黄土高原子午岭地区植被恢复过程中的土壤质量评价

选择黄土高原子午岭地区植被自然恢复1~140 a不同年限的阳坡坡地为研究对象,通过相关性分析筛选土壤表层(0~20 cm)16项表征土壤物理、化学、生物学性质的指标,运用主成分分析计算土壤质量综合指数,评价子午岭地区植被恢复过程对土壤质量的影响。结果表明:土壤总孔隙度、平均重量直径(MWD)、有机质质量分数、速效磷质量分数、蔗糖酶活性、碱性磷酸酶活性、真菌数量、微生物总量构成土壤质量评价指标体系;土壤质量综合指数随植被恢复年限的增加而增加;植被自然恢复1~140 a间,土壤质量综合指数变化范围为0.155 9~0.850 9,较裸露休闲地增加4.2~27.5倍;根据土壤质量综合指数变化规律,可将140 a植被恢复过程中的土壤质量演变过程分为3个阶段,即植被恢复初期(1~20 a)的土壤质量综合指数呈快速增长,植被恢复中期(20~40 a)的土壤质量综合指数呈波动性增长,植被恢复后期(40~140 a)的土壤质量综合指数呈稳定增长。植被演替过程中不同植被生活型土壤质量综合指数表现为乔木林地>灌木林地>草地。

岷江干旱河谷典型阳坡土壤质量动态与评估

横断山区干旱河谷地区的土壤是制约植被恢复的一个关键要素，但干旱条件下土壤质量与动态演变状况并不清楚，本研究以岷江干旱河谷核心地段的土壤为对象，研究了阳坡褐土土壤的物理、化学以及生物学特征在海拔梯度（1800m、2000m、2200m）格局及其时间动态（2005-2007）变化，应用主成分分析综合评价了土壤质量及其时空差异性，明确了土壤质量的变化趋势。主要研究结论如下： 1) 海拔梯度上土壤物理性状的变化，2005 年和2007 年土壤物理性状综合质量随着海拔的升高均得到了优化，即海拔2200 m＞海拔2000 m＞海拔1800 m。 2) 海拔梯度上土壤化学性质的变化，土壤化学综合性质2005 年随海拔升高而趋于变得更优，而2007 年海拔2000 m 最优，海拔1800 m 则最差。 3) 海拔梯度上土壤生物学性质的变化，2005 年土壤生物学性质随海拔升高表现出趋于更好，2007 年海拔2000 m 最优而海拔1800 m 地段最差。 4) 从土壤物理、化学、生物学三方面出发，应用主成分分析，分别分析得出2005 年和2007 年不同海拔高度的土壤质量综合得分。根据综合得分得出土壤质量综合评价的排列顺序为：2005 海拔2200 m＞2007 年海拔2000 m＞2005 年海拔2000 m＞2007 年海拔1800 m＞2007 海拔2200 m＞2005 年海拔1800 m。2005年土壤综合质量随海拔升高而趋好，2007 年则以海拔2000 m 最优，海拔1800 m和2200 m 差异不大。 5）排除人为干扰后，干旱河谷土壤物理性状在海拔1800 m 略有恢复，海拔2000 m 变化不明显，而海拔2200 m 仍有退化趋势；土壤化学性质在海拔1800 m和2000 m 地段得到恢复，而海拔2200 m 处仍有退化；土壤生物学性质在海拔2000 m 地段呈恢复趋势，而1800 m 和2200 m 仍处于退化状态。综合质量分析表明，与2005 年相比，2007 年海拔1800 m 和2000 m 地段土壤质量趋于变优而海拔2200 m 地段仍有退化迹象。 Soil is a key factor that affect the restoration of vegetation in the Hengduan Mountains dry valley area. But the dynamics and quality of soil is not knowed in dry area. In this study, soil physiochemical and biological characteristics ranging from 1800~2200m above sea level from a typical south-facing slope at the Minjiang River dry valley area had been studied, and characteristics of changes in soil quality along altitudinal gradients and time scales were also discussed. The principal component analysis was used to assess the soil quality. The main results were as follows: 1) Changes in soil physical properties along altitudes. Soil physical properties obtained the optimization along with the elevation in 2005 and 2007. 2) Changes in soil chemical properties. It was summarized that soil chemical properties increased with elevation in 2005, but the soil of 2000 m was the best in 2007. 3) Changes in soil biological characteristics. Soil biological properties increased with elevation in 2005, but the soil of 2000 m was the best and 1800 m was the worst in 2007. 4) Change tendency of soil quality. With the soil physics, chemistry and biology characteristics, we analysised the change tendency of soil quality in altitudes. The result indicated that soil quality increased with altituded in 2005, and soil quality of 2000 m was the best in 2007. 5) In brief, the soil quality is by physics, chemistry as well as the biology synthesizes the influence the final outcome. And the soil quality's change was manifested by soil physics, chemistry and the biology characteristics. All the results indicated soil quality still degenerated at 2200 m in in the dry valley of Minjiang River. And soil quality of 1800 m and 2000 m resumed slight.

