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。     

黄土丘陵区不同恢复年限草地土壤微团粒分形特征

运用分形理论研究黄土丘陵区不同恢复年限草地土壤微团粒的粒径组成、分形维数特征及与土壤理化性质关系,使分形学在土壤微团粒性状与土壤肥力特征研究中得到进一步应用,并为评价草地生态系统土壤特征及生态恢复提供新方法。结果表明:表土层分形维数随植被恢复年限的增加而减少;剖面土壤沙粒含量越高,微团粒分形维数越低,粘粒规律相反,而粉粒与分形维数相关性不显著;土壤质地由粗到细使得分形维数由小到大变化;分形维数也可有效地表征不同植被恢复年限的草地土壤结构和养分的变化趋势;分形维数与土壤容重、非活性孔度、全磷、速效钾及氨态氮之间存在正相关性,与土壤活性孔度、孔隙比、有机质、全氮、碱解氮及硝态氮表现出负相关。     

黄土丘陵区森林草原带不同退耕年限植物群落和土壤N,P化学计量特征

以黄土丘陵森林草原区5个退耕阶段的植物群落和土壤为研究对象,通过测定土壤和植物群落叶片、细根全N、全P含量,阐明了不同退耕阶段植物群落和土壤N,P的化学计量特征。结果表明:各土层全N含量及N/P值在不同退耕年限间差异显著(P < 0.05);同一土层中,全N含量和N/P值随着退耕年限的增加呈现出先减少后增加的趋势,大体在第3阶段(退耕16~22年)值最小;在不同退耕年限内,全N、全P、N/P均随土层加深呈现出逐渐减小的趋势。植物群落叶N含量,叶P含量,叶N/P和根P含量在不同退耕年限间差异极显著(P < 0.01);随着退耕年限的增加,叶N含量,叶P含量和根P含量呈现出先减小后增加的趋势,并且在第3阶段值最小;而根P含量在第4阶段(退耕25~30年)达到最小值;叶N/P大于根N/P。植物群落水平的叶片,细根和土壤的N,P及N/P之间存在不同的相关关系。P是黄土丘陵区森林草原带植物群落生物生长和群落演替的限制因素。     

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。     

黄土丘陵区人工柠条林土壤酶活性与养分变化特征

为揭示黄土丘陵区柠条人工林地土壤生物活性与肥力恢复过程,选择退耕种植柠条后恢复15 a、30 a、40 a的林地作为研究对象,并以坡耕地（CK）为对照,研究了柠条林地恢复过程中土壤4种酶活性变化特征及其与碳氮磷养分关系。结果表明：坡耕地种植柠条林后土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性均显著增加,而随着柠条年限的增长,脲酶、蔗糖酶活性变化比过氧化氢酶、碱性磷酸酶更敏感,均呈现出递增的趋势,对比耕地,在0～10 cm土层蔗糖酶增幅可达40%,84%,109%,而脲酶增幅可达5.32,6.11,8.58倍,随着土壤深度的增加,酶活性降低。相关性分析表明,脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性与土壤可溶性有机碳氮,速效磷,有机碳,全氮,全磷之间都具有显著或极显著的正相关关系（P<0.05,P<0.01）,可以作为评价柠条林土壤质量的生物学指标。     

黄土丘陵区撂荒对土壤酶活性的影响

为了解侵蚀环境下植被恢复对土壤酶活性的影响,以典型侵蚀环境黄土丘陵区纸坊沟流域生态恢复1至50年撂荒地长期定位试验点为研究对象,选取坡耕地为对照,分析了植被恢复过程中土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、淀粉酶、纤维素酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶及理化性质的演变特征。结果表明,土壤酶活性前期变化波动较大,后期(20-30a)年变化趋于稳定;尿酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶与其他因子相关性相对较强,可以作为评价土壤质量的生物学指标;尿酶、淀粉酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和纤维素酶活性随恢复年限而增加,多酚氧化酶则减少;土壤酶指数可以作为评价土壤质量的方法。     

