黄土丘陵区不同土地利用方式对土壤水分及地上生物量的影响

[目的]研究不同土地利用方式下的土壤水分状况及其与植被群落特征的关系,为黄土丘陵区的植被恢复和重建提供理论依据。[方法]采用野外调查的方法和数理统计分析方法开展研究。[结果]纸坊沟流域主要植被类型的地上干生物量为310.0~10 036.2g/m2,平均地上干生物量由大到小依次为:林地灌木地农田人工草地天然草地。地上鲜生物量与株高存在极显著的正相关关系(R2=0.967 4,p0.01)。不同土地利用方式0—100cm土层土壤含水量较高,且土壤水分变异较大;100cm以下土壤含水量相对稳定,坝地玉米和梯田玉米的极易效水量分别为221.73和221.99mm;柠条和刺槐的土壤含水量最低,土壤水分类型为难效水,分别为311.44和333.09mm;其他6种土地利用方式的土壤水分为中效易效水。[结论]黄土丘陵区人工林灌植被的种植导致深层土壤水分的大量消耗,不利于该区植被恢复和建设的可持续发展。     

黄土丘陵区不同坡向及坡位草本群落生物量及多样性研究

以黄土丘陵区纸坊沟流域内的大范家沟阴阳坡和拐沟阴坡坡面主要草本群落为研究对象,分析不同坡向及坡位的草本群落盖度、地上生物量及物种多样性关系。结果表明,阴坡草本群落的物种20多种,较阳坡高30%。阴阳坡面上草本群落生物量和盖度从坡下至坡上逐渐减小。在水分和养分条件好的地段均有灌木入侵。阳坡Margalef和Menhinick丰富度指数均随坡位升高而降低;而阴坡Mafgalef指数随坡位升高而降低,Menhinick指数却随坡位升高而增大;3个均匀度指数和多样性指数在阴阳坡均随坡位的升高而减小。不同坡位引起的植被盖度、Margalef丰富度指数和Alatalo均匀度指数存在显著差异（P〈0.05）。坡位与Margalef丰富度指数和Alatalo均匀度指数呈显著相关（P〈0.05）,与Shannon-wiener多样性指数呈极显著相关（P〈0.01）。描述或评价群落多样性、丰富度及均匀度时,应多选几个指标参数,避免单一指标带来的片面性。掌握草本群落自身喜阴阳特性、生境特征、植被组成及多样性特征,充分认识植被演替条件和演替规律,对指导该区植被和生态系统恢复与重建具有重要意义。     

黄土丘陵区铁杆蒿群落和长芒草群落地上生物量及土壤养分效应

为了明确黄土丘陵区典型植被演替过程中植被与土壤的互动效应,为植被恢复提供依据,采用野外调查和室内分析的实验方法,结合逐步回归和通径分析数据处理方法,研究该区铁杆蒿群落和长芒草群落随着恢复演替的进行,地上生物量、地下生物量、土壤养分的动态变化及其地上生物量与环境因子的关系,并对2种群落进行比较分析。结果表明:随着退耕年限的增加,铁杆蒿和长芒草群落的地上生物量、地下生物量呈逐渐增加的趋势;2种群落的土壤有机质和全氮也都呈增加的趋势,且同群落生物量的变化趋势步调基本一致;全磷和硝态氮也表现了总的增加趋势,但与生物量的变化趋势不太一致。逐步回归与通径分析表明,对铁杆蒿群落地上生物量影响较大的环境因子是有机质、黏粒质量分数和水分含量,其中有机质质量分数和水分含量表现为正效应,即生物量随有机质质量分数和土壤水分含量的增加而增大,土壤黏粒质量分数表现为负效应;对长芒草群落影响较大的是海拔、坡位、年限和全氮质量分数。     

黄土丘陵区人工与自然植物群落物种多样性研究--以安塞县为例

选取4个物种多样性指数对黄土丘陵区(安塞)主要的天然及人工群落物种多样性进行了研究,试图讨论植被恢复重建途径与物种多样性的关系。结果表明：处于植被自然恢复阶段的群落其物种丰富度指数、多样性指数、均匀度指数均在演替的第三阶段较高;人工灌木群落的多样性指数和丰富度指数都要大于人工草本群落,但是人工草本群落的均匀度指数要比人工灌木群落大;同样．天然植物群落比人工植物群落的均匀度指数小,但其物种丰富度、多样性指数均高于人为干预的人工植物群落。     