黄土高原水土保持措施对侵蚀土壤发育的效应

水土保持工程及植被措施实施,对土壤形成条件、土壤特征及土壤发育产生一定影响,而侵蚀土壤发育程度是评价土壤质量变化及其生态环境效应的重要基础。研究黄土高原水土保持措施对侵蚀土壤理化性质、发育和功能的影响,可为水土保持综合治理,改善黄土高原生态环境提供依据。评述长期定位试验的方法及以空间代替时间的原理,研究了在实施不同水土保持措施后,土壤基本理化性状的变化特征。结果表明:随着措施实施年限的增加,土壤的水分环境和土壤有机碳含量发生了明显改善,对土壤结构和功能产生了影响。证明水土保持措施对侵蚀土壤的发育有一定促进作用。

子午岭不同土地利用方式对土壤性质的影响

通过野外调查和室内分析相结合的方法,研究子午岭次生林区不同土地利用方式下的土壤性质状况,分析土地利用状况与土壤质量之间的关系,结果表明:不同土地利用方式表层土壤有机质、全氮、全磷、pH值、脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶含量或活性差异显著,农地主要土壤养分含量和酶活性较低,林地则较高。除pH值外,不同利用方式下土壤养分和酶活性均随土层深度的增加而逐渐减小。除土壤pH值外,不同利用方式下土壤有机质、全氮、全磷、铵态氮、脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶之间呈显著或极显著正相关性。以林地为对照的土壤退化指数表明农用地和撂荒翻耕地土壤质量退化显著,其表层(0～20cm)土壤退化指数分别为44.86%和43.10%;撂荒未翻耕地深层(20～130cm)土壤质量则有所提高。

典型草原土壤性状变化对灌丛化的响应

以草原和稀树草原中木本植物多度的增加为特征的草地灌丛化，是全球范围普遍发生的现象，但灌丛化的生态学效应目前仍存在争议。对灌丛化草地生态系统特征与过程的研究，将有助于我们进一步了解草地生态系统的退化和恢复机理，为退化草原恢复与管理实践提供理论依据。 本研究以位于内蒙古锡林河流域, 一个经23年围封恢复、具有明显灌丛化特征的草原生态系统为研究对象，通过分析小叶锦鸡儿灌丛及其相邻草本群落下的土壤容重、机械组成、土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和无机氮(IN)的差异，确定小叶锦鸡儿灌丛对草原土壤物理化学性状的影响。主要结果如下： （1）小叶锦鸡儿灌丛化增加了表层土壤（0-5 cm）粗粒级颗粒的比例，降低了浅层土壤（0-20 cm）的容重，较大灌丛下10-20 cm土层仍存在这种现象。这至少部分归因于灌丛对凋落物的截获积聚，以及小叶锦鸡儿的根系分泌物在质和量上较之草本植物的不同，促进了土壤团聚体的发育。 （2）小叶锦鸡儿灌丛斑块引起了典型草原生态系统土壤有机碳、全氮和无机氮的空间分布的变化。在浅层土壤中（0-20cm），由灌丛斑块内部向外部SOC、TN和IN均趋于降低。随小叶锦鸡儿灌丛大小（存在时间）的增加，0-20 cm和60-100cm土层SOC和TN均有增加趋势。 （3）除表层（0-5cm）外，小叶锦鸡儿大灌丛与邻近草地土壤C/N比值无显著差异。 总之，小叶锦鸡儿灌丛不仅改变了草原土壤的物理性状，而且提高了灌丛下土壤有机碳和氮的含量，改变了草原生态系统C、N的空间分布格局，表明草原灌丛化明显改变了草原生态系统的碳氮循环。基于草原约占陆地面积的40%以及全球草地灌丛化普遍存在的事实，这种伴随草原灌丛化发生的土壤有机碳和氮的变化可能会对全球碳氮循环和气候有显著影响。

