黄土丘陵区自然植被恢复下土壤微生物学质量演变特征

为了探讨黄土丘陵区自然植被恢复过程中土壤微生物学质量演变特征,用时空互代法对燕沟和县南沟典型小流域自然植被恢复下5个演替阶段（退耕1~6 a、7~17 a、18~35 a、36~60 a、> 60 a）土壤养分含量、微生物量和酶活性进行了研究。结果表明:随着地区植被退耕后自然演替的推进,土壤有机碳、全氮、有效氮与有效钾含量持续增加,土壤全磷含量在不同植被演替阶段变化不明显,有效磷含量在植被演替至多年生草本阶段（18~35 a）时含量最低;土壤细菌约占土壤微生物量的65%左右,且其数量在植被演替至多年生草本阶段时最多,土壤真菌和放线菌随退耕年限的延长呈现不断增加的趋势;土壤碱性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性也随着植被自然演替的推进呈不断增加趋势,但脲酶和蔗糖酶在植被演替至灌木阶段（36 a）后增速放缓。相关性分析表明,自然恢复过程中土壤微生物数量与酶活性的提高程度比较一致,其与土壤养分关系密切,因此土壤微生物群落与土壤酶活性是反映植被恢复中土壤生物学质量变化的重要指标。     

基于最小数据集的黄土高原矿区复垦土壤质量评价

矿产开发影响了土壤质量,特别是在黄土高原生态脆弱地区。通过植被恢复能够改善矿区复垦土壤质量。为了揭示矿区复垦土壤质量在植被恢复过程中的变化,该文以黑岱沟矿区排土场不同恢复年限不同植被类型、未复垦地和周边自然植被恢复区为研究对象,选取21项理化生指标作为总数据集(totaldataset,TDS),运用主成分分析(principal component analysis,PCA)结合Norm值构建评价指标最小数据集(minimum data set,MDS),通过非线性(non-Linear,NL)和线性(linear,L)两种评价方法对研究区土壤质量进行了评价。研究表明:黄土高原北部典型矿区复垦土壤质量评价指标MDS包括粉粒百分比、有机质、速效磷、钠吸附比和微生物碳;2种评价方法下,植被恢复均对复垦土壤质量指数(soil quality index,SQI)有了显著提升(P 0.05),复垦20 a灌木SQI高于复垦10 a灌木SQI,复垦12 a草本SQI高于复垦20 a草本SQI,然而所有复垦土壤SQI均未达到自然植被恢复土壤SQI;由于非线性土壤质量评价方法(SQI-NL)具有更大的土壤质量指数变化区间和变异系数,此外,在SQI-NL和线性土壤质量(SQI-L)评价两种方法下,MDS和TDS之间决定系数分别为0.911和0.866,因此,非线性土壤质量评价方法在该区域具有更好的适用性,并且最小数据集能够较准确地进行土壤质量评价。     

黄土高原子午岭地区植被恢复过程中的土壤质量评价

选择黄土高原子午岭地区植被自然恢复1-140a不同年限的阳坡墚坡地为研究对象,通过相关性分析筛选土壤表层（0-20cm）16项表征土壤物理、化学、生物学性质的指标,运用主成分分析计算土壤质量综合指数,评价子午岭地区植被恢复过程对土壤质量的影响。结果表明：土壤总孔隙度、平均重量直径（MWD）、有机质质量分数、速效磷质量分数、蔗糖酶活性、碱性磷酸酶活性、真菌数量、微生物总量构成土壤质量评价指标体系;土壤质量综合指数随植被恢复年限的增加而增加;植被自然恢复1-140a间,土壤质量综合指数变化范围为0.1559-0.8509,较裸露休闲地增加4.2-27.5倍;根据土壤质量综合指数变化规律,可将140a植被恢复过程中的土壤质量演变过程分为3个阶段,即植被恢复初期（1-20a）的土壤质量综合指数呈快速增长,植被恢复中期（20-40a）的土壤质量综合指数呈波动性增长,植被恢复后期（40-140a）的土壤质量综合指数呈稳定增长。植被演替过程中不同植被生活型土壤质量综合指数表现为乔木林地〉灌木林地〉草地。     

