青藏高原东部植物生态特征在季节性雪厚度梯度上的变化

本文以青藏高原东部的高山草甸为研究对象，设置早融、中间及晚融三个融雪部位，采用实验室测量、野外测量、野外样方调查相结合的 方法，从个体、种群和群落的水平上比较研究了高山雪场植物在同一雪场样地中不同融雪梯度上的特征变异及适应，结果表明： 从早融到晚融的梯度上，随着融雪时间的逐渐推迟，表土日温差降低，冻融交替的强度减弱，土壤水份逐渐增加，总N、总P、总K 以及 可溶性的N、P 和pH 变化不明显，土壤有机质及可溶性的K 和Ca 逐渐降低。冻融交替强度上的差异以及土壤水分差异被认为是融雪梯度上 影响植物生长的主要原因。 从早融到晚融的梯度上，伴随着生态因子的改变，几种常见植物的个体特征也发生相应的变化。首先，物候期推迟。植物开始生长的时间 一般要推迟将近二十天，但同一种植物在不同的融雪部位上的衰老期趋于一致，这预示着在晚融部位同一植物的生长期要缩短。其次，个体生 长特性发生改变。黑褐穗苔草（Carex atrofusca subsp. minor (Boott) T.Koyama）和西北黄芪（Astragalus fenzelianus Pet.-Stib.）的个体生长（株高、单株叶数、单叶面积和地上生物量）表现为逐渐增加的趋势；斑唇马先蒿（Pedicularis longiflora Rudolph var. tubiformis (Klotz.) Tsoong）和川西小黄菊（Pyrethrum tatsienense (Bur. et Franch.) Ling ex Shih.）则表现为逐渐降低的趋势；长叶火绒草（Leontopodium longifolium Ling）在融雪梯度上的变化趋势不明显。再次，从繁殖特性来看，大卫马先蒿（Pedicularis davidii var. pentodon Tsoong）的单株花数、单花种子数、种子千粒重及种子萌发率随融雪的推迟呈现为逐渐增加的趋势；圆穗蓼（Polygonum macrophyllum D.Don）的种子（小坚果）千粒重和萌发率也表现为逐渐增加，其余繁殖特征变化不明显。 在种群层次上，几个常见物种的分布格局随着融雪的推迟都发生一定的变化，基本上表现为从早融的集群分布到中间或晚融部位的随机分布。物种间的联结性也发生较大的变化，由早融部位的总体上的正关联逐步过度到晚融部位上的总体上的负关联。特定种对间的联结性也发生较大的变化。恶劣环境条件（如剧烈的冻融交替）的影响以及对恶劣条件适应被认为是分布格局及种间联结性发生变化的主要原因。 在群落层次上，物种多样性的变化表现为单峰曲线的格局，即在中间部位多样性最高。早融部位强烈的冻融交替和晚融部位缩短的生长季是早融及晚融部位物种多样性不高的重要原因。几乎所有的只出现在一个融雪部位（雪深级别）上的物种都发生在中间融雪部位。这说明，中等的雪深更有利于许多高山植物的存活，而过浅过深的积雪都不利于植物的生存。另外，相距较近的融雪梯度之间的物种相似性较大，而相距较远的梯度之间物种的替代率较高，物种的相似性较小。在群落的生物量方面，地上生物量随融雪的推迟而升高，地下生物量随融雪的推迟而下降，地上与地下生物量之总和随着融雪的推迟而下降，地下生物量与地上生物量之比随着融雪的推迟而下降。早融部位的地上生物量主要集中于地上0-10cm 的范围内，表明在早融部位植物地上部分有变矮的趋势；早融部位的地下生物量在土壤各深度分布相对较均一，而晚融部位地下生物量则主要集中于地下0-10cm 的范围内。生物量的变化趋势主要与雪场中各部位的土壤水分含量及地表日温度差异有关，是植物适应特定环境的结果。 To detect the plants’ responses to snow-cover gradients in an alpine meadow of eastern Tibetan plateau, laboratory method and field sample plot method were employed, and three gradeients （early-, medium and late-melting）were established in a natural snowbed. The measurements were carried out for two years and was done on three levels——individual, population and community. The results are shown as follows : From early- to late-melting gradients, daily ground temperature difference between day and night decreased, amplitude of freeze-thaw alternation weakened, soil organic matter contents and soluble K and Ca decreased, while soil water content increased. Total N, total P, total K，pH soluble N and soluble P kept constant from early- to late-melting portions. Among these factors, the changes of intense freeze-thaw alternation and soil water contents were considered as main factors affecting plants’ growth. From early- to late-melting portions, all phenological phases postponed, e.g. phase of plant emergence postponed almost twenty days. However, the same species’ individuals at different portions withered in step, which implied that the individuals at late-melting portion possessed shorter growing season length. Along the same gradient, both Carex atrofusca subsp. minor (Boott) T. Koyama and Astragalus fenzelianus Pet.