增温与土地利用变化对青藏高原高寒草甸生态系统温室气体通量影响的研究

随着青藏高原气候变暖进程及放牧压力与开垦面积的逐年加大，非常有必要评价青藏高原高寒草甸生态系统温室气体通量对气候变暖、放牧（包括粪尿斑）和开垦的响应和反馈。与此同时，我们进行了粪尿斑及开垦对土壤理化性质影响研究。本研究对于青藏高原高寒草甸C、N循环关键过程对全球变化响应的认识具有重要意义。 本文通过2年（2006-2007）增温（白天+1.2℃，晚上+1.7℃）与放牧耦合试验，在生长季观测了增温与放牧对高寒草甸生态系统温室气体通量的影响。研究初步表明，增温试验显著增加10 cm土壤温度1℃左右；在放牧频度相对较高的2007年，放牧也显著增加了土壤温度1℃左右。总体上，增温对土壤湿度的影响不显著。 增温可以促进土壤对CH4的吸收，而放牧对CH4通量影响不大或起到一定程度抑制作用。在较低放牧频度的2006年，放牧显著降低了植物-土壤系统CO2总释放量，增温促进了CO2的释放。而在放牧频度相对较高的2007年生长季，没有发现增温及放牧对土壤-植被系统CO2释放显著的影响。2006年放牧后，增温促进了高寒草甸土壤N2O的释放；2007年，增温不放牧小区N2O总通量较对照增加了24.6%，同时放牧处理也促进了N2O释放。基于土壤温度和土壤湿度的线性回归模型可以解释55%-89%的CH4通量变异，而土壤湿度较土壤温度对CH4通量影响更大。土壤温度是影响CO2和N2O通量的主要因子，通过拟合的指数型曲线，土壤温度可以分别解释43%-63%CO2通量变异与65%-81%N2O通量变异。 在2005年与2006年夏季放牧期间，对牦牛粪尿斑处理对高寒草甸CH4、CO2和N2O通量进行了观测。牛粪小区2年观测期内CH4平均通量为687 μg m-2 h-1，而尿斑和对照土壤吸收CH4（平均通量分别为-34 μg m-2 h-1和-39 μg m-2 h-1）。牛粪小区CO2在2005年和2006年观测期内累积释放量较对照分别增加了35.8%和49.7%，而牛尿小区与对照累积释放量差异不显著。牛尿与牛粪小区N2O累积释放量显著高于对照，在2005年牛尿与牛粪小区N2O累积释放量较对照分别增加了3.7和3.5倍，而在2006年分别增加了2.1和1.8倍。因此，在估算放牧高寒草甸生态系统N2O释放时，来自牛粪斑释放量是不能被忽略的。但在中等放牧强度下（1.45头ha-1 y-1），有粪尿斑覆盖的高寒草甸在观测期内全球变暖潜势较相同面积没有粪尿斑覆盖的草甸仅增加了1%。土壤水分孔隙度（WFPS）可以解释牛尿小区35%和对照小区36%CH4通量变异。土壤温度是控制CO2释放的主要因子之一，它可以解释所有处理40-75% CO2的变异。牛尿处理（34%）、牛粪处理（48%）及对照（56%）N2O时间变异则同时受土壤温度和WFPS的驱动。在观测期内，牛尿可以显著提高土壤的pH值。粪尿斑对土壤微生物量碳氮没有产生显著性影响，但在一定时段内能显著增加土壤无机氮含量。 通过在青藏高原高寒草甸开展的人工草地试验，初步探讨了不同土地利用方式（种植燕麦、开垦后闲置及自然恢复）对CO2、CH4和N2O通量，以及土壤无机氮和微生物量氮的影响。燕麦地、自然恢复草地及开垦闲置地与天然草地相比，吸收CH4的能力均表现为增强（CH4的吸收总量分别增加了31.9%、57.2%和71.0%）。由于燕麦地生物量低于天然草地与恢复草地，造成了燕麦地土壤-植被CO2释放量低于天然草地和恢复草地。而闲置地几乎没有植被覆盖，其CO2释放量显著低于天然草地。草地恢复8年后，CO2释放基本恢复到天然草地的水平。闲置地N2O总通量显著高于天然草地，较天然草地增加了60.5%。观测期内燕麦地与天然草地相比，N2O总通量增加了24.3%，但没有达到显著性水平。开垦及种植燕麦，增加了土壤硝态氮的含量，而自然恢复地、燕麦地、天然草地和闲置地在观测期内土壤铵态氮平均含量没有观察到显著性差异。燕麦地土壤微生物量氮平均含量最低（119.7 mg N kg-1），而自然恢复草地、天然草地和闲置地土壤微生物量氮差异不大。

