评估该区域土壤碳排放量。【方法】以坡耕地(对照)以及10,20,30和40年生的刺槐(Robinia pseudoacacia)林为研究对象,用气体井法测定CO2浓度,使用Fick扩散法(5种扩散系数模型)计算0~200cm土层土壤剖面碳通量,并用Li-8100腔室法对表层土壤碳通量进行实地监测,最后将黄土丘陵区刺槐林地不同深度土层土壤碳通量的估算结果与实测值进行对比分析。【结果】1)5种扩散系数模型对土壤剖面碳通量的模拟结果有较大差异,其中Penman模型计算结果与实测值差异最大,Moldrup模型计算值与实测值差异最小。2)5种扩散系数模型计算的土壤碳通量均大于实测值,但与实测值均具有显著相关性(P0.05)。3)在黄土丘陵区刺槐林地0~20,80~140,200cm土层估算土壤碳通量的最佳扩散系数模型分别为Moldrup-2000、Moldrup-1997和Millington模型。4)在黄绵土0,20,80,140,200cm土层,土壤CO2扩散系数分别为0.15,0.14,0.20,0.22和0.27,据此计算的各土层土壤碳通量分别为0.72,0.32,0.30,0.24和0.17μmol/(m2·s),可见随着土层深度的增加,土壤碳通量逐渐降低。【结论】黄土丘陵区不同刺槐林地各土层的环境因子有一定差异,所以估算不同深度土壤碳通量的最佳模型有所区别;研究确定的黄土区不同土层碳通量估算模型和气体扩散系数模型中的各种参数,对于准确评估区域土壤碳排放具有重要参考价值。     

黄土丘陵区柠条特征特性及造林技术

介绍了黄土丘陵区退耕还林先锋树种——柠条的特征特性,并从培育壮苗、整地、造林、后期管理等方面总结了其造林技术,以期为黄土丘陵区的退耕还林工作的开展提供参考依据。     

干旱黄土丘陵区柠条容器苗造林示范分析

原州区清水河流域东部干旱黄土丘陵地区,区域内年降雨量小,植被稀少,水土流失严重,造林树种单一且裸根苗成活率低,是制约全区林业建设全面发展的主要因素。通过对柠条容器苗造林示范,摸索总结出适合干旱黄土丘陵地区造林新技术,为宁南同类型区域抗旱造林提供新模式。     

黄土丘陵区柠条容器苗抗旱造林技术

结合试验区的气候、土壤概况,从整地、容器苗的培育、栽植、管理等方面介绍了柠条容器苗抗旱造林技术。     

半干旱黄土丘陵区不同立地柠条光合特性研究

以半干旱黄土丘陵区典型流域内不同坡面上广泛分布的人工柠条林为研究对象,利用CIRAS-I型光合仪测定其光合指标和环境因子的日变化进程,并采用通径分析法分析各环境因子对柠条净光合速率的直接和间接影响。结果表明,1)9:00-18:00,光合有效辐射、空气温度及空气湿度的日变化呈先增大后减小,空气CO₂浓度在小范围内呈减小态势,各因子之间存在关联性,坡向对环境因子的影响程度大于坡位。2)受环境因子的影响,柠条光合生理特征值在南坡变化活跃,东坡相对稳定,具体在不同坡向间表现为净光合速率、蒸腾速率、胞间CO₂浓度东坡大于南坡,叶片温度、水分利用效率、气孔限制值南坡大于东坡;在不同坡位间表现为净光合速率均值在南坡,下坡>中坡>上坡;在东坡,上坡>下坡>中坡。3)南坡净光合速率的决策因子为空气温度,限制因子为光合有效辐射,环境变化能解释53.4%净光合速率的变化;东坡净光合速率的决策因子为光合有效辐射和空气湿度,限制因子为空气温度,环境变化能解释34.4%净光合速率的变化。在半干旱地区,水分和光照是柠条林维持生长必不可少的条件,前...     

