宁夏荒漠草原自然恢复演替过程中土壤有机碳及其分布的变化

以宁夏荒漠草原自然恢复的围封草地为对象,通过野外调查和室内分析,研究了未封育、封育3、5、7和10年的草地总有机碳及其在土壤剖面和不同粒级团聚体中的分布。结果表明,土壤有机碳含量随封育年限的增加呈波动性增加,除0~5 cm土层外,各土层有机碳含量以封育7年、10年的草地较高;就有机碳在不同粒径团聚体中的分布看,0~10 cm表层土壤以封育3年及未封育草地各粒级团聚体有机碳含量较高,而10~40 cm土层各粒级团聚体有机碳随封育年限的延长呈增加趋势,各土层团聚体有机碳含量均以1~0.5 mm与0.5~0.25 mm粒级较高;各粒级团聚体对有机碳的贡献率在0~10 cm表层以<0.25 mm微团聚体最高,10~20 cm土层以>5 mm粒级和<0.25 mm粒级较高,20~40 cm土层以>5 mm粒级最高。综上所述,封育有利于荒漠草原土壤有机碳的固存,退化荒漠草原生态环境恢复在封育7年时出现转折;随土层的加深,团聚体有机碳贡献率对封育的响应减弱,且大团聚体对全土有机碳的贡献率逐渐增大。     

不同退化程度高寒草甸土壤团聚体及其有机碳分布特征

为探究退化对高寒草甸土壤质量的影响,在甘肃省天祝藏族自治县金强河高寒草甸范围内设置未退化、轻度退化、中度退化、重度退化4个退化梯度,采用干筛法研究了不同退化程度高寒草甸0～30 cm土层土壤团聚体及其有机碳分布特征。结果表明：粒径>5 mm的团聚体含量随退化加剧显著降低,<0.25 mm粒级团聚体含量随退化加剧显著升高。大团聚体含量、平均重量直径及几何平均直径随退化加剧逐渐降低。团聚体有机碳含量随退化加剧呈先增加后降低趋势,大团聚体中0.25～0.5 mm粒级团聚体有机碳含量最高,各粒级团聚体有机碳含量均随土层加深而降低。未退化草地对有机碳的贡献率主要是> 5 mm粒级的团聚体,退化加剧,<0.25 mm的微团聚体对有机碳的贡献率逐渐升高。双因素分析表明退化程度与土壤深度的交互作用对团聚体分布、团聚体有机碳含量及有机碳贡献率有显著影响。草地退化导致土壤结构稳定性下降,大团聚体占比降低,对有机碳的贡献率减小。研究结果可从土壤团聚体及有机碳角度对退化草地的治理及可持续利用提供理论指导。     

围封对宁夏荒漠草原土壤团聚体组成及其稳定性的影响

以空间序列代替时间序列,采用干筛法和湿筛法研究了围封禁牧条件下宁夏荒漠草原恢复演替过程中0~40cm土层土壤团聚体组成、破坏率及平均重量直径(MWD)等指标,以探讨围封对荒漠草原土壤团聚体稳定性的影响。结果表明:围封有利于荒漠草原土壤团聚体的形成,随围封年限的增加,0.25mm土壤微团聚体含量总体呈下降趋势。其中,0.25mm干筛团聚体含量在0~10cm和10~20cm土层变化显著,均以围封10年的草地最低;0.25mm水稳性团聚体含量在0~10cm和20~40cm土层变化显著,其中0~10cm土层以围封7年的草地最低,20~40cm土层以围封10年的草地最低;随围封年限的增加,土壤团聚体平均重量直径呈先降低后增加的趋势,以围封10年的草地最高,团聚破坏率则以围封7年、10年的草地较低,未封育和封育3年的草地较高。从垂直分布看,随剖面深度的增加,大团聚体特别是5mm粒级团聚体含量显著增加。     

不同补播模式对荒漠草原土壤团聚体稳定性的影响

针对宁夏荒漠草原退化生态系统,采用地表深翻处理后补播蒙古冰草+沙生冰草+牛枝子、沙生冰草+牛枝子、蒙古冰草+牛枝子3种模式进行改良,以未补播草地为对照,通过团聚体粒径组成、平均重量直径、几何平均直径、破坏率等指标,研究不同补播模式对宁夏荒漠草原土壤团聚体稳定性的影响。结果表明,0~40cm土层,各补播草地机械稳定性及水稳性团聚体均以<0.25mm微团聚体为主,且随土层加深<0.25mm微团聚体含量逐渐减少,土壤结构趋于稳定;0~20cm浅层土壤,蒙古冰草+沙生冰草+牛枝子补播草地的>0.25mm机械稳定性团聚体含量显著高于未补播草地(P<0.05),不同处理草地之间>0.25mm水稳性团聚体含量、平均重量直径、几何平均直径及破坏率差异不显著。综上,深翻后补播蒙古冰草+沙生冰草+牛枝子可改善荒漠草原0~20cm浅层土壤机械团聚体稳定性。     

