黄土丘陵区不同植物凋落叶片的分解及养分释放特性

叶片凋落物的分解对生态系统的养分循环具有重要意义。刺槐、油松和柠条是豫西黄土丘陵区退耕还林时普遍采用的树种,高羊茅是该区分布广泛的建种草本植物。采用分解网袋法,对该区4种植物叶片凋落物一年内的分解特征及营养元素的释放规律进行研究。结果表明:1)柠条叶的分解率分别比刺槐叶、油松和高羊茅高8.86%、19.87%和13.18%,分解规律符合Olson指数模型,分解速率为柠条叶刺槐叶高羊茅叶油松叶。2)分解过程中4种凋落叶片的C/N、P含量持续降低,木质素含量缓慢增加,纤维素含量呈先增加后降低的变化趋势;不同凋落叶片分解过程中全C和全N含量的变化趋势存在差异。4种凋落叶片的C、P元素属于直接释放模式,N元素属于富集—释放模式。3)凋落叶片的分解速率与总C含量、木质素含量和C/N均呈显著负相关关系(P0.01),因此该地区凋落叶片的总C、木质素含量和C/N可以作为预测该地区凋落物分解的指标,凋落物叶片功能特征(比叶面积、厚度、硬度等)可能是影响其分解速率的重要因素之一。     

晋北半干旱草地不同分解程度凋落物混合对分解特征的影响

半干旱草地凋落物层广泛存在着不同分解程度的植物残体,为探究其混合分解对草地养分循环的影响,本研究采用野外凋落物分解袋法,对晋北半干旱草地3种乡土植物本氏针茅、艾蒿和铁杆蒿不同分解程度凋落物进行单独[新鲜凋落物（LFresh）、半分解凋落物（LAged）]或混合分解[新鲜凋落物与半分解凋落物1:1混合凋落物（LMix）],研究不同分解程度凋落物混合对分解特征的影响。结果表明：不同分解程度凋落物混合物的干重剩余率随分解时间增加而降低。在分解335 d后,其交互作用强度最大,具体表现为：针茅混合凋落物和铁杆蒿混合凋落物的干重剩余率实测值分别比期望值低5.12%、4.68%,表现为协同效应,而艾蒿混合凋落物表现为加和效应。此外,针茅不同分解程度凋落物混合分解可以促进N释放,抑制纤维素分解;铁杆蒿不同分解程度凋落物混合分解可以促进C释放和木质素分解。研究表明,不同分解程度凋落物混合可以改变分解速率,促进养分释放,从而对草地生态系统的养分循环产生影响。     

黄土丘陵区铁杆蒿群落植被特性及土壤养分特征研究

对黄土丘陵区森林草原带铁杆蒿种群演替变化中不同恢复年限的群落植被特征和土壤养分进行分析,结果表明,随着植被恢复年限增加,群落物种组成不断变化,群落总盖度、地上与地下生物量逐渐增加,群落多样性指数先增加后减小再趋于稳定,丰富度指数缓慢升高但变幅不大,而均匀度指数与多样性、丰富度指数变化趋势相反;土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮和速效钾增加且上层土壤养分恢复较下层块。群落植被因子与表层土壤养分相关分析表明,植物群落总盖度、铁杆蒿盖度、群落物种多样性指数、群落地上与地下生物量与表层土壤(0~20 cm)养分间均呈现正相关关系,铁杆蒿盖度与群落总盖度、表层土壤有机碳、碱解氮间呈显著正相关,与群落地下生物量和丰富度指数(Ma)间的相关性达到极显著水平。群落地上与地下生物量、有机碳和碱解氮间存在显著正相关。群落地下生物量与Ma间存在显著正相关,与土壤有机质、碱解氮达到极显著水平。这说明群落生物量可以在土壤养分因素的作用下得以显著恢复,土地生产力的提高又促进演替的进行。     

黄土丘陵区不同退耕年限草地群落特征及其土壤水分养分效应

采用空间代替时间以及对比分析的方法,根据黄土丘陵区8个退耕年限序列(1~35年)的退耕地的采样数据进行分析,研究在植被恢复过程中,随着退耕年限变化,植被更新与土壤水分养分之间的互动效应。结果表明, 1)黄土丘陵区在退耕35年期间,随着退耕年限的增加,总物种数呈减少-增加-减少-增加的趋势。Margalef指数、Shannon-Wiener指数变化趋势为先增加-减小-增大,而Pielou均匀度指数相反。 2)群落地上地下生物量随退耕年限增大而增大,呈显著正相关关系(P<0.05)。 3)随着退耕年限增加,土壤养分(除速效K外)含量先减少后增加,而土壤速效K含量呈一直下降趋势,土壤水分含量在20~50 cm、50~80 cm、80~100 cm处先增加后减少,在0~20 cm处相反。 4)植被特征指数(除Pielou外)与有机质、全N、全P呈显著正相关,而与土壤养分速效K呈正相关,关系不显著。Pielou指数与土壤养分呈正相关关系,但不显著。     

