草地生态系统土壤呼吸及其影响因素研究进展

土壤呼吸在全球碳收支中占有重要的地位,笔者对草地生态系统土壤呼吸在陆地生态系统碳平衡中的作用、土壤呼吸的分类及其影响因素等方面进行了综述。结果表明,草地生态系统土壤呼吸在不同时间空间各组分所占比例不同,生物、非生物及人为活动等因素对草地土壤呼吸影响各异,主要从土壤温度、气候变暖、土壤湿度、降水、干旱化、土壤C/N等非生物因素,叶面积指数、植物光合作用、植被凋落物等生物因素以及人类干扰活动等方面具体阐述这些因素变化对土壤呼吸产生的影响,并对草地土壤呼吸的Q10值及各影响因素间的交互作用进行归纳总结。提出草地生态系统土壤呼吸研究存在的问题和今后重点发展方向,并对未来草地生态系统土壤呼吸的研究工作做了进一步的展望。

人工柠条灌丛林下草地植物群落特征研究

以宁夏固原上黄东山封育的人工柠条(Caragana korshinskii Kom.)灌丛林下草地为研究对象,并以设置在其周围的放牧地天然草地作为对照,采用样线法进行群落调查,分析二者群落数量特征和地上生物量变化,以期为退化草地植被恢复提供理论依据。结果表明:上黄东山封育后的人工柠条灌丛林下草地群落物种数较放牧地显著增加,封育区本氏针茅(Stipa bungeana Trin.)的优势地位明显加强,重要值远大于放牧地;人工灌丛林下草地与放牧地的相似性系数为0.585,表明二者的相似程度不高,人工种植的柠条对群落的结构影响较大,能够改善草地群落的小生境,为新物种出现提供良好的环境;物种丰富度指数和多样性指数(Shannon-winner指数)均表现为人工灌丛林下草地显著高于放牧地(P<0.05),而均匀度指数则相反(P<0.01);人工柠条灌丛林下草地地上生物量鲜重极显著高于放牧地(P<0.01)。

子午岭植被恢复对土壤饱和导水率的影响

通过对子午岭林区不同植被的土壤性质进行实验室测定和野外调查,对饱和土壤水分运动的重要参数之一土壤饱和导水率(Ks)及其相关因子进行了多元分析和通径分析,揭示了植被恢复提高土壤水分传输性能的机理,主要结论如下:土壤有机质是子午岭林区九种植被下土壤饱和导水率提高的主要驱动因子。不同植被下的土壤饱和导水率均随深度的增加而迅速降低,尽管草地和先锋草地在5～10cm深度有一强透水层。土壤饱和导水率在剖面上的平均值,从辽东栎、早期森林、灌丛、先锋草地、弃耕地到草地依次降低。灌丛与草地、弃耕地的差异达到显著水平,辽东栎顶级群落的饱和导水率最高,植被的恢复明显提高了土壤饱和导水率。土壤容重、毛管孔隙度、>0.25mm团聚体含量及粘粒含量直接影响土壤饱和导水率。土壤有机质含量的提高能够改善容重、毛管孔隙度、团聚体含量等物理性质。

退耕草地演替过程中的碳储量变化

退耕草地演替的研究对了解现有退耕草地的变化趋势有重要意义,也可以为退耕地的植被恢复提供科学依据。本研究采用以空间代替时间的方法,对处于不同演替时间阶段退耕草地的土壤碳储量以及植被的地上部分与根系生物碳储量变化进行了研究,结果表明,退耕草地演替过程中,地上部分生物碳储量呈阶梯式上升趋势,演替初期地上部分生物碳储量先降后升,并在演替的22~32年,保持相对平稳,之后在演替的40~60年,达到第2个相对平稳的阶段。根系生物碳储量也呈分阶段的阶梯式上升趋势,但第1个相对平稳的阶段出现在演替的第12~28年,在演替的第32~60年出现第2个相对平稳的阶段。退耕草地的土壤碳储量在退耕演替的初期下降,且在演替的第1~12年一直小于农地,在演替的第15年之后,土壤碳储量逐步上升。在0~150 cm的不同土层中,土壤有机碳含量以0~15 cm最高,在演替的1~12年,各土层有机碳含量均小于农地,之后在演替的第15~60年,各土层土壤有机碳含量均随演替时间的增加有所增加,且0~50 cm表层土壤有机碳含量在演替第34~60年迅速积累,增幅较大。在演替初期,草地地上部分生物碳储量、根系生物碳储量和土壤碳储量较演替第1年均表现为下降...

