长白山北坡两种类型森林土壤的大孔隙特征

运用亮蓝溶液染色示踪法和图像分析技术,对长白山北坡棕色针叶林土和暗棕色森林土大孔隙特征及分布进行研究,探讨影响2种类型土壤大孔隙形成的因素．结果表明：由水平剖面染色面积随土层深度的变化情况,可间接得出大孔隙在垂直土壤剖面上的变化规律;随着土层深度的增加,2种土壤的染色面积均呈减少趋势;在24h内,棕色针叶林土较暗棕色森林土大孔隙流的运移深度多10～20cm,且其大孔隙流路径多,相同面积上,前者达6条,后者只有1条;大孔隙流的存在可以使水分在土壤中的运移速度增加2～3倍;生物因素是2种土壤大孔隙形成的主要因素,由土壤动物运动形成的大孔隙数量较多,直径多为2～4mm．     

川西高山典型自然植被土壤动物多样性

为了解川西高山不同自然植被类型下土壤动物的多样性差异,于2008年8月至2009年6月对该地区代表性植被--针叶林、灌木林和草甸下的土壤动物群落进行调查.从3种植被下共捕获土壤动物48343只,隶属于7门16纲31目117科.不同植被类型的大型土壤动物优势类群差异较大,其土壤动物类群数存在显著差异(P＜0.05).3种植被下土壤动物个体密度与类群数的垂直分布均具有明显表聚性.针叶林苔藓层的土壤动物个体密度与类群数极显著高于凋落物层和土壤层（P＜0.01）.不同植被下土壤动物密度 类群指数(DG)存在极显著差异(P＜0.01).大型土壤动物生物量在6月达到最大值.Jacard相似系数显示:受干扰草甸的土壤动物群落与其他植被相似程度最低.表明植被类型对土壤动物群落结构特征影响显著;坡向、海拔以及干扰等因素对土壤动物群落结构也有影响.     

荒漠绿洲湿地土壤优先流与水分入渗特征

地表水分、溶质和污染物以土壤优先流的形式下渗到深层土壤或地下水中,将导致土壤养分流失与地下水污染等问题。因此,土壤优先流研究将为干旱区荒漠绿洲湿地水分运移与盐分积累过程提供理论依据。以荒漠绿洲湿地为研究区,选取柽柳灌丛、盐碱草地和杨树林,以道路为对照,采用室外染色示踪法对湿地土壤优先流特征与水分入渗进行研究。结果表明:不同植被类型土壤优先流入渗深度存在显著差异,其柽柳灌丛和盐碱草地几乎是杨树林和道的2倍;染色面积比随深度的增加而波动下降,0—20 cm土层染色面积比占总染色面积的54.42%—89.27%;染色路径宽度以20—250 mm和250 mm为主;优先流类型以高相互作用混合流和非均质指流为主。在荒漠绿洲湿地,砾石促进土壤优先流发生,增加了侧向流;同时,粗根的减少抑制了优先流的发生;此外,土壤盐分通过影响土壤大孔隙分布而影响水分入渗过程。因此,荒漠绿洲湿地土壤优先流与水分入渗差异是土壤质地、根系分布与盐分离子共同作用的结果。     

内蒙古高原温带稀树草原生态系统特征与成因

内蒙古高原分布的温带榆树稀树草原生态系统在中国乃至世界上都是一种特殊的生态系统,对于它的研究可加深对植被分布规律的理解,且有利于该系统的保护。本文分析了该生态系统的地理分布、气候特点、土壤状况、物种组成、群落结构及天然更新状况等,比较了草原、森林和稀树草原3个生态系统的特征,提出了在内蒙古高原分布的温带榆树稀树草原生态系统是在独特的气候、土壤和地形条件下形成的经度(水分梯度)地带性顶极植被,决定其存在的最关键因素首先是降水量和土壤的水分条件,其次才是沙质土壤。这种生态系统既不是草原,又不是森林,而是介于落叶阔叶林和草原之间的一种生态系统类型。在此纬度带上,从东到西分布的经度地带性植被谱应为:温带森林、温带稀树草原、典型草原、荒漠草原等。在同一纬度带上,沙质土壤的基质并不完全被稀树草原生态系统所覆盖,还有沙漠等生态系统类型。建议《中国植被》增加一个新的植被类型,温带稀树草原。     

