退化喀斯特植被恢复过程中土壤生化作用强度变化

采集贵州花江喀斯特高原生态综合治理示范区内不同恢复阶段的土壤样品,采用微生物培养法及生化活性试验法分析了退化喀斯特植被恢复过程中不同层次、不同生境及根际和非根际土壤生化作用强度的变化。结果表明:退化喀斯特植被恢复过程中土壤生化作用强度存在较大差异。随着退化喀斯特植被的恢复,土壤氨化作用、硝化作用、纤维素分解作用及固氮作用强度明显增强,表现为乔木群落阶段>灌木群落阶段>草本群落阶段>裸地阶段;土壤剖面上土壤生化作用强度均呈明显的垂直分布特征,即随土层深度增加呈递减趋势,具体表现为A层>B层;从生境变化上来看,除裸地恢复阶段外,其他三个阶段的土壤生化作用强度的变化特征总体上表现为石沟比石槽和土面两个小生境偏大的特点,这是因为石沟生境的特点有利于微生物类群及土壤动植物群体的繁殖;根际和根外变化明显,表现为根际>非根际。     

喀斯特高原峡谷区不同植被类型的土壤抗蚀性

[目的]对喀斯特高原峡谷区不同植被类型土壤抗蚀性的变化特征进行分析,为该区水土保持和脆弱生态系统的恢复工作提供科学支撑。[方法]以喀斯特高原峡谷区5种植被类型土壤为研究对象,选取常用的11个理化指标,运用主成分分析法进行最佳指标筛选及土壤抗蚀性评价。[结果]与耕地相比,其他植被类型土壤抗蚀性均明显增强;土壤团聚状况和水稳性大团聚体含量显著增加(p≤0.05);土壤黏粒含量有增加趋势,差异不显著(p0.05);土壤分散率和团聚体破坏率显著减小(p≤0.05)。主成分分析结果表明,黏粒含量、结构性颗粒指数、分散率、团聚状况、水稳性大团聚体含量和团聚体破坏率是评价该研究区土壤抗蚀性的最佳指标;土壤抗蚀性强弱顺序为:林地林草间作地荒草地退耕还草地耕地。[结论]楸树林自然恢复模式下土壤抗蚀性最优,建议该区域增加楸树林的面积,提高土壤抗蚀性,促进区域生态恢复和增强水土保持功能。     

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。     

退化喀斯特植被恢复过程中春季土壤呼吸特征研究

通过对贵州西南部花江典型喀斯特峡谷区退化植被恢复过程中不同阶段及同一阶段不同小生境春季土壤呼吸速率进行了测定。结果表明,土壤呼吸速率随植被恢复过程逐渐提高,即裸地阶段<草本群落阶段<灌木群落阶段<乔林阶段。不同小生境中土壤呼吸速率在不同恢复阶段特征不同,裸地和草本群落阶段石沟大于土面和石槽,灌木群落阶段和乔林阶段是石槽最大,石沟最小。各恢复阶段不同小生境类型土壤呼吸速率日变化规律基本相同,在一天中峰值几乎在中午12:00,最低值出现的时间各异。     

两种有机添加物对岩石边坡植被恢复人工土壤抗蚀性的影响

分别选取鸡粪有机肥和泥炭土作为岩石边坡植被恢复人工土壤的有机添加物,通过常规工程措施进行原料混配和人工土壤喷射.以研究草本植被成坪期内其对人工土壤抗蚀性的改良效果.运用水稳性团聚体含量、团聚度、分散率等指标,对人工土壤抗蚀性能进行分析,结果表明:(1)两种有机添加物对于提高人工土壤抗蚀性均有显著作用;(2)鸡粪有机肥组各处理水稳性团聚体含量、团聚度和分散率3项指标几乎都显著优于泥炭土组对应处理(P＜0.05),鸡粪有机肥改善人工土壤抗蚀性效果显著优于泥炭土;(3)各指标相关性分析表明,鸡粪有机肥组有机质含量与团聚度、分散率和分散系数3个指标相关性显著,而泥炭土组有机质含量与所有指标相关性均不显著.(4)回归分析表明,相对于泥炭土,在人工土壤配比设计阶段,通过添加鸡粪有机肥能够更好地对人工土壤抗蚀性能进行预控.(5)在本研究中原料土壤·鸡粪有机肥(质量比)为2.41～2.94时,人工土壤抗蚀性能效果最好.     

