黄土丘陵区不同恢复植被类型的固碳特征

为分析黄土高原水土流失严重区不同恢复植被类型的固碳特征,比较恢复年限和坡向因素对植被碳汇效应的影响,在陕北黄土丘陵区选取了6种典型植被类型（农地、草地、沙棘、柠条、刺槐和山杨）,研究了不同类型的生态系统碳密度及其构成特征.结果表明：①半干旱黄土区植被恢复具有明显的碳汇功能,不同植被组分（地上生物、地下根系和枯落物）碳密度均表现出乔木>灌丛>草地>农地的变化特征.农地0~40 cm土层土壤有机碳密度最低（1355.5 g ·m^-2）,草地、沙棘、柠条、刺槐和山杨较农地分别增加了91.4%、125.2%、144.0%、124.5%和232.6%.②草地、沙棘、柠条和山杨的不同植被组分碳密度和不同土层（0~5、5~20和20~40 cm）土壤有机碳密度随恢复时间的推移总体上表现出增加趋势.③坡向对农地和草地植被碳密度无明显影响,沙棘、柠条、刺槐和山杨不同坡向间的植被碳密度差异明显.土壤有机碳密度存在明显的阴阳坡差异,农地、草地、沙棘、柠条、刺槐和山杨阳坡土壤有机碳密度分别比阴坡减少了22.9%、34.3%、75.8%、49.1%、22.4%和69.4%.④不同类型的生态系统碳密度差异明显,其中农地最低（2022.1 g ·m^-2）,草地、沙棘、柠条、刺槐和山杨较农地分别增加了48.7%、152.8%、125.1%、166.3%和530.7%.生态系统各组分碳密度总体表现为：土壤层>地上生物层>根系层>枯落物层.土壤有机碳构成了农地、草地、沙棘、柠条和刺槐碳密度的主体,分别占生态系统碳密度的67.0%、86.3%、59.7%、72.7%和56.5%.研究结果可为黄土高原地区科学管理生态系统碳库和推进生态环境治理提供重要依据.     

植被对黄土高原沟壑区坡地土壤有机碳的影响

选取高原沟壑区王东沟流域内典型的治理坡段,研究不同植被条件下土壤有机碳、氮的含量变化和坡面分布特征。结果表明:与荒草(白羊草)群落相比,油松群落条件下,土壤有机碳含量提高9.3%(P>0.05),而果园土壤有机碳含量降低40.1%(P<0.05)。沙棘、侧柏和刺槐群落下,土壤有机碳含量虽低于荒草群落,但尚未达到显著水平(P>0.05)。果园和刺槐群落下坡面有机碳变化趋势不明显;杏树群落下表现为坡中部含量高,上部和下部低;白羊草群落下坡面有机碳含量从上到下逐渐增加。不同植被条件下土壤全氮与土壤有机碳存在极显著(R²=0.925)的相关关系。     

黄土丘陵区不同地貌单元土壤有机碳空间变异的尺度效应

运用地统计学和GIS相结合的方法,研究了黄土丘陵区县域不同地貌单元土壤有机碳空间变异的尺度效应,尺度划分为县域、县域上三种不同的地貌单元以及与地貌单元相对应的乡镇尺度,结果表明：①各个尺度下有机碳含量均偏低,完整地貌单元尺度与乡镇尺度有机碳均值与变异系数大小顺序不同;②高山区随着尺度的变化,自然因素对变异的影响程度没有显著变化,但低山丘陵区与丘陵沟壑区自然因素的影响程度减小,插值图表现出较小的研究面积有机碳含量信息更丰富;③县域尺度上海拔与土壤类型是导致变异的主控因素,在丘陵沟壑区,所研究的自然因素（海拔、土壤类型、土壤侵蚀程度、田面坡度、坡向）对其影响都不显著;在低山丘陵区,地貌单元上主控因子是海拔与土壤类型,而乡镇尺度上转化为田面坡度;在高山区,地貌单元上主控因子是土壤类型,但乡镇尺度上其主要影响因素变为土壤侵蚀程度。     