-Stib. increased their individual growth, whereas Pedicularis longiflora Rudolph var. tubiformis (Klotz.) Tsoong and Pyrethrum tatsienense (Bur. et Franch.) Ling ex Shih. decreased their individual growth. Unlike the four plants mentioned above, Leontopodium longifolium L. did not show any evident change. As to reproductive charateristics, the flowers per individual, the number of seeds per flower, the thousand seed weight and the seed germination rate of Pedicularis davidii var. pentodon showed an increasing trend; and Polygonum macrophyllum D.Don also increased its thousand seed weight and seed germination rate along the same gradient. However, the other reproductive charateristics of Polygonum macrophyllum D.Don did not change significantly. At population level, the distribution pattern of several selected species changed from cluster pattern to random pattern as the snowmelt postponed. Overall association among the species changed from positive to negative along the same gradient. Further, interspecific association also changed evidently. Adverse circumstances such as intense freeze-thaw alternation were considered as primary factors resulting in changes of population distribution pattern and interspecific association. At the level of community, species diversity showed a pattern of a unimodal trend, i.e. the highest diversity occurred at medium snow depth，perhaps because of intense freeze-thaw alternation at early-melting portions and the shortest growing season at late-melting portions. Almost all species that only appeared at one snowmelt portion occurred at medium portion, indicating that medium snow depth was more suitable for many species’ survival. Species replacement from one snowmelt portion to its neighboring portion seldom took place. However, while distance between two portions became farther, species replacement between the two portions occurred more frequently. As for biomass, aboveground biomass increased from early- to late-melting portions, whereas belowground biomass, total biomass and the ratio of belowground to aboveground all decreased along the same snow gradient. A majority of aboveground biomass distributed in a height range of 0-10 cm, suggesting that height of plants inhabiting early-melting portion be shorter compared with other portions. In addition, belowground biomass at early-melting portion was evenly distributed at different soil depth in comparison with aboveground biomass, whereas belowground biomass at late-melting portion concentrated 0-10cm soil layer below ground. The changing trend of biomass was also related to two factors. One was soil water content, and the other topsoil temperature difference between day and night.

