黄土丘陵沟壑区典型人工林下土壤微生物功能多样性

对典型黄土丘陵沟壑区陕西延安羊圈沟小流域刺槐(Robinia pseudoacacia)、沙棘(Hippophae reamnoides)和杏树(Prunus armeniaca)人工林下土壤微生物功能多样性进行监测研究,旨在揭示不同的人工林对土壤微生物生物量及多样性的影响.研究结果如下:(1)3种人工林中刺槐林土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量显著高于其他两种林地;(2)表征土壤微生物代谢活性的平均颜色变化率(AWCD)与微生物生物量碳的高低表现一致,依次为刺槐林>沙棘林>杏树林,相关分析表明其与微生物生物量、总氮及土壤水分等存在显著相关性;(3)土壤微生物的功能多样性3种人工林间未见显著差异,Shannon-Winner多样性指数(H′)表现为刺槐林>杏树林>沙棘林,与土壤理化性质和微生物生物量间均未见显著相关性.总之,3种人工林相比较,种植刺槐林与其它两种人工林相比更有利于提高微生物的量及代谢活性,微生物的功能多样性受不同树种的影响较小.     

中国森林生态系统土壤CO2释放分布规律及其影响因素

联合国气候框架公约的签署提升了人们对全球变暖、碳循环变化的关注。陆地生态系统在全球变暖格局下的地位与作用,尤其是土壤碳库对全球变暖格局的响应是全球变化研究的焦点。土壤CO2释放作为土壤-大气CO2交换的主要途径之一,也就成为各国生态学家研究的重点内容。在对我国森林生态系统CO2释放通量以及相关气候、生物等因子的资料进行收集、整理和分析的基础上,探讨了我国森林生态系统土壤CO2释放的分布规律,以及这种规律性分布的气候、生物影响因素。对于我国这样一个南北跨度大的国家,不同区域的森林生态系统土壤CO2释放通量间存在较大的差异,在全国尺度上,森林生态系统土壤CO2释放通量平均值为（1．79±0．86）gCm^-2d^-1,而且土壤CO2释放通量随着纬度增加逐渐降低。作为一个复杂的生态过程,土壤CO2释放受到生物、非生物因子或独立、或综合的影响。通过分析指出,在全国尺度上,年均温、降雨量、群落净生产力及凋落物量显著地影响森林土壤CO2释放通量。同时,也正是这些影响因子的纬度分布,导致了我国森林生态系统土壤CO2释放通量的纬度分布规律。作为衡量土壤CO2释放对温度敏感性的重要指标,计算了我国森林生态系统土壤CO2释放温度敏感性系数-Q10值,约为1．5,该值显著低于全球平均水平,2．0。     

森林生态系统土壤CO2释放随海拔梯度的变化及其影响因子

联合国气候框架公约的签署提升了人们对全球变暖、碳循环的关注。土壤CO2释放作为土壤-大气CO2交换的主要途径之一,成为了各国生态学家研究的重点内容。通过对1800～2155m海拔梯度上森林生态系统土壤CO2释放进行研究,揭示了较小空间尺度上土壤CO2释放的变化规律及其控制机制。在研究区域内,随着海拔梯度的增加,森林土壤CO2释放由(1.94±0.06)μmolm-2s-1逐渐增加至(2.22±0.07)μmolm-2s-1。土壤温度、土壤水分、土壤有机碳(SOC)、全N、全P与土壤CO2释放呈显著正相关(n=14,P<0.05);土壤容重与土壤CO2释放速率呈显著负相关(n=14,P<0.05);土壤pH对土壤CO2释放影响不显著。作为一个复杂的生态学过程,环境因子及其交互作用对土壤CO2释放产生影响,为了减少因子共线性影响,逐步降低因子维数,采用主成分分析(PCA)揭示了土壤温度、土壤水分、SOC、全N、全P、容重6个因子的联合作用,其累积贡献率达到了57%以上;进一步运用逐步回归分析方法,探讨了影响土壤CO2释放沿海拔梯度分布的主导因子,结果表明土壤水分是研究区域森林生态系统土壤CO2释放沿海拔梯度变化的主导因子。     

