漓江流域红壤区生态恢复过程中植被结构动态和生物量变化

利用时空替代原理，选取漓江流域红壤区退化生态系统恢复过程中具有代表性的草丛、灌丛、针叶林、针阔混交林、常绿阔叶林5个阶段作为演替序列，研究自然恢复过程中各演替阶段的植被结构动态和生物量变化。结果表明：随着草丛→灌丛→针叶林→针阔混交林→次生常绿阔叶林正向演替的进行，在未形成成熟而稳定的顶极群落之前，物种丰富度、物种多样性指数、植被生物量及生产力都呈增大趋势。退化群落通过自然恢复总是向着结构更复杂、更完善的方向发展。根据恢复过程中植被的动态变化规律，提出了一些人工促进植被恢复的建议．     

河南省淮河流域伏牛山区主要生态恢复演替序列构建

为构建河南省淮河流域内伏牛山区的主要植被类型在生态恢复过程中的演替序列,选取了登封市、鲁山县、确山县和泌阳市4个典型地点,利用空间代替时间方法调查了不同演替系列的主要群落类型,采用排序并结合演替度、分层频度等分析方法构建了该区域的演替序列。结果表明：河南省淮河流域伏牛山区生态恢复过程中的植被群落可分为5种类型,即生态林封禁抚育群落、灌草坡封禁保护群落、梯田耕作经济林群落、梯田经济林弃耕群落、禁牧禁樵生态林群落;群落稳定性大小依次为栎类林、经济林与人工针叶林;植被演替可构建为自然恢复、人工种植后的自然恢复、人工经济林、进展与逆行等4个演替序列;其基本序列可识别为草丛、灌丛、人工林、经济林弃耕恢复林、栎类幼龄林、栎类中龄林等,演替度平均值分别为1.06、5.33、6.19、11.09、12.86、12.26;阔叶树种通常具有较大的分层频度,表明其良好的进展性与稳定性,以其为主要种类所构成的群落类型基本上均处于演替序列中的后期阶段;因此,可以将阔叶林以及特殊条件下的人工林设定为该区域生态恢复的目标植被类型。将几种演替分析方法综合运用,可以较全面地从区域微观尺度上揭示植被的演替过程,能较好地阐明植被演替过程;研究结果可以为生态恢复过程中植被动态与水文生态功能动态相关性、流域生态功能区划、生态恢复目标的制定与过程设计、以及流域生态保护策略制定等提供依据。     

不同退化程度喀斯特生态系统根际土壤的养分分布特征

以贵州中部喀斯特地区由乔木林、灌木林和灌草丛等不同退化程度生态系统中的优势物种根际土壤为研究对象,测定其C、N、P全量及有效态质量分数,分析各优势物种根际土壤的养分变化。结果表明：3个生态系统中不同优势物种根际各类土壤养分质量分数变化较大,其中,土壤C、N、P养分为乔木林中园果化香根际土壤质量分数最高,白枥根际养分质量分数最低。可溶性有机碳质量分数为乔木林中最低,其平均水平不超过10 mg·kg-1。土壤磷素的供给能力为乔木林的园果化香和刺秋相对较强,其中园果化香中达到1.5%。而且优势树种间根际土壤有效态养分质量分数的差异明显高于全量养分,说明喀斯特地区根际土壤养分差异性主要受植被因素的影响,土壤有效态养分较全量养分对植被群落演替的响应更为灵敏,而且根际土壤养分质量分数和形态的变化与土壤有机碳质量分数有显著的正相关关系,这进一步说明喀斯特地区植被类型的变化对土壤养分的循环利用具有重要的影响作用。     

三江源区不同建植年代人工草地群落演替与土壤养分变化

研究了了三源区不同建植期人工修复草地在不同演替阶段毒杂草[主要是甘肃马先蒿(Pedicularis kansuensis)]的入侵规律、数量特征,植物群落物种组成、生物苗和草地质最以及土壤养分、微生物活性的变化规律.结果表明,不同建植期人工修复草地植物群落的种类组成、植物功能群组成和群落数量特征存在显著差异.随着演替时间的推移,人工草地群落盖度、高度、物种数、生物最和多样性指数均表现出"V"字型变化规律,杂类草--甘肃马先蒿的数量特征变化尤为明显,在4 a的人工草地群落中开始局部入侵,在5～6 a的人工草地群落中大面积入侵,其入侵速度、入侵面积达到高峰期.土壤的含水量、容重、土壤中有机质、氮素和磷素在演替过程(7 a、9 a草地)中逐渐降低,到一定时期又逐步增加;随着演替的进行,不同建植期人工草地的土壤微牛物生物量碳和酶活性均呈"V"字型,变化.对于退化生态系统的恢复首先是植被恢复,其次是土壤肥力的恢复.土壤有机质等养分的积累、微生物活性的改善不仅能使土壤-植物复合系统的功能得以恢复,同时也能促进物种多样性的形成,有利于人工草地群落稳定性的提高.在试验区尽管植被恢复演替进行得比较缓慢,但从土壤发展的角度看,仍属进展演替.所以,在退化高寒草甸的恢复过程中,若降低和有效控制外界的干扰(如围栏封育),可为退化草地恢复提供繁殖体与土壤环境,实现人工草地逐步向恢复(正向)演替进行.图3表6参34     