三峡水库蓄水对消落带土壤理化性状的影响

三峡水利枢纽工程的调度运行导致水库水位的涨落，从而在三峡水库周边水陆交错带形成周期性淹没与出露于水面的一段特殊区域，被称为三峡水库消落带。三峡水库消落带生态系统的健康是库岸稳定和水库安全运行的重要保障。土壤养分是三峡库区消落带土壤生态系统的重要组成部分。三峡水库蓄水以来，土壤理化性状发生改变，水土流失日益加剧。土壤是植物的基础，因此，对三峡水库消落带土壤性状的研究对消落带植被恢复有一定的指导意义，也为研究水库消落带水土流失提供依据，为研究水库消落带土壤污染与水体污染提供基础。 本文首先通过对重庆忠县石宝寨水库消落带不同水位、不同时期的表层土壤分析，研究了消落带不同水位土壤容重、酸碱度、有机质、全氮、全磷、全钾、硝态氮、氨态氮、速效磷、速效钾的含量变化。实验结果表明：（1）消落带土壤淹水前各测定指标在不同海拔高程之间的差异均不显著（P>0.05）；（2）三峡水库淹水后消落带土壤由微碱性变为碱性，养分平均含量普遍下降，土壤养分缺乏，淹水易造成养分流失；（3）不同淹水强度下，土壤pH 值、有机质、全氮、全磷、氨态氮、速效钾平均含量差异显著（P＜0.001），经过淹水土壤有机质、全氮、速效钾含量进一步降低；（4）不同淹水时期，土壤全钾、硝态氮、氨态氮平均含量差异显著（P＜0.001），速效氮含量随季节变化较大，与土壤水分有密切关系；（5）干湿交替更容易造成氮、磷解吸释放入水体，从而增加富营养化的风险。 其次，通过对石宝寨消落带5 个时间段6个水位的表层土壤分析，研究了消落带不同时期、不同淹水强度土壤酸碱度及Cu、Zn、Pb、Cr 的含量变化。结果表明（1）淹水土壤pH 显著高于未淹水土壤，长期淹水土壤重金属含量显著高于短期淹水土壤与未淹水土壤，146m 土壤重金属含量最高；（2）经过淹水土壤，pH 先升高后下降，铜含量、锌含量都下降，铬含量先上升后下降，铅含量随着土壤暴露先稍微上升，后又下降，但在08 年9 月达到最大值；（3）各土壤重金属之间均存在显著相关关系，表明三峡消落带土壤存在重金属复合污染隐患；（ 4 ） 以三峡水库土壤背景值为评价标准， 消落带土壤污染程度具有Cu>Pb>Zn>Cr 的特征，其中，铜污染相对最为严重，消落带土壤随着淹水强度的加大与淹水时间的延长，污染程度加重，消落带综合污染指数达到1.24，属于轻度污染级。

间伐对仁用杏园土壤理化性质及生长结果的影响

为了探讨密闭仁用杏园衰败的原因,采用常规的方法研究了间伐对仁用杏园土壤养分、水分及树体生长等方面的影响。结果表明:间伐减小了土壤容重,略微增加了土壤孔隙度;间伐显著提高了0-40 cm土层土壤有机质、0-20 cm土层土壤全氮,略微提高了0-20 cm土层土壤全磷;间伐显著提高了0-80 cm土层土壤速效氮、0-40 cm土层土壤速效磷和0-60 cm土层土壤速效钾,且间伐强度越大土壤养分越高;间伐显著提高了0-500cm土层土壤水分,在干旱的春季、夏季优为显著,且间伐强度越大,土壤水分越高;间伐显著促进了仁用杏生长,提高了坐果率和杏仁产量。白于山山区仁用杏间伐后密度应为167~222株/hm2。

定植穴对局部土壤物理性质及苹果生长的影响

为了探索陕北黄土丘陵沟壑区苹果栽植成活率低、树体生长状况差的原因,对3种定植穴土壤物理性状及苹果生长状况进行了监测研究。结果表明定植沟、大定植穴降低了0～100cm土层土壤容重和开挖到雨季的土壤水分,其中开挖到定植是土壤水分散失的主要阶段。定植沟、大定植穴提高了0～100cm土层土壤总孔隙度、非毛管孔隙度和地面塌陷深度,相对提高了雨季期间的土壤水分,提高了枝条失水量和抽条指数,造成苗木成活率降低,树体生长量和产量降低。陕北丘陵沟壑区栽植苹果不宜采用雨季后开挖定植沟、大定植穴,翌年春季定植;春季定植时应以普通定植穴为主,并边挖边栽。

