黄土高原生物土壤结皮发育过程中颗粒态和矿物结合态有机碳变化特征

土壤颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MAOC)是重要的土壤碳库,其比例的变化决定土壤有机碳的周转速率及稳定性。探讨沙地生物土壤结皮发育过程中颗粒态有机碳和矿物结合态有机碳的含量、分配比例和差异性特征,对于深刻认识初始土壤形成过程中有机碳库形成、稳定机制具有重要意义。选择神木市六道沟流域生物土壤结皮4个发育阶段(藻结皮、藻结皮+少量藓结皮、藓结皮+少量藻结皮、藓结皮)为研究对象,裸沙作为对照,研究生物结皮层及结皮层下层0—2 cm, 2—10 cm, 10—20 cm土层土壤颗粒态和矿物结合态有机碳的变化特征。结果表明：(1)在BSCs土层,POC的增加速率大于MAOC,MAOC处于饱和状态;(2)在BSCs和0—2 cm土层,以微生物源有机碳为主导的MAOC主要贡献有机碳积累,在2—10 cm和10—20 cm土层,以植物源有机碳为主导的POC主要贡献有机碳积累;(3) POC和MAOC含量随土层增加而降低,随着生物土壤结皮发育而增加;(4) POC和MAOC与SOC均有显著的正相关关系,表明结皮定殖和发育显著促进了土壤有机碳积累。这些结果表明生物土壤结皮的定殖和发育能够显著...     

毛乌素沙地植被类型对生物结皮及其下伏土壤养分的影响

为了解旱区荒漠生物结皮的养分效应及其同植被灌丛间的关系,研究以毛乌素沙地广泛分布的苔藓、藻结皮为对象,选取4类典型植被样地,深入探讨了植被对生物结皮及其下伏土壤的养分分布的影响。结果表明:(1)沙蒿植被冠层下的藻结皮及其下伏土壤的全氮、全磷、有机质含量显著高于植被冠层间,沙柳、柠条群落则为植被冠层下的相应值显著低于植被冠层间(p0.05)。(2)沙蒿、沙柳、柠条3种群落的生物结皮及下伏土壤养分含量均随土层加深逐渐降低,而草地则表现为5—10 cm土层的土壤养分显著高于上层土壤;苔藓结皮的全氮、有机质表现为:柠条草地沙柳沙蒿,苔藓结皮的全磷以及藻结皮的养分含量均表现为:草地柠条沙蒿沙柳。(3)总体上,各类型植被下的苔藓及藻结皮均能够显著增加表层0—10 cm土壤的养分含量,且苔藓结皮的养分富集作用优于藻结皮。     

民勤青土湖区不同年限退耕地土壤颗粒组成和养分变化特征

以石羊河下游民勤青土湖区不同年限退耕地典型样地为研究对象,通过时空替代法分析该区不同年限退耕地土壤颗粒组成与养分变化特征。结果表明:(1)不同年限退耕地上土壤颗粒组成含量总体砂粒粉粒黏粒粗砂粒,其中,黏粒结构在CK及退耕后4 a间,0—20 cm,20—40 cm土层之间含量间存在显著差异,之后其在土壤中的含量随退耕年限增加而趋于稳定,且两土层间差异不显著;粉粒和砂粒结构含量在CK及退耕后2 a变化较为剧烈,且同一年限内0—20 cm,20—40 cm两土层间存在显著差异,之后也随退耕年限的增加两土层及各退耕年限间均差异不显著,逐渐趋于稳定状态;而粗砂粒仅在CK及退耕后2 a含量较为稳定,之后退耕4～40 a间含量变化较大,存在不稳定性,且同一年限两土层间存在显著差异。(2)三种土壤养分的总体变化趋势均表现为随退耕年限增加而减小并最终趋于稳定,在同一年限内均表现为0—20 cm土层中的含量大于20—40 cm,且同一年限内两层间的含量差异均随退耕年限增加而逐渐减小,以土壤有机质和速效磷表现较为明显;其中土壤有机质含量在CK～退耕8 a间变化幅度较大,且在此期间退耕第4年时有一个剧烈上升的拐点,13～40 a间变化幅度较小;全氮含量在三种土壤养分中变化最为稳定,且在整个退耕时间内变化幅度较小;土壤速效磷含量CK含量最大,尤其在土壤表层0—20 cm最为明显,之后表现为随退耕年限增加而波动式下降的趋势,并趋于稳定。     