大气CO_2增加对土壤脲酶、磷酸酶活性的影响

The response of soil urease and phosphatase activities at different rice growth stages to free air CO 2 enrichment (FACE) was studied. The results showed that comparing with the ambient atmospheric CO 2 concentration (370μmol·mol~ -1), FACE (570μmol·mol~ -1) significantly increased the urease activity of 0～5cm soil layer at the vigorous growth stage of rice, whole that of 5～10cm layer had no significant change during the whole growing season. Phosphatase activity of 0～5cm and 5～10cm soil layers significantly increased, and the peak increment was at the vigorous growth stage of rice.

人工苜蓿草地土壤理化性状变化

为了明确西北旱地种植苜蓿对土壤物理性状、水分和养分的影响,对其进行了较为详尽地探讨。种植苜蓿能增加土壤团聚体含量,提高土壤通气透水能力。苜蓿生长发育时需要大量消耗土壤水分,连续多年种植苜蓿会导致土壤干燥化;种植苜蓿能提高土壤有机质和氮素水平,降低土壤磷、钾含量。施肥既能平衡土壤养分又能增加产草量。

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。

黄土丘陵区植被恢复中不同粒级土壤团聚体有机碳分布特征

对黄土丘陵区土壤有机碳在不同粒级团聚体中的分布特征及其对植被恢复的响应进行了研究。结果表明:(1)黄土丘陵区不同植被覆盖条件下,土壤有机碳的分布具有一定的表聚性,0~20 cm土层中有机碳的含量均高于20~40 cm中有机碳的含量,不同植被群落下有机碳的含量大小为:大针茅群落>长芒草群落>铁杆蒿群落>百里香群落;(2)同一深度土壤各粒级团聚体中有机碳的分布特征是:0.5~0.25 mm与1~0.5 mm两个粒级中有机碳的含量最高,>1 mm的团聚体中有机碳的含量有随粒级增大而减小的趋势;(3)恢复年限对不同粒级土壤团聚体中有机碳的含量影响很大,有机碳的含量随恢复年限的增加总体呈上升趋势。黄土高原沟壑区土壤有机碳的积累与土壤团聚体的粒级和植被恢复的类型、年限等有明显的关系。

水肥空间组合对成熟期冬小麦各器官氮磷养分分配的影响

以肥熟土垫旱耕人为土为供试土壤,冬小麦(Triticum aestivum L.)小偃22为供试植物,在全生育期人工控制土壤水分条件下,采用分层隔水土柱法研究了与田间土层分布相同土柱不同土层水分、氮、磷组合对冬小麦不同器官氮、磷养分累积及分配的影响.结果表明:(1)冬小麦不同器官氮、磷累积量表现为籽粒茎秆、叶>穗余部>根系.(2)与整体湿润处理相比,上干下湿水分处理可降低小麦各器官氮、磷累积量,但仅籽粒氮、磷累积量所占比例减少,而营养器官氮累积量所占比例均增加.(3)从肥料处理看,单施氮、单施磷和氮磷配施处理的小麦植株各器官氮、磷累积量均比对照增加,但籽粒氮、磷累积量所占比例均减小.(4)施肥层根系氮、磷累积量比对照相对增加,并以0～30cm土层根系氮、磷累积量为最高.(5)单施氮条件下,以0～90cm土层施肥各器官氮、磷累积量最高,0～30cm土层施肥最低;单施磷和氮磷配施时,以0～90cm土层施肥处理籽粒氮、磷累积量最高,其次是0～30cm土层施肥.由于石灰性土壤中肥料氮终产物以硝态氮为主且容易移动,而磷肥不易在土壤中迁移,在生产实践中仍以氮磷配施入0～30cm土层为佳.

水肥不同层次组合对冬小麦(Triticum aestivum L.)氮磷养分有效性和产量效应的影响

以肥熟土垫旱耕人为土为供试土样,用分层土柱试验法研究了不同层次水分、氮、磷组合对冬小麦(Triticum aestivum L.)氮磷养分有效性和产量效应的影响。结果表明,不同土层水肥处理的氮磷养分有效性和产量效应差异显著。氮素养分有效性在4.73%~41.19%之间,磷素养分有效性在4.11%~13.58%之间。对氮素养分有效性,单施氮整体湿润时(0~90cm土层湿润)较上干下湿(0~30cm土层干旱胁迫,30~90cm土层湿润)低4.87%,而氮磷配施在整体湿润时较上干下湿高6.38%,差异均达显著水平;对磷素养分有效性,氮磷配施时,在整体湿润时较上干下湿增加5.01T(p<0.05)。从不同施肥土层看,氮素养分有效性均以0~90cm土层施肥处理最高;对氮磷配施处理,在上干下湿时分别比0~30cm、30~60cm和60~90cm土层施肥处理高9.5%、10.1%和20.2个%;对磷素养分有效性,整体湿润处理,以0~30cm土层施肥显著高于其它土层施肥处理。单施氮或磷,上干下湿时氮磷养分的产量效应均高于整体湿润处理,但氮磷配施时均以整体湿润处理较高;从不同土层施肥看,氮素养分的产量效应以0~90cm土层施肥...