云雾山草地植被恢复过程土壤水库特性及影响因素

为了了解植被恢复过程土壤水库特征的变化及其驱动因子,为半干旱典型草原区植被恢复的土壤环境效应提供评价依据,研究了宁南半干旱典型草原区植被恢复80 a对土壤水库库容、实际贮水量和贮水效率的影响及驱动因子。结果表明:土壤水库总库容、吸持库容、实际贮水量、贮水效率以及土壤物理性质均在草原植被恢复25 a内不断提高,经37 a略微下降后随植被演替土壤水库特征和土壤物理性质继续改善。通过逐步回归分析,容重、有机质含量和水稳性团聚体分形维数是影响土壤水库总库容的主要因子,毛管孔隙度则是影响土壤实际贮水量和贮水效率的主要因子。土壤有机质含量与容重、分形维数呈显著负相关(P<0.05),与毛管孔隙度呈极显著正相关(P<0.01)。植被恢复促使有机质积累,从而改善了土壤结构状况,提高了土壤土壤贮水能力、贮水量和贮水效率。可以认为土壤有机质积累是土壤水库功能提高的直接动力。

不同耕作方式对黄土高原旱地麦田土壤物理性状的影响

通过冬小麦田间试验,研究了免耕、深松、翻耕三种不同耕作措施对土壤物理特性的影响。结果表明:冬小麦收获时,免耕与其它处理相比,增大了土壤容重、土壤硬度,其土壤干筛法>0.25 mm团聚体含量比深松和翻耕每层平均增加3%和5%,但较冬小麦耕作处理前每层平均下降5%;免耕条件下,湿筛法>0.25 mm团聚体含量比深松和翻耕每层平均增加11%和32%,较冬小麦耕作处理前每层平均下降42%;免耕可增加土壤蓄水量,收获期土壤蓄水量为373.1 mm,较深松和翻耕提高17%和8%;随着降水量的增加,冬小麦收获期水分入渗速率逐渐减少;且不同耕作方式水分入渗速率为免耕>深松>翻耕。

安达市碱性草地土壤颗粒的分维特征

运用土壤颗粒质量分形模型计算松嫩平原低平地安达试区植被分布区和碱斑区样点土壤颗粒的分形维数,并建立分形维数与土壤颗粒不同粒级间的回归关系,以探讨土地碱化后土壤粒径分布的分形特征及其与土壤物理性状的关系。结果表明:安达试区土壤颗粒分形维数较高,平均分别仅有48.7×10-5cm/s(Pit A)和4.30×10-6cm/s(Pit B),反映了该区土壤细颗粒含量高、土壤大孔隙数量少、土壤饱和导水率低的特征;土壤颗粒分形维数与黏粒含量呈对数正相关关系,而与粉粒和砂粒含量相关性不显著,说明在安达试区,影响土壤颗粒分形维数的主要因素是黏粒含量;羊草地土壤颗粒分形维数在土壤垂直剖面上的变异较大,说明植被生长促进了土壤质地的变异;碱斑地土壤颗粒分形维数明显大于羊草地,细颗粒含量高,饱和导水率低,说明碱斑的形成恶化了土壤物理性质;土壤颗粒分形维数可以反映安达市土壤物理性质的好坏,能作为土壤退化和生态环境恶化的评价指标。研究结果可为安达市以及松嫩平原盐碱地生态环境的修复和治理提供科学依据。

黄土丘陵区不同植被恢复模式对土壤酶活性的影响

为了解侵蚀环境下植被恢复对土壤酶活性的影响,以典型侵蚀环境黄土丘陵区纸坊沟流域生态恢复30a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脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、淀粉酶、纤维素酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶及理化性质的演变特征。结果表明,黄土丘陵区的坡耕地由于不合理的人为干扰,土壤理化性质和酶活性较弱,通过植被恢复可以有效的改善土壤肥力,不同恢复模式对土壤酶活性和肥力的改善作用不同,恢复30a,脲酶活性增加33%～213%,磷酸酶活性增加275%～394%,蔗糖酶活性增加70%～210%,纤维素酶活性增加24%～48%,过氧化氢酶增加32%～96%,多酚氧化酶降低23%～29%,淀粉酶变化规律不同。不同植被恢复模式其生物特性不同,对土壤酶活性影响也不同。相关性分析说明磷酸酶、蔗糖酶、纤维素酶和多酚氧化酶与其它因子相关性相对较强,可以作为评价土壤质量的生物学指标。