生物土壤结皮对荒漠区土壤微生物生物量的影响

为探明生物土壤结皮对土壤微生物生物量碳和氮的影响,以腾格里沙漠东南缘的人工植被固沙区生物土壤结皮覆盖的沙丘土壤为研究对象,根据固沙时间的不同将样地分为4个不同的区进行采样(55、47、30和20 a固沙区),以流沙区(0 a)和天然植被区(100 a)为对照。研究表明:人工植被固沙区的藻-地衣结皮和藓类结皮均可显著提高土壤微生物生物量碳(SMBC)和氮(SMBN)含量(p0.05),且固沙年限与SMBC和SMBN含量存在显著的正相关关系(p0.05);结皮类型显著影响土壤微生物生物量,藓类结皮下SMBC和SMBN含量显著高于藻-地衣结皮下SMBC和SMBN含量(p0.05);此外,生物土壤结皮可显著提高0~20 cm土层SMBC和SMBN含量(p0.05),且这种影响随土层的增加而减弱。而且,生物土壤结皮下SMBC和SMBN含量表现明显的季节变化,表现为夏季春季秋季。水热因子是决定土壤微生物生物量季节变化的主要因子,而生物土壤结皮通过调节土壤温度和湿度而影响土壤微生物生物量的季节变化。     

毛乌素沙地不同植被恢复措施下土壤理化性质空间分布特征

[目的] 探讨不同植被恢复措施下土壤理化性质的空间分布特征,为半干旱沙区植被恢复提供理论依据。[方法] 以毛乌素沙地西南边缘3种典型植被恢复模式(封育草地、飞播林地和人工柠条林地)为研究对象,以退化草地为对照,通过采集0—40 cm范围内3个土层的土壤,研究了其土壤理化指标和土壤综合肥力。[结果] ①在不同措施下土壤表层(0—10 cm)含水量显著增加,而在深层(10—40 cm)土壤则显著降低;与之相反的是土壤表层容重显著降低,而在深层土壤差异不显著,呈现弱变异;植被恢复显著降低了上层(0—20 cm)土壤pH值,而对20—40 cm土层差异不显著;此外,同一植被类型下随着土层加深土壤含水量(SWC)、容重(BD)、pH值均逐渐增加。②不同措施下土壤有机质(SOM)、全氮(TN)含量显著增加,封育样地SOM最高,飞播样地土壤TN最高,而速效磷(AP)含量显著降低,土壤全磷(TP)、SOM、TN等养分含量具有表聚性,土壤AP和速效氮(AN)含量在不同植被恢复、不同土层之间存在差异性。③土壤综合肥力指数呈现为：飞播样地(0.794)>封育样地(0.662)>对照样地(0.637)>柠条林地(0.603),即土壤质量在飞播样地最高,而在柠条林地最低。[结论] 3种植被恢复模式均对土壤各理化指标有显著影响,不同植被恢复措施导致土壤各指标在垂直剖面上发生不同程度的变异,毛乌素沙地适宜进行飞播造林,而不宜大面积种植人工柠条林。     

人工林建设对沙地土壤结皮发育及其表土理化特性的影响

为了了解人工林建设对土壤结皮发育和表土特征的影响,2006年在科尔沁沙地调查了不同年龄杨树林地的土壤结皮及结皮下0-5.0cm土壤的理化特性,分析研究了植被固沙区土壤结皮及其表土的发育特征。结果表明:(1)在科尔沁沙地,人工林的建设有利于流动沙地土壤结皮的形成、发育和结皮下0-5.0cm表土性状的改善;(2)随着人工林的生长发育,土壤结皮覆盖度、厚度、硬度、土壤细颗粒和有机质、养分含量均明显增加,并从物理结皮逐步演变成地衣结皮和苔癣结皮;(3)随着人工林的生长发育,结皮下0-2.5cm和2.5-5.0cm表土的细颗粒、有机质和养分含量大幅增加,但其含量随着表土深度增加而下降;(4)人工植被建设对沙地土壤结皮形成发育和下层表土成土过程的作用机制,一方面源于人工植被具有降风滞尘,维护沙面稳定,增加地表粘粉粒含量的作用;另一方面源于凋落物的生产与沉降,以及对局部水热环境的改善,增加了结皮与表土的有机质和养分含量,促进了微生物和微管植物的侵入。     

