桂林岩溶石山檵木群落不同恢复阶段凋落物层酶对凋落物分解的影响

该文选取桂林岩溶石山檵木群落不同恢复阶段(灌木阶段、乔灌阶段和小乔林阶段)作为研究对象,探究凋落物层酶对凋落物分解速率的影响。结果表明:不同恢复阶段凋落物经1 a分解后,凋落物剩余率分别为灌木阶段(59.58%)、乔灌阶段(61.79%)和小乔林阶段(62.02%)。不同恢复阶段凋落物分解速率随演替的进行而减小。3个不同恢复阶段凋落物层多酚氧化酶、脲酶、蔗糖酶活性均在12月份最低,多酚氧化酶活性均在3月份最高,脲酶和蔗糖酶活性均在6月份最高。3个恢复阶段纤维素酶活性变化规律趋势一致,均在6月份酶活性最高,灌木阶段纤维素酶活性在3月份最低,乔灌阶段和小乔林阶段纤维素酶活性均在9月份最低。3个不同恢复阶段的凋落物层酶活性在不同时期均表现为蔗糖酶脲酶纤维素酶多酚氧化酶。不同恢复阶段凋落物层酶活性对凋落物分解速率影响不同。灌木阶段凋落物层蔗糖酶活性与分解速率呈显著正相关(P 0.05),乔灌阶段脲酶活性与分解速率呈显著正相关(P 0.05),小乔林阶段各酶活性与分解速率相关不显著。蔗糖酶、脲酶和多酚氧化酶是影响灌木阶段凋落物分解速率的重要因素,脲酶、纤维素酶和多酚氧化酶是影响乔灌和小乔林阶段分解速率的重要因素。     

黄土区露天煤矿排土场土壤与地形因子对植被恢复的影响

在脆弱的生态环境改善和恢复过程中,植被恢复与重建扮演着重要的角色。黄土露天煤矿区生态环境极其脆弱,认识矿区损毁土地植被恢复与地形、土壤因子之间的作用规律对矿区土地复垦与生态恢复改善至关重要。为此,选择山西平朔安太堡露天煤矿南排土场对2条样带27个复垦样地的土壤、地形、植被参数进行了采集与测定,并应用单因素方差分析与CANOCO4.5软件的降趋势对应分析和冗余分析研究了地形与土壤因子对植被恢复的影响。结果表明:植被与土壤变量之间呈显著相关,与地形变量之间相关性不明显;坡度主要影响草本覆盖度,坡向与有机质和速效磷之间具有线性相关性;速效钾对植被的变化起着重要的作用;土壤容重与砾石含量对土壤养分含量具有明显的指示作用;有机质与全氮呈显著正相关,各土壤养分指标之间存在明显的相关关系。为了改善和恢复黄土区露天煤矿排土场脆弱的生态系统,应该考虑植被和土壤的联合演替。在当地的生态环境状况下土地复垦与生态恢复的关键是改善土壤状况和增加人工植被,同时加强对排土场人工和自然植被的保护。     

黄土区露天煤矿排土场植被恢复的水肥响应

矿区复垦植被与排土场土壤环境之间存在着复杂的交互关系,两者相互依存且制约;特别是土壤肥力和水分与植被恢复关系密切。因此,如何实现复垦植被与土壤水肥协调发展以促进生态系统的改善是矿区生态恢复的核心问题。为此,本文选择山西平朔矿区安太堡露天煤矿排土场,通过典型样地调查方法来分析露天煤矿排土场土壤水肥特性与复垦植被因子之间的关系,同时构建耦合协调度模型来定量分析土壤水肥因素对植被生长的影响,并判断土壤水肥与复垦植被的协调程度。结果表明:在0~40 cm的土层中,土壤含水量随着深度的增加而增大,土壤有机质和全氮的变化趋势与之相反;土壤肥力特性相对于土壤含水量对复垦植被生长的影响更大;土壤水肥环境与复垦植被之间的耦合协调关系皆为基本协调。在土壤养分贫瘠且生态环境恶劣的黄土高原矿区,改善土壤肥力状况、筛选适宜的植被复垦模式及控制植被密度是生态重建的关键。本研究可为黄土区露天煤矿排土场土地复垦与生态恢复提供理论依据和参考。     

