与达乌里胡枝子混播下白羊草光合对干旱及短期补水的响应

为揭示黄土丘陵区优良乡土草种白羊草[Bothriochloa ischaemum(L.)Keng]和达乌里胡枝子[Lespedeza davurica(Laxm.)Schindl.]混播时的光合生理特征及其与土壤水分的关系,采用盆栽控制试验,按照生态替代法设置了白羊草(B)和达乌里胡枝子(D)6种混播比例组合(2︰10、4︰8、6︰6、8︰4、10︰2、12︰0),标记为B2D10、B4D8、B6D6、B8D4、B10D2、B12D0;设置高水(80%土壤田间持水量,HW)、中水(60%土壤田间持水量,MW)和低水(40%土壤田间持水量,LW)3种水分供应条件,并在白羊草拔节期进行短期补水处理:即分别从中水提到高水(MHW)、低水提到高水(LHW)和低水提高到中水(LMW)。连续测定和比较了不同处理下白羊草光合生理特征——净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和水分利用效率(WUE)的动态变化。结果表明:1)在恒定水分供应条件下,各混播比例中白羊草叶片光合生理参数在HW处理下显著最高,LW处理下显著最低,说明水分是限制其叶片光合作用的主要因子;2)短期补水后,白羊草叶片光合生理参数均是在LHW下增加幅度最大,LMW下增加幅度最小;各混播比例中白羊草光合生理参数在MHW下恢复到稳定水平时间最快,说明较高的补水幅度和土壤前期含水量有利于补水后叶片光合作用提高;3)在B10D2和B8D4混播比例下,白羊草不仅具有较高的Pn、较低的Tr和较高的WUE,且短期补水后Pn和WUE增加幅度较大,Tr增幅较小,说明这两种混播比例有利于改善其光合作用。综合表明,经历短期干旱胁迫后补水,白羊草光合生理活性出现恢复现象,恢复速度和程度与混播比例和补水前土壤水分水平相关。     

黄土丘陵区典型植被类型草本层生态学特性与环境解释

在野外调查的基础上研究黄土丘陵区4种典型植被类型（达乌里胡枝子群落、白羊草群落、人工刺槐林、人工柠条林）草本层生态学特性,通过室内土壤养分和水分含量测定分析群落间环境因子的差异,并对群生态学指标和环境因子进行相关分析。研究结果表明:（1）豆科、禾本科、菊科植物重要值在4种群落中均很高,群落间各科物种重要值差异显著。（2）群落物种多样性表现为:人工刺槐林 > 人工柠条林 > 达乌里胡枝子群落 > 白羊草群落;群落盖度表现为人工刺槐林 > 白羊草群落 > 达乌里胡枝子群落 > 人工柠条林;草本群落地上生物量表现为:白羊草群落 > 人工刺槐林 > 达乌里胡枝子群落 > 人工柠条林。（3）土壤有机质、全氮、速效氮和速效钾含量表现为:工刺槐林 > 白羊草群落 > 达乌里胡枝子群落 > 人工刺槐林,达乌里胡枝子群落和白羊草群落土壤全磷、速效磷含量较高。（4）土壤水分含量表现为:白羊草群落（8.43%） > 达乌里胡枝子群落（7.60%） > 人工柠条林（6.43%） > 人工刺槐林（5.85%）。（5）群落盖度、草本群落地上生物量与土壤养分指标正相关,物种多样性与土壤养分的关系相对复杂;群落盖度及物种多样性均与土壤水分含量负相关,草本群落地上生物量与土壤水分含量相关性不显著。     