黄土丘陵区封禁对土壤活性有机碳与碳库管理指数的影响

采用时空互代法,以典型侵蚀环境纸坊沟流域不同封禁年限的狼牙刺群落和杂灌群落为研究对象,选取放牧地和天然次生林为参照,分析了植被恢复过程中土壤有机碳(TOC)、活性有机碳(LOC)、非活性有机碳(NLOC)及碳库管理指数的演变特征.结果表明,封禁后土壤碳库各组分含量和管理指数随封禁年限的延长变化显著,阳坡随封禁年限增加TOC、LOC和NLOC逐渐增加,25 a时较对照放牧地增加到110%、336%和120%,仅为侧柏林的39 %、37 %、57%和24%,显著高于天然狼牙刺群落;阴坡封禁5 a后各组分较封禁前显著增加,随后逐渐增加,15 a后增幅减缓,封禁25 a后TOC、LOC和NLOC较封禁前分别增加为200%、326%和105 %,但明显低于天然杂灌丛群落和辽东栎林.相同封禁年限阴坡土壤碳库各组分含量要显著高于阳坡.不论阳坡还是阴坡,碳库指数和碳库管理指数随封禁年限逐渐增加,25 a阳坡较放牧地增加5.87倍,是天然狼牙刺群落的2.73倍,为侧柏林的93%;阴坡较放牧地增长6.25倍,高出天然杂灌丛和辽东栎林63%和48%.表明放牧地封禁后,土壤管理经营更趋于健康科学,阴坡因为水分条件改善作用更加明显.相关性分析说明有机碳、活性有机碳、非活性有机碳、碳库指数、碳库管理指数与土壤主要肥力因子相关性显著,可以作为反映生态恢复过程土壤质量演变的指标.     

黄土丘陵区几种退耕还林地土壤固存碳氮效应

探讨了黄土丘陵区退耕10a和30a的柠条、刺槐、油松及侧柏林地0～60cm不同土层有机碳、氮数量和分布的变化特征。结果表明:相比坡耕地,退耕还林10a后,仅侧柏与油松林地各土层有机碳、氮含量和密度显著提升。退耕还林30a与10a相比,各土层有机碳含量增幅表现为侧柏>油松>刺槐>柠条,总体0～60cm土层碳固存速率分别达到1.06、0.71、0.43、0.36mgC·hm-2·a-1;氮固存速率以刺槐最高,达到0.051mgN·hm-·2a-1,其他还林地固存氮速率接近,为0.014～0.026mgN·hm-·2a-1。30a还林有机碳的增加主要来自0～20cm土层,平均贡献达51.9%,而全氮增加除刺槐林地外,主要来自40～60cm土层,平均贡献达42.5%。各还林地C/N仅在0～20cm表层均有显著提高,但有机碳与氮均表现出显著的回归相关性。综上,长期退耕还林地能够固存碳氮,且以侧柏林地提升有机碳库较佳,而刺槐林地提升氮库较好。     

宁南带状柠条林地根系及土壤水分养分分布特征

为探究宁夏南部黄土丘陵区柠条人工林地根系、土壤水分、土壤N、P养分特征,采用野外调查与室内分析相结合的方法,对宁南黄土丘陵区人工种植20 a的柠条林地0～1 000 cm土壤中根系垂直分布、土壤水分、土壤N、P含量(质量分数,下同)变化进行分析。结果表明：1)柠条林地0～1 000 cm土壤水分消耗量大,土壤储水量较旱作农田减少919.84 mm,平均每年较旱作农田耗水增加45.99 mm,为柠条林地深层土壤干化的直接原因;2)柠条林地根系主要集中在0～80 cm土层,该层根系(表面积密度)占0～1 000 cm根系总量的62.4%;3)柠条林地土壤N、P养分分布规律与根系分布规律一致,即表层多深层少,0～200 cm土层内全N含量平均值为0.53 g·kg^-1,是0～1 000 cm土壤全N含量平均值1.86倍,全P含量平均值达0.52 g·kg^-1,与0～1 000 cm土层全P含量平均值近似。研究结果对于深入了解半干旱黄土区柠条人工林地根系、水分与养分关系及可持续经营具有积极意义。     