亚热带典型人工林土壤磷组分特征及其影响因素

深入了解土壤磷组分特征及其影响因素,对提升亚热带森林生态系统生产力意义重大。然而,当前在运用统一标准量化不同人工林不同深度土壤磷组分的研究方面有所欠缺,且对于土壤磷组分转化的驱动因素,特别是微生物因素,认知尚不明晰。本研究以杉木(Cunninghamia lanceolata)、桉树(Eucalyptus robusta)、毛竹(Phyllostachys edulis)和马尾松(Pinus massoniana)四种人工林为对象,利用改进的Hedley磷分级方法,系统测定表层(0-20 cm)、中层(20-40 cm)和深层(40-60 cm)土壤的磷组分的空间分异规律。结合荧光定量PCR技术解析土壤解磷微生物的基因表达特征,同步测定土壤理化性质参数,从微生物视角揭示典型人工林生态系统不同土层磷素形态转化的生物地球化学机制。四种人工林土壤磷组分中以闭蓄态磷和有机磷为主,比例超过70.0%,且表层土壤中不同磷组分含量、微生物量碳、微生物量氮、微生物量磷和phoX基因拷贝数均高于深层。毛竹林在各土层的有效磷含量(5.6-40.3 mg/kg)和次生矿物磷含量(8.7-57.5 mg/kg)及其在总磷中的比例(有效磷占比:3.9%-6.7%;次生矿物磷:3.3%-9.9%)均显著高于其他三种人工林(P<0.05)。杉木林的原生矿物磷含量(表层:23.4 mg/kg;中层:17.5 mg/kg;深层:17.0 mg/kg)最高,桉树林的闭蓄态磷含量(表层:632.2 mg/kg;中层:585.7 mg/kg;深层:535.2 mg/kg)最高,而马尾松林的有效磷含量(表层:8.8 mg/kg;中层:6.9 mg/kg;深层:6.8 mg/kg)最低。微生物量磷和phoX基因对土壤磷组分有显著影响, 酸性磷酸酶和phoC基因是决定有效磷含量的重要因素。这些结果表明毛竹林土壤的磷供给能力明显优于杉木、桉树和马尾松林。土壤深度是影响磷组分的关键因素。因此,建议针对不同人工林实施差异化管理,并重视土壤深度对磷循环的调控作用。     

大气CO2浓度升高对土壤微生物的影响

自人类进入工业化时代以来,由于化石燃料的燃烧和森林的大面积破坏,大气中ＣＯ２的浓度已由工业革命以前的２８０μｌ·Ｌ－１增加到现在的３５０μｌ·Ｌ－１,仅从１９５７年至今的几十年间,大气中ＣＯ２的浓度就增加了２０％,预计到下个世纪下半叶,大气中ＣＯ２的...     

喀斯特地区土壤表层CO2释放通量的影响因素Ⅰ:规律

测定了贵州喀斯特地区土壤表层CO2释放通量,同时还测定了土壤微生物生物量碳以及土壤可溶性有机质含量和土壤湿度。研究表明,贵州喀斯特地区全年土壤表层CO2释放通量与温度变化呈正相关关系,与土壤微生物生物量碳呈负相关关系;当温度＞20℃时,土壤表层CO2释放通量与土壤湿度呈正相关,与土壤可溶性有机碳含量呈负相关。     

森林生态系统土壤CO2释放随海拔梯度的变化及其影响因子

联合国气候框架公约的签署提升了人们对全球变暖、碳循环的关注。土壤CO₂释放作为土壤-大气CO₂交换的主要途径之一,成为了各国生态学家研究的重点内容。通过对1800~2155m海拔梯度上森林生态系统土壤CO₂释放进行研究,揭示了较小空间尺度上土壤CO₂释放的变化规律及其控制机制。在研究区域内,随着海拔梯度的增加,森林土壤CO₂释放由(1.94±006) μmol m^-2 s^-1逐渐增加至(2.22±0.07) μ mol m^-2 s^-1。土壤温度、土壤水分、土壤有机碳（SOC）、全N、全P与土壤CO₂释放呈显著正相关（n=14, P<0.05）;土壤容重与土壤CO₂释放速率呈显著负相关（n=14,P<0.05）;土壤pH对土壤CO₂释放影响不显著。作为一个复杂的生态学过程,环境因子及其交互作用对土壤CO₂释放产生影响,为了减少因子共线性影响,逐步降低因子维数,采用主成分分析（PCA）揭示了土壤温度、土壤水分、SOC、全N、全P、容重6个因子的联合作用,其累积贡献率达到了57％以上;进一步运用逐步回归分析方法,探讨了影响土壤CO₂释放沿海拔梯度分布的主导因子,结果表明土壤水分是研究区域森林生态系统土壤CO₂释放沿海拔梯度变化的主导因子。     

