黄土丘陵区草地土壤微生物C、N及呼吸熵对植被恢复的响应

以野外样地调查和室内分析法研究了黄土丘陵区不同植被恢复年限下草地土壤微生物C、N及土壤呼吸熵的变化。结果表明,土壤微生物量碳明显地随着植被恢复年限的增加而增加。在恢复前23a,土壤微生物量碳在0～20cm土层年增加率为24.1%;20～40cm为104.4%。植被恢复23a后,0～20cm土层增长率为0.83%,20～40cm为0.19%。土壤微生物量N表现为在植被恢复的初期略有下降,3a后,开始出现明显增加。0～20cm土层年增长率为20.14%,20～40cm为15.11%。在植被恢复23a后,0～20cm土层的年增长率为0.14%,20～40cm变化不大。土壤微生物呼吸强度随着恢复年限的增加逐渐加强;土壤呼吸熵随植被封育时间的增加而呈对数降低趋势。土壤呼吸熵(qCO2)在反映土壤的生物质量变化时,显得更加稳定,受植物生长状况影响较小。相关分析表明,土壤微生物量和土壤微生物活性与土壤有机质、碱解氮和粘粒含量显著正相关;与土壤粉粒含量明显负相关;表层土壤pH值对其也有明显影响。草地植被自然恢复过程可增加土壤微生物活性,有利于土壤质量的提高。

黄土高原坡地枣树地膜微集水造林效果研究

在黄土高原丘陵沟壑区,采用田间试验研究了地膜微集水造林技术对提高枣树成活率、土壤温度以及枣树根区土壤水分含量的影响。结果表明:地膜微集水方法提高枣树移栽期0~100cm土层土壤水分,提高0~20 cm土层地温,造林成活率较对照提高15%;在枣树生长期和发芽期,土壤0~100 cm剖面含水量比对照高30.3%;在集中降雨后48 h内,土壤水分下渗深度比对照深34 cm,达到67 cm。该方法成本低、操作简单、效率高,可以在黄土高原枣树栽植中推广应用。

黄土丘陵区不同坡向及坡位草本群落生物量及多样性研究

以黄土丘陵区纸坊沟流域内的大范家沟阴阳坡和拐沟阴坡坡面主要草本群落为研究对象,分析不同坡向及坡位的草本群落盖度、地上生物量及物种多样性关系。结果表明,阴坡草本群落的物种20多种,较阳坡高30%。阴阳坡面上草本群落生物量和盖度从坡下至坡上逐渐减小。在水分和养分条件好的地段均有灌木入侵。阳坡Margalef和Menhinick丰富度指数均随坡位升高而降低;而阴坡Mafgalef指数随坡位升高而降低,Menhinick指数却随坡位升高而增大;3个均匀度指数和多样性指数在阴阳坡均随坡位的升高而减小。不同坡位引起的植被盖度、Margalef丰富度指数和Alatalo均匀度指数存在显著差异(P<0.05)。坡位与Margalef丰富度指数和Alatalo均匀度指数呈显著相关(P<0.05),与Shannon-wiener多样性指数呈极显著相关(P<0.01)。描述或评价群落多样性、丰富度及均匀度时,应多选几个指标参数,避免单一指标带来的片面性。掌握草本群落自身喜阴阳特性、生境特征、植被组成及多样性特征,充分认识植被演替条件和演替规律,对指导该区植被和生态系统恢复与重建具有重要意义。

黄土丘陵区不同土地利用方式对土壤含水率的影响

在干旱半干旱地区,土壤含水率是影响作物生长和植被恢复的重要因子。采用土钻法对黄土丘陵区典型流域不同土地利用方式下土壤含水率进行了比较。结果表明,农田土壤含水率显著较高,这与农田坡度较小及梯田建设有关,还与农作物蒸腾耗水相对较小有关。林地、灌木地和草地土壤含水率相对较低,且相互间无显著差别。黄土丘陵区土壤含水率主要受坡度和土壤稳定入渗速率的影响。但草地土壤含水率还与坡向及年生物量有关。土壤水分分布格局与该区土层深厚, 地下水埋藏较深,土壤水分收入主要受降雨的补给有关。因此,该区农田建设应在坡度较小(<10°)的地形上进行,并优先考虑梯田。坡度较大的地方应以天然灌木和草本群落的保育为主。人工乔灌林只适宜在沟道等水分条件较好的地方种植。