黄土丘陵沟壑区植被恢复过程中的土壤抗蚀与细沟侵蚀演变

对黄土丘陵沟壑区安塞纸坊沟和县南沟、延安燕沟 3 个流域不同恢复年限的植物群落的土壤抗蚀性和侵蚀程度进行了研究.对12个土壤抗蚀性指标进行主成分分析表明,土壤抗蚀性(主成分综合指数)强弱为灌木群落阶段＞多年生草本和蒿类群落阶段＞一二年生草本群落阶段,与一二年生草本群落阶段相比,灌木群落阶段与多年生草本和蒿类群落阶段的土壤抗蚀性分别增加了362.29% ～ 673.33% 和 574.71% ～ 930.00%;野外调查结果分析表明,随着植被的恢复演替,土壤侵蚀量呈现明显的下降趋势,灌木群落阶段的土壤侵蚀量仅为演替初期的1.42% ～ 5.59%;通过回归分析,土壤侵蚀量和水稳性团聚类因子,以及有机质含量之间分别存在极显著与显著相关关系,鉴于土壤分析的易获性,可选择＞0.5 mm水稳性团聚体与有机质含量作为反映土壤侵蚀程度的指标.     

退化喀斯特植被恢复过程中的土壤抗蚀性变化

运用时空互代法,以喀斯特山区不同植被恢复阶段为研究对象,坡耕地与人工林为对照,通过室内分析,采用主成分分析方法,探讨了其土壤抗蚀性。结果表明:土壤中有机质、0.25 mm水稳性团聚体含量、0.05 mm粉黏粒含量、0.001 mm黏粒含量和结构性颗粒指数可以作为评价土壤抗蚀性的最佳指标。各样地土壤抗蚀性综合指数大小排序为灌草丛乔灌过渡林灌木林乔木疏林人工林草坡坡耕地。喀斯特山区,坡耕地土壤抗蚀性能最差;植被恢复过程中,土壤的抗蚀性能先逐渐变好,后逐渐变差,转折点在灌草阶段。以灌草搭配的植被恢复模式可能比较适合喀斯特地区。     

浙江安吉主要植被类型土壤抗蚀性研究

经因子分析,10个用于表征土壤抗蚀性的指标,可以简化为水稳性团粒因子、无机黏粒类因子两个相互独立的公因子。根据土壤抗蚀能力可以将8个样地分为3类。落阔林、灌木林、毛竹林为第一类,土壤抗蚀能力强。茶园、草地、常阔林、松林划为第二类,抗蚀性较强。而裸露地抗蚀性差,单独作为第三类。≤1 mm细根能有效提高土壤抗蚀性能。在表征根系的参数中,根体积更能映根系提高土壤抗蚀性能的效应。     

滇东喀斯特植被恢复演替过程中土壤理化性质分析

滇东喀斯特地区石漠化后,植被自然恢复演替过程可分为草丛阶段、草灌阶段、灌木林阶段、次生乔木林阶段、滇石栎和高山栎林阶段、麻栎和高山栎林阶段、高山栎林阶段,以"空间代替时间"的方法研究各演替阶段土壤理化性质.结果表明,在滇东喀斯特植被自然恢复演替过程中,土壤容重从草灌阶段开始降低,到麻栎和高山栎林阶段降到最低,在高山栎林阶段有所回升,而空隙度的变化则正好相反;在整个演替过程中,土壤均为弱酸性;土壤中有机质和速效养分含量均从草灌阶段开始增加,到高山栎林阶段达到最大;全氮含量从草灌阶段开始增加,到高山栎林阶段达到最大;全磷含量分阶段增加,两个峰值分别出现在滇石栎和高山栎林阶段、高山栎林阶段;全钾含量随演替进行上升到滇石栎和高山栎林阶段达到最大后逐渐下降.     