黄土丘陵区典型群落特征及其与环境因子的关系

研究了安塞县黄土丘陵区4种典型群落分布、物种多样性、生物量变化与环境因子的关系。结果表明,所选群落的盖度和地上、地下生物量随退耕年限增加而明显增加,土壤水分、粘粒含量也有增加趋势;典范对应、多元回归和通径分析表明,群落的分布及变化受环境因子综合影响,土壤有机质、恢复年限、粘粒含量、坡向、海拔、硝态氮含量等是影响退耕地典型群落特征及分布的主要因子;土壤全磷含量对生态优势度,有机质、全氮含量分别对地上、地下生物量有最大正效应。本研究为黄土丘陵半干旱区退耕地植被恢复重建提供了理论依据。     

陕北黄土丘陵区撂荒演替前期群落异质性研究

采用典型相关分析方法,对陕北黄土丘陵区撂荒演替前期8块样地进行了群落间异质性和群落异质性分析。结果表明,群落间异质性大于群落异质性,且群落间异质性与环境因素差异多数为正相关,说明环境对撂荒演替前期群落组成与结构起到了一定的塑造作用。典型相关分析进一步表明,群落间异质性主要是群落组成异质性,有49.6%是由环境差异引起的。土壤全氮、磷和钾含量与群落间组成异质性有较强的正相关关系,说明氮、磷和钾肥对撂荒演替中群落组成有较大的影响。因此在草地植被恢复与重建工作中应注意肥料施用,特别是氮肥的施用。     

黄土丘陵沟壑区主要群落地上生物量季节变化及其与土壤水分的关系

为了探讨黄土丘陵沟壑区主要群落地上生物量季节变化及其与土壤水分的关系,选择17个样地8个具有代表性的主要群落,通过野外定点跟踪观测,运用相关分析法对生物量和土壤水分的季节变化及二者之间的关系进行了分析。结果表明:(1)不同植物群落地上生物量具有明显的单峰型季节变异特征,最大值出现在7月或8月份,最小值出现在5月份;(2)土壤水分在土层垂直方向上具有3个明显的分层,0—100cm土壤水分活跃层、100—300cm土壤水分相对活跃层和300—500cm土壤水分相对稳定层,3个层都有规律性的季节变化特征,其中0—100cm土层土壤水分的季节动态变化最为明显,表现为8月份最大,5月或6月份最小;(3)地上生物量的季节变化与土壤水分密切相关,0—100cm土层土壤水分对地上生物量季节变化的影响较为明显,随着土层深度的增加,其影响作用逐渐降低;(4)不同植物群落对土壤水分的消耗作用不同,在植被恢复和重建过程中应因地制宜地选择适宜的物种,以加速整个黄土丘陵沟壑区植被恢复进程。     

黄土丘陵区封禁对侵蚀土壤微生物生物量的影响

采用时空互代法,以典型侵蚀环境纸坊沟流域不同封禁年限的狼牙刺群落和杂灌群落为研究对象,选取放牧地和天然次生林为参照,分析了生态恢复过程中土壤微生物生物量、呼吸强度、代谢商及理化性质的演变特征。结果表明,封禁后土壤理化性质明显改善;微生物生物量随封禁年限的延长变化显著,阳坡随封禁年限增加土壤微生物生物量逐渐增加,25 a后微生物生物量碳、氮、磷较封禁前分别增加252%、161%和174%,但显著低于天然侧柏林,仅为其39.0%、41.8%和53.7%;阴坡封禁前10年微生物生物量迅速增加,随后增加幅度减缓,呈波动式缓慢上升趋势;封禁25 a后微生物生物量碳、氮、磷分别增加108%、93%和102%,但明显低于天然杂灌丛群落和辽东栎林,仅为辽东栎林的54.4%、49.1%和40.1%。土壤呼吸强度在封禁5 a后增大明显,且随着年限增加逐渐上升,阳坡25 a时达到最大值,而阴坡15 a时达到最大值,随后开始有所下降,25 a后降至最低点,但仍显著高于放牧地,相同封禁年限的土壤呼吸强度阴坡明显高于阳坡。qCO2随着封禁进程逐渐降低,25 a后达到最低值。相关性分析显示微生物生物量碳、氮、磷、呼吸强度、qCO2与土壤养分和恢复年限相关性密切,达到显著(p<0.05)或极显著水平(p<0.01)。     

