黄土丘陵区刺槐叶片-土壤-微生物碳氮磷化学计量学及其稳态性特征

明确植物和微生物在植被恢复过程中的内稳态特性,对反映生物随恢复环境变化的适应性和阐明生态系统养分循环规律有重要意义。以黄土丘陵区恢复5年、10年、20年、30年和45年的刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林为研究对象,测定刺槐叶片、土壤和微生物生物量C、N、P含量及其化学计量学指标,重点揭示了叶片和微生物生物量养分在恢复过程中随土壤养分变化的稳态性特征。结果表明:(1)随着恢复年限的增加,土壤、叶片和微生物生物量C、N、P含量表现为增加趋势;(2)不同恢复年限叶片、土壤、微生物生物量C∶N分别为17.03—26.03、9.55—16.94、5.57—10.76、C∶P分别为465.04—634.48、19.89—65.81和39.64—110.53、N∶P分别为17.89—37.03、1.24—4.68和7.15—10.26,除叶片C∶N随恢复年限增加而降低外,其他指标均表现为随恢复年限增加而增加或先增加后降低;刺槐林生长后期可能面临P限制;(3)叶片和微生物生物量C、N、P及其计量比大部分指标与土壤指标的关系能够被内稳态模型很好地模拟(P0.01);其中叶片N∶P、微生物C、N对土壤养分变化较为敏感;其他指标比较稳定。研究表明植物和微生物在面对土壤养分变化时均会通过自我调节呈现内稳态性,说明刺槐在黄土丘陵区有较好的适应性;微生物对土壤养分的变化比植物更加敏感,其养分和计量比指标能较好地指示土壤恢复状况。     

紫柏山亚高山草甸群落的种间关联和相关分析

采用方差比率法、x2检验、Jaccard关联指数以及Pearson相关系数和Spearman秩相关系数研究了秦岭紫柏山亚高山草甸群落20个主要物种的种间关联与相关性.结果表明:种对间呈显著和极显著关联(相关)的种对较少,x2检验、Pearson相关系数检验和Spearman秩相关系数检验的正负关联(相关)比分别为0.85、0.61和1.02,群落总体上接近无关联,处于相对稳定状态;Spearman秩相关星座图将20个物种划分为4个生态种组,各生态种组内的物种具有相似的生态要求和资源利用方式,不同生态种组间呈现明显的演替转化趋势;种对间呈正关联或者正相关,主要是由于具有相近的生物学特性,对生境具有相似的生态适应性;种对间呈负关联或者负相关,主要由于彼此间具有不同的生物学特性,对生境具有不同的生态适应性和相互分离的生态位所致.     

黄土丘陵沟壑区不同坡向撂荒草地植物群落种群空间格局

本研究以黄土丘陵沟壑区4种不同坡向的草地植物群落为研究对象,探讨其物种组成和多样性特征,并运用幂乘方法则分析了群落的空间异质性和种群空间格局.结果表明: 铁杆蒿在不同坡向均有分布,为群落优势种;其他物种在不同坡向群落中的地位及对群落空间格局的贡献不同.不同坡向植物群落的空间分布格局均为集群分布,且聚集程度大小为阳坡＞半阳坡＞半阴坡＞阴坡.群落空间异质性指数与Simpson多样性指数呈显著正相关,与Margalef丰富度指数、Shannon多样性指数和Pielou均匀度指数呈显著负相关.优势种铁杆蒿、亚优势种达乌里胡枝子和长芒草,以及少数伴生种如猪毛蒿、臭草的相对空间异质性指数大于群落整体空间异质性指数,使群落趋于集群分布;多数伴生种如芦苇、苦荬菜、白羊草的相对空间异质性指数与群落整体空间异质性指数相近,它们与群落自身分布状态一致;刺儿菜、米口袋、茭蒿等偶见种的相对空间异质性指数小于群落整体空间异质性指数,降低了群落的聚集程度.综上,群落的聚集程度主要由优势种、亚优势种和偶见种共同决定,其中优势种、亚优势种和部分伴生种促使群落呈聚集分布,偶见种则降低了群落的集群分布.     

土壤微生物生物量碳氮磷与土壤酶化学计量对气候变化的响应机制

微生物和土壤酶是陆地生态系统中生物地球化学循环的重要驱动力,深入理解微生物在生态系统中的调节作用以及气候变化过程中微生物量和土壤酶的响应机制是生态学领域关注的重要科学问题.本研究从气候因素角度出发,基于生态化学计量学理论,综述了微生物和土壤酶在陆地生态系统碳氮磷循环中的作用,以及土壤微生物生物量碳氮磷和土壤酶化学计量对气候变化的响应机制,即: 改变微生物代谢速率和酶活性;调整微生物群落结构;调整微生物生物量碳氮磷与土壤酶化学计量特征;改变碳氮磷养分元素利用效率.最后分析当前研究的不足,并提出了该领域亟待解决的科学问题: 综合阐明土壤微生物和土壤酶对气候变化的响应机制;探究土壤微生物和胞外酶养分耦合机理;深入探究土壤微生物量和土壤酶化学计量特征对气候变化的适应对策.     