火干扰对森林土壤斥水性的影响研究进展

土壤斥水性是指水分不能或很难湿润土壤颗粒表面的现象,很多植被类型及气候带森林存在土壤斥水性。土壤斥水性受水分、温度、干湿交替、土壤质地、植被类型等生物和非生物因子的影响。而火干扰是森林生态系统土壤斥水性的重要影响因子,使森林土壤斥水性增强,渗透率降低,地表截留体减少,从而增加地表径流和土壤侵蚀。就火干扰对土壤斥水性的发生机理及其对水文过程的影响进行了较为全面的总结和讨论,并指出目前存在的问题和未来的研究重点。森林火灾后火烧迹地地表径流和土壤侵蚀显著增加,定量预测火灾后土壤斥水性对径流与侵蚀的影响比较困难,因此,基于不同尺度和自然降雨的火灾后斥水性对地表径流和土壤侵蚀的实验及长期定位观测是今后的研究方向与重点。     

火干扰对森林生态系统土壤呼吸组分的影响研究进展

土壤呼吸是陆地生态系统与大气碳交换的主要方式,主要分为自养呼吸和异养呼吸。土壤呼吸不仅是森林生态系统碳循环过程的关键环节,也是森林生态系统能量流动和物质循环的重要生态过程。火作为森林生态系统中一个重要的生态因子,可以在短时间内对土壤呼吸组分造成巨大的影响。火干扰对土壤呼吸组分的影响与火烧强度、火烧频率、火烧持续时间以及火后恢复等因子有关,通过影响植被的根系与组成、微生物群落数量与结构,凋落物的数量以及生态系统的环境和小气候等,进而对土壤呼吸产生影响。火干扰对土壤呼吸影响整体表现为火烧后土壤呼吸速率下降,在几个月至几年内恢复到火烧前水平,之后火继续对土壤呼吸产生影响长达数年至数十年。通过描述火烧强度、火烧频率以及火后恢复时间,阐述火干扰对土壤呼吸组分的直接影响,以及通过火后环境对土壤呼吸组分产生的间接影响,来揭示火干扰对森林生态系统土壤呼吸组分的影响。同时针对火干扰对土壤呼吸组分的影响进行以下3个方面的研究展望：（1）火后产生的黑碳对土壤呼吸组分的影响;（2）火后植被恢复对土壤呼吸组分产生的影响;（3）火后土壤呼吸组分的长期变化规律。     

西南喀斯特地区典型林分土壤优先流特征及影响因素

研究喀斯特地区的优先流现象,明确影响优先流的主要因素,对当地植被恢复具有重要意义。通过野外染色示踪试验以及图像处理技术,获得染色溶液在垂直和水平方向上的分布情况,并提取总染色面积比、基质流深度、优先流比和长度指数作为优先流特征参数,运用灰色关联度分析法对影响优先流的14个因子进行分析。结果表明: 喀斯特地区典型林分土壤存在优先流现象,其优先流主要有漏斗状和树枝状两类,有横向水流运动现象发生。喀斯特地区林下的染色面积比平均为19.4%,基质流深度、优先流比和长度指数平均分别为4.96 cm、62.9%和385.5%。在影响优先流的14个环境因子中,对染色面积比影响最大的是土壤初始含水量,对基质流深度影响最大的是速效钾含量,对优先流比和长度指数影响最大的均为速效磷含量。喀斯特地区典型林分下优先流的发育程度高且空间变化剧烈,土壤初始含水量等物理性质对其有较大影响,土壤养分也是优先流的一个重要影响因素。     

