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。     

沟谷地不同植被下土壤重金属纵向分异研究

研究了长春市君子兰公园孟家河沟谷地纵向剖面不同植被(乔木、灌木、菜地和裸地)下土壤重金属的分异规律.沿沟谷地纵向剖面自上游向下游方向,在距离沟边2 m处的谷地坡面上,采集不同植被覆盖下的土壤样方,通过对各样点的土壤表层重金属（Zn、Pb、Cu）的全量分析,得出沟谷地不同植被类型下土壤重金属的分异特征.结果显示,在不同的植被类型覆盖下,土壤重金属含量值有明显差异,Zn的变化范围在70.3～290.9　mg·kg^-1,Pb在39.8～79.3 　mg·kg^-1,Cu在20.3～63.4 　mg·kg^-1,Zn、Pb、Cu全量具有裸地高于菜地土壤、菜地土壤高于乔木土壤、乔木土壤高于灌木土壤的特征.不同植被下土壤重金属实测平均值与吉林省土壤背景值的对比表明,沟谷地不同植被下土壤中Zn、Pb、Cu的含量均高于吉林省土壤背景值,土壤重金属含量有不断富集的趋势.     

不同退耕还草方式下宁夏南部山区土壤氮素转化速率与微生物变化的耦合关系

为了明确不同退耕还草方式下土壤养分转化的机理及其影响因素,以宁夏南部山区(下称宁南山区)天然草地、人工草地和撂荒地土壤为研究对象,运用PVC顶盖埋管法对3种类型草地土壤中氮素的净转化速率、微生物区系和氮素微生物生理群进行了研究,探讨土壤氮素净转化速率与微生物的关系. 结果表明:①在培养过程中,3种草地类型土壤中细菌、放线菌和真菌数量平均值分别为9.6×105、3.8×104和4.0×101 CFU/g(以干土计),氮素微生物生理群数量表现为氨化细菌(4.5×104 CFU/g)>自生固氮菌(4.3×103 CFU/g)>硝化细菌(6.5×102 CFU/g)>反硝化细菌(3.9×102 CFU/g)>亚硝化细菌(1.7×102 CFU/g),其中,人工草地土壤中微生物数量最高;②细菌、真菌、反硝化细菌与亚硝化细菌数量的峰值均出现在培养第120天,放线菌和自生固氮菌数量的峰值均出现在第240天,硝化细菌数量的峰值出现在第60天,而氨化细菌数量在各类型草地土壤中出现峰值的时间不统一;③各类型草地土壤氮素的净矿化速率、净氨化速率、净硝化速率均在61~120 d内最低,净矿化速率与净硝化速率在181~240 d内最高,净氨化速率在241~360 d内最高,微生物固氮速率的峰值出现在121~180 d,最低值出现在241~360 d. 在该区土壤氮素转化速率与微生物数量紧密相关,土壤温度、土壤水分通过影响微生物数量而成为影响土壤氮素矿化的主要因素;土壤氮素的生物固持过程比有机氮矿化过程更为活跃;种植苜蓿的人工草地比天然草地和撂荒地更有利于微生物的繁殖与土壤氮素的矿化.      

黄土丘陵区小流域植被建设的土壤水文效应

以纸坊沟流域为研究对象,研究了植被恢复后不同植被对土壤水分的影响情况,得出如下结论:①草地土壤水分含量大于灌木林地,灌木林地土壤水分含量大于乔木林地;②选用乡土树种油松造林对土壤的干化程度较轻,选用刺槐造林时要考虑立地条件和造林密度,林草隔带种植可以减轻土壤干化程度;③灌木林下阴坡土壤干层并不比阳坡干层程度轻。土壤干化程度和植被种类直接相关。此外,受种植密度及人为干扰影响;④和以前人们的认识不同,天然草本植被也会形成土壤干层,其中白羊草和长芒草形成有利于自身群落稳定的干层,但茭蒿形成的干层则对自身稳定不利,在植被建设上应引起足够重视。     

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。     

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.     

基于农户层次的陕北黄土丘陵区农业生态经济系统耦合关系研究

农业生态经济系统耦合是一个复杂的过程,是潜变量与潜变量、潜变量与可测变量及可测变量之间相互作用的结果,结构方程模型的建立很好地描述了这一复杂关系。通过对吴起县、安塞县和宝塔区共建的中尺度生态农业建设试验示范区、米脂县等3个典型区域所代表的黄土丘陵区及其各个区域农业生态经济系统结构方程模型的建立与运算,结果表明:在"退耕还林还草工程"等外力作用下,农业生态经济系统运行模式基本揭示了农业产业与农业资源相互耦合这一本质规律,但现状耦合模式并未充分利用农业资源,系统耦合效果较低。农业产业与农业资源对系统耦合的影响系数分别为0.54和0.16,农业产业和农业资源之间的相关系数只有0.28,即农业资源没有很好地支撑产业的发展,导致农业生态经济系统耦合效果不明显,存在着局部相悖的态势,潜伏了林草资源与其相关产业链网缺失现象。为此,需要强化农业产业与农业资源的互动过程,特别要发展林草及其相关产业,促进林草资源的有效利用,促使系统耦合效果的不断提高,增加经济效益。     

