黄土高原天然草地藻和藓结皮土壤养分特征与差异

采用野外调查和室内试验相结合的方法对黄土高原天然草地藻和藓结皮层及其下层土壤养分含量进行了分析比较。结果表明,藻和藓结皮的存在致使结皮层土壤养分的富集特征存在差异,藓结皮层土壤SOC、TN、TP、Na、Ca、Cu和Zn含量存在明显的富集现象,其富集系数分别为160.76%、49.68%、12.27%、8.70%、12.04%、25.00%和71.18%;而藻结皮层AN和AP含量有明显的富集,系数分别为241.38%和237.13%。另外,藓结皮SOC、TN、AN、TP、AP和K含量均显著高于藻结皮,而Ca含量则显著低于藻结皮。此外,藻和藓结皮层土壤养分含量的差异明显大于结皮下层,且藻和藓结皮不同土层土壤养分含量间的相关关系存在差别,其中藓结皮层SOC、TN、AN、Na和Cu均相互表现为正相关关系,而藻结皮层SOC、TN、AN、TP、AP和Na均相互正相关。因此,藻和藓结皮对草地土壤养分的富集和退化草地培育改良具有重要作用。     

黄河源区黑土滩人工草地地表结皮与未结皮区土壤微生物多样性

为研究微生物群落多样性对土壤生物结皮的响应,本试验通过对有生物结皮和无生物结皮土壤微生物多样性的研究,分析黑土滩人工草地有生物结皮和无生物结皮土壤微生物细菌群落多样性。结果显示,无论是否有土壤生物结皮,土壤微生物细菌群落门水平的优势群落相同。变形菌门Proteobacteria群落都表现出在有生物结皮土壤中的百分含量大于五生物结皮土壤。放线菌门Actinobacteria和酸杆菌门Acidobacteria微生物含量在无生物结皮土壤中高于有生物结皮土壤。PCA分析结果表明,在相同采样地点有土壤生物结皮与无土壤生物结皮群落之间微生物细菌群落遗传距离较近,而不同采样点之间的微生物细菌群落遗传距离相对较远。本研究认为土壤生物结皮的形成与土壤中微生物群落结构的变化密切相关,微生物群落结构组成的变化在一定程度上能够说明土壤生物结皮的发生。     

黄土丘陵区草地根系生物量对踩踏干扰生物结皮的响应

为明确干扰生物结皮对高等维管束植物的影响,本研究以黄土丘陵区退耕封禁20年左右的草地为对象,通过野外调查与室内分析相结合,研究了踩踏干扰对退耕地生物结皮及植物根系生物量的影响。结果表明：干扰降低了生物结皮盖度,增加了植物盖度;干扰显著增加植物根系总生物量,37%干扰度组较不干扰组增加104.55%,其中0~10 cm土层较不干扰组增加204.59%;干扰增加了0~10 cm土壤含水量,48%干扰度组较不干扰组增加22.37%;干扰生物结皮降低了夏季午后土壤温度,37%干扰度组较不干扰组降低5.85℃;干扰增加了生物结皮下层土壤全氮含量,影响了土壤养分循环以及水文、温度的重新分配,促进了与之镶嵌分布的植物根系的生长,并促使草地根系浅层化。     

退耕典型草地土壤饱和导水率及其影响因素研究

土壤饱和导水率K_s（soil saturated hydraulic conductivity）反映土壤水分入渗能力,是重要的水力参数。通过对云雾山典型草原区不同年限退耕地0~40 cm土层的土壤饱和导水率进行测定,并对土壤饱和导水率及其影响因子进行了方差和通径分析。研究表明：退耕过程有利于提高土壤饱和导水率,退耕第3-22年,饱和导水率从4.16 mm·min^-1增加到6.74 mm·min^-1,提高了61.9%。在这一阶段0~40 cm土层土壤团聚体稳定性整体得到改善,其中20~40 cm土层土壤团聚体稳定性改善更为明显。退耕开始阶段（3年）土壤有机质含量下降至最低,仅为17.79 g·kg^-1,随后有机质迅速积累,到退耕24年时含量达52.49 g·kg^-1,增加了195.1%。土壤水稳性大团聚体含量和有机质含量是影响饱和导水率的主要因素,水稳性团聚体直接作用更显著,有机质间接作用更显著。每增加1个单位水稳性大团聚体含量,饱和导水率提高2.4%,而土壤有机质含量增加1个单位,土壤饱和导水率只提高1.2%。     

