森林类型对土壤表层有机碳空间异质性的影响

对西南山地阔叶林区的天然阔叶混交林、天然次生林和人工柳杉林的土壤表层有机碳（SSOC）进行了测定,并用地统计学理论构建了3种亚热带森林生态系统在小尺度上的SSOC半方差理论模型。结果表明,不同森林生态系统间SSOC含量差异性显著,表现为天然阔叶混交林>天然次生林>人工柳杉林,SSOC含量与土壤含水率、容重、孔隙度和有机质相关性显著;天然阔叶混交林的SSOC空间相关性最强,次生林次之,人工林较弱;天然阔叶混交林SSOC在45°方向上空间变异最明显,天然次生林和人工林在各个方向上的变异均较弱;天然阔叶混交林SSOC的等值线较密,梯度变化急剧,天然次生林次之,人工林等值线稀疏,梯度变化不明显。总之,不同森林类型对SSOC含量和分布有着重要影响。     

福建西部山地水土流失区土壤呼吸的空间异质性

土壤呼吸(Rs)作用的空间异质性对于准确估算水土流失区碳收支具有重要意义.通过对长汀县河田镇59个样地的土壤呼吸及土壤全氮(TN)、碳氮比(C/N)、有机碳含量(SOC)、叶面积指数(LAI)、土壤温度(T_(10))、土壤湿度(W)等影响因子测定的基础上,运用传统和地统计学的方法分析了土壤呼吸及其影响因子的空间异质性.结果表明,Rs及其影响因子的变异程度大小依次为:LAISOCTNRsC/NT_(10)W;Rs与T_(10)呈极显著正相关(P0.01),与TN呈显著正相关(P0.05),与其他因子的相关性不显著(P0.05);TN、SOC和T_(10)这3个因子可以解释土壤呼吸27%的空间变化.地统计学分析结果表明:Rs具有中等程度的空间自相关性,结构性因子引起的空间异质性占52.89%,与随机因素的占比(47.11%)相当;Rs及其影响因子的分维数大小依次为:RsLAIC/NT_(10)SOCWTN;Rs的空间分布格局与TN和T_(10)的空间分布格局较为一致,而与C/N、SOC、LAI的空间分布格局不同.在95%置信水平和90%估计精度下,Rs的合理采样数量为62个.     

长沙城市景观破碎化空间异质性研究

景观破碎化表现为景观由单一、均质、连续趋于复杂、异化离散状态.空间异质性是空间景观格局产生的原因.不同尺度下景观破碎化空间异质性表现为不同的特征.遵循"尺度——格局——过程"的思路,以长沙市2005年、2010年遥感影像为数据源,针对都市区空间异质性对不同粒度和幅度水平的响应得到合适的分析尺度,进而对长沙市景观破碎化的空间格局和空间异质性展开研究,最后剖析了景观破碎化与城市生态系统的耦合过程.研究表明:(1)长沙都市区研究中,60 m粒度是一个本征观测尺度,1200 m幅度是理想特征尺度;(2)都市区景观破碎化空间格局复杂;(3)景观破碎化空间异质性受人为因素干扰影响大,随经济社会发展呈正相关关系.     

科尔沁沙地退化植被恢复过程中土壤有机碳和全氮的空间异质性

采用地统计学分析方法研究了沙地退化植被恢复过程中(封育0 a的流动沙丘、封育11 a的流动沙丘和封育20 a的流动沙丘)土壤有机碳和全氮的空间异质性,探讨了它们与植被恢复演替和地形特征变化的关系.结果表明,随着流动沙丘的固定和封育年限的增加,植被盖度、丰富度、物种多样性、土壤有机碳和全氮含量(0~20 cm)逐渐增加.在流动沙丘植被恢复过程中,土壤有机碳和全氮的结构方差与基台值的比值C/(C0+C)均大于65%,反映出它们具有明显的空间自相关性;土壤有机碳和全氮含量的空间自相关范围分别为58.39 m和91.00 m(封育0 a)、28.59 m和23.61 m(封育11 a)和63.31 m和61.05 m(封育20 a).由半方差函数及其参数和空间分布格局图分析表明,其空间异质性在所研究的尺度上表现出先增大(封育0~11 a)后减小(封育11~20 a)的变化特点.沙丘植被恢复过程中植被盖度、丰富度、物种多样性与土壤有机碳和全氮均有极显著的正相关关系(p<0.01).分析表明沙丘植被变化和地形特征影响着土壤有机碳和全氮在沙丘上的空间分布,沙丘植被恢复演替过程极大地影响了土壤有机碳和全氮的积累及其空间异质性...     

