Methods for physical separation and characterization of soil organic matter fractions

Turnover of soil organic matter (SOM) is coupled to the cycling of nutrients in soil through the activity of soil microorganisms. Biological availability of organic substrate in soil is related to the chemical quality of the organic material and to its degree of physical protection. SOM fractions can provide information on the turnover of organic matter (OM), provided the fractions can be related to functional or structural components in soil. Ultrasonication is commonly used to disrupt the soil structure prior to physical fractionation according to particle size, but may cause redistribution of OM among size fractions. The presence of mineral particles in size fractions can complicate estimations of OM turnover time within the fractions. Densiometric separation allows one to physically separate OM found within a specific size class from the heavier-density mineral particles. Nutrient contents and mineralization potential were determined for discrete size/density OM fractions isolated from within the macroaggregate structure of cultivated grassland soils. Eighteen percent of the total soil C and 25% of the total soil N in no-till soil was associated with fine-silt size particles having a density of 2.07-2.21 g/cm3 isolated from inside macroaggregates (enriched labile fraction or ELF). The amount of C and N sequestered in the ELF fraction decreased as the intensity of tillage increased. The specific rate of mineralization (mug net mineral N/mug total N in the fraction) for macroaggregate-derived ELF was not different for the three tillage treatments but was greater than for intact macroaggregates. The methods described here have improved our ability to quantitatively estimate SOM fractions, which in turn has increased our understanding of SOM dynamics in cultivated grassland systems.

神府东胜煤田复垦区土壤入渗特性的试验研究

土壤入渗性能是最基本的土壤物理特性之一。复垦区土壤的结构组成复杂,入渗特性有别于非矿区土壤。本文以神府东胜煤田马家塔复垦区为研究对象,利用圆盘入渗仪分别测定了复垦区乔木、林地、荒地、灌木林地和草地的土壤入渗特性,用经典统计学方法对复垦区土壤入渗性能的空间变异性进行了分析。实测结果表明,不同土地利用方式下的土壤入渗特性有较大的差异;在测定范围内,乔木林地、荒地、草地和灌木林地的稳定入渗率均表现出0 cm>—3 cm>—15 cm的规律性,其中草地稳定入渗率随吸力的变化更明显。研究表明:乔木林地稳定入渗率和累积入渗量的变异系数分别为0.58和0.49.属于中等变异。

云雾山天然草地植物生长规律

试验以云雾山优势种本氏针茅(Stipa bungeana)、大针茅(Stipa grandis)与伴生种百里香(Thymus mongolicus)、铁杆蒿(Artemisia sacrorum)、厚穗冰草(Agropyron dasystachys)、二裂萎陵菜(Potentilla bifurca)和阿尔泰狗娃花(Heteropappus altaicus)为研究对象,对每一植物选择典型植株进行标记,重点从植物株高和地上单株生物量两个方面对其生长动态,进行一个生长周期(返青期-枯黄期)的观察测量,结果表明:(1)植物生长在株高和地上单株生物量达到最大值之前,均基本符合Logistic生长模型;(2)在植物整个生长过程中,地上单株生物量月变化与株高存在动态分形关系:lnB=D×lnH+lnC。(3)植物生长除受其生物学特性支配外还受外界环境因子的限制,在干旱半干旱地区,降雨量显得尤为重要,在本次试验中,植物株高增长和地上单株生物量月变化均与降雨量累积存在着极显著的对数相关性:y=a×lnx+b。

典型草原区退耕及封育草地土壤水分物理性质研究

对典型草原云雾山保护区退耕6 a,11 a(放牧8 a)和16 a的3个退耕地和4个封育草地(百里香群落、铁杆蒿群落、大针茅群落和长芒草群落)对照坡耕地表层土壤的水分特征曲线数学模型、持水参数和比水容量进行了测定。结果表明,封育草地的持水和供水性能要大于退耕地和坡耕地,放牧对退耕11 a的持水和供水性能有较大影响。云雾山自然保护区坡地退耕和草地封育后,样地土壤的持水能力大小顺序为封育长芒草群落>大针茅群落>百里香群落>铁杆蒿群落>退耕16 a>退耕6 a>坡耕地>退耕11 a(放牧8 a)。供水能力大小顺序为封育长芒草群落>百里香群落>铁杆蒿群落>大针茅群落>退耕16 a>退耕6 a>退耕11 a(放牧8 a)>坡耕地。这说明土壤持水和供水性能随着退耕年限的增加和封育草地的正向植被演替均逐渐增强的趋势。坡地退耕和草地封育能够通过改善土壤的水分物理性质提高土壤的蓄水持水性能和抗侵蚀能力。