生物结皮对高寒退化草地植物群落的影响

生物结皮在各类生态系统中扮演着重要的角色,具有调控土壤水分,养分含量与侵蚀敏感性等作用,并可直接或间接地影响地上植物群落,但对植物群落发展存在促进还是抑制作用尚不清楚。本研究于2017年在青海贵南县森多镇高寒草原,设置大样方,对生物结皮种类和分布格局进行调查。结果表明：在青藏高原高寒退化草地生态系统中,生物结皮的存在显著影响了植物的群落结构,降低了杂草的比例;苔藓生物结皮的盖度与草本植物盖度在初级发育阶段的生物结皮（地衣和苔藓共存）的样方中呈显著正相关关系（P<0.05）,在高级发育阶段的生物结皮（仅有苔藓结皮存在）的样方中正相关关系极显著（P<0.01）。由此可见,生物结皮是高寒草地生态系统的重要组成部分,有调节高寒退化植物群落的结构和功能的作用。     

生物结皮对高寒草地植物群落和土壤化学性质的影响

生物土壤结皮（生物结皮）是退化高寒草地重要的地表覆盖物,它具有调控土壤养分循环和影响植物群落结构和特征的作用。本研究以不同盖度生物结皮、草本植物群落和土壤化学性质为研究对象,于2018年7月份在青海省贵南县高寒草地展开试验调查和取样。结果表明：生物结皮盖度的变化显著影响了草本植物群落的结构,降低了禾本科植物的比例和植物群落的平均高度（P<0.05）;生物结皮盖度与土壤酸碱度呈极显著的负相关关系（P<0.01）,与土壤全氮含量呈极显著的正相关关系（P<0.01）,与土壤有机碳含量呈显著的正相关关系（P<0.05）。可见,生物结皮的存在和盖度变化会显著影响高寒草地草本植物群落和土壤养分循环,在高寒草地退化问题的治理中可能扮演着重要的角色。     

退化程度对玛沁高寒草甸植物群落及土壤持水能力的影响

为探讨退化程度对三江源高寒草甸植物群落演替及水源涵养能力的影响,本研究选取青藏高原三江源玛沁不同退化程度高寒草甸样地,通过野外监测及室内试验相结合的方法,分析不同退化程度对三江源高寒草甸植物群落盖度、高度、物种数、生物量及土壤容重、饱和导水率和持水能力的影响.结果表明:1)高寒草甸不断退化过程中,玛沁高寒草甸植物平均高...     

库布齐沙地土壤微生物数量初步研究

对库布齐沙地不同生境下土壤微生物细菌、真菌、放线菌、自身同氮菌数量进行研究,结果表明,不同菌种之间表现为细菌最多,其次是自身固氮菌、放线菌,最后是真菌.土壤微生物数量垂直分布顺序是5～10cm>2～5cm>10～20cm>0～2cm.在土壤有无结皮不同样地间微生物数量排列顺序是固定沙地藓结皮>半固定沙地藻结皮>固定沙地无结皮>半固定沙地无结皮>流动沙地无结皮>固定沙地藻结皮.4种微生物数量的季节变化为夏季是秋季的2.25倍,是冬季的26.13倍,秋季是冬季的11.64倍.     