北京山区不同植被恢复类型土壤质量综合评价

[目的] 综合评价北京山区不同植被恢复类型土壤质量,并进一步确定影响土壤质量的关键因素,为该地区植被恢复与重建提供数据支撑。[方法] 以立地条件相近的侧柏纯林、油松纯林、侧柏油松混交林、侧柏针阔混交林、油松针阔混交林、落叶阔叶混交林和无林地(对照)为研究对象,测定14个土壤理化指标作为土壤质量评价的总数据集(TDS),采用主成分分析法(PCA)和Pearson相关性分析建立土壤质量最小数据集(MDS),利用线性(L)和非线性(NL)2种评分方法计算土壤质量指数(SQI)和一般线性模型(GLM)确定影响土壤质量的关键因素。[结果] 植被恢复后相较于无林地,土壤容重、砂粒含量下降,而有机质、全氮、全钾、速效氮、速效钾等土壤养分含量增加。筛选出的研究区土壤质量评价MDS指标为全氮、砂粒、全钾、pH、有效含水量。4种方法(SQI-LT、SQI-NLT、SQI-LM、SQI-NLM)下,不同植被恢复类型的SQI值排序均为落叶阔叶混交林＞侧柏针阔混交林＞油松纯林＞油松针阔混交林＞侧柏油松混交林＞侧柏纯林＞无林地,植被恢复后土壤质量显著提升。SQI-NLM的土壤质量评价方法在北京山区具有更好的适用性。相较于无林地,其他植被恢复类型的SQI-NLM分别提高64%,48%,45%,36%,33%,27%。GLM模型解释了土壤质量指数总变异的85.24%,植被类型对土壤质量指数的解释比例最大(45.09%)。[结论] 选择适宜的植被恢复类型是改善区域土壤质量的关键。未来实施植被恢复时,树种选择上优先考虑阔叶树种。造林配置方式的选择应取决于树种而定,如侧柏纯林中引入本土阔叶树种形成侧柏针阔混交林或选择油松纯林是最佳造林模式。     

陕北安塞退耕地持久土壤种子库与地上植被的对应关系

通过研究陕北安塞退耕3~31 a的阴阳坡10个样地的持久土壤种子库特征及其与地上植被的关系,分析持久土壤种子库在植被恢复中的作用。结果表明：调查样地持久土壤种子库由15个科36个物种组成,种子密度在1 908~12 617粒/m2之间,1年生物种占80%,随着退耕演替的进行,种子库中1年生物种比例呈下降趋势,多年生物种比例呈上升趋势,地带性物种在持久种子库中的比例也随退耕时间的延长而增加,物种数和种子库密度均随退耕演替先增大后降低;持久土壤种子库与地上植被的相似性较低,Serensen相似性系数为0.21~0.42;通过对适宜物种的确限度及土壤种子库大小的分析,认为该区退耕地的持久土壤种子库具有一定的植被恢复潜力。     

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。     

不同退耕年限下菜子湖湿地土壤酶活性变化

选取菜子湖区不同退耕年限(3、7、9、11、21 a)湿地为研究对象,以仍耕作油菜地和原始湿地为参照,分析了退耕还湖后湿地土壤过氧化氢酶、蔗糖酶、磷酸酶和脲酶活性特征,探讨了退耕还湖后湿地土壤酶活性变化规律。结果表明:相对于仍耕作油菜地,退耕后湿地土壤过氧化氢酶活性表层与亚表层均表现为退耕3~7 a降低,退耕9~21 a升高趋势;表层土壤蔗糖酶活性呈现退耕3 a升高?退耕7 a降低?退耕9~11 a升高?退耕21 a降低的趋势,而亚表层土壤退耕3年急剧升高,而后呈降低的趋势;表层土壤磷酸酶活性则呈现退耕3~11 a逐渐升高,而后逐渐降低的趋势,而亚表层土壤则表现为退耕3~7 a降低?退耕9~11 a升高?退耕21 a降低的趋势;退耕后湿地表层土壤脲酶活性表现为退耕3 a降低,退耕7~9 a升高,退耕11~21 a降低趋势,亚表层则呈现退耕3 a升高,而后逐渐降低的趋势;退耕21 a湿地土壤4种酶活性均与原始湿地仍存在显著性差异。退耕后水文条件的改变和植被的恢复致使土壤酶来源、酶促反应底物与产物和土壤环境因子变化,进而影响退耕后湿地土壤酶活性变化。     

