城乡复合生态系统土壤微生物群落特征及功能差异

土壤微生物在陆地生态系统多个过程中发挥着重要作用,而城市化过程使得城市及其周边地区土地利用发生剧烈变化,形成了异质性环境梯度,直接或间接地影响了土壤微生物群落的组成和功能,进而影响了其承载的生态系统服务。本文综述了城乡复合生态系统不同景观单元土壤微生物群落的组成特征、主要影响因素及其功能差异,发现城市化对土地利用的改变驱动了土壤微生物群落的组成、结构和功能差异,土地利用、土壤污染物、植被覆盖、土壤性质等因素共同影响土壤微生物群落,并且在不同景观中影响土壤微生物的主导因素有所不同。进一步探讨了土壤微生物的生态服务功能,并分析了不同景观中土壤微生物功能存在的差异性。今后需进一步解析社会—经济—自然复合生态系统格局特征对土壤微生物的影响,揭示城乡复合生态系统不同功能区土壤微生物对土壤生态服务的产生和维持机制,明确变化环境下土壤微生物对土壤安全和人类健康的维持机制,以提升土壤生态服务功能、维护城乡土壤安全和人居环境健康。     

植物功能群多样性对人工湿地微生物生物量和营养滞留的影响

为了检验植物功能群多样性是否影响人工湿地植物生物量、微生物生物量和填料营养滞留,本研究在垂直流人工湿地中设置了5个植物功能群丰富度处理（未栽培处理以及分别栽培1、2、3和4个功能群处理）,分别分析了不同处理下的植物生物量、微生物生物量碳和氮、填料中有机碳、NH+4N、NO-3N和有效磷含量。单因素方差分析表明:植物生物量、微生物生物量碳和氮均随着植物功能群丰富度显著提高 (P 0.05),而填料中的NH+4N和NO-3N含量仅依赖于植物栽培与否。相关分析揭示出植物功能群丰富度与植物生物量、微生物生物量碳和氮以及填料中的NO-3N含量均呈正相关关系,而微生物生物量碳分别与填料中的NH+4N和NO-3N含量呈正相关。本研究突出了植物功能群多样性在改善人工湿地中的植物生物量、微生物生物量碳和氮方面的重要性。     

退化喀斯特植被恢复对土壤微生物数量及群落功能多样性的影响

采集不同恢复阶段的土壤样品,采用微生物培养法研究了退化喀斯特植被恢复对土壤微生物数量、群落功能多样性的影响。研究结果表明随着退化喀斯特植被的恢复,土壤微生物数量增加,表现为乔木群落阶段灌木群落阶段草本群落阶段裸地阶段。土壤微生物群落代谢功能分析表明:植被恢复往往导致较高的平均颜色变化率、物种丰富度和功能多样性。乔木群落阶段的平均诱导底物利用率最高,明显地与其他3个恢复阶段不同。总之,植被恢复使得土壤微生物数量增加,碳源平均利用率增强。因此,创造了更好的土壤条件更有利于退化喀斯特植被的恢复。     

基于“三生”功能的福建省国土空间特征及优化研究

[目的] 探究福建省国土空间特征,为解决城镇化快速推进导致的国土空间开发无序和推动其优化布局提供科学依据。[方法] 基于“三生”功能视角,以福建省为研究对象,运用综合评价法、探索性空间数据分析、障碍度模型和比较优势指数分析等方法,开展“三生”功能评价,分析其空间分布特征和障碍因素,找出优势功能区并提出优化对策。[结果] ①福建省2018年生产功能、生活功能和生态功能均值分别为0.061 8,0.093 6,0.030 6,三者空间分布特征整体呈现东高西低。②“三生”功能空间分布上均呈正相关性,三者的热点区和冷点区空间分布特点总体表现为东高西低,区域上存在一定重合。③影响“三生”功能的障碍因素主要有经济密度、生态价值服务总量、交通用地密度和城镇化率。④福建省国土空间可划分为4个功能利用区。[结论] 福建省“三生”功能发展差异大,应均衡区域发展,优化国土空间布局。     

