青藏公路改建完善工程的生态环境保护措施

青藏公路地处青藏高原,生态环境类型多种多样.本文针对高寒草甸生态、高寒草原生态、沼泽湿地生态、砾漠戈壁和高寒荒漠生态、河流生态植被、高寒灌丛生态等类型地区不同生态环境类型,从工程防护、植被恢复和景观恢复等角度提出不同的生态恢复和保护措施,缓解青藏公路改建完善过程中对青藏高原生物多样性及生态环境的破坏.     

《中国环境科学》荣获第三届中国科协期刊优秀学术论文奖

《中国环境科学》2004年第2期发表的马世震等人的文章“青藏公路取土场高寒草原植被的恢复进程”荣获2005年中国科协颁发的第三届中国科协期刊优秀学术论文奖.《中国环境科学》荣获第三届中国科协期刊优秀学术论文奖$《中国环境科学》编辑部     

高寒草地土壤保持功能的风洞模拟及其定量评估

青藏高原高寒草地的土壤保持功能对于保护生态环境具有重要的作用。为了研究人类活动不同干扰方式对高寒草地土壤保持功能的影响,利用大型风洞,对不同干扰方式下高寒草甸、草原化草甸和高寒草原3个类型的土壤保持功能定量评估,以侵蚀率作为土壤保持功能的测度指标。实验结果表明,随着风速的增大,3个样品的土壤侵蚀率均呈现增大趋势,但不同处理下侵蚀率的增幅不同。当植被根系破坏后,土壤侵蚀率大小为高寒草甸<草原化草甸<高寒草原,说明,高寒草甸土壤的可蚀性低,高寒草原土壤的可蚀性高,极易遭到破坏。从总体来看,土壤保持功能的强弱依次为高寒草甸>草原化草甸>高寒草原。风蚀前后土壤中有机质和养分含量的变化分析表明,土壤有机质和养分含量显著下降,其中速效K2O的养分含量下降幅度最大。对3个草地类型单位面积土壤保持经济价值进行计算,计算主要包括保持有机碳、保持养分和减少土壤流失对河流湖泊淤积3个方面的价值。结果表明,高寒草原化草甸单位面积的土壤保持价值最高,其次为高寒草甸,高寒草原单位面积土壤保持价值最低。     

基于Meta分析的煤矿区植被恢复对土壤有机碳储量的影响

煤矿开采是全世界应对不断增加的能源需求的主要手段.但随着煤矿开采,区域生态系统遭到不同程度的破坏,导致“碳汇”能力下降.植被恢复是矿区退化的生态系统和固碳功能恢复的基础.然而,目前尚未对全球范围内煤矿区植被恢复对土壤有机碳（SOC）的影响进行系统研究,因此无法准确预测全球SOC库对植被恢复的响应.通过搜集同行评议的112篇文章中植被恢复的土壤理化性质,以评估煤矿区植被恢复类型、土壤深度、恢复年份、年均温、年降水量和海拔等对SOC的影响,并明确相关的关键驱动因素.结果表明,受损煤矿区通过植被恢复能够显著改善土壤的理化性质,植被恢复后土壤相较于未恢复或自然恢复SOC储量提升了39.02%.当不考虑环境因素时,利于SOC储量积累的植被恢复类型为：农田>林地>草地>灌木林.4种类型的植被恢复对表层（0~20 cm）SOC储量均得到显著增加,草地和灌木能显著增加深层（>40 cm）的SOC储量,而林地和农田类型下深层的SOC储量与未恢复或自然恢复后的SOC储量无显著差异.植被恢复后SOC储量的增加趋势会随着土壤深度的增加而降低.具体的植被恢复策略应根据气候条件选择合适的植被类型.受损煤矿区在年均温<0℃和年均降水<500 mm的环境下,固碳效应较高的植被恢复类型为草地和灌木林,而在年均温>15℃和年降水量>800 mm的环境下,林地和农田恢复类型能够更好地增加SOC储量.TN、BD、AN和AK是影响土壤固碳能力的主要因素.研究可为量化受损煤矿区不同植被恢复措施的固碳效果和退化生态系统的恢复与重建提供理论参考.     