黄土丘陵区不同退耕模式林下草本变化特征

通过对黄土丘陵区纸坊沟流域退耕37a不同退耕模式的油松+紫穗槐混交林(PA)、油松林(PT)、刺槐林(RP)、柠条林(CKK)及对照样地撂荒地(CK)草本植被进行调查与采样,研究物种多样性、草本盖度、枯落物量、地上及根系生物量、根冠比、根长密度等植被的变化特征。结果表明:1)物种多样性撂荒地最高,柠条林最低,顺序为CK>PA>PT>RP>CKK;2)草本盖度、地上生物量均为撂荒地最高,油松林最低,大小顺序分别为CK>CKK>RP>PA>PT和CK>RP>CKK>PA>PT,方差分析结果显示,植被盖度差异不显著,地上生物量差异极显著(P<0.01);3)样地枯落物量、草本根系生物量均为油松+紫穗槐混交林最高,刺槐林最低,大小顺序分别为PA>CKK>PT>CK>RP和PA>CKK>CK>PT>RP,方差分析结果表明,枯落物量未达显著差异,根系生物量差异显著(P<0.05);4)草本根冠比、根长密度均为油松+紫穗槐混交林最高,撂荒地最低,大小顺序分别为PA>PT>CKK>RP>CK和PA>CKK>RP>PT>CK,且均达显著性差异水平(P<0.05);5)土壤分层地下生物量与植被地上各指标达极显著相关(P<0.01),且呈y=xa幂指数关系。     

黄土丘陵区不同植被群落土壤水分研究

在自然条件最为严酷的黄土高原半干旱丘陵沟壑区,土壤水分是植物生长的主要限制因子,而环境因子对土壤水分的影响是一个综合作用的过程,不同的地理区域其相关的影响差异较大,但就其某一具体地区而言存在着重点尺度和主控因子。对黄土丘陵区纸坊沟流域乔、灌、草植被群落的土壤水分进行了分析研究,结果表明:坡位、坡向、海拔是影响该区域土壤水分含量的主控因子;而植被群落也会影响到土壤水分含量的变化,但不能确定其为主控因子,并且可以说明林龄不是影响该区水分含量的因素。     

黄土丘陵区人工灌木林土壤酶特征

 采用时空互代法,以侵蚀环境下黄土丘陵区不同林龄的人工灌木林为研究对象,选取坡耕地和天然次生侧柏林为对照,分析了植被恢复过程中土壤酶的演变特征,并在此基础上提出了土壤酶综合评价指数,分析了其变化过程。结果表明:侵蚀环境下的坡耕地改造为灌木林后,脲酶、蔗糖酶、磷酸酶、纤维素酶、过氧化氢酶活性显著增加,并随种植年限增长逐渐升高,相同林龄的沙棘林酶活性高于柠条林;多酚氧化酶活性显著降低;淀粉酶活性变化规律不明显。相关性分析表明:除淀粉酶、脲酶外,蔗糖酶、磷酸酶、过氧化氢酶、纤维素酶相互之间呈显著正相关(P<0.05),与多酚氧化酶活性呈显著负相关;蔗糖酶、磷酸酶、过氧化氢酶、纤维素酶、多酚氧化酶和土壤有机质、全氮、碱解氮等主要养分因子的相关性显著。坡耕地由于人为活动干扰,土壤酶指数较低,改造为灌木林后随种植年限的延长显著增加,但是仍显著低于该地区植被破坏前顶级群落(天然次生侧柏林)。土壤酶指数可以表征各种酶活性大小的综合作用,能够全面客观地反映生态过程中土壤酶活性的演变过程。     

