半干旱黄土区柠条林土壤水分和养分与群落多样性关系

为了探讨半干旱黄土区柠条土壤水分和养分与群落多样性关系,选择半干旱黄土区不同林龄柠条林作为观测样地,测定0-100 cm(0-20、20-40、40-60、60-80、80-100 cm)土壤水分和养分含量。结果表明,(1)不同林龄柠条草本群落多样性有明显的差异,其中,总盖度、生物量、物种数、均匀度指数、多样性指数、丰富度指数随着林龄的增加呈先增加后降低趋势,在20年达到最大,之后有所降低。(2)不同林龄柠条土壤含水量随着土层深度的增加呈逐渐降低趋势,其中,20-40 cm以下土层土壤含水量呈急剧降低趋势,80-100 cm土层土壤含水量差异并不明显。(3)不同林龄柠条土壤养分(有机碳、全氮、全磷和全钾)随着土层深度的增加呈逐渐降低趋势,其中,20-40 cm以下土层土壤养分呈急剧降低趋势;相同土层土壤养分大致随着林龄的增加呈先增加后降低趋势,在表层差异最大;双因素交互分析显示:林龄和土层深度对土壤有机碳、全氮、全钾均具有显著的影响(P0.05),林型×土层深度对土壤有机碳、全氮、全钾具有极显著的影响(P0.01);林龄、土层深度、林型×土层深度对土壤全磷没有显著的影响(P0.05)。(4)不同林龄柠条土壤微生物量(微生物量碳、氮、磷)随着土层深度的增加呈逐渐降低趋势,相同土层土壤微生物量大致随着林龄的增加呈先增加后降低趋势,在表层差异最大;双因素交互分析显示:林龄和土层深度对土壤微生物量碳、氮具有显著的影响(P0.05),林型×土层深度对土壤微生物量碳、氮具有极显著的影响(P0.01);林龄、土层深度、林型×土层深度对土壤微生物量磷没有显著的影响(P0.05)。(5)相关性分析显示:植被总盖度、地上生物量、丰富度指数和多样性指数与土壤有机碳和水分呈显著的相关关性,物种数和均匀度指数指数与土壤养分和水分均没有显著的相关性(P0.05),由此说明植被群落的地上生物量和物种多样性与土壤养分及水分是相互联系,相互制约的。     

退耕土壤的碳、氮固存及其对CO2、N2O通量的影响

采样分析陇中黄土高原地区农田退耕种植苜蓿3 a、5 a、8 a后0～5、5～10、10～20 cm土层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、活性有机碳(SAOC)及矿质氮(NO3-N、NH4-N)含/储量的变化,并用静态箱-气质联用法对样地的COO2、NO2O排放通量进行了测定,研究碳氮变化对土壤CO2、N2O排放通量的影响.结果表明:(1)SOC、TN基础含量很低的贫瘠土壤退耕后表现出明显的碳、氮固存效应,有很强碳、氮固存潜力.与未退耕休闲农田相比,退耕3 a、5 a、8 a后0～20 cm SOC储量分别提高了9.12%、20.18%、34.39%,SOC平均固存率分别为0.17、0.23、0.25mg/(hm2·a).TN储量在5～10、10～20 cm增加不明显,在0～5 cm退耕3 a、5 a、8 a后储量分别提高14.29%,35.71%和64.29%,各退耕年限0～20 cm TN平均固存率均为0.2 mg/(hm2.a);(2)退耕后各年限草地土壤活性有机碳(SAOC)含量有所增加,但各层含量变化不明显,其增加量远小于SOC的增加,说明退耕初期阶段积累了较多的土壤惰性碳;NO3-N含量增加明显,0～5、5～10 cm土壤各退耕年限含量达5%的显著性差异,但退耕前后NH4-N含量无明显变化.(3)土壤CO2通量与SOC含量、SAOC含量、TN含量及N2O通量显著正相关;N2O通量与SOC含量、矿质氮含量及CO2通量显著正相关.说明在环境因素稳定的条件下,退耕后土壤碳、氮含量的增加会导致CO2、N2O排放的加剧,表现出大气CO2、N2O的"源"效应.     