黄土丘陵区撂荒群落土壤速效养分空间变异性研究

采用经典统计学与地统计学相结合的方法,对黄土丘陵区5块不同撂荒年限样地速效养分在群落尺度上的空间分布特征进行了分析,结果表明,1)与黄土高原地区整体养分水平相比,撂荒样地土壤养分贫瘠,0～20和20～40 cm土层速效养分含量在群落演替中期较高,并且0～20 cm养分含量明显高于20～40 cm;2)速效养分的空间变异主要为结构性变异,撂荒6～7年样地土壤表层的速效钾和硝态氮以及撂荒25年样地20～40 cm硝态氮具有中等空间相关性,其他撂荒群落土壤0～20和20～40 cm的速效养分均具有高度空间相关性;3)随植被群落撂荒演替年限的增加,0～20 cm土层速效钾和硝态氮空间变异性在群落演替前期样地中最大,20～40 cm土层速效钾和硝态氮空间变异性分别在群落演替中期和前、中期样地中最大。0～20 cm土层速效磷和铵态氮空间变异性在群落演替中期样地中最大,20～40 cm土层速效磷和铵态氮空间变异性分别在群落演替前期和中期样地中最大。在不同撂荒年限样地中,4种速效养分具有不同空间自相关性和空间变异性,说明控制这几种养分空间分布的生态学主导过程可能有差异。     

氮磷添加对呼伦贝尔草地凋落物分解的影响

凋落物分解是草地生态系统能量流动和物质循环的重要过程,其分解与初始化学组成（内因）和土壤环境（外因）等因素有关。氮（N）、磷（P）作为植物生长所必需的大量元素,影响生命活动的很多过程,是凋落物分解中内因和外因的重要调控因素。以呼伦贝尔草甸草原中羊草、糙隐子草和披针叶黄华3种植物为研究对象,采用网袋分解法,研究氮磷养分添加在内因和外因方面对凋落物分解的影响。结果表明：1）凋落物分解过程受物种内在因素和土壤环境等外在因素的共同影响,在提高凋落物分解速率上,养分添加在外因方面作用大于内因方面;2）外因方面,氮磷养分添加显著促进3种凋落物分解;内因方面,对糙隐子草和披针叶黄华有促进作用,而对羊草则表现为抑制作用;3）凋落物分解过程中N、P元素的释放与凋落物初始N、P含量和土壤中N、P含量呈正相关关系。研究结果揭示了土壤氮磷养分差异是影响凋落物分解和养分释放的主导因素,今后研究应更多关注外在因素变化对凋落物分解过程的影响。     

藏北高寒草原典型物种凋落物分解与养分动态

凋落物分解在陆地生态系统碳循环和养分循环中起着重要作用,以往的研究主要集中在森林生态系统和温带草原生态系统,而对于高寒草原生态系统关注不足。本研究采用凋落物袋法,通过为期3年的野外分解试验,研究青藏高原北部高寒半干旱草原4种典型物种凋落物[紫花针茅(Stipa purpurea)、青藏苔草(Carex moocroftii)、火绒草(Leontopodium pusillum)、昆仑蒿(Artemisia nanschanica)]的分解动态。结果表明,4种凋落物的质量损失在不同物种和分解时间下存在显著差异,在试验结束时,各物种凋落物失重率大小顺序为昆仑蒿(46.69%)紫花针茅(44.97%)青藏苔草(33.55%)火绒草(17.05%);凋落物的分解常数在0.07～0.22,分解的半衰期在3.14～10.50年,分解的周转期在13.59～45.37年;分解过程中氮(N)、磷(P)养分主要表现为累积–释放和直接释放两种模式,在试验结束时,4种凋落物N、P养分的残留量均表现为火绒草青藏苔草紫花针茅昆仑蒿。本研究将丰富对高寒地区半干旱草原生态系统的生物地球化学循环过程的认识。     