青藏公路取土场高寒草原植被的恢复进程

按照青藏公路建设和整修的不同阶段,利用样方调查植被空间分布变化,得出高寒草原植被的自然演替进程遵循以下规律,在工程结束2年,8年,26年后,群落植被覆盖度和生物多样性指标分别达到原生植被的2%～4%,6%～23%;32%～54%,46%～50%;95%以上和100%左右.青藏公路沿线高寒草原植被的人为破坏影响是明显的,植被的自然恢复需要20年左右的时间.工程建设破坏面积大于1500m2,植被难以恢复,土壤沙化和水土流失,影响周边地区生态环境质量.因此,在青藏铁路工程建设中首先应当减少对地形地貌的破坏,其次应当重视对地表土壤的保护并辅助人工植被恢复措施,促进植被的自然恢复.     

扎龙湿地水体N,P营养物质空间异质性研究

在2003年夏季采集了扎龙湿地地表水样,结合GIS技术及地统计学原理,分析了TN,NH₄+-N,TP及PO₄3-在湿地水体中的空间变异特征.通过半方差函数分析发现,TN,NH₄+-N,TP及PO₄3-均受到结构性因素的影响,具有较小的块金值和较高的空间结构比例,表现出一定空间相关性变异特征,同时分形特征表明了其空间变异复杂性较低.应用普通克里格插值法绘制的含量分布图,反映出TN,NH₄+-N,TP及PO₄3-具有一致的空间分布趋势,其与采样区水位变化显著的空间负相关性说明了水位空间变化是影响湿地N,P营养物质空间分异的结构性因素.      

山西高原落叶松人工林土壤呼吸的空间异质性

基于对华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林样地3个取样尺度(4、2、1 m)土壤呼吸(Rs)及其影响因子的观测,运用传统和地统计学的方法分析了Rs的空间变异性及其与影响因子之间的内在联系.传统统计分析表明:Rs及其它相关因子的空间变异均属于中等变异;Rs与10 cm、15 cm深度的土壤温度(T10、T15)和全氮(N)呈极显著正相关(P0.01),与凋落物含水量(Lm)呈显著正相关(P0.05),与碳/氮比(C/N)呈显著负相关(P0.01),与5 cm深度的土壤温度(T5)、土壤水分(Ws)、凋落物量(Lw)和全碳(C)相关性不显著(P0.05);多元逐步回归分析表明:Lm、T10、N和Ws这4个因子能解释土壤呼吸空间变化的36%.地统计学分析表明:Rs具有中等程度的空间自相关性,随机部分引起的空间异质性占39.5%,结构因素占60.5%,气候、地形、土壤等结构因素起着主导作用;不同土壤指标的变程不相同,Rs和T10的变程差异不大,在25 m左右;土壤各指标的分维数大小依次为:Lw(1.95)=C/N比(1.95)N(1.91)C(1.89)Rs(1.78)Lm(1.77)Ws(1.69)T10(1.42).Rs的空间分布模式与T10、Lm、C和N的空间分布模式较为一致,而与Ws、C/N比的空间分布模式不同;在同一置信水平和估计精度下,不同土壤指标的必要采样数量不相同,取决于该指标的空间变异程度.     

