不同生态恢复措施下宁夏黄土丘陵典型草原土壤质量评价

为了研究生态恢复措施对草原土壤性状和土壤质量的影响,2016年在宁夏黄土高原丘陵区典型草原,以放牧草地(FM)为对照,研究了封育(FY)、水平沟(SP)和鱼鳞坑(YL)3种恢复措施对0～40 cm土壤理化性质和生物学特性的影响,评价了各措施下的土壤质量.结果表明:1)FM土壤容重最高,土壤黏粒含量、田间持水量和总孔隙度较低;FY、SP和YL措施间土壤物理性质差异不显著(P＞0.05).2)土壤有机质、全氮和速效氮以FY最高,SP和YL较低;全磷与速效钾含量以FM最高,SP最低.3)土壤蔗糖酶和脲酶活性呈FY＞SP＞YL＞FM;蛋白酶和磷酸酶呈FY草地最高,YL最低;细菌、放线菌和真菌在各处理间变化各异,微生物总量呈FY＞FM≈SP＞YL,但微生物生物量碳、氮呈FY＞YL≈SP＞FM(P＜0.05):土壤因子间存在一定的相关性.4)隶属函数结合因子分析法评价的土壤质量综合得分为FY＞SP＞FM＞YL.因此封育是最有利于研究区退化草地土壤质量恢复的措施,研究结果可以为宁夏典型草原生态建设提供理论基础.     

不同生态修复措施对黄土丘陵区典型草原土壤水分时空变异的影响

以天然草地上整地5a后的水平沟和鱼鳞坑、封育5a后的草地为研究对象,在不同恢复措施的上坡、中坡和下坡设置3个观测样地,每个样地设置5个水分测定点,测定了宁夏黄土丘陵区本氏针茅(Stipa bungeana)典型草原0-200cm土壤水分含水率季节动态和垂直变化。结果表明:土壤水分的变化可分为3-6月土壤水分强烈蒸发丢失期,7-9月土壤水分蓄积期,10-12月土壤水分缓慢蒸发期;土壤水分表现为水平沟含水率最高,鱼鳞坑居中,封育草地最低,水平沟和鱼鳞坑增加土壤水分的主要时间在雨季;3种措施下,土壤水分较大变异值集中在0-60cm土层,0-40cm土壤水分变异以封育草地最大,水平沟最低,40-100cm土壤水分变异以鱼鳞坑最高,水平沟最低,而100-200cm土壤水分变异以封育草地最低;不同时期土壤水分的垂直变化存在差异,0-40cm土壤水分含量与40-100cm的差异在7-9月份最为明显。封育草地随坡位降低含水率呈显著增加趋势,但鱼鳞坑和水平沟无此明显规律。     

半干旱黄土丘陵区坡地集流水平沟的设计与应用

为解决现行集流水平沟设计方法缺乏合理性和系统性的问题,从理论分析入手,研究了这类工程的内涵及断面参数,并对集流水平沟工程的集流蓄水效果进行了研究。结果表明,2002—2008年的6a中,在整个生长季3—9月内,集流水平沟的土壤贮水量均明显高于隔坡的土壤贮水量;在试验雨强和降雨量条件下,25°坡面水平沟在3个雨强条件下拦截坡面径流量分别为4.41,64.23,104.13mm;35°坡面水平沟在2个雨强条件下拦截坡面径流量分别为5.25和72.39mm,而且单位时间内水平沟拦截坡面径流的潜力也随雨强的增大而增大。研究结果表明高强度降雨对坡地改造后水平沟的水分补给具有重要意义。     

黄土丘陵区植被恢复过程中土壤酶活性的响应与演变

对宁夏南部丘陵区不同植被自然恢复阶段土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性的变化特征进行了研究。结果表明：土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶和脱氢酶基本上随着植被封育年限的增加而增大,过氧化氢酶活性对于植被恢复年限的响应不明显。植被封育的前23年中,土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶和脱氢酶的活性增加明显,23年后基本趋于稳定,增加不明显。封育78年的大针茅群落下的土壤脲酶和蔗糖酶（转化酶）活性最强,其土壤中碳素和氮素营养循环强度最大。脲酶与蔗糖酶、碱性磷酸酶和脱氢酶的活性极显著相关,表明土壤酶在促进土壤有机物转化中存在共性关系。这几种酶能够在一定程度上反映植被群落的演替和植被的恢复程度,自然封育对提高土壤生物学质量有重要的作用。     