黄土丘陵区退耕地生物结皮对土壤理化性状的影响

以黄土丘陵区易形成生物结皮的阴坡自然撂荒地为研究对象,运用时空互代法,通过野外调查结合室内分析,研究了不同年限(1～13a)撂荒地上生物结皮的形成对0～20cm剖面土壤含水量、容重、地表粘结力、水分渗透性、有机质含量以及土壤全量和速效养分含量等基本理化性状的影响。结果表明,生物结皮的形成可显著影响0～20cm土层土壤的理化性状,表现为:①退耕后,由于生物结皮的形成,退耕地较农地土壤渗透性显著降低,0～20cm土层土壤含水量随退耕年限的延长经历了一个先增后减的变化过程,导致了10a以上退耕地土壤含水量的降低;②生物结皮可显著提高退耕地土壤表面粘结力,10a以上退耕地保留结皮土壤的粘结力是初始退耕地和/或除掉结皮层土壤粘结力的6倍以上,退耕地表面粘结力的增强与退耕后土壤自然沉实以及容重增加关系不大;③生物结皮的形成导致了退耕地土壤渗透性的降低,保留结皮的土壤,其稳定渗透系数(K10)随退耕年限延长而降低,除掉结皮,K 10随退耕年限延长而增加;④生物结皮的形成,使土壤有机质、全氮含量剖面分布呈表聚现象,随退耕年限的延长,表聚现象更趋明显,土壤全磷亦有弱表聚现象。生物结皮层的形成,还可提高结皮层土壤速效养分含量。     

黄土丘陵区小流域生态经济系统健康评价

建立健康的流域生态系统是恢复退化的生态系统、实现黄土高原山川秀美的目标。论文以安塞纸坊沟小流域为对象,利用层次分析法,选取林草覆盖度、基本农田面积、土壤抗冲性、土壤有机质含量、农业产投比、粮食单产、人均纯收入和综合治理减沙效率等反映流域生态经济系统功能评价指标,定量分析了黄土丘陵区安塞纸坊沟小流域进行水土保持型生态农业的建设中生态系统恢复的过程。研究表明,该小流域经过近20年治理,经历了起始恢复、稳定发展阶段,开始进入良性循环。其健康指数由1985年的0.178增加到1999年的0.707。研究中首次引入土壤抗冲性和有机质指标,并在评价中对生态系统恢复不同阶段给予各指标不同权重值,对方法进行了改进。     

黄土丘陵区撂荒恢复过程中植物群落组成与土壤养分及酶活性变化的关系

为揭示黄土丘陵区植被恢复过程中土壤性质变化趋势,以黄土丘陵区10~45a的撂荒地为研究对象,分析撂荒后植被恢复过程中植物群落演变规律、土壤养分含量、4种酶活性变化及其相关关系.结果表明,随着撂荒年限的增加,恢复过程中主要群落的演变为猪毛蒿(Artemisia scoparia)→达乌里胡枝子(Lespedeza dahurica)+铁杆蒿(Artemisia sacrorum)→茭蒿(Artemisia giraldii)+铁杆蒿→白羊草(Bothriochloa flaccidum)+茭蒿,群落多样性指数整体表现为先增后减的趋势,菊科(Compositae)、禾本科(Poaceae)及豆科(Leguminosae)这3科占比从66. 67%降至50%,后上升到75%.土壤有机碳(SOC),全氮(TN)、全磷(TP)、速效氮(AN)、速效磷(AP)与碱性磷酸酶(ALP)、过氧化氢酶(CAT)、脲酶(UE)与蔗糖酶(SC)这4种酶活性呈增加趋势,但增加程度不同,化学计量比总体呈波动上升趋势.菊科、禾本科与豆科相比总科数、总属数、总种数及植物多样性,对养分和酶活性有更显著的影响,贡献率分别为72. 8%、69. 1%、66. 0%,且三大科对土壤酶的影响大于土壤养分,其中禾本科与豆科对养分及酶活性表现为正影响,而菊科表现为负影响.撂荒恢复过程中草地群落优势科占比的升高显著影响土壤酶的升高,并导致土壤养分变化.     