基于耦合关联分析的护岸植被恢复土壤抗蚀性综合评价

为综合评估护岸植被对土壤抗蚀性的影响,选取草地、灌木、乔草和乔灌草模式土壤为研究对象,以自然坡面为对照,利用主成分分析法分析不同理化指标对土壤抗蚀性的影响,同时利用灰色关联度分析法分析土壤理化性质指标与土壤抗蚀性指标之间的关联程度,并在此基础之上构建土壤理化性质指标与抗蚀性指标的耦合模型,以综合评价不同护岸植被模式土壤的抗蚀性。结果表明:0.25mm水稳性团聚体、容重、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、平均重量直径和水稳性指数是影响研究区土壤抗蚀性的主要因子,其中0.25 mm团聚体对区域土壤抗蚀性的影响程度最大;平均重量直径、水稳性指数与土壤理化性质指标呈中等关联性,其关联性排序为0.25 mm团聚体有机质碱解氮有效磷速效钾容重;不同护岸植被模式土壤抗蚀性质与理化性质指标的系统耦合度整体属于弱协调,协调度的大小顺序为乔草乔灌草草地灌木自然坡面,乔草模式属于中度协调,其他模式均属于弱协调状态,说明乔草模式为护岸植被的最佳组合模式。土壤抗蚀性质与理化性质指标的协调程度可以为科学改善河岸土壤结构、提高土壤抗蚀性及为护岸植被的优选提供参考依据。     

The challenge of soil loss control and vegetation restoration in the karst area of southwestern China

Soil loss, both from surface soil loss and subsurface soil leakage, in the karst regions of southwestern China is a serious environmental problem that threatens sustainability in that region. The surface soil loss has been extensively studied, and many studies have been conducted to investigate the causes, impacts and mechanisms involved, but the study of subsurface soil leakage has received little attention due to the difficulties in studying the natural conditions. There is no consensus on the overall proportions between surface soil loss and subsurface soil leakage. To control soil loss, improve ecological restoration, and help locals out of poverty, the Chinese government carried out a series of ecological restoration projects in the karst regions of southwestern China starting in the 1980s. As a result, the intensity and areal extent of soil loss continues to decrease and the ecological situation is steadily improving. However, because of the fragile ecosystem in the karst regions, the soil loss control is a long-term task, and the soil loss in some karst regions continues to be a problem. Subsequently, we put forward some suggestions for the policy makers relative to conservation of soil loss and vegetation restoration. These suggestions include: (1) government, private organizations and individuals are encouraged to raise funds for soil loss control and vegetation restoration; (2) nature reserves should be established to increase biodiversity; (3) engineering projects such as small reservoirs, ponds, and flow diversion channels should be constructed in marginal karst regions.     

典型喀斯特洼地植被恢复过程中土壤碳氮储量动态及其对极端内涝灾害的响应

西南喀斯特地区是我国主要的生态脆弱区之一,石漠化严重,旱涝灾害频发。植被恢复是提升脆弱生态系统土壤碳氮固持的有效方式,但该区不同植被恢复方式土壤碳氮动态监测的研究还很缺乏。本研究以典型喀斯特峰丛洼地为对象,选取人工林、牧草地、人工林+牧草地、撂荒地自然恢复4种最主要的植被恢复方式为研究对象,以耕地作为对照,对比分析退耕前(2004年)、退耕10年(2014年)和13年后(2017年)土壤碳氮储量动态变化特征。其中2004—2014年研究区未发生极端内涝灾害, 2014—2017年连续发生2次极端内涝灾害事件。研究结果表明,退耕10年后, 4种恢复方式下土壤有机碳(SOC)储量均显著增加,但退耕13年后,除撂荒地SOC持续增加外,其他3种恢复方式下SOC表现出下降趋势。植被恢复后土壤全氮(TN)储量提升相对缓慢,退耕10年仅牧草地显著增加,退耕13年后人工林+牧草和撂荒地TN增加,且撂荒地在退耕后呈持续增加趋势。相关性分析结果表明,土壤交换性Ca~(2+)与SOC、TN均呈显著正相关关系,且与2014年相比, 2017年不同植物恢复方式下土壤交换性Ca~(2+)均显著下降,这可能与研究区2015年和2016年连续内涝灾害有关。以上结果说明,不同恢复方式均能显著提升喀斯特地区土壤碳氮固持,并以自然恢复最佳,其生态系统能有效抵御极端气候灾害带来的负面影响。     