黄土丘陵区土地利用变化对深层土壤有机碳储量的影响

通过研究黄土丘陵子午岭林区5种典型土地利用类型土壤剖面有机碳分布特征,分析了天然乔木林转变为人工乔木林、天然乔木林转变为农田、天然灌木林转变为农田及撂荒后土壤有机碳变化特征.同时,以浅层(0~100 cm)土壤为对照,探讨了土地利用变化对深层(100~200cm)土壤有机碳储量的影响.结果表明,在0~200 cm剖面上,天然乔木林、天然灌木林、人工乔木林、撂荒地、农田土壤有机碳含量分别为5.85、3.96、4.98、3.09、3.20 g·kg-1,天然乔木林、人工乔木林土壤有机碳含量显著高于天然灌木林、撂荒地和农田(p0.05).各土地利用类型下浅层和深层土壤有机碳含量分别占0~200 cm土壤有机碳含量的58%~73%和27%~42%,不同土地利用类型间浅层土壤有机碳含量差异显著,但深层土壤有机碳含量差异不大.土地利用变化对土壤有机碳储量影响显著.天然乔木林转变为人工乔木林、天然乔木林转变为农田、天然灌木林转变为撂荒地、天然灌木林转变为农田4种土地利用转变方式0~200 cm土壤有机碳储量分别减少了9.68、52.90、20.20、12.49 t·hm-2,减幅为7%、39%、21%、13%,其中,浅层土壤减少了2%~48%,深层土壤减少了12%~22%.相对于林地开垦为农田而言,农田退耕还林后土壤有机碳的恢复要慢得多.研究结果揭示了浅层和深层土壤有机碳对土地利用变化的敏感性,反映了深层土壤有机碳具有较大的稳定性.     

黄土丘陵区不同植被恢复模式对沟谷地植物群落生物量和物种多样性的影响

对黄土丘陵区3个不同植被恢复模式沟谷地植被群落的生物量和物种多样性特征进行样方调查,统计分析了不同植被恢复模式沟谷地植物群落的盖度、生物量、物种多样性、植物种群相似系数。调查共记录植物82种,隶属32个科;其中,乔木植物5科,6种;灌木植物8科,11种。经过20 a左右的植被恢复重建,不同植被恢复模式沟谷地的植被群落均呈现良好演替趋势;人工植被柠条灌丛和刺槐林恢复模式对沟谷地草本层盖度和群落枯落物盖度及生物量方面作用效果较好;而天然草地对沟谷地草本层生物量方面作用效果较好;沟谷地物种多样性指数表现出人工植被恢复模式效果优于自然恢复,而且人工柠条灌丛植被恢复模式优于人工刺槐林植被恢复模式。柠条灌丛沟谷地不同坡位植物种群相似系数较高,而刺槐林沟谷地和天然草地沟谷地不同坡位植物种群相似系数略低;沟谷地的种群相似系数在沟坡上部略高于沟坡下部和沟底,东坡略高于西坡。人工植被建设可以促进黄土丘陵区沟谷地的植被恢复进程。论文建议在今后黄土丘陵区沟谷地人工植被建设过程中,需要加大乡土树种的引入、提高树种的多样性、合理树种的空间配置和注意灌/乔树种的比例。     

黄土丘陵区“梯田退耕”生态重建规划方法——以燕沟流域为例

论文在阐述“梯田退耕”生态重建规划指导思想、内容、标准及宜遵循的基本原则的基础上,借助GIS空间分析技术,提出并探讨了针对黄土丘陵区中小尺度流域或行政村合理布建梯田和经济林果园地等的规划方法及技术流程,进而将其应用于燕沟流域,研究结果表明业已探讨的规划方法是可行的和实用的。按规划结果,燕沟流域至少需新修梯田295.06hm2、果园4.61hm2,使其基本农田达到359.23hm2、果园面积达到622.69hm2;森林覆盖率48.87%,林灌草植被覆盖率可达75%,坡地减沙效益在80%以上。农业发展预计每年可实现粮食总产1645.13t、苹果总产9340t以上,载畜量可达7500只羊单位。     

