浑善达克沙地3种灌木土壤分形特征与养分关系

以浑善达克沙地广泛分布的3种典型荒漠草原灌木柄扁桃、小叶锦鸡儿和狭叶锦鸡儿灌丛下土壤为研究对象,测定分析3种灌丛下0～60 cm土层深度的土壤颗粒机械组成、土壤体积分形维数和土壤养分含量的垂直分布特征,探讨草原灌丛化后土壤分形特征与土壤肥力的关系,揭示灌丛植被在荒漠草原的生存与扩散机制。结果表明,3种典型灌丛形态结构存在差异,拦截风沙流后沉积在灌丛下的土壤粒度特征不同,其中粘粉沙体积含量和分形维数在不同物种间差异显著(P0.05)。土壤分形维数表现为小叶锦鸡儿(2.346)狭叶锦鸡儿(2.259)柄扁桃(2.149)裸沙地(2.057);土壤分形维数主要由粒径小于0.25 mm的粘粉沙(0.05 mm)、极细沙(0.05～0.1 mm)和细沙(0.1～0.25 mm)体积百分含量决定,其中0.1 mm粒径是决定研究区灌丛下土壤分形维数的临界粒径,即小于该粒径的粘粉沙、极细沙含量越多,土壤分形维数越高。灌丛下土壤有机质和全氮含量与土壤分形维数存在极显著正相关关系(P0.01);土壤有机质含量随土层深度增加而递减,全氮和全磷含量随土层波动性较强,不同物种间土壤有机质和全氮含量差异显著(P0.05),而全磷含量差异不显著。灌丛覆盖的土壤结构和肥力均较裸沙地有明显改善,不同物种改良土壤的效果依次为小叶锦鸡儿狭叶锦鸡儿柄扁桃。     

黄土高原带状植被土壤理化性质空间分异特征

为探究带状格局植被对土壤理化性质的影响及在空间上的差异,选取我国黄土高原柠条和山杏两种典型的带状植物篱为研究对象,并对其0~60 cm土层理化性质空间特征进行对比分析,结果表明,(1)柠条植物篱系统内各部位土壤容重、最大持水量、非毛管孔隙度、总孔隙度差异显著(P<0.05);山杏植物篱系统与梯田土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度差异显著(P<0.05);各部位间土壤水分物理性质因植物篱类型不同而分异明显。(2)两种带状植物篱系统土壤小团聚体(粒径0.25~2.00 mm)和微团聚体(粒径<0.25 mm)各部位分异显著(P<0.05),植物篱对粒径<2.00 mm的水稳性团聚体空间分异产生明显影响。(3)两种带状植物篱土壤砂粒(粒径0.05~2 mm)、粉粒(粒径0.002~0.05 mm)、粘粒(粒径<0.002 mm)含量差异均不显著(P>0.05),但植物篱能改变砂粒、粉粒、粘粒的相对组成。(4)柠条植物篱系统内各部位土壤有机质表现为带内(3.57%、Ⅱ级)>带后(3.09%、Ⅱ级)>带间(2.72%、Ⅲ级)>带前(2.64%、Ⅲ级),且各部位间分异明显;山杏植物篱系统土壤有机质表现为带间(1.47%、Ⅳ级)>带内(1.41%、Ⅳ级),分异不明显;不同植物篱类型间有机质分异不同。(5)植物篱土壤砂粒和水稳性小团聚体与有机质均呈极显著正相关关系(P<0.01);粉粒和粘粒与有机质均呈显著负相关关系(P<0.05);土壤容重、水稳性大团聚体、微团聚体均与土壤有机质无明显相关关系。     