长江源区草地覆盖变化对土壤团聚体分布及稳定性的影响

为了明确长江源区草地覆盖变化对土壤结构的影响,本研究以高寒草甸和沼泽草甸2种草地为研究对象,分析了不同植被覆盖度下土壤团聚体分布和稳定性特征。结果显示：高寒草甸土壤团聚体主要分布在2~0.25 mm和0.25~0.053 mm粒径范围内,沼泽草甸土壤团聚体在不同粒径范围内分布相对均匀;高寒草甸土壤大于0.25 mm团聚体含量（WR_0.25）表现为高覆盖度草地高于中覆盖度草地,随土层加深,低覆盖度草地WR_0.25显著高于高覆盖度草地和中覆盖度草地,除表层0~10 cm土壤外,高覆盖度沼泽草甸土壤WR_0.25显著高于中覆盖度和低覆盖度土壤;不同植被覆盖度下高寒草甸表层0~10 cm土壤团聚体平均重量直径（Mean weight diameter,MWD）和几何平均直径（Geometric mean diameter,GMD）无显著差异,在10~20 cm和20~40 cm土层差异显著,表现为低覆盖度 > 高覆盖度 > 中覆盖度,沼泽草甸土壤团聚体MWD和GMD则随草地植被覆盖度降低和土层加深而逐渐减小;中覆盖度草地土壤团聚体破坏率（Aggregate destruction rate,PAD）最大,其稳定性最差;高覆盖度草地土壤团聚体稳定性最好;在不同土层深度上,高寒草甸土壤团聚体稳定性无显著差异,沼泽草甸土壤随土层加深团聚体稳定性变差。本研究结果表明WR_0.25和PAD能够更好地评价土壤团聚体稳定性,而沼泽草甸土壤团聚体对植被覆盖变化的响应更为敏感。本研究结果有利于加强植被覆盖变化背景下对长江源区土壤保护机制的认识。     

补播对退化荒漠草原土壤有机碳及其分布的影响

本研究以未补播（CK）、隔带深翻后补播蒙古冰草（Agropyron mongolicum）（M）、沙生冰草（A. desertorum）（S）及蒙古冰草+沙生冰草（G）的草地为对象,研究不同处理荒漠草原0～40 cm土壤总有机碳在土壤剖面和不同粒级团聚体中的分布。结果表明：不同补播模式草地全土有机碳及团聚体有机碳含量较对照均有所提高,10～20 cm和20～30 cm土层,沙生冰草补播草地显著高于未补播草地（P<0.05）;30～40 cm土层,各补播草地均显著高于未补播草地（P<0.05）。各处理草地土壤有机碳含量随土层的加深逐渐增加,30～40 cm土层均显著高于0～10 cm土层（P<0.05）。不同处理草地各土层团聚体有机碳含量以<0.053 mm粒级最高。随土层加深,大团聚体对土壤有机碳的贡献增大,30～40 cm土层以0.053～0.25 mm和>2 mm粒径较高。总体看,补播有利于退化荒漠草原土壤有机碳的固存,在本研究所做处理中补播沙生冰草对土壤有机碳的增加效果较为明显。     

高寒草地灌丛化对土壤团聚体生态化学计量学及酶活性的影响

草地灌丛化是影响土壤有机碳库储量的驱动因子之一。本研究以川西高寒灌丛化和未灌丛化草地为对象,分析团聚体内有机碳、全氮、全磷、全钾含量、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、蛋白酶和β-D葡萄糖苷酶活性及生态化学计量比特征。结果表明：1）有机碳、全氮和全磷主要富集在0.053~0.25 mm团聚体内,灌丛化降低了团聚体内生源物质含量。2）灌丛化后团聚体内C/N、C/P和N/P均呈增加趋势,且C/N最大值出现在>2 mm团聚体中,而C/P和N/P的最大值均出现在0.053~0.25 mm团聚体中,最小值分别出现在<0.002 mm和0.002~0.053 mm团聚体中（P>0.05）。3）灌丛化草地和未灌丛化草地土壤酶活性呈>0.25 mm团聚体内富集,灌丛化后土壤各粒径团聚体中蔗糖酶活性增加、而蛋白酶和磷酸酶活性降低。4）脲酶和β-D葡萄糖苷酶在灌丛化草地和未灌丛化草地中均与土壤有机碳和全氮含量呈正相关关系,蔗糖酶和过氧化氢酶与全钾含量呈正相关关系,蛋白酶和磷酸酶与全磷含量呈正相关关系。该区域土壤生源物质主要固存于大团聚体内,而大团聚体易被外界干扰破碎,可见灌丛化现象不利于该研究区有机碳的长期固存。     

