草地沙漠化过程中土壤与地上植被的变化及其相互关系

以科尔沁沙地4种不同退化程度沙地群落为研究对象,采用野外植物样方调查与室内土壤理化分析相结合的方法,系统分析了固定沙地(潜在沙漠化阶段)、半固定沙地(轻度沙漠化阶段)、半流动沙地(中度沙漠化阶段)和流动沙地(严重沙漠化阶段)4个群落的植被、土壤特征的变化以及土壤与植被之间的相互关系,为退化沙质草地群落地恢复与重建提供科学依据。结果表明,(1)草地沙漠化过程中,群落物种组成发生显著变化,物种数不断减少,从20下降到11。不同群落盖度(F=42.569,n=120,P0.001)、密度(F=38.817,n=120,P0.001)和地上生物量(F=29.017,n=120,P0.001)均存在显著差异,且下降趋势明显,下降幅度分别为82%、78%和85%。(2)草地沙漠化过程中,草本植物占据绝对优势,但其比例明显下降,多年生草本植物和灌木的物种数总体呈下降趋势。藜科植物具有广适性,数量相对稳定,重要值呈现上升趋势;禾本科和豆科植物种类和重要值都呈大幅下降趋势。菊科植物相对较少,从半固定沙地到流动沙地,差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)在群落中占有重要地位。(3)草地沙漠化过程中,Shannon-Wiener指数、Simpson指数、均匀度指数和Margalef指数均呈下降态势。(4)草地沙漠化过程中,土壤机械组成从固定沙地到流动沙地,粗砂含量增加,细砂粒、黏粉粒含量呈下降态势,土壤水分也不断减少。土壤养分全磷、全氮、速效磷、速效氮和有机质的含量随着沙漠化程度的加剧,表现出不同程度的降低,且差异显著(P0.05)。(5)草地沙漠化过程中,土壤与植被间呈现出显著的相关性(P0.05),说明土壤与植被紧密联系在一起,沙漠化过程实质就是土壤与植被协同退化的结果。     

封育对科尔沁沙地植被恢复和土壤特性的影响

过度放牧是科尔沁地区土地沙化的主要原因之一,围栏封育可以有效的抑制牲畜对植被的破坏,促进沙地植被恢复,从而改善区域的生态环境。本研究以科尔沁沙地主要固沙植被——小叶锦鸡儿群落为对象,采用空间序列代替时间序列的方法,分析不同封育年限和自然放牧条件下小叶锦鸡儿群落的土壤种子库和地上植被特征、土壤理化性质和土壤水分动态,较系统地探讨了封育措施对沙地植被和土壤特性的影响。结果表明:①封育措施促使固沙植被区土壤种子库密度显著增加(P<0.05),封育2 a、6 a和12 a的土壤种子库密度分别提高了15.7%、482.5%和728.1%;土壤种子库的物种多样性和均匀度随着封育年限的增加而降低。②封育措施对沙地植被恢复具有显著的促进作用(P<0.05),封育6 a和12 a后植被密度分别提高了108.0%和239.3%,植物盖度分别提高了261.6%和271.6%;适度的封育年限(<6 a)可以提高群落的物种多样性,过长的封育年限(11 a)反而使物种多样性下降。③封育措施促使土壤表层(0-10 cm)的养分(有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷、速效钾)含量有所提高,土壤含水量无显著变化(P>0.05)。     