西鄂尔多斯荒漠灌丛土壤粒径分形特征与养分的耦合关系

植物适宜的生长和发育需要理想的土壤机械组成与养分保障,土壤分形维数和养分的分布特征及其关系对研究土壤结构的稳定性、抗风蚀性和水肥运动有着重要的作用。四合木(Tetraena mongolica)、沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)和霸王(Zygophyllum xanthoxylum)作为西鄂尔多斯地区广泛分布的3种孑遗濒危荒漠灌木物种,既是重要的自然资源,也是天然的生态屏障,对保障荒漠草原生态系统稳定安全具有重要意义。本研究通过测定分析3种灌丛0–60 cm土层深度的土壤颗粒机械组成、土壤体积分形维数和土壤养分含量的垂直分布特征,探讨荒漠草原土壤分形特征与土壤养分的关系,揭示灌丛植被生存与扩散机制。结果表明,3种典型灌丛拦截风沙流后沉积在灌丛土壤粒度特征不同,其中粘粉沙、极细沙体积百分含量和分形维数在不同物种间差异显著(P <0.05),土壤分形维数表现为四合木(2.432±0.041)>沙冬青(2.391±0.046)>霸王(2.276±0.034)>裸沙地(2.218±0.059);土壤分形维数主要由粒径小于0.5 mm的粘粉沙(...     

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。     

喀斯特山区不同草地土壤结构及分形特征

以喀斯特区域不同草地生态恢复阶段为研究对象,采用时空互代法对喀斯特山区耕地、退耕还草地、草地、林草间作地的土壤颗粒、团聚体、微团聚体粒径分布及分形维数进行研究,并分析分形维数与土壤理化性质的相互关系。结果表明,在石漠化恢复过程中,粗粒径微团聚体、团聚体含量随生态的不断恢复而增加,细粒径含量降低,但土壤机械组成与之相反。0~10 cm土层土壤微团聚体平均重量直径(MWD)表现为林草间作地、草地>耕地>退耕还草地,退耕还草地显著低于其他草地类型,分别比林草间作地、草地、耕地低0.15、0.15和0.11 mm;团聚状况在10~20 cm下均表现为草地>林草间作地>耕地>退耕还草地,其中退耕还草地显著低于林草间作地和草地,分别低8.26%和13.18%;土壤结构特征表明退耕还草地结构最弱。生态恢复过程中,土壤微团聚体和团聚体的分形维数从大到小依次为退耕还草地>耕地>林草间作地>草地,土壤颗粒分形维数从大到小依次为草地>林草间作地>耕地>退耕还草地,表明喀斯特山区土壤结构随生态恢复而逐渐变好,土壤分形维数一定程度上能反映喀斯特石漠化区域生态恢复的过程与特征。同时喀斯特地区土壤分形维数与其理化性质存在较好的相关性,微团聚体及团聚体分形维数能够较好的表征土壤结构及抗蚀能力的强弱。在石漠化区域生态恢复与石漠化治理过程中,通过人工调控措施,缩短退耕还草阶段,加快草地等植被覆盖度的增加,能有效减少水土流失,改善该区生态环境。     

高寒草地灌丛化对土壤团聚体稳定性及其铁铝氧化物分异的研究

团聚体对有机碳的物理保护是土壤碳固存的重要机制。本研究以青藏高原东缘灌丛化草地和未灌丛化草地为研究对象,采用Cambardella与Elliott湿筛法和沉降虹吸法分离和提取团聚体,测定了灌丛化草地和未灌丛化草地中土壤团聚体含量,分析了团聚体稳定性、不同形态铁铝氧化物的分异及铁铝氧化物与团聚体稳定性的关系。结果显示:灌丛化显著降低了<0.053 mm微团聚体含量(P<0.05),对团聚体稳定性没有显著影响(P>0.05);灌丛化显著增加了>0.25 mm大团聚体内游离态铝的含量(Al_d的含量增加了14.09%)(P<0.05)和<0.25 mm微团聚体内游离态铁铝的含量(Fe_d、Al_d的含量分别增加了9.75%和15.31%)(P<0.05),显著降低了<0.25 mm微团聚体内络合态铁铝的含量(Fe_p、Al_p的含量分别降低了31.03%和9.41%)(P<0.05)。通过增强回归树分析,游离态铁铝氧化物对团聚体稳定性的作用最强,络合态铝氧化物对团聚体稳定性作用最弱。表明灌丛化有助于增强团聚体的稳定,促进土壤有机碳的固存。     