热带珊瑚岛植物种植对土壤改良及其微生物群落形成的影响

植被及关联的土壤微生物对于维持热带珊瑚岛的生态系统功能和稳定性具有重要作用。采集了植物种植前的种植土和种植早期珊瑚砂土,以及栽植幼苗基质中的根际土和非根际土,利用扩增子测序的手段,分析其中的真菌和细菌的多样性、群落组成及变化。分析结果显示,种植土、幼苗基质中的非根际土和根际土可能是珊瑚砂土壤中微生物的重要来源,其中最主要的类群包括以担子菌门和接合菌门为代表的真菌,以及以变形菌门、酸杆菌门为代表的细菌。珊瑚砂土的真菌丰度（864.2±41.4,为每0.25 g土的物种数）显著低于来自苗基质的根际土（1086.1±64.3,P=0.014）和苗非根际土（1251.4±48.1,P < 0.001）;珊瑚砂土的细菌丰度与苗基质根际土和非根际土之间并没有显著性差异。通过对比种植土和植物种植后的珊瑚砂土的微生物群落β-多样性,也发现植物种植对真菌和细菌类群组成产生了影响;主要类群接合菌门真菌相对丰度从0.2%增加到17.4%,而伞菌纲真菌的相对丰度从20.8%下降到0.9%,β-变形菌纲细菌的相对丰度从17.7%下降到0.1%。研究结果启示,珊瑚砂土壤微生物的组成并非是对不同来源微生物进行简单的集合,其中生活史与植物关系密切的微生物类群,目前还未在珊瑚砂土壤中表现出优势分布;相反,一些在植物根际和非根际土中较少出现的微生物,在珊瑚砂土壤中则广为存在,从而说明土壤微生物群落恢复过程的复杂性。     

北京百花山自然保护区不同植被地面生苔藓植物物种多样性

采用相似性系数和物种多样性指数对北京百花山自然保护区8种植被内地面生苔藓植物的物种多样性进行了研究,得知8种植被中地面生苔藓植物有13科31属65种（含种以下的单位）,优势科6科,优势种12种。不同植被中苔藓植物的物种组成、优势科和优势种不同,丛藓科和真藓科植物在草甸和灌丛内占绝对优势,而森林植被内的绢藓科为绝对优势科;油松林和落叶阔叶混交林的物种相似性最高为51.63,草甸和荆条灌丛与大部分植被的物种相似为0。地面生苔藓植物的分布与其生长的基质相关性最大,另外水分条件、小生境、草本层盖度和凋落物盖度等也影响地面生苔藓植物的分布。白桦林和落叶阔叶混交林应成为生物多样性保护的重点植被类型。     

中国森林生态系统地表径流调节特征

径流调节是森林生态系统重要生态服务功能之一,包含着大气、水分、植被和土壤等生物物理过程,其变化将直接影响区域气候水文、植被和土壤等状况,是区域生态系统状况的重要指示器。在区域尺度上评估森林生态系统地表径流特征,对于科学认识和合理保护森林生态系统水源涵养功能具有重要意义。以森林生态系统定位监测数据为基础,探讨地表径流与降水,径流系数与植被的关系,建立径流系数与植被的回归方程,分析全国森林生态系统地表径流调节特征。结果表明:(1)各森林类型地表径流与降水相关性显著,其对地表径流的影响为37%—76%。此外,径流系数与植被也显著相关,其对径流系数的解释能力为27%—47%。(2)基于植被覆盖数据,通过植被与径流系数回归方程估算全国森林生态系统的地表径流调节特征。全国各森林生态系统径流调节能力存在差异,强弱顺序为:落叶针叶林落叶阔叶林针阔混交林常绿针叶林常绿阔叶林。     

Pines influence hydrophysical parameters and water flow in a sandy soil

Pines, used for sand dune stabilization, can influence the hydrophysical parameters and water flow in an aeolian sandy soil considerably, mainly due to soil water repellency. Two sites, separated by distance of about 20 m, formed the basis of our study. A control soil (“Pure sand“) with limited impact of vegetation or organic matter was formed at 50 cm depth beneath a forest glade area. This was compared to a “Forest soil” in a 30-year old Scots pine (Pinus sylvestris) forest. Most of the hydrophysical parameters were substantially different between the two soil surfaces. The forest soil was substantially more water repellent and had two-times the degree of preferential flow compared to pure sand. Water and ethanol sorptivities, hydraulic conductivity, and saturated hydraulic conductivity were 1%, 84%, 2% and 26% those of the pure sand, respectively. The change in soil hydrophysical parameters due to soil water repellency resulted in preferential flow in the forest soil, emerging during a simulated heavy rain following a long hot, dry period. The wetting front established in pure sand exhibited a form typical of that for stable flow. Such a shape of the wetting front can be expected in the forest soil in spring, when soil water repellency is alleviated substantially.     