晋西北黄土丘陵区不同植被恢复下的土壤碳氮累积特征

探讨黄土丘陵区土壤碳氮特征及其蓄积速率对植被恢复的响应规律,不仅对于精确评估黄土高原生态恢复工程的土壤碳氮效应具有重要意义,同时也是国家积极推进碳中和战略和生态文明建设的科学基础。以晋西北黄土丘陵区—右玉县典型生态恢复区为研究对象,以相邻农田为对照,分析了不同植被类型在不同恢复年限下的土壤碳氮特征和固碳(氮)效应。结果表明:以20 a和50 a为界,植被恢复的土壤固碳(氮)效应可分为短期、中期和长期3个阶段。从短期(20 a)来看,退耕还林(草)的土壤固碳(氮)效应不明显,甚至导致了土壤表层(0—20 cm)SOC和STN含量和储量的降低,而退耕还灌的土壤碳氮增汇效应较为显著;从中期(21—50 a)来看,随着恢复年限的增加,3种植被的土壤碳氮增汇效应显著,其中草地在恢复21—35 a后,土壤固碳(氮)达到最高值,之后其SOC、STN含量和储量开始降低,而林地和灌木地的土壤碳(氮)汇效应表现显著;从长期来看(50 a),林地表层土壤碳(氮)增汇效应仍持续增强,而灌木地和草地SOC、STN含量和储量,均低于对照农田。总体来看,退耕还林在中期和长期的土壤碳氮蓄积效应相当可观,退耕还灌在短期和中期的土壤碳氮蓄积效应表现显著;对于草地,仅在退耕中期(21—35 a)表现出一定的土壤碳氮增汇效应。从表层土壤的碳氮平均蓄积速率来看,林地在退耕中期和长期,均表现出较高的平均碳氮蓄积速率,而灌木地在退耕早期(20 a),其表层土壤平均碳氮蓄积速率最快,之后,随恢复年限的增加,逐步降低,最终转变为负值(50 a);而草地仅在退耕21—35 a,土壤碳氮蓄积速率表现为正值,其余阶段均为负值。退耕还林(草)后的表层SOC含量与STN含量、C/N和土壤含水量呈明显的正相关,与土壤容重之间呈显著的负相关。土壤C/N受SOC的影响较大;土壤水分条件的改善可促进SOC和STN的积累,其对表层STN的影响程度甚至高于SOC。随着表层SOC含量的增加,会改变土壤颗粒的胶结状况,从而导致土壤容重的降低。     

不同退耕年限条件下菜子湖湿地土壤理化性质变化

退耕还湖是我国长江中下游地区湿地生态恢复的重要举措.土壤理化性质指标是评价湿地生态恢复状况的重要组成部分.选取菜子湖区不同退耕年限(2、5、8、10和20 a)湿地为研究对象,通过与相邻仍耕作油菜地和原始湿地土壤理化性质的比较,揭示了退耕还湖后湿地土壤生态特征变化规律.结果表明,随着退耕年限的增加,不同土壤理化性质指标变化趋势存在差异;土壤有机质含量逐年增加;土壤全氮和碱解氮含量在退耕5 a时显著升高,而后期变化平缓;土壤全磷和有效磷含量均呈先降低后升高趋势;土壤黏粒含量逐渐增加;土壤容重呈先升高后降低趋势;土壤含水量不断增加;土壤pH值缓慢降低.退耕2 a湿地土壤生态特征仍与油菜地相似,退耕2 a后土壤生态特征开始向原始湿地方向演化.退耕20 a期间湿地表层土壤理化性质变化强烈,而亚表层变化相对平缓.回归分析表明,除土壤pH和氮素含量的回归曲线拟合不显著外,退耕湿地表层土壤黏粒含量、容重、含水量、有机质含量、全磷含量和有效磷含量恢复到原始湿地水平所需时间分别为19、23、31、26、27和22 a,快于亚表层土壤的20、31、51、40、30和23 a.     