民勤青土湖区不同年限退耕地土壤水分和养分变化

以石羊河下游—民勤青土湖区不同年限退耕地为研究对象,利用时空替代法分析了该区不同恢复年限退耕地土壤水分与养分时间变异规律。结果表明:(1)在退耕当年(CK),植被分布以一年生浅根性草本植物为主,但种类较为单一,此时土壤贮水量较高;随着施肥活动的停止,退耕1～8 a,一年生及二年生草本植物逐渐恢复,对土壤水分的消耗量逐渐增大,此时土壤贮水量大幅度下降,以0—20 cm土层表现较为明显;退耕13～20 a演替为以多年生小灌木黑果枸杞为优势种的单一植物群落,此时土壤水分含量逐渐回升;退耕30～40 a时,多年生小灌木种类增加,对土壤水分的消耗量增大,土壤贮水量下降。(2) 3种土壤养分的总体变化均表现为随退耕年限增加而减小并最终趋于稳定的趋势,在同一年限内均表现为0—20 cm土层中的含量大于20—40 cm,且同年内两层间的含量差异均虽退耕年限增加而逐渐减小,以土壤有机质和速效磷表现较明显;整个退耕时间内土壤全氮含量变化幅度较小;土壤速效磷含量在退耕当年(CK)的土壤表层0—20 cm含量最大,之后随退耕年限增加呈波动式下降趋势,并最终趋于稳定;土壤有机质含量在CK至退耕8 a间变化幅度较大,且在第4年时有一个剧烈上升的拐点,13～40 a间变化较小。总之,青土湖区不同年限退耕地土壤水分和养分的变化基本一致,均表现为随退耕年限的增加而呈波动式降低的趋势。     

黄土高原不同退耕还林植被土壤干燥化效应

土壤水分是黄土高原植被恢复的主要限制因子,退耕还林工程在恢复生态环境的同时也造成了区域土壤含水量下降和土壤干燥程度的加剧,土壤干燥化正日益威胁到土壤水资源的持续利用和人工植被建设的成效。选取黄土高原退耕还林试点县吴起境内刺槐、杏树、柠条和沙棘4种分布广泛的退耕植被类型,对照撂荒草地,分析了不同林龄和不同植被类型样地0—500cm的土壤水分特征和土壤干燥化效应,并根据作物耗水量估算土壤干层水分的恢复时间。结果表明:不同退耕还林植被类型样地土壤含水量由表层向深层呈降低趋势,随林龄增加,各植被类型样地土壤含水量、有效储水量逐渐减少。刺槐林土壤含水量较同龄沙棘和柠条林低,而杏树林则较同龄柠条林高。各植被类型样地土壤剖面均不含渗透重力水与极易效水层,随林龄增加,土壤相对湿度及易效水土层厚度占比逐渐减少,中效水、难效—无效水土层厚度逐渐增加。随林龄和土层深度的增加,各植被类型样地土壤干燥化强度、土壤干层厚度逐渐增加,土壤湿度恢复到土壤稳定湿度所需要的时间及难度呈上升趋势。     

不同土壤和植被生境下生物结皮对土壤性质的影响

生物结皮作为干旱和半干旱地区重要的生物组分,对该区域生态过程中的生物地球化学循环产生重要的影响。以陕北水蚀风蚀交错区的生物结皮为研究对象,调查该区域2种土壤(黄绵土和风沙土)和3种植被(长芒草、油蒿和小叶杨群落,以农田为对照)生境下生物结皮对土壤性质的影响。结果表明:(1)结皮层与结皮下层0-10 cm各土壤性质指标的变化存在显著差异(p0.05);(2)3种植物群落生境下结皮层各土壤性质指标的变化差异不显著,表明结皮层内生物结皮生态功能作用是结皮层土壤性质的主导影响因素;(3)3种植物群落生境0-10 cm土层的土壤性质如C、N、C/N、Mg、Mn、δ~(13)C和δ~(15)N等指标变化存在显著差异(p0.05),但风沙土油蒿和小叶杨群落生境下所有调查的土壤性质指标间均无显著差异,这表明样地间0-10 cm土层土壤性质差异的主要是受到土壤类型自身特性的影响;(4)不同植被和土壤生境下的结皮层和0-10 cm样品间的空间排序分异明显,表明土壤性质间的差异依赖于生境下多因素的综合作用,生物结皮、土壤类型和植被是预测该区域表层土壤空间异质性的重要因素。     