平朔黄土露天矿区复垦地表层土壤微生物与酶活性分析

矿区是当今世界陆地生态系统被破坏和退化最严重的区域之一,在进行露天煤矿土地复垦与生态重建时不仅要恢复地表植被和生物,还应重视地下土壤微生物生态系统的构建,而国内外相关研究多集中在植被重建及土壤理化性质监测方面,利用土壤微生物及酶活性揭示矿区重构土壤状况的研究尚不多见。通过8个样地24个土壤剖面的采样分析,采用时空替代法和单因素方差分析法对平朔矿区不同复垦年限的排土场和原地貌0—20 cm表层土壤中细菌、真菌、放线菌的数量及蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性及变化进行研究,旨在分析其特征及差异。研究结果表明:(1)从微生物数量及酶活性特征来看,无论复垦年限的时间长短,细菌数量在3类微生物中占有绝对优势,占微生物总数的99.20%以上,其次是放线菌,真菌的数量最少;脲酶活性在3种酶中活性最大,其次是蔗糖酶活性,磷酸酶活性最低。(2)从微生物数量和酶活性的变化状况来看,3类微生物数量和3种酶活性在0—20 cm土层随复垦年限的变化趋势相一致,均随复垦年限的变化先增长后降低,而后又随着复垦年限的增长不断增加。(3)在0—20 cm土层,复垦27年的南排土场的土壤细菌、放线菌和真菌数量在复垦后达到了189.3333×10⁵ cfu/g、0.1312×10⁵ cfu/g和1.1463×10⁵ cfu/g,复垦效果达到原地貌3类土壤微生物数量的65.88%、66.46%和67.74%;蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性分别达到1.9600 mg 100 g^-1 h^-1、6.3600 mg 100 g^-1 h^-1和1.4533 mg 100 g^-1 h^-1,复垦效果分别达到原地貌83.40%、86.30%和86.85%。因此开展矿区土地复垦后土壤微生物及酶活性的相关研究,能够在一定程度上及时反映土地复垦后的土壤质量以及生态系统的恢复状况,以便采取更加合理的复垦方法来提高矿区生态恢复的速度和效果。     

露天煤矿排土场植被重建对土壤呼吸的影响

植被重建是露天煤矿生态恢复的重要途径, 植被恢复的最终目的是土壤生境的恢复, 而土壤呼吸是反映土壤健康状况的关键指标之一。采用LI-8100 土壤碳通量观测系统, 对内蒙古黑岱沟露天煤矿排土场不同植被配置下的土壤呼吸进行了测定, 分析了植被配置、生物、环境因子对土壤呼吸速率的影响。结果表明: 植被配置类型对土壤呼吸影响显著, 乔-草型和乔-灌-草型配置下的土壤呼吸速率接近(平均2.68 μmol CO2·m^–2·s^–1, P>0.05), 显著高于乔-灌型(2.33 μmolCO2·m^–2·s^–1, P<0.001), 但都显著低于邻近撂荒地土壤呼吸(3.64 μmol CO2·m^–2·s^–1, P<0.001)。4 种植被类型下的土壤呼吸日变化都呈单峰曲线, 但峰值出现的时间不同。土壤呼吸与植被盖度、草本多度、丰富度、生物土壤结皮盖度、厚度、土壤全氮、硝态氮、有机质含量显著正相关, 与灌木盖度、土壤体积含水量、容重和铵态氮含量显著负相关。植被重建显著影响矿区排土场土壤呼吸, 植被配置类型、草本盖度多度和土壤碳氮水平是影响土壤呼吸时空变异的关键因子。     

植被恢复对黄土区煤矿排土场土壤团聚体特征的影响

目前关于植被恢复对排土场土壤团聚性的影响还不清楚,以植被恢复下黄土区露天煤矿排土场为研究对象,采用湿筛法测定了排土场土壤水稳性团聚体组成,研究了植被恢复类型(草地、灌木)和排土场地形(平台、边坡)对土壤团聚体特征的影响。结果表明:植被恢复促进了排土场水稳性团聚体的形成,平台0—20 cm土层水稳性大团聚体数量(R_(0.25))、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)分别达到31.1%,0.70 mm和0.26 mm,边坡分别达到13.3%,0.37 mm和0.17 mm,均显著高于裸地,分形维数(D)在平台和边坡分别为2.91和2.96,均显著低于裸地;平台土壤团聚性要好于边坡,草地对于平台土壤团聚结构改良效果较好,而灌木对于边坡改良效果较好;排土场土壤有机碳和粘粒含量均与土壤团聚体指标有显著相关性。植被恢复提高了排土场土壤团聚性,植被恢复类型和地形对排土场土壤团聚体特征有显著影响。     

