不同植被恢复模式下三峡库区万州段消落带土壤养分及其空间分布特征

消落带植被状况与水位消涨是影响土壤养分及其分布的重要因子。本文以三峡库区万州段消落带为研究地点,通过对人工和自然恢复样地沿海拔梯度对土壤进行取样和分析,揭示了不同恢复模式下消落带土壤养分及其空间分布特征。研究结果表明,植被恢复模式对土壤养分有显著影响,人工恢复样地消落带主要土壤养分含量总体高于自然恢复样地,显示人工恢复能有效促进土壤养分在植物群落中的积累;在库区反季节水位消涨的作用下,人工恢复地消落带土壤养分沿海拔梯度呈先增加后减少的空间分布格局,土壤养分含量在消落带中部(海拔165 m)达到最高值,而自然恢复地土壤有机质和全氮的空间分布则随海拔梯度增加而增加,以消落带上部(海拔175 m)的值最高。土壤养分的空间分布格局源自于不同海拔梯度的消落带受水位消涨扰动程度以及植被恢复状况的差异,植被恢复模式对土壤养分的空间分布仍有一定影响。今后应在消落带上部进一步引种适宜的乔灌木物种,不断提高消落带植被对土壤养分的固持能力。     

4种水生植物深度净化村镇生活污水厂尾水效果研究

通过设置动态模拟试验,持续进水、出水条件下分析比较了漂浮植物凤眼莲和水浮莲、沉水植物轮叶黑藻和挺水植物黄菖蒲对村镇生活污水厂(一级A标准)尾水深度净化效果,筛选出具有去污效果优势的水生植物,为优化水生植物生态修复工程技术在尾水深度净化中的应用提供依据。结果表明:经水生植物深度净化后,尾水水质得到明显改善,漂浮植物凤眼莲和水浮莲对尾水氮、磷的净化效果优于挺水植物黄菖蒲和沉水植物轮叶黑藻。试验周期内,污水厂尾水总氮、总磷和高锰酸盐指数(CODMn)平均浓度为12.22 mg?L-1、0.38mg?L-1和3.88 mg?L-1,凤眼莲、水浮莲、轮叶黑藻、黄菖蒲和对照各系统的总氮平均去除率分别为46.25%、45.74%、43.41%、38.39%和29.22%,总磷去除率分别为36.84%、34.21%、31.58%、28.95%和26.32%,CODMn去除率分别为42.27%、30.93%、32.47%、32.47%和37.89%。凤眼莲、水浮莲、黄菖蒲和轮叶黑藻生物量净增长率分别为550.5%、418.8%、210.6%和80.3%,凤眼莲生物量净增率最大。各处理系统内凤眼莲、水浮莲、黄菖蒲和轮叶黑藻对尾水氮富集量分别为7.36 g、2.33 g、5.12 g和4.46 g,对磷的富集量分别为0.60 g、0.19 g、0.33 g和0.78 g,凤眼莲富集氮能力优于另外3种水生植物,轮叶黑藻磷富集量高于另外3种水生植物。凤眼莲、水浮莲、黄菖蒲和轮叶黑藻植株吸收作用对尾水总氮去除的表观贡献率分别为15.29%、4.90%、11.17%和11.34%,对尾水总磷去除的表观贡献率分别为50.34%、17.17%、35.24%和76.34%。因此,可利用漂浮植物凤眼莲和沉水植物轮叶黑藻立体复合种养的方式深度净化生活污水厂尾水。     

植被恢复的土壤固碳效应：动态与驱动机制

植被恢复是影响土壤有机碳库动态变化的关键过程之一,阐明植被恢复过程中土壤有机碳的固持动态及其驱动机制,是全球变化下碳循环研究的热点和前沿问题。本文综述了近年来国内外关于植被恢复过程中土壤有机碳固定动态及其驱动机制方面的研究,剖析植被恢复中土壤有机碳固持动态及其影响因素,探讨植物碳输入对土壤有机碳动态变化的影响机制,揭示植被恢复中土壤有机碳固定的物理、化学和微生物驱动机制,并对目前研究中存在的问题进行总结,进而提出关于植被恢复的土壤固碳效应研究,亟需在土壤有机碳组分的动态、微生物结构和功能,以及植物—土壤—微生物对土壤有机碳固持的协同作用机制等方面进一步加强。本综述可为植被恢复与土壤固碳稳定机制研究指明未来的方向,进而为促进我国植被恢复的土壤碳循环研究,科学评价生态系统土壤固碳潜力和有效实施生态系统碳汇管理提供科学参考。     

