USLE/RUSLE中植被覆盖与管理因子研究进展

通用土壤流失方程(USLE)及修正通用土壤流失方程(RUSLE)是世界范围内应用最广泛的土壤侵蚀预报模型,模型中C因子表示植被覆盖和管理措施对土壤侵蚀的作用,是人为控制土壤侵蚀的重要因子。回溯了C因子发展演变历程,依据国内外最新研究成果,系统阐述了不同尺度C因子估算方法。在小区、坡面、小流域尺度上,C因子确定主要依赖于野外实验观测,研究条件的一致性尤其是标准小区的统一是C因子值可比性的前提。流域、区域尺度C因子确定通常需要利用遥感影像,遥感技术的发展促进了流域、区域尺度C因子估算方法的进步,使提取的C因子图更加精细、准确,但是使用遥感数据全面刻画C因子含义仍然是一大挑战,因此仍需加强C因子相关研究。共归纳了10种确定C因子的方法,介绍了不同方法的优缺点及适用条件,提出了我国C因子研究应加强的工作,希望为相关领域研究者提供参考。     

USLE/RUSLE模型中植被覆盖管理因子的遥感定量估算研究进展

通用土壤流失方程（USLE）及其后续修正方程（RUSLE）是区域土壤侵蚀风险评估和水土保持规划的有效工具.植被覆盖管理因子作为USLE和RUSLE的重要参数之一,其合理估算对土壤侵蚀的准确预测尤为重要.基于野外实地调查和测量的传统估算法费时、费力且费用高,无法满足宏观尺度上植被覆盖管理因子的快速提取.近年来,遥感技术的发展为大尺度植被覆盖管理因子获取提供了丰富的数据和方法.本文基于国内外相关研究成果,综述了植被覆盖管理因子遥感定量估算方法的研究进展,评述了各类方法的优劣,以期为进一步开展大尺度植被覆盖管理因子的定量估算及拓展现有研究思路提供借鉴.     

广西岩溶植被演替过程中主要小气候因子日变化特征

选择广西不同气候带下具有典型性和代表性的岩溶区作为研究区域,调查和监测了岩溶植被演替过程中主要小气候因子的日变化特征。结果表明,在石荒漠阶段和草丛阶段,群落光照强、土温和气温高、空气相对湿度低,时间波动比较明显:灌丛阶段群落冠层以下的照度、气温均较低,随时间变化的幅度不大,而冠层以上的光照强度和气温均出现了大幅上升,而且随时间变化的幅度较大;落叶阔叶林阶段和常绿落叶阔叶混交林阶段群落内部的照度、气温及土壤温度均大幅降低,空气相对湿度保持在较大水平,主要小气候因子的时空变化比较平缓。主要小气候因子的时空动态与群落结构和群落种类组成特征密切相关。     

南方岩榆光合作用日变化及其影响因子研究

以引自美国的南方岩榆1年生大田苗为研究对象,测定叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)等日变化及其与生理生态因子的关系。结果表明,不同部位叶片的Pn日变化均呈单峰曲线,峰值出现在11:00,影响Pn的主要生理生态因子为叶面水气压亏缺(Vpdl)、温度和光强;不同部位叶片的Tr日变化均呈明显的单峰曲线,中部叶和基部叶峰值出现在13:00,顶部叶峰值出现在15:00,且中部叶> 基部叶> 顶部叶;不同部位叶片的WUE日变化均呈单边下降的单峰曲线,中部叶和基部叶均低于顶部叶;影响榆树Tr和WUE的主要生理生态因子均是温度和Vpdl。     