黄土高原水蚀风蚀交错带不同土地利用方式坡面土壤水分特性研究

为分析不同土地利用方式下坡面土壤水分特性的差异和规律,对黄土高原水蚀风蚀交错带典型坡面上农地、林地和草地的土壤水分特性进行了分析。结果表明:(1)苜蓿地土壤的持水能力和供水能力最强,其次是杏树林和长芒草地,谷子地最差;(2)通过土壤水分有效性分析发现,水蚀风蚀交错带田间持水量相当于-0.2×105Pa土壤基质势时的土壤含水量,永久凋萎点则低于-2.0×106Pa土壤基质势对应的土壤含水量;(3)苜蓿地有效水含量最高,谷子地有效水含量最低,而且苜蓿地土壤有效水含量的提高主要是提高了迟效水部分;(4)对不同土地利用方式下的土壤比水容量变化曲线研究表明,土壤比水容量在田间持水量附近随土壤含水量的降低减小的很快,而当土壤水分降低到田间持水量的50%~60%以下时,土壤比水容量基本不变。

黄土旱塬Hybrid-Maize模型适应性及春玉米生产潜力估算

通过对Hybrid-Maize玉米高产模型进行田间验证,应用该模型对黄土旱塬春玉米生产潜力进行初步估算。结果表明,Hybrid-Maize模型在黄土旱塬表现出较好模拟效果,总生物量、秸秆生物量和籽粒产量模拟值与实测值间具有极显著线性相关性,其决定系数分别为0.9469、0.8164和0.9650,回归系数分别为1.0198、0.9787和1.1844,接近于1。黄土旱塬区多年光温生产潜力和气候生产潜力因品种不同有所差别,对多年平均光温籽粒和总生物量生产潜力,紧凑型玉米品种分别为13.25和22.45t/hm2,平展型玉米品种分别为12.32和20.62t/hm2,年际变化小;对多年平均气候籽粒和总生物量生产潜力,紧凑型玉米品种分别为11.97和19.94t/hm2,平展型玉米品种分别为11.37和18.63t/hm2,年际波动大。在黄土旱塬区,玉米产量潜力挖掘的主要途径应集中在提高密度和水分限制条件下,Hybrid-Maize玉米模型在指导玉米高产栽培上具有较好应用。

黄土高原典型草原区草地土壤种子库的动态分析

采用野外调查取样和室内试验相结合的方法,研究了黄土高原典型草原区草地土壤种子库的物种组成、密度、时空格局和物种多样性等特征。结果表明,(1)土壤种子库中共统计到37个物种,隶属于16科,其中禾本科、菊科、唇形科、豆科和毛茛科的植物占优势。(2)从返青期到枯黄期,种子库中豆科、禾本科、堇菜科所占比例呈下降趋势,唇形科和菊科所占比例明显提高,种子库的密度也显著提高。(3)种子库中种子数量在垂直分布上呈现出由表层土壤向深层逐层减少的变化规律;在水平分布上的变化规律为:封禁>放牧;阴坡>阳坡;下坡>中坡>上坡。(4)封禁地土壤种子库中的Margalef丰富度和Shannon—Wienner指数都高于放牧地,Pielou均匀性指数低于放牧地。从返青期到枯黄期,封禁地和放牧地土壤种子库的Margalef丰富度、Shannon—Wienner指数、Pielou均匀性指数都呈下降趋势。

黄土旱塬不同氮肥用量下冬小麦干物质累积和氮素吸收利用过程研究

利用旱作长期定位施肥试验研究了不同氮肥用量对冬小麦干物质累积和氮素吸收利用的影响,结果显示,不同处理下干物质累积变化趋势都呈"S"型曲线,且冬小麦各生育期干物质量,随氮肥用量的增加而增大,说明氮肥对促进冬小麦干物质累积作用显著。干物质累积速率均呈现明显的单峰曲线,拔节-灌浆阶段累积速率最大,是干物质累积的重要时期。小麦植株含氮量和氮素累积量都随氮肥用量增加而升高,在冬前-拔节期和开花-灌浆期两个阶段,冬小麦植株氮素累积量较大,累积速率快,是氮素吸收利用的两个关键阶段。

黄土高原草地封育与放牧条件下土壤种子库特征

对半干旱区黄土高原草地在封育和放牧条件下土壤种子库种子密度、种子库组成、种子库物种多样性及均匀性进行了比较研究,并得出主要结论:1)封育提高土壤种子库的植物种类和密度,使优良禾草和多年生植物增加。2)种子库的垂直分布规律是随着土层的加深,种子在数量上递减的速度较快。3)坡向和坡位对土壤种子库有较大影响,种子库密度变化趋势是阴坡>阳坡;坡下部>坡中部>坡上部。4)从丰富度、Shannon-Wiener多样性和均匀性3个方面比较分析封育和放牧样地土壤种子库多样性,得出封育样地Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener指数都高于放牧地,Pielou均匀性指数低于放牧地。