不同植被恢复模式对黄土丘陵区土壤抗蚀性的影响

提高土壤抗蚀性是防治土壤侵蚀、促进生态恢复的有效途径之一。以退耕1a撂荒地作为对照,该研究通过对恢复30a的刺槐、柠条、油松与刺槐-紫穗槐、油松-紫穗槐5种不同植被恢复模式进行土壤抗蚀性的探索研究,结果表明,与对照相比,不同植被恢复模式的土壤抗蚀性均明显增强,土壤有机质含量、土壤黏粒含量以及土壤颗粒间团聚程度显著提高。采用土壤有机质含量、水稳性团聚体含量、水稳性团粒平均质量直径、团聚度和分散系数等指标计算该区土壤抗蚀性,进行抗蚀性等量评价。不同植被恢复模式土壤抗蚀性大小顺序为:油松(PC16)、刺槐(RP21)、柠条(AK18)、油松-紫穗槐(PA17)和刺槐-紫穗槐(RA20),纯林土壤抗蚀性强于混交林。该区采用油松、刺槐和柠条纯林恢复模式效果要优于油松-紫穗槐和刺槐-紫穗槐混交模式。     

退化喀斯特植被恢复对土壤微生物数量及群落功能多样性的影响

采集不同恢复阶段的土壤样品,采用微生物培养法研究了退化喀斯特植被恢复对土壤微生物数量、群落功能多样性的影响。研究结果表明随着退化喀斯特植被的恢复,土壤微生物数量增加,表现为乔木群落阶段灌木群落阶段草本群落阶段裸地阶段。土壤微生物群落代谢功能分析表明:植被恢复往往导致较高的平均颜色变化率、物种丰富度和功能多样性。乔木群落阶段的平均诱导底物利用率最高,明显地与其他3个恢复阶段不同。总之,植被恢复使得土壤微生物数量增加,碳源平均利用率增强。因此,创造了更好的土壤条件更有利于退化喀斯特植被的恢复。     

桂西北不同植被恢复阶段土壤氨氧化细菌遗传多样性研究

以桂西北喀斯特不同植被恢复阶段(草丛、灌木林、次生林、原生林)生态系统为研究对象,运用分子生物学技术分析了土壤氨氧化细菌amoA功能基因多样性,探讨了其与脲酶活性和土壤理化性质的关系.结果显示,随着植被的恢复,土壤氨氧化细菌多样性指数与均匀度指数呈增大趋势(灌木林例外),且土壤中氨氧化细菌群落结构发生了改变:主要表现在因Nitrosospira3簇种群对铵态氮浓度敏感度差异导致其在3a、3b簇中分布不一致;相关分析表明;土壤脲酶活性与铵态氮浓度呈正相关关系,土壤脲酶可能通过影响铵态氮浓度改变氨氧化细菌多样性,但植被恢复后期土壤铵态氮浓度减少并未降低土壤氨氧化细菌多样性.LIBSHUFF和RDA分析揭示,植被类型和土壤脲酶活性及pH与氨氧化细菌群落结构紧密相关,说明植被和土壤氮素有效性以及pH可能是决定土壤氨氧化细菌多样性的主要因子,为深入理解喀斯特地区土壤氮素循环提供了一定的科学依据.     

黄土丘陵区不同退耕年限植被多样性变化及其与土壤养分和酶活性的关系

通过野外植被调查研究黄土丘陵区草原带退耕地植被在自然恢复过程中的演替规律及物种多样性特征,通过室内土壤样品分析土壤有机碳、全氮、碱解氮、速效磷含量及土壤脲酶、转化酶、磷酸酶、过氧化氢酶活性动态变化过程,并对植物多样性指数和土壤养分及酶活性进行相关分析。研究结果表明,黄土丘陵区草原带退耕地在长达75a的自然恢复过程中,植物群落演替以菊科(猪毛蒿)与黎科(虫实)等为主的一年生草本开始,逐步演替为多年生草本群落,最后形成以大针茅+长芒草为优势种的顶级草原群落,植物物种数总体上呈现增加趋势;物种多样性指数随退耕年限延长均呈波动性上升趋势;土壤养分及酶活性均随退耕年限的增长亦呈波动性上升趋势。自然恢复75a,Margalef指数、Shannon-Wienner指数及Pielous指数分别增加83.3%、31.8%、21.4%;土壤有机碳、全氮、碱解氮、速效磷含量分别增加了185.0%、164.8%、152.9%、109.8%;土壤脲酶、转化酶、碱性磷酸酶及过氧化氢酶活性分别增加了64.0%、7.8%、51.1%、11.8%。土壤养分及酶活性与Margalef指数、Shannon-Wienner指数之间存在显著正相关关系,与Pielous指数相关性不显著。     

Changes in soil properties across a chronosequence of vegetation restoration on the Loess Plateau of China