宁南黄土丘陵区不同生态恢复模式对土壤养分的影响

[目的]分析植被恢复过程中土壤养分的变化规律,认识和评价植被生态系统功能恢复,促进植被演替和加快生态恢复的人工调控。[方法]通过对宁夏南部山区彭阳县中庄示范区天然草地(封山禁牧)、农耕地(退耕)、人工苜蓿(退耕还林草)3种生态恢复模式进行调查,研究分析不同生态恢复模式对土壤养分的影响。[结果]宁夏黄土丘陵区不同生态恢复模式效果依次为:天然草地农耕地人工苜蓿。随着土层深度的增加,土壤养分含量均呈现降低的趋势。随着植被恢复年限的延伸,土壤养分会逐渐累积而增加。不同恢复年限苜蓿地土壤肥力指数小于农耕地,土壤肥力贫瘠,且随苜蓿种植时间的延长,呈现先增大,再减小的趋势。[结论]在宁夏黄土丘陵区进行植被恢复,能明显提高土壤养分含量,改善土壤肥力状况,但旱作苜蓿粗放经营(只刈割,不培肥),导致土壤综合肥力指数日趋下降。     

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。     

自然恢复序列梯度上退耕地土壤容重变化及其蓄水性能效应

为了探索黄土丘陵区退耕地植被自然恢复对土壤水分环境的影响,以延安市安塞区5个植被自然恢复阶段(10,20,30,40,50年)退耕地为研究对象,采用空间代替时间法研究不同演替阶段土壤理性特征的变化、土壤蓄水性能及其影响。结果表明:陕北黄土丘陵区弃耕地在植被自然恢复过程中,同一演替阶段不同土层,其表层(0—20cm)土壤容重均小于下层(20—40cm)土壤容重。不同演替阶段表层土壤容重总体表现为先减少后增加的趋势,其土壤容重在30年的植被自然恢复期降到最低值,说明植被恢复导致表层土壤容重变小,表层土壤总毛管孔隙度、非毛管孔隙度均呈现先增大后减小的趋势,且在30年自然恢复期达到峰值,而土壤毛管孔隙度变化趋势为先减小后增大再减小再增大。不同演替阶段表层土壤饱和蓄水量、滞留蓄水量均表现为先增大后减小的趋势,且在30年自然恢复期其蓄水量达到峰值。土壤物理特征的变化趋势为土壤容重大,土壤粗砂粒含量增加,毛管孔隙度增大,非毛管孔隙度减小,土壤蓄水量降低;土壤容重减小,土壤细砂粒、粉黏粒含量增加,毛管孔隙度减小,非毛管孔隙度增大,土壤蓄水量增大。     

民勤绿洲荒漠交错带不同土地覆被下土壤养分分布特征

以西北干旱区民勤绿洲荒漠交错带为例,选取民勤沙生植物园、东坝镇、苏武山等8个样带221个样点开展不同土地覆被类型下的土壤养分含量及土壤肥力综合评价研究.结果表明:(1)土壤有机质含量表现为绿洲区＞绿洲荒漠过渡带＞荒漠区的梯度变化;受人类活动影响和荒漠景观特征的影响,不同样带内土壤养分含量离散程度较大,变异系数为16.67％～410.68％,且土壤养分样带内变异程度基本呈现出沿荒漠—绿洲荒漠交错带—绿洲逐渐增加的趋势.(2)荒草地、灌木林地、乔木林地和裸地的土壤N,P,K含量主要受土壤质地和植被类型的影响而呈现出差异.(3)不同土地覆被下土壤肥力质量指数大小为草地(0.552)＞灌木地(0.057)＞乔木地(-0.642)＞裸地(-0.677),草本和灌木具有良好的土壤培肥作用.     