吴起县耕地变化与粮食安全问题研究

选取全国退耕还林第一县——吴起县为研究对象,对吴起县自1997-2006年耕地变化动态与粮食生产情况进行了分析研究,运用最小人均耕地面积和耕地压力指数模型法,在分析吴起县1997-2006年10年间耕地、人口、粮食动态变化的基础上,总结了该区域最小人均耕地面积和耕地压力的变化特点,并以此为基础提出了保障吴起县耕地动态平衡和粮食安全的一些建议。

施肥水平对冬小麦田土壤水分影响的模拟

在模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型模拟研究了黄土高原长武旱塬地1957～2001年期间不同肥力水平下连作冬小麦田的土壤干燥化效应。结果表明:4种肥力处理下连作冬小麦逐月土壤有效含水量均呈现波动性降低趋势,平均每年分别减少8.6、8.6、11.1和13.7mm,无肥和低肥与中肥和高肥处理间土壤有效含水量差异十分显著,但无肥和低肥处理间无明显差异;在模拟初期出现了土壤湿度逐年降低、土壤干层逐年加厚的干燥化过程,在连作第5～8年以后均出现了稳定的土壤干层,无肥和低肥处理土壤干层均分布于2～3m土层,中肥和高肥肥处理分别分布于2～4m和2～5m土层,随肥力和作物产量水平的提高,土壤干层厚度增厚;4种肥力处理麦田生产年度耗水量接近且呈现波动性缓慢降低趋势,但前1～4年中肥和高肥处理麦田共计较无肥处理麦田多耗水91和203mm,长武旱塬地麦田土壤水分承载力为1.422～2.405t/hm2,相应的肥力水平为N45～90kg/hm2和P15～30kg/hm2。

黄土丘陵区沟谷地植被恢复群落特征研究

对黄土丘陵区2个不同沟向沟谷地植被群落特征进行样方调查,统计分析沟谷地植物物种频度和植物种群相似系数。调查共记录植物81种,隶属31个科,菊科、禾本科和豆科物种分别占物种总数的19.75%、16.05%和14.81%;封禁20年左右的沟谷地植被演替表现出良性演替的趋势;目前该沟谷地植物群落生活型中草本植物仍占主导地位,尤其是多年生草本,而灌乔生活型植物也已占有重要地位。灌乔木树种对植物群落多样性和结构等方面具有重要影响,沟谷地植被分布的斑块格局较为突出,不同沟向沟谷地的灌乔植物种的重要值构成格局存在一定差异,南北沟向较西东沟向分配均匀;沟向不同,沟谷地所形成的植被种群相似性具有一定差异,主要是由于受到一些伴生种和罕见种的影响。此研究对掌握该地形植被演替方向,明确植被恢复任务和目标具有一定意义。

施肥水平对长武旱塬地冬小麦产量影响的模拟

为了在实时气象条件下确定旱塬区适宜的肥力水平和产量水平,在模拟精度验证基础上,应用WinEPIC模型模拟研究了黄土高原长武旱塬地1957～2001年期间不同肥力水平下连作冬小麦田产量效应。模型验证结果表明CK、N、NP处理产量模拟值与观测值之间的相关系数分别为0.740、0.764和0.740,均达到显著水平,WinEPIC模型对不同肥力处理下冬小麦籽粒产量模拟较为准确。模拟结果表明,无肥、低肥、中肥和高肥处理下连作冬小麦的产量均呈现波动性降低趋势,其平均值分别为1.055、1.422、2.405和3.170t/hm2,不同肥力处理间差异显著,以中肥和高肥处理增产效果最好。为黄土高原南部沟壑区旱地小麦生产的可持续发展提供了科学依据。

黄土塬区三种豆科牧草的土壤养分剖面分布特征与平衡

为了解豆科牧草短期种植对土壤养分环境影响的进程和规律,通过田间试验对沙打旺、苜蓿和胡枝子等3种豆科牧草以不同密度单播、混播对土壤有机质、全氮、全磷剖面分布和平衡输出的影响进行了定性和定量分析。所有处理土壤全氮和有机质含量在土壤剖面2m深度范围内均呈典型的"S"形分布,全磷呈抛物线形分布。单播牧草固氮能力与播种密度呈正相关;苜蓿固氮能力最强,高密度下表观生物固氮量达507.5kg·hm-2。沙打旺生长1年可使土壤有机质平均净增3.51%。沙打旺和苜蓿全磷平均输出比率分别为43.14%和40.24%,显著高于胡枝子(23.74%);胡枝子与沙打旺、苜蓿的两两混播处理和3种牧草混播处理平均全磷输出比率分别为20.73%、26.33%、25.83%。试验结果表明,3种豆科牧草均可显著提高土壤有机质累积,沙打旺和苜蓿对土壤全氮和全磷的消耗显著大于胡枝子,但前两者的固氮能力也强于后者。以适当密度进行的不同牧草混播处理由于种间良性竞争和共生协调作用可优化混播群体对土壤养分的消耗利用。