黄土高原不同草地类型对水稳性团聚体粒径分布及稳定性的影响

本研究在甘肃兰州选择了4种不同类型的人工草地与天然草地为研究对象,分别为苜蓿草地、冰草草地、柠条灌木草地及针茅草地,其中针茅草地为天然草地。分析了4种草地类型0~40 cm土层的土壤水稳性团聚体粒径分布特征、平均重量直径(mean weight diameter, MWD)以及它们之间的差异性和相关性。结果表明,>2 mm和<0.25 mm粒径的水稳性团聚体为优势粒径;在土壤表层0~20 cm,针茅草地>0.25 mm粒径的水稳性团聚体显著高于其他草地类型(P<0.05),而在20~40 cm土层,苜蓿草地最高,说明在表层针茅草地对土壤结构的改良最优,随土层加深苜蓿草地对土壤结构的改良效果突出;苜蓿草地MWD值由表层0~10 cm的1.04 mm降低到30~40 cm的0.72 mm,下降了31%,而其他草地类型下降了50%~80%,说明苜蓿草地对不同层次土壤结构改良效果的差异性最小。MWD值与>0.25 mm粒径的水稳性团聚体含量和有机质呈极显著的正相关关系,与土壤容重呈极显著的负相关关系,表明水稳性大团聚体和有机质含量的增加可有效促进土壤结构的改良,加强土壤结构的稳定性,提高土壤的抗侵蚀能力。     

紫色土侵蚀区柑橘园套种印度豇豆对土壤水稳性团聚体的影响

本研究针对紫色土侵蚀区山地果园开发易造成土壤结构破坏、肥力下降等问题,引进豆科牧草印度豇豆(Vigna sinensis)套种于柑橘(Citrus reticulata)园,测定土壤基本理化性状和水稳性团聚体百分含量,评价印度豇豆对柑橘园土壤肥力及水稳性团聚体的影响。结果表明,与清耕相比,印度豇豆套种有利于提高紫色土的土壤肥力,使土壤全氮、全磷、有机质和速效钾含量分别显著提高了63.64%、20.90%、93.43%和166.57%(P<0.05)。与清耕相比,果园套种印度豇豆还有利于改善土壤结构,其中土壤团聚体以>0.25 mm粒级为主(56.31%),还能促进>5和2~5 mm水稳性大团聚体的形成,显著提高水稳性团聚体稳定性,使水稳性团聚体比例(R0.25)和平均重量直径分别显著提高了25.22%和35.90%(P<0.05),几何分形维数显著降低了5.17%(P<0.05)。研究结果表明,紫色土侵蚀区柑橘园套种印度豇豆可增加土壤肥力,改善土壤团聚体结构,是一种可持续山地农业发展模式。     

黄土丘陵沟壑区欧李栽植对土壤质量改良作用的评价

黄土丘陵沟壑区生态恢复过程中植被的选择至关重要。近年来,欧李已在黄土丘陵沟壑区的植被恢复中被利用,但其生态作用有待系统评价。本试验选取山西省柳林县留誉镇黄土丘陵沟壑区内通过水平阶整地栽植的5 年生欧李灌丛地作为试验样地,并与相同栽培条件下的5年生油松林地进行对比,通过欧李根际与非根际、欧李灌丛下与欧李灌丛行间相同土层及欧李灌丛下与油松林下相同土层、层间土样差异分析,探究黄土丘陵沟壑区欧李种植后土壤养分与酶活性特征,并通过主成分分析对土壤质量做出综合评价,以便为欧李作为生态恢复树种提供理论依据。研究表明,1)与欧李行间土壤相比,欧李灌丛下土壤pH与土壤养分(除速效磷)、土壤酶活性(除20~40 cm土层过氧化氢酶)均得到不同程度改善;2)欧李灌丛下与油松林下土壤各具优势,欧李灌丛下土壤在碱解氮、全磷含量及酶活性方面优于油松林下,而在土壤含水量、电导率及其他养分含量方面次于油松林下;3)主成分分析得出,引起土样间差异的关键因子依次为:蔗糖酶、有机质、pH、全磷、碱解氮、碱性磷酸酶、速效磷;第一主成分得分从高到低依次为:欧李灌丛下0~20 cm土层>油松林下0~20 cm土层>欧李灌丛下20~40 cm土层>欧李行间0~20 cm土层>油松林下20~40 cm土层>欧李行间20~40 cm土层。综上所述,欧李种植使丘陵沟壑区土壤综合质量得到显著的提升。     

