北京山区不同植被恢复类型土壤质量综合评价

[目的] 综合评价北京山区不同植被恢复类型土壤质量,并进一步确定影响土壤质量的关键因素,为该地区植被恢复与重建提供数据支撑。[方法] 以立地条件相近的侧柏纯林、油松纯林、侧柏油松混交林、侧柏针阔混交林、油松针阔混交林、落叶阔叶混交林和无林地(对照)为研究对象,测定14个土壤理化指标作为土壤质量评价的总数据集(TDS),采用主成分分析法(PCA)和Pearson相关性分析建立土壤质量最小数据集(MDS),利用线性(L)和非线性(NL)2种评分方法计算土壤质量指数(SQI)和一般线性模型(GLM)确定影响土壤质量的关键因素。[结果] 植被恢复后相较于无林地,土壤容重、砂粒含量下降,而有机质、全氮、全钾、速效氮、速效钾等土壤养分含量增加。筛选出的研究区土壤质量评价MDS指标为全氮、砂粒、全钾、pH、有效含水量。4种方法(SQI-LT、SQI-NLT、SQI-LM、SQI-NLM)下,不同植被恢复类型的SQI值排序均为落叶阔叶混交林＞侧柏针阔混交林＞油松纯林＞油松针阔混交林＞侧柏油松混交林＞侧柏纯林＞无林地,植被恢复后土壤质量显著提升。SQI-NLM的土壤质量评价方法在北京山区具有更好的适用性。相较于无林地,其他植被恢复类型的SQI-NLM分别提高64%,48%,45%,36%,33%,27%。GLM模型解释了土壤质量指数总变异的85.24%,植被类型对土壤质量指数的解释比例最大(45.09%)。[结论] 选择适宜的植被恢复类型是改善区域土壤质量的关键。未来实施植被恢复时,树种选择上优先考虑阔叶树种。造林配置方式的选择应取决于树种而定,如侧柏纯林中引入本土阔叶树种形成侧柏针阔混交林或选择油松纯林是最佳造林模式。     

基于最小数据集的宁都县不同整地方式下果园土壤质量评价

为探究不同整地措施下梯田果园土壤质量的变化,以赣南宁都县小洋小流域脐橙果园开发示范区内的3种典型坡面(优化整地T_y、传统整地T_c、撂荒地CK)为研究对象,采用主成分分析法(principal component analysis,PCA)筛选最小数据集指标,对该地区土壤质量进行评价。结果表明:(1)由全量数据集(total data set,TDS)和最小数据数据集(minimum data set,MDS)计算的土壤质量指数存在显著正相关关系,R²=0.604,表明MDS可以代替TDS对宁都县脐橙果园开发示范区进行土壤质量评价;(2)3种典型坡面的土壤质量指数(soil quality index,SQI)表现为优化整地(SQI=0.477)>撂荒地(SQI=0.436)>传统整地(SQI=0.220),其中T_y与CK之间无显著差异,T_y的SQI相较于T_c提升1.16倍,表明优化整地措施下土壤质量有显著提升;(3)果园不同土层总体表现为表层(0—10 cm)土壤质量指数大于深层(10—20 cm)土壤,通过土壤质量指数分级发现,优化整地梯田和撂荒地土壤质量优于传统整地。研究结果可以为我国红壤丘陵区的坡地资源利用管理以及梯田修建后水土保持措施布设提供科学依据。     