土地利用方式对豫西黄土丘陵区土壤团聚体微生物生物量及群落组成的影响

采用熏蒸浸提和磷脂脂肪酸(PLFA)法研究了豫西黄土丘陵区不同土地利用方式下土壤团聚体中微生物生物量及其群落组成。结果表明,0.25~2 mm粒级团聚体微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量最高,0.053~0.25mm粒级团聚体MBC和MBN含量最低;阔杂林、刺槐林和灌草地5、2~5和0.25~2mm 3个粒级团聚体的MBC和MBN含量较耕地显著提高(P0.05),果园与耕地之间无显著差异(P0.05)。不同利用方式下,细菌PLFA含量及其占团聚体总PLFA的比例分别以0.25~2和0.053~0.25mm粒级团聚体最高;真菌PLFA含量及其占比为5mm粒级团聚体最高,且随团聚体粒径的减小而降低。MBC和MBN含量与PLFA总量、表征细菌和真菌PLFA含量均显著或极显著正相关(P0.05或P0.01)。与耕地和果园土壤相比较,阔杂林地、刺槐林地和灌草地中5、2~5和0.25~2mm粒级团聚体中表征真菌PLFA的含量显著增加。综上,阔杂林、刺槐林和灌草地较耕地和果园显著提高了0.25mm粒级团聚中微生物生物量及真菌含量。     

宁夏盐池县沙化草地土壤团聚体分异特征

以宁夏盐池县哈巴湖自然保护区不同沙化程度的荒漠草原为对象,研究潜在、轻度、中度和重度沙化草地0~40 cm土壤机械稳定性和水稳定性团聚体的粒径分布,并通过团聚体破坏率、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和分形维数等指标分析不同沙化类型草地土壤团聚体稳定性特征。结果表明:各沙化类型草地0~20 cm土层机械稳定性团聚体和0~40 cm土层水稳性团聚体均以<0.25 mm微团聚体为主,分布范围分别为45.78%~88.36%和48.05%~97.79%。随草地沙化程度的加重,0~40 cm各土层<0.25 mm机械稳定性和水稳性微团聚体含量、团聚体破坏率、分形维数及侵蚀因子总体呈增加的趋势,MWD和GMD则逐渐降低,土壤结构趋于不稳定。从剖面变化看,随土层的加深,土壤稳定性增加,尤其是潜在和轻度沙化草地,表明该区域土地沙化主要发生在0~20 cm浅层土壤。土壤团聚体稳定性与有机碳、全氮含量呈极显著正相关(P<0.01),与黏粉粒呈显著正相关(P<0.05),与土壤容重呈极显著负相关(P<0.01)。伴随着盐池县草地沙化过程中土壤细颗粒的吹蚀和碳氮等养分的搬运,土壤结构分散,物理稳定性降低。     

松嫩草地不同退化阶段的土壤团聚体稳定性

受人类不合理利用和气候影响的综合作用,松嫩草地退化程度逐渐加剧。本研究选取羊草(Leymus chinensis)群落、虎尾草(Chloris virgata)群落、碱茅(Puccinellia distans)群落和碱蓬(Suaeda glauca)群落作为4个草地退化阶段,通过调查植被群落特征、分析土壤理化性质,测定土壤团聚体稳定性指标,揭示草地植被退化过程中对土壤结构的影响。结果表明,随着退化演替的进行,植被生物量、物种多样性指数和总盖度总体上均呈现为降低的趋势;土壤含水率、有机质含量和全氮均降低,而pH和容重均增加,且4种退化演替阶段的土壤pH均高于8.0;土壤水稳性团聚体的粒径分布中微团聚体(0.25mm)所占比例增加,大团聚体(0.25mm)所占比例和水稳性团聚体的稳定性递减,且在同一退化阶段的0-30cm各土层呈现出水稳性团聚体的稳定性随土层深度增加而稳定性递减的趋势。研究结果对揭示松嫩草地不同退化阶段土壤团聚体稳定性特征以及退化草地恢复重建均有重要指导意义。     