青藏高原不同土地利用方式下的土壤质量评价

为进行青藏高原不同土地利用方式下土壤质量对比并研究其影响因素,以位于青南江河湖源区、藏北高原和南亚通道的三条样带为研究区,针对区域内高寒草甸、荒漠草原、农田和沙地这四种土地利用方式,采用主成分分析法建立最小数据集（minimum data set,MDS）,计算土壤质量综合指数（soil quality index,SQI）并进行土壤质量评价。结果表明：（1）评价青藏高原土壤质量的MDS包括容重、有机质、全氮、全钾和有效磷,按SQI大小将土壤质量分为五级,研究区土壤质量较差,以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级为主且东部土壤质量优于西部;（2）研究区土壤质量高寒草甸＞荒漠草原＞农田＞沙地,且高寒草甸土壤质量显著优于荒漠草原、农田和沙地,后三者间土壤质量差异不大,MDS中对土壤质量起主要作用的指标为有机质、全氮和有效磷;（3）在土壤质量的众多影响因素中,本文主要考虑的是植被盖度、风蚀强度和人类活动,其中高寒草甸植被盖度大,风蚀强度弱,土壤质量好,荒漠草原和沙地植被盖度小,风蚀强度大,土壤质量差,而农田土壤质量受人类活动影响。     

围栏封育对巴音布鲁克草原土壤理化性质的影响

为明确长期围栏封育对新疆亚高山草原土壤理化性质的影响,本研究以巴音布鲁克草原围封26年的高寒草甸、高寒草甸草原和高寒草原为研究对象,对三种类型草地围栏内外土壤理化性质进行对比分析,结果表明:(1)高寒草甸和高寒草原围栏内表层土壤饱和含水量、田间持水量和土壤含水量均高于围栏外样地,而土壤容重均低于围栏外,其中高寒草甸围栏内外的田间持水量、土壤含水量和土壤容重的差异达到显著水平;(2)高寒草甸围栏内表层土壤有机质含量显著高于围栏外,全氮则显著低于围栏外;三种类型草地围栏内表层土壤全磷含量均低于围栏外;(3)相关性分析表明,土壤含水量高的草地,其饱和含水量和田间持水量也较高,土壤容重较小;土壤容重高的草地其有机质含量较低;速效钾含量高的草地,其全磷含量也较高。围栏封育有利于草地土壤理化性质的恢复,但长时间围封会降低土壤磷素含量,需要通过施肥等管理措施补充以促进草地生态系统保持良性状态,本研究对草地土壤质量调控和退化草地恢复研究具有参考意义。     

植被重建下煤矿排土场土壤熟化过程中碳储量变化

植被重建是治理因露天煤矿的开采而形成的大面积排土场行之有效的措施,了解植被重建模式对排土场土壤有机碳(SOC)储量的影响是筛选植被治理措施的重要因子.在内蒙古准格尔旗黑岱沟露天煤矿,选取15 a治理排土场中5种植被重建模式(自然恢复地、草地、灌木林、乔灌混交林、乔木林),16种植被配置类型,采集土壤剖面(0~100 cm)样品408个,研究不同重建模式下SOC储量的变化.结果表明:1治理排土场植被重建模式显著影响剖面SOC含量与分布(P<0.05),表层0~10 cm SOC呈草地>灌木>乔木>乔灌混交林>自然恢复地;全氮(TN)也呈相似的变化特征.2植被配置类型中,苜蓿地0~10 cm的SOC含量(5.71 g·kg-1)和TN含量(0.49 g·kg-1)均最高,比自然恢复地分别高166.7%和171.3%,且是沙棘、紫穗槐+油松、香花槐的两倍左右.3植被重建对SOC影响深度主要集中在0~20 cm,而对TN的影响可达40 cm.4与新建排土场相比,植被重建后,草地、灌木地和乔木地0~100 cm碳储量分别增加了15.47、6.93和6.95 t·hm-2,但仅相当于原地貌水平的2/3、1/2和1/2.植被重建表现出碳汇效应和巨大的固碳能力.从土壤固碳的角度考虑,建议植被重建模式以草地为主,植被类型优先考虑苜蓿.     

气候变化和人类活动对我国典型草原区植被恢复的影响

草原区作为影响我国陆地生态系统碳水循环和生态安全的重点区域,对气候变化和人类活动极为敏感.然而,有关气候变化和人类活动对该区域植被恢复相对贡献的认识尚存分歧.以生态系统净初级生产力(NPP)为评价指标,通过对比MODIS观测的实际NPP和基于Thornthwaite Memorial模型估算的潜在NPP的趋势差异,量化了2000～2020年气候变化和人类活动对我国典型草原区(北方温性草原区和青藏高原高寒草原区)植被恢复的相对作用.结果表明,研究区内93%的草地植被呈恢复趋势,NPP平均增加速率达(以C计)2.12 g·(m²·a)^-1(P<0.01),其中,近一半植被恢复区受气候变化和人为活动共同控制,约36%和10%植被恢复区分别受气候变化和人类活动的独立控制;此外,不同草地类型气候变化主导植被恢复的面积占比差异大,主要表现为高寒草地明显高于温性草地,气候条件越干旱,气候主导面积占比越大.人类活动不是北方温性草原区和青藏高原高寒草原区植被恢复的主要原因,但在气候条件恶化地区,人类活动可降低甚至抵消气候变化对植被的负面影响.未来需加强长...     