白羊草与达乌里胡枝子混播时其叶片叶绿素荧光特性对土壤水分变化的响应

[目的]研究半干旱黄土丘陵区白羊草群落优势种叶绿素荧光特性对土壤水分变化的响应,为进行水土保持林草措施合理配置提供科学依据。[方法]采用盆栽控制试验,设置7个组合比例(白羊草∶达乌里胡枝子,0∶12,2∶10,4∶8,6∶6,8∶4,10∶2和12∶0)和3种水分水平(高水HW,中水MW和低水LW),在拔节期、开花期与结实期将从高水分别降至中水(H-MW)和低水(H-LW)处理,并于水分变化后第0,2,4,6,8 d测定白羊草叶绿素荧光参数。[结果]最大光化学效率(可变荧光/最大荧光,F_v/F_m),实际光化学效率(Ф_(PSⅡ))和表关量子传递速率(ETR)均随水分胁迫持续出现降低趋势,以结实期从高水处理降至低水处理下的降低幅度最显著;拔节期和开花期的F_v/F_m和Ф_(PSⅡ)显著高于结实期,且多数处理下的F_v/F_m大于0.750;H-MW和H-LW处理下土壤水分降低后非光化学淬灭系数(NPQ)在拔节期呈现升高趋势,而在开花期和结实期出现降低趋势,但光化学淬灭系数(q_p)在3个生育期间呈相反变化趋势;土壤水分降低后第8 d,结实期的F_v/F_m和Ф_(PSⅡ)以H-MW显著高于H-LW,且大多数处理下12∶0组合比例的F_v/F_m,Ф_(PSⅡ)和ETR均显著低于其他组合比例处理。[结论]与达乌里胡枝子混播种植促进了土壤水分阶段降低条件下白羊草的叶片PSⅡ光化学活性。     

旱季雨季对黄土丘陵退耕区植被根系分布及水分利用的影响

黄土丘陵区属于季节性干旱的区域,研究退耕生态系统植被根系分布及其水分利用特征对植被恢复具有重要意义。该研究利用稳定同位素技术,采集黄土区5种典型退耕植被群落的根系、土壤样品,分析根系形态结构和稳定同位素特征,探讨根系在不同季节的吸水策略。结果显示:旱季茵陈蒿、铁杆蒿、白羊草、达乌里胡枝子群落和油松的根长密度(16.3、21.7、17.3、17.3、6.0 mm/cm3)分别是雨季(1.7、2.1、3.2、5.9、4.2 mm/cm3)的9.4、10.2、5.3、2.9、1.4倍,茵陈蒿、铁杆蒿、白羊草根系对土壤水分季节变化的响应较为敏感。茵陈蒿群落仅可利用0~10 cm土壤水,旱季铁杆蒿、白羊草群落主要利用30~40 cm土壤深度的水分,雨季吸水深度上移至0~20 cm。旱季达乌里胡枝子和油松主要利用60 cm以下的土壤水分,雨季则吸收20~40 cm土壤水分。表明退耕植被群落根系在不同季节的吸水策略不同,旱季吸收较深的土壤水而雨季则吸收近地表的土壤水,吸水深度范围的季节变化与土壤水和根系分布变化相一致。该研究为黄土丘陵区退耕植被对流域生态水文过程影响的研究提供科学依据。     

黄土塬区三种豆科牧草的竞争生长

通过田间试验研究了沙打旺、紫花苜蓿和达乌里胡枝子3种豆科牧草在黄土旱塬以不同密度单播、混播时的竞争生长能力及水分利用效率.单播时苜蓿生长次年3个密度的生产力分别为15349kg·hm-2、20582kg·hm-2、21531kg·hm-2,沙打旺和胡枝子3个密度的生产力分别为7979kg·hm-2、16440kg·hm-2、21055kg·hm-2和2412kg·hm-2、5270kg·hm-2、7102kg·hm-2.混播草地生产力以苜蓿 胡枝子最高(平均19227kg·hm-2),沙打旺与胡枝子混播的生产力最低(平均11977kg·hm-2).和生产力较高的参混种苜蓿、沙打旺单播相比,苜蓿与沙打旺混播及沙打旺与胡枝子混播的生产力在3种密度下均有不同程度的降低.苜蓿主根下扎深度2m,0～60cm根系占总根量的66%,沙打旺和胡枝子根系最大下扎深度分别为1.8m和1.5m,0～60cm根系占总根量比例分别是80%、91%.3种牧草中苜蓿的平均水分利用效率最高,为25.75kg·mm-1·hm-2,胡枝子最低为7.71kg·mm-1·hm-2,沙打旺居中.苜蓿群体种内个体间竞争强度高于沙打旺和胡枝子.结果表明在黄土旱塬上苜蓿的竞争生长能力和水分利用效率高于沙打旺和胡枝子;不同牧草混播后可以提高水分利用效率,但生产力相对降低.     