黔中地区不同植被类型土壤氧化亚氮的释放特征及影响因素

利用密闭箱-气相色谱法于2006—2007年对黔中地区退耕荒草地、灌丛、马尾松林和阔叶林土壤氧化亚氮的释放通量进行原位观测,初步研究了我国南方喀斯特地区不同植被类型土壤N₂O释放量的季节变化.结果表明:除个别月份土壤表现为大气N2O的吸收汇,各观测点均为N₂O的源,植被条件和土壤类型对土壤N₂O的释放具有明显影响.退耕荒草地、灌丛N₂O释放量具有明显的季节变化规律, 春夏季节高于秋冬季节,通量范围分别在-20.7～103.0 μg N·m^-2·h^-1和 -33.0～67.3 μg N·m^-2·h^-1.马尾松林、阔叶林春季土壤N₂O释放量最高,其他季节变化规律不明显,通量范围分别在-5.3～35.0 μg N·m^-2·h^-1和-14.4～152.8 μg N·m^-2·h^-1.相关性分析表明,土壤水分与N₂O释放通量显著负相关,是影响土壤N₂O释放通量季节变化的主要驱动因素.温度通过影响土壤水分而间接影响土壤N₂O的释放通量.     

植被覆盖度的时间变化及其防风蚀效应

 在防治风蚀过程中过去人们只关注植被覆盖度的空间特性,但对其随时间变化的特性未引起足够的重视。该文着重强调了植被覆盖度随时间变化的特性,并对不同类型植物覆盖度的动态变化特征进行了研究。通过调查研究与理论分析,在土壤风蚀量与植被覆盖度及风蚀气候侵蚀因子三者之间建立了随时间变化的定量关系,并利用该公式计算和比较了不同类型植物防风治沙性能的动态差异、总植被覆盖度及相应的总土壤风蚀量的动态变化。结果表明在防风蚀的作用效应中灌木＞多年生牧草＞林木＞作物＞一年生牧草;总时空植被覆盖度与总土壤风蚀量呈“反相位”的动态变化;风蚀季节总植被覆盖度较低,介于0.11～0.14之间,低于20%的临界覆盖度,这也是该地区风蚀危害严重的一个重要原因所在。     

中国陆地植被氧气生产量变化模拟及其影响因素

大气中氧气主要来源于陆地绿色植物的光合作用,其含量高低直接影响大气质量。基于植被归一化指数(NDVI)、气温、辐射等要素,运用C-FIX模型,在模拟绿色植物净生态系统生产力(NEP)基础上,依据碳氧平衡原理,并结合Arc GIS空间叠加、裁切、栅格计算、空间统计等方法,估算了2001年、2005年和2009年中国陆地植被年氧气生产量,并通过控制实验分析了影响其变化的因素。结果表明:(1)2001年、2005年、2009年中国陆地植被年平均氧气生产量为531.618×107t,云南省、内蒙古自治区、黑龙江省、四川省年氧气生产量最多。中国植被氧气生产量随季节变化明显,夏季最多,其值是春、秋季的2倍,冬季的8倍。(2)中国陆地植被年氧气生产量空间分布为东南高、西北低,以福建省、浙江省、台湾省、云南南部、西藏东南部最高。各季节氧气生产量春季以云南省南部、西藏东南部和中国华东地区为最高,夏季以大、小兴安岭及长白山一带最高,秋季位于东南沿海、云南省、西藏东南部,冬季集中分布在云南南部与海南省。(3)2001—2009年中国陆地植被年氧气生产量呈增加趋势,增加率为7.886%。宁夏回族自治区增加最多,山西省次之。(4)植被覆盖变化是决定年氧气生产量增加的主要因素,贡献率约为60%,CO2浓度增加、气候变化分别承担了28%、12%的贡献率。     

不同植被条件下实际蒸散的变化特征及其影响因子——以淮河流域为例

基于遥感-过程耦合模型开展淮河流域2001—2012年实际蒸散(ET)的模拟研究,并对其时空变化特征、不同覆被类型下的区域实际蒸散特征及其主要影响因子进行定量分析.结果表明: 研究期间,研究区年均ET在空间上呈现由东南向西北逐渐递减的趋势;时间上呈现逐年增加趋势,月际波动为双峰变化曲线.不同植被类型下ET的差异性表现为: 农田对研究区域实际蒸散总量的贡献最大;混交林的年均单位面积实际蒸散量最大,裸地的年均单位面积实际蒸散量最小;除裸地以外,其他土地覆被类型年均实际蒸散都呈增长趋势,其中常绿阔叶林实际蒸散增加趋势最明显.平均温度等热力学因子是影响淮河流域实际蒸散的主导因子,其次是辐射因子和水分因子.     