黄土高原沟壑区藻类结皮的水土保持效应

从降雨径流、水分蒸发两方面探讨黄土高原沟壑区藻类结皮的水土保持效应。结果表明:①藻类结皮可显著增加0-10cm土层内土壤孔隙度,最大增加幅度总孔隙度为7.4%,毛管孔隙度为14.2%;对更深土层的土壤孔隙度无显著影响。②荒草坡、樟子松林和油松林3种植被类型下,有藻类结皮试验区径流量与无结皮对照区有显著差异,径流量分别减少了28.1%～32.5%、34.4%～43.1%和30.8%～31.6%。③3种植被类型下,藻类结皮的土壤侵蚀量与无结皮对照土壤侵蚀量有显著差异,分别比无结皮区土壤侵蚀量减少了58.8%～70.6%,48.9%～62.6%和38.3%～57.1%。④通过逐步回归分析,建立了不同植被类型下藻类结皮的径流量、土壤侵蚀量与降雨因子的回归方程。⑤藻类结皮对土壤水分变化的影响土层为20-60cm,在该范围内藻类结皮的土壤含水量显著高于无结皮区。     

Contrasted Impact of Land Abandonment on Soil Erosion in Mediterranean Agriculture Fields

Abandonment of agricultural land results in on-and off-site consequences for the ecosystem. In this study, 105 rainfall simulations were carried out in agriculture lands of the Mediterranean belt in Spain(vineyards in Málaga, almond orchards in Murcia, and orange and olive orchards in Valencia) and in paired abandoned lands to assess the impact of land abandonment on soil and water losses. After abandonment, soil detachment decreased drastically in the olive and orange orchards, while vineyards did not show any difference and almond orchards registered higher erosion rates after the abandonment. Terraced orchards of oranges and olives recovered a dense vegetation cover after the abandonment, while the sloping terrain of almond orchards and vineyards enhanced the development of crusts and rills and a negligible vegetation cover resulted in high erosion rates. The contrasted responses to land abandonment in Mediterranean agricultural lands suggest that land abandonment should be programmed and managed with soil erosion control strategies for some years to avoid land degradation.     

黄土丘陵区典型草地演替中植物群落特征与土壤储水量关系

[目的]阐明草地植被演替过程中植被生产力、植物多样性等生态学特征与土壤储水量的关系,为探明黄土高原地区植被恢复的生态环境效应提供一定的科学依据。[方法]采用时空互代的方法对宁夏回族自治区固原市云雾山保护区自然恢复3,8,13,46,66,89a的样地进行取样,分析0—100cm土层土壤储水量的分布及其与地上地下植物生物量、物种多样性的关系。[结果]随着草地演替的进行,植被群落盖度、生物量和物种多样性指数在恢复13a之前显著增加,之后渐趋稳定;土壤含水量逐渐增加,容重逐渐降低。植被群落演替对0—40cm土层土壤储水量没有显著影响,但演替后期对40cm以下土层水分有明显消耗。植被群落生物量及物种多样性指标与表层0—10cm水分呈显著正相关。[结论]草地演替过程中,植被群落生物量和物种多样性的增加与表层土壤储水能力的提升密切相关,但深层根系生物量的增加对下层土壤储水的消耗也逐渐增大。     

土地利用格局对半干旱黄土区土壤水分的影响

半干旱黄土区不同土地利用的土壤水分效应是农业生产、植被恢复和土地合理利用的重要依据.通过对孙家岔流域不同土地利用格局实测土壤水分资料分析,结果表明,梯田区阴坡的土壤含水率高于阳坡;梁峁顶区封闭荒地不同累积深度的土壤含水率均高于农地;缓坡区(＜15°)农地土壤平均含水率高于荒地;灌木林地表层(0-80 cm)土壤含水率高于荒地,而较深层(80-180 cm)低于荒坡;松树林地平均土壤含水率高于杏树林地.说明在半干旱黄土区,梯田的保水效益最好;杏树林相对于松树林耗水量更大,不适宜在无灌溉条件的半干旱黄土区大面积种植;柠条灌木林改善地表土壤水分状况的效应明显,并且能充分利用较深层的土壤水分;缓坡区种植农作物比荒地更有助于土壤水分的改善.     