山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化及其对气温、降水的响应

[目的]了解山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化及其对气温、降水的响应关系,对该流域生态保护、修复和高质量发展具有重要的意义。[方法]基于1998—2018年NDVI数据,利用NDVI变化趋势、变异系数、空间自相关等方法,对山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化特征及其与气温、降水的关系进行分析。[结果]不同土地利用类型NDVI变化趋势均呈向好态势,草地和林地覆盖状况优于整体水平。NDVI在空间上整体呈南北纵列、高低相间的分布格局,吕梁山和太岳山—中条山高,西部高原丘陵区和汾河谷地低。NDVI变化趋势的空间异质性显著,植被以显著改善为主。林地改善趋势的稳定性最好。NDVI表现出明显的空间集聚性特征,其中耕地NDVI变化趋势聚集特征最明显。不同土地利用类型NDVI对降水的敏感性强于气温。[结论]山西黄河流域不同土地利用类型NDVI时空变化差异显著,并对气温和降水存在响应关系,此研究将为该流域生态保护和建设提供更精准的植被恢复数据及其和气温、降水关系的基础资料。     

Impacts of land use and plant characteristics on dried soil layers in different climatic regions on the Loess Plateau of China

A dried soil layer (DSL) formed in the soil profile is a typical indication of soil drought caused by climate change and/or poor land management. The responses of a soil to drought conditions in water-limited systems and the impacts of plant characteristics on these processes are seldom known due to the lack of comparative data on soil water content (SWC) in the soil profile. The occurrence of DSLs can interfere in the water cycle in soil-plant-atmosphere systems by preventing water interchanges between upper soil layers and groundwater. Consequently, a DSL may limit the sustainability of environmental restoration projects (e.g., revegetation, soil and water conservation, etc.) on the Loess Plateau of China and in other similar arid and semiarid regions. In this study, we investigated and compared the impacts of soil type, land use and plant characteristics within each of the three climatic regions (arid, semiarid, semihumid) of the Loess Plateau. A total of 17,906 soil samples from 382 soil profiles were collected to characterize DSLs across the Plateau.Spatial patterns of DSLs (represented by four indices: (1) DSL thickness, DSLT; (2) DSL forming depth, DSLFD; (3) mean SWC within the DSL, DSL-SWC; and (4) stable field water capacity, SFC) differed significantly among the climatic regions, emphasizing the importance of considering climatic conditions when assessing DSL variations. The impact of land use on DSLs varied among the three climatic regions. In the arid region, land use had no significant effect on DSLs but there were significant effects in the semiarid and semihumid regions (P < 0.05). The development of DSLs under trees and grasses was more severe in the semiarid region than in the semihumid region. In each climatic region, the extent of DSLs depended on the plant species (e.g., native or exotic, tree or grass) and growth ages; while only in the semiarid region, the DSL-SWC and SFC (P < 0.001) were significantly influenced by soil type. The DSL distribution pattern was related to the climatic region and the soil texture, which both followed gradients along the southeast-northwest axis of the Plateau. Optimizing land use can mediate DSL formation and development in the semiarid and semihumid regions of the Loess Plateau and in similar regions elsewhere. Understanding the dominant factors affecting DSLs at the regional scale enables scientifically based policies to be made that would alleviate the process of soil desiccation and sustain development of the economy and restoration of the natural environment. Moreover, these results can also be useful to the modeling of the regional water cycle and related eco-hydrological processes.     

元谋干热河谷植被恢复对土壤酶活性的影响特征

选取5种植被恢复模式,研究了不同模式对土壤酶活性的影响以及土壤肥力与土壤酶活性的关系。结果表明,植被恢复后土壤蔗糖酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性相比光板地都有明显提高,顺序依次为酸角〉小桐子〉印楝;同种植被的土壤酶活性表现出根际大于非根际的特性;不同的植被恢复模式和种植方式对酶活性都有较大的影响,等高垄沟模式具有较好的保土保肥能力,创造了良好的微生物环境,增强了土壤酶活性;植被恢复模式下酶活性与土壤肥力之间的关系密切,特别是有机质、全氮与土壤蔗糖酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶的相关性较好。因此,用土壤酶活性来评价植被恢复的效果是可靠的。     