黄土丘陵区典型植被土壤物理性质差异及其对导水特性影响

选取黄土丘陵区12种典型植被样地,通过测定各样地不同土层植物残体生物量、土壤容重、毛管孔隙度、非毛管孔隙度及饱和导水率,研究各指标随土层深度和植被类型的变化规律及其对土壤饱和导水率的影响。结果表明:(1)除容重随土层深度增加外,植物残体、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和饱和导水率均随土层深度减少,其中植物残体大多集中于表层土壤(0—10 cm),占总残体生物量的51.4%～85.7%。(2)不同植被类型其植物残体及土壤物理性质存在显著差异,乔木林地植物残体、农耕地土壤容重、灌木林地非毛管孔隙度及饱和导水率均最大,而毛管孔隙度与不同土地利用类型间无显著差异。(3)饱和导水率随植物残体生物量密度(0—10 cm)和土壤容重呈幂函数减小,随毛管孔隙度和非毛管孔隙度呈幂函数增大;土壤容重(BD)和非毛管孔隙度(NCP)是影响土壤饱和导水率(K_s)的主要因素,且土壤饱和导水率可表示为两者的综合非线性方程(K_s=0.6BD~(-4.717)NCP~(0.203),P0.01,R~2=0.63,NSE=0.50)。此外,沙棘灌木林地平均饱和导水率最大,有利于降雨过程中土壤水分入渗,具有较强的水土保持功能。本研究结果可为黄土高原植被恢复生态水文效益评价提供理论依据。     

黄土丘陵区典型植被类型草本层生态学特性与环境解释

在野外调查的基础上研究黄土丘陵区4种典型植被类型（达乌里胡枝子群落、白羊草群落、人工刺槐林、人工柠条林）草本层生态学特性,通过室内土壤养分和水分含量测定分析群落间环境因子的差异,并对群生态学指标和环境因子进行相关分析。研究结果表明:（1）豆科、禾本科、菊科植物重要值在4种群落中均很高,群落间各科物种重要值差异显著。（2）群落物种多样性表现为:人工刺槐林 > 人工柠条林 > 达乌里胡枝子群落 > 白羊草群落;群落盖度表现为人工刺槐林 > 白羊草群落 > 达乌里胡枝子群落 > 人工柠条林;草本群落地上生物量表现为:白羊草群落 > 人工刺槐林 > 达乌里胡枝子群落 > 人工柠条林。（3）土壤有机质、全氮、速效氮和速效钾含量表现为:工刺槐林 > 白羊草群落 > 达乌里胡枝子群落 > 人工刺槐林,达乌里胡枝子群落和白羊草群落土壤全磷、速效磷含量较高。（4）土壤水分含量表现为:白羊草群落（8.43%） > 达乌里胡枝子群落（7.60%） > 人工柠条林（6.43%） > 人工刺槐林（5.85%）。（5）群落盖度、草本群落地上生物量与土壤养分指标正相关,物种多样性与土壤养分的关系相对复杂;群落盖度及物种多样性均与土壤水分含量负相关,草本群落地上生物量与土壤水分含量相关性不显著。     

黄土丘陵区小流域生态恢复对土壤有机碳和全氮的影响

生态恢复工程是防治黄土高原土壤侵蚀和恢复土壤肥力的重要措施,研究退耕还林还草和梯田等生态恢复措施对有机碳(SOC)、全氮(TN)的影响,对准确评估土壤固碳固氮能力和土壤碳氮循环具有重要意义。选取黄土丘陵区典型小流域5种不同生态恢复0—100cm土层为研究对象,探讨了生态恢复措施条件下,坡耕地转变为林地、草地、灌木地及梯田过程中,不同土层深度土壤SOC与TN的含量及其储量变化规律。结果表明:生态恢复措施、土壤深度对流域土壤SOC与TN有极显著的影响(P0.01)。林地与灌木地SOC与TN在土壤0—20cm土层出现富集,草地SOC与TN则在0—40cm土层出现富集,梯田的0—20cm土层SOC富集比较明显,而TN未出现富集现象。坡耕地SOC与TN未出现富集现象。坡耕地在经过不同的生态恢复措施后,土壤SOC与TN含量及储量均会有所增加。从SOC与TN之间的相关性看,林地、草地表现为极强,灌木表现为强,而坡耕地与梯田为中等。研究为提高黄土丘陵区土壤碳氮含量的评估提供科学依据,促进区域生态恢复合理规划。     

黄土丘陵区不同植被恢复措施对土壤养分和微生物量C、N、P的影响

以黄土丘陵典型地区-宁夏固原不同植被恢复措施:撂荒地、人工草地、天然草地和灌木林地(柠条)为研究对象,分析了不同植被类型下土壤微生物量碳、氮、磷的变化.研究结果表明:不同植被类型条件下,土壤微生物量有显著差异,微生物量碳和微生物量磷含量均表现为撂荒地<人工草地<天然草地<灌木林地,微生物量氮以人工草地略低,撂荒地和柠条林地较大.土壤微生物量碳、氮、磷与土地利用方式关系密切.柠条林对土壤微生物生物量有明显的促进作用.     