模拟氮沉降对太岳山油松林土壤酶活性的影响

为研究土壤酶活性对氮沉降增加的响应,以山西太岳山油松人工林和天然林为研究对象,于2009年8月开始实施模拟氮沉实验,试验设置对照(CK,0 kg N hm-2a-1);低氮(LN,50 kg N hm-2a-1);中氮(MN,100 kg N hm-2a-1);高氮(HN,150 kg N hm-2a-1)4种氮处理,自2012年起每年5、7、9月在各处理样方采集表层0—20 cm土壤,测定土壤酶活性(过氧化物酶、多酚氧化酶、纤维素酶、蔗糖酶、脲酶、中性磷酸酶)。研究结果表明:施氮处理下的脲酶与中性磷酸酶活性均有所提高,而低氮处理下天然林中的多酚氧化酶与人工林中的蔗糖酶显著低于对照,中氮、高氮处理下过氧化物酶、多酚氧化酶、天然林中的纤维素酶以及人工林中的蔗糖酶显著降低。总的来说,人工模拟氮沉降促进了土壤中脲酶和中性磷酸酶的活性,抑制了过氧化物酶和多酚氧化酶的活性,并降低了天然林土壤中的纤维素酶活性和人工林中的蔗糖酶活性,但对天然林中蔗糖酶和人工林中的纤维素酶无影响。主导木质素降解的多酚氧化酶活性与纤维素酶、蔗糖酶活性显著相关,纤维素酶与蔗糖酶活性的下降可能是由木质素降解受到抑制,土壤微生物可利用碳源减少所引起。另外,受到天然林土壤含氮量较高的影响,与人工林相比,天然林的多酚氧化酶活性对模拟氮沉降更敏感。由于被抑制的酶均与土壤有机质降解密切相关,氮沉降增加将减缓山西油松林土壤有机质的降解,有利于有机质在土壤中的积累。     

植被修复对重度盐碱地土壤酶活性和酶反应热力学特征的影响

由于环境变化和人为干扰,松嫩平原盐碱化土地面积不断增加,盐碱化程度也在不断加剧。本试验以松嫩平原西部盐碱化土壤为对象,研究了自然植被、羊草、燕麦和苜蓿修复对重度盐碱化土壤2种氧化还原酶(过氧化氢酶、多酚氧化酶)和3种水解酶(碱性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶)活性和酶反应热力学特征的影响。结果表明: 随着温度的升高,5种土壤酶活性、活化自由能(ΔG)都逐渐升高,在40 ℃(或45 ℃)时达到最高,而土壤酶的活化焓(ΔH)和活化熵(ΔS)无显著变化;温度每增加10 ℃时的温度系数(Q₁₀)变化较小,范围为1.05～1.36。与裸地相比,过氧化氢酶活性在自然植被和羊草修复地升高,而在燕麦和苜蓿修复地降低,ΔG和酶活性的变化规律则相反,而ΔH、ΔS在羊草、燕麦修复地升高,在自然植被和苜蓿修复地降低;多酚氧化酶活性在各修复地都降低或不变,ΔH、ΔS在自然植被和羊草修复地降低,而在燕麦和苜蓿修复地不变,ΔG在各修复样地都表现为在40 ℃时升高,在其他温度下均降低或不变。在各修复地,3种水解酶活性均升高,酶的ΔG降低或不变,而ΔH和ΔS则差异较大。土壤酶活性及其热力学特征对温度变化和植被修复的响应存在较大差异。研究结果可为重度盐碱化土壤的修复提供理论依据。     

基于WorldView 2影像的矿区植被重建效果评估

植被盖度反映植被质量,是评价矿区复垦土地植被重建效果的重要指标。该文选择安太堡矿区为案例区,基于高空间分辨率World View 2(WV 2)影像新波段,使用混合像元模型和实地数据验证相结合的方法计算得到研究区的植被盖度,并对植被重建效果进行了评估,主要得到以下结论:(1)基于WV 2影像的近红外2波段和红波段,采用混合像元法得到的植被盖度反演值Fc_2与实测值最为接近,相关性最强(R~2=0.934),均方根误差最小(RMSE=0.048);(2)研究区植被重建效果整体较好,中等、较高和高植被盖度区域占研究区的60%以上,低植被盖度仅占22.09%。受植被重建年限和管理措施的影响,不同复垦区域植被重建状况之间存在着差异,内排土场、西排土场、南排土场的植被重建效果较好,而西排土场扩大区植被状况相对较差,其中等及以上植被盖度所占比例依次为75.24%、68.35%、68.20%、22.29%。(3)就植被组合模式看,乔灌草模式重建效果(按冠层盖度)最好,其次是乔草模式,其他模式如灌草、草地、自然恢复地依次降低。土壤表层水分含量随着复垦地植被盖度的增大而增大,说明植被重建状况对土壤表层的水分保持具有重要作用。     