围封和放牧对科尔沁沙质草地植被和土壤的影响

选择科尔沁沙地自由放牧和围封10年的沙质草地为研究对象,通过野外调查与室内分析相结合,分析了围封和放牧对沙质草地群落土壤和植被的影响,旨在为退化沙地恢复与重建提供科学依据。结果表明,(1)围封和放牧草地盖度、密度、地上生物量、高度存在显著差异(P0.01),围封使群落盖度、密度、地上生物量和高度分别增加了67%、79%、71%和44%。(2)放牧草地物种数为15种,围封草地为21种,放牧草地物种数增加了40%,大果虫实、狗尾草、差巴嘎蒿是放牧草地群落的优势物种,其重要值占71%;达乌里胡枝子、狗尾草、画眉草、猪毛菜和虎尾草是围封草地群落的优势物种,其重要值占60%。放牧草地处于一年生杂类草+差巴嘎蒿的沙地退化演替阶段,围封草地处于达乌里胡枝子+一年生禾草+一年生杂类草的沙地恢复演替阶段。(3)围封草地的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Margalef指数、Pielow均匀度指数均大于放牧草地,说明围封提高了群落的物种多样性。(4)围封和放牧草地群落0~20 cm和20~40 cm的土壤水分、土壤机械存在极显著差异(P0.01),围封使沙质草地群落土壤水分、土壤黏粉粒和细砂粒增加。除速效氮外,围封和放牧草地群落土壤的化学性质差异显著(P0.001)。围封与放牧草地相比,总磷、总氮、速效磷和有机质均呈上升趋势,增幅分别为72%、152%、15%和272%。(5)0~20 cm的土壤理化因子:土壤水分、粗砂粒、细砂粒、粉黏粒、有机质、全氮与植被特征因子显著相关(P0.01),表明群落植被与土壤之间相互影响较强。     

科尔沁沙地恢复过程中地上定植群落与土壤种子库特征及其关系研究

选择科尔沁沙地固定沙地、半流动沙地和流动沙地样地,研究沙地恢复过程中土壤种子库密度、组成及其与地上植被的关系。结果表明,(1)退化沙地恢复过程中,流动沙地、半流动沙地、固定沙地的土壤种子库平均密度(以单位面积有效种子数量表示,ind·m~(-2))分别为814、3 125和16 294 ind·m~(-2)。土壤种子库物种组成以一年生草本为主,多年生植物和灌木类所占的比例小。(2)地上定植群落与土壤种子库的变化趋势一致,地上定植群落的平均密度分别为68、242和673 plant·m~(-2)。地上定植群落物种组成也以一年生植物为主,但所占比例较土壤种子库有所下降。(3)不管是土壤种子库还是地上定植群落,Shannon-Wiener指数、Simpson指数、均匀度指数和丰富度指数大小顺序均为:固定沙地半固定沙地流动沙地,土壤种子库物种多样性指数均大于地上植被。(4)地上植被与土壤种子库组成上的相似性系数在0.333~0.739之间,相似性系数较高。地上定植群落与土壤种子库密度存在显著的正相关关系。流动沙地、半流动沙地、固定沙地地上植被密度分别有36%、52%、60%的变异可归结为土壤种子库密度的变异。科尔沁沙地土壤种子库是地上植被自然恢复的重要物质基础,土壤种子库中的大量种子,在植被自然恢复中将发挥积极的作用。     

金沙江干热河谷山地草地封育过程中土壤种子库时空特征

2006年和2007年,分别选择放牧、封育1年、封育2年和封育3年的退化山地草地,采用土壤种子库萌发法对土壤种子库的时间、空间分布进行测定,旨在揭示金沙江干热河谷退化山地草地在封育过程中,土壤种子库的时间、空间以及时间序列上的空间变化特征.结果表明,(1)随封育年限的推移土壤种子库密度显著增加(F=73.107;P=<0.001).植物种群土壤种子库密度随封育年限的推移,多年生植物种群土壤种子库密度显著增加(P=<0.001),一年生植物种群土壤种子库密度显著现降低(P=<0.01).(2)土壤种子库的空间分布特征为0～5 cm土壤层(含凋落物层)>5～10 cm土壤层>10～15cm土壤层,种子密度呈自上而下减少的趋势.(3)土壤种子库时间序列上的空间分布特征为,0～5 cm土壤层中种子库密度随封育时间的推移呈显著下降趋势(F=43.758;P<0.01),5～10 cm土壤层中种子库密度随封育时间的推移呈显著增加趋势(F=6.435;P<0.05),10～15 cm土壤层中种子库密度随封育时间的推移呈显著增加趋势(F=6.620;P<0.05).     