捡拾牦牛粪对高寒草甸植物功能群特征与生产力的影响

青藏高原高寒草甸广大牧区由于交通不便、能源短缺和生活习俗等原因,牛粪依然是当地牧民的主要生活能源来源,长期、大量地捡拾牛粪改变了粪斑的数量和面积,使养分在天然草地上无法回到草地生态系统进行再循环,因而对草地植物群落结构和生物量产生一定影响,从而增加了生态风险。为探讨捡拾牛粪对草地的生态影响,本文以青海省河南县高寒草甸生态系统为研究对象,通过对适度放牧草地上牦牛粪开展为期3年的不捡拾、一半捡拾和全部捡拾3个处理的试验研究,探讨捡拾牛粪对高寒草甸生态系统植物经济功能群落特征和生产力的影响。结果表明:牛粪不捡拾处理的草地生产力显著低于半捡拾和全捡拾处理,植物多样性显著低于半捡拾处理,禾草类优良牧草生物量显著高于半捡拾和全捡拾处理,莎草类优良牧草生物量显著高于全捡拾处理;牛粪半捡拾处理比不捡拾处理草地植被丰富度显著提高31.9%,植物多样性显著增加,群落生产力显著提高9.7%(42.6 g·m~(-2)),优良牧草和可食牧草生物量变化不显著;牛粪完全捡拾比不捡拾处理也显著增加草地植被的丰富度,增幅为10.7%,植物多样性显著增加,群落生产力显著提高4.1%(17.96 g·m~(-2)),但同时毒杂草显著增多,优良牧草和可食性牧草显著减少,牧草适口性变差。捡拾(半捡和全捡)牛粪会使禾草类和莎草类优质牧草生物量显著减少,莎草类在完全捡拾牛粪区生物量极显著减少70%以上;豆科植物生物量显著增加,在完全捡拾牛粪区生物量极显著增加,可达5倍以上;占总生物量74%~79%的杂类草和毒草的生物量也显著增加,且以半捡拾区增量最多。适度的牛粪捡拾可增加植被的丰富度和多样性,也提高了植被的生物量,并可保证牧草的营养品质和适口性。本项研究结果可以为高寒草甸牧区牛粪的适度捡拾和草地生态系统可持续管理提供科学依据。     

长期施用化肥对红壤性水稻土中微生物生物量、活性及群落结构的影响

利用化肥长期定位试验,研究了施肥对土壤微生物生物量、活性及其群落结构的影响.结果表明:与不施肥相比,长期施用化肥不仅增加了土壤微生物生物量,而且导致了土壤微生物群落结构的分异.其中,有机无机配施处理和2倍NPK配施处理显著提高了土壤有机质含量、全N含量、土壤微生物生物量和土壤微生物活性.NPK均衡施肥处理对土壤有机质、土壤微生物生物量及其活性的影响小于非均衡施肥的处理(NP、NK、N、P、K),适当增施K肥有利于提高土壤微生物中真菌的比例.     

油蒿群落不同恢复阶段的土壤水分空间异质性及植被特征

[目的]分析沙地恢复不同阶段(流动沙地、半固定沙地、固定沙地)油蒿(Artemisia ordosica)群落的土壤水分空间变异规律以及植被响应特征,为荒漠地区植被恢复提供科学依据。[方法]利用经典统计学与地统计学相结合的方法进行分析。[结果](1)从流动沙地到固定沙地的演替过程中,土壤水分逐步减少,其空间结构呈现出明显的斑块状和条带状布局特点,同时沙地土壤水分空间异质性逐步增加,土壤水分在不同恢复阶段均表现出随着土层深度的增加,空间相关性逐渐增强的特征。(2)在沙地恢复过程中,油蒿种群的植被覆盖度、生物量、密度呈现逐渐增加的趋势,而植被特征的空间变异性则趋于减弱。(3)在流动沙地和固定沙地上,油蒿种群特征与土壤水分呈现显著负相关(p0.01)。[结论]油蒿种群的植被格局在一定程度上改变了土壤水分的空间异质性与分布格局。     