Soil fertility is important for vegetation growth and productivity. The relationship between vegetation and soil fertility is important for both scientific and practical reasons. However, the effects of soil fertility on vegetation development and succession are poorly documented on the Loess Plateau. In this study, we compared soil properties of the Yanhe Watershed in northern Shaanxi across five different land uses (shrubland, farmland, natural grassland, woodland and artificial grassland) and a chronosequence of soils undergoing restoration for 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 and 45 years. We found that revegetation had a positive effect on soil bulk density decrease, total porosity and capillary porosity increase in the surface soil layers but not in the subsurface layer. Additionally, soil organic matter, total nitrogen, available nitrogen and available potassium were greater at shrubland and woodland sites compared with other land uses. Total phosphorus and available phosphorus were greater at farmland sites. Results of the study indicate that revegetation on eroded soil can produce important increases in soil fertility on older plantations and in areas with natural succession.     

退化喀斯特植被恢复与土壤微生物特征的关系

The mechanism of vegetation restoration on degraded karst regions has been a research focus of soil science and ecology for the last decade.In an attempt to preferably interpret the soil microbiological characteristic variation associated with vegetation restoration and further to explore the role of soil microbiology in vegetation restoration mechanism of degraded karst regions,we measured microbial biomass C and basal respiration in soils during vegetation restoration in Zhenfeng County of southwestern Guizhou Province,China.The community level physiological profiles(CLPP) of the soil microbial community to were estimated determine if vegetation changes were accompanied by changes in functioning of soil microbial communities.The results showed that soil microbial biomass C and microbial quotient(microbial biomass C/organic C) tended to increase with vegetation restoration,being in the order arboreal community stage > shrubby community stage > herbaceous community stage > bare land stage.Similar trend was found in the change of basal respiration(BR).The metabolic quotient(the ratio of basal respiration to microbial biomass,qCO 2) decreased with vegetation restoration,and remained at a constantly low level in the arboreal community stage.Analyses of the CLPP data indicated that vegetation restoration tended to result in higher average well color development,substrate richness,and functional diversity.Average utilization of specific substrate guilds was highest in the arboreal community stage.Principle component analysis of the CLPP data further indicated that the arboreal community stage was distinctly different from the other three stages.In conclusion,vegetation restoration improved soil microbial biomass C,respiration,and utilization of carbon sources,and decreased qCO 2,thus creating better soil conditions,which in turn could promote the restoration of vegetation on degraded karst regions.     

红壤丘陵区不同植被恢复模式土壤理化性质相关分析

南方红壤丘陵区土壤侵蚀严重,成为我国生态系统退化地带之一,为了探讨植被恢复模式与土壤理化性质改良关系,合理利用丘陵区土地,本文研究了草本、果树、果树+草、果树+草+农作物和果树+农作物等不同植被恢复模式对土壤物理及化学性质的影响,并运用灰色关联分析方法对不同恢复模式的土壤理化性质进行相关分析。研究结果表明:不同植被恢复模式土壤理化性质影响差异显著,百喜草全园覆盖的草本模式改良土壤理化性质的综合效应最佳,然后依次是果树+农作物、果树+草+农作物、果树+草。横坡套种土壤改良效应明显优于纵坡套种,全区覆盖处理优于带状覆盖处理。南方丘陵区侵蚀劣地植被恢复,可以优先考虑恢复百喜草的草本模式和果树+农作物模式,尤其是,果树+横坡套种农作物模式适宜在南方丘陵区大力推广。     

衡阳紫色土丘陵坡地不同植被恢复过程中土壤水文效应

采用空间代替时间序列方法, 对衡阳紫色土丘陵坡地不同植被恢复阶段土壤层的水文效应进行研究。结果表明: (1)从裸露地、草坡、灌草、灌丛至乔灌恢复阶段, 土壤蓄水性与渗透性显著增加(P<0.05); (2)Horton入渗模型对各植被恢复阶段的入渗过程拟合效果较好(R²≥0.765), 有较好的适用性; (3)土壤理化性状、植被根系显著影响土壤的渗透性能, 植被根系提高土壤入渗性能的实质是: ≤1 mm细根可有效改善土壤的理化性状; (4)基于主成分分析, 从裸露地、草坡、灌草、灌丛至乔灌恢复阶段, 土壤综合水文效应显著提高(P<0.05)。此研究结果将丰富该地区植物生态学与恢复生态学的内容, 并为衡阳紫色土丘陵坡地生态系统的恢复与重建提供重要依据。