植被恢复对黄土高原矿区重构土壤理化性质、酶活性以及真菌群落的影响

[目的]研究黄土高原矿区重构土壤植被恢复对土壤理化性质、酶活性以及真菌群落的影响,准确评价植被恢复对该地区的土壤生态恢复效果。[方法]在内蒙古自治区准格尔旗选择3种典型植被恢复类型(灌木、乔木、草地)和未复垦地采集0—20 cm土壤样品,采用扩增子测序技术分析了土壤真菌多样性和群落组成,同时结合土壤理化性质探讨了不同植被恢复类型影响真菌群落多样性的重要因素。[结果]①与未复垦地相比,3种典型植被恢复类型不仅对土壤理化性质和酶活性均有明显提升,还提高了土壤真菌可操作分类单元(OUTs)和多样性指数,且差异显著,以灌木的效果最好。②真菌主要菌门相对丰度在各样地变化趋势为子囊菌门(Ascomycota)担子菌门(Basidiomycota)球囊菌门(Glomeromycota),相对丰度之和已超过50%,土壤真菌群落结构在4个样地之间保持了一定的稳定性。③土壤含水量为影响真菌群落结构的最主要因素。[结论]植被恢复影响土壤理化性质、酶活性及真菌群落多样性,黄土高原矿区生态恢复是一个漫长的过程,在生态恢复过程中,宜种植灌木来改善重构土壤的生态环境。     

黄土高原地区水蚀风蚀交错带土壤质量综合评价

 为揭示黄土高原水蚀风蚀交错带土壤质量变化规律和总体水平,通过敏感性分析、主成分分析和相关分析,确定了研究区的土壤质量评价最小数据集,并利用综合指标和最小数据集定量评价了植被演替和不同植被恢复类型对土壤质量的影响。结果表明,研究区土壤质量评价指标最小数据集为有机质、速效磷、蔗糖酶和真菌。随着退耕年限的增加,土壤质量综合指数并非简单地线性增加,而是在演替的前15a呈现下降趋势,15a后开始呈现增加的趋势,即表现出非正U型的变化。就不同植被恢复类型而言,研究区土壤质量的排序为:刺槐林地>农地>退耕草地>油松林地>沙蒿地>柠条灌木地>杨树疏林地。所确定的土壤质量评价指标最小数据集能够反映综合评价指标的信息,评价结果具有较好的代表性。总体而言,研究区土壤肥力仍属于较低水平。因此,研究区生态建设的任务仍很艰巨,有关植被建设中如何缩短植被演替早期阶段的土壤质量退化是值得探讨的科学问题。     

基于最小数据集的青藏公路沿线土壤质量评价

为明确青藏公路沿线土地土壤质量的基本特征,通过采集沿线3种不同土地利用类型(农地、草地和沙地)的土壤样品,采用主成分分析法(PCA,Principal Component Analysis)筛选最小数据集(MDS,Minimum Data Set)指标,并构建土壤质量指数(SQI,Soil Quality Index)定量评价其土壤质量。结果表明:(1)相较于农地和草地,沙地的土壤肥力较为贫瘠,其土壤有机质、全氮和有效磷的土壤肥力等级均为6级。9个土壤指标均为中低度敏感指标,沙地土壤黏粒和粉粒含量具有更强的空间分异性。(2)沿线土壤质量评价最小数据集由全钾、全磷、有机质、黏粒和粉粒组成,最小数据集能够较好地替代全数据集进行土壤质量评价(p<0.01)。(3)沿线农地的土壤质量指数SQI(0.535±0.043)高于草地SQI(0.499±0.044)和沙地SQI(0.449±0.066)。该研究发现沿线农地土壤质量为中等水平,沿线草地和沿线沙地土壤质量处于较低水平,土壤有机质是影响青藏公沿线土壤质量的主要因素。     

基于最小数据集的塔里木河上游绿洲土壤质量评价

以塔里木河上游绿洲阿拉尔垦区为靶区,综合考虑表征土壤物理、化学和生物学性质的14个土壤指标,利用数理统计方法确定最小数据集并评价土壤质量,同时与不含土壤酶指标的土壤质量评价结果进行对比分析。结果表明:(1)研究区土壤质量评价适用的最小数据集(MDS)包括:土壤水分、全盐、全氮和过氧化氢酶活性;(2)研究区棉田、新开垦农田、果园和林地等大部分耕地土壤质量属于中等及以上水平(SQI≧0.5的占78.12%),大部分分布于河岸及绿洲区域;(3)不包含土壤酶活性指标的土壤质量评价使土壤全盐含量的权重降低,且导致土壤质量评价结果偏低。     