西北风积沙区采煤扰动下土壤侵蚀与养分演变特征

为更好地理解西北风积沙矿区生态环境演变规律,以神东哈拉沟与上湾矿区为例,利用~(137)Cs示踪法分析了未采区、自恢复沉陷区(1、2、4、8 a沉陷区)与植被修复区(13 a沉陷区)的土壤侵蚀与养分特征,研究了矿区土壤侵蚀与养分的演变规律。结果表明:采煤扰动可以导致未采区土壤侵蚀强度增大与有机碳、微生物量碳、全氮、全磷、碱解氮养分明显损失。开采沉陷后,沉陷区土壤侵蚀强度随着时间的推移呈现出先增加后降低的趋势;其中,地表沉陷后的最初2 a是土壤侵蚀急剧增大的时段。采煤扰动下,土壤有机碳、微生物量碳、全氮、全磷、碱解氮养分的演变规律与土壤侵蚀演变密切相关。植被修复可以有效降低沉陷区土壤侵蚀强度与提高土壤养分含量。西北风积沙区采煤沉陷地表的生态恢复应该及时开展地表沉陷后的早起侵蚀防治,兼顾考虑植被修复与土壤微生物联合修复,以此促进土壤、植被正向演替。     

滨海重盐碱地人工栽植柽柳生长动态及生态效应

柽柳(Tamarix chinensis)是盐碱地土壤改良和植被构建的先锋物种,但仅靠柽柳的自然扩散难以在滨海重盐碱地形成灌木优势群落,对盐碱地的改良作用不明显,因此探索重盐碱地人工栽植柽柳的生态效应有重要意义。本研究以撂荒地为对照,对不同树龄的人工柽柳群落的个体生物量、碳储量动态、植物物种组成及其重要值和土壤特性进行分析,以评估重盐碱地栽植柽柳的生态效应。结果显示:3年生、5年生和7年生柽柳个体单株生物量逐渐增加,群落的植被碳密度分别为4.78 t(C)·hm 2、5.56 t(C)·hm 2和6.89 t(C)·hm 2,而对照撂荒地碳密度只有0.98 t(C)·hm 2;与对照地相比,栽植柽柳显著降低了土壤表层的含盐量,对照地土壤0～10 cm的平均盐分含量高达10.53 g·kg 1,而3年生、5年生和7年生0～10 cm土壤平均含盐量分别为3.35g·kg 1、1.86 g·kg 1和5.54 g·kg 1。栽植柽柳后土壤有机质和有效氮呈增高趋势,有效钾含量显著增加,7年生柽柳土壤0～5 cm和5～15 cm的有效钾含量分别比对照地高出65.59%和28.90%。随着柽柳树龄增加群落中草本植物的丰富度逐渐升高,对照地的草本物种只有8种,7年生柽柳群落达到15种;耐盐物种在群落中的重要值随着栽植的时间逐渐降低,盐地碱篷的重要值由34.8下降到0.7,以种子兼营养繁殖的植物如獐毛和苦荬菜的优势度逐渐增大。这证明,重盐碱地人工栽植柽柳可以快速构建灌木优势群落,固碳作用明显;同时栽植柽柳为生态系统提供了进展演替的动力,灌草结合的群落结构和稳定的群落环境不仅促进盐碱地土壤表层盐分含量的降低,也促进了物种多样性的增加和群落的进展演替,是提高滨海重盐碱地利用率的有效途径。     

Soil degradation and restoration as affected by land use change in the semiarid Bashang area,northern China

