黄土高原丘陵沟壑区草地植物群落健康动态评价

植被恢复重建是遏制水土流失的有效措施之一,研究植被恢复重建过程、评价植物群落健康状况对加速植被建设具有重要的实践意义。本文根据黄土丘陵沟壑区的特点,建立了植物群落健康评价指标体系,对草地植被恢复重建过程中的不同阶段的植物群落的健康状况进行了评价。结果表明:植被群落活力变化过程呈抛物线型;群落组织力基本呈波动性变化;恢复力的变化则与活力变化过程相反,在群落活力达到最高水平时,群落的恢复力降至最低;土壤健康呈波动性上升的变化趋势。综合评价表明,植物群落健康水平随着演替过程的发展呈波动性且逐渐上升的变化过程。

草地植被恢复对次降雨土壤水分动态的影响分析

通过对宁南典型草原植被恢复过程次降雨土壤水分动态的研究,阐明植被恢复对次降雨后土壤水分的影响及机理。结果表明,次降雨提高了土壤含水率和贮水量,均表现出1 d>3 d>7 d。草地封育能够提高次降雨资源化效率,随封育时间延长,次降雨后0-60 cm土壤含水率和0-100 cm土壤贮水量不断提高。降雨对封育草地土壤水分的影响范围在100 cm土层内,100 cm以下不能得到降雨的补充。封育时间延长土壤水分活跃层加深,坡耕地仅为40 cm,封育17 a后达到60 cm。土壤持水能力越强,表层土壤饱和导水率越大,雨后1 d在0-100 cm土壤贮水量越大。地上生物量愈大,雨后1~7 d在0-200 cm土壤耗水量越大。

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。

黄土丘陵区撂荒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1至50年撂荒地长期定位试验点为研究对象,选取坡耕地为对照,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,土壤酶活性前期变化波动较大,后期(20-30a)年变化趋于稳定;尿酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和多酚氧化酶与其他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;尿酶、淀粉酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和纤维素酶活性随恢复年限而增加,多酚氧化酶则减少;土壤酶指数可以作为评价土壤质量的方法。

黄土丘陵区人工刺槐林土壤活性有机碳与碳库管理指数演变

土壤碳库管理指数是表征土壤碳变化的重要量化指标,研究黄土丘陵区人工刺槐林土壤活性有机碳与碳库管理指数的变化过程对认识该地区生态恢复过程中土壤质量的演变及其效果评价具有重要意义。【方法】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有机碳(TOC)、活性有机碳(LOC)、非活性有机碳(NLOC)及碳库管理指数(CPMI)的演变特征,并运用相关和回归分析方法对生态恢复过程中碳库各组分和恢复年限进行拟合。【结果】营造刺槐林可以显著增加土壤碳库各组分含量,并随恢复年限呈显著线性关系,50a时TOC、LOC、NLOC和碳库指数(CPI)分别较坡耕地增加271%、174%、467%和271%,其中NLOC增加速率略高于LOC,表明植被恢复增加的土壤碳素绝大多数以非活性形态贮存起来,而为了满足生物生长所必须的活性物质来源,土壤碳库必须维持一定的活度状态来满足碳素的动态转化平衡,碳库管理指数在营造刺槐林初期显著降低,随后先增加后降低,与刺槐林生长特性密切相关;但与天然林相比差距仍然较大,恢复50a时TOC、LOC和NLOC仅...

黄土丘陵区退耕撂荒地土壤微生物量演变过程

土壤微生物量是表征土壤生态系统中物质和能量流动的重要参数,研究黄土丘陵区坡耕地撂荒后微生物量及其活性的变化过程对认识该地区生态恢复过程中土壤质量的演变及其效果评价具有重要意义。【方法】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撂荒地为研究对象,选取坡耕地和天然侧柏林为参照,通过室内测试分析,并运用统计和相关分析等方法,研究坡耕地撂荒后土壤微生物量、呼吸强度、代谢商(qCO2)及土壤理化性质的演变特征。【结果】侵蚀环境下的坡耕地土壤微生物量含量偏低,土壤理化性质较差,撂荒后理化性质得到显著改善,微生物量碳(Cmic)在撂荒1a后显著增大,前7a较为剧烈,增幅较大,随后呈波动式上升,50a达到最大值;微生物量氮(Nmic)在撂荒初期增长缓慢,40a时才达到显著水平,微生物量磷(Pmic)在撂荒初期显著降低,5～7a达到最低值,随后逐渐上升,20～25a时和坡耕地没有显著差异,50a时达到最大值。撂荒50a时土壤Cmic、Nmic和Pmic分别较坡耕地增加166%、146%和52%,但仅为侧柏林的43.42%、45.06%和51.47%。呼吸强度在撂荒初期迅速增加,随后趋于稳定,与侧柏...

子午岭地区植被演替过程中土壤养分及酶活性特征研究

选择植被自然恢复不同年限的阳坡梁坡地作为研究对象,采用时空互代法研究子午岭地区植被恢复过程中土壤养分和酶活性的变化。结果表明,植被恢复140 a内,不同土层土壤有机质含量、全氮含量、蔗糖酶活性、脲酶活性、碱性磷酸酶活性和过氧化氢酶活性增加,且表土层(0~20 cm)土壤养分含量和酶活性高于下层土壤(20~40 cm)。以裸露地为对照,土壤0~20 cm土层,有机质含量、全氮含量、蔗糖酶活性、脲酶活性、碱性磷酸酶活性和过氧化氢酶活性分别增加了23.8%~534.9%、9.3%~300.0%、213.6%~521.5%、40.4%~286.5%、22.7%~232.2%和3.2%~22.4%,土壤速效磷含量呈现波动变化,过氧化氢酶活性变化幅度比其他三种酶低。土壤有机质含量与全氮、速效磷含量密切相关;土壤蔗糖酶与土壤有机质、全氮均为极显著的相关关系(0.930/0.918);土壤脲酶活性与全氮含量相关系数最高(0.804);土壤碱性磷酸酶活性与有机质、全氮含量都呈极显著相关(0.977/0.984);土壤过氧化氢酶活性与全氮含量极显著相关,相关系数达0.996。