宁夏黄土丘陵区典型人工林土壤健康评价

探究人工林土壤健康状况及其障碍因素对防治土壤退化,维持人工林稳定性具有重要意义。以宁夏黄土丘陵区5种典型林分类型(山杏(Prunus sibirica)纯林、柠条(Caragana korshinskii)纯林、沙棘(Hippophae rhamnoides)纯林、山杏×柠条混交林、山杏×沙棘混交林)为研究对象,分析了不同林分土壤理化及生物学性质。基于主成分分析筛选出最小数据集,通过土壤健康指数和障碍因素诊断对宁夏黄土丘陵区典型人工林土壤健康状况进行评价。结果表明:不同林分类型土壤特性指标间存在显著差异(P<0.05),含水量、总孔隙度、有机碳、全钾、速效钾、β-1, 4-葡萄糖苷酶、微生物生物量碳、细菌Chao1指数等指标在山杏×沙棘混交林和山杏纯林表现最佳,容重、速效磷、细菌Shannon指数、真菌Chao1和Simpson指数在柠条纯林表现较好;基于最小数据集得出总孔隙度、有机碳、速效钾、pH、微生物生物量氮、真菌Chao1指数是影响的不同人工林土壤健康的关键因素;5种典型林分土壤健康指数介于0.48-0.59,综合排名为山杏×沙棘混交林>山杏×柠条混交林>沙棘纯林>山杏纯林>柠条纯林;林地土壤健康障碍度介于10%-20%的中度障碍指标有土壤含水量、容重和pH,其他指标均为轻度障碍(＜10%),土壤含水量是影响林地土壤健康的最大障碍因素。宁夏黄土丘陵区典型人工林中以山杏×沙棘和山杏×柠条混交林土壤健康状况最佳,土壤水分是影响人工林土壤健康的关键因子,研究结果可为今后该地区土壤健康评价模型构建与土壤管理及林分结构优化管理提供参考。     

黄土高原不同植被类型区人工林地深层土壤干燥化效应

人工林地土壤干燥化正在日益严重的威胁着黄土高原人工植被建设成效.在黄土高原3个植被类型区广泛观测苹果、刺槐、油松、辽东栎、狼牙刺、沙棘和柠条等23种不同立地和树龄林地深层土壤湿度基础上,比较和分析了各类林地土壤含水量、土壤湿度剖面分布和土壤干燥化强度,定量评价了各类林地深层土壤干燥化效应.研究结果表明:(1)23种林地0～1000 cm土层土壤湿度、土壤贮水量和土壤有效含水量平均值依次为10.84%、1409.8 mm和446.6 mm,明显低于荒草地土壤湿度和当地土壤稳定湿度值,各类林地平均土壤水分过耗量超过500 mm,每年多消耗土壤水分36.8 mm.林地土壤水分过耗量和耗水速度以中部半干旱森林草原区最高,南部半湿润森林区相对较低.林地土壤干燥化速度为:柠条和狼牙刺林地＞油松林地＞刺槐和沙棘林地＞苹果园地和辽东栎林地;(2)除林龄较短的苹果、沙棘和柠条林地外,各类林地在300 cm以下深层土壤湿度明显低于荒草地土壤湿度和土壤稳定湿度值,林地深层土壤湿度表现为阳坡低于阴坡、坡地低于平地,最大耗水深度接近或超过1000 cm.随林龄增长,林地深层土壤湿度逐渐降低,土壤干层逐渐加深和加厚;(3)23种林地土壤干燥化指数平均值为51.6%,达到中度(偏重)干燥化强度,林地土壤干层厚度达到或超过800 cm,随着降水量从半湿润区向半干旱偏旱区趋势性减少,林地土壤干燥化强度趋于强化,土壤干层厚度趋于增加.土壤干燥化强度和土壤干层厚度表现为:油松、辽东栎、狼牙刺和柠条林地＞刺槐林地＞苹果和沙棘林地.     