盐池封育草场土壤种子库特征及其与植被的关系

封育是退化草场恢复的重要措施之一,封育的效果在一定程度上取决于土壤中种子库的状况。以毛乌素沙地西南缘宁夏盐池县的退化草场为研究对象,采用相似性分析和排序方法对封育和未封育草场土壤种子库的特征及其与地上植被间关系进行了研究,结果表明无论封育区还是未封育区,土壤种子库中的种子主要分布于0～5cm的土层,6～15cm土层的种子数很少;封育区土壤种子库的物种丰富度大于未封育区,物种多样性则表现为H值较大,而D值较小,总体上看封育措施可以提高地上植被和土壤中种子的种类和数量,一些一年生植物、中生植物和盐生植物开始出现在地面或土壤种子库中。地上植被和土壤种子库间的相似性分析结果则表明相同措施同一土层间种子库中等相似,而不同土层间还是存在着一些差异。由于封育措施导致了植被样方的相似性较低,然而土壤种子库间的相似性仍然较高,两者间是否存在着一定程度的滞后效应有待于进一步研究。     

围封和放牧对科尔沁沙地群落物种多样性与地上生物量的影响

以科尔沁沙地自由放牧和围封10年的沙质草地为研究对象,采用野外调查与室内分析的方法,分析了围封和放牧对科尔沁沙地群落物种多样性与地上生物量的影响,旨在为退化沙地恢复与重建提供科学依据。试验选择围封和自由放牧草地的典型地段,分别设置50个面积1m~2的草本样方,调查每个样方的种类组成及其特征值(盖度、高度和密度),采用针刺法测定样方总盖度和每种植物的分盖度;每种植物随机选5株,用直尺测量其伸长高度;对样方中出现的植物进行分类,记录同一种植物出现的个数;采用齐地面刈割法调查其地上生物量。主要结论如下,(1)经过围栏封育后,群落物种数提高了67%。方差分析表明,围封群落的盖度(F=90.536,n=50,P0.001)、高度(F=63.964,n=50,P0.001)、密度(F=10.274,n=50,P=0.001 8)以及地上生物量(F=83.64,n=50,P0.001)显著大于放牧群落,分别提高了178%、100%、67%和201%。围封和放牧群落均以一年生草本占绝对优势,分别为66%和73%,围封使群落多年生草本的优势度增加了52%。(2)围封群落物种丰富度显著高于放牧群落,但多样性指数没有显著性差异,均匀度指数显著低于放牧群落。(3)回归分析表明,放牧群落的物种多样性与地上生物量呈现显著负二次函数关系(P0.05),而围封围封群落物种多样性和地上生物量的关系不显著。     

添加生物炭对东台滨海区杨树人工林3种温室气体排放的长期影响

为了解施用生物炭对杨树人工林土壤CO_2、CH_4、N_2O3种温室气体排放的长期影响及其主要调控机理,以东台国有林场杨树人工林为对象,设置低生物炭添加量(D,40 t·hm~(-2))、中生物炭添加量(Z,80 t·hm~(-2))、高生物炭添加量(G,120 t·hm~(-2))及对照(CK,0 t·hm~(-2))4种不同处理,采用静态箱-气相色谱法对CO_2、CH_4、N_2O3种温室气体的排放速率进行了多次测定,同时测定分析了土壤含水率、土壤酶活性等土壤理化及生化指标,为阐明生物炭对杨树人工林生态系统的长期影响提供理论依据。结果表明:(1)对照样地土壤CO_2排放速率变化范围为123.428-412.066mg·m-2·h-1,中、高生物炭添加处理显著促进了土壤CO_2的排放(P=0.001、0.000),分别导致CO_2年平均排放速率增加了21%和20%;(2)对照样地土壤CH4排放速率变化范围为0.578-1.405 mg·m-2·h-1,中、高生物炭添加处理显著抑制了土壤CH_4的排放(P=0.000、0.000),分别导致CH4年平均排放速率降低了21%和33%;(3)对照样地土壤N2O排放速率变化范围为0.124-0.297mg·m-2·h-1,中、高生物炭添加处理显著抑制了土壤N2O的排放(P=0.003、0.000),分别导致N_2O年平均排放速率降低14%和37%;(4)土壤CO_2排放主要与土壤微生物量C(MBC)、水溶性有机碳(DOC)、全氮(TN)、蔗糖酶活性(IA)呈显著正相关关系(P=0.000、0.000、0.013、0.000),与土壤微生物量N(MBN)、土壤微生物量P(MBP)呈显著负相关关系(P=0.000、0.000);(5)土壤CH4排放和N2O排放主要与MBN、MBP、土壤含水率(SMC)、蛋白酶活性(PA)、脲酶活性(UA)、IA呈显著正相关关系(PCH4=0.011、0.009、0.005、0.000、0.000、0.007;PN2O=0.021、0.024、0.002、0.000、0.001、0.019),与MBC、DOC、TN呈显著负相关关系(PCH4=0.000、0.003、0.002;PN2O=0.001、0.012、0.001)。综上,添加生物炭导致了土壤N、P养分有效性增加和蛋白酶、脲酶等相关酶活性降低,可能是本区域生物炭调控杨树人工林土壤3种温室气体排放的主要机制。     