碳库管理指数对退耕还林土壤有机碳库变化的指示作用

探讨了黄土丘陵区退耕种植10~40a柠条、沙棘、刺槐林地土壤有机碳库和相关指标的变化特征.结果表明,随退耕期延长,100cm深土层总有机碳及活性有机碳均呈显著增加趋势,但退耕10a 0~40cm浅层土有机碳库既有显著增加,40~100cm深层有机碳库到退耕20~40a才显著提高.3种还林地碳库活度和活性有机碳占总有机碳比例并未随土壤有机碳库增加而持续增长,而是在各土层间分别维持在0.35~0.75和0.25~0.42;碳库管理指数不仅随退耕期延长与土壤有机碳库变化一致, 即在浅层土呈直线快速增加,在深层土以指数函数相对缓慢增长,而且与有机碳库变化呈极显著正相关关系.此外,对比其他碳库指标,到退耕40a时仅碳库管理指数与土壤总有机碳及活性有机碳在不同林地差异变化一致,均为刺槐>沙棘>柠条,说明碳库管理指数能够良好的指示退耕还林土壤有机碳库的变化.     

黄土丘陵沟壑区地形和土地利用对深层土壤有机碳的影响

研究地形和土地利用对深层土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)的影响,对准确评估土壤固碳潜力和土壤碳循环具有重要意义.以3种地形(峁顶、峁坡、沟底)和7种土地利用类型(农田、果园、天然草地、人工与天然灌木林、人工与天然乔木林)为对象,在黄土丘陵沟壑区燕沟流域采集53个0～1m土壤剖面中6个层次,898个土壤样品,研究了地形和土地利用方式对黄土丘陵沟壑区小流域深层SOC含量和分布影响.结果表明,地形、土地利用方式、土层深度及其两两交互作用对流域深层SOC空间分布有极显著影响(p0.01).深层(10～100cm)与表层(0～10cm)SOC在3种地形的分布不同.对于表层土壤(0～10cm),峁坡SOC含量(10.7g·kg-1)最高,其次是沟底(8.9g·kg-1),峁顶最低(4.4g·kg-1);对深层土壤有机碳,沟底最高(5.6g·kg-1),峁坡次之(4.5g·kg-1),峁顶最低(3.2g·kg-1).深层SOC空间分布因土地利用方式存在显著差异.与农田相比,果园0～40cm土层SOC含量降低21%,但80～100cm土层SOC含量提高13%;天然灌木林40～100cm平均含量(5.3g·kg-1)较农田高66%(p0.05);但天然乔木林40～100cm与其它土地利用方式差异较小.沟底深层(20～100cm)SOC储量(5.04kg·m-2)最大,占1m剖面SOC储量的71.4%;峁坡占63.6%;峁顶占72.3%.深层(20～100cm)SOC储量天然灌木林最高,为6.01kg·m-2,占1m剖面SOC储量的64.7%,天然乔木林深层相对储量最小,仅占49.7%;农田和果园深层相对储量均达到70%以上.     

黄土丘陵区刺槐林深层土壤有机碳矿化特征初探

土壤剖面100 cm以下的深层土壤有机碳储量在土壤碳储量中占有很大比例,研究深层土壤有机碳矿化特征以揭示其稳定性,可为深层土壤碳汇认证提供依据.本文以浅层土壤(0～100 cm)为对照,模拟深层土壤温度和水分条件(温度15℃、土壤含水量8%),研究了黄土丘陵区刺槐林深层土壤(100～400 cm)有机碳矿化特征.结果表明:①土壤有机碳总矿化量随着土壤深度增加呈下降趋势,亚深层(100～200 cm)、深层(200～400 cm)有机碳总矿化量分别占浅层(0～100 cm)土壤总矿化量的88.1%和67.8%;②亚深层、深层与浅层土壤有机碳矿化过程相似,分为3个阶段.快速分解阶段:亚深层、深层(0～10 d)的矿化量占总矿化量的比值约为浅层(0～17 d)的50%;缓慢分解阶段:亚深层、深层(11～45 d)的矿化量占总矿化量的比值约为浅层(18～45 d)的150%;相对稳定阶段:3个层次(46～62 d)矿化量占总矿化量的比值无明显差异.③浅层、亚深层、深层土壤有机碳矿化率差异不显著(P>0.05),有机碳稳定性基本一致.研究结果反映了深层土壤有机碳也参与土壤碳循环,在评估黄土丘陵区土壤固碳效应时应充分考虑深层土壤有机碳的变化.     