封育年限对伊犁绢蒿荒漠土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响

以新疆伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)荒漠草地为对象,研究了不同封育年限对草地土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响。结果表明,0-5 cm土层,土壤碳密度呈封育9年>对照>封育1年>封育6年,易氧化活性有机碳、碳库管理指数为封育9年>对照>封育6年>封育1年,且封育9年土壤碳密度显著高于封育6年,相对增加了36.51%,而其易氧化活性有机碳、碳库管理指数显著高于其他处理(P<0.05),分别增加了35.81%~84.89%、35.83%~93.96%;土壤有机质、全量养分分别与土壤易氧化活性有机碳、碳库活度、碳素有效率、氧化稳定系数间呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)相关,而土壤碳库管理指数、易氧化活性有机碳与群落生物量的灰色加权关联度高于土壤有机质和碳密度。土壤碳库活度指数、碳库管理指数能较为敏感地指示土壤碳与草地初级生产力的变化。     

退耕还林与还草对土壤理化性质及分形特征的影响——以宁夏荒漠草原为例

以宁夏荒漠草原区为研究对象,分别选取农田、退耕还草地、退耕还林地和天然草地为研究样地,研究了退耕还林与还草对土壤理化性质及分形维数变化特征的影响。结果显示:1)土壤含水量、pH和电导率既受到退耕还林与还草措施的影响,亦受到季节变化的影响。2)农田实施退耕还林与还草工程后,退耕还草地的土壤全氮和有机碳含量最高,其平均含量分别为0.60%和5.93%。3)农田、退耕还草地、退耕还林地和天然草地的土壤黏粉粒含量分别为10.87%、7.47%、8.73%和6.53%;极细沙含量分别为39.07%、35.20%、38.87%和31.00%;细沙含量分别为29.73%、34.93%、32.80%和36.73%;粗沙粒含量分别为20.27%、21.93%、19.60%和25.73%。退耕还林地与天然草地相比土壤粒径在各粒级中均存在显著差异(P<0.05),退耕还草地与天然草地相比仅极细沙和粗沙粒含量存在显著差异(P<0.05)。4)分形维数介于1.87~2.08。土壤分形维数(D)值从高到低表现为农田(2.08)>退耕还林地(2.01)>退耕还草地(1.94)>天然草地(1.87)。5)土壤黏粉粒与土壤电导率达到正相关水平(P<0.05),与土壤碳氮比为显著负相关关系(P<0.01);土壤细沙粒与土壤pH为负相关关系(P<0.05),与电导率为显著负相关关系(P<0.01),而与碳氮比达到显著正相关水平(P<0.01);土壤分形维数与电导率达到显著正相关水平(P<0.01),与碳氮比呈显著负相关关系(P<0.01);而土壤极细沙粒和粗沙粒与各指标之间均无相关性(P>0.05)。6)土壤粒径分布分形维数与细沙粒含量呈线性负相关关系(P<0.01),而与极细沙粒含量呈线性正相关关系(P<0.01),与黏粉粒含量呈对数相关关系(P<0.01),但与粗沙粒含量未表现出相关性(P>0.05)。研究表明,在宁夏荒漠草原区实施退耕还林与还草工程,对土壤理化性质、土壤粒径分布和分形维数特征均产生一定的影响。与天然草地相比,退耕还草地中土壤有机碳和全氮含量显著提高;而退耕还林地中土壤黏粉粒、极细沙粒的分布及分形维数显著上升。说明实施退耕还林与还草工程,有利于农田退耕导致的退化区域土壤质地的改善以及退化生态系统的有效恢复。     