不同干扰方式对内蒙古典型草原土壤有机碳和全氮的影响

为准确把握草原生态保护与修复工程的实施效果,并为北方草地生态保护和优化管理提供有效的科学支持,选择内蒙古典型草原退牧还草工程区为研究对象,采用野外成对取样(围栏内-围栏外)与室内分析相结合的方法,研究了休牧、补播和自由放牧3种人为干扰方式对土壤容重、含水量、有机碳和全氮含量的影响。结果表明:在0~30 cm土层,随深度的增加,不同干扰方式对各指标的影响不同,但总体上草原土壤含水量、有机碳和全氮含量表现为补播﹥休牧﹥自由放牧(P0.05);土壤容重为自由放牧休牧补播(P0.05)。随土层深度增加,除土壤容重无显著变化外(P0.05),土壤有机碳和全氮含量均呈现显著下降(P0.05);土壤含水量则相反,其中,补播处理降幅最小,自由放牧处理降幅最大。0~30 cm各土层土壤容重与土壤含水量、土壤有机碳和全氮含量都成极显著负相关关系(P0.000 1),而土壤含水量、有机碳和全氮3项指标间相互成显著正相关关系(P0.000 1)。综上所述,不同干扰方式对草地土壤理化性状有明显影响,自由放牧加速了草地土壤有机碳和全氮的损失,而补播和休牧对遏制草地退化、恢复草地功能起到了积极的作用。     

洪涝灾害干扰下受损自然恢复林地土壤基本性状及分形维数特征

选取重大洪涝灾害干扰下受损自然恢复3种不同林地(毛竹林、杉木林、次生阔叶林)为研究对象,以未受损林地为对照,测定不同林型土壤基本性状指标(包括土壤颗粒组成在内的物理性质、主要养分含量),并运用分形理论计算了分形维数D值,探讨分形维数与土壤基本性状的相关关系.结果表明:(1)3种不同林型土壤均以粉粒含量占比最大,分形维数在2.58-2.70之间,0-10 cm土层分形维数表现为毛竹林杉木林次生阔叶林,受损自然恢复林地未受损林地,其中次生阔叶林的受损自然恢复林地与未受损林地差异显著.(2)毛竹林与次生阔叶林土壤容重表现为受损自然恢复林地显著大于未受损林地,土壤含水量、毛管持水量、非毛管孔隙度与总孔隙度则相反,受损自然恢复与未受损杉木林间土壤物理性质的差异较小;各林型土壤养分含量随土层深度的增加而降低,且受损自然恢复林地显著低于未受损林地,总体恢复状况表现为杉木林次生阔叶林毛竹林.(3)土壤分形维数与土壤黏粒含量、土壤容重存在显著正相关关系,与有机质、全氮、土壤含水量、毛管持水量、非毛管孔隙度及总毛管孔隙度存在显著负相关关系.因此,分形维数能够客观地表征土壤的结构特征以及土壤养分肥力特征;受损恢复林地土壤条件还未达到未受损林地的水平,对恢复状况较差的毛竹林,可以适当地进行人工植树造林,优化群落结构,进而改善土壤条件,促进灾害干扰下受损植被的恢复进程.     

放牧强度季节调控对短花针茅荒漠草原土壤养分的影响

以内蒙古高原荒漠草原亚带短花针茅(Stipa breviflora)草原为研究对象,设置五个放牧强度季节调控处理和对照处理,对不同处理方式下土壤养分进行研究。结果表明：放牧的季节调控对土壤养分状况有一定的影响。0~10 cm土层全氮、速效氮、NH4-N在各放牧处理下无显著差异（P>0.05）,春季零放牧+夏季重度放牧+秋季适度放牧处理下全氮含量随土层深度的变化无显著差异（P>0.05）,春季零放牧+夏季适度放牧+秋季重度放牧土壤表层全氮高于底层,秋季重度放牧土壤全氮含量有往表层积累趋势。土壤全磷、速效磷含量随土层深度的变化无显著差异（P>0.05）,春季适度放牧+夏季适度放牧+秋季适度放牧下0~10 cm土层全磷、速效磷含量低于其他土层,短期的放牧对草地磷的养分含量无太大的影响。全钾含量在春季零放牧+夏季重度放牧+秋季适度放牧和春季零放牧+夏季适度放牧+秋季适度放牧下无显著差异（P>0.05）。速效钾含量0~10、20~30 cm土层春季零放牧+夏季重度放牧+秋季适度放牧明显高于春季零放牧+夏季适度放牧+秋季适度放牧（P<0.05）,全年载蓄率相同的情况下季节载蓄率的调整能影响钾的有效性。土壤有机质含量在不同放牧处理下较对照区有所增加;在0~10 cm 土层各放牧处理较对照有机质有增加的趋势。速磷与 NH4-N、NO3-N 具有极显著相关关系（P<0.01）,全氮和有机质具有极显著相关关系（P<0.01）。     