喀斯特山地草地群落多样性海拔特征及土壤理化性质特征

为了明确喀斯特草地群落多样性海拔特征及其与土壤的互动效应,采用生态学统计与排序分析,连续3年研究了桂西北喀斯特山地草地群落多样性海拔特征及土壤理化性质特征,并探讨了群落多样性与土壤理化性质之间的关系。结果表明,不同海拔草地根长、高度、地上和地下生物量在2015-2017年呈现增加的趋势,但增幅不明显,3年平均值基本表现为中海拔低海拔高海拔,并且不同海拔差异均显著(P0.05)。不同海拔草地土壤全碳、全氮、全钾、碱解氮和速效磷均表现为中海拔高海拔低海拔,不同海拔草地土壤全碳、全氮、全钾、碱解氮和速效磷含量差异均显著(P0.05);土壤pH值呈相反的变化趋势,而土壤全磷在不同海拔之间差异不显著(P0.05)。不同海拔草地丰富度指数、均匀度指数和多样性指数均表现为中海拔高海拔低海拔,而优势度指数呈相反的变化趋势。相关性分析表明:植被多样性各指标和生物量均与pH之间存在负相关关系,与土壤理化性质等均呈正相关关系。物种丰富度指数(S)和多样性指数(H)与土壤理化性质的相关系数绝对值均高于优势度指数(D)和均匀度指数(E);其中土壤全碳和全氮与根长和生物量呈显著正相关(P0.05),由此可知全碳和全氮是影响根长和生物量的主要土壤因子。冗余分析(RDA)表明植物群落多样性与土壤理化性质均呈正相关(除了pH);沿着RDA的第1排序轴,随着显著性影响因子(土壤理化性质)的增加,植物丰富度指数逐渐增大,其中相关性最大的是全碳及全氮,这是影响研究区植物群落分布的主要因子。     

农牧交错带草地植被土壤氮磷比季节动态及相关分析

近年来,典型草原面临严重的退化和沙化,草地生产力低下。了解典型草原植被土壤养分季节动态,尤其是植被土壤N:P的季节变化,有助于指示植被缺素状态。因此,以北方农牧交错带典型草原为研究对象,探讨植物-土壤N:P比季节变化,并分析植物土壤N:P比之间的关系,调查草地群落地上生物量的月动态变化,为合理利用与科学管理草原提供理论依据。结果表明,随着生长季温度的升高和降雨量的增加,草地植物群落地上生物量也不断增加,在8月份达到峰值后开始下降。植物N、P质量分数随生长季的推进而显著降低(P0.01),且与月份呈极显著负相关(P0.01),而N:P与月份呈极显著正相关(P0.01)。土壤N、P质量分数和N:P的变化情况与植物相似,表现为土壤总N、P质量分数随生长季的推进而显著降低(P0.01),且与月份呈极显著负相关(P0.01),而总N:P与月份呈极显著正相关(P=0.0008)。就土壤有效N、P质量分数和N:P的动态变化来看,土壤有效N质量分数随生长季的推进显著下降(P0.01),而有效P也具有下降趋势,但差异不显著(P0.05);但有效N、P质量分数及其N:P均与月份呈极显著负相关(P0.01)。植物N:P与土壤总N:P呈显著正相关关系(r~2=0.42,P=0.026),而与土壤有效N:P呈极显著负相关关系(r~2=0.62,P0.01),且与有效N:P的相关性更高。综上所述,土壤总N:P和有效N:P均可反映植物N:P的情况,土壤有效N:P能更好地反映植物的缺素状态。     