黄土丘陵区人工柠条林土壤酶活性与养分变化特征北大核心CSCD

为揭示黄土丘陵区柠条人工林地土壤生物活性与肥力恢复过程,选择退耕种植柠条后恢复15a、30a、40a的林地作为研究对象,并以坡耕地(CK)为对照,研究了柠条林地恢复过程中土壤4种酶活性变化特征及其与碳氮磷养分关系。结果表明:坡耕地种植柠条林后土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性均显著增加,而随着柠条年限的增长,脲酶、蔗糖酶活性变化比过氧化氢酶、碱性磷酸酶更敏感,均呈现出递增的趋势,对比耕地,在0~10cm土层蔗糖酶增幅可达40%,84%,109%,而脲酶增幅可达5.32,6.11,8.58倍,随着土壤深度的增加,酶活性降低。相关性分析表明,脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性与土壤可溶性有机碳氮,速效磷,有机碳,全氮,全磷之间都具有显著或极显著的正相关关系(P<0.05,P<0.01),可以作为评价柠条林土壤质量的生物学指标。     

黄土丘陵区植被恢复重建模式与演替过程研究

在黄土丘陵区,采用封育与重建相结合的方法,按不同坡位建立植被类型配置模式,即坡上部为山桃(Prunus davidiana)或柠条(Caragana korshinskii)+本氏针茅(Stipa bungeana)+芨芨草(Achanatcherum splendens);坡中部为柠条或沙棘(Hippophae rhamnoides)+本氏针茅+芨芨草;坡下部为沙棘或柠条+芨芨草。20多年的定位观测研究表明:人工灌木林、人工草地和天然草地的植物群落结构及种群类型变化差异显著;封育天然草地本氏针茅种群通过种子和根蘖繁殖已占据优势,其演替过程一般分为4个阶段,即荒山荒坡草地(1年)→杂草群聚生长(2-3年)→本氏针茅种群大量出现,杂草和有毒有害植物大幅度消减,(4-5年)→本氏针茅种群稳定阶段(6-8年)。     

黄土丘陵区不同撂荒年限自然恢复的退化草地土壤养分及酶活性特征

黄土丘陵区不同撂荒年限的自然恢复草地土壤中有机质、全N、有效N和速效P以及土壤蔗糖酶、脲酶、中性磷酸酶活性在剖面的分布均为上高下低,并随着土层的加深而降低。随着草地利用时间的增长,土壤有机质等养分和三种酶活性含量增高,活性增强。土壤养分及酶活性均以永久草地最高,三种酶活性与有机质和全N都呈明显的正相关,与有效N和速效P的相关不明显。人工草地不能增加土壤养分含量和酶活性,反而会大量消耗土壤养分使其肥力逐渐降低。     

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。     

黄土丘陵区沟谷地植被恢复群落特征研究

对黄土丘陵区2个不同沟向沟谷地植被群落特征进行样方调查,统计分析沟谷地植物物种频度和植物种群相似系数。调查共记录植物81种,隶属31个科,菊科、禾本科和豆科物种分别占物种总数的19.75%、16.05%和14.81%;封禁20年左右的沟谷地植被演替表现出良性演替的趋势;目前该沟谷地植物群落生活型中草本植物仍占主导地位,尤其是多年生草本,而灌乔生活型植物也已占有重要地位。灌乔木树种对植物群落多样性和结构等方面具有重要影响,沟谷地植被分布的斑块格局较为突出,不同沟向沟谷地的灌乔植物种的重要值构成格局存在一定差异,南北沟向较西东沟向分配均匀;沟向不同,沟谷地所形成的植被种群相似性具有一定差异,主要是由于受到一些伴生种和罕见种的影响。此研究对掌握该地形植被演替方向,明确植被恢复任务和目标具有一定意义。     

黄丘区退耕地植被与土壤水分养分的互动效应

对典型黄土丘陵区的延安、安塞和吴旗不同退耕年份植被特征、土壤水分和养分的调查和测定,研究了退耕地植被与土壤水分和养分随时间变异及其互动效应规律。结果表明,退耕初期土壤有较高的水分和养分,在较高的土壤水分和养分支持下,植被指数呈增长趋势,随着耕作施肥活动的停止和植被恢复对土壤水分和养分的消耗,使土壤水分和养分含量降低,土壤水分和养分的变异幅度也较大;从变化趋势看,植被指数和土壤贮水量变化呈相反趋势,植被指数与土壤水分之间的关系比其与土壤养分之间的关系更加密切,表明土壤水分对植被恢复和植被群落演替的作用更加显著;在退耕初期,土壤水分和养分对植被恢复和群落演替的作用要大于植被恢复和群落演替对土壤水分和养分的作用,随着植被群落演替的进行,植被对环境的适应能力不断增强,它们之间的作用关系不断改变,这种相互作用使植被群落以自己的方式改变着土壤水分和养分,并使自己逐步达到稳定。     