黄土丘陵区典型植物群落根系垂直分布与环境因子的关系

深入研究植被恢复过程中根系与环境因子的响应规律,对于当前西部地区的生态环境建设中有关林草措施的配置问题具有重要理论意义和实践价值。采用对应分析(CA)和典范对应分析(CCA)方法研究黄土丘陵区4种典型植物群落的根系垂直分布特征及其与环境因子的关系。结果表明,所选群落的根系生物量随土层深度增加而明显减小,0~40 cm土层根系生物量超过总根量的85%。借助CA分析将根系的垂直分布特征分为T1、T2和T3,其中大多数群落属于T1型,即表层根量聚积型,0~20 cm土层根量远高于其他层次;T2和T3型为深根与浅根型根系的组合类型,层次变化相对缓和。群落根系的垂直分布及变化受环境因子的综合影响,T1型分布在硝态氮含量较高且有机质和全氮含量较低的地段;T2和T3型的有机质和全氮含量较高,硝态氮含量较低;土壤水分含量、密度、硝态氮是影响退耕地典型植物群落根系垂直分布特征的主要环境因子。

施氮对黄土高原水蚀风蚀交错区土壤矿质氮的影响

研究施氮对黄土高原水蚀风蚀交错区不同土层土壤矿质氮含量和累积量的影响。【方法】试验设作物和施肥2个因子,分析不同施氮水平和不同作物处理下黄土高原水蚀风蚀交错区0~100 cm土层土壤矿质氮的差异。【结果】不同施氮处理对土壤硝态氮含量及矿质氮累积量有明显影响,土壤硝态氮含量和0~100 cm土层土壤矿质氮累积量均随施氮量的增加而增加,但施氮量对土壤铵态氮的影响较小;不同施氮条件下,不同土层土壤硝态氮含量和矿质氮累积量均以0~20 cm土层最高,从总体上看,随着施氮量增加,较深土层(80~100 cm)土壤硝态氮含量和矿质氮累积量亦有所增加;不同作物间,除施90 kg/hm2磷+45 kg/hm2氮处理时,种植黑麦草作物的0~20cm土层土壤NO3--N含量有所增加外,其余施氮处理对种植两种不同作物土壤的NO3--N含量和NH4+-N含量均未产生明显影响,在相同施氮处理下,黑麦草地和苜蓿地0~100 cm土层土壤总矿质氮累积量的差异不明显。【结论】不同水平氮肥处理均对黄土高原水蚀风蚀交错区土壤矿质氮含量及累积量有一定影响,土壤矿质氮含量及累积量均与施氮量密切相关。

黄土高原坡地苹果园土壤肥力及矿质氮累积分析

采用田间取样与室内分析相结合的方法,研究了黄土高原坡地苹果园肥力状况与矿质氮累积。结果表明,坡地苹果园土壤肥力低,氮、磷严重缺乏,钾相对丰富,土壤属于砂壤土,通气性强,保肥、保水性差。0—60cm土层土壤有机质含量为9.24～28.12g/kg,全氮为0.22～0.60g/kg,速效磷为0.17～16.08mg/kg,速效钾为80.06～168.39mg/kg;黄土高原坡地苹果园中NO3-—N有深层累积分布,累积深度大于2m,在180—200cm层最高累积量达249.61kg/hm2,而NH4+—N无深层累积。不同施肥处理对土壤剖面中的NH4+—N和NO3-—N含量分布影响不同,对NH4+—N含量和分布影响不明显,但不同施肥方式对NO3-—N含量分布影响显著。施加氮肥促进NO3-—N深层累积,施加磷肥有助于降低土层中的NO3-—N含量,缩小富集量的分布范围。

紫花苜蓿和短花针茅根系分布与土壤水分研究

以陕北农牧交错带人工草种紫花苜蓿(Medicago sativa L.)和天然草种短花针茅(Stipa breviflora Griseb.)为对象,采用根钻法调查两个草种的根系垂直分布以及刈割后苜蓿根系变化特征,并通过定位观测研究土壤水分动态变化。结果表明:紫花苜蓿和短花针茅根系密度随土壤深度增加而减少,而且均以直径小于等于1 mm的须根为主;0~50 cm土层紫花苜蓿和短花针茅根系量分别占0~100 cm剖面总量的67%和84%。紫花苜蓿和短花针茅根系分布与土壤水分消耗特征吻合。生长旺盛期苜蓿大量消耗0~140 cm土层土壤水分,5-9月平均有效土壤储水不足10 mm;生长季末深层(140~280 cm)土壤储水也逐渐降低,约为裸地储水量的50%。短花针茅0~280cm剖面土壤水分状况明显好于苜蓿地,比苜蓿地多储水100 mm左右;主要消耗浅层(0~50 cm)土壤水分,深层水分利用较少。