典型喀斯特山区无籽刺梨基地土壤质量评价

以贵州省兴仁县回龙镇无籽刺梨种植基地为研究对象,综合考虑表征土壤物理、化学和生物学性质的16个土壤指标,利用数理统计方法确定最小数据集并评价土壤质量,同时根据划分样方所在坡位的不同,对其相应的土壤质量评价结果进行了对比分析。结果表明:(1)研究区土壤质量评价适用的最小数据集(MDS)包括土壤有机质、pH值、全钾、水解氮、真菌和磷酸酶;(2)研究区上坡位、中坡位和下坡位土壤质量属于中等及以下水平,SQI依次为0.544,0.408,0.503;(3)影响该地区土壤质量的重要指标为土壤有机质和土壤真菌数量。     

神东矿区典型植被不同恢复年限对土壤质量的影响

为揭示矿区土壤质量在植被恢复过程中的变化,采用野外调查和室内分析相结合的方法,以神东矿区中心10个矿区不同恢复年限典型植被种植区土壤为研究对象,测定了土壤容重和全氮、碱解氮、有机质、有效磷、速效钾含量等6项理化指标,通过主成分分析确定了各评价指标权重值,并运用土壤质量指数法对土壤质量进行了评价。结果表明:各指标按权重值排序为全氮(0.198)>速效钾(0.187)>碱解氮(0.182)>有机质(0.177)>容重(0.172)>有效磷(0.084);樟子松、山杏和柠条种植区的土壤质量指数与恢复年限呈线性变化关系,油松和小叶杨种植区的土壤质量指数与恢复年限呈对数变化关系,沙棘、沙柳和黑沙蒿种植区的土壤质量指数与恢复年限呈抛物线关系。总体来说,矿区典型植被恢复对土壤质量有较好的改良效果,在今后的生态治理过程中,需要对恢复年限较长的植被类型加强人工管护,防止土壤质量退化。     

基于最小数据集的吉林省黑土耕层土壤质量评价

黑土作为吉林中部平原粮食主产区主要土壤类型,其质量的优劣直接影响区域生态安全和农业可持续发展。该研究以吉林省典型黑土耕层土壤作为研究对象,采集1 401个土壤样本,测定8项土壤理化指标及玉米产量。采用最小数据集法筛选评价指标,对于黑土耕层土壤进行质量评价,并综合土壤质量指数和产量提出评价指标的适宜范围。结果表明:吉林省黑土耕层土壤质量评价最小数据集由耕层容重、有机质、速效磷、pH构成,由全量数据集(Total Data Set,TDS)、重要数据集(ImportantDataSet,IDS)和最小数据集(MinimumDataSet,MDS)分别计算的土壤质量指数之间存在显著正相关关系,R~2分别为0.716、0.771,表明MDS可以替代TDS对黑土耕层土壤质量进行评价。黑土玉米种植区耕层土壤质量指数分布在0.22～0.75之间,均值为0.53,呈现东部高西部低的趋势。土壤质量指数随产量先增加后降低。黑土耕层保持较高土壤质量及产量的评价指标适宜范围分别为:容重为1.23～1.43 g/cm3,酸碱度(pH值)为4.74～6.96,有机质为33.14～35.81 g/kg,有效磷为122.46～136.06 mg/kg。该研究结果可为吉林省黑土耕层土壤质量诊断、提高黑土肥力及选择适合农田管理措施提供理论及参数支撑。     