桂西北喀斯特地区3种灌木群落土壤有机层特征

研究了桂西北喀斯特地区植被自然恢复过程中分别处于不同演替阶段的3种灌木群落土壤有机层(OL)与表层土壤(表土,TS)的基本物理与化学特征.结果表明:(1)有机层干物质现存量为乔灌丛(5 478.96 kg hm2)>藤刺灌丛(4538.99 kg hm2)>灌丛(3 665.37 kg hm2);有机层与表土含水量分别为乔灌丛>藤刺灌丛>灌丛、乔灌丛>灌丛>藤刺灌丛.(2)总有机碳(TOC)、全氮(TN)在有机层中的含量基本为未分解层>分解层,全磷(TP)、全钾(TK)则相反;有机层的TN、TP释放回归速率主要受到凋落物质量的限制,而环境因素的影响相对次要;P素的回归周期最长,是养分归还的限制因素.(3)有机层中的TN贮量依演替阶段从低到高而降低,TP与TK贮量群落间相差不大,但表土与有机层中的养分库格局规律并不一致,在表土中层各养分无素贮量基本上均以乔灌丛最高,即随着群落的正向演替,养分在土壤中的累积基本呈增加的趋势.图1表3参25     

植被恢复的生态效应研究进展

植被在水土保持、水源涵养及生态系统的固碳过程中起着重要的作用。植被恢复是指运用生态学原理,通过保护现有植被、封山育林或营造人工林、灌、草植被,修复或重建被毁坏或被破坏的森林和其他自然生态系统,恢复其生物多样性及其生态系统功能。目前,植被的自然及人工恢复是改善脆弱生态系统及退化生态系统生态环境现状最有效的措施。植被在恢复过程中对地上植被生态系统,物种多样性的恢复有着重要影响,同时通过凋落物及根系的输入,可以有效改善地下生态系统,增加土壤的养分含量、改善土壤的物理结构、增加土壤生物的生物量及活性。文章以地上及地下生态系统为出发点,综述了植被恢复过程中自然及人工恢复过程中不同的植被类型、不同的恢复时间下植物物种组成和多样性、土壤理化性质及土壤微生物群落的变化。植被的自然及人工恢复在一定程度上均能增加植物物种的多样性,随着恢复年限的增加物种的组成发生改变且多样性呈增加趋势,但一些特殊环境下不当的人工恢复可造成植被演替向退化方向发展,降低生物多样性。不同的植被类型由于其生长方式的不同对土壤理化性质和土壤微生物的影响存在差异,随着恢复年限的增长,土壤理化指标及微生物学指标呈现先增加而后趋于平稳的状态。针对已有的研究进展,提出在未来的研究过程中,一方面应该增加更多的对比研究,对不同环境下,不同的恢复物种,不同的恢复方式进行更深入地探讨;另外一方面应增加不同尺度的研究,现有的研究多集中在样地尺度,未来应在更大尺度上进行分析;再者,地上及地下生态系统之间的相互关系及影响机理一直是土壤学科研究的热点,植被恢复过程中应增加更多该方面的机理研究。     

西藏高寒河谷沙地不同演替阶段植被的高光谱特征

裸露沙地、稀疏草本、灌草过渡和灌丛群落是高寒沙地植被演替的主要阶段。基于大量调查划分了西藏高寒河谷沙地不同植被的演替阶段,利用美国ASD Field Spec3光谱仪野外测量了各演替阶段的高光谱信息,对比分析了主要优势沙生植物种群的高光谱特征以及不同演替阶段的光谱差异性。结果表明,籽蒿、花棒、藏白蒿、藏沙蒿、杨柴、棘豆、砂生槐和固沙草等作为植被演替阶段划分的关键优势沙生植物种,其光谱特征具有明显的差异性,主要体现在红边位置、红边形状、红谷和纤维素吸收波段处。裸露沙地在向稀疏草本、灌草过渡和灌丛群落阶段的植被演替过程中,群落的植被盖度增加,裸地面积减少,光谱反射率整体上持续增强,叶绿素吸收造成的红谷特征强化,近红外水分吸收谷增强,土壤背景光谱特征逐渐减弱,且不同演替阶段优势沙生植物种群的光谱一致性变化较大。     