黄土丘陵区撂荒群落地上生物量和物种多样性关系

研究黄土丘陵区撂荒群落生物量与物种多样性的关系及其影响机制,有助于明确群落演变的机理,可对该区植被恢复重建、群落演替、生物多样性保护和维持具有重要意义。为此,选取该区5个典型撂荒群落,在群落尺度上,分析地上生物量的月动态,重点研究了地上生物量与物种多样性的关系。结果表明:(1)5个撂荒群落地上生物量总体呈上升趋势,月份之间差异极显著,群落生物量由大到小为白羊草(Bothriochloa ischaemum)群落茭蒿(Artemisia giraldii)群落铁杆蒿(Artemisia sacrorum)群落猪毛蒿(Artemisia scoparia)群落达乌里胡枝子(Lespedeza dahurica)群落;(2)群落地上生物量与物种多样性关系表现为线性增加和线性减少两种形式。猪毛蒿群落中二者呈线性增加。铁杆蒿和白羊草群落地上生物量随丰富度的增加线性增加。白羊草和达乌里胡枝子群落地上生物量随均匀度的增加线性减少。空白生态位的占有和利用、生态位互补效应、种间相互作用是解释二者关系的内在机制,冗余种假说效应可能会导致不显著关系。     

土壤水分对黄土丘陵区演替序列种种间竞争的影响

种间竞争是不同物种为争夺资源发生的相互关系,对群落植被演替、恢复有重要意义。同时水分是黄土丘陵区植物生长的限制因素,该区多物种种间水资源竞争研究较少,为此选取该区6种演替序列种,采用种对试验法研究其对土壤水分变化的竞争响应。结果表明:(1)除狗尾草外,其他5种植物的生长指标和土壤水分变化趋势基本一致,地下部分变化程度大于地上部分。不同植物最适水分条件不同。(2)单位竞争能力与总竞争能力相似地反映植物种间竞争状况。狗尾草和白羊草在中高水竞争力均高于同组的猪毛蒿、达乌里胡枝子,低水反之。铁杆蒿随着水分减少,竞争力低于茭蒿。受水分胁迫时,达乌里胡枝子、白羊草的竞争力茭蒿、铁杆蒿猪毛蒿、狗尾草,即演替后期种竞争能力演替中期演替初期,符合演替生态位理论。竞争的不对称随着环境生产力的增加而降低。随着演替中土壤水分的减少,物种耐水分胁迫的能力逐渐增强,从而促使演替的继续。     

黄土丘陵沟壑区退耕地植物群落优势种对显著影响因子的响应

根据在黄土高原丘陵沟壑区具有代表性的安塞县退耕地植被样方的调查资料,利用TWINSPAN对退耕地植物群落的类型及其优势种进行了确定,即退耕地植物群落主要有猪毛蒿(Artemisia scoparia)为优势种的群落、达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)和长芒草(Stipa bungeana)为优势种的群落、铁杆蒿(Artemisia gmelinii)为优势种的群落和白羊草(Bothriochloa ischaemum)为优势种的群落。典范对应分析(Canonical Correspondence Analysis)得出:显著影响黄土高原丘陵沟壑区退耕地物种变化的主要因子为退耕年限、全磷、速效磷和土壤水分。结合物种生活型特征,认为白羊草和达乌里胡枝子在黄土高原丘陵沟壑区具有较强的适应性,可作为退耕地的适宜引种物种,以调控和加速植物群落演替,控制土壤侵蚀。     