黄土丘陵区流域主要植被类型养分循环特征

以黄土丘陵沟壑区典型小流域纸坊沟流域为例,系统研究流域在植被稳定恢复期1种乔木、4种灌木和9种草地植被类型的养分循环平衡特征。结果表明,乔灌植被类型的叶片养分含量明显高于当年的新生枝条,新生枝条则明显高于枝干;乔木植被类型的生物量、氮磷养分累积量明显高于灌木植被类型,灌木植被类型则高于草地植被类型;乔木的氮养分循环速率是0.789,灌木为0.742,草地为1.000;乔木P2O5循环速率是0.881,灌木为0.758,草地为1.000。乔木的氮养分年盈余量是333.0 kg/km2,灌木为508.5 kg/km2,草地为597.0 kg/km2;乔木的P2O5年盈余量是333.0 kg/km2,灌木为423.0 kg/km2,草地为531.0 kg/km2。     

营养元素在红三叶叶片分解过程中的释放动态

在我国北亚热带高海拔地区应用分解网袋法，研究了红三叶叶片凋落物在分解过程中营养元素的释放特征。结果表明，在分解过程中，各类营养元素的含量和残留率的动态特征均有明显不同。根据这些特征，将其释放模式分为4类，即物理因子主导型、生物因子主导型、生物和物理双重因子主导型和化学因子主导型。     

内蒙古温带典型草原植物凋落物和根系的分解及养分动态的研究

在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站,利用不同放牧强度下连续放牧了10年(1990-1999)的放牧样地,对停牧后草地恢复过程中的羊草(Leymus chinensis)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)和星毛委陵菜(Potentilla acaulis)的凋落物和根系的分解及养分释放特性进行了研究.结果表明,植物凋落物和根系的分解及养分释放速率均以建群种羊草最高,重度退化种星毛委陵菜最低;凋落物和根系的分解及养分释放速率与木质素含量、C∶N、木质素∶N和木质素∶P均呈显著的负相关关系,而与土壤温度和土壤湿度则呈显著的正相关关系;在凋落物和根系的分解及养分释放过程中,土壤温度与土壤湿度存在极显著的互作效应.     

土壤因子对黄土丘陵区不同利用方式土地丛植菌根真菌多样性的影响

丛枝菌根多样性是土壤生态系统生物多样性的重要组分之一。本研究对豫西黄土丘陵区柠条（Caragana korshinskii）林、刺槐（Robinia pseudoacacia）林、苹果（Malus pumila Mill）园和撂荒地的地表植被、土壤养分及AM真菌多样性进行了测定分析,结果表明,该区共鉴出AM真菌6属31种,球囊霉属（Glomus）为各样地的优势属,地球囊霉（G.geosporum）和摩西球囊霉（G.mosseae）为各样地的优势种。与苹果园地相比,柠条林地、刺槐林地和撂荒地土壤AM真菌的孢子密度分别提高49.49%,39.62%和91.42%（P<0.05）;种丰度分别提高54.10%,68.85%和90.98%（P<0.05）;多样性指数分别提高36.54%,30.77%和53.85%（P<0.05）。AM真菌物种多样性指数与pH和速效磷含量显著负相关（P<0.05）,与有机碳和速效氮含量显著正相关（P<0.05）。土壤养分因子对AM真菌多样性的影响顺序为：速效磷 > pH > 速效氮 > 有机碳 > 全氮 > 全钾 > 全磷。土壤AM真菌多样性受宿主植物多样性和土壤养分因子综合影响。     

黄土丘陵区不同管理方式下草地优势种群的生态位

以吴起县杨青川流域草地为研究对象,对封育(Enclosure)、放牧(Grazing)、施肥(Fertilization)、刈割(Clipping)、灭鼠(Deratization)5种管理方式的草地群落进行调查,并运用Levins生态位宽度和Pianka生态位重叠指数对5种管理方式下主要植物种群生态位特征进行分析。结果表明,达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)、铁杆蒿(Artemisia sacrorum)、赖草(Leymus secalinus)、猪毛蒿(Artemisia scoparia)和硬质早熟禾(Poa sphondylodes)的种群总生态位宽度较大,封育放牧施肥刈割灭鼠管理模式下,生态位宽度最大的分别是达乌里胡枝子、赖草、紫花地丁(Viola philippica)、达乌里胡枝子和猪毛蒿,生态位宽度值大于4的物种数分别为6、6、3、4和3种。不同管理方式下各种对间的重叠指数平均值由大到小依次封育放牧施肥刈割灭鼠。施肥管理中,种群间生态位宽度与生态位重叠之间存在线性关系,其它管理方式中种群生态位宽度与生态位重叠之间不存在线性关系。生态位分析表明,封育和放牧管理下种群间对资源的需求趋于相同,彼此间通过竞争共存,有利于群落演替,草地生态系统逐渐得到恢复,施肥、刈割、灭鼠管理使群落物种竞争排序发生变化,破坏了草地生态系统原有的竞争机制,导致群落向简单群落演替。从牧草发展角度出发,封育、施肥和刈割有利于优质牧草生长。     