放牧强度对黄土丘陵区生物结皮土壤化学计量学特征的影响

研究以位于黄土丘陵区的固原、定边、神木、安塞为研究区域,以各区20年以上封禁草地（G0）为对照,分析了不同放牧强度（以羊粪球密度计：G1,0~10个·m^-2;G2,10~20个·m^-2;G3,>20个·m^-2）下生物结皮层及0~2 cm土层土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）含量及生态化学计量学特征。结果表明：放牧仅降低安塞藓结皮盖度,对各地区的藻结皮盖度和生物量均无影响;从各区域来看,除神木生物结皮层和0~2 cm土层SOC、TN、N：P、C：P在G3下降低以外,其余地区各放牧强度下SOC、TN、TP含量及C：N、N：P、C：P无降低现象;总体来看,各强度放牧对生物结皮层SOC、TN、TP含量及C：N、N：P、C：P无影响,对0~2 cm土层SOC、TN、TP含量及C：N无影响,而N：P、C：P在G3降低。综上,放牧强度小于G3时,黄土丘陵区退耕草地生物结皮土壤养分及生态化学计量学特征无降低现象。     

内蒙古库布齐沙地土壤蛋白酶初步研究

用Folin-Ciocalteu比色法对库布齐沙地不同生境下土壤蛋白酶活性进行了测定,结果表明：在流动沙地中,土壤蛋白酶活性的季节变化为夏季＞春季＞秋季＞冬季,垂直变化为10～20 cm＞2～5 cm＞5～10 cm＞0～2 cm。在半固定和固定沙地中,土壤蛋白酶活性的季节变化为夏季＞秋季＞春季＞冬季,垂直变化为0～2 cm＞2～5 cm＞5～10 cm＞10～20 cm。在半固定沙地中无结皮类型的土壤蛋白酶活性大于藻结皮类型,在固定沙地中藓结皮类型土壤蛋白酶活性＞藻结皮类型＞无结皮类型。     

高寒草甸表层土壤物理性状对短期放牧的响应

为探讨不同放牧强度对高寒草甸土壤物理性状的影响,设重度放牧(HG)、中度放牧(MG)和轻度放牧(LG)3个放牧强度样地,调查放牧样地表层土壤(0~10cm)的土壤容重、孔隙度、土壤饱和含水量、田间持水量、有效含水量并土壤持水和入渗性能。结果表明,LG和MG的初始含水量、毛管持水量与非毛管持水量均显著高于HG,LG的土壤饱和含水量和田间持水量均显著高于HG,但3个放牧强度间土壤容重、孔隙性状、土壤有效含水量和非毛管持水量均无显著变化;入渗曲线高低为LGMGHG,用模型模拟曲线,拟合精度为Horton模型通用经验模型Philip模型Kastiakov模型;初始入渗率、平均入渗率、稳定入渗率和90min入渗总量均表现为LG显著高于HG;土壤入渗性能均与土壤初始含水量、总孔隙度、非毛孔隙度、通气孔隙度、饱和含水量、田间持水量、有效含水量、非毛管持水量、毛管持水量、最大持水量显著正相关,与土壤容重显著负相关,与毛管孔隙度相关性不显著,但初始入渗率与初始含水量、田间持水量、有效含水量及毛管持水量无显著相关性。回归分析表明,土壤通气孔隙度和有效含水量是影响入渗率的限制因子。短期轻度放牧有利于土壤持水和导水,降低土壤物理结构退化风险;Horton模型适用于该区放牧草地入渗过程的模拟。     

Biological soil crusts of the Succulent Karoo: a review§

The Succulent Karoo is characterised by a dense coverage of biological soil crusts (biocrusts) belonging to different types and successional stages. Whereas the Soebatsfontein region hosts cyanobacteria-dominated and minor amounts of lichen- and bryophyte-dominated biocrusts, the Knersvlakte comprises a rich cover of hypolithic crusts growing on the sides and undersides of quartz pebbles. Apart from dominating photosynthesizers used to classify biocrusts, each crust type hosts a rich and specific fungal and bacterial community and also diverse protists. In a remote-sensing mapping approach, soil-inhabiting biocrusts of the Soebatsfontein region covered ～27% of the surface area, whereas in the Knersvlakte soil-inhabiting biocrusts covered ～16% and hypolithic biocrusts ～42% of the region. Combining these data with biomass contents, results suggested that the Knersvlakte, despite somewhat harsher environmental conditions, harboured about 65% more biocrust biomass per surface area. In physiological measurements we observed that biocrusts emit the reactive nitrogen compounds nitric oxide and nitrous acid, showing water pulse-dependent emission patterns. In addition, CO₂ gas fixation showed characteristic type-specific patterns depending on climatic conditions. Long-term microclimate measurements along a gradient revealed that forecasted climate and land-use change may be detrimental for biocrusts with potentially adverse effects on soil stability and overall fertility of the Succulent Karoo.     