五道梁高寒草原土壤水分和植被盖度空间异质性的地统计分析

青藏高原高寒草原区,由于长期冻融和地下冰的存在形成了独特的生态水文结构,土壤水分是控制高寒草原生态过程的关键因子。利用地统计学对多年冻土区高寒草原土壤表层含水量和植被盖度的空间变异性进行研究,结果表明,高寒草原生态系统浅层剖面(0~50 cm)土壤水分和植被盖度均符合正态分布,土壤含水量沿垂直方向逐渐增大,介于19.43%~25.37%之间,变异系数介于23.77%~40.92%;植被盖度具有强变异性,变异系数为47.99%。0~50 cm土壤含水量具有高度的空间异质性,其中91.1%的空间异质性是由空间自相关部分引起的,主要体现在10~190 m的中尺度上;植被盖度在研究尺度上具有中等程度的空间自相关,植被盖度随机部分的空间变异性占总空间变异性的比例为34.2%,主要体现在10 m的尺度内。各向异性分析表明,土壤水分和植被盖度具有明显的各向异性,其空间格局有明显的差异。     

三江源地区高寒草地土壤功能的水平分异特征及其沿发生层的垂直变化

三江源地区是研究土壤生态系统功能响应气候变化的热点区域.为了研究三江源地区高寒草地土壤剖面功能特征和驱动机制沿发生层的差异,分析了高寒草地土壤剖面不同发生层的土壤功能指标(包括呼吸、氮转化速率和酶活等)以及与环境因子之间的相关关系.结果表明,土壤功能特征在高寒草甸和高寒草原之间不存在显著差异,表层土相比于深层土具有更高的呼吸、氮转化速率和酶活.土壤理化性质中全氮含量是不同发生层土壤功能特征的关键驱动因子,分别解释了土壤功能特征18.3%、21.4%和27.5%的水平分异.气候和植被因子主要在表层土中通过改变土壤理化性质间接影响土壤功能,但是大气氮沉降在深层土中对土壤功能仍存在影响.结果显示,三江源地区高寒草地土壤表现出显著的氮受限特征,为全球气候变化背景下土壤功能多样性的维持和对气候变化的响应提供了新的见解.     

最后间冰期至未来2070s中国潜在自然植被时空分布格局及其对气候变化的响应

潜在自然植被（PNV）对生态环境的修复与重建、自然保护区的规划与建设和农牧业的生产与发展均有着重要的指导作用。研究基于综合顺序分类系统（CSCS）,利用最后间冰期至未来2070s六个时期的温度和降水量数据,模拟中国PNV的时空分布格局及其对气候变化的响应。研究结果表明：（1）CSCS将六个时期中国PNV分别划分为39、37、38、40、40和40类以及10个类组。（2）寒冷干旱型类组主要分布在西北,温暖湿润型和炎热潮湿型则分布在中东部和南方。除冻原和高山草地、冷荒漠、半荒漠和温带森林草地4个类组呈现下降趋势外,其余均为上升趋势。（3）温带森林草地转变为亚热带森林草地的面积最大,占总变化面积的35.4%。（4）CSCS既未包含人类活动影响因素,又能模拟长时间序列的PNV演替。（5）最后间冰期至未来2070s,森林类组向纬度和海拔高度更高的北方及青藏高原移动。研究结果进一步明确了PNV概念的界限,揭示了气候变化对PNV演替的作用机理。     

西藏公路建设工程土壤侵蚀预测研究

西藏地区公路建设过程中的水土保持一直以来是必须面对的机遇与挑战。文章以国道318线通麦段公路改建项目为例,对工程施工造成的土壤侵蚀类型和强度进行了预测分析。根据实地调查,项目区可划分为主线防治区、病害整治防治区、施工场地、取料场、弃渣场5个区域,文章分别对其扰动地表而可能产生的水土流失量进行了预测。结果显示预测期内工程水土流失总量约10 990 t,其中弃渣场、路基边坡流失量较大,应属于水土流失的重点防治区。     