开垦草地对土壤有机碳库构成与来源的效应

以广西西北部喀斯特地区的开垦草地生态系为对象,研究了草地开垦变为不同农田后对土壤有机碳库的效应。结果表明,草地开垦为农田后,土壤可溶性有机碳、微生物生物量碳及总有机碳的含量显著下降。自然草地开垦后,柑桔地土壤有机碳含量高于农作用地土壤。玉米与甘蔗轮作土壤有机碳含量高于甘蔗连作。13C示踪结果表明,柑桔地土壤有机碳中来源于草地的含量高于农田土壤;农田土壤有机碳中来源于草地的随种植年限的增加而降低。在玉米与甘蔗轮作的农田中,土壤有机碳中来源于玉米的高于甘蔗连作土壤有机碳中来源于甘蔗的。

DCA、CCA和DCCA三种排序方法在中国草地植被群落中的应用现状

排序是用来分析植被与环境之间生态关系的重要手段。该文主要是对除趋势对应分析(DCA)、典范对应分析(CCA)和除趋势典范对应分析(DCCA)这三种排序方法进行总结,讨论它们在中国草地植被群落研究中的应用现状,并得出除趋势对应分析与聚类分析结合使用效果比较好,主要是用来揭示群落之间的关系,并且在实际的应用中也比较多,而典范对应分析和除趋势典范对应分析在揭示种与环境关系方面具有明显的优势,但是由于某些条件的限制,在实际研究中应用的比较少。可见这几种排序方法在实际应用中具有一定的优势,所以应该加强这方面的应用,更加深入的研究草地植被群落,以期对草地生态学及草地植被群落生态关系的研究工作发挥重要的借鉴作用。

黄土高原土壤干层评定指标的改进及分级标准

土壤干层是黄土高原普遍存在的特殊土壤水文现象,研究其现状、成因、防治、调控措施等对科学认识区域植被承载力、土地生产力以及低效林草改造和可持续植被建设等有重要理论与生产指导意义,而合理通用评判指标与分级标准是开展土壤干层研究的基础。目前黄土高原土壤干层尚无统一评判指标与分级标准,给区域土壤干层研究带来困难。本文在已有研究成果的基础上,提出用土壤有效水饱和度/不饱和度作为土壤干层评判指标,并给出其分级标准。该评判指标计算简单,具通用性和可比性,可望成为土壤干层的通用评判指标。

半干旱典型草原区退耕地土壤结构特征及其对入渗的影响

坡地土壤降雨入渗、径流和侵蚀过程与土壤结构密切相关。试验样地为宁夏固原云雾山自然保护区的坡耕地、退耕6a、退耕11a(前8a放牧,后3a禁牧)和退耕16a坡地,室内测定土壤结构指标,野外采用基于径流-入流-产流方法的新型降雨仪器在17、43和56mm/h雨强下观测坡地土壤的入渗性能,分析土壤结构特征对入渗的影响。对土壤结构的稳定性指标、孔隙性指标和分形维数指标进行分析,结果表明,随着退耕年限的延长,土壤团聚体稳定性增强,土壤结构孔隙状况得到明显改善。模拟降雨结果显示,随着雨强的增大,退耕地的土壤入渗率增加,但坡耕地反而降低。退耕11a样地受放牧牲畜践踏影响,入渗性能最差。通过逐步回归分析可知,在17mm/h和56mm/h雨强下,影响土壤稳定入渗率的土壤结构因子主要是容重和有机碳含量,而在43mm/h雨强下主要是毛管孔隙度和非毛管孔隙度。土壤有机碳含量和孔隙状况的差异致使土壤结构特征不同,从而对入渗性能和过程产生明显的影响。

黄土丘陵沟壑区不同降水年型下土壤水分动态

采用定位监测法,对黄土丘陵沟壑区不同降水年型下旱农坡地、刺槐林、沙棘灌丛和白羊草地土壤水分的时空变化规律进行了分析.结果表明,降水年型对研究区不同植被类型土壤水分的季节变化和剖面垂直变化均有一定影响.旱农坡地平水年土壤水分的季节变化平缓;枯水年雨季前土壤水分缓慢减小,雨季后显著增加;丰水年则整体增加,且雨季后增加明显.刺槐林、沙棘灌丛和白羊草地平水年土壤水分的季节变化表现为整体降低;枯水年沙棘灌丛土壤水分先减后增,刺槐林与白羊草地呈"W"型曲线变化,两个最低值均出现在6月和8月;丰水年沙棘灌丛和刺槐林土壤水分的季节变化呈"V"型,白羊草地的波动较大,最低值出现在8月.旱农坡地枯水年的土壤水分活跃层和次活跃层深度较平水年下移,丰水年次活跃层消失;丰水年和枯水年,刺槐林和白羊草地土壤水分活跃层深度均较平水年下移,沙棘灌丛则上移.