祁连山东段金强河河谷高寒草地土壤的水文特征

祁连山东段高寒草地土壤水文效应对该区域陆面水文过程、水文循环、石羊河水资源和生态环境维持等作用巨大。因此,深入开展高寒草地土壤水文效应研究对深入了解和认识高寒地区土壤水文过程和陆面水文过程有重要意义。为此,本研究以祁连山东段金强河河谷高寒草地为对象,分析了土壤含水量、持水特征、入渗速率和草地蒸散等土壤水文特征和变化规律。结果表明:河谷山地阳坡和河谷山地阴坡下部高寒草地田间持水量、毛管持水量和饱和持水量随土层加深先增大后减小,河谷水平阶地和山地阴坡上部高寒草地土壤持水量随土层加深逐渐增大;河谷0-30 cm土层高寒草地田间持水量和毛管持水量均为阴坡上部>阳坡下部>阴坡下部>阳坡上部>水平阶地,饱和持水量表现为阴坡上部>阳坡下部>阳坡上部>阴坡下部>水平阶地。高寒草地土壤初渗透率最小,渗透性随着渗透时间的增加土壤渗透速率不断增大,当渗透达到稳定状时土壤渗透速率最大。河谷高寒草地0-30 cm土层土壤含水量为阴坡下部>阴坡上部>阳坡下部>水平阶地>阳坡上部。河谷高寒草地在6月-9月的日均蒸散量为2.429 mm·d^-1,蒸散总量为293.254 mm。可见,研究区河谷地形对高寒草地土壤水文特征有显著的影响,因此对祁连山东段高寒区水资源合理管理与利用过程中要综合考虑地形与土壤水文特征之间的关系。     

Trampling Disturbance of Biocrust Enhances Soil Carbon Emission

Biocrusts play an important role in the carbon cycle in arid and semiarid ecosystems. Activities such as livestock grazing can disturb ecosystem functions of biocrusts. However, it is unclear whether disturbance intensity impacts carbon emission from these biocrusts. Few studies have investigated the transformation of carbon within biocrusts after disturbance. Here, we conducted a field experiment on the Loess Plateau, China, in which we artificially simulated different intensities of trampling to examine the response of biocrust carbon emissions to disturbance. Our results demonstrate that disturbance significantly reduced biocrust coverage. The largest decreases were observed in the second through fourth intensity, which declined significantly by 12.6–17.1%. Disturbance decreased soil organic carbon content in the biocrust layer by 2.6 g kg⁻¹–3.7 g kg⁻¹ depending on the disturbance intensity. Disturbance significantly increased the soil easily oxidizable carbon (SEOC) content in the biocrust layer. The soil microbial biomass carbon (SMBC) content of the fifth intensity increased significantly by 70.3%. The soil mineralizable carbon (SMC) content of the fourth intensity increased significantly by 78.8%. Soil carbon emissions increased significantly with increasing disturbance intensity, were higher at night than during the day, and were higher in the summer than in the fall. Together, these findings indicate that the increase of carbon emission was mainly due to increases in SEOC and SMC. Trampling disturbance increases carbon emissions from biocrust soils. These losses of CO₂ from biocrust soils after disturbance may substantially reduce the biocrust contribution to the soil carbon budget.     