鸡粪改良对铜尾矿基质中无机氮组分及3种豆科植物生长发育的影响

基质改良和耐性物种选择是重金属矿业废弃地生态修复的关键。本文通过室内盆栽试验,以4kg尾矿为植物盆栽基质,分别加入腐熟鸡粪0、8、16、32g混匀,记作MA0（CK）、MA8、MA16、MA32处理方式,研究不同比例腐熟鸡粪改良对铜尾矿基质中无机氮组分及3种豆科植物决明（Cassia tora）、田菁（Sesbania cannabina）、菽麻（Crotalaria juncea）生长发育的影响。结果表明,添加鸡粪改良处理后,3种豆科植物生长的尾矿基质中均以硝态氮为有效氮的主要形态,总无机氮含量为17.96～44.82mg·kg-1。其中菽麻MA32处理组尾矿基质中铵态氮含量（5.31mg·kg-1）最高,菽麻MA16处理组尾矿基质中硝态氮含量（43.06mg·kg-1）和总无机氮含量（44.82mg·kg-1）最高。MA16处理时,田菁和菽麻叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a＋b值均表现最大。3种豆科植物叶绿素a/b为0.92～1.08。在同一鸡粪比例处理中,菽麻叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a＋b值均显著高于决明和田菁（P〈0.05）。鸡粪改良铜尾矿基质能够促进3种豆科植物生长,植物株高、冠幅、根长均增加,并且随着生长期延长,增加明显。其中MA32处理菽麻70d株高（94.40cm）最大,阻止尾矿风蚀水蚀的效果最好。综合分析表明,MA16处理方式可作为鸡粪改良铜尾矿基质理想的比例模式,菽麻可作为铜尾矿生态修复优选植物种。     

基于改进湍流模型和偏振成像技术的水下退化图像复原方法

为了满足工厂化水产养殖中过程控制的信息化要求,该文提出一种基于改进湍流模型结合偏振成像技术,具有较强鲁棒性的水下退化图像复原方法。考虑内外尺度对波结构函数影响,结合折射率谱,改进水下湍流退化模型以提高复原算法先验知识的完备性;基于改进的退化模型和水下前向散射光的偏振特性,利用偏振成像技术提取退化图像中的噪声特征;基于退化图像噪声特征,采用约束最小二乘滤波法进行退化图像复原;最后,对复原效果进行相应比较,结果表明在强湍流条件下本算法具有更为理想的复原效果。该研究可为复杂水流条件下水下退化图像复原方法研究提供参考。     

龙须草复合种植技术对紫色土小生境的影响

紫色土的植被恢复是中国植被恢复难题之一.为了研究龙须草植被改善紫色土生境的效果,将引种龙须草后植物群落物种多样性与土壤环境因子的变化相结合,寻找最适宜紫色土地区生态恢复的龙须草植被恢复模式.设置3种龙须草植被恢复地模式（人工恢复地Ⅰ、Ⅱ和自然恢复地Ⅲ）,于2010年7月中旬在湖南松林村进行野外调查.通过群落分类双向指示种分析和群落排序冗余分析表明：1）土壤全氮量、土壤有机质质量分数、坡位和恢复模式是影响群落多样性的主要环境因子;2）3种植被恢复地模式中,人工恢复地Ⅱ的群落Gleason丰富度指数最大（坡上位2.171,坡下位5.863）,土壤全氮量和土壤有机质质量分数有明显提高.因此,利用龙须草进行植被恢复时应优先选取恢复效果最好的人工恢复地模式Ⅱ.     

黄土高原丘陵区退耕还林地土壤碳氮库的动态变化(英文)

为了揭示坡耕地退化土壤植被恢复后土壤中碳(C)、氮(N)运移规律,采用植被次生演替空间序列代替时间序列的方法,研究了黄土丘陵沟壑区纸坊沟流域不同植被恢复模式下的C、N库及其相互关系在土壤剖面的时空变化。结果表明退化农地的造林显著地促进了CO2的固存,恢复了土壤N的可获得性,进而降低了N不足对可持续的CO2固存的限制。植被恢复显著地促进了0~60 cm土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)和总氮(total nitrogen,TN)的积累,而只有在高于一定的恢复时间阈值(如26 a)下,促进了SOC库和TN库间的线性相关性。在土壤剖面上,SOC和TN库、SOC/TN库比以及SOC-TN间的线性相关性均随着土壤深度的增加而降低。与自然恢复相比,人工林在短期内具有CO2固存的优势,但由于随着恢复时间的增加,SOC增幅越来越大于TN增幅的事实,表明造林对碳固存的可持续性需在一个较长的时段下来评估,尤其需要关注20 cm以下层土壤。研究结果为黄土高原的生态修复和减缓温室效应提供了理论依据。