称重式蒸渗仪系统改进及在农田蒸散研究中的应用

水分是制约黄土丘陵区农作物正常生长和农业生产的关键因子。该区年平均降水量少且季节多变,研究农田土壤水分平衡对该区旱地农业生产具有重要意义。土壤蒸渗仪(Lysimeter)可测量总蒸散量、渗漏量等有关水量平衡的各个分量,具有其它装置和方法不可比拟的优越性。它为田间蒸散和降水入渗实验研究提供了一种较先进的量测方法和技术手段。它对推动我国实验水文学的发展具有重要作用,并为相关领域的科学研究提供了一种较先进的技术设备和实验环境。中国科学院安塞试验站对原建造的用于测定农田蒸腾蒸发转化的称重式蒸渗仪在2005年对称重感应系统、电源进行改造,主要对主机、采集软件进行了重新更新,使其可直接在Windows界面下工作,数据采集更加方便,将测量出来的模拟量信号转换为数字信号,经处理显示并记录在数据采集器内。改进后蒸渗仪主要有以下特点:(1)土柱重19~26t,蒸渗仪精度为152 g(0.05 mm),可测量蒸腾蒸发量和地下水对土壤水的补给量与入渗量;(2)蒸渗仪面积3 m2(1.5 m×2 m),深度3 m,可充分允许农作物根系发育与吸水,土壤水和地下水转化,地下水位变化等过程进行,蒸渗仪的供排水系统能够在蒸渗仪内模拟实际地下水...

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。

黄土丘陵区纸坊沟流域农业生态经济安全评价

以近70年纸坊沟流域农业生态经济系统演变过程为基础,利用国家"九五"科技攻关项目中所提出的评价指标体系,对纸坊沟流域不同发展阶段标志年份的农业生态经济安全状况进行了评价,得出:农业生态经济系统在1938、2000、2005年处于亚安全状态,1958、1975年处于极端不安全状态,1985、19901、995年处于不安全状态。通过对农业生态经济安全变化驱动力的分析,预测了纸坊沟流域农业生态经济安全的发展趋势,提出了黄土丘陵区实现农业生态经济安全的策略:以培育主导产业为中心,完善农业系统循环链网,调整产业结构,实现农业资源的有效、永续利用。

侵蚀环境人工刺槐林土壤水稳性团聚体演变及其养分效应

采用时空互代法,以典型侵蚀环境纸坊沟流域生态恢复过程中不同年限的人工刺槐林为研究对象,选取坡耕地和天然侧柏林为参照,分析了植被恢复过程中土壤水稳性团聚体变化规律及其与土壤养分状况之间的相互关系。结果表明,侵蚀环境下的坡耕地由于人为耕作干扰,土壤水稳性团聚体含量低下,抗蚀性能较差。营造刺槐林前5 a土壤水稳性团聚体含量较坡耕地显著快速增加,随后增幅变缓,成对数增长,恢复25 a后土壤水稳性团聚体含量已经达到天然侧柏林水平。在植被恢复过程中土壤小粒径的水稳性团聚体逐渐聚集转变形成大粒径的团聚体。相关性分析和回归分析表明,植被恢复过程中>0.25 mm土壤水稳性团聚体与有机碳、全氮、碱解氮、速效钾、容重等相关性达到显著(p<0.05)或极显著水平(p<0.01),与全磷和速效磷相关性较弱。坡耕地退耕营造刺槐林后可以减少人为干扰,增加碳素和氮素供给,提高水稳性团聚体含量,使土壤抗蚀性能提高。

黄土丘陵区延河流域潜在植被分布预测与制图

潜在植被的分布预测与制图对植被恢复规划具有重要的指导价值.利用广义相加模型(generalized additive model,GAM),结合GIS空间分析技术和环境梯度分层采样技术,为延河流域24个地带性物种建立了分布模型,并在考虑群落内部物种种间关系及其分布概率的基础上,对物种分布进行运算,模拟预测了延河流域37种植物群落的分布状况和延河流域的潜在植被分布.结果表明:研究区植被分布预测值与实际调查值间的差异不显著,预测的植被空间分布较好地反映了延河流域潜在的植被分布状况,表明该模型具有较好的预测能力,对于区域植被恢复的目标设定和恢复规划具有重要意义.