苏州城市边缘带土壤综合肥力质量时空特征

对苏州市城市边缘带样区土壤进行系统的采样分析,应用一系列数理统计分析方法,阐述了研究区土壤主要肥力要素的空间变异特征及其影响因素;利用数值化土壤综合肥力评价手段,估算了研究区土壤数值化肥力质量指数及其空间分异规律;并通过与研究区历史数据对比,揭示了过去20年来苏州市城市边缘带土壤主要肥力要素及综合肥力质量的动态演变趋势。结果表明,研究区表层土壤电导率、CEC以及养分含量空间变异强烈,表现出城市边缘带土壤肥力分布的重要空间特征。经过过去20年的农业生产实践,研究区土壤主要养分含量总体上呈现增长趋势,土壤综合肥力质量明显提高。但土壤全K含量却呈下降趋势,表明土壤养分不均衡现象依然存在。土壤pH大幅下降,土壤酸化现象严重。选取的10个样本土属中,平均综合肥力质量指数增高和降低的土壤数量分别为5个和4个。同时,土壤综合肥力质量空间可变性显著增大,最大变幅与变异系数明显升高,反映出快速工业化、城市化与农业集约化背景下土壤资源利用方式与利用强度的变化对土壤质量结构及其空间变异特征的重要影响。     

亳州菊花生长与土壤肥力的关系研究

本研究采用点对点调查取样法在安徽省亳州市菊花种植区采集了116个代表性样点的植株与土壤样,以探究亳州菊花生长与土壤肥力的关系。通过主成分分析法,从19项土壤理化指标中筛选出8个指标：有机质、电导率、速效氮、有效磷、有效钙、有效硫、有效铁、有效铜,构建了最小数据集(MDS)。依据MDS各指标与菊花各生长指标的相关系数确定了土壤综合肥力指数(IFI),利用MDS和IFI探讨了各土壤肥力因子与菊花生长和产量的关系。结果表明：研究区菊花种植土壤总体呈弱碱性,保肥性好,盐度较低,有机质偏低,大中量养分基本充足,但微量养分相对缺乏。土壤综合肥力适中(70.69%的样点的IFI分级为中等),而微量养分是土壤综合肥力提升的主要限制因子。总体来看,IFI较高的土壤更有利于菊花生长发育和高产,进一步分析表明菊花偏好养分供应量充足、保肥性较好的中性土壤,随施肥带来的过量的硫可能对菊花生长和产量不利。本研究揭示了亳州市菊花种植的土壤适宜性及其影响因素,为当地菊花的规范化种植及科学养分管理提供了参考依据。     

紫色砂岩区不同植被类型土壤优先流特征及其影响因素

以三峡库区内的重庆市四面山针阔混交林、竹林和草地3种不同植被类型土地为研究对象,应用亮蓝染色示踪法和图像分析法,同时结合SPSS软件对比研究紫色砂岩区针阔混交林、竹林和草地3种不同植被类型下的土壤优先流特征及其影响因素。结果表明：1）3种植被类型下土壤优先流的主要发生区域不同,竹林和草地的土壤优先流主要发生在0~20 cm土壤表层,而针阔混交林的土壤优先流主要发生在10~40 cm土层;2）针阔混交林的土壤优先路径数量较竹林和草地多,优先路径发育程度表现为针阔混交林〉竹林〉草地;3）根系直径d影响土壤中优先流的发生,     

基于最小数据集的洞庭湖流域南部耕地土壤肥力综合评价

构建一套既能减少人力、物力和财力投入,又能保证原有信息丢失最少的土壤肥力综合评价体系,对于指导农业生产和土地利用规划具有重要作用。研究选取洞庭湖流域南部的四个行政市为研究区,综合考虑表征土壤立地条件、剖面构型、土壤物理性状、土壤养分四个方面的14项指标,通过主成分分析确定了最小数据集（MDS）,对其土壤肥力指数（SFI）进行了综合评价,并分析了研究区耕地土壤肥力的主要限制因子。结果表明:1）研究区耕地主要偏酸性,土壤容重较紧实;氮素养分处于较高水平,磷素养分处于中上水平,钾素养分处于较低水平。2）选取的最小数据集包括成土母质、剖面土体构型、阳离子交换量、容重、有机质、有效磷和全钾等7项指标。全数据集与MDS的均值与标准差均十分接近,其Pearson相关系数达到0.788（P < 0.01）。3）土壤肥力的高值区主要位于洞庭湖南部附近集中连片的水稻种植区,低值区主要分布于海拔相对较高的丘陵部位或靠近城市建筑区的低植被覆盖率区,磷素与钾素为研究区内土壤肥力的主要限制因素。研究结果为洞庭湖流域南部土壤肥力综合评价和土壤培肥提供了理论指导。     