基于探地雷达的滨河带藤本和次生乔木林土壤优先流特征

滨河带是河流生态系统和森林生态系统的过渡带,该区域林分的土壤优先流特征对流域的地表水文过程会产生重要影响。探究土壤异质性与优先流的关系,为当地地下水安全和河流上下游水生态安全提供参考。本研究以永定河滨河带的藤本和次生乔木林两种植被为研究对象,结合传统亮蓝(Brilliant Blue FCF)染色示踪法,利用探地雷达(Ground Penetrating Radar, GPR)技术进行测线扫描。提取探地雷达图像的单道波形图,对反射波各参数与染色面积比进行拟合,并结合优先流染色特征进行分析。染色形态特征表明,藤本样地土壤染色形态呈现断离式零散分布,优先流发育带为土壤表层以下5—30 cm的土层深度,而次生乔木林土壤呈现大面积斑块状分布,优先流发育较为迟缓,其发育带为土壤表层以下10—25 cm的土层深度,且平均染色面积比藤本小1.68%。探地雷达测线表明,土层深度为0—15 cm时,最大振幅和总振幅面积均随土层的深度增加而下降,土层深度为15—35 cm时,两参数开始波动变化,且藤本样地的最大振幅和总振幅面积大于次生乔木林样地。经拟合发现,染色面积比与最大振幅呈y=25.104lnx+2...     

贡嘎山暗针叶林土壤优先流形成因素的初步研究

该研究以长江上游贡嘎山暗针叶林生态系统的降雨过程、地被物层、根系层及土壤层的生长发育特点和水分运动状况为基础,利用自制实验仪器,在研究区域开展室内土柱实验,与野外实地示踪影像分析及树种根系调查相结合,针对研究区域土壤包气带根系层中水分快速运动的优先流形成的内外影响因子展开研究工作。研究结果表明研究区域土壤松散和多孔,土壤的孔隙度较大,大部分降雨为低强度、低雨量级和长历时,并具有较厚的地被物层和丰富的根系层,这些诱发因素存在,使研究区域——贡嘎山高山生态系统具有优先流形成的条件,降雨不会对土壤造成击溅作用,水分运移沿着土壤孔隙或植物根孔等处开辟优先路径,在地被物层及土壤层形成一个水流通道,随着长历时的降雨的继续,水分及其所携带的溶质继续沿着此路径向下运移。     

Estimating hydraulic conductivity of a sandy soil under different plant covers using minidisk infiltrometer and a dye tracer experiment

The objective of this study was to estimate the hydraulic conductivity of sandy soil under different plant cover at the locality Mláky II at Sekule (southwest Slovakia). Two sites were demarcated at the locality, with mainly moss species at glade site, and pine forest at forest site. The estimation of unsaturated hydraulic conductivity was conducted by (a) minidisk infiltrometer and (b) the analysis of a dye tracer total resident concentration. The latter approach assumed the applicability of the stochastic—convective flow theory in the sandy soil. In the dye tracer experiment, two plots (1 × 1 m each) were established in both sites, and 100 mm of dye tracer (Brilliant Blue FCF) solution was applied on the soil surface. Similar results were obtained in both plots, with more than 70 % area of horizons stained in the depth of 30–50 cm. In some cases, the predicted and measured hydraulic conductivity were found within an order of magnitude, thus revealing similar impact of different plant cover on hydraulic properties of sandy soil studied. In contrast to sandy soils used for agriculture, the influence of the plant/surface humus and topsoil interface extended in the form of a highly heterogeneous matrix flow to the depth of 50–60 cm, where it was dampened by horizontal layering.     

森林生态系统林木根系对优先流的影响

土壤水和溶质运移是土壤学和环境科学研究的难点和热点,优先流是一种常见的土壤溶质运移形式,绕过土壤基质而优先运移至地下水源,造成土壤养分的流失和水质的恶化。林木根系是土壤层的重要部分,其结构形态影响着优先流过程,为量化林木根系结构对土壤优先流的影响,以首都圈森林生态系统鹫峰定位监测站为研究区域,利用野外染色示踪与室内分析相结合的方法,定量分析根长密度和根系生物量在优先流区和基质流区的变化。结果表明:1)随着土层深度的增加,根长密度表现为减小的趋势,对径级d1 mm,1d3 mm和3d5 mm根系而言,根长密度在优先流区大于基质流区发生概率分别为66.7%,88.9%和83.3%;2)根系d1 mm对优先流贡献度最大,均值为94.8%,1d3 mm和3d5 mm根系对优先流贡献度较小,均值分别为4.3%和0.9%;3)研究点根系生物量进行统计,66.7%优先流区根系生物量大于基质流区根系生物量。开展根系对优先流的影响研究,有助于探明土壤水分运移规律,分析地表地下水质恶化根源,为生态环境安全提供理论指导和技术支持。     