湖南会同地区森林植被转变对土壤微生物生物量碳和酶活性的影响

研究了湖南省会同县森林植被从地带性植被天然常绿阔叶林到杉木人工林再到杉木火力楠混交林的转变过程中土壤微生物生物量碳和酶活性的变化趋势。结果表明:杉木纯林和混交林土壤微生物生物量碳含量均显著低于常绿阔叶林,分别仅为常绿阔叶林的76.8%和71.5%;与天然阔叶林相比,杉木人工林土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性分别降低了35.8%、22.1%和45.1%,而多酚氧化酶活性增高了40.0%;相反,杉木火力楠混交林土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性比杉木纯林分别增加了20.3%、12.6%和67.8%,而土壤多酚氧化酶活性则降低了41.0%;表明森林植被转变对土壤微生物生物量碳和土壤酶活性能够产生较大的影响,不同的树种对土壤微生物生物量碳和土壤酶活性的影响差异较大。     

A comparison of soil qualities of different revegetation types in the Loess Plateau, China

Serious soil erosion has resulted in widespread land degradation in the Loess Plateau of China. In the past two decades, great efforts have been made to restore degraded soil such as reconverting croplands into forestlands or grasslands. A comparison of soil qualities of different revegetation types has important implications in soil reclamation. Our study investigated the effect of different revegetation types on the physicochemical and microbial soil properties in the Loess Plateau, with the aim of determining which revegetation type has the best capacity for soil recovery. The vegetation types included two shrublands (Caragana korshinskii and Hippophae rhamnoides), two grasslands (Astragalus adsurgens and Panicum virgatum), and two species from croplands that were abandoned for natural recovery (Artemisia capillaries and Heteropappus altaicus). Among the plants studied, H. altaicus and A. capillaries had the highest values of soil organic C, total N, total P, available N, available P, moisture content, microbial biomass C (MBC), substrate-induced respiration, saccharase, urease, catalase, and peroxidase. Soil sampled from the A. adsurgens plot had the highest bulk density and microbial biomass N, and soil from the H. rhamnoides plot had the highest metabolic quotient (basal respiration/MBC). The soil quality index, which was obtained based on the available N, metabolic quotient, MBC, urease, polyphenol oxidase, and bulk density, shows that the abandoned cropland for natural recovery had the highest soil quality, followed by grassland, and then shrubland. Vegetation types affect the physicochemical and microbial properties of soils in arid climatic conditions. Abandoned cropland for natural recovery has the best capacity for improving soil quality in the Loess Plateau among all studied revegetation types. Our study suggests that in the Loess Plateau, natural recovery is the best choice for soil revegetation of sloping croplands.     

Soil oxidases recovered faster than hydrolases in a 50-year chronosequence of desert revegetation

Aims

Desert characterized by alkaline soil with low organic matter and nutrients has a high soil oxidative potential. We hypothesized that oxidase activities would recover faster than hydrolases during the succession of sand-fixing community.

Methods

Sand dunes stabilized in different years, including a moving sand dune and a steppe at the southeastern fringe of the Tengger Desert, were selected to investigate restoration of extracellular enzyme activities (EEAs) in a 50-year chronosequence.

Results

Oxidases showed significantly higher activities than hydrolases at all ten studied sites and EEAs exibited a decreasing trend from catalase, phenol oxidase, sucrase, urease, alkaline phosphatase, α-Amylase to cellulase. After 50 years of revegetation, most EEAs in topsoil recovered to 50–83% of that of the steppe except for urease. Oxidase activities recovered earlier and faster than hydrolases, while hydrolases activities attained the fastest recovery at 19–25 years in the 50-year chronosequence.

Conclusions

Recovery of EEAs was modulated by the succession of the sand-fixed community: oxidases activities exhibited peak recovery rates at the stage when shrubs dominated the community, while recovery of hydrolases activities appeared to be mainly regulated by biological soil crusts and annual plants.     

太行山南麓山区不同植被恢复类型土壤理化和细根结构特征

在干旱半干旱地区,由于水分匮乏、土壤贫瘠等因素,将形成一定的裸地斑块,而这些斑块极易造成水土流失、滑坡等灾害,而具有不同植被覆盖的林地则能有效的保持水土。为完善干旱半干旱地区不同植被恢复类型下土壤理化和细根特征,选择太行山南麓山区具有代表性的裸露地、草地、荆条地、侧柏地、栓皮地和刺槐地等植被恢复类型,比较了各植被恢复类型下的土