黄土丘陵区不同植被类型下土壤与微生物C,N,P化学计量特征研究

对刺槐林、柠条林、酸桃-柠条混交林、撂荒地和耕地等植被类型的土壤微生物生物量及土壤碳（C）,氮（N）,磷（P）化学计量比的变化特征进行分析。结果表明：与耕地相比,在植被恢复中土壤及微生物C,N,P显著增加,表现为：刺槐林 >柠条林 >混交林 >撂荒地 >耕地,土壤微生物量碳（Microbial Biomass Carbon,MBC）,微生物量氮（Microbial Biomass Nitrogen,MBN）,微生物量磷（Microbial Biomass Phosphorus,MBP）含量变化较土壤C,N,P明显。微生物碳增幅62.78%~366.90%;微生物氮增幅85.48%~737.24%;微生物磷增幅67.83%~167.14%,土壤及微生物C,N,P随土层深度增加呈递减趋势。另外,土壤及微生物C,N,P的化学计量比值也受植被类型和土壤层次垂直分布的影响,表现为C/N为7.21~15.56,均值9.67;C/P为2.36~8.50,均值5.78;N/P为0.26~0.96,均值0.61,MBC/MBN比为5.14~54.34,均值9.36;MBC/MBP比为9.73~40.32,均值28.68;MBN/MBP比为0.19~4.96,均值3.35;且与土壤及微生物C,N,P间均呈显著相关。另外,土壤N/P及MBN/MBP偏低,而磷素含量充足,表明黄土丘陵区植被恢复主要受氮素营养限制。土壤及微生物C,N,P含量变化与植被类型和土壤层次垂直分布存在密切关系且植被恢复对土壤质量得到了极大的改良。     

黄土丘陵区铁杆蒿光合蒸腾特性的研究

使用Li-6400便携式光合测定仪,测定了自然条件下黄土丘陵区铁杆蒿的光合速率、蒸腾速率和光合响应等指标。结果表明:(1)晴天叶片净光合速率在12点达到峰值21.19μmolCO2.m-2.s-1,日变化为平稳的单峰曲线。(2)铁杆蒿的光补偿点为44.1μmol.m-2.s-1,光饱和点为351μmol.m-2.s-1,说明铁杆蒿喜光但不属于典型的阳生植物。(3)铁杆蒿的蒸腾速率(Tr)随有效光辐射强度(PAR)的增强一直处于上升趋势,没有出现蒸腾速率饱和现象。(4)铁杆蒿叶片水分利用效率(WUE)随PAR的增强呈抛物线状变化,<160μmol.m-2.s-1时,WUE增加较快,当PAR在160-2000μmol.m-2.s-1内变化时,WUE基本维持在2.5-3.39 mmol.mol-1之间。     

黄土丘陵区不同立地条件下植物种群生态位研究

运用改进的Levins生态位宽度指数和Pianka生态位重叠指数,通过对不同立地条件下样带的比较,分析了主要植物种群在不同立地条件下的生态位变化以及种间关系、群落结构对立地条件的响应。结果表明,草地群落建群种本氏针茅的生态位宽度在4种立地条件下都表现为最大值,非建群种的生态位宽度随环境条件的改变呈较大的波动性。生态位重叠指数表明,生态位较宽的物种与其它物种间存在较大的生态位重叠,但在一定的立地条件下,生态位较窄的物种之间也存在着较大的生态位重叠,这种现象是种群对有限环境资源激烈竞争的体现;不同种间生态位重叠随立地条件的变化格局存在较大差异,这种差异是由植物种间生物生态学特性和需求差异造成的;但同一种对在不同立地条件下生态位重叠的变化是立地条件对种间关系影响的结果。总体来说,在黄土丘陵沟壑区,由于环境条件的影响,物种生态位重叠相对较低。     

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(P<0.01),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。