青藏高原典型高寒草甸区土壤有机碳氮的变异特性

本研究应用地统计学的基本原理与方法(半方差分析)对青藏高原典型高寒草甸区0～10 cm土壤有机碳和全氮空间变异性进行了分析.结果表明,0～10 cm的土壤有机碳和全氮的平均含量分别为11.45 g·kg^-1和1.02 g·kg^-1,平均变异系数分别为0.23和0.21,反映出该植被区土壤肥力较为贫瘠.土壤有机碳和全氮随机因素的变异占总空间异质性变异的比率分别为44.7%和49.9%,变异尺度分别为210.9 m和200.1 m,随机因素的影响主要发生在采样尺度＜10 m的范围之内.在该研究区域上土壤有机碳和全氮均表现出空间自相关因素大于随机因素的变异格局;在空间结构的变异上,由土壤内在属性如土壤矿物质、地形等空间自相关因素和人为因素如放牧及工程施工等对土壤表层的践踏引起的随机因素共同起作用,影响程度呈中等水平.     

高寒半湿润沙化地土壤养分对植被恢复的响应研究

土壤养分是沙化地生态恢复的重要基础和衡量指标,但高寒沙化地相关研究缺乏。为探究土壤养分随高寒半湿润沙化地恢复的变化过程,本研究利用老芒麦（Elymus sibiricus L.）进行植被恢复来治理沙化地,在不同的恢复年限和季节来研究土壤碳、氮、磷对植被持续恢复的响应过程。结果表明：高寒沙化地中土壤碳、氮、磷积极响应植被恢复过程,植被恢复促进了土壤中有机碳、溶解性有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮、全磷和有效磷的增加,恢复3年后土壤有机碳增加至6.6 g/kg(0～15 cm),土壤全氮增加至0.4 g/kg(0～15 cm),土壤全磷增加至0.6 g/kg(0～15 cm);植被恢复改变了土壤有机碳季节性变化趋势,但没有改变氮和磷季节性变化趋势。植被重建促进高寒沙化地土壤养分增加,植被恢复是高寒地区沙化治理的有效手段。     

高寒草原退化过程中植被和土壤因子对微生物群落的交互影响

为了探明青藏高原高寒草原退化过程中植被和土壤因子对土壤微生物群落的调节作用,以青藏高原三江源区高寒草原为研究对象,分析了不同退化阶段（未退化、中度退化和重度退化）高寒草原植被及土壤因子的差异,利用高通量测序技术分析了不同退化阶段微生物群落特征,并借助冗余分析（RDA）和基于相似或相异度矩阵的多元回归（MRM）识别影响微生物（细菌和真菌）群落变化的关键环境因子. 结果表明,高寒草原退化显著改变了群落盖度、高度、生物量及禾本科重要值,降低了土壤有机质、全氮、全磷含量和粉粒含量,增加了土壤容重和砂粒含量. 退化并未改变细菌和真菌的组成,但改变了组成比例,导致了微生物丰富度（Chao1指数和Richness指数）的损失,但并未显著改变微生物多样性（Shannon指数）,随着退化的发生,植被特征、土壤理化性质与微生物多样性呈现出了一致的变化趋势. 结合网络拓扑变化特征（网络的节点数和聚类系数显著下降）发现,高寒草原退化导致了微生物的种间相互作用减弱,网络结构更加分散,微生物的分布趋向于均质化,但物种间的相互作用仍然以合作为主（网络正相关连接占比>90%）. 高寒草原退化过程中植被-土壤的耦合对土壤细菌群落的影响最大,而土壤理化性质对土壤真菌的群落影响最大. 具体而言,植被群落高度、生物量及土壤容重是调节土壤微生物的共性因子,植被辛普森指数、禾本科重要值、土壤全磷、全钾和粉粒含量是影响土壤细菌群落的特有因子;而土壤pH和全氮含量是影响土壤真菌群落的特有因子.     