基于APSIM模型的黄土旱塬区苜蓿——小麦轮作系统深层土壤水分及水分利用效率研究

黄土高原地区降水较少且季节性分配不均,苜蓿连续种植所导致的深层土壤干燥化问题已经引起普遍关注,苜蓿与粮食作物轮作是恢复苜蓿草地土壤水分、提高粮草种植系统可持续性的有效方式。但是长期轮作对土壤水分环境和水分利用效率的影响仍然缺乏研究,农业生产系统模拟模型（APSIM）具有广泛的适应性,可准确模拟耕作管理对作物系统资源利用的影响。首先根据黄土旱塬区庆阳、长武、镇原3个试验区试验数据验证APSIM模型模拟苜蓿长期连作和苜蓿-小麦轮作系统深层土壤水分和苜蓿产量的可行性,然后设置历时38年的81组轮作情景,评估不同轮作模式对农田深层土壤水分、系统干物质产量、氮素吸收和水分利用效率的影响。结果表明：APSIM模型模拟苜蓿产量的精度较高,模拟结果的决定系数（R²）为0.65,均方误差（RMSE）和平均绝对误差（MAE）分别为0.23 t·hm^-2和0.17 t·hm^-2,归一化均方误差（NRMSE）为29.2%;模型能够精确模拟长期苜蓿连作和苜蓿轮作小麦农田0~1000 cm的土壤含水量,长期连作模拟结果的R²为0.73,RMSE、MAE及NRMSE分别为0.021 t·hm^-2、0.017 t·hm^-2和11.7%,轮作系统模拟结果的决定系数为0.83,RMSE、MAE及NRMSE分别为0.024 t·hm^-2、0.018 t·hm^-2和11.8%。情景模拟结果表明,随着苜蓿在系统中轮作年限的增加,0~1000 cm土壤剖面水分极度缺乏（含水量在0.10~0.15）的区域以400~600 cm土层为起点不断扩大,当苜蓿轮作年限大于12年时,所有轮作周期的处理土壤都出现了大范围水分缺乏。81个情景中12年苜蓿轮作14年小麦（L12W14）、L12W16和L8W16这3个处理的总产量最大;系统吸氮量随着苜蓿加入年限的增加而增加,小麦轮作年限大于10年以后系统吸氮量急剧下降;苜蓿轮作大于8年以后系统水分利用效率随着苜蓿年限的增加而降低。综合考虑土壤水分环境和水分利用效率,建议研究区苜蓿-小麦轮作系统中苜蓿轮作年限为4~6年,小麦轮作年限大于4年。研究结果可为黄土旱塬区苜蓿草地管理及草田轮作实践提供一定的参考。     

紫色土埂坎典型草本根系摩阻特性对土壤含水率的响应

为进一步探索紫色土埂坎草本根-土界面摩阻特性与土壤含水率的关系,以紫色土埂坎常见稗草、马唐和牛筋草3种草本根系为研究对象,设置不同土壤含水率（5%、10%、15%、20%和25%）,通过直剪和拉拔摩阻试验测定草本根-土复合体的摩阻特性指标（黏聚力、摩擦系数、最大抗拔力和抗拔强度）,分析了土壤含水率对不同草本根-土界面摩阻特性的影响。结果表明：1）当含水率为15%和20% 时,根-土界面黏聚力达到较小值,而摩擦系数、最大抗拔力和抗拔强度达到较大值。2）3种草本根-土界面拉拔摩阻特性差异显著（P<0.01）,牛筋草根-土界面平均最大抗拔力和抗拔强度分别是马唐的1.18和1.30倍,是稗草的1.14和1.10倍。3） 草本根-土界面间抗剪强度和垂直荷载的关系服从莫尔-库伦准则。当含水率为20%和25%时,根-土界面间抗拔力达到较大值。4）在相同垂直荷载和土壤含水率条件下,牛筋草根-土界面抗剪强度显著高于马唐和稗草（P<0.05）。由此可知,牛筋草根系能增强紫色土埂坎稳定性,其根系对埂坎的加固作用约在土壤含水率为15%时效果最佳。研究结果可为三峡库区紫色土埂坎固埂护坡草本植物的筛选提供参考。     