绿洲灌溉区与旱作区连作苜蓿土壤理化性质的研究

为研究连作模式下不同气候区苜蓿（Medicago sativa L.）土壤理化指标地域分布的差异性,对甘肃省灌区和旱作区连作苜蓿土壤的全氮（TSN）、有机碳（SOC）及土壤团粒结构等指标进行研究。结果表明：灌区SOC含量均高于旱作区,90～100 cm土层差值最大,达3.41 g·kg^-1;0～100 cm土层灌区SOC含量为6.81~12.49 g·kg^-1,均值为9.25 g·kg^-1,比旱作区高22%。旱作区TSN含量随土壤深度增加而减小,含量为（1.03±0.01）~（0.44±0.04） g·kg^-1;0～30 cm土层灌区TSN含量相对较稳定,30～60 cm土层则急剧下降,70～100 cm内又较为稳定,TSN含量维持在（0.66±0.01） g·kg^-1。灌区苜蓿土壤的分形维数均低于旱作的,0～40 cm土层内随土壤深度增加而增大（P<0.05）,随着土壤深度的增加>0.25 mm土壤团粒质量在干筛和湿筛处理下均呈现降低趋势;0～20 cm土层的土壤分形维数小于20～40 cm的,在干筛条件下,>5 mm的土壤团聚体含量最高,5～2 mm的次之,0.5～0.25 mm的最少。因此,苜蓿土壤SOC和TSN含量随着灌溉水平的差异表现出显著变化,且灌区苜蓿土壤团粒结构优于旱作区更适合苜蓿耕作,但旱区苜蓿土壤0～30 cm土层保水性等同于灌区的,说明连作苜蓿具有较强的抗旱性。     

黄河源区不同退化程度高寒草地土壤特征研究

研究了不同退化梯度的高寒草地不同层次（0～10cm,10-20cm和20-30cm）土壤理化性状变化特征。结果表明：随草地退化程度的加重,土壤含水量下降,土壤容重和pH值增加;土壤有机碳含量亦随退化程度加剧而降低,以0-10cm土层的降低最明显,轻度,中度和重度退化的“黑土滩”草地该土层有机碳含量与未退化草地相比,分别下降36．1％,66．79／6和73．5％;草地0-10cm土壤全氮、全磷含量大小顺序为轻度退化〉未退化〉中度退化〉“黑土滩”退化草地,全钾变化趋势不明显。轻度、中度、“黑土滩”退化草地0～10cm土层速效氮分别比未退化草地降低了21％,54％和64％,10-20cm土层中度退化草地和“黑土滩”分别降低了37％和21％;随草地退化程度加大,速效钾含量在各土层的变化趋势不同,但不同土层的最大速效钾含量均出现在轻度退化草地。     

不同恢复措施对退化荒漠草原土壤碳氮及其组分特征的影响

以宁夏盐池县退化荒漠草原为对象,实施深翻耕+补播（SR）、浅翻耕+补播（QR）和禁牧封育（F）恢复措施,同时以传统放牧为对照（CK）,研究不同恢复措施草地 0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm和30~40 cm土层土壤总有机碳（SOC）、全氮（TN）及颗粒有机碳（POC）、易氧化有机碳（ROC）、微生物量碳（MBC）、硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）和微生物量氮（MBN）的变化特征,以探讨不同恢复措施对荒漠草原土壤碳氮及其组分的影响。结果表明：与其他处理相比,QR处理草地的土壤SOC含量（5.50~9.93 g·kg^-1）、土壤TN含量（0.17~0.23 g·kg^-1）、土壤ROC含量（0.53~0.99 g·kg^-1）及土壤MBN含量（62.82~73.20 mg·kg^-1）总体较高;土壤MBC含量（386.00~481.80 mg·kg^-1）及碳、氮各组分占SOC和TN的比例总体以F处理的草地较高;不同恢复措施草地各土层土壤POC、NH₄⁺-N和NO₃^--N含量较CK均有所下降。相关分析表明：SOC含量分别与TN、ROC含量呈极显著正相关（P<0.01）,与MBC含量呈显著负相关（P<0.05）。基于土壤碳、氮固存,在所有的处理中,浅翻耕+补播是退化荒漠草原恢复较为有效的措施。     