黄土高原极端降水对人工林地深层土壤水分的补给效应

深层土壤干燥化严重制约了黄土高原深根系植被的持续发展。然而,频发的极端降水事件能否缓解深层土壤水分亏缺仍尚不明晰。采用文献调研和实地重采样相结合的方法探究2021年黄土高原极端降水事件对典型人工林地(苹果和刺槐)深层土壤水分亏缺的影响。结果表明：(1)2021年长武(累积极端降水量524.5 mm)和洛川(累积极端降水量467.4 mm)地区极端降水能完全恢复2.2—6.8 m的土壤干层,最低干燥化指数从29.1%恢复到147%。(2)长武14龄、19龄和24龄苹果园的补给深度均达到10 m,降水补给量分别为777.7 mm、1513.1 mm和1301.4 mm;洛川19龄和29龄苹果园的补给深度为6 m和10 m,降水补给量为388.4 mm和459.9 mm。由于极端降水贡献率高,平水年的庆阳地区16龄苹果园补给深度也达到10 m,补给量为619.7 mm。(3)米脂和子长地区人工林地面临严重的土壤干燥化问题,1—10 m垂直剖面分布深厚的土壤干层,其平均土壤含水量已低于6.5%。综上,极端降水有补给深层土壤水分的潜力,而缓解土壤干燥化的能力与极端降水量有关。研究结果为极端天气频发背景下黄土高原不同地区人工林的发展趋势提供理论依据。     

黄土高原四种人工植物群落土壤呼吸季节变化及其影响因子

以黄土高原侧柏、柠条、沙棘和油松人工植物群落为对象,土壤呼吸日动态和季节变化及其与环境因子之间的关系,结果表明:4种植物群落土壤呼吸速率具有典型的日变化和季节变化模式, 4种群落中,以侧柏6月土壤呼吸日变幅最大,沙棘6月土壤呼吸日变幅最小,大部分群落不同月份最大土壤呼吸与最小土壤呼吸倍数在1.1～1.6之间.4种群落中,以柠条土壤呼吸季节变幅最大,侧柏最小,最大土壤呼吸与最小土壤呼吸的倍数为1.5～2.2倍之间.同一植物类型土壤呼吸具有明显的季节变化特征,其具体变化趋势因植物类型而异.4种植物群落土壤呼吸速率与土壤和大气温度以及土壤含水量的关系在不同季节表现为不同的关系,其中侧柏和柠条土壤呼吸与土壤温度均呈乘幂关系,与大气温度为指数关系.沙棘土壤呼吸与土壤温度和大气温度均为乘幂关系,油松土壤呼吸与土壤温度和大气温度均为线性关系.这表明土壤呼吸与土壤和大气温度之间的关系及其紧密程度因植被类型而异.综合分析表明,同一气候区相同环境因子对不同植物群落土壤呼吸的影响作用不同,且因其自身具有明显的季节变化,从而导致对土壤呼吸的调控作用也具有明显的季节变异模式.     

黄土高原不同干旱类型区苜蓿草地深层土壤干燥化效应

田间实地测了黄土高原不同干旱类型区不同生长年限苜蓿草地0～1000cm土层土壤湿度,分析和比较了各类苜蓿草地深层土壤干燥化效应特征。结果表明,在半湿润区、半干旱区和半干旱偏旱区,各类苜蓿草地土壤湿度平均值分别为10．84％、7．07％和5．45％,明显低于当地土壤稳定湿度值和荒草地土壤湿度值,土壤水分过耗量分别为540．2、641．1mm和455．0mm,平均土壤干燥化速度分别为61．2、101．9mm/a和99．0mm／a;3种类型区各类苜蓿草地年降水入渗深度分别为187．8、144cm和173cm,降水入渗深度以下深层土壤湿度保持稳定的干燥化状态;土壤干燥化强度随苜蓿草地生长年限延长而加剧,3年生苜蓿草地为中度干燥化强度,土壤干层厚度达到500～760cm,4年生以上苜蓿草地已达到严重干燥化和强烈干燥化强度,土壤干层厚度超过940～1000cm;通过粮草轮作使苜蓿草地土壤湿度恢复到当地土壤稳定湿度分别需要6、11a和18a以上。     