高原鼠兔不同干扰强度对高山嵩草草甸土壤有机碳和全氮含量及其贮量的影响

利用高原鼠兔(Ochotona curzoniae)有效洞口数密度划分高原鼠兔干扰强度的方法,研究不同高原鼠兔干扰强度对高山嵩草(Kobresia pygmaea)草甸土壤有机碳和全氮含量及其贮量的影响,以期阐明高原鼠兔对土壤养分供给能力的影响.结果表明,随高原鼠兔干扰强度增加,高山嵩草草甸土壤有机碳和全氮含量以及其贮量均表现为先增加后降低的变化趋势,在干扰强度Ⅱ时最大(对应的有效洞口数密度为224个/hm2)(P<0.01).高原鼠兔干扰条件下,0-10 cm土层的有机碳和全氮含量显著大于10-20 cm土层的有机碳和全氮含量(P<0.01),而有机碳和全氮贮量在0-10cm和10-20 cm土层间差异不显著.因此,从高山嵩草草甸土壤养分调控角度看,适量的高原鼠兔干扰能够提高高山嵩草草甸土壤有机碳和全氮的固持潜力.     

环境因素对密云水库上游流域土壤有机碳和全氮含量影响的通径分析

土壤是全球重要的碳库和氮库,在全球碳氮循环中具有重要地位。密云水库是华北地区最大的水库和北京市最重要的地表水水源地,其上游流域山地广布,地形复杂,气候变化明显,土壤类型和植被类型多样,影响土壤碳氮库的环境因素具有较强的变异性。为揭示环境因素对密云水库上游流域土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）和全氮（total nitrogen,TN）含量的作用效应,采用野外采样、实验室分析与逐步回归分析和通径分析相结合的方法,研究了气候（温度和降水）、地形（海拔和坡度）、土壤理化性质（土壤容重、含水量、pH值和粘粒含量）等环境因素对流域SOC和TN含量的影响。结果表明：温度、土壤容重、含水量、pH值和粘粒含量对SOC含量的影响显著（P＆lt;0.001）,其中各因子的直接通径系数依次为：土壤含水量（0.439）＞土壤容重（-0.324）＞pH值（-0.238）＞温度（-0.209）＞土壤粘粒含量（0.092）,间接通径系数依次为：土壤容重（-0.425）＞土壤粘粒含量（0.305）＞土壤含水量（0.287）＞pH值（-0.179）＞温度（-0.043）,因此,土壤含水量、pH值和温度主要通过直接作用影响SOC含量,而土壤容重和粘粒含量则主要通过其它因子的作用间接影响SOC含量。海拔、土壤容重、含水量、pH 值和粘粒含量对 TN 含量的影响显著（P＆lt;0.001）,其中各因子的直接通径系数依次为：土壤含水量（0.456）＞海拔（0.234）＞土壤容重（-0.228）＞pH 值（-0.190）＞土壤粘粒含量（0.094）,间接通径系数依次为：土壤容重（-0.484）＞土壤粘粒含量（0.301）＞海拔（0.247）＞土壤含水量（0.257）＞pH 值（-0.202）,因此,土壤含水量主要通过直接作用影响TN含量,而土壤容重和粘粒含量主要通过土壤含水量的作用间接影响TN含量,海拔和土壤pH值的直接作用与间接作用     

黄土丘陵区不同土地利用类型下土壤酶活性和养分特征

研究了土地利用类型对土壤酶活性和土壤养分的影响.首先通过最小显著性差异(LSD)评价各样地之间和同一样地土壤剖面四个不同层次的土壤酶活性和养分的差异,其次分析四种土壤酶(转化酶、碱性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶)活性和土壤养分之间相关性;最后以农地为对照,应用土壤恢复指数研究不同土地利用类型对土壤的改良效果.研究结果表明,同农地相比,不同土地利用类型的表层(0～5 cm)土壤四种酶活性、全氮、有机质和碱解氮含量均有所提高,且在同一土地利用类型下表层土壤酶活性和养分均显著大于下部各土层.相关性分析表明,土壤四种酶活性与有机质、全氮、碱解氮呈极显著正相关关系.同农地相比,其余土地利用类型表层土壤质量显著提高,而以杨树、侧柏、油松、仁用杏和刺槐5种人工林地的土壤质量提高最为明显,同龄树种中,杨树对土壤的恢复效果大于刺槐和油松.