不同植被恢复模式对黄土丘陵区侵蚀土壤微生物量的影响

为了解侵蚀环境下植被恢复对土壤微生物量的影响,以典型侵蚀环境黄土丘陵区纸坊沟流域生态恢复30年植被长期定位试验点为研究对象,选取坡耕地为参照,分析了植被恢复过程中土壤微生物量、呼吸强度、代谢熵及理化性质的演变特征。结果表明,侵蚀环境下植被恢复后土壤微生物量碳、氮、磷显著增加,增幅分别为109.01%～144.22%、34.17%～117.09%和31.79%～79.94%,微生物呼吸强度增加26.78%～87.59%,代谢熵降低57.45%～77.49%,微生物量的增大和活性增强进一步促进了土壤性状的改善。相关性分析结果显示微生物量碳、磷、呼吸强度与土壤养分相关性极为密切,显然,土壤微生物量可以作为评价土壤质量的生物学指标。不同植被恢复模式对土壤质量改善作用不同,总体来说混交林作用效果最好,刺槐和柠条纯林次之,荒草地和油松纯林较差,在人工促进生态恢复过程中应持以混交林为主,纯林为辅的原则。     

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。     

黄土丘陵区自然恢复与人工修复流域生态效益对比分析

论文以陕西吴起县柴沟和合家沟为例,通过样地的植被和土壤调查,在小流域尺度上分析了退耕10 a后人工修复和自然恢复方式生物多样性、生物量、群落特征和土壤物理性质的差异。结果表明:两者草本群落结构相近,相似性系数为0.925。人工修复区乔灌草三层的层盖度和为99.03%,三层的物种数和为85,草本层的株均高为0.41 m,还有该层的物种丰富度指数、多样性指数、均匀度指数均高于自然恢复区;而平均生物量、群落密度、土壤含水率、土壤容重和毛管孔隙度分别为5.890 t.hm-2、8.11×105株.hm-2、8.8%、1.251 g.cm-3和48.9%,均低于自然恢复区。两区土壤指标的变异系数变化较为复杂。     

黄土台塬土地利用方式对土壤水稳性团聚体稳定性影响

论文以黄土台塬不同土地利用方式为对象,采用几何平均直径（GMD）、平均重量直径（MWD）、分形维数（D）、破坏率（PAD）、峰凸系数（C_E）和偏倚系数（C_S）对其土壤>0.25 mm团聚体进行分析,探讨土地利用方式转变对土壤团聚体水稳性的影响及其最佳评价指标的选择。结果表明：不同利用方式土壤团聚体含量、GMD及MWD均表现为耕地<乔灌混交林地<乔木林地<天然草地<灌木林地;林和草的种植有利于促进土壤较大粒径团聚体的形成,其土壤1~5 mm粒级团聚体占>0.25 mm团聚体总量比重显著（53.90%~80.20%）,结构非均匀性明显（灌木林地和天然草地土壤尤为突出）;而耕地土壤0.25~1 mm粒级团聚体占>0.25 mm团聚体总量比重较大（约81%）,结构呈均匀性;林地和草地土壤剖面由上而下团聚体优势粒径逐渐变小,结构差异逐渐减弱,该趋势灌木林地和天然草地较为缓慢,而耕地在整个剖面上均呈优势粒径较小,结构均一;GMD和C_S可较好地衡量整个剖面土壤团聚体水稳性,而PAD可更好地描述0~20 cm深度。     

黄土高原子午岭植被自然恢复下的固碳特征

为分析黄土高原生态脆弱区植被自然恢复的碳汇效应和植被群落特征变化对生态系统碳密度的影响,采用时空互代的方法,研究了子午岭地区150 a恢复年限内8个演替阶段{坡耕地、撂荒10 a草地、20 a草地、白刺花[Sophora davidii(Franch.) Skeels.]、白桦(Betula platyphylla Suk.)、油松(Pinus tabulaeformis Carr.)、辽东栎(Quercus wutaishanic Mary)+油松(Pinus tabulaeformis Carr.)混交林和辽东栎}下植被-土壤系统的固碳特征,探讨了群落特征变化对植被-土壤系统碳密度的影响.结果表明,调查植被群落盖度从坡耕地阶段的85%波动增加到乔木阶段的100%.物种数量、Margalef指数、Shannon-Wiener指数、Pielou指数和Simpson指数总体呈现出先快速增加后缓慢降低直至趋向稳定的变化特征,演替中期(白桦)达到峰值.植被各组分(地上生物、地下根系、枯落物)的生物量和碳密度在演替过程中呈指数函数关系增加,即白桦以前增加缓慢,白桦和油松阶段显著增加(P<...     

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.     

草地退化的因素和退化草地的恢复及其改良

草地退化是一个世界性的普遍问题。几乎所有的天然草原和人工草地,在利用不当时都可能出现这种现象。对草地退化的过程和原因比较复杂。草地生态系统的变化过程总是伴随着相关的地理、气候、土壤、灾害等各种自然因素的作用,有时一二种自然因素（如火或洪水）就可能造成生态系统的退化。所以对退化草地的恢复势在必行,本文着重对近几年较流行的退化草地的恢复方法进行了介绍。