三峡库区森林土壤大孔隙特征及对饱和导水率的影响

土壤大孔隙是土体内孔径较大能优先传导水分的根孔、洞穴或裂隙,大孔隙内优先流的产生是土壤水分运动研究由均衡走向非均衡的标志。利用原状土柱的水分穿透试验,对三峡库区山地不同林型覆盖下土壤的大孔隙结构进行了研究,分析了温性阔叶林棕壤、针阔混交林黄棕壤、暖性针叶林黄壤及弃耕草地剖面内大孔隙的剖面分布特征及其对土壤饱和导水率的影响。结果表明:研究区内森林土壤的大孔隙当量孔径在0.3—3 mm之间,占土壤总体积的0.15%—4.72%。大孔隙中孔径0.3—0.6 mm的大孔隙密度最大,占大孔隙总数量的72.2%—90.4%;而孔径1 mm的孔隙仅占大孔隙总数量的1.26%—8.55%。土壤大孔隙密度和大孔隙面积比的顺序为:温性阔叶林棕壤针阔混交林黄棕壤针叶林黄壤弃耕坡地。各孔径段的大孔隙密度在不同样点均呈现A层-B层-C层逐渐减小的趋势,大孔隙密度与有机质含量呈显著正相关关系。土壤饱和导水率与不同孔径大孔隙的密度、面积比均成显著正相关关系,孔径1mm的大孔隙仅占大孔隙总数量的1.26%—8.55%,但决定了饱和导水率84.7%的变异。此外,森林土壤饱和导水率与各土壤层的有机质含量成显著正相关关系,有机质的增多有利于改善土壤的入渗性能。     

Impact of roots on ground water quality

Preferential flow is perhaps the major chemical transport process influencing the rapid and typically unexpected movement of agricultural chemicals to ground water. Plant roots are a major contributor to preferential flow mechanics as they form spatial voids which can be used as preferential flow pathways. Chemical transport of atrazine, deethylatrazine, and bromide solutions concentrations under tilled and no-tilled corn fields was evaluated below the active root zone. Additionally, the impact of roots on flow pathways was visualized using a soluble dye (Brilliant Blue FCF). Pictures of the dye-stained pattern were subsequently digitized to determine the cross-sectional area used for transport as a function of depth. Bromide transit times through the field soils were not influenced by tillage practice, whereas atrazine transport was strongly influenced by tillage practice. Under no-till field conditions, atrazine was rarely detected but deethylatrazine concentrations were greater than those observed under tilled field conditions. Visual observation indicated that the dye under no-tillage was more predominant in the corn row, indicative of transport through void root channels. No-tillage practices may decrease the likelihood of ground water contamination through leaching due to the formation of stable root channels where an organic carbon source and microbial population are preferentially located to degrade pesticides.     

Modeling Solute Transport by DLA in Soils of Northeastern Egypt

Arid soils in Egypt display large variability in solute transport properties, causing problems in soil management. To characterize this variability, dye infiltration experiments were conducted on four plots representing three main soil types in northeastern Egypt. The plots represented both cultivated and uncultivated land use. The observed dye patterns displayed a large variability and especially the clay soils indicated a high degree of preferential flow. The loamy sand and sandy soils displayed a more uniform dye distribution indicating more homogeneous soil properties. The observed dye patterns were modeled using a diffusion limited aggregation (DLA) model. The DLA is a random walk model where model parameters can be optimized using genetic algorithms (GA). The DLA model reproduced the observed dye patterns for all soils in an excellent way. The best fit was obtained with a specific combination of directional random walk probabilities P_u, P_d, P_r, and P_l for each plot (correlation 0.97–0.99). To account for soil layers with different hydraulic properties a two layer DLA model was developed. For all plots the P_u (upward random walk probability) was higher for the upper more homogeneous soil layer. The overall results showed that spatial variability resulting from solute transport for the investigated soils can be modeled using a DLA approach.