黄土丘陵植被恢复过程中土壤种子库萌发数量特征及动态变化

采用野外定点采样与室内土壤种子萌发试验相结合的研究方法,选取黄土丘陵区典型草原带宁夏固原地区不同植被恢复年限(2,5,12,24,35,55,75 a)及当年农地(对照)的8个样地,研究该区土壤种子库萌发数量特征及动态变化。结果表明,8个不同植被恢复年限样地土壤中可萌发的种子的平均数量为3542.5粒/m2,可萌发种子以双子叶植物为主,约占萌发总数的90%。0~5 cm土层可萌发种子数量变化于166.7~9100.0粒/m2;5~10 cm土层变化于133.38~2120.02粒/m2。土壤中可萌发种子数量随着恢复年限的增加表现先增加后下降的趋势。土壤中可萌发的种子数量随时间的变化近似单峰型,双子叶植物峰值主要出现在第4~6周,而单子叶植物萌发高峰在5~6周。表明在环境,气候等条件适宜时,黄土丘陵区典型草原带可萌发的土壤中的种子可形成萌发高峰。

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。

侵蚀环境人工灌木林土壤活性有机碳与碳库管理指数演变

采用时空互代法,以黄土丘陵区纸坊沟流域生态恢复过程中不同年限的人工柠条和沙棘林为研究对象,选取坡耕地和天然侧柏林为对照,分析了植被恢复过程中土壤有机碳(TOC)、活性有机碳(LOC)、非活性有机碳(NLOC)及碳库管理指数的演变特征。结果表明,侵蚀环境下的坡耕地由于人为干扰,土壤碳库含量偏低,退耕营造柠条林可以显著增加土壤碳库各组分含量,并随恢复年限呈显著线性关系,25 a时TOC、LOC和NLOC分别较坡耕地增加271%、144%和204%,仅为侧柏林的32%、30%和29%,碳库指数和碳库管理指数较坡耕地明显增加,增幅分别达到144%和108%,仅为侧柏林的28%和43%;不同灌木林对土壤碳库管理的改善作用不同,恢复年限相同的沙棘林土壤碳库组分含量和管理指数明显高于柠条林,坡耕地营造灌木林后土壤经营和管理水平得到了显著改善,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极其密切,可以作为反映生态恢复过程土壤质量演变的指标。

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。

黄土丘陵区不同恢复年限草地土壤微团粒分形特征

运用分形理论研究黄土丘陵区不同恢复年限草地土壤微团粒的粒径组成、分形维数特征及与土壤理化性质关系,使分形学在土壤微团粒性状与土壤肥力特征研究中得到进一步应用,并为评价草地生态系统土壤特征及生态恢复提供新方法。结果表明:表土层分形维数随植被恢复年限的增加而减少;剖面土壤沙粒含量越高,微团粒分形维数越低,粘粒规律相反,而粉粒与分形维数相关性不显著;土壤质地由粗到细使得分形维数由小到大变化;分形维数也可有效地表征不同植被恢复年限的草地土壤结构和养分的变化趋势;分形维数与土壤容重、非活性孔度、全磷、速效钾及氨态氮之间存在正相关性,与土壤活性孔度、孔隙比、有机质、全氮、碱解氮及硝态氮表现出负相关。

黄土丘陵沟壑区退耕地土壤种子库对植被恢复的影响

为了探讨土壤种子库对植被恢复的影响,该文在野外调查和室内试验的基础上,采用典范变量分析,研究了黄土丘陵沟壑区退耕地土壤种子库密度、土壤水分和养分、地形因子以及退耕年限对植物群落变化的影响,量化了土壤种子库对植被恢复的贡献。结果表明:影响植物群落变化的因子有土壤水分、速效磷、土壤种子库和坡向;仅用土壤种子库只可解释植物群落变化的32.1%;由于退耕地土壤种子库的优势种主要为猪毛蒿,其植被恢复潜力与速度比较小。黄土丘陵沟壑区退耕地植被恢复需要适度的人为干预,有必要适当引进一些演替后期物种,如白羊草、铁杆蒿、长芒草等物种,以缩短演替时间,加速退耕地植被恢复进程,促进黄土丘陵沟壑区水土流失的防治。

有限元子域法分析土石混合介质的饱和导水率

在黄土高原水蚀风蚀交错地区,碎石的存在影响着土壤的水力学特性,因此研究土石混合介质的渗流运动对该地区的植被恢复建设具有重要的指导意义。虽然用有限元法分析地下水渗流的工作很多,但对土石混合介质而言,由于有限元法的解题规模迅速增加,其研究甚少。本模型采用子域法矩形单元,假定土石体中石块含量增加不影响土的孔隙率且石块不透水分析了土石混合介质中的渗流过程。结果表明,影响土石混合介质饱和导水率的主要因素是土石介质的含石率;石块的大小基本不影响混合介质饱和导水率;石块分布方式增加水流路径时,会影响混合介质饱和导水率。这一数值分析结论与土石体渗流问题的部分理论结果和试验结果吻合良好。本模型子域法计算效率高,结果较准确,可用于较大规模的土石混合介质渗流分析,还可推广用于土石混合介质的三维分析和多级子域法有限元技术以获得更大规模的解题效果。