科尔沁沙地东南缘不同生态恢复模式下生态系统服务经济价值估算

植被恢复与重建是遏制沙化过程的有效措施,生态恢复的最终目标是使退化生态系统恢复并维持生态系统的服务功能。基于生态系统服务价值的植被恢复工程效益分析研究有助于提高植被恢复工程的评估水平,以及植被恢复工程的进一步开展。该研究采用市场价值法、替代市场法、影子工程法、碳税法等手段对科尔沁沙地4种典型退化草地恢复方式下的生态系统服务经济价值进行了估算。结果表明,4种恢复方式下,有机质生产价值和生态系统碳贮存价值排序为北京杨(Populus×beijingensis)围草地樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)疏林草地榆树(Ulmus pumila)疏林草地撂荒草地;土壤保持价值和营养物质循环价值排序为北京杨围草地榆树疏林草地樟子松疏林草地撂荒草地;四项生态系统服务的总价值排序为北京杨围草地(8 109.78 yuan?hm~(-2)?a~(-1))樟子松疏林草地(7 774.52 yuan?hm~(-2)?a~(-1))榆树疏林草地(5 941.34yuan?hm~(-2)?a~(-1))撂荒草地(1 893.46 yuan?hm~(-2)?a~(-1)),与撂荒草地比较,3种恢复方式均显著提升了生态系统服务价值,平均增幅为57.92%,其中土壤保持价值与生态系统碳贮存价值占总价值的比例较高,分别为11.38%~12.78%,82.30%~83.28%。综上,科尔沁沙地东南缘营造防护林和稀疏林地有效提高了生态系统服务价值,是较适合降水不足和土壤有效营养元素缺乏的科尔沁沙地的植被恢复模式。     

不同放牧制度草地土壤碳氮磷化学计量特征

放牧是人类对草地资源管理和利用的主要方式之一,研究不同放牧制度下的草地土壤化学计量特征,可为草地植被的可持续利用和放牧制度的选择提供科学依据.以呼伦贝尔新巴尔虎左旗4种不同放牧制度(禁牧、休牧、划区轮牧和常牧)的草场为研究对象,通过样地调查和土壤碳(C)、氮(N)和磷(P)3种元素含量的测定,分析4种不同放牧制度下土壤化学计量特征及其与植被群落特征和土壤化学性质的相关性.结果显示:禁牧条件下,植被生长状况较好.碳氮磷含量均呈现禁牧休牧划区轮牧常牧的变化趋势;在不同的放牧制度下,土壤碳氮含量集中分布于0-10 cm,且显著高于下层土壤(P 0.05);4种放牧制度下土壤C/N无明显变化,而常牧区的C/P和N/P均显著低于禁牧区;此外,土壤碳氮磷含量均与p H值呈极显著负相关(P 0.01),物种丰富度指数和多样性指数均与C/P和N/P呈极显著负相关(P 0.01).本研究表明磷是该地区主要的限制性养分元素,且磷含量受土壤深度的影响较小;与常牧相比,禁牧、休牧及轮牧均有利于植物生长、土壤理化性质改良以及养分含量积累.(图2表3参39)     