黄土高原中部草地土壤有机碳密度特征及碳储量

对黄土高原水平方向的4种主要草地类型(森林草原、典型草原、高寒草甸草原、荒漠草原),分析其土壤有机碳含量、有机碳密度及其碳储量,以期揭示黄土高原中部不同草地类型土壤有机碳分布特征,初步估算黄土高原中部天然草地土壤有机碳储量。结果表明:各草地类型土壤有机碳含量和土壤碳密度均随深度增加而减少,但类型不同其减少程度不同。高寒草甸草原的土壤有机碳含量减少幅度最大,荒漠草原减幅最小;4种类型草地的土壤有机碳密度排序为:高寒草甸草原>典型草原>森林草原>荒漠草原,对于整个土层而言,草地类型间的土壤有机碳密度变异程度不同,典型草原变异系数最大,高寒草甸草原最小;在水平方向上,黄土高原中部有机碳密度分布很不均匀。黄土高原中部天然草地总面积2.02×10⁷hm²,其1 m深度土壤碳储量为1.06 Pg C。     

封育对荒漠草原沙芦草群落土壤粒径分形维数及理化性质的影响

退化草地的恢复问题已经成为草地生态学关注的热点之一。作为宁夏草原的主体类型的荒漠草原,既是天然的生态屏障,也是重要的自然资源,对保障国家的生态安全具有重要意义。封育是保护荒漠草原的基本措施,封育的效果不仅表现为植被的恢复,也表现为土壤理化性质的改善。为了更好的恢复与重建荒漠草原退化生态系统,本文通过研究宁夏荒漠草原沙芦草群落围封内外土壤机械组成、土壤养分含量和土壤颗粒分形维数的变化,旨在揭示围封对荒漠草原土壤粒径组成及分形特征的影响,为荒漠草原生态系统的恢复治理与重建提供理论依据参考。研究结果发现：研究区土壤粒径分布在0~250 μm之间。其中,围栏内黏粒（< 2 μm）、粉粒（2~50 μm）含量占主导地位,围栏外以极细砂粒（50~100 μm）所占比例最大,围栏内和围栏外粒径> 250 μm的比例几乎为0。与围栏外相比,围栏内0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm土层的土壤黏粒含量显著增加,而极细砂粒含量显著减少（P<0.05）。围封对土壤养分有不同程度的影响。围栏封育后,0~10 cm土层土壤全N、全P含量显著增加,而碱解氮、速效磷含量显著降低（P<0.05）;10~40 cm土层的土壤养分均没有表现出一定的变化规律。沙芦草群落的土壤粒径分形维数在2.65~2.69之间变动。围栏封育后,0~10 cm、10~20 cm土层的土壤粒径分形维数显著增加（P<0.05）,20~40 cm土层无显著差异。总之,围封可以促使土壤颗粒细化,对土壤养分有不同程度的影响,并有助于提高土壤颗粒的分形维数;土壤粒径分形维数与土壤黏粒、极细砂粒含量均呈极显著的线性关系,说明土壤分形维数能够作为一个用来表征土壤质地以及退化土壤恢复程度的指标。     

围封对天山北坡荒漠草地土壤有机碳的影响

以天山北坡中段退化荒漠草地为研究对象,通过分析封育与放牧对草地土壤有机碳、易氧化碳、微生物量碳含量及活性有机碳的分配比例的影响,以揭示土壤质量的变化。结果表明：禁牧封育5年后草地土壤有机碳及其活性组分含量低于放牧草地。与封育草地相比,在5～10 cm放牧草地土壤有机碳、微生物量碳及MBC/SOC显著升高（P<0.05）,分别增加了0.81 g·kg^-1,34.12 mg·kg^-1,0.59%;土壤易氧化碳含量及ROC/SOC在10～15 cm土层差异均达显著水平（P<0.05）。可见,荒漠草地在封育5年后土壤质量降低,因此,应该实行合理的围封-放牧体系,更有利于退化荒漠草地生态系统的恢复。     

典型草原返青期土壤温度和水分动态变化

测定了自然条件下2012~2013年典型草原返青期土壤温度和水分含量变化。结果表明:在返青早期(3月1~4月5日)、返青中期(4月5~25日)和返青后期(4月25~5月15日),土壤表层(0~15cm)平均温度分别为-0.8,6.4和10.4℃,中层(15~30cm)平均温度分别为1.9,2.8和6.3℃,深层(30~120cm)土壤平均温度分别为-1.2,0.7和2.7℃。在典型草原返青期,表层土壤温度随空气温度变化较为明显。表层土壤体积含水量随返青期延伸而逐渐降低,中层和深层土壤体积含水量随返青期延伸而逐渐升高。在返青早期,表层土壤体积含水量明显大于中层和深层;在返青中期和后期,中层和深层的土壤体积含水量明显大于表层。表层土壤体积含水量与土壤温度呈负相关,中层和深层土壤体积含水量与土壤平均温度呈正相关。