喀斯特槽谷区侵蚀坡面的土壤质量评价及障碍因子

[目的]为准确评价喀斯特槽谷区顺/逆层坡侵蚀坡面的土壤质量特征,筛选出适用于该地区的土壤质量评价方法,探析限制其土壤质量的障碍因子。[方法]以重庆市青木关喀斯特槽谷区顺/逆层坡面的5种典型土地利用类型(林地、草地、裸地、玉米地、辣椒地)为研究对象,利用主成分分析法结合Norm值建立评价指标最小数据集(minimum data set, MDS),并通过非线性土壤质量评价方法和隶属度函数对喀斯特槽谷区顺/逆层坡面的土壤质量进行评价。[结果](1)喀斯特槽谷区土壤质量评价指标最小数据集(MDS)包括毛管持水量、毛管孔隙度和全磷;(2)通过非线性土壤质量评价方法得出,逆层坡土壤质量(0.519)优于顺层坡(0.451),其中逆层坡林地土壤质量最优(0.653),辣椒地土壤质量最差(0.426);(3)非线性评价方法在顺/逆层坡的决定系数(R²)均高于隶属度函数,因此喀斯特槽谷区更适合采用非线性评分模型;(4)顺/逆层坡侵蚀坡面的土壤质量障碍因子差异显著,仅有全氮为共同的障碍因子。[结论]适当增加草地和乔木林的覆盖能提高喀斯特槽谷区土壤质量,研究结果可因地制宜地为喀斯特槽...     

中国东北农田土壤质量评价的最小数据集选择

Soil quality assessment provides a tool for agriculture managers and policy makers to gain a better understanding of how various agricultural systems afect soil resources.Soil quality of Hailun County,a typical soybean (Glycine max L.Merill) growing area located in Northeast China,was evaluated using soil quality index(SQI)methods.Each SQI was computed using a minimum data set(MDS) selected using principal components analysis(PCA)as a data reduction technique.Eight MDS indicators were selected from 20 physical and chemical soil measurements.The MDS accounted for 74.9% of the total variance in the total data set(TDS).The SQI values for 88 soil samples were evaluated with linear scoring techniques and various weight methods.The results showed that SQI values correlated well with soybean yield (r=0.658**) when indicators in MDS were weighted by the regression coefcient computed for each yield and index.Stepwise regression between yield and principal components (PCs) indicated that available boron(AvB),available phosphorus (AvP),available potassium (AvK),available iron (AvFe) and texture were the main factors limiting soybean yield.The method used to select an MDS could not only appropriately assess soil quality but also be used as a powerful tool for soil nutrient diagnosis at the regional level.     

矿区复垦土壤与植被交互影响的研究进展

土壤与植被作为煤矿区土地复垦主要成员,在生态恢复与重建方面扮演着重要角色。同时,土壤与植被之间存在着密切的交互影响关系,认识土壤与植被恢复间的交互影响关系及其作用规律与机理对土地复垦与生态恢复具有重要意义。本文系统梳理了复垦土壤与植被演替规律、交互影响研究方法以及交互影响机理。发现研究方法多为缺乏创新性的线性方法,且未能做到对植被与土壤交互影响的连续、动态研究和全面综合分析。在此基础上,提出了深入研究方向:创新植被与土壤交互影响的方法,加强植被与土壤交互影响的动态分析,强化交互影响机理的综合研究,以期为土地复垦与生态恢复研究提供新的视角。     

基于加权Topsis法综合评价典型滩涂围垦区土壤质量演变

滩涂是我国重要的后备耕地资源,为探究围垦开发对沿海滩涂土壤环境的影响,对浙江省慈溪市不同围垦年限多种土地利用方式下的276个土壤/沉积物样品试验检测,结合Norm值优化主成分分析,筛选出有机质(OM)、氧化钙(Ca O)、硫(S)、溴(Br)、硼(B)、铅(Pb)、镉(Cd)7项指标的最小数据集,采用极差标准化和变异系数定权的Topsis法评价土壤质量,为揭示阻碍研究区土壤质量提升的障碍因子提供参考。结果显示:276个土壤/沉积物样本土壤质量综合指数为44.6~74.1,受围垦时间影响差异显著,呈前20 a逐步提高—20~30 a相对平稳—30~50 a急剧提高的趋势。从利用方式来看,土壤质量呈菜地果园农田林地养殖潮滩荒地的趋势。农业活动导致的增肥脱钙脱盐是围垦区土质提升的根本原因,但研究区土壤质量整体仍处于中度贫瘠水平,一级土壤仅占研究区总面积的7.1%,质量较差的四、五级土壤面积超一半。较低的OM和较高的Ca O、Cd是限制垦区土质提升的主要障碍因子。因此,土壤培肥时,合理施用化肥农药是进一步提升滩涂围垦区土壤质量的关键。     