中水灌溉绿地对土壤微生物数量的影响

通过对深圳市罗芳污水厂厂区长期中水灌溉绿地土壤的调查,探讨中水灌溉对土壤微生物类群数量的影响。结果表明,长期中水灌溉下土壤微生物类群数量与清水相比有增加的趋势。在土壤表层(0~20 cm),以细菌的增加最显著(P0.05),增幅达43.49%~76.22%;其次是放线菌,增幅达7.11%~15.39%;真菌的变化最小,增幅仅达0.96%~3.44%,但放线菌和真菌差异不显著(P0.05)。土壤含水量与土壤微生物呈不同程度的正相关关系,且中水灌溉下较清水变化更显著。从而表明中水灌溉绿地能够促进土壤微生物的繁衍,有利于植物的生长发育。     

深圳市5类城市绿地土壤渗透性研究

为探明深圳市不同类型绿地土壤渗透性特征,依据CJJ/T85-2017《城市绿地分类标准》,选择G1公园绿地、G2生产绿地、G3防护绿地、G4附属绿地和G5其他绿地进行土壤渗透性测定和定量分析。结果表明:(1)各绿地土壤水分渗透率依次为:生产绿地防护绿地其他绿地公园绿地附属绿地,3项渗透特征值为:初渗率平均渗透率稳渗率,入渗率随着土壤深度增加呈减小趋势;(2)经考氏经验公式对水分入渗模型拟合,各拟合模型的相关系数R2≥0.748 8;(3)对土壤渗透性与主要土壤因子进行相关性分析,发现初渗率、平均渗透率和稳渗率与土壤容重呈极显著负相关,与土壤总孔隙度和非毛管孔隙度呈极显著正相关,平均渗透率与毛管孔隙度呈显著负相关,其余比对虽有相关关系,但均未达到显著水平。     

调亏灌溉对高寒荒漠区人工混播草地土壤环境与牧草生长的影响

针对中国高寒荒漠草原区牧草种植模式单一、产量水平低下的草业畜牧业生产现状,探究更为有效的灌水模式以提高牧草产量,以实现区域水土资源高效利用。以燕麦和箭筈豌豆混播草地为研究对象,采用大田试验对比分析了7种调亏灌溉模式（拔节期轻度亏水BW₁：65%~75%,拔节期中度亏水BW₂：55%~65%,拔节期重度亏水BW₃：45%~55%,开花期轻度亏水KW₁：65%~75%,开花期中度亏水KW₂：55%~65%,开花期重度亏水KW₃：45%~55%,以全生育期充分灌水QW₀：75%~85%为对照）对混播草地土壤水分、土壤温度和土壤养分及牧草株高、茎叶比、产量和水氮利用效率的影响。结果表明：1）平均土壤贮水量随灌水亏缺程度的提高呈降低趋势,同一亏缺度条件下,拔节期亏水与开花期亏水间无显著差异。2）水分亏缺处理的平均土壤温度显著高于充分灌水处理,且水分亏缺度一定时,拔节期亏水处理的平均土壤温度显著高于开花期亏水处理。3）收获后各处理的土壤养分含量较播种前呈降低趋势。与充分灌水相比,开花期轻度亏水可显著提高土壤速效氮含量,而中度或重度水分亏缺不利于牧草对土壤速效磷和钾的吸收。4）同一灌水模式下,燕麦株高、茎叶比和产量均显著高于箭筈豌豆。7种灌水模式的草地耗水量为386.1~502.6 mm,与处理QW₀相比,处理KW₂的灌水量减少20.6%,牧草总产量无显著差异,可获得较高的水分利用效率（31.5 kg·hm^-2·mm^-1）、灌水利用效率（81.0 kg·hm^-2·mm^-1）、氮素吸收效率（0.99 kg·kg^-1）和氮肥偏生产力（191.1 kg·kg^-1）,是高寒荒漠区燕麦与箭筈豌豆混播人工草地节水、增产和高效的水分管理模式。