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。     

1982—2009年青藏高原草地覆盖度时空变化特征

利用GIMMS和SPOTVGT两种归一化植被指数(NDVI)数据对青藏高原地区1982—2009年期间草地覆盖的时空变化进行研究,结果如下:①青藏高原草地植被覆盖的年际变化存在着显著的空间差异。趋于升高的区域主要分布在西藏的北部和新疆的南部;趋于下降的地区主要分布在青海的柴达木盆地、祁连山、共和盆地、江河源地区及川西地区。②青藏高原草地覆盖度年际变化趋势分析表明,在90%的显著性检验水平上,降低和增加面积的比率为0.31,草地植被覆盖水平总体趋于升高态势。③以10 a为步长的分析表明:草地盖度呈现持续增加的区域主要分布在西藏北部;阿里地区草地盖度表现为先减少后增加;雅鲁藏布江流域草地盖度呈现先增加而后减少;而持续减少的区域主要分布在青海省以及川西地区,其中青海省分布最广;统计结果显示,高原大部分地区草地盖度具有升高的态势。     

天山北坡典型退化草地植被覆盖度监测模型构建与评价

草地退化是当今世界面临的一个极为严峻的生态问题。植被覆盖度作为草地退化监测的重要指标之一,在草地退化、荒漠化治理方面起着重要的作用。为了构建适合于天山北坡典型草地植被覆盖度监测模型,便于对草地及时、快速的监测分析,研究利用新疆阜康市2008年9月Landsat TM遥感影像数据和相应的实测数据,分别探讨5种植被指数(NDVI、RVI、GNDVI、SAVI和MSAVI)与植被覆盖度的线性和非线性(二次多项式、指数、对数以及幂函数)关系,以便获得最佳监测草地状况的植被指数和模型。研究结果表明,MSAVI和GNDVI与植被覆盖度的相关性最好(P<0.01),而NDVI和RVI较差;通过5种植被指数和植被覆盖度进行回归分析,MSAVI和GNDVI与植被覆盖度分别建立模型最佳,即:y=138.45x-1.248 2(R²=0.502 7,P<0.01)和y=2 596.66x²-561.54x+38.488(R²=0.605 3,P<0.01),精度达到90%以上。该研究结果说明不同的植被指数适用的条件不同,为今后利用3S技术深入研究荒漠退化草地植被状况的快速监测和科学管理提供支持。     

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。     

黄土高原草地植被与土壤固碳量研究

在黄土高原自东南向西北,采用样带多点调查与定位监测相结合的研究方法,系统分析了不同草地类型封禁初期和封禁11 a草地生物量与固碳量变化特征。结果表明:4种草地类型地上活体植物、凋落物/地下活体根系和土壤中碳密度与碳储量分布规律均为森林草原＞梁塬典型草原＞丘陵典型草原＞荒漠草原;草地封禁11 a,地上活体植物、凋落物、0~100 cm活体根系和土壤中碳密度总量,森林草原类型为63.38~97.65 t·hm^-2,梁塬典型草原类型为49.04~68.80 t·hm^-2,丘陵典型草原类型为52.33~62.11 t·hm^-2,荒漠草原类型为11.93~19.62 t·hm^-2;碳储量4种草地类型分别为230.287 7 Tg C、332.306 7 Tg C、484.055 5 Tg C和113.856 3 Tg C;黄土高原草地总固碳量为573.10 Tg C,其中:活体植物为42.89 Tg C,占总固碳量的7.48%;凋落物为80.40 Tg C,占14.03%;活体根系为108.66 Tg C,占18.96%;土壤为341.15 Tg C,占59.53%。这充分表明,封禁不仅能使草地植被快速恢复和生物量增加,而且也是提高草地固碳潜力的一条重要途径。     

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.     

全球变暖对青藏高原腹地草地资源的影响

全球变化导致青藏高原腹地气候的暖干化趋势,也引起该区高寒草甸植被向高寒草原植被的退化。研究区内为高寒草甸一高寒草原过渡区,高寒草甸植被的退化速率为14.2km/10a,而相应地在退化区内生物总量亦呈下降趋势。气候暖干化是引起高原腹地植被退化的原因。而植被退化与区域生物总量的下降将成为影响该区环境自调能力和牧业经济发展的消极因素。