黄土丘陵区人工灌木林土壤抗蚀性演变特征

 【目的】土壤抗蚀性是评定土壤抵抗土壤侵蚀能力的重要参数之一,研究黄土丘陵区坡耕地退耕营造灌木林后土壤抗蚀性变化过程对认识该地区生态恢复过程中土壤质量的演变及其效果评价具有重要意义。【方法】采用时空互代法,以黄土丘陵区不同年限的人工灌木林为研究对象,选取坡耕地和天然侧柏林为对照,通过室内测试分析,并运用统计和相关分析等方法,研究土壤抗蚀性的变化过程。【结果】侵蚀环境下的坡耕地由于受到人为活动的干扰,土壤抗蚀性能低下,种植灌木林后,土壤抗蚀性显著提高。其中土壤水稳性团聚体含量逐渐增加,并从小粒径为主改变为大粒径占绝对优势,平均重量直径(EMWD )随种植年限逐渐上升,结构体破坏率逐渐降低;微团粒结构随种植年限从小粒径向大粒径转变,有机质含量、土壤团聚状况、团聚度和分散系数均呈增加趋势;总体来看相同年限的沙棘林对土壤抗蚀性改善作用强于柠条林。相关性分析显示,土壤抗蚀性指数(SAI)、团聚状况、团聚度、微团聚体和土壤理化性质相关性较高,可以作为反映土壤质量中的抗蚀性指标。黄土丘陵区坡耕地SAI极其低下,退耕营造柠条林后,SAI显著增加,25年时较坡耕地增加497%,为相同年限沙棘林的69%,天然侧柏林的52%。【结论】黄土丘陵区坡耕地人为干扰是造成土壤抗蚀性降低的主要原因,营造灌木林后可以显著改善土壤抗蚀性能,但是与该地区顶级群落时的土壤抗蚀性相比,还存在着较大差距,SAI可以有效的反映生态过程中的土壤抗蚀性变化过程。     

毛乌素沙地沙柳对花棒和柠条的化感作用

通过生物测定方法,研究了毛乌素沙地的沙柳（Salix cheilophila）枝叶浸提液对2种豆科植物花棒（Hedysarum scoparium）、柠条（Caragana korshinskii）的种子萌发与幼苗生长的化感作用。结果表明,沙柳可以抑制2种受体种子萌发和幼苗生长,花棒的各项指标在随着浸提液浓度升高时抑制作用逐渐减小,柠条的各项指标随着浸提液浓度增加抑制作用逐渐增大。花棒幼苗的地上部分比地下部分敏感,柠条幼苗的地下部分比地上部分敏感。沙柳对花棒和柠条的叶绿素含量指标表现为明显的抑制作用;对柠条根系活力指标表现为明显的抑制作用。因此,对根系和光合系统的破坏可能反映了沙柳化感作用的主要方式。     

晋西北黄土丘陵区柠条锦鸡儿根系分布特征

以晋西北黄土高原10年生独生和簇生两种生长方式的柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom.)为研究对象,采用完全开挖采集根系的方法对不同土层深度内现存不同径级根系生物量、根长密度及比根长进行了研究。结果表明,独生根根系生物量、根长密度及比根长均高于簇生根,根系生态型是影响柠条锦鸡儿根系特征的根本原因。土壤资源的异质性是导致柠条锦鸡儿在土壤垂直方向上调整根系的形态和数量的主要原因。独生根根系较大的根长密度与比根长,具有更高的种内竞争力,提高了其适应环境的机制,比簇生根有更好的改良土壤、涵养水源与保持水土效应。     

柠条锦鸡儿种子生产和活力对模拟降雨量改变的响应

利用降雨操纵试验（自然降雨、降雨增加45%和减少50%）,研究了在降雨量改变第3年柠条锦鸡儿种子生产和活力对模拟降雨量改变的响应。结果表明,柠条锦鸡儿生长对增水和干旱均有显著响应;柠条锦鸡儿开花结荚和种子性状对增水无显著响应,但增水处理的单位枝长结荚数和结荚率、单位枝长种子数量、单粒种子重量及种子活力显著高于干旱处理。干旱显著降低了单位枝长种子数量、产量和种子活力（种子萌发后出苗率、株高和幼苗含氮量显著降低）,表明干旱对种子生产的影响大于增水处理,提示生产上应尽可能用正常降雨年份的种子进行幼苗培育。     

黄土丘陵区不同种植年限沙棘人工林土壤可溶性氮组分时空变化特征

为探究黄土丘陵区不同种植年限沙棘人工林对土壤可溶性氮组分积累的季节和坡位动态变化的影响,以志丹县金丁镇不同时间种植沙棘人工林（20年生、15年生、5年生）为研究对象,以荒草地为对照,采集0~20 cm土壤样品,分析土壤可溶性氮组分含量和比例的季节和坡位动态变化。结果表明,沙棘人工林可显著增加土壤硝态氮、铵态氮和可溶性有机氮（soluble organic nitrogen,SON）含量,沙棘人工林种植年限越长,土壤可溶性氮养分增加越明显。沙棘人工林土壤硝态氮、铵态氮和SON分别比荒草地增加109.72%、112.27%和19.62%。土壤可溶性氮组分存在显著的季节性动态变化,土壤SON春冬季（84.46 mg·kg^-1）较高,夏秋季（37.89 mg·kg^-1）较低,硝态氮春夏季（7.37 mg·kg^-1）较高,冬季（6.75 mg·kg^-1）较低,铵态氮秋季（6.58 mg·kg^-1）较高,其他季节变化不明显。土壤SON季节变化规律与硝态氮变化规律相反。土壤可溶性氮组分在坡位间的变化规律为坡下最高,坡上较低,坡下的硝态氮、铵态氮和SON分别比坡上高28.7%、3.89%和20.3%。土壤可溶性氮组分以土壤SON为主,占土壤TSN平均为81.1%,其次是土壤硝态氮,平均为10.0%,土壤铵态氮所占比例最低,平均为8.9%。在陕北黄土丘陵区,营造沙棘林能有效提高土壤氮素,并且林龄越长,土壤可溶性氮素提升越明显。     