长期施用有机和无机肥对红壤微生物群落特征及功能的影响

以建于1990年的湖南祁阳长期有机无机定位试验为平台,选择不施肥、无机肥、有机肥及有机肥化肥配施4个处理,利用高通量测序和实时荧光定量技术,研究了长期施用有机肥和无机肥祁阳红壤细菌和真菌的群落特征;利用常规分析方法,研究了土壤微生物呼吸、酶活性和土壤基本理化性质,探索了长期施肥的土壤微生物群落结构与其功能以及土壤养分之间的关系。结果表明,长期施肥改变了土壤的pH值和养分循环;长期施用有机肥增加细菌与真菌种群丰度和多样性;单施化肥增加了真菌种群丰度与多样性,但是对细菌的种群丰度与多样性影响不大;施肥显著改变了土壤细菌与真菌的群落结构,细菌群落结构的改变显著影响土壤微生物呼吸、β-纤维素二糖水解酶以及酚氧化物酶的活性,而真菌群落的改变对微生物的功能影响不明显。本研究表明,施用有机肥不但可以缓解化肥引起的土壤酸化,还能支持更大、更丰富的微生物群体,从而维持更高的土壤活性,对维持或提高土壤肥力具有重要意义。     

耕地利用功能转型的空间尺度特征及驱动机制——对四川省嘉陵江流域的考察

经济高质量发展背景下把握耕地利用(功能)形态旨在为深化耕地多功能管理与可持续利用提供依据。从结构分析视角出发,运用数理量化综合分析法分析了2011—2018年四川省嘉陵江流域耕地利用功能转型空间尺度特征,并探究其驱动机制。结果表明:(1)嘉陵江流域耕地利用功能实现了社会生态型转向经济社会型,正迈向经济生态型;(2)3大市域流域耕地利用功能表现为广元流域基本实现社会生态型转为经济社会型、南充流域逐步从经济社会型转向经济生态型、广安流域由社会生态型转向经济社会型;(3)16个县(市)区耕地利用功能大致呈现西北、东北和东南地区为社会生态型向经济社会型过渡,西南地区为经济社会型和经济社会型向生态经济型过渡两种形态;(4)嘉陵江流域不同空间尺度耕地利用结构均在优化,耕地利用功能具有空间尺度效应,且正向更为协调的功能转变;(5)嘉陵江流域耕地利用功能驱动机制表现为城镇化进程加速耕地市场价值显化,加之农业比较效益下降,诱导农业生产结构发生替代,引致耕地利用结构变化,驱动耕地利用功能形态转变,且城镇化发展是持续驱动力,农业收益是重要因素。综上,提出立足耕地资源本底以加大耕地规划管制力度、协调主体利益矛盾以建构耕地多功能协调机制、深化农业产业体系以保障耕地高质高效利用、强化耕地生态建设以促进耕地可持续性利用的对策建议。     

科尔沁沙地沙质草场土壤水分对干旱和降雨响应的空间变异性

采用地统计学的方法,研究了科尔沁沙地沙质草场土壤含水量对干旱和降雨响应的空间变异规律。结果表明,干旱时沙质草场表层(0～20cm)、亚表层(20～40cm)土壤含水量可很好地拟合成球状模型和指数模型,在1～2．26m,1～6．63m的中等尺度范围内表现出很高的空间自相关性,空间自相关度分别为0．92,0．87．分维数均表现出较弱的空间依赖性．分别为1．99,1．94,两层土壤含水量变异特征差异小,土壤水分的空间变异性强,破碎化程度高。降雨后沙质草场土壤表层、亚表层土壤含水量可很好地拟合成指数模型和球状模型,也具有空间结构特征,空间自相关度分别为0．62,0．98,变程分别为181．80m,4．55m,分维数为1．91,1．99,再有土壤水分空间格局图分析,表层土壤含水量空间变异性小,亚表层空间变异性大,两层土壤含水量变异特征存在明显差异。干旱时与降雨后沙质草场表层土壤水分统计特征、变异函数模型和参数、分维数和土壤水分空间格局分布图存在显著的差异,而亚表层差异较小。一定强度的降雨在短期内只能削弱处于干旱时沙质草场表层土壤水分的空间变异性,使其表层土壤水分破碎化程度、空间变异性减弱,而对土壤深层的水分补充和影响有限。     