宁夏东部荒漠草原向灌丛地人为转变过程土壤粒径分形特征

以宁夏东部荒漠草原-人工灌丛地典型镶嵌区域为研究对象,根据生态界面理论,选取荒漠草地、草地边缘、灌丛边缘、灌丛地为主要转变样地,利用野外采样室内分析的方法,研究荒漠草原向灌丛地人为转变过程土壤性状、土壤粒径分形维数变化特征及其相互关系.结果表明,转变过程各样地土壤颗粒体积百分含量均表现为砂粒>粉粒>黏粒,且砂粒比例随着...     

人工梭梭林对沙地土壤理化性质和微生物的影响

选取民勤生长20年的人工梭梭林沙丘和流动沙丘为对象,研究梭梭林发育过程中沙丘土壤理化性质、微生物数量的变化以及二者之间的相关性,旨在探讨人工梭梭林对沙丘土壤形成的影响,为干旱区沙化土地治理提供科学依据。结果表明,营造梭梭林使其林内土壤得到较好的改善。1)土壤粘粒、粉粒和细砂粒含量分别增加71.51%,70.64%,12.09%;有机质、全氮、全磷、全钾、水解氮、速效钾、速效磷和CaCO₃含量均增加;2)细菌、放线菌数量分别增加38.43%,32.52%,真菌数量减少75.38%,土壤碱化程度得到缓解;3)在50~100 cm土层,梭梭蒸腾消耗使土壤水分含量相对减少;4)土壤微生物和土壤理化性质均具较好的相关性,尤其是真菌和放线菌数量与pH值呈显著的负相关关系(P<0.05),有机质含量与细菌和真菌数量呈显著的正相关关系(P<0.05);土壤微生物数量与土壤粒度大小、土壤含水量之间呈线性关系且不显著(P>0.05)。可见,梭梭林的建立有利于改善土壤物理结构,提高土壤肥力,加快沙地成土进程。     

黄土丘陵典型草原土壤理化性质对生态恢复措施的响应

研究土壤理化性状及土壤质量变化对草地生态建设具有重要意义。在宁夏黄土丘陵区典型草原,以放牧草地为对照,对封育、水平沟和鱼鳞坑生态恢复措施实施15年草地的0～40 cm土壤粒径、容重、持水性、孔隙度、有机质、氮磷钾等理化性状进行了比较,通过主成分分析和土壤质量综合指数(SQI),评价了不同措施下土壤质量恢复状况。结果表明:1)土层黏粒含量以水平沟措施最高,粉粒以放牧草地最高、砂粒以鱼鳞坑最高;土壤颗粒体积分形维数值(D)从大到小依次为水平沟、封育、鱼鳞坑和放牧草地,土壤粒径垂直变化差异不明显;2)放牧草地土壤容重最高,为1.14 g·cm^-3,封育、水平沟和鱼鳞坑均可显著减小土壤容重,增加土壤持水性和总孔隙度,但对土壤毛管孔隙和非毛管孔隙的改善效果不大;各处理土壤物理性状垂直变化不显著;3)土壤有机质、全氮和碱解氮含量呈封育>放牧>鱼鳞坑>水平沟,全磷含量以放牧和封育草地较高,水平沟最低;速效钾含量以放牧草地最高,封育草地次之,鱼鳞坑最低,土壤养分含量呈表聚性;4)土壤质量综合指数在放牧、封育、水平沟和鱼鳞坑措施下分别为0.337、0.719、0.348和0.281,呈封育>水平沟>放牧草地>鱼鳞坑。基于土壤理化性状,认为草地封育对土壤质量改善最为明显,是研究区最适宜的草地生态恢复措施。     