华北平原参考作物蒸散量变化特征及气候影响因素

参考作物蒸散量是估算作物需水量的关键因子,对指导农田灌溉是有十分重要的现实意义。在气候变化的背景下,利用Penman-Monteith方法,计算华北平原典型站点1961 2007年逐日参考作物蒸散量,并从能量平衡和动力学角度对其分解,分析年际变化和季节变化特征;结合数理统计方法,研究影响参考作物蒸散量及其构成项变化的主次气候因子,为该区农田水分管理提供更有效的科学指导。研究结果表明:在华北平原全区温度显著上升、日照时数,相对湿度,平均风速呈显著下降的背景下,绝大部分站点参考作物蒸散量及构成项呈显著下降趋势。夏季的参考作物蒸散量和辐射项值相对最高,冬季值最低;春季的空气动力学项值相对比例最高。辐射项与空气动力学项年际间呈负相关关系,春夏两季之间呈不显著正相关趋势,秋冬两季呈不显著负相关趋势。辐射项的变化主要受日照时数、风速及温度的影响,其中风速的贡献是负效应;空气动力学项的变化主要受风速、相对湿度及平均温度的影响,相对湿度的贡献是负效应。参考作物蒸散量的变化主要受日照时数、相对湿度、温度日较差和风速的综合影响。此外,降水与其呈显著负相关关系,下降幅度略高于参考作物蒸散量的变化幅度。     

植物的分化及其影响因素

植物界中 ,不论是低等的藻类还是高等的被子植物 ,都是由 1个细胞发育而来的 ,或者是低等藻类的孢子 ,或者是高等植物的合子——受精卵。从 1个细胞发育成具有多种组织结构的植物体 ,在这一过程中离不开分化。1　分化的概念狭义的分化是指细胞分化 ,即产生出不同类型的细胞。广义的分化则包括了组织分化与器官分化 ,即形成不同的组织和器官 ,主要侧重于从细胞或分子角度研究构成植物体的各部分如何发生差异。分化与生长是不同的 ,生长是植物体积的增大 ,而分化是不同组织或器官的形成 ,如果 1个细胞分裂成两个完全相同的细胞则是生长。如果…     

鼎湖山不同自然植被土壤动物群落结构时空变化

2001年10月~2002年8月采用大型改良干漏斗和手拣法对鼎湖山鼎湖山南亚热带典型常绿阔叶林、河岸常绿阔叶林、山地常绿阔叶林、针阔混交林、沟谷常绿阔叶林和灌木草丛6种自然植被类型土壤动物群落结构时空变化进行初步调查。结果表明,蜱螨目(A carina)和弹尾目(Co llem bo la)为6种自然植被常年优势类群,缨翅目(T hysanoptera)、鞘翅目(Co leoptera)、膜翅目(Hym enoptera)和双翅目(D iptera)幼虫则为常年常见类群。土壤动物群落类群和个体数量的消长规律分别是:10月=6月=8月>4月>2月=12月和4月>10月>6月>8月>2月>12月。土壤动物个体数量总数依次为南亚热带典型常绿阔叶林>河岸常绿阔叶林>山地常绿阔叶林>沟谷常绿阔叶林>针阔混交林>灌木草丛;不同月份、不同植被类型以及不同月份和不同植被类型之间土壤动物群落的组成具有较大变化,组成差异极显著(F=5.63,α=0.0001;F=11.08,α=0.0001;F=2.97,α=0.0001),不同类群之间个体数量差异极显著(F=102.38,α=0.0001),但月份间类群数差异不显著(F=0.50,α>0.05)。多样性分析表明,类群多样性和均匀性指数除南亚热带典型常绿阔叶林、山地常绿阔叶林12月最高外,其它则2月最高,优势度指数则相反;山地常绿阔叶林土壤动物群落多样性指数和均匀性指数最大,针阔混交林则最小。     