基于GIS的吉林省县级耕地地力评价与评价指标体系的研究——以九台市为例

在耕地地力调查的基础上,采用GIS技术和模糊评价、层次分析、综合指数法等,对吉林省九台市基本农田耕地地力评价。结果表明,全市263.9万亩基本农田耕地可分为六级,其中,一级地IFI(地力综合指数)>0.85,面积为31.09万亩,占总面积的11.8%;二级地IFI 0.8~0.85,面积85.77万亩,占32.5%;三级地IFI 0.75~0.80,面积67.45万亩,占25.6%;四级地IFI 0.70~0.75,面积37.37万亩,占14.2%;五级地IFI 0.65~0.70,面积27.55万亩,占10.4%;六级地IFI<0.65,面积14.65万亩,占5.5%。并采用归纳法,建立起九台市耕地地力评价的指标体系。     

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.     

云南咖啡种植区土壤养分状况及影响咖啡生豆品质的主要因素

【目的】为深入了解云南主要咖啡产区的土壤养分状况及其对咖啡生豆品质的影响,本文对云南主要咖啡产区的土壤及咖啡生豆进行了采样分析。【方法】在云南咖啡种植区共采集咖啡生豆样品38份、土壤混合样品49个,土壤采样深度为0—20 cm。测定了土壤有机质、pH、碱解氮、有效磷和速效钾含量,分析了咖啡生豆中灰分、咖啡因、总糖、还原糖和脂肪含量。根据土壤样品中各项养分指标确定其隶属函数类型及阈值,采用主成分分析法求得各指标的权重,运用加乘法算出各土样的土壤肥力综合指标值(IFI),并将IFI值采用欧氏距离聚类方法进行聚类,然后根据IFI值对每个聚类等级进行定义,最后用典型相关分析的方法分析咖啡生豆品质与土壤养分之间的关系。【结果】云南各咖啡种植区的土壤综合肥力存在显著变化(P <0.05),IFI值主要位于0.43~0.67之间,均值为0.53。IFI值聚类结果可将土壤肥力分为4类,Ⅰ类为适宜(0.55~0.67)、Ⅱ类为一般(0.43~0.53)、Ⅲ类为差(0.35~0.39)、Ⅳ类为较差(0.24~0.29)。Ⅰ类和Ⅱ类占咖啡种植区域面积的98.8%,其中第Ⅰ类占54.2%,主要分布于德宏与普洱地区;第Ⅱ类占44.6%,主要分布于临沧和保山地区。各区域IFI值的大小顺序为德宏(0.64)>普洱(0.58)>临沧(0.46)>保山(0.43)。咖啡生豆品质与土壤养分指标有着显著的典型相关关系(P <0.05),影响咖啡风味的咖啡因和总糖含量随着土壤速效钾的升高呈降低趋势;而影响咖啡醇厚度的脂肪含量则随着土壤pH值和碱解氮的升高而降低。【结论】云南主要咖啡产区的土壤养分状况适宜咖啡生长,土壤综合肥力一般。土壤速效钾、碱解氮含量和pH值对咖啡生豆品质有重要影响,其含量过高或过低均可能降低咖啡生豆的品质。     

喀斯特山区土地利用变化与土壤侵蚀耦合关系研究——以毕节试验区为例

利用RS与GIS技术,提取地类、坡度和植被等3个因子的数据信息,模拟1990—2010年毕节试验区的土地利用过程和土壤侵蚀变化过程,并运用叠置分析和转移矩阵分析的方法,分析了土地利用变化过程中土壤侵蚀的响应特征,揭示土地利用变化及土壤侵蚀变化的关系。结果表明:毕节试验区土地以林地、耕地、草地为主,耕地面积不断减少,林地和建设用地面积不断增加;土壤侵蚀以轻度、中度侵蚀为主,整体呈现改善的趋势,尤其是退耕还林后,土壤侵蚀的面积与强度均不断降低;土地利用变化与土壤侵蚀具有密切的联系,耕地是土壤侵蚀发生的主要土地类型,耕地的减少与土壤侵蚀呈正相关关系,林地面积变化与土壤侵蚀具有较好的相关性,但在退耕还林的初期,土壤侵蚀的强度略有增加,草地增加与土壤侵蚀负相关,增加草地有利于土壤抗侵蚀能力的增强。研究喀斯特山区土地利用与土壤侵蚀的耦合关系,有利于有限的土地资源的合理配置和喀斯特地区的生态保护,为区域土地规划及水土保持等宏观决策部门提供理论支撑。