黄土高原沟壑区不同树种的水土保持效益及其适应性评价

研究黄土高原沟壑区不同树种幼林的水土保持效益及其适应性。【方法】以草地为对照,对黄土高原沟壑区刺槐、油松、沙棘、侧柏纯林及其混交林径流小区的产流产沙情况、土壤水分状况及各树种的生理特性进行了分析。【结果】造林初期,各树种及其不同造林方式的水土保持效益均比较差,处于水土保持功能低下阶段,土壤侵蚀的差异主要是由植被的不同覆盖度引起的,二者呈二次多项式关系;回归分析表明,当覆盖度达53%时土壤侵蚀较为轻微。草地和各树种林下0~250 cm土层土壤水分变化较大,其中以刺槐消耗土壤水分最多,其次是侧柏,油松、沙棘和草地之间差异不明显;刺槐纯林与其混交林下土壤水分的差异比较明显,而其他树种不同造林方式下的土壤水分无明显差异。各树种叶片的水分利用效率表现为侧柏>油松≈沙棘>刺槐,油松与沙棘混交造林后两者的水分利用效率都有显著提高;各树种叶片的蒸腾速率表现为刺槐≈沙棘>油松>侧柏,沙棘与油松或刺槐混交后,油松与刺槐的蒸腾速率均有所降低,而沙棘变化不显著。【结论】综合考虑树种的水保效益及其适应性可以发现,沙棘与油松混交可能是黄土高原沟壑区较为适宜的一种造林方式。

陕北黄土高原植被区划及与林草建设的关系

在陕北黄土高原 ,根据植被的地理分布、植物区系背景、环境条件的地理变化及造林种草实践 ,从南至北可划分为落叶阔叶林区、森林草原区和干草原、沙化草原区。以延安一线为界 ,南部为森林地区 ,北部为草原地区 ;再以长城沿线为界 ,南部为森林草原区 ,北部为干草原、沙化草原区。延安一线和长城沿线为两条重要的生态分界线 ,就是这两条生态线把陕北黄土高原划分为森林、森林草原及干草原、沙化草原三个植被区。植被区划是造林种草的理论依据之一 ,陕北黄土高原的种树种草应遵循这两条生态线 ,使其与植被分区相符合

封育对云雾山本氏针茅草地群落的影响

以云雾山封育与未封区为对象,采用样线法进行调查,重点分析二者群落特征和地上生物量的变化,以期为退化草地植被恢复提供依据。结果表明:封育后本氏针茅(Stipa bungeana)群落发生较大变化,物种数显著增加、演替差异明显,由未封区的本氏针茅+大针茅(S. gigantea)群落演替为封育后的大针茅+本氏针茅群落;未封区本氏针茅种群的优势地位明显加强,重要值明显大于封育区;封育与未封区群落的相似性系数为0.419;物种丰富度指数和多样性指数(修正的Simpson指数、Shannon-winner指数、Audair和Groff指数)均表现为封育区>未封区,而均匀度指数则相反;封育区地上生物量明显增加,其中禾本科、蔷薇科和杂类草占总生物量的比例均表现为封育>未封区,而菊科则相反。

黄土丘陵区流域生物量和气体调节服务功能价值动态变化及评价

文章研究纸坊沟流域内草地、农地、林地、灌丛四种不同生态系统类型植被生产力及逐年生物量,估算各生态系统类型固定CO2和释放O2的能力,并根据生态学原理和生态经济学方法,运用碳税法、造林成本法和影子价格法,推算出各生态类型固定CO2和释放O2气体的生态、调节服务功能价值。研究表明,1985～2001年流域总生物量年均生物量和总体呈线性增加趋势。由于各种治理措施的实施和退耕还林(草)政策的正确导向,纸坊沟流域土地利用趋于合理,CO2/O2气体调节服务功能价值逐步增强,流域生态经济系统向良性演变。不同生态系统类型气体调节功能价值的估算为退耕还林(草)年限及生态补偿提供了科学决策依据。

黄土丘陵区退耕地土壤水分入渗特征及影响因素

为评价退耕还林(草)工程的成效及认识下垫面改变对土壤水文过程的影响,采用圆盘入渗仪以4、6、8年退耕地为对象,长芒草草地为对照在黄土丘陵区分层(表层、20 cm、40 cm)研究退耕地土壤水分入渗特征,并探讨其影响因素。结果表明:1)较短年限退耕地表层土壤入渗能力较天然草地差,而下层入渗能力较天然草地强;2)退耕地下层的初始入渗速率是表层的1.2~1.4倍,稳定入渗率是表层的1.9~2.8倍,饱和导水率是表层的1.9~3.0倍;3)随着退耕年限增加,表层土壤入渗能力下降,而下层入渗能力增强;4)土壤结皮阻碍退耕地表层土壤的入渗。

注重林草植被建设 走水土保持型生态农业之路

林草植被恢复建造是水土保持型生态农业建设中的重要一环,也是安塞试区极具特色的一个重要方面.进入“九五”以来,试区在整体推进水土保持型生态农业建设中,进一步加强植被建造,调整土地利用结构,生态经济良性循环态势已经呈现出来.1999年农林草地面积比例为 1:2.0:2.2。“九五”前4年平均耕地面积约为“七五”之初的1/2,然而粮食平均单产却是“七五”的 2.85倍,达到 2280kg/hm~2,总产依然得到增加.盖度0.6以上的植被的覆盖率达到57%,天然灌木林成片出现.年输沙模数较治理之初减少80%以上.