滇中不同植被类型土壤甲烷氧化及其碳同位素分馏特征

土壤甲烷氧化是大气温室气体的重要调节,受到多种因素的影响。其中,植被可以通过多种途径影响土壤性质,进而影响土壤甲烷氧化能力。陆地生态系统正是由不同植被复合而成,因此,研究不同植被类型土壤CH_4氧化能力及碳同位素分馏特征,对理解土壤甲烷氧化机理、准确核算碳排放具有重要意义。以滇中高原6种典型植被类型(原始林、针叶林,针阔混交林、常绿阔叶林、草地及稻田)土壤为对象,基于好氧培养试验研究了CH_4氧化速率(Ψ_(ox))及碳同位素分馏特征,分析了Ψ_(ox)以及碳同位素分馏系数α_(ox)与土壤性质之间的关系。结果表明,不同土壤Ψ_(ox)差异明显,平均Ψ_(ox)表现为稻田(10.75)针叶林(4.39μg·g~(-1)·d~(-1))原始林(3.83μg·g~(-1)·d~(-1))阔叶林(3.21μg·g~(-1)·d~(-1))混交林(1.78μg·g~(-1)·d~(-1))草地(0.95μg·g~(-1)·d~(-1))。同时,平均Ψ_(ox)与NO_3~--N(硝态氮,r=0.93,P=0.006)、DOC(可溶性有机碳,r=0.96,P=0.002)、TN(全氮,r=0.74,P=0.093)、TC(全碳,r=0.46,P=0.356)、NH_4~+-N(铵态氮,r=0.47,P=0.344)呈正相关,而与pH(r=-0.51,P=0.298)呈负相关,说明有机质和氮素对土壤甲烷氧化有促进作用,而pH则有抑制作用。同时,稻田、原始林、针叶林、混交林、阔叶林和草地土壤平均碳同位素分馏系数α_(ox)分别为1.022、1.017、1.013、1.012、1.015和1.012。与很多研究不同的是,α_(ox)与Ψ_(ox)呈高度正相关(r=0.92,P=0.010),这可能与不同土壤中甲烷氧化菌的亲和力和活力有关。而在Ψ_(ox)的影响下,α_(ox)与土壤性质的相关性基本与Ψ_(ox)相似。     

科尔沁沙地土地利用变化对土壤特性的影响

在中国科学院奈曼沙漠化研究站放牧试验场周围,选取了不同利用方式和类型的草地（封育和放牧）、林地（乔木和灌木）和农田（灌溉和非灌溉）为研究样地,调查了0～30cm土层每隔10cm的土壤水分质量分数和有机养分（有机碳和全氮）,分析了土地利用变化对土壤水分质量分数和有机养分的影响。结果发现,垂直空间分布上,无论哪种土地类型样地,土壤水分质量分数和有机养分各土层间均无显著差异性（P〉0.05）,土层垂直变化对土壤特性影响均较小。在不同土地利用方式水平空间分布上,土壤水分质量分数和有机养分（土壤有机碳和全氮）灌木林地均显著高于乔木林地（P〈0.05）,而封育草地和放牧草地间以及灌溉农田与非灌溉农田间土壤水分质量分数和有机养分均无显著差异性（P〉0.05）。不同土地利用类型水平分布上,草地土壤水分质量分数显著低于林地和农田（P〈0.05）,而土壤养分质量分数草地显著高于林地和农田（P〈0.05）。分析表明,对沙质草地进行围栏封育和旱作农田退耕还林还草的同时,对水浇农田实行保护性耕作和精细管理,有利于沙地土壤环境改善与生态系统恢复。     

浦东东滩湿地围垦对土壤碳氮储量及酶活性影响

沿海滩涂湿地围垦为区域发展提供了潜在的土地资源,同时也深刻影响土壤质量演变及碳氮循环过程。以上海浦东东滩湿地光滩、2000年围垦后自然演替草地、2000年围垦林地和1994年围垦林地为研究对象,通过样地调查和室内分析研究了土壤总氮、总有机碳、水解性氮、易氧化有机碳含量及土壤酶活性变化。结果表明:随围垦时间延长,土壤碳氮储量显著增加(P0.05),1994年围垦后的林地土壤碳氮储量分别比光滩增加了58t·hm~(-2)和3.64t·hm~(-2),2000年围垦后的林地和草地碳氮储量分别比光滩增加了31.79t·hm~(-2)、2.85t·hm~(-2)和29.75t·hm~(-2)、1.77t·hm~(-2)。土壤易氧化有机碳和水解氮含量也随围垦年限增加而显著增大(P0.05)。围垦后随植被恢复的进行,土壤酶活性显著增强(P0.05),但过氧化氢酶和纤维素酶在不同围垦期不同土地利用方式之间均没有显著差异(P0.05),土壤尿酶和蔗糖酶活性随围垦年限增加而显著增大(P0.05),相同围垦期林地和草地之间4种土壤酶活性没有显著差异(P0.05)。土壤碳氮含量与土壤酶活性呈显著正相关,但与土壤含盐量呈显著负相关。土壤含盐量的降低是提高土壤酶活性,促进土壤碳氮积累的重要环境因素之一。该研究证实围垦有利于土壤碳氮储量的增加,围垦地造林提高了土壤固碳能力,加速了土壤肥力改善,但林分不同生长阶段对沿海围垦地土壤固碳增肥的效果具有较大差异。     