黄土丘陵区县域农田土壤近30年有机碳变化及影响因素研究：以甘肃庄浪县为例

通过采样分析,结合20世纪80年代全国第二次土壤普查土壤有机碳数据,对庄浪县农田耕层(0~20 cm)土壤近30年有机碳变化及影响因素进行研究.结果表明:①全国第二次土壤普查时土壤平均有机碳含量为6.80 g·kg-1,2011年为8.90g·kg-1.近30年有机碳含量增加了30.9%,表现为碳汇效应.有机碳含量增加的农田面积约占庄浪县耕地总面积的90%.②在现有管理措施和农田投入下,黄绵土有机碳的稳定水平约为11.0 g·kg-1.有机碳积累量呈现出离稳定值越远变化越大、离稳定值越近变化越小的规律.③近30年土壤有机碳含量变化受海拔高度、初始有机碳含量和土壤类型等因素的显著影响,其中海拔高度对有机碳变化的影响程度最大,初始有机碳含量、土壤类型、产量及有机肥用量对土壤有机碳变化的影响次之,坡向对有机碳变化的影响最小.     

不同植被恢复模式对黄土高原丘陵沟壑区土壤水分生态效应的影响

研究了渭北黄土高原丘陵沟壑区内侧柏、荆条、20年刺槐、4年刺槐、4年苜蓿、农地不同植被恢复模式土壤水分生态效应,结果表明:不同的植被恢复模式土壤容重均低于对照农田,减小幅度为16%~8%,孔隙度增加,总孔隙度增幅为24.5%~8.1%,毛管孔隙度增幅为1.2%~13.9%,非毛管孔隙度增幅为20.5%~90.0%;土壤持水性比农地增加33%~7.5%;水分补给量在0~2m范围内,侧柏、荆条、4年刺槐是农地的2、1.5、1.71倍,20年刺槐和苜蓿比农地低22.5%和31.4%;0~1m内,侧柏、荆条、4年刺槐分别是农地的2.16、1.78、1.85倍,20年刺槐、苜蓿为农地的25%和62.3%;>0.25mm水稳性团聚体含量比农地增加56.84%~30.72%;土壤结构破坏率农地最高为41.09%,其它植被为6.67%~25.73%。相关性分析表明土壤容重、总孔隙度、水分特征曲线a、水稳性团聚体含量、结构破坏率相关性显著。不同植被土壤水分生态效应不同,除20年刺槐、苜蓿土壤水分补给量小于对照农地外,其它各项指标均显著优于农地。     

地形和土地利用对黄土丘陵沟壑区表层土壤有机碳空间分布影响

研究地形和土地利用类型共同作用下表层土壤有机碳空间分布特征,对准确评估区域土壤有机碳的空间分布和变异特征具有重要意义。以黄土丘陵沟壑区燕沟流域3种地形部位(峁顶、峁坡、沟底)和8种土地利用类型(农田、果园、天然与人工草地、天然与人工灌木林、天然与人工乔木林)为研究对象,采集表层(0~20 cm)314个土壤样品用于研究地形和土地利用方式对黄土丘陵沟壑区小流域表层土壤有机碳空间分布的影响。地形和土地利用方式极显著(P0.000 1)影响小流域表层土壤有机碳含量与分布,并且交互作用显著(P=0.051 1)。地形影响下,土壤有机碳空间分布表现为沟底峁坡峁顶的变化趋势,土壤有机碳含量沟底(8.0 g/kg)、峁坡(7.1 g/kg)分别是峁顶(4.2 g/kg)的1.9、1.7倍。土地利用方式影响下,土壤有机碳空间分布表现为天然乔木天然灌木人工乔木天然草地人工灌木人工草地农田果园的分布变化规律。地形和土地利用交互作用下,农田、果园、天然草地在坡面水土流失条件下显示出土壤有机碳在沟底逐渐富集的特征,沟底有机碳含量农田(6.9 g/kg)、果园(8.8 g/kg)、天然草地(9.3 g/kg)分别是峁顶的1.9、2.0、1.9倍。林地(灌木林和乔木林)却表现为峁坡土壤有机碳含量远远高于沟底,天然乔木林且达到了显著水平,天然乔木峁坡土壤有机碳含量(24.6 g/kg)是沟底(16.4 g/kg)的1.5倍。     