阿尔泰山布尔津林区不同草地类型物种多样性特征与生产力的关系

为探讨物种多样性与地上生物量的相关性以及物种多样性的垂直变化特征。以阿尔泰山布尔津林区5种草地类型为研究对象,通过对布尔津林区各草地类型的调查,分析了阿尔泰山布尔津林区各草地类型的物种多样性变化特征。结果表明:(1)5个草地群落类型地上生物量差异明显,荒漠草原和山地草甸草原较低,山地草原最高,而山地草甸和高寒草甸处于两者之间。(2)各草地类型群落间的物种多样性指数、优势度指数、丰富度指数和均匀度指数有明显差异,高寒草甸的物种优势度、多样性和均匀度的情况最好,山地草原的丰富度显著优于各草地类型的丰富度。(3)地上生物量只与山地草甸草原山地草甸中优势度和多样性有极显著相关关系,与荒漠草原物种多样性没有表现出显著相关。(4)在海拔900～2 400 m的范围内,草地群落的物种优势度、丰富度、均匀度和多样性指数变化基本一致,均表现为先上升后下降再上升的趋势,峰值出现在1 200～1 400,2 200～2 400 m的地带。研究结果对深入理解阿尔泰山布尔津林区草地资源的空间分布格局及可持续利用具有重要的意义。     

黄土丘陵区不同盖度生物结皮土壤抗冲性研究

按藓类植物所占结皮面积比例为盖度划分标准,采用变坡度水槽研究了不同盖度生物结皮对土壤抗冲性及黏结力、有机质、容重等理化属性的影响,探索了生物结皮理化属性与抗冲性之间的关系。结果表明:结皮容重随结皮盖度的增加呈不断减小的变化趋势4,盖度(苔藓盖度>80%)平均结皮容重比1盖度(苔藓盖度<20%)减小了16%;土壤黏结力、有机质、>5 mm水稳性团聚体百分比均随着结皮盖度的增加而增大。生物结皮通过本身分泌的有机凝胶体和多聚糖等胶结物质及菌丝之间的缠绕、包裹等作用,不但改善了土壤本身的理化属性,而且增强了松散土粒与土粒之间的黏结作用;结皮土壤抗冲刷时间随着结皮盖度的增加而延长,土壤侵蚀率随着结皮盖度的增加而减少,证实了结皮的形成和发育减少或避免了土壤侵蚀的发生与发展;生物结皮提高土壤抗冲性的作用主要表现在生物结皮提高了土壤黏结力与团聚体含量上。     

黄土山丘区植被覆盖变化分析

利用像元二分模型获取研究区植被覆盖度,并对其分级。针对不同等级植被覆盖度建立转移矩阵,研究其数量随时间的变化特征,并利用全局及局部莫兰指数对植被覆盖度的空间集聚状况进行分析,以期为该区植被恢复与保护工作提供依据。结果表明:（1）研究区平均植被覆盖度空间分布整体为中部低两侧高,北部高于南部,整体植被覆盖类型以低覆盖和中低覆盖为主;（2）1991-2010年,研究区裸地、高覆盖类型和中覆盖类型整体占比增加,中覆盖类型涨幅最大;低覆盖类型和中低覆盖类型整体占比减少,低覆盖类型减幅最大;（3）研究区植被覆盖度在1991-2000年退化趋势明显,2000-2010年植被状况转好,退化趋势得到遏制;（4）植被覆盖度的空间聚集情况随着时间的变化逐渐增强,且主要以高值簇和低值簇的形式分布,高值簇和低值簇的空间集聚区域随着时间的变化发生转移;（5）研究区应进一步加强对低植被覆盖区域的恢复力度。     

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。     

黄土丘陵区不同林分类型枯落物层及其林下土壤持水能力研究

研究了青海省黄土丘陵区13种林分类型的枯落物层持水能力,并以荒山荒坡作为对照样地研究其表层土壤物理性质与持水能力.结果表明:不同植被类型,枯落物层平均蓄积量为混交林>针叶林>阔叶林,而平均最大持水量为混交林>阔叶林>针叶林,枯落物层平均厚度和平均有效持水量呈现相同规律,为阔叶林>混交林>针叶林;其土壤表层的总孔隙度、非毛管孔隙度均与枯落物层平均蓄积量呈现相同规律,且有林地土壤有效持水量是对照样地荒山荒坡的2.47～4.07倍.