The role of ecological factors in controlling vegetation dynamics on long temporal scales

Abstract

The pattern of change in the Holocene forests of Europe is outlined and discussed in the light of external and internal forcing factors. Forests are seen as non-linear, dynamic systems, that are, at any point in time, unique and changing. In the absence of human activity, potential forcing factors during the Holocene include (i) climate, (ii) soil development, and (iii) internal forest dynamics. Climate is influential through exerting control on the floristic pool from which forests developed. Current results indicate that the role of soil development is likely to have been minor, but may have slowed rate of invasion and increase of some mid- and late-Holocene forest dominants. Forest change following spread and increase then forces soil change. Internal processes of forest dynamics include competition among existing species, and interactions between existing species and potential invading species. The patterns of interaction may be detectable through rates of change and patterns of increase seen in pollen records. Such processes are seen as being the dominant influence on the pattern of change and the development of forest. Forested systems, such as those in Europe, are strongly influenced by historical events, such as the mid-Holocene decline of elm. Forest composition is likely to be similar, in the broadest terms, from one interglacial to another, but always to vary in detail. The interaction of individuals, populations and environmental variables ensures that, although deterministic, prediction of change will always be difficult.     

退耕还林还草工程生态效应的地域分异特征

退耕还林还草工程作为我国投资最大、涉及面最广的一项重大生态工程,其生态经济社会效应是行业部门及学术界关注的焦点。选择退耕还林还草面积、植被覆盖度、土壤侵蚀量作为指标,依据遥感反演和模型模拟得到的结果,分析了2000—2015年县域退耕还林还草时空差异,退耕还林还草区域植被覆盖度与土壤侵蚀变化及其对县域生态状况变化的贡献,并基于规划目标评估了退耕还林还草工程的宏观生态效应及其地域分异特征。结果表明:(1)近15年,工程区耕地转林地面积12.75万km²,耕地转林地区域植被覆盖度年增加0.32%、土壤水蚀和风蚀模数分别年减少0.43 t/hm²和0.21 t/hm²。(2)耕地转草地面积9.43万km²,耕地转草地区域植被覆盖度年增加0.43%,土壤水蚀和风蚀模数分别年减少0.55 t/hm²和0.94 t/hm²。(3)工程区全县域植被覆盖度年增加0.17%,平均土壤水蚀和风蚀模数分别年减少0.13 t/hm²和0.68 t/hm     

不同植被对土壤侵蚀和氮素流失的影响

利用 5～ 6a野外径流小区试验资料 ,研究 1 7种植被覆盖对土壤侵蚀和氮素流失的影响 ,结果表明 :1 9种作物、4种草地和 4种草灌间作小区年平均径流量为 2 7773、1 80 2 8和 1 31 4 9m3/ km2 · a,比相应裸地减少 2 7.5%、51 .1 %和64.3% ;侵蚀模数为 1 71 6、1 0 2 1和 81 2 t/ km2 · a,减少 73.0 %、92 .8%和 94 .3% ;全氮富集率为 1 .65、2 .4 8和 2 .59,比裸地增加 1 3.8%～ 1 1 4 % ;年平均土壤氮素流失量为 1 4 58、1 2 52、382 9和 966kg/ km2· a。 2植被通过调节径流流速来间接影响泥沙全氮富集 ,土壤侵蚀模数愈大 ,泥沙全氮富集率愈小。 3土壤氮素流失方程 SN=( 55.56-4 .87ln SL)· SL·TN ,可定量预测土壤氮素的流失。     