退化沙质草地开垦和封育对土壤理化性状的影响

分析了退化沙质草地开垦耕种2年和围封恢复5年后土壤理化性状的特征和变化。结果表明：（1）开垦后2年的耕作,使0－15cm耕作层＜0.1mm细颗粒组分下降了23.8%,其中0－2.5cm表层和2.5-7.5cm亚表层0.1-0.05mm的细沙损失了38.1%和27.0%,土壤的粗粒化程度已接近于流沙;土壤有机碳、全氮、全磷分别下降了38.4%,28.0%和18.4%,下降幅度随土层深度而减小,（2）围封恢复5年后,粒级分布的变化仅发生在0－2.5cm的表层土壤,极细沙（0.1-0.05mm)、粉粒（0.05-0.002mm)和粘粒（＜0.002mm)含量分别提高了43.1%,11.1%和32.5%;土壤有机碳和氮磷养分的显著提高发生在0－2.5cm表层和2.5-7.5cm亚表层,7.5cm土层以下没有变化。（3）草地开垦引发了强烈的风蚀作用,使富含营养的细微颗粒吹蚀,导致有机碳和氮磷养分的损失;采取围封措施后,植被的恢复对土壤养分产生明显的截存和保护效应。     

河北坝上地区坡面尺度根系生物量空间变异

坝上草原的水土保持对于京津的生态环境有着重要的作用,而根系生物量随水平、海拔、深度等方向的空间变异对于水土保持有重要影响。采用根钻法实地采样,通过ArcGIS空间插值方法,构建完整坡面根系生物量各深层分布图,探究随不同凹凸坡形及其过渡带根系生物量分布特征的变化。通过SPSS指数回归分析,探究根系生物量随深度的变化。结果表明,水平方向上,根系生物量的极值多分布于区域的边缘,其中凸坡和凹坡极大值出现最多,中下坡根系生物量相对较多。深度方向上,根系生物量密度随深度呈指数函数变化的特征,其中含有钙积层的偏凸坡位置根系生物量随深度减少较快、含有沟壑的偏凹坡位置根系生物量减少较慢。因此,微地形是在坡面尺度上影响根系生物量空间分布的主导因素。     

开垦对退化沙质草地土壤机械组成及有机碳分布的影响

分析了退化沙质草地开垦耕种40,15,6 a的草地的土壤理化性状的特征和变化。结果表明：草原土壤开垦后,土体自然结构基本消失,分散成单粒或由不同单粒结合的微团聚体,力学稳定性降低,表层土壤粒径〈0.02 mm的黏粉粒的显著降低,0.002～0.02 mm和〈0.002 mm显著增加,随着开垦年限的延长,土壤进一步向粗粒化和单粒化演变;当草地开垦为农田后及转化为林地后,土壤质地又会逐渐逆转,林地中0-2 cm和2-4 cm深度土壤中〈0.002 mm的颗粒又会增加。同时开垦还会导致土壤有机碳下降,土壤肥力严重下降。草地开垦后土壤粒级分布的显著变化,可以反映出开垦导致的强烈土壤结构破坏和受风蚀影响的程度。     

黄土丘陵区退耕坡面草地恢复与土壤物理性质空间分异特征

为了解地形对草地恢复与土壤物理性质的影响以及草地恢复与土壤物理性质之间的影响机制,因地制宜为当地生态恢复提供科学依据。选择吴起县枣庄沟小流域为研究区,对退耕坡面不同坡位草地恢复与土壤物理性质分异特征进行研究。从峁顶到沟底设置8个采样位置,在4面坡共布设128个采样点进行植被调查和土样采集,将0—40 cm土壤分0—10,10—20,20—40 cm 3层进行土壤物理性质测定,并分析其与植被分布的相关关系。结果表明:不同坡位植被分布与土壤物理性质均表现出沟缘线以上的下坡位较优,沟缘线以下的陡沟坡较差的趋势;植被恢复对土壤团聚体有明显改善作用,但对其与土壤物理性质的改善主要集中在0—20 cm表层土壤,对20—40 cm土壤影响较弱;坡度对植被盖度与土壤容重、孔隙度和饱和持水量影响显著且具有极显著相关性,但对团聚体与颗粒组成无显著影响;植被恢复对土壤颗粒组成改善效果缓慢,若土壤颗粒组成被破坏,短期内很难恢复。     