黄土丘陵区典型植被土壤剖面的颗粒分形特征

运用分形理论研究陕北安塞五里湾流域5种典型植被0～200 cm土壤剖面土壤颗粒大小分布(particle size distribution,PSD)及其体积分形维数分布特征,并进一步分析土壤PSD的分形维数与土壤有机碳、全氮和含水量的相关性。结果表明:研究区典型植被群落土壤颗粒组成主要为细颗粒(黏粒和粉粒),其中粉粒体积分数占总颗粒的56.82%～71.99%;铁杆蒿草地的细颗粒平均体积分数最大(78.86%),乔木林的最小(65.77%)。5种典型植被群落土壤PSD的体积分形维数介于2.498～2.599,均表现出随着土层深度的增加呈递增趋势;相同土层深度的分形维数呈现出铁杆蒿草地黄芪草地农田灌木林乔木林的趋势,灌木林和农田间差异不显著,其他植被群落间差异显著。典型植被土壤PSD的体积分形维数与黏粒、粉粒的体积分数和含水量呈极显著正相关(P0.01),但与砂粒的体积分数呈极显著负相关(P 0.01),与有机碳含量呈显著负相关(P 0.05)。     

黄土丘陵区自然植被恢复下土壤微生物学质量演变特征

为了探讨黄土丘陵区自然植被恢复过程中土壤微生物学质量演变特征,用时空互代法对燕沟和县南沟典型小流域自然植被恢复下5个演替阶段（退耕1~6 a、7~17 a、18~35 a、36~60 a、> 60 a）土壤养分含量、微生物量和酶活性进行了研究。结果表明:随着地区植被退耕后自然演替的推进,土壤有机碳、全氮、有效氮与有效钾含量持续增加,土壤全磷含量在不同植被演替阶段变化不明显,有效磷含量在植被演替至多年生草本阶段（18~35 a）时含量最低;土壤细菌约占土壤微生物量的65%左右,且其数量在植被演替至多年生草本阶段时最多,土壤真菌和放线菌随退耕年限的延长呈现不断增加的趋势;土壤碱性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性也随着植被自然演替的推进呈不断增加趋势,但脲酶和蔗糖酶在植被演替至灌木阶段（36 a）后增速放缓。相关性分析表明,自然恢复过程中土壤微生物数量与酶活性的提高程度比较一致,其与土壤养分关系密切,因此土壤微生物群落与土壤酶活性是反映植被恢复中土壤生物学质量变化的重要指标。     

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。     

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。     

旅游干扰对贺兰山典型草原生物多样性及土壤性质的影响

[目的]探讨旅游干扰对贺兰山典型草原生物多样性及土壤性质的影响,进一步理解旅游干扰的生态影响效应与机制,为风景区资源与环境的保护管理提供参考。[方法]采用样方法对贺兰山景区主要游览线路两侧植物群落及其土壤进行了调查,分析了不同强度旅游干扰(低度旅游干扰,中度旅游干扰,重度旅游干扰)对植物群落及其土壤性质的影响。[结果](1)旅游干扰显著降低了植被覆盖度、枯落物含量、丰富度指数、均匀度指数和多样性指数(p0.05);(2)旅游干扰对土壤理化性质具有较大影响,土壤容重随着干扰强度的增加而增加,含水量和电导率随着干扰强度的增加而降低;(3)在旅游干扰条件下,土壤微生物量碳和氮变化幅度较大,对旅游干扰表现最为敏感;(4)随着旅游干扰强度的增加,土壤有机碳、全氮、碱解氮和微生物量碳、氮均明显降低,全钾和有效钾随干扰强度的增加而增加;(5)旅游干扰区域土壤养分指标相关性基本与对照区域相一致,土壤全量养分均与其对应的有效养分呈极显著正相关(p0.01)。[结论]中度旅游干扰并没有影响植被属性;旅游干扰对土壤性质有一定影响,而此影响并没有改变土壤养分因子之间的相互作用效应。     