氮添加对白羊草种群及土壤特征的影响

为探究氮沉降对白羊草种群及土壤属性的影响,以黄土高原典型地带性植被白羊草种群为研究对象,通过人工添加氮素,设置不同施氮处理(0、2.5、5、10 g/(m2·a)),系统研究土壤有效氮升高对白羊草种群特征及土壤养分的影响.结果表明:1)氮添加量在一定范围内,可显著改善白羊草种群特征,超过该范围,则会影响白羊草种群正常生长.在2.5 g/(m2·a)施氮量下,白羊草花序数量和株高最大,当施氮量大于该值时,白羊草花序数量和株高呈减小趋势,地上生物量随施氮量的增加显著增加(P＜0.05);在5 g/(m2 ·a)施氮量下,白羊草根系生物量密度最大,超过该值后根系生物量密度减小.2)随施氮量的增加,土壤中有机质和硝态氮质量分数增加,速效磷质量分数减小,全氮和铵态氮无显著变化,表明土壤中有效氮质量分数增加,可影响自身及其他营养元素的吸收转化过程,从而对白羊草种群的生长产生一定影响.研究结果可为黄土丘陵区草地植被建设与管理,提供基础数据和科学依据.     

N添加对白羊草生长及种群特征的影响

[目的]分析N添加对白羊草(Bothriochloa ischaemum)种群特征及繁殖策略的影响,为评估氮沉降的生态影响提供科学依据。[方法]以黄土高原地带性优势种群白羊草为对象,设置对照CK〔0g/(m~2·a)〕,低氮〔2.5g/(m~2·a)〕,中氮〔5.0g/(m~2·a)〕和高氮〔10.0g/(m~2·a)〕4个N添加水平,研究了为期两年的N添加对白羊草种群特征及繁殖策略的影响。[结果](1)N添加显著增加了白羊草种群的密度、株高和生物量,其中中氮处理下种群生物量达到最大;(2)N添加改变了白羊草生物量的分配策略,根冠比随N添加量增大而减小,支持功能平衡假说;(3)N添加促进了白羊草种群的营养繁殖和有性繁殖,提高了其繁殖竞争能力。[结论]适度N沉降或N添加〔5g/(m~2·a)〕促进了白羊草种群的生长和发育,有利于白羊草种群水土保持等生态功能的发挥。     

黄土丘陵区草地表层土壤固碳特征及影响因素

采用野外调查与室内分析相结合的方法,分析了黄土丘陵区长芒草(Stipa bungeana)、白羊草(Bothriochloa ischaemum)草地表层(0—20cm)土壤有机碳(SOC)及其与地形、土壤、植被等因子的相关性,以期揭示自然恢复过程土壤固碳特征及显著影响因子。结果表明,不同恢复年限长芒草群落土壤表层SOC平均含量14~18a显著增加,年均增加量为0.295g/kg;18~26a增加平缓,年均增加量为0.186g/kg;26~45a略微下降,33,45aSOC平均含量分别低于26a(8.92%,3.18%),差异均不显著。白羊草群落则表现25~40a平缓增加,年均增加量为0.054g/kg,40~45a以上显著增加,40aSOC平均含量低于45a以上29.38%,差异显著(p0.05)。不同土层剖面,SOC含量均表现为土层0—10土层10—20cm。土壤总SOC密度变化趋势与SOC平均含量一致。相关分析表明,长芒草、白羊草群落SOC平均含量随着恢复年限、地上生物量、地下生物量、全氮的增加而增加,随着海拔、容重的增加而减小。随着恢复年限的增加,长芒草、白羊草群落土壤表层SOC存在明显固存效应,海拔、恢复年限、地上生物量、地下生物量、全氮、容重为显著影响因子。     