亚热带单季稻区紫云英不同翻压量下有机碳和养分释放特征

在70%田间持水量以及近自然气温条件下,利用网袋法模拟亚热带单季稻区紫云英盛花期不同翻压量下的腐解和养分释放特征。结果表明,不同翻压量下紫云英干物质腐解速率均为前20 d最高,至60 d后进入缓慢腐解阶段。腐解至90 d,低、中、高翻压量下的干物质累积腐解率分别达78.7%,76.0%,71.2%。紫云英碳、氮、磷、钾累积腐解率与腐解时间呈幂函数关系,拟合方程分别为Y=13.4246X^0.4391(P<0.01), Y=14.0314X^0.4208(P<0.01),Y=3.5458X^0.7037(P<0.01),Y=15.7784X^0.4213(P<0.01)。紫云英有机碳与养分前20 d累积释放率与全腐解期累积释放率均表现为钾>碳>氮>磷,且随着翻压量增加,有机碳及养分累积释放率呈逐渐降低趋势。     

黄土丘陵区弃耕地恢复过程中土壤与植物恢复特征

采用对比分析以及空间代替时间的方法,根据黄土丘陵区5个恢复年限(0-5、6-10、11-15、16-20和21-25年)弃耕地的调查数据,研究其在植被恢复过程中随着弃耕年限的增加植物群落生物量及其土壤养分的变化特征。结果表明,在5个恢复阶段内黄土丘陵区主要的优势物种依次为赖草(Leymus scalinus)、猪毛蒿(Artemisia scoparia)、达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)、长芒草(Stipa bungeana)、白羊草(Bothriochloa ischaemun)。期间,Simpson多样性指数(D)、Shannon-Wiener多样性指数(H)、Pielou均匀度指数(Jsw)、Margalef丰富度指数(Dma)总体上均呈先增大后减小的趋势,其植被覆盖度呈逐渐增加的趋势,这表明黄土丘陵区的植被生物量在自然和人工恢复方式下可以逐渐增加。随着植被恢复年限的增加,黄土丘陵区地上生物量总体上呈现先减少后增加的趋势。土壤养分含量随土层深度(0-20、20-40、40-60cm)的增加而下降,随植被恢复年限的增加土壤有机质、全N和速效K含量呈先减少后增大的趋势,土壤全P含量呈先增大后减小的趋势。植被恢复过程中,21-25年的土壤有机质和全N含量达到峰值,16-20年的土壤全P含量达到峰值,这表明在植被恢复过程中黄土丘陵区土壤养分含量能够得到一定改善,但改善速度缓慢。     

红壤旱地毛叶苕子不同翻压量下腐解及养分释放特征

为了探讨不同翻压量的毛叶苕子在红壤旱地的腐解及养分释放特征,采用尼龙网袋埋田法在江西东乡红壤甘薯地进行了180 d的田间腐解试验,研究了低(15000 kg/hm²)、中(22500 kg/hm²)、高(30000 kg/hm²)3个翻压量下毛叶苕子的干物质腐解规律和养分释放率。结果表明,总体上毛叶苕子腐解存在前期迅速、后期缓慢的现象,翻压180 d后毛叶苕子干物质的最终腐解率达到70.19%~84.18%。碳、氮、磷、钾、镁、硫、铜、锌均在翻压后的前20 d大量释放,钙、锰的释放较慢,铁在翻压前期出现“富集”现象。增加翻压量不会改变毛叶苕子整体的腐解及养分释放规律,但会对养分的释放率和释放速率产生影响。不同翻压量下毛叶苕子碳、氮、磷、钾的释放率和释放速率分别可用幂函数y=ax^b和指数衰减模型v=v₀e^-kx进行拟合,回归分析表明增加翻压量对毛叶苕子碳、氮完全释放的延缓效应最大(延缓354~406 d和791~1358 d)、磷次之(延缓87~122 d)、钾最小(延缓16~27 d)。增加翻压量可以显著提高毛叶苕子碳、氮、磷、钾的释放速率,但仅局限于翻压后的前10或20 d。增加翻压量后毛叶苕子大部分的养分仍在翻压后的前20 d释放,后期的释放量并未得到大幅提高,为后茬作物“持续”供应养分的能力有限。因此,实际生产中应充分结合后茬作物的需肥特性,制定毛叶苕子合理的翻压量。本研究可为中国南方红壤旱地绿肥作物的科学利用提供理论依据。     