黄土高原不同植被类型下土壤细菌群落特征研究

研究黄土高原不同植被类型对土壤细菌微生物多样性的影响,对发挥土壤潜在肥力、了解土壤健康状况,实现植被的管理与可持续利用有着重要的意义.本文选取黄土高原4种草原植被与4种乔木林植被的表层土壤(0~5 cm)为研究对象,利用第二代高通量测序技术454 Hi Seq对其进行16S r DNA V1~V3可变区的高通量测序,分析土壤细菌的Alpha多样性、物种组成和丰度,并研究土壤性质对细菌群落结构的影响.结果表明,所测土壤样品中共检测到细菌的36个门,84个纲,187个目,优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌(Chloroflexi)、浮霉菌门(Planctomycetes),主要的优势菌纲为放线杆菌纲(Actinobacteria)、α-变形菌纲(α-Proteobacteria)、酸杆菌纲(Acidobacteria)、β-变形菌纲(β-Proteobacteria)、浮霉菌纲(Planctomycetacia).草原植被土壤分布更多的是Actinobacteria,森林植被土壤分布更多的是Proteobacteria.Proteobacteria与土壤有机质、全氮、全磷呈显著的相关性,其相对丰富度主要受土壤碳氮磷含量的限制.Actinobacteria的生长主要受土壤pH、水分和土壤有机质的影响.通过RDA分析发现,影响黄土高原土壤细菌分布的主要土壤因子是土壤水分,这些结果丰富了黄土高原土壤微生物多样性的理论知识,而且可为黄土高原植被恢复模式的选择提供理论依据.     

黄土高原典型土壤剖面有机碳物理组分分布特征

为阐明黄土高原典型区域土壤轻组有机碳(LFOC)和重组有机碳(HFOC)含量随土壤类型、土层和土地利用方式的变化规律,分析了从北向南依次分布的干润砂质新成土(神木)、黄土正常新成土(延安)和土垫旱耕人为土(杨凌)等典型土壤剖面(0~200 cm)LFOC和HFOC含量及分布特征。结果表明,从南到北,土壤LFOC和HFOC含量均显著下降 (P<0.05),整体来看,黄土高原典型区域土壤LFOC含量占有机碳比例偏低;LFOC含量及在土壤有机碳中的分配比例随土层加深而递减,其比例变化范围为1%~26%;土地利用方式对浅层土壤LFOC和HFOC含量影响较为显著,草地土壤0~60 cm土层LFOC和HFOC含量均高于同层次农田土壤(P<0.05),60 cm土层以下差异不显著;土壤LFOC和HFOC含量与微生物量碳、微生物量氮含量均呈极显著正相关关系(P<0.01),前者的相关性系数更高,分别为0.841和0.507,表明土壤LFOC与微生物关系非常密切,是土壤微生物重要的碳和能量来源,极易受土地利用方式和微生物活性影响,同时表明用LFOC的变化更能快速有效地说明土壤碳库的变化规律。     

黄土台塬不同土地利用土壤有机碳与颗粒有机碳

为了探讨土地利用方式对土壤有机碳固定的影响,论文以乔木、灌木、草地和农田等不同植被类型,纯林和混交两种栽培模式的黄土台塬为研究对象,进行了土壤有机碳(SOC)和颗粒有机碳(POC)分析。结果表明:不同土地利用方式土壤SOC和POC在0~100 cm土体中均存在差异,尤以0~40 cm深度突出,其中灌木林地和天然草地在整个剖面上可积累更多的SOC和POC;不同土地利用方式土壤细颗粒有机碳(FPOC)含量、分配比例及其在剖面上的分布变化均小于粗颗粒有机碳(CPOC),在0~100 cm土体中,CPOC敏感性指标分别为SOC、FPOC和POC总量的2.66~13.56、3.75~5.99和2.58~4.17倍;不同土地利用方式土壤SOC与POC极显著相关,耕地SOC与POC相关性相对较小,乔灌混交林地和乔木林地最大。因此,CPOC和FPOC均可作为衡量土地利用方式转变对于土壤影响的评价指标之一。     