衡阳紫色土丘陵坡地不同恢复阶段土壤渗透性研究与评价

以典型的衡阳紫色土丘陵坡地植被不同恢复阶段为研究对象,采用空间代替时间序列方法,选用立地条件基本相似的草坡恢复阶段(Ⅰ)、灌草恢复阶段(Ⅱ)、灌丛恢复阶段(Ⅲ)与乔灌恢复阶段(Ⅳ),通过Spearman秩相关分析法与灰色关联度分析方法,对各植被恢复阶段土壤水分入渗特进行研究分析.结果表明:(1)不同植被恢复阶段土壤饱和导电率与土壤容重呈极显著负相关(p＜0.01),与非毛管孔隙度呈现出极显著正相关(p＜0.05),与粒径在2～0.25 mm的含量呈显著正相关(p＜0.05);(2)选取各植被恢复阶段的初渗速率、稳渗速率、平均渗透率和渗透总量4项参数进行灰色关联分析,各植被恢复阶段土壤水分入渗特性灰色关联度依次为乔灌恢复阶段(Ⅳ)(0.730 03)＞灌丛恢复阶段(Ⅲ)(0.686 02)＞灌草恢复阶段(Ⅱ)(0.596 09)＞草坡恢复阶段(Ⅰ)(0.56009)＞裸露地(CK) (0.414 03),乔灌恢复阶段(Ⅳ)在所研究的区域内具有较好的水分入渗性能;(3)Horton水分入渗模型拟合的相关系数R2值≥0.774,对所研究的区域的土壤水分入渗过程具有较好的适用性.图1,表6,参23.     

不同演替阶段下球囊霉素相关土壤蛋白对团聚体稳定性的影响

团聚体是土壤结构的基础单元,球囊霉素能粘结细小土壤颗粒形成稳定大团聚体,被誉为"超级胶水"。为了解植被恢复过程中球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)对团聚体的影响,选取不同演替阶段(裸地、草地、灌木林、乔木林、乔灌混合林)的土壤为研究对象,分析了球囊霉素相关土壤蛋白组分、土壤有机碳(SOC)和团聚体稳定性在不同土壤深度(0—10、10—20、20—30 cm)的分布特征。结果表明,不同演替阶段的易提取球囊霉素相关土壤蛋白(EE-GRSP)含量在0—30 cm土层内表现为乔灌混合林乔木林灌木林草地裸地,总量球囊霉素相关土壤蛋白(T-GRSP)含量表现为乔木林乔灌混合林灌木林草地裸地,SOC含量表现为乔木林乔灌混合林灌木林草地裸地,快速湿润处理下平均质量直径MWDFW表现为乔灌混合林乔木林灌木林草地裸地,乔木林和乔灌混合林覆盖下土壤的GRSP含量、SOC含量及团聚体稳定性均显著高于其他演替阶段(P0.05)。随着演替阶段进行到乔木之后,土壤中的GRSP和SOC的累积加强,有助于提升土壤质量和团聚体稳定性。EE-GRSP、T-GRSP和SOC与LB法3种破坏机制(FW,WS,SW)下MWD和0.25 mm团聚体占比均有极显著正相关关系(P0.01)。逐步回归分析结果显示,在FW和SW处理下EE-GRSP对团聚体稳定性指标的解释效果最好,而在WS处理下T-GRSP的解释效果则更好。研究结果可为区域内植被恢复过程中球囊霉素相关土壤蛋白与团聚体稳定性研究提供理论依据。     