施用外源物对尾矿土壤种植胡枝子修复效应初探

采用土培试验在两种尾矿土壤(废弃地和尾矿渣土)上种植耐性不同的两个胡枝子品种,通过添加客土、锯末,调控有机肥或无机肥等外源物,分析不同处理条件下胡枝子生物量、植株和土体内重金属含量,以明确外源物对尾矿土壤的修复效应。结果表明,二色胡枝子生物量整体上显著高于截叶胡枝子生物量;在所有处理中,废弃地上同时添加客土和有机无机肥的处理是二色胡枝子生物量最高的处理。外源肥料添加提高了两个品种地上部和根部的生物量,客土添加可能对改善立地生存的理化条件有较大帮助作用,更能体现出肥料的效果。两种土壤上添加客土或肥料,均较为显著地减少了截叶胡枝子根部和地上部重金属的吸收,而二色胡枝子效果不明显。两种土壤上添加外源物、种植不同品种胡枝子可以降低部分处理土壤中重金属含量,但通过植物种植直接摄取土壤中重金属的量是相对较少的。总之,客土添加、肥料施入均较为明显地改善了废弃地和尾矿渣土两类土壤的立地条件,增加了两种胡枝子的生物量,一定程度上限制了植物对重金属的吸收,土壤改良的基础上优先选择耐性品种是提高植物修复效果的上佳方案。     

伊犁河谷坡面管理措施对表层土壤储水和草被恢复的影响

研究不同坡面土壤水分变化和草地植被生长状况,可为退化草地恢复管理提供参考。通过监测灰钙土和棕红土两种土壤类型坡面表层土壤水分和植被生长状况,分析了枯草覆盖、水平沟、增渗孔、补灌等不同坡面管理措施对草被恢复的影响,结果表明:降雨量越大,各处理表层土壤含水量的增幅越大,恢复到稳定状态的时间越长,最长可达22天;综合3场不同量级的降雨来看,降雨后水平沟处理拦蓄雨水的效果最好,其土壤含水量在灰钙土坡面上较对照高1.8百分点,在棕红土坡面上较对照高8.3百分点;降雨后表层土壤含水量恢复到稳定状态期间,枯草覆盖处理表层土壤含水量与对照差异最大,在灰钙土上高0.8百分点,在棕红土上高2.9百分点;两种土壤类型上,几种坡面管理措施均对草地植物生长有显著影响,其中效果最好的是枯草覆盖,与对照相比,灰钙土坡面植被覆盖度提高了33.9百分点、地上生物量提高了257.6%,棕红土坡面植被覆盖度提高了41.6百分点、地上生物量提高了67.3%。采取适当的坡面管理措施,可促进草地植物的生长,实现退化草地的生态修复。     

不同密度樟子松固沙林土壤水分特征

[目的]探讨樟子松固沙林合理栽植密度,为进一步深入分析樟子松固沙林水量动态平衡、衰退原因及林分稳定性评价提供参考。[方法]以科尔沁沙地南缘3种密度(400,600和800株/hm2)的33a樟子松固沙林为研究对象,连续监测了生长季降雨、0—200cm土壤含水量、200cm以下渗漏量,分析了3种密度下土壤水分特征及差异。[结果](1)3种密度下土壤水分时空变化趋势基本一致,0—30cm为降雨影响剧烈层,60cm以下受40mm降雨影响,降雨结束后均表现蒸渗型水分消退特征,之后转换为蒸散型;(2)0—200cm土壤体积含水量大小为:400株/hm2600株/hm2800株/hm2,且差异显著(p0.05);(3)200cm以下均有水分渗漏,其中800株/hm2最低,为0.4mm。[结论]丰水年3种密度林分基本能够维持水量平衡,但正常降水或极端降水年份会增加土壤蓄存水消耗,可能出现水分亏缺或衰退现象。建议生产中樟子松固沙林适宜密度应控制在400株/hm2左右。     