近100年植被破坏侵蚀环境下土壤质量退化过程的定量评价

以黄土高原子午岭地区近100a不同开垦年限位于墚坡的农地为研究对象,通过相关分析并结合所选指标的有效性、全面性和敏感性分析,从6个土壤物理指标、6个土壤化学指标、8个土壤生物指标,共20个土壤性质指标中,筛选出有机碳、真菌数量、碱性磷酸酶活性、蔗糖酶活性、毛管孔隙度、物理性粘粒、粗粉粒和水稳性团聚体平均重量直径(MWD)等8个土壤性质指标,作为土壤质量退化评价指标体系。通过主成分分析,计算土壤质量综合指数(SQI),定量评价近100a植被破坏侵蚀环境下的土壤质量退化过程。结果表明,林地SQI在0—20和20—40cm土层分别为0.909和0.427;林地开垦耕种100a期间,SQI随开垦年限的增加呈快速下降的趋势,尤其是在开垦耕种初期4a内,SQI年均下降速率在0—20和20—40cm土层分别达0.073和0.028;同林地相比,SQI分别下降了32.3%和26.2%。此后随着开垦耕种年限的增加下降速率逐渐减小。开垦耕种12a后,0—20和20—40cm土层的SQI分别为0.549和0.235,分别下降39.6%和45.0%;4—12a期间的SQI下降速率分别为开垦初期的10.9%和35.7%。开垦耕种43a后,SQI在0—20和20—40cm土层分别为0.333和0.144,分别较林地下降64.4%和66.3%,12—43a期间的SQI下降速率分别为开垦初期的9.6%和10.7%;开垦耕种100a期间,SQI在0—20和20—40cm土层分别为0.140和0.068,分别下降84.6%和84.1%;43—100a期间的SQI下降速率分别为开垦初期的4.1%和3.6%。同时,SQI年均下降幅度在0—20cm土层高于在20—40cm土层;且随开垦耕种年限的增加,SQI在0—20cm和20—40cm上下两土层之间的差异趋于减少,说明加速侵蚀是研究区土壤质量下降的主要原因。     

塿土土壤剖面中N2O浓度的时间和空间变异

用土壤探头法对塿土玉米—小麦轮作体系下不同剖面层次N2O浓度变化进行了2a的田间原位监测。结果表明：塿土土壤剖面中N2O浓度具有较大的时间变异,表现为土壤N2O浓度在一年的不同时期变化较大,以温度高、水分充足的7—8月份为最高,温度较低的冬季最低;全年中土壤剖面中各层N2O浓度在降水或者灌溉后均有一个峰值。从空间上来看,土壤不同剖面层次的N2O浓度的变化以60cm土层最高,表层10cm最低,浓度在剖面中的变化顺序为10cm＜30cm＜150cm＜90cm＜60cm。2a的研究结果相比,降水量较高的1999年土壤剖面各层的N2O浓度较高。2a试验期间对照和施肥处理各土壤层次的变异系数分别为7．1％-29．4％和10．8％-50．9％,其中1999年变异系数分别为20．2％-29．4％和32．11％-50．9％,2000年分别为7．14％-18．4％和10．8％-25．9％。从变异系数上来看,1999年高于2000年;施肥处理高于对照;N2O浓度较高的下层土壤高于10cm表层土壤。两个处理N2O出现的时间和剖面变化趋势相同,但施肥处理各时期、各土层的浓度均高于对照。这些结果充分说明塿土土壤存在明显的反硝化N2O气态损失,施肥显著地增加了其产生量,深层土壤N2O的产生是塿土N2O的一个不容忽视的来源;N2O的产生和排放具有极大的时间和空间变异。     

Exclusion effects on vegetation characteristics and their correlation to soil factors in the semi-arid rangeland of Mu Us Sandland,China