云南大山包黑颈鹤(Grus nigricollis)越冬行为和保护研究

从2006 年10 月24 日至2007 年4 月9 日，采用固定样线法和瞬时扫描法， 对在大山包国家级自然保护区（N27°18′38″～27°29′15″，E103°14′55″～103°23′49″） 内越冬的黑颈鹤种群进行了越冬行为、日间活动节律和越冬栖息地利用的详细调 查，同时对黑颈鹤的春季迁徙行为和冬季黑颈鹤的死亡现象进行了观察和分析。 这些研究有助于我们了解黑颈鹤是采取何种行为模式和栖息地利用模式来适应高 海拔、低温度的环境，同时对如何有效地保护越冬黑颈鹤和合理规划保护区功能 区域有重要的指导作用。 将黑颈鹤的越冬行为分为：取食（Feeding）、搜寻（Searching）、警戒（Vigilance）、 争斗（Fight）、行走（Walk）、飞行（Flight）、休整（Maintenance）和其它（Others） 八种，越冬期间最主要的行为是取食（53.05±4.93）％，其它行为依次为：搜寻 （10.38±1.34）％、警戒（18.75±2.65）%、休整（10.32±4.93）％、行走（4.90±1.59） ％、飞行（1.70±0.38）％、争斗（0.36±0.25）％、其它（0.55±0.41）％。单因素 方差分析（One-Way ANOVA）分析表明越冬期间黑颈鹤日间各时间段（1h）和各 月份间行为差异极显著（P<0.05），并呈现出规律的变化。黑颈鹤的取食、警戒、 搜寻行为具明显的早（10:00-11:00）、晚（17:00-18:00）两个活动高峰，中午 13:00~14:00 最低；而休整行为正好相反，呈现出中午高峰、上午和下午低谷的趋 势；另外几种行为节律性表现不明显。黑颈鹤越冬期主要行为的节律变化是受环 境温度变化影响的，温度高时黑颈鹤增加了修整时间减少了取食时间，而温度低 时则减少了修整时间增加了取食时间以维持能量需求，湿度是通过温度对黑颈鹤 产生影响的。每天黑颈鹤都随着太阳的升起开始觉醒，于07:18±0:15 飞离夜栖地， 大雾的天气影响了黑颈鹤的外出觅食，与之相适应的是黑颈鹤相应的推迟了出飞 时间。黑颈鹤所采取的所有行为都表现出了对大山包特殊环境的适应。 在大山包黑颈鹤所利用的栖息共有耕地（farmland）、草地（grassland）、沼泽 （marsh）和浅水水域（water area）四类。选择指数分析表明黑颈鹤对水域有极大 的偏好，其次为沼泽湿地，再次为耕地，而对草地表现为负选择，并且在越冬期 间的各月份之间，对不同栖息利用比率保持一致。这提示我们在进行保护区规划 的时候应该适当增加前三种栖息地的面积以满足黑颈鹤的越冬需求。主成份因子 分析表明黑颈鹤倾向于选择距夜栖地和水源较近、人流较少、干扰较小、无坡或缓坡的低海拔栖息地。处于不同越冬地的越冬黑颈鹤根据当地的实际情况采取不 同的栖息地利用，说明黑颈鹤具有较强的环境适应能力。 调查期间记录到了三只带有彩环的黑颈鹤个体，其中有两只佩戴有卫星发射 器，发射器编号分别为64309 和64311。大山包黑颈鹤种群数量变动的春季和秋季 高峰是由于处于不同越冬地的黑颈鹤迁徙造成的，同时也说明了大山包是在滇东 北和黔西北越冬的黑颈鹤的集散地。黑颈鹤的春季迁徙一般集中在3 月下旬至4 月上旬，在晴朗、微风的上午10:00-11:00 迁徙的黑颈鹤数量最多，说明了天气条 件对黑颈鹤迁徙的重要性。 大山包保护区内的高压输电电线和通信电缆对越冬黑颈鹤构成了极大的威 胁。观察期间共有7 只黑颈鹤因撞上输电电线而死亡，除去一只没有外伤的成体 之外，成幼比例为1:1，大都发生在天气较为恶劣的12 月-2 月之间。发生撞死黑 颈鹤的时候保护区内都有不同程度的大雾笼罩，由于大雾的影响造成可视条件下 降，加之黑颈鹤飞行的机动性差（翼载量大、展弦比不大），造成了黑颈鹤的伤亡.