西藏生态安全屏障保护与建设工程的宏观生态效应

西藏高原是我国重要的生态屏障、江河源区与生物物种基因库,为了保障其生态功能的持续有效发挥,2008年开始实施西藏高原生态安全屏障保护与建设工程。论文基于工程规划目标,通过对比监测2000—2008年与2008—2015年西藏高原生态系统及其关键服务的时空变化,科学地评估西藏高原生态工程的生态效应。结果表明：工程实施前、后8 a相比,1）西藏高原生态系统格局稳定少动,生态系统宏观状况趋向良性发展。森林面积持续增加,荒漠面积显著减少,水体与湿地面积从减少转变为增加。2）草地退化趋势明显减弱、草地恢复态势显著,退化草地占比下降了19.9%,恢复草地占比增加了33%。植被覆盖度增加趋势明显,平均提高了1.9%,特别是高寒草甸类。草地载畜压力明显减少,牧草供给能力提升,草畜矛盾有所缓解。3）生态系统水源涵养能力增加,碳汇总量略有提高,防风固沙服务能力稳步上升。然而,降雨量增加导致降雨侵蚀力增强,植被覆盖度增加但植被根系土壤层无法短时期内恢复,从而导致土壤保持服务能力有所下降。4）西藏高原的暖湿化气候有利于减缓荒漠化进程并促进生态系统恢复,而生态安全屏障保护与建设工程的实施对西藏高原生态系统服务能力的提升特别是工程区局部生态恢复具有一定的正面作用。     

红壤丘陵区不同森林恢复类型土壤种子库特征研究

研究采用野外取样和室内萌发相结合的方法对湖南红壤丘陵区4种森林恢复类型下土壤种子库进行了比较研究。主要结论为:①草本植物是4种森林类型土壤种子库物种组成和个体数量的主要组成部分,其比例分别达61.9％-86.67％和49.82％-87.27％。4种植被类型种子库密度大小为:杉木林>湿地松林>油茶林>天然次生林;②天然次生林的灌木和乔木植物种子种类与数量多于人工林;③湿地松人工林和杉木人工林的人工抚育导致部分种子埋藏在土壤较深层,土壤8-20cm中种子数分别占种子库的33.09％和26.64％;④对于土壤种子库的物种多样性,天然次生林显著大于人工林,干扰少的油茶林大于干扰较多的湿地松林和杉木林,天然次生林最有利于该区域植物物种多样性的维持与保护;⑤不同森林恢复类型下种子库中种子来源不一致,湿地松林和杉木林土壤种子库中的物种与地表植物物种较一致,共有物种比例达69.2％和43.8％,而油茶林和天然次生林种子库中的物种与地上植被的种类组成差异较大,共有物种比例仅为26.7％和33.3％。研究结果表明,从物种丰富度与群落结构复杂性来看,我国南方红壤丘陵区森林恢复类型以自然恢复最优。对人工林的抚育方式,该区域采用的“全抚”将增加种子库的损失,不利于植被的恢复。     

黄土高原人工林土壤水分效应的地带性特征

为提高黄土高原人工植被建设成效,依据天然植被呈地带性分布的规律,对比分析不同地带人工林与天然植被对土壤水分利用的差异。结果表明:不同植被地带的人工林下均存在一定程度的水分亏缺和干化层现象,其严重程度为森林带<森林草原带<典型草原带。森林带的水分条件可满足林木成材对水分的需求,林木采伐后土壤水分可得到很好恢复;森林草原带可满足10龄以下林木生长对水分需求,10龄以上林分的水分亏缺严重,林木采伐后土壤水分恢复进程缓慢;典型草原带不能满足人工林生长对水分需求。在此基础上,提出了与地带性水分条件相适应的人工林草植被建设模式。     