宁夏典型草原土壤理化性状对不同管理方式的响应

以宁夏典型草原为对象,研究封育、放牧和水平沟改良管理方式下草原土壤颗粒组成、土壤容重、有机质含量、全氮、水解氮、速效磷和速效钾的分布差异。结果表明,不同管理方式下0-40cm土壤以细沙粒和粗粉粒为主,占颗粒总量的58.46%～77.48%,管理方式对土壤质地无明显影响,但0-15cm土层粘粒和粉粒含量随封育年限的增加呈上升趋势;放牧能显著增加0-5cm土壤容重;管理方式对0-40cm土层有机质、全氮、水解氮、速效磷和速效钾含量影响显著,以封育15,20,25年和水平沟改良10年的草地土壤养分含量较高,放牧草地最低;各管理方式下土壤养分含量表现为随土层深度增加而下降;典型草原土壤理化性状间存在显著相关性。     

黄土丘陵区小流域淤地坝泥沙沉积特征

了解淤地坝泥沙沉积特征是坝地泥沙输移过程及规律研究的基础和前提。该文通过对黄土丘陵区小流域淤地坝不同位置泥沙沉积剖面中各沉积旋回层厚度及粒径组成变化的分析,研究了淤地坝次洪水沉积过程中泥沙的再分布特征。结果表明:坝地内次洪水泥沙沉积过程为非均匀分布,各沉积旋回层厚度在纵剖面和横剖面都存在一定差异,早期沉积层厚度的起伏变化要大于后期的起伏变化。坝地泥沙粒径组成以粉粒为主,黏粒、粉粒和沙粒的平均含量分别为4.66%、58.78%和36.56%。坝地泥沙沉积过程中,各旋回层中黏粒、粉粒和沙粒的平均含量变化较小,但在坝地不同位置,土壤粒径组成发生了一定程度的分选。从坝尾到坝前,土壤质地粗化度显著下降,土壤粒径组成呈逐步细化的趋势。     

宁南黄土丘陵区不同生态恢复模式对土壤养分的影响

[目的]分析植被恢复过程中土壤养分的变化规律,认识和评价植被生态系统功能恢复,促进植被演替和加快生态恢复的人工调控。[方法]通过对宁夏南部山区彭阳县中庄示范区天然草地(封山禁牧)、农耕地(退耕)、人工苜蓿(退耕还林草)3种生态恢复模式进行调查,研究分析不同生态恢复模式对土壤养分的影响。[结果]宁夏黄土丘陵区不同生态恢复模式效果依次为:天然草地农耕地人工苜蓿。随着土层深度的增加,土壤养分含量均呈现降低的趋势。随着植被恢复年限的延伸,土壤养分会逐渐累积而增加。不同恢复年限苜蓿地土壤肥力指数小于农耕地,土壤肥力贫瘠,且随苜蓿种植时间的延长,呈现先增大,再减小的趋势。[结论]在宁夏黄土丘陵区进行植被恢复,能明显提高土壤养分含量,改善土壤肥力状况,但旱作苜蓿粗放经营(只刈割,不培肥),导致土壤综合肥力指数日趋下降。     

陕北黄土丘陵区山地苹果园的土壤水分动态研究

掌握土壤水分特征是实现果园科学管理、有限雨水资源合理高效利用、保证果树高产优质的关键。以陕北米脂山地6年生红富士苹果园为研究对象,于2015年4月—2016年6月采用FDR、中子水分仪和烘干法相结合的土壤水分监测方法,分析了山地苹果园的土壤水分总体特征、单株不同位点的水分动态以及不同旱作措施(秸秆覆盖、起垄覆膜垄沟集雨、有机肥覆盖)的土壤水分环境效应。结果表明:陕北山地果园时段干旱严重,最严重的为苹果树新梢生长和幼果发育期;春季土壤干旱程度取决于上年入冬前土壤储水量高低。果园0~60 cm土层(根系分布集中层)水分随降雨量而变化,表现为较一致的季节变化特征;土壤水分的变化滞后于降雨变化,且降雨对土壤水分的影响随土层加深而减弱,100 cm深土层受降雨影响减弱,土壤剖面200 cm以下土层土壤含水量保持相对稳定。6年生山地苹果园土壤已经出现干化现象,且在90~300 cm存在明显的低湿层,土壤体积含水量常年处在12%以下。苹果树单株尺度范围内,土壤含水量随距树干距离增加单调递增;土壤水分的平均值处在距树干105 cm处;沿行向距树干不同距离位点的土壤含水量显著高于沿株向距树干等距离位点的含水量(P0.05)。秸秆覆盖、起垄覆膜垄沟集雨和有机肥覆盖措施相较于空白对照(不覆盖、不灌溉)均能有效改善土壤水分环境,缓解果树生育期内水分供需矛盾,其中起垄覆膜垄沟集雨措施的保墒效果最佳,建议陕北黄土丘陵区山地雨养苹果园采用起垄覆膜垄沟集雨的保墒措施。