极端强降雨条件下黄土丘陵沟壑区不同植被类型土壤水分特征

为了解黄土丘陵沟壑区极端强降雨条件下土壤水分与植被之间的关系,对2013 年7 月极端强降雨条件下黄土丘陵沟壑区5 种主要植物群落,即刺槐(Robinia psendoacacia)、柠条(Caragana intermedia)、铁杆蒿(Artemisia gmelinii)、长芒草(Stipa bungeana)、白羊草(Bothriochlo aischaemun)群落的土壤水分进行了调查与分析,结果表明:①极端强降雨下,植被是影响土壤含水量的主要因素;②草本群落的土壤水分明显好于人工林,其中长芒草群落的土壤含水量、土壤贮水量和土壤有效贮水量均最高,分别为17.8%、961.2 mm和691.2 mm,郁闭度最大的31 龄林土壤水分最差;③人工林地土壤水分可补充至300 cm左右,草本群落土壤水分可补充至500 cm左右,人工林地深层土壤水分的恢复仍十分困难.     

黄土丘陵区土地利用变化对深层土壤活性碳组分的影响

土壤活性有机碳组分对土地利用变化的响应规律已成为当前土壤碳和养分循环研究的一个热点.本文以黄土丘陵子午岭林区为研究区,通过分析天然乔木林转变为人工乔木林、天然乔木林转变为农田,天然灌木林转变为农田以及撂荒后土壤活性有机碳含量及其在土壤剖面上分布的差异,与浅层(0~60 cm)土壤对比,分析土地利用变化对深层土壤(60~200 cm)活性有机碳组分的影响.结果表明:1土壤易氧化性碳(LOC)和土壤微生物量碳(MBC)含量主要集中在0~60 cm土层,分别占0~200 cm土层含量的49%~66%和71%~84%.不同土地利用类型0~60 cm土层LOC和MBC含量差异显著,深层土壤含量差异不显著.2土地利用变化对土壤活性有机碳影响显著,浅层比深层反映敏感.天然乔木林转变成人工乔木林和农田、天然灌木林转变成撂荒地和农田这4种土地利用转变方式下,浅层土壤LOC分别减少了10%、60%、29%、40%,深层分别减少了9%、21%、12%、1%;浅层土壤MBC分别减少了24%、73%、23%、56%,深层土壤MBC分别减少了25%、18%、8%、11%.3土地利用变化改变了活性有机碳占总有机碳的分配比例.天然乔木林和天然灌木林转变成农田浅层土壤LOC/SOC比例增加,深层差异不大;天然灌木林转变为农田,浅层土壤MBC/SOC降低,深层差异不大.结果说明土壤活性有机碳含量和分配比例受土地利用变化的影响,与浅层相比,深层土壤有机碳具有较大的稳定性.     

黄土丘陵区土壤抗水蚀能力变化的动态评估

以黄土丘陵区典型小流域纸坊沟为研究对象,建立了土壤抗水蚀能力动态评价的指标体系,利用层次分析法对1938～2000年间研究区域的土壤抗水蚀能力进行了动态评估。引入土壤相对抗水蚀能力指标,并采用生态系统健康和承载力相关概念,研究了流域土壤抗水蚀能力偏离理想状态程度的变化情况,分析了其健康状态变化、恢复力和可恢复程度;通过与土地利用结构状态变化过程与恢复特性的比较,揭示了土壤抗水蚀能力对于土地利用结构变化的响应关系,指出了响应曲线中的滞后特点并对其产生的原因进行了分析。研究结果与前人所得的结果吻合较好,说明研究中采用的方法能够有效预测土壤抗水蚀能力,也可为水土保持恢复和管理工作提供科学支持。