陕北黄土丘陵区撂荒演替生态位研究

利用陕北黄土丘陵区17个不同撂荒年限的群落样方数据,分析了撂荒演替中20个主要种的演替生态位宽度和生态位重叠指数,3种生态位宽度指数以Levin和Shannon-Wiener指数适用性较好,2种指数表明演替前期主要种的生态位宽度较窄,后期较宽;演替各阶段优势种生态位较宽,伴生种较窄。根据演替生态位重叠指数,利用种的极点排序和系统聚类法分析了种的演替生态学特性,结果表明,4种生态位重叠指数以Morisita和Pianka指数在演替生态位的研究中适用性较好,种的极点排序与种极点分析和实际观察结果基本一致,指示了种的生态对策连续统,说明种的演替方向和相对竞争能力;系统聚类中类内种的生态学特性基本一致,3类的划分结果表明第1类为定居优势种,位于演替序列前期;第2类为竞争优势种,位于演替后期;第3类为定居-竞争相对平衡种,位于演替中期。     

黄土丘陵区天然群落的植物组成、植物多样性及其与环境因子的关系

选择陕北黄土丘陵区不同立地条件下的4个典型群落,进行群落调查与土壤水分和养分的测定,探索天然群落自然恢复过程中群落的结构组成、植物多样性与环境因子的关系,为该地区的植被恢复提供指导。结果表明:植物群落组成主要集中在菊科、禾本科、豆科和蔷薇科,这4大科植物在该区具有较强的生态适应性;研究区天然群落组成较为简单;铁杆蒿(Artemisia sacrorum)在各立地均有分布,且重要值相对较大,为各个群落的优势种或者亚优势种;植物的生活型中多年生草本植物占优势,其次是半灌木,再其次是一、二年生草本植物,灌木植物所占的比例最少;相同坡向不同坡位的群落较为相似;不同立地条件下群落多样性指数的大小与各立地的水分条件关系密切。植被盖度、坡度、海拔高度和坡向对多样性产生影响,主要是通过直接影响土壤含水量实现的。土壤含水量是影响植物群落组成和多样性最为关键的生态因子,是黄土高原植被恢复和重建的关键性因子。     

半干旱黄土丘陵区微地形变化对人工柠条林草本分布的影响

本研究在典型半干旱黄土丘陵区龙滩小流域内,以水平阶整地方式栽植柠条(Caragana korshinskii)林为研究对象,调查不同坡位柠条林下水平阶内和阶间坡面草本群落组成及生物量,确定微地形及土壤环境变化对草本分布的影响及相对贡献率.结果表明:草本地上生物量及含水量均表现为水平阶内>阶间坡面,不同坡位水平阶内和阶间...     

黄土丘陵区草地土壤脲酶活性特征及其与土壤性质的关系

不同演替阶段植物群落土壤剖面中脲酶的变化趋势是上层明显高于下层,土壤脲酶活性下降较为缓慢均匀,层次之间差别明显。表层脲酶含量最高的186.4mg·kg^-1h^-1,最低的72.1mg·kg^-1h^-1。随着植被的演替发展,酶活性逐步提高,表层所占比例逐步降低。土壤脲酶活性与有机质、全氮、全磷、速效氮呈极显著正相关,与速效钾呈显著正相关,与碳酸钙呈显著负相关。通径分析结果表明:土壤理化因子对脲酶活性直接作用系数的序次为全氮>碳酸钙>有机质>土壤pH>全磷;土壤全氮对脲酶活性的直接通径系数最大,而且它通过有机质和全磷对脲酶的间接效应也很明显,说明它对脲酶活性具有强烈的直接效应和间接效应。有机质对脲酶活性的直接通径系数较小,但有机质通过全氮、全磷对脲酶活性的间接系数却很大,对脲酶活性的影响主要是间接作用;全磷、速效氮和CEC等对脲酶活性直接通径系数都较小,而且通过其它因素对脲酶活性的间接通径系数之和也较小,不是影响土壤脲酶活性的主要因素。