Exclusion has been applied as a main measure for re-vegetation all over the world.This paper,by comparing the results of year-round exclusion,seasonal exclusion,and non-exclusion,quantified the vegetation variations under three different exclusion measures and their correlation to soil factors.The analysis results for community species component and plant diversity using multi-response permutation procedures (MRPPs)showed that exclusion did change the species component and increase plant diversity remarkably,while the period of exclusion had no significant influence on these two community features.The indicator species analysis and calculation of similarity indices indicated that community for year-round exclusion were becoming xerophytization and unpalatability,and showed highly spatial heterogeneity of plant species distribution,whereas community for seasonal exclusion was under stable non-equilibrium condition.Detrended correspondence analysis (DCA)and detrend canonical correspondence analysis (DCCA)results of relationship between plant species and soil variables demonstrated that soil moisture was a controlling factor for plant species component,microbiotic soil crust cover,soil organic matter,and soil bulk density had significant effects on soil moisture,among which microbiotic soil crust was a leading factor owing to its limitation to rainfall infiltration on the one hand,and its constraints to entrance of herbaceous seeds into soil or to germination of soil seeds on the other hand.As a result of long-term removal of animal grazing,crust kept intact in year-round exclusion community,which was a main reason of community xerophytization.It was also obvious from ordination results that some important environmental factors,such as tempo-spatial change of rainfall and corresponding tempo-spatial change of soil moisture,were neglected during direct gradient analysis.In addition,biodiversity was close related to soil nutrients as well as to soil moisture condition (soil water content and crust cover),and it had positive relation to available N,and negative relation to available P.Higher soil N had advantage to non-leguminous plants growth on nutrition-poor sand land definitely.The impact of P to community component was unclear and should be studied from plant physiology.Further researches on nonequilibrium theory in semi-arid rangeland will provide a scientific and flexible animal development paradigm for being implementing livestock fen-raising and grazing-forbidden policies in China.     

Exclusion effects on vegetation characteristics and their correlation to soil factors in the semi-arid rangeland of Mu Us Sandland, China

Exclusion has been applied as a main measure for re-vegetation all over the world. This paper, by comparing the results of year-round exclusion, seasonal exclusion, and non-exclusion, quantified the vegetation variations under three different exclusion measures and their correlation to soil factors. The analysis results for community species component and plant diversity using multi-response permutation procedures (MRPPs) showed that exclusion did change the species component and increase plant diversity remarkably, while the period of exclusion had no significant influence on these two community features. The indicator species analysis and calculation of similarity indices indicated that community for year-round exclusion were becoming xerophytization and unpalatability, and showed highly spatial heterogeneity of plant species distribution, whereas community for seasonal exclusion was under stable non-equilibrium condition. Detrended correspondence analysis (DCA) and detrend canonical correspondence analysis (DCCA) results of relationship between plant species and soil variables demonstrated that soil moisture was a controlling factor for plant species component, microbiotic soil crust cover, soil organic matter, and soil bulk density had significant effects on soil moisture, among which microbiotic soil crust was a leading factor owing to its limitation to rainfall infiltration on the one hand, and its constraints to entrance of herbaceous seeds into soil or to germination of soil seeds on the other hand. As a result of long-term removal of animal grazing, crust kept intact in year-round exclusion community, which was a main reason of community xerophytization. It was also obvious from ordination results that some important environmental factors, such as tempo-spatial change of rainfall and corresponding tempo-spatial change of soil moisture, were neglected during direct gradient analysis. In addition, biodiversity was close related to soil nutrients as well as to soil moisture condition (soil water content and crust cover), and it had positive relation to available N, and negative relation to available P. Higher soil N had advantage to non-leguminous plants growth on nutrition-poor sand land definitely. The impact of P to community component was unclear and should be studied from plant physiology. Further researches on non-equilibrium theory in semi-arid rangeland will provide a scientific and flexible animal development paradigm for being implementing livestock fen-raising and grazing-forbidden policies in China. __________ Translated from Acta Ecologica Sinica, 2005, 25(12): 3212–3219 [译自: 生态学报]     

加速侵蚀对土壤腐殖酸动态变化的影响

土壤腐殖酸的流失是土壤退化的标志之一。林地被开垦破坏后,土壤腐殖酸的流失程度在坡面上的空间分布与侵蚀方式和侵蚀强度相对应,坡面中部和中下部浅沟沟槽处最为严重,细沟侵蚀区次之,梁峁上部片蚀区相对最弱。侵蚀土壤中的腐殖酸总碳、胡敏酸碳和富啡酸碳含量随开垦年限的增加呈指数减少,其减少程度受侵蚀强度和侵蚀方式的影响。腐殖酸的流失程度与加速侵蚀造成的土壤剖面破坏密切相关。恢复植被可使土壤腐殖酸逐渐增加,土壤肥力得到恢复,土壤退化过程得到逆转。