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。

黄土丘陵区封禁对侵蚀土壤微生物生物量的影响

采用时空互代法,以典型侵蚀环境纸坊沟流域不同封禁年限的狼牙刺群落和杂灌群落为研究对象,选取放牧地和天然次生林为参照,分析了生态恢复过程中土壤微生物生物量、呼吸强度、代谢商及理化性质的演变特征。结果表明,封禁后土壤理化性质明显改善;微生物生物量随封禁年限的延长变化显著,阳坡随封禁年限增加土壤微生物生物量逐渐增加,25 a后微生物生物量碳、氮、磷较封禁前分别增加252%、161%和174%,但显著低于天然侧柏林,仅为其39.0%、41.8%和53.7%;阴坡封禁前10年微生物生物量迅速增加,随后增加幅度减缓,呈波动式缓慢上升趋势;封禁25 a后微生物生物量碳、氮、磷分别增加108%、93%和102%,但明显低于天然杂灌丛群落和辽东栎林,仅为辽东栎林的54.4%、49.1%和40.1%。土壤呼吸强度在封禁5 a后增大明显,且随着年限增加逐渐上升,阳坡25 a时达到最大值,而阴坡15 a时达到最大值,随后开始有所下降,25 a后降至最低点,但仍显著高于放牧地,相同封禁年限的土壤呼吸强度阴坡明显高于阳坡。qCO2随着封禁进程逐渐降低,25 a后达到最低值。相关性分析显示微生物生物量碳、氮、磷、呼吸强度、qCO2与土壤养...

黄土丘陵沟壑区林地水文生态效应

根据安塞水土保持试验站1993～2002年林地径流小区的降雨产流产沙的定位观测资料及2002年土壤含水量资料,分析了不同树种对坡面尺度降雨产流产沙及土壤水分的影响。结果表明:场降雨径流小区的产流量、产沙量与降雨量具有较好的相关性;多元回归分析表明,场降雨产流量和产沙量与降雨量和最大30min雨强的乘积呈正相关,与植被覆盖度呈负相关,场降雨产沙量回归方程复相关系数为0.253,各处理场降雨产流量回归方程复相关系数的变化范围为0.465～0.723,均达到了极显著的水平(P<0.01)。同时,各树种均具有良好的减流减沙功能,与农地相比,年均产流量和产沙量分别减少4.8%～52.9%和26.8%～86.0%;沙棘纯林及其混交林的减流减沙效益优于油松纯林。同时,沙棘纯林及其各混交林在造林初期就表现出良好的减流减沙效益,随着树龄的增长,其作用更加明显;而油松纯林在造林初期作用不明显,甚至出现产流量和产沙量大于农地的现象,但随着树龄的增长,减流减沙作用逐渐呈现并增大。沙棘纯林及其混交林30cm以下土壤含水量在整个生长季中均呈递减趋势,生长季初(4月份)土壤含水量最高,而生长季末(10月份)降到最低值。2002年沙棘纯林的...

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。

基于GIS与神经网络的黄土丘陵区土壤水分模型研究

土壤水分不足是黄土高原丘陵区植被建设的主要限制因子,土壤水分的空间分布受外界气象因子、土地利用与复杂地形等的影响,关系比较复杂。本研究利用黄土丘陵区纸坊沟流域的土壤水分试验资料,建立了基于GIS的BP神经网络模型,模型中同时考虑了多个因子对土壤水分空间分布的影响,利用实测资料对网络进行训练后对整个流域进行了预测,预测结果与实际情况较为一致,表明应用GIS与BP神经网络研究区域复杂地形下的土壤水分分布规律是可行的。

不同植被恢复模式对黄土丘陵区土壤碳库及其管理指数的影响

为了解侵蚀环境下植被恢复对土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响,以典型侵蚀环境黄土丘陵区纸坊沟流域生态恢复30 a植被长期定位试验点为研究对象,选取坡耕地为参照,分析植被恢复过程中土壤碳库各组分和碳库管理指数的演变特征。结果表明,侵蚀环境下植被恢复后土壤碳库各组分含量都得到显著改善,有机碳、活性有机碳和非活性有机碳含量增幅分别为109%~238%,194%~212%和65%~149%,增加速度非活性有机碳>有机碳>活性有机碳。碳库指数和碳库管理指数较坡耕地明显增加,增幅分别为15%~659%和6.5%~414%,说明土壤经营和管理水平较坡耕地得到了显著改善,土壤系统向着良性方向转变。相关性分析表明有机碳、活性有机碳、非活性有机碳、碳库指数、碳库管理指数与土壤主要肥力因子相关性及其密切,可以作为反映生态恢复过程土壤质量演变的指标。不同植被恢复措施可以显著改善土壤碳库含量,增加土壤碳库管理水平,但改善作用不同,总体来说混交林的效果最好,其次为纯林,最后为荒草地,因此在该地区要通过人工促进生态恢复,应以营造混交林为主,纯林为辅的恢复模式。