围封年限对沙化草地群落结构及物种多样性的影响

[目的]了解围封年限对宁夏回族自治区盐池县沙化草地群落结构及物种多样性的影响,揭示围封沙化草地植被变化规律。[方法]在半干旱区运用空间代替时间法选取不同围封年限区(5,10,20a)和未封育区(对照)的沙化草地为研究对象,进行群落结构及物种多样性的对比研究。[结果]1年和2年生草本是未封育区的优势种。灌木是封育5a区的优势种,而封育10a区的优势种是灌木和多年生草本,在封育20a区,优势种是多年生草本。与未封育区相比,围封5a,10a区植被数量特征值均有显著提高,而围封20a区特征值稍高,但相差不大。[结论]并不是围封时间越长,植被生长状况就越好。小于5a的封育年限可以提高群落的物种多样性,封育年限大于10a,反而使物种多样性下降。围封措施对植被恢复起到了先促进后抑制的作用。     

干旱草原星毛委陵菜群落种子库与植被功能群结构的关系

以石羊河上游星毛委陵菜(Potentilla aclaulis)群落为研究对象,采取现场植物测定与土壤采样分析相结合的方法,对地上植被、种子库功能群结构组成及相互关系进行分析,探讨了植被演替过程中功能群的响应和群落稳定性的维持机理.结果表明:(1)不同植被梯度下多年生禾草和多年生杂草在植被群落中占据优势地位,优势度比例变化较小,而一、二年生杂草及豆科植物地位不突出,优势度比例较小.(2) 土壤种子库中,水平方向上,在植被梯度下多年生杂草优势度所占比例较高,变幅较小;多年生禾草、豆科植物则表现出由低到高再降低的变化过程,而一、二年生杂草的变化规律与之相反.垂直方向上,0-5 cm与0-15 cm层在植被梯度下,不同功能群优势度比例大小呈显著正相关,5-10 cm与10-15 cm层变化规律不明显.(3) 种子库具有比植被丰富的物种,系统稳定性较高,针对于扰,群落表现出明显的生存策略.     

次降雨后不同时段坡地表层土壤水分和容重的空间变异特征

采用经典统计学方法,通过网格布点,研究黄土高原坡地表层土壤水分和容重在降雨后不同时段的空间变异特征。结果表明：（1）降雨后第1天,表层土壤水分和容重的变异程度分别为中等、弱变异性;在各坡向间土壤水分呈阴坡〉阳坡〉山脊的变化趋势,容重为阴坡〉山脊〉阳坡;（2）降雨后第20天,土壤水分和容重的变异程度均保持不变,但土壤水分在不同坡向间的数量特征发生改变（阴坡〉山顶〉阳坡）,而容重的变化趋势保持不变;（3）表层土壤水分具有弱的时间稳定性,而容重的时间稳定性较强。（4）相关分析表明,降雨后第1天,山脊上的土壤水分与容重具有极显著的负相关关系（P〈0.01）,而降雨后第20天,阴坡土壤水分（容重）与山顶土壤水分呈显著正（负）相关（P〈0.05）。相关结果可为黄土高原坡地水分管理、水土过程调控提供参考。     

海州露天矿排土场边坡土壤抗冲性空间变异性特征

为了深入研究坡面侵蚀过程机理,加快矿山废弃地土地复垦进程,以辽宁省阜新市海州露天矿排土场为研究对象,针对多年来土地复垦的治理成效,运用传统统计学和地统计学相结合的方法,基于GIS技术研究排土场边坡土壤抗冲性的空间变异性特征.结果表明:①土壤抗冲指数的理论模型为高斯模型;②在坡面尺度范围内,土壤抗冲指数具有中等程度空间变...