汶川地震滑坡体自然植被恢复及影响因子——以龙溪–虹口自然保护区为例

为了解汶川地震后滑坡体的植被恢复状况及驱动因子,于2012年8-9月在都江堰市四川龙溪–虹口国家级自然保护区对地震滑坡体上的植物物种组成、生长状况及环境因子进行了调查,共调查了127个10 m×10 m样方;并利用广义线性模型分析了影响滑坡体自然植被恢复的关键因子.结果显示:(1)滑坡体生长的维管植物有38科67属75种,以菊科(13种)和蔷薇科(7种)物种最为丰富,其余科的种类都较少;(2)物种生活型方面,草本植物种类最多,有47种,占总数的62.67%;其次为木本植物,有25种(包括灌木19种,小乔木6种);藤本植物仅3种;(3)滑坡体植被类型主要为灌丛及灌草丛,进一步可划分为10个群系,主要以灌丛为主,川莓(Rubus setchuenensis)和光滑悬钩子(R.tsangii)为主要的建群种,在滑坡体上常构成单优势片层或混合生长形成共优种;(4)植被总盖度大于30%的样方占62.99%,最高达85%;植被平均高度超过1 m的样方占60.63%,最高达2.5 m;植物物种数超过5种的样方占84.25%,最多的有17种;(5)广义线性模型结果表明,坡度、样方位置、距林缘最近距离以及地表砾石盖度为影响滑坡体自然植被恢复的关键因子:坡度越大,灌木盖度越低,植物物种数也越少(B0,P0.001);砾石盖度越高,植被总盖度、灌木盖度和植被平均高度都越低,植物物种数也越少(B0,P0.05);距林缘最近距离越远,植被总盖度和平均高度都越高(B0,P0.05);残留植被盖度越高,灌木层的盖度也越高(B0,P0.05);位于滑坡体下部样方的植被总盖度显著高于中部和上部(B0,P0.01).研究表明,汶川地震后滑坡体上的植被大多都能够进行自然恢复,并逐渐向灌木和乔木林方向正向演替,但不同区域的恢复速度和建群种会存在差异;次生演替初期,小尺度范围内地形条件及地表基质状况的差异性对植被的恢复状况以及演替进程都有着显著的影响.     

西南喀斯特典型土壤在不同植被类型下的土壤呼吸特征

为了研究喀斯特地区不同植被类型覆盖下的典型土壤呼吸变化规律,采取野外原位观测的方法,监测了2种典型植被类型（林地和灌草地）下的红壤、棕色石灰土、黑色石灰土在不同时刻的土壤呼吸过程。通过对土壤呼吸的日变化、季节变化和在旱季、雨季的差异的分析,探讨了喀斯特典型土壤的土壤呼吸规律。结果表明,3种土壤不同植被呼吸速率相比,旱季红壤和棕色石灰土的土壤呼吸速率均有：林地〉灌草地（P〈0.05）,黑色石灰土的土壤呼吸速率有：灌草地〉林地（P〈0.05）;雨季为红壤：灌草地〉林地（P〈0.05）,石灰土：林地〉灌草地（P〈0.05）。灌草地土壤呼吸速率对温度湿度的响应比林地敏感。西南喀斯特地区土壤呼吸特征的变化因植被类型不同而存在差异。不同的植被覆盖状况会影响到土壤呼吸对不同土壤类型的敏感程度。     

退化喀斯特植被恢复过程中土壤酶活性特征研究

采用空间代替时间的方法,在贵州西南部花江典型喀斯特峡谷区选择裸地、草本、灌木、乔林四个植被恢复阶段作为退化植被恢复过程中不同恢复阶段。然后在一年中四个季节的每一季节分别对四个阶段样地进行取土,带回实验室风干磨细。分别用比色法测定脲酶活性,用比色法测定淀粉酶活性,用碘量滴定法测定多酚氧化酶活性。通过一年的实验结果表明,土壤酶活性随植被恢复过程逐渐提高,即裸地阶段〈草本群落阶段〈灌木群落阶段〈乔林阶段。土壤酶在土壤中分布是根际土大于非根际土,垂直剖面上,A层总是大于B层。脲酶、淀粉酶、多酚氧化酶活性在一年中总体表现为春夏季高,冬季低的特点,具体的酶表现不尽相同。各层次酶活性季节性变化趋势相同。     

Application of Markov-chain model for vegetation restoration assessment at landslide areas caused by a catastrophic earthquake in Central Taiwan

The 921 earthquake caused a catastrophic disaster in Central Taiwan. Ten years have passed since the earthquake occurred. Vegetation succession is the basis for establishing a restoration reference which plays an important role in vegetation restoration at landslide sites. Generally, growth conditions for grass are easier and the growth rate is faster than that for trees. Therefore, grass can be considered a pioneer species or an important reference for the early vegetation succession stage. This is the reason why grass is required to be extracted from other land covers. Integrating remote sensing, geographic information system and image classification into vegetation succession models is very important. In this study, the Markov chain model was applied for vegetation restoration assessment and discussion. Chiufenershan and Ninety-nine peaks were selected as the study areas. Five SPOT satellite images are used for land cover mapping and vegetation restoration simulations. Four categories of land covers were extracted, including forest, grass, bare land and water, respectively. From the transitive probability matrix (derived from any two land covers), the results show that vegetation restoration at the Chiufenershan and Ninety-nine peaks landslide areas is ongoing, but that has been disturbed by natural disasters.     