不同人工措施对沙质荒漠生态恢复与重建初期效应的影响

机械措施与生物措施相结合是流沙治理行之有效的重要途径和方法。通过对4种不同人工措施干预治理流动沙地后其生态恢复初期(前3年)植被、土壤理化性质和水分动态变化进行了观测研究,并以流沙区为对照进行了对比分析。结果表明:沙质荒漠生态系统恢复变化首先始于各种机械措施所建立的稳定地面的形成,为天然植物的迅速增殖和侵入、人工固沙植物的介入、枯枝落叶的储存及流沙成土过程提供了必要的环境条件。枯枝落叶层的形成又为土壤-植物系统物质交换建立了介面,促进了流沙的成土过程。不同人工措施治理区0～200cm土壤平均含水量与流沙区土壤含水量相比差异不显著,说明土壤水分仍能保持流动沙地原有的水分平衡状态。但随着天然植被的恢复与人工固沙林生长,其对土壤水分的影响深度由干预前的40cm加深至第三年的160cm。系统内植物恢复与流沙成土过程的前期效果表明,草沙障或土沙障 固沙林措施优于塑料沙障 人工沙蒿和封育治理措施,是流动沙地得以快速治理的有效方法。从植被群落结构的变化看,人工植被在建立后第三年其生态功能才开始初见成效。     

藏北高原不同海拔高度高寒草甸植被指数与环境温湿度的关系

藏北高寒草甸是全球高寒草地的重要组成部分,是对气候变化最敏感的植被类型之一。关于高寒草地植被指数与环境温湿度因子的关系还存在着诸多不确定性,这限制了准确预测高寒草地植被生长对将来气候变化的响应。定量化高寒草地植被指数与气候因子的关系利于预测将来气候变化对高寒草地植被生长的影响。该研究基于相关分析和多重逐步回归分析探讨了藏北高原不同海拔高度(4300、4500和4700 m)的高寒草甸2011─2014年每年6─9月的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、增强型植被指数(Enhanced Vegetation Index,EVI)与土壤温度、土壤湿度、空气温度、相对湿度、饱和水汽压差的相互关系。相关分析表明,3种海拔的NDVI(4 300 m:r=0.79,P=0.000;4 500 m:r=0.80,P=0.000;4 700 m:r=0.52,P=0.005)和EVI(4 300 m:r=0.61,P=0.001;4 500 m:r=0.66,P=0.000;4 700 m:r=0.53,P=0.004)都随着土壤湿度的增加显著增加;3种海拔的NDVI(4 300 m:r=-0.68,P=0.000;4 500 m:r=-0.56,P=0.002;4 700 m:r=-0.40,P=0.037)和EVI(4 300 m:r=-0.56,P=0.002;4 500 m:r=-0.49,P=0.008;4 700 m:r=-0.46,P=0.014)都随着饱和水汽压差的增加显著降低;植被指数与环境温湿度因子的相关系数随着海拔的变化而变化;NDVI和EVI与环境温湿度因子的相关系数存在差异。多重逐步回归分析表明,土壤湿度一个因子解释了3种海拔的归一化植被指数、海拔4 300和4 500 m的增强型植被指数的变异,而海拔4 700 m的土壤湿度和土壤温度共同了解释了增强型植被指数的变异,其中土壤湿度的贡献较大。因此,在藏北高寒草甸,植被指数对气候变化的敏感性可能随着海拔的变化而变化,NDVI和EVI对气候变化的敏感性可能不同,土壤湿度主导着NDVI和EVI的季节变化。     