黄土高原典型土壤有机氮矿化过程

以黄土高原从北向南不同地区典型土壤类为对象,采用Bremner淹水培养法,研究黄土高原典型土壤有机氮的矿化过程。结果表明,淹水培养期间矿化出的部分NH4^＋-N会被粘土矿物固定,固定量因土壤不同而异,因此在测定有机氮矿化量时,只有考虑这一部分氮素,才可获得可靠结果。不同土壤有机氮量矿化明显不同,表现为土垫旱耕人为土〉黄土正常新成土〉简育干润均腐土〉干润砂质新成土,从南到北氮素矿化量呈减小趋势。添加C／N低（C／N比为21．7）的紫花苜蓿（Medicago stativa）茎叶有利于促进土壤有机氮矿化,而添加C／N高（C／N比为43．3）的长芒草（Stipa bungeana）会促进矿质氮的生物固定;不同类型植被土壤间在培养20、40d和60d时的矿化量差异显著（P值分别为0．0177、0．0109和0．0073）,均表现为均为林地土壤〉裸地土壤〉草地土壤〉农田土壤;从平均看,加（NH4）2SO4后有机氮矿化量有一定减少。在不同培养阶段,不同土类间氮素矿化率不同,在20d和40d时存在显著差异（P分别为0．0092和0．0381）,60d时差异不显著,不同土类氮素矿化率的大小顺序为于润砂质新成土〉黄土正常新成土〉土垫旱耕人为土〉简育干润均腐土,这一结果说明在淹水条件下,黄土高原土壤从南到北易矿化氮所占全氮比例呈增加趋势。     

黄土高原退耕还林(草)区旅游开发探讨

黄土高原退耕还林(草)区生态环境相对脆弱,经济发展较为落后,如何在多元化目标主导下寻求退耕还林政策的合理模式,关系到西部大开发政策的实施效果。在简要介绍区域概况,评价退耕还林(草)模式的基础上,认为生态保护型和生态经济型模式缺乏社区利益的考虑,可持续发展的动力不足,但生态旅游开发模式可以解决动力不足的问题。通过分析退耕还林(草)区生态旅游开发的资源、区位、政策、交通、接待设施等旅游开发的影响因子,提出了黄土高原退耕还林(草)区旅游开发的阶段及任务,并构建了该区域旅游开发的分区框架。     

黄土高原水土流失治理现状、问题及对策

黄土高原位于黄河中游地区,是世界上水土流失最为严重的区域之一;黄土高原水土流失治理问题历来受到国家高度关注,涌现了种类多样的水土流失治理模式,目前还缺乏对黄土高原区域尺度水土流失治理模式的总结和整理。本文总结和整理了建国以来黄土高原主要的四类水土流失治理模式,生物措施模式主要由退耕还林、荒山造林和封山育林工程组成,工程措施模式包括修建梯田和淤地坝,以及近期涌现的治沟造地工程;小流域综合治理模式主要体现在坡面、沟道系统整治,生物和工程措施相结合的特点,区域综合整理模式则强调对生态系统进行整体保护、系统修复和综合治理,达到生态、社会、经济可持续发展。基于黄土高原水土流失治理模式存在的问题,提出了黄土高原水土流失治理模式调整和优化建议,以期对黄土高原生态恢复建设和水土流失科学治理提供科学依据。     

半干旱区人工林草地土壤旱化与土壤水分植被承载力

近年来在黄土高原地区多年生林草地。出现了以土壤旱化为主要特征的土壤退化现象。退化土壤反过来影响植物的生长和发育,最终将导致植物群落衰败和生态系统的退化,从而影响到林草植被的长期稳定,经济效益和生态效益的持续稳定发挥,这已成为当前林草植被建设的重大问题之一。分析了土壤旱化现象与土壤干层的关系,探讨了土壤干层的划分标准。认为防止土壤旱化的主要措施就是控制林草地密度和生产力,而控制林草地密度和生产力的理论依据就是土地植被承载力。在黄土高原大部分地区植物吸收和利用的土壤水分主要依靠当地的天然降水。土壤水分是限制植物生长的决定因子,该类地区土地植被承载力实质上为土壤水分的植被承载力。作者定义土壤水分植被承载力为土壤水分承载植物的最大负荷。它是指在较长时期内,在现有的条件下,当植物根系可吸收和利用土层范围内土壤水分消耗量等于或小于土壤水分补给量时,所能维持特定植物群落健康生长的最大密度。探讨了土壤水分植被承载力的确定方法和影响因素,认为凡是影响林草地土壤水分的补给和消耗,植物群落生长发育和植物水分利用效率的因素,包括地理位置、地形、气候、植被类型及其发育阶段,抚育管理措施都影响土壤水分植被承载力数值。开展土壤水分植被承载力研究对于林草地合理经营与管理具有重要意义。