平茬年限和林龄对沙冬青叶片功能性状及土壤化学计量特征的影响

为阐明平茬年限和林龄对沙冬青叶片功能性状及灌丛下土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征的影响,采用方差及相关性分析方法研究沙冬青被平茬后更新恢复生长的机理和策略,探讨C、N、P化学计量特征对沙冬青种群生长及恢复的指示意义,从而更好地解释平茬复壮后植物补偿性生长机理与持续年限,以期在理论与技术上解决孑遗植物种质资源的保存与修复,为天然沙冬青种群在生态系统中演变特征进行预测和评估提供基础资料。结果表明:1)沙冬青经平茬处理后,叶片面积显著增大(P<0.05)。平茬恢复生长1年的沙冬青比叶面积、叶片N含量、叶片P含量显著升高(P<0.05),且随平茬年限和林龄的增加呈下降趋势,叶片干物质含量变化趋势与比叶面积相反,叶片碳含量在不同平茬年限和林龄下无显著差异(P>0.05)。叶片N含量与叶片P含量、比叶面积呈极显著正相关,叶片干物质含量与比叶面积呈极显著负相关,且与叶片N含量、叶片P含量呈显著负相关。2)叶片与土壤中的C、N、P化学计量特征对平茬年限和林龄变化的响应不完全一致。平茬年限和林龄对沙冬青灌丛下土壤有机碳含量产生显著影响(P<0.05),但对土壤P含量无显著影响(P>0.05),仅林龄对土壤全N含量影响显著(P<0.05)。随着平茬年限和林龄的增加,土壤C、N含量呈上升趋势,土壤P含量呈下降趋势。3)在叶片C、N、P化学计量特征中,叶片P与C:P对平茬年限和林龄变化反应最为敏感,对于沙冬青更新恢复生长及种群动态变化规律具有指示意义。平茬恢复1、3和8年的沙冬青叶片N:P平均值分别为14.79、15.77、17.81,幼龄林、中龄林和成熟林沙冬青叶片N:P平均值分别为15.32、18.23、21.76,可见随着平茬年限和林龄的增加,沙冬青生长由N、P共同限制逐渐转向更受P的限制。     

氮素添加对贝加尔针茅草原土壤团聚体碳、氮和磷生态化学计量学特征的影响

大气氮沉降增加作为全球气候变化的重要现象, 其对草原生态系统的影响成为生态学研究热点之一。掌握氮沉降对草原土壤团聚体碳(C)、氮(N)和磷(P)生态化学计量学特征的影响,可为全面分析和评估氮沉降对草原生态系统的影响提供基础资料。自2010年起,在内蒙古贝加尔针茅草原典型地段设置N₀ (0 kg N·hm^-2·yr^-1)、N₁₅ (15 kg N·hm^-2·yr^-1)、N₃₀ (30 kg N·hm^-2·yr^-1)、N₅₀ (50 kg N·hm^-2·yr^-1)、N₁₀₀ (100 kg N·hm^-2·yr^-1)、N₁₅₀ (150 kg N·hm^-2·yr^-1) 6个氮素添加处理模拟氮沉降野外控制试验。结果表明:氮素添加极显著提高了土壤团聚体的稳定性和>2 mm团聚体比例(P<0.01);各氮素添加处理中0.25~2 mm团聚体有机碳、全氮含量均显著高于其他粒径(P<0.05),全磷含量在各粒径团聚体中差异不显著;与对照相比,氮素添加显著提高了>0.25 mm土壤大团聚体有机碳和全氮含量(P<0.05),对全磷无显著影响;氮素添加导致>0.25 mm土壤大团聚体C/N降低,0.25~2 mm土壤团聚体 C/P、N/P升高(P<0.05)。综合分析,氮添加在一定程度上促进了土壤的固碳潜力,提高了土壤团聚体有机质的矿化速率,随着氮素添加水平的提高,土壤团聚体中P元素成为限制草原植物生长的主要限制因子。