不同林龄刺槐林土壤团聚体化学计量特征及其与土壤养分的关系

土壤团聚体化学计量特征分析可以为土壤养分的评价提供依据,对陕北黄土丘陵区20 a、25 a、40 a、50 a刺槐林土壤团聚体有机碳、全氮、全磷化学计量比及其与土壤有机碳、全氮、全磷化学计量比的相关性采用逐步回归分析方法进行了分析。结果表明:随着林龄的增加,刺槐林各粒径土壤团聚体有机碳、全氮含量及其有机碳、全氮、全磷化学计量比显著增加(P0.05),均表现为在0—20 cm土层高于20—40 cm土层,而刺槐林土壤团聚体全磷含量变化较小;相同林龄刺槐林在0—20 cm和20—40cm土层中0.25—2 mm粒径土壤团聚体有机碳、全氮、全磷含量及其化学计量比最高。刺槐林0.25—2 mm粒径团聚体对土壤原土有机碳、全氮含量及其有机碳、全氮、全磷化学计量比有显著影响。营造刺槐林对各粒径土壤团聚体全效养分分配及其平衡关系存在积极的影响,主要体现在0.25—2 mm粒径土壤大团聚体中,通过影响0.25—2 mm粒径团聚体提高了土壤全效养分的供应和保持能力。     

不同林龄刺槐叶功能性状差异及其与土壤养分的关系

对不同林龄刺槐群落叶功能性状差异及其与土壤养分的关系进行研究,分析刺槐对黄土丘陵区土壤环境的适应策略.结果表明: 随林龄的增大,刺槐比叶面积、叶面积、叶片含水量、叶全氮含量及叶有机碳含量呈先增大后减小的变化趋势,且在30年林龄时达到最大值,分别为279.18 cm²·g^-1、12.33 cm²、0.09%、33.01 g·kg^-1、523.08 g·kg^-1.随林龄的增大,叶组织密度、叶全磷含量、叶厚度及气孔密度呈增大趋势,气孔长度及气孔宽度呈减小趋势.主成分分析表明,叶面积、比叶面积、叶全磷含量、叶片含水量、叶厚度及气孔密度均为刺槐叶功能性状随林龄变化的主要指标.各指标间呈一定的相关性,这表明刺槐能改变自身的形态结构,形成最佳功能组合以适应环境的变化.影响叶面积、叶片含水量、比叶面积及气孔长度的主要土壤因子是土壤全氮含量,影响气孔宽度、叶组织密度、叶厚度、叶全磷含量、叶全氮含量及气孔密度的主要土壤因子是土壤有机碳含量,这表明土壤全氮含量和有机碳含量是影响不同林龄刺槐叶功能性状的主要土壤因子.随林龄的增大,刺槐群落土壤养分得到改善,进而影响刺槐叶功能性状.不同林龄刺槐叶功能性状的差异反映出刺槐具有较强的叶片形态可塑性,有利于其适应黄土丘陵区的土壤环境.     

环境因子对太白山高山植被物种组成和丰富度的影响

高山植被是一类具有重要生态和经济价值的植被类型,了解其物种组成和丰富度与环境因子的关系对于该类型植被保护、管理以及植物资源合理开发利用策略的制订具有重要指导意义。基于太白山高山植被和环境因子野外调查及室内实验数据,采用CCA排序法探索了环境因子对物种组成的影响,偏CCA计算了各环境因子对物种组成的总效应和净效应,GLM回归模型拟合了物种丰富度对环境因子的响应。结果表明,13个环境因子共解释了物种组成变异的31.7%,其中海拔、坡度、土壤碱解氮含量、全磷含量、坡向、岩石盖度、p H值、土壤厚度、有机质含量、有效磷含量和全氮含量对物种组成的净效应达显著水平(P0.05),但其作用强度依次减小。GLM拟合结果显示,物种丰富度与环境因子存在4种显著(P0.05)关系,即物种丰富度沿海拔和土壤厚度梯度单调递增,沿坡度和土壤全氮含量梯度单调递减,沿坡向、土壤p H值、碱解氮含量和全磷含量梯度呈单峰分布,与土壤有机质含量和全钾含量呈倒单峰关系。在这些显著的环境因子中,海拔、土壤碱解氮含量,p H值、有机质含量和坡向解释的物种丰富度变异量最大。     

黄土高原典型流域种植业发展模式的能值分析

为客观评估和比较退耕还林后黄土高原典型小流域不同种植业发展模式的稳定性和可持续性,本研究通过能值分析方法,定量分析了粮食和果树兼作、粮食生产为主和果树种植为主3种典型流域种植业系统的能值投入和产出情况,建立能值分析指标体系,在自然资源压力、社会和经济发展水平方面进行比较,进而对3种模式的系统可持续性进行评估.结果表明: 黄土高原典型流域不同类型种植业系统外部辅助能值均占总能值投入的75%以上,且其中不可更新能值所占比例远大于可更新能值,由此造成了能值自给率低而环境承载率高的特点;流域粮食种植业生产具有高投入、低产出的特点,而水果种植和粮果兼作具有高投入、高产出的特点,3种模式能值密度均达到全国农业经济系统平均水平2倍以上,其中,粮食生产为主的模式净能值产出率最低而粮果兼作型最高;流域种植业能值可持续发展指数均<1,能值/环境可持续指标均远低于全国农业系统平均水平,可持续发展能力较低,以粮食和果树兼作的模式可持续发展指数最高.3种模式比较发现,粮果兼作发展模式在流域种植业发展中具有相对较好的发展能力和较高的系统稳定性,能值生产效率适中且可持续性最高,因此黄土高原地区以流域为单元的农业发展应该更加偏向于考虑多产业综合的复合结构生产方式.