黄土区露天煤矿排土场复垦后土壤与植被的演变规律

恢复受损的土壤和植被是矿区生态恢复的关键,植被恢复过程的实质是植被-土壤复合生态系统相互作用的过程。该文通过典型小区调查的方法,选择山西平朔州安太堡露天煤矿复垦排土场为研究区,分析了不同复垦年限（3、5、10、12和17 a）土壤环境因子和乔木林地植被生物量的动态演变规律,建立了黄土区露天煤矿排土场复垦土壤环境因子和乔木林地植被生物量Logistic演替模型,并构建了土壤-植被交互影响的偏微分方程组。相关系数及显著性检验表明所建立的土壤各环境因子演变模型和乔木林复垦地的植被生物量演变模型有效,能够很好地反映排土场的土壤因子和植被生物量的动态演变过程;随着复垦年限的增加,研究区土壤环境因子质量不断提升并逐渐接近原地貌,土壤因子和植被生物量都呈S型变化,符合Logistic生长演替模型;土壤环境因子与植被生物量二者交互作用明显,符合Kolmogorov捕食模型。该研究可为黄土区露天矿排土场土地复垦与生态恢复提供理论依据。     

复垦不同年限煤矸山土壤重金属污染状况评价

为研究复垦年限对煤矸山土壤重金属的影响,以山西省霍州市曹村煤矿煤矸山复垦3 a,5 a,7 a和9 a农田为研究对象,对复垦地土壤重金属Hg,Cd,Pb,As和Ni的质量分数及其污染状况进行了分析。结果表明:（1）煤矸山复垦农田0—20 cm和20—40 cm土层土壤重金属质量分数有随复垦年限增加而增加的趋势,其中Pb,Cd表现最明显,而Hg的增加趋势主要出现在20—40 cm土层;同时,煤矸山复垦农田土壤重金属质量分数均不同程度地高于当地普通农田,尤其在20—40 cm土层表现更明显;（2）单因子污染指数表明,Hg和As在0—20 cm和20—40 cm土层污染程度随年限没有变化,分别为重度污染和轻微污染,Pb和Cd在0—20 cm也没有变化,分别为轻微污染和轻度污染,但在20—40 cm土层随年限增长达到轻度污染和中度污染;综合污染指数表明,复垦农田在0—20 cm和20—40 cm土层污染指数均表现为随复垦年限增加而增加的趋势,4种复垦年限农田均达到重度污染。研究结果有助于指导煤矸山植被恢复和复垦地的合理利用。     

Soil‐quality‐index model for assessing the impact of groundwater on soil in an intensively farmed coastal area of E China