不同退耕方式对豫西黄土丘陵区土壤颗粒有机碳含量的影响

选取退耕10 a左右的乔木林、灌木林、果园、草地及荒地,对土壤总有机碳含量及颗粒有机碳含量、分布进行研究。结果表明,与耕地相比,所有退耕方式样地0~20 cm土层土壤总有机碳含量均显著提高,表现为灌木林>荒地>乔木林>果园>草地,20~40 cm土层土壤总有机碳含量仅灌木林、乔木林和荒地显著提高,可见退耕还灌、退耕还乔和自然恢复对碳的减排增汇效果较优。与耕地相比,所有退耕方式样地粗颗粒有机碳含量及其所占总颗粒有机碳含量比例提高幅度均远大于细颗粒有机碳。其中,与耕地相比,所有退耕方式样地0~20 cm、40~60 cm土层土壤粗颗粒有机碳含量均显著提高,20~40 cm土层土壤灌木林、荒地、果园显著提高;所有退耕方式样地0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm土层土壤粗颗粒有机碳含量占总颗粒有机碳含量比例均显著提高,灌木林、荒地、果园表现较突出。所有退耕方式样地0~20 cm土层土壤细颗粒有机碳含量均提高,除草地外均达显著水平,表现为灌木林>荒地>乔木林>果园;所有退耕方式样地20~40 cm土层土壤细颗粒有机碳含量占总颗粒有机碳含量比例均显著提高,40~60 cm土层土壤仅灌木林、荒地、果园显著提高。总体上,不同退耕方式样地土壤粗颗粒有机碳含量与总有机碳含量的相关系数较细颗粒有机碳高。综上,土壤粗颗粒有机碳含量能更敏感地反映不同退耕方式对土壤碳库影响的差异。     

黄土丘陵区人工刺槐林土壤活性有机碳与碳库管理指数演变

 【目的】土壤碳库管理指数是表征土壤碳变化的重要量化指标,研究黄土丘陵区人工刺槐林土壤活性有机碳与碳库管理指数的变化过程对认识该地区生态恢复过程中土壤质量的演变及其效果评价具有重要意义。【方法】采用时空互代法,以典型侵蚀环境纸坊沟流域生态恢复过程中不同年限的人工刺槐林为研究对象,选取坡耕地和天然侧柏林为参照,分析了植被恢复过程中土壤有机碳（TOC）、活性有机碳（LOC）、非活性有机碳（NLOC）及碳库管理指数（CPMI）的演变特征,并运用相关和回归分析方法对生态恢复过程中碳库各组分和恢复年限进行拟合。【结果】营造刺槐林可以显著增加土壤碳库各组分含量,并随恢复年限呈显著线性关系,50 a时TOC、LOC、NLOC和碳库指数（CPI）分别较坡耕地增加271%、174%、467%和271%,其中NLOC增加速率略高于LOC,表明植被恢复增加的土壤碳素绝大多数以非活性形态贮存起来,而为了满足生物生长所必须的活性物质来源,土壤碳库必须维持一定的活度状态来满足碳素的动态转化平衡,碳库管理指数在营造刺槐林初期显著降低,随后先增加后降低,与刺槐林生长特性密切相关;但与天然林相比差距仍然较大,恢复50 a时TOC、LOC和NLOC仅为侧柏林的49%、34%和61%。【结论】侵蚀环境下的坡耕地由于人为干扰,土壤碳库含量偏低,并处于高速低效率物质转化过程中,人工刺槐林促进生态恢复可以依靠生物的自肥作用增加土壤碳库各组分含量,但要恢复到破坏前该地区顶级群落时的水平,还需要一个漫长的阶段,这个阶段可能需要上百年的时间。