陕北黄土区生物结皮条件下土壤养分的积累及流失风险

分析了陕北黄土高原典型流域生物结皮的形成和发育对土壤养分的积累效应,同时对生物结皮条件下土壤养分的流失风险进行评价.结果表明:生物结皮生长发育后能够迅速增加结皮层及2cm土层的养分含量,但对深层土壤影响较小;退耕0～20年间结皮层的养分含量与退耕年限之间的关系可用指数函数(y=a[b-exp(-cx)])拟合,其中有机质、全氮和碱解氮在退耕20年间的增加速度变化不大,而全磷、速效磷和速效钾在退耕初期增加迅速,后期增加缓慢;自然发育生物结皮对土壤养分的年均净贡献量为:有机质50.15g.m-2、全氮1.95g.m-2、全磷0.44g.m-2、碱解氮164.33mg.m-2、速效磷9.64mg.m-2和速效钾126.21mg.m-2,人工培育条件下生物结皮发育更快,对养分尤其是速效养分的贡献速率更高;生物结皮条件下养分含量的提高增加了养分流失风险,尤其是养分随泥沙流失大幅度增加,生物结皮增加的养分中平均有39.06%随泥沙流失,仅有60.94%得以保留.总之,生物结皮可迅速、全面增加表层土壤养分,但同时会加大养分流失风险.尽管如此,土壤养分的净增加量仍相当可观,显示生物结皮具有较好的土壤养分积累效应.

延安试区土壤干层现状分析

近年来 ,以林草地地力衰退为特征的人工林草地土壤退化日趋严重 ,其中以土壤水分严重亏缺为特征的土壤干化现象愈益引起了人们的重视。土壤干化的直接后果是形成土壤干层 ,导致土壤退化 ,植物生长速率减缓 ,群落衰败以至大片死亡 ,严重地威胁到中国中北方地区特别是黄土高原地区生态环境的建设。因此 ,研究和解决土壤干层问题已成为黄土高原植被建设的迫切任务。根据现有土壤水分资料 ,初步分析了延安试区植被下的土壤干层现状 ,对不同林草植被下的干层状况做了比较 ,并提出了解决土壤干层问题的意义

黄土丘陵林区开垦地土壤侵蚀强度时间变化研究

以黄土丘陵林区 1 0 a径流泥沙观测资料为基础 ,分析了林地开垦后不同侵蚀年限情况下土壤侵蚀强度的变化。结果发现 ,随侵蚀年限的增长 ,土壤侵蚀强度呈明显的增长趋势 ,平均每年约有 1 0 mm的土层被侵蚀掉 ,到侵蚀的第 1 0 a时 ,已有 1 0 0 .81 mm的土层被侵蚀掉 ,相当于林地土壤的 A层大部分遭到流失。土壤侵蚀强度的增加 ,土壤质量的下降 ,土壤性状的恶化 ,更促使侵蚀程强度的加剧

延安试区人工刺槐林地的土壤干层分析

8 0年代以来 ,以林草地地力衰退为特征的人工林草地土壤退化日趋严重 ,其中以土壤水分严重亏缺为特征的土壤干化现象愈益引起了人们的重视。土壤干化的直接后果是形成土壤干层 ,导致土壤退化 ,植物生长速率减缓 ,群落衰败以至大片死亡 ,严重地威胁到我国北方地区特别是黄土高原地区生态环境的建设。因此 ,研究和解决土壤干层问题已成为黄土高原植被建设的迫切任务。根据延安试区的土壤水分和植被生长状况调查资料 ,初步分析了不同条件下刺槐人工林地的水分状况。结果表明 :试区刺槐人工林地普遍形成了土壤干层 ,且已相当严重 ;坡向对土壤干层有明显影响 ,阳坡形成的干层较阴坡严重 ;坡度愈大 ,土壤干化愈剧烈 ;林龄对干层严重程度影响不明显。同时 ,研究指出了解决土壤干层问题的意义。