Soil quality is important in measuring sustainable land‐use and soil‐management practices. It is usually assessed by evaluating important physical, chemical, and biological soil properties. For this study, a site‐specific 22 variables representing pertinent soil (0–10 cm) and groundwater properties were selected as potential soil‐quality indicators in a coastal salt‐affected farmland of E China. To investigate the role of groundwater in soil‐quality assessment, we designed two sets of minimum data sets (MDSs). Minimum data set 1 (MDS1) had inputs of the 19 soil chemical and physical properties whereas MDS2 was based on the 22 soil and groundwater properties. Using principal‐component analysis, discriminant analysis, and soil‐quality‐index (SQI) model, we demonstrated the procedures of MDS selection, indicator normalization, and integration of MDS into SQI value for soils used for the two cropping systems. Results indicated selection of SOCD, AK, and ρ_b as MDS1 indicators but MDS2 indicators included SOM, SOCD, Cl, Na, WT_g, and EC_g. These were found to be the most effective discriminators between the two cropping systems. Available K (AK) made greatest contribution to SQI using MDS1 indicators, however, WT_g, EC_g, and Cl were the greatest contributors to the SQI for MDS2. Contribution of SOCD to SQI was severely inhibited in cotton–barley rotation system while EC_g and WT_g contributions to SQI were inhibited in rice–rape rotation system. In general, cotton–barley rotation system had a better soil quality over rice–rape rotation system as the former had higher SQI values than the latter for both MDSs. Crop parameters did also exhibit significant relationship with the SQI values using MDS2 but it was not significant for MDS1. Our results suggest that in addition to soil chemical, physical, and biological indicators, groundwater properties particularly the WT_g and EC_g are also important for assessing soil quality in an intensively farmed coastal area.     

煤炭基地复垦村庄土壤重金属污染生态风险评价

对煤炭基地的复垦村庄进行土壤重金属潜在生态风险评价,可以指出在村庄复垦中应该特别注意的物质,减少煤炭开采后有可能会造成土地污染并提高村庄复垦后的耕地质量。以山西省泽州县西郜村的压煤复垦村庄为研究区域,在分析了该地区土壤重金属含量的基础上,以山西省土壤重金属元素背景值为评价标准,采用潜在危害指数法对土壤重金属污染状况进行评价。研究结果表明,压煤复垦村庄不同层次土壤的综合污染程度范围为6.05~14.92,平均处于中等污染程度;从单个要素上来看,各种重金属污染系数平均值由高到低为:Hg > Pb > As > Cd > Cr,Hg属于较高的污染水平,其重金属潜在风险指数在75.9～275.19之间,有一半样点的潜在生态风险达到了中等程度;Hg潜在生态风险达到了较高污染程度,需要在复垦过程中进行治理。对煤炭基地复垦土壤重金属进行潜在生态风险评价,有助于掌握土壤重金属污染特征和分布规律,为复垦后耕地的重金属污染控制与修复提供一定的依据,促进土地资源的可持续利用。     

植被复垦对露天煤矿排土场土壤化学及生物学特性的影响

为探讨农牧交错带煤矿排土场不同植被复垦模式对土壤肥力的影响,以黑岱沟露天煤矿排土场不同植被类型(山杏+苜蓿(A1)、杨树+苜蓿(A2)、杨树+沙棘(A3)、杨树+披肩草+苜蓿(A4)、未复垦(CK))土壤为研究对象,通过简单相关分析和通径分析研究浅层(0—20cm)土壤化学性质和酶活性与土壤微生物量间的相关关系,揭示不同植被复垦下土壤微生物量差异的驱动因子,并采用土壤恢复指数(RI)评价不同植被复垦对露天煤矿排土场土壤质量的影响。结果表明:(1)与未复垦(CK)相比,不同植被复垦样地土壤有机质含量、碱解氮含量、土壤酶活性和微生物量均显著增加(p<0.05),但pH无明显变化规律且差异不显著(p>0.05),并且0—10cm明显高于10—20cm土层。(2)土壤微生物量碳、氮与土壤酶活性和有机质含量呈显著或极显著正相关关系,与pH和有效磷含量则均未表现出相关性。由于土壤微生物量碳和氮对有机质含量和蔗糖酶活性变化比较敏感,因此对土壤性质变化具有指示作用。(3)不同植被复垦土壤恢复指数在0—10,10—20cm土层分别表现为A3>A2>A4>A1和A3>A2>A1>A4。因此,杨树+沙棘(A3)和杨树+苜蓿(A2)复垦方式对矿区排土场土壤质量的改善较好。