稀土矿废弃地植被恢复过程中土壤微生物演变

以福建长汀典型离子型稀土矿堆浸冶炼废弃地作为研究对象，采取"空间代时间"的方法，对堆浸废弃地不同植物恢复年限样地土壤理化性质及微生物进行调查测定，分析植物恢复对稀土矿堆浸废弃地土壤理化特性及微生物的影响.结果表明：在植被恢复第3a和4a土壤理化性质显著高于未治理废弃地，但仍显著低于矿区周边未开采对照（P<0.05）.植被恢复年4a以后，长汀稀土矿废弃地土壤理化性质则呈下降趋势，但仍显著高于未治理废弃地（P<0.05）.长汀稀土矿堆浸废弃地不同植被恢复年限土壤细菌丰度及多样存在一定差异.随植被恢复年限的增加，土壤细菌多样性及丰度降低，但一些特殊细菌群如γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）、a-变形杆菌纲（Alphaproteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、蓝藻菌门（Cyanobacteria）等在不同植被恢复年限样地中其相对丰度明显增加.具有固氮作用的蓝藻菌门（Cyanobacteria）随着植被恢复年限的增加，其相对丰度降低.广古菌门（Euryarchaeota）仅存在于未开采对照样地；土壤寡营养细菌酸杆菌门（Acidobacteria）随植被恢复年限的增加，相对丰度呈增大趋势.土壤中优势菌群广古菌门（Euryarchaeota）、厚壁菌门（Firmicutes）、β-变形菌门（Proteobacteria）、Methanobacterium属、罗尔斯通菌属（Ralstonia）与土壤pH、全磷、全钾、速效磷等呈正相关.土壤pH值、全磷、全钾等是影响广古菌门（Euryarchaeota）、厚壁菌门（Firmicutes）等细菌菌群多样性及相对丰度变化的重要因素.以上结果表明，离子型稀土矿堆浸废弃地植被恢复治理到3~4a时，应采取防治措施对其进行人工抚育管理，否则可能会出现前期恢复后期退化的问题.     

岛群围填海过程中岸线与植被变化特征初步探究——以舟山石化基地为例

通过遥感（RS）结合地理信息系统（GIS）的方法,解译舟山石化基地工程所在区域7个时期卫星遥感影像。结合收集相关资料和登岛实地调查,提取并分析了舟山石化基地建设不同时期岸线变迁和植被分布变化情况。研究结果表明:近3 a内,舟山石化基地工程所涉及岛群自然岸线减少21.335 km,占原自然岸线的75.4%;岛群植被减少3.537 km2,占原岛群植被面积的74.0%。岛群变化大体划分为大鱼山主岛开发、大小鱼山连岛过程、岛群整体围填和岛群向东扩张围填四个阶段。前三阶段岛群自然岸线快速减少,人工岸线快速增加,第四阶段自然岸线缓慢减少,人工岸线长度冲高回落;岛群植被在前两阶段快速减少,后两阶段减少较慢;上述特征主要与工程施工过程有关。由于工程开发严重影响了岛群原有生态环境,建议海岛管理部门在岛群开发中应做好生态保护与修复工作。     

陕—甘天然气管道工程对环境的影响及防治对策

陕—甘天然气输气管道工程地跨毛乌素沙地南缘和陇东黄土高原,生态环境十分脆弱。根据对管道沿线生态环境现状以及输气工程对沿线生态环境影响的分析和预测,工程施工期将造成沿线植被的破坏及大片沙质地表和黄土的裸露以及土体结构的改变,使管道沿线20 m范围内的土壤可蚀性指数上升2～4倍,施工区平均侵蚀模数将会由施工前的0.856万t/(km2.a)增加至3.424万t/(km2.a)。若不采取有效的预防和保护措施,必将引起管道沿线土地沙漠化的扩大和水土流失的加剧。      

荒漠草原区油气管道建设对地表植被格局的影响

以油气管道经过的乌鲁木齐荒漠草原地区为研究对象,选择施工前、施工期以及恢复期3个不同施工阶段的遥感影像数据,解译地表植被类型,采用象元二分法提取植被覆盖度,通过比较时间上植被覆盖格局和土地利用格局的变化,分析油气管道建设对生态系统影响的范围和特点.研究发现:不同建设时期管道两边荒漠草原区土地利用类型差异较大,草地面积持续降低,共计减少32.53%,灌木林地面积增加到24.61%,建设用地面积在建设期增加,植被恢复期降低.研究区复杂程度提高,原有生态结构发生改变;建设期管道施工作业带及两侧10m范围内植被覆盖度显著低于其他区域,而管道两侧50~100以及100~200m范围内的植被覆盖度无明显差异,但与200~300m范围相比差异显著.管道建设主要影响范围为管道上方施工作业带以及两侧10m的范围内,间接影响范围为施工作业带两侧200m内;恢复期人为措施对研究区植被覆盖度的主要影响范围为施工作业带;管道建设改变了荒漠草原生态系统的组成结构,是管道周边土地利用类型和荒漠草地系统变化的主要推动力;人为恢复措施无法使受影响区域的植被恢复到建设前的水平.