实验增温对西藏高原玉米田土壤呼吸的影响

青藏高原农业区正经历着明显的气候变暖,但气候变暖如何影响高寒农业生态系统碳循环目前仍不明确。土壤呼吸是第二大陆地生态系统碳通量,高寒农业生态系统土壤呼吸对气候变暖的响应的不确定性限制了气候变化背景下人类对青藏高原高寒生态系统碳循环的预测能力。2015年4月在西藏玉米田采用开顶式生长箱进行模拟增温试验,旨在探究气候变暖对土壤呼吸及其温度敏感性的影响。在2015年玉米生长季节的5—8月份,利用Li8100土壤通量观测系统测定了6次土壤呼吸日变化(8:00—20:00),并利用HOBO微气候观测系统观测了5 cm深处的土壤温度和土壤湿度。结果表明,实验增温显著提高了5 cm深处的土壤温度(t=11.93,P=0.000),增幅为3.22℃,同时显著降低了5 cm深处的土壤含水量,降幅为0.04m~3·m~(-3)(t=4.87,P=0.008)。对照和模拟增温处理的土壤呼吸速率分别为6.79μmol·m~(-2)·s~(-1)和7.34μmol·m~(-2)·s~(-1),两者间无显著差异(F=1.65,P=0.235)。尽管如此,土壤呼吸仍存在着显著的日变化(F=137.66,P=0.000)和季节变异(F=54.48,P=0.000)。对照和模拟增温处理的土壤呼吸温度敏感性分别为1.70和1.77,两者间也无显著差异(t=2.69,P=0.100)。土壤温度解释了36%的对照处理的土壤呼吸变异,而土壤温度和土壤湿度共同解释了62%的土壤呼吸变异。因此,3.22℃的土壤增温没有显著改变土壤呼吸及其温度敏感性,这与3.22℃的土壤增温引起了土壤湿度的降低有关。     

内蒙古多伦县4种植被对沙地土壤的修复效应

为揭示逆沙漠化进程中人工植被对沙地土壤的修复效应,选择内蒙古多伦县治沙园区的山杏(Prunus sibirica,SX)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii,NT)和黄柳(Salix gordejevii,HL)3种人工植被群落和天然草地(CD)群落,对其土壤理化特性进行研究。结果显示:(1)各样地有机碳含量以表层为最高,SX、CD、NT和HL样地分别为21.3、11.0、7.3和2.0 g·kg-1;(2)土壤全氮、全磷和有机碳含量具有基本一致的变化规律;(3)土壤细黏粒(20μm)含量以SX样地为最高,达到26.5%,CD样地次之,为10.8%,HL样地最低,仅为6.5%;(4)0~10cm土层全磷含量、全氮含量、含水量与有机碳含量之间呈显著或极显著正相关关系(P0.05或P0.01),特别是土壤细黏粒含量,几乎与所有土壤养分指标间呈显著相关性。该研究表明,近年来大面积种植的黄柳人工群落对于土壤理化特性的改善效果不显著,而自然发展的草地群落改善效果明显,因此,当地在大量实施人工植被治沙的同时更应注重保护天然草地植被。     

不同植被类型对土壤理化性质和土壤呼吸的影响

不同植被类型影响地表覆盖和土壤特性,进而可能会改变生态系统碳循环。为了揭示植被类型对土壤理化性质和土壤呼吸碳排放的影响,本文通过测定并分析大兴安岭南段蒙古栎(Quercus mongolica)林、林缘草地、华北落叶松(Larix pricepis-ruprechtii)人工林、山杏(Armeniaca sibirica)灌丛和山荆子(Malus baccata)林5种植被类型的土壤理化性质和土壤碳通量,探讨了不同植被类型中土壤特性和土壤呼吸的变化。结果表明,土壤全氮、速效磷和有机碳均表现为山荆子林显著高于其他植被类型。生长季的土壤温度呈单峰趋势,在8月份达到最高;土壤含水量呈先升高后下降再升高的趋势,其范围在0.77~1.18 cm~3·cm~(-3)之间;土壤呼吸速率与土壤温度的变化趋势一致,各植被类型均在8月份达到峰值,以山杏灌丛的土壤呼吸速率最大(9.778μmol·m~(-2)·s~(-1)),分别是山荆子林、林缘草地、蒙古栎林和华北落叶松人工林的1.25、1.37、1.84和1.87倍。单因素方差分析表明,生长季的各个月份的土壤呼吸速率在不同植被类型间有显著差异;华北落叶松人工林生长季土壤呼吸的排放量最低;生长季土壤呼吸速率与土壤温度和含水量均呈显著正相关关系。因此,大兴安岭南段的不同植被类型是影响生长季土壤碳排放的主要生物因子,而土壤温度是其主要的非生物因子。该研究可为植被类型的科学管理提供科学依据,对植被碳排放的进一步理解具有一定的意义。