科尔沁沙地南缘樟子松人工林对土壤水盐的影响

为掌握科尔沁沙地南缘樟子松造林40多年对土壤水分、盐度的影响。以科尔沁沙地樟子松林地、草地2020年3月至2021年11月土壤、气象数据为基础，采用双累积曲线法(DCM)验证样地选取的合理性，利用空间代替时间法(STM)研究樟子松林地、草地土壤含水量、盐度的变化规律，以及与气象因子关系的差异。樟子松林地改变了土壤纵向剖面水分、盐度分布规律，二者均趋于正“S”形分布；林地有效提高土壤储水量(p<0.05),降低土壤盐度，缩减水分次活跃层范围；林地土壤水分变异性更高(p<0.05),盐度变异性更低(p>0.05);林地的气象因子与土壤水分、盐度指标各分项之间关联程度与草地不同，减弱与降雨的相关性，增加与水汽压亏缺的相关系数。樟子松林生态系统具有较强的涵养水源、抑制土壤盐渍化的功能。     

柳枝稷的生长发育与土壤水分特征

1992-1998年中国科学院安塞水土保持综合试验站在山地、川地引种10份原产美国的柳枝稷（Panicum virgatum）材料，经过7a测定，数据表明柳枝稷在3～5a生长高峰期对土壤水分需求最大，产量最高。从土壤水分含量的变化来看，柳枝稷草地在80-200cm土层已经形成土壤干层，而且在经过生长季节降雨和休闲期的雨雪水分补充不能够补偿，这主要是维持较大的生产力造成。柳枝稷在半干旱黄土丘陵区有较强的适应性，这对当地人工草地建造、天然草地改良具有重要意义。通过对柳枝稷驯化栽培的人工草地在黄土丘陵半干旱地区立地条件下生产力与土壤水分特征的比较，以揭示柳枝稷的生态适应性对其地上生物量形成规律的影响，为该地区合理利用牧草资源、提高草地的生产能力提供依据与参考。     

毛乌素沙地南缘臭柏群落土壤水分空间分布特征

为对臭柏群落土壤水分空间分布特征进行初步研究,以毛乌素南缘神木大保当镇臭柏(Sabina vulgaris Ant.)群落为研究对象,选取10个样地利用环刀进行土壤取样,通过土壤烘干法测出土壤含水量与蓄水量并进行分析。结果表明:(1)在坡位影响下,各样地间的土壤含水量存在显著性差异(P0.05),含水量和蓄水量整体分别表现为沙丘下部沙丘中部丘间低地沙脊,沙丘中部沙丘下部丘间低地沙脊;(2)在坡向影响下,各样地的土壤含水量存在显著性差异(P0.05),含水量和蓄水量均表现为背风坡迎风坡;(3)在林内外植被影响下,各样地的土壤含水量存在显著性差异(P0.05),含水量和蓄水量均表现为草地臭柏沙地。表明臭柏群落对土壤水分空间分布有一定的影响。     

荒漠草原不同植被恢复模式的水土保持生态效益

[目的]以内蒙古四子王旗境内退化荒漠草原为研究区域,研究不同植被恢复模式对植物群落组成、土壤含水量、土壤侵蚀的影响,为退化草原水土流失治理和草原生态建设提供理论依据。[方法]针对退化草原特点、水土流失特征,分析不同植被恢复模式下植物群落特征、土壤水分、地表径流和侵蚀量的变化,运用主成分分析对不同植被恢复模式的水土保持生态效益进行评价。[结果]退化荒漠草原的3种植被恢复模式试验样地的植物种类组成、群落总盖度、地上生物量均高于放牧天然草地,"围栏封育+灌木条带+施肥复壮"、"围栏封育+松土补播+草种包衣"2种植被恢复模式的地上生物量与放牧天然草地之间变化差异达到显著水平(p0.05);3种植被恢复模式的实施有效控制了土壤侵蚀,径流量和土壤侵蚀量均低于天然草地。[结论]"围栏封育+松土补播+草种包衣"植被恢复模式在保持水土资源,增加群落稳定性等方面的生态效益最好。