The Bashang area, located in the semiarid agropastoral zone, represents a typical degraded ecosystem under intensified human activities. This region has undergone profound land use changes during the past century. Natural grasslands had been progressively cultivated, and subsequently, part of cultivated lands had been abandoned by farmers due to severe desertification. In this study, we collected soil samples (0–20 cm depth) from four farmlands on both flat and gentle slope lands where cultivation had occurred for 0, 8, 30, and 50 years to assess the effects of grassland cultivation on soil degradation. In addition, soil samples were taken and plant species were investigated from eight sites in age sequence of 0- to 50- year-old abandoned field to assess natural restoration process following field abandonment. The results showed that cultivation of grassland result in a significant soil degradation which is manifested by the coarsening in soil texture and the losses in organic C and nutrients. After 50 years of cultivation, soil organic C, total N, and total P concentrations had declined 73–79%, 60–70%, and 67–68% in the 0–20 cm plough layer, respectively. Over half of these losses occurred during the first 8 years of cultivation, and subsequent was slow. After fields were abandoned, vegetation got self-restoration, and plant species composition moved toward that of the natural grassland community with time. Soil organic C, total N, and total P levels gradually improved with increasing years of land abandonment, with a faster restoration rate in the early vegetation recovery stage and a slower rate in the late succession stage. The results suggested that soil degradation may occurred drastically by inappropriate land use and management with a short time, while soil restoration for a degraded ecosystem may take long period of time, especially in this fragile ecosystem. From the perspective of soil resource management and desertification control, conservational tillage and management for farmlands and proper grazing management for recovered grassland should be taken into account in this area.     

黄土丘陵沟壑区退耕地植被恢复中的土壤水分变化研究

选择了黄土高原安塞县境内的纸坊沟、县南沟、西沟、郭阳湾等不同流域,对黄土丘陵沟壑区退耕地植被恢复过程中的土壤水分变化规律进行了研究.研究结果表明,随着退耕年限的增长,60 cm以下土层的土壤水分含量逐渐减少;对于不同地形条件的土壤含水量,阴坡＞半阴坡＞阳坡,坡下＞坡中＞坡上,并且随着坡度的增大,土壤含水量减小;不同的植被类型土壤水分含量也不同,在选择的草地、灌木地、林地3种植被类型中,以草地的土壤含水量最高,林地最小,灌木地介于两者之间;从恢复方式看,自然恢复的土壤水分含量相对较高,人工恢复的土壤水分含量相对较低,自然+人工恢复介于两者之间.另外,对于同一种植被类型,生物量越大,土壤水分含量越小.     

民勤绿洲区撂荒农耕地抗风蚀效果

通过风洞试验,在5个风速下对民勤绿洲区5种不同撂荒年限农耕地的土壤风蚀速率、0—20cm风沙流结构进行了模拟观测研究。结果表明:农耕地撂荒20年后土壤风蚀速率明显增加,撂荒30,40年土壤风蚀速率是其他处理的2.40～4.97倍。不同撂荒年限土壤风蚀速率均随风速的增大呈指数函数递增,但在撂荒30,40年条件下递增较快。风速为14m/s是民勤绿洲农田土壤风蚀加剧的转折点,当风速>14m/s时,农耕地撂荒20年后的土壤风蚀速率明显高于撂荒20年内。0—20cm内,农耕地撂荒20年内和撂荒20年后输沙率与高度分别呈负线性和负指数关系,农耕地撂荒20年内0—4cm输沙量和输沙量百分比(Q0—4/Q0—20)均低于撂荒30,40年。随着撂荒年限的延长,农田表层不可蚀性颗粒(粒径≥1mm的团聚体及粗砂砾)的含量明显降低,且土壤风蚀速率随不可蚀性颗粒含量的增加呈非线性降低趋势。因此,增强民勤荒漠绿洲区撂荒农耕地抗风蚀能力需适当减少撂荒年限。     

生态修复对采矿废弃地土壤性质的影响

以南京幕府山采矿废弃地生态修复为例,探讨生态修复如何影响采矿废弃地土壤的性质。研究结果表明:生态修复在先的废弃地土壤有机质含量相对高,因修复模式不同,同一时期修复的土壤有机质含量存在差异;土壤pH值与土壤容重主要取决于修复覆盖的土壤性质,且随修复时间增加,容重降低,而修复植被的生长也影响土壤pH值与土壤容重;土壤水文效应则主要取决于覆土厚度,其次是土壤孔隙度,而土壤孔隙度与土壤容重也与修复植被有关。