不同恢复年限刺槐林土壤碳、氮、磷含量及其生态化学计量特征

地处西秦岭山地的甘肃天水吕二沟小流域土壤侵蚀问题严重,上世纪五六十年代开始,当地政府在研究区实施了多年的生态恢复措施以保持水土,但目前尚未有植被恢复对土壤生态计量特征的系统调查。分析不同林龄人工林土壤碳、氮、磷含量及其生态化学计量特征可在一定程度上揭示土壤养分的限制情况。选取黄土丘陵沟壑区不同生长年限(5、20、40、56 a)的人工刺槐林(Robinia pseudoacacia L.)为研究对象,以荒地为对照,探讨不同恢复年限人工刺槐林0-100 cm土壤碳、氮、磷含量及其生态化学计量特征。结果表明,5年恢复期后,随林龄的增加,土壤有机碳、全氮、C:P比和N:P比均显著增加(P<0.05),平均值分别为5.09 g·kg^-1、0.66 g·kg^-1、9.02、1.18,均低于中国土壤生态计量平均水平;土壤含水率下降,土壤干化明显;土壤容重和C:N比的变化不大(P>0.05);全磷无明显变化规律,均值为0.56 g·kg^-1,接近中国土壤的平均值。长期的植被恢复有利于增加土壤有机碳和全氮含量,但仍需要更长期的人工刺槐林种植来提高土壤肥力。研究区人工恢复水保林水分亏空是限制刺槐生长的重要因素,氮是流域土壤的主要限制性营养元素。本研究有助于当地政府调整植树造林措施、保持土壤质量稳步提升、预防人工林地退化,为人工林管理提供参考。     

怀来盆地弃耕地自然恢复过程中土壤养分动态

研究了怀来盆地丘陵区弃耕地自然恢复过程中土壤养分的变化规律。采取空间代替时间的方法,确定了代表弃耕地初期阶段、草地阶段和灌丛地阶段的3种样地,通过分层取样测定了土壤有机质、全量养分和速效养分含量。结果表明,全量养分对生态系统恢复的响应与其相应的速效养分明显不同。随着弃耕地的恢复,土壤有机质有明显增加的趋势,P循环和K循环由物质控制向生物控制转换,但速效P在恢复初期增加缓慢。速效N由于耕种期施肥的影响表现出先降低而后增加的特点。全量养分中,只有全N在弃耕地自然恢复中有增加的趋势。灌丛可以在更深的层次上影响土壤养分。植被的恢复与土壤肥力的提高密切相关,这种作用随着植被的恢复而不断增强。     

三峡库区笋溪河流域面源污染及其与土壤可蚀性k值的关系

研究三峡库区面源污染特征及其与水土流失的关系,可为库区氮磷污染和土壤侵蚀控制提供依据.选择三峡库区库尾笋溪河流域,在流域内分园地、林地和耕地3种土地利用类型共采集126个土壤样品,并在主干和支流采集52个水质样品.根据EPIC模型计算土壤可蚀性k值,分析流域内土壤可蚀性k值对面源污染的影响.结果表明,笋溪河流域面源污染主要是氮污染,总氮均值达1.37 mg/L,氮素的主要形态为硝态氮,占总氮的71.2%;总磷浓度为0.1 mg/L.流域内土壤可蚀性k值均值为0.040,随着土层加深土壤可蚀性k值呈上升趋势;林地土壤可蚀性k值显著低于园地和耕地.笋溪河流域总氮浓度与园地和耕地0-20 cm土壤可蚀性k值有关,硝态氮浓度与耕地0-40 cm土壤可蚀性k值有关.因此,笋溪河流域面源污染严重,主要来源是耕地和园地,应实行免耕、植物篱等措施,同时减少化肥施用,增加有机肥比例,以增加土壤抗侵蚀能力,进而控制流域水土流失和面源污染.(图6参37)     

坡地赤红壤物理退化及其机理研究──Ⅰ.土壤结构退化研究

通过比较研究，探讨了坡地赤红壤结构退化过程的特征．结果表明，与地带性自然植被下的坡地赤红壤比较，次生植被或人工植被下的坡地赤红壤结构退化现象明显，表现在表土砂化，即砂粒含量相对增加，粘粒含量相对减少；土壤结构稳定性下降，主要体现在较大粒径水稳性团聚体减少；土壤孔隙性变差，主要体现在容重增加和较大孔径孔隙减少．对自然赤红壤而言，容重增加、较大孔隙减少更为明显：对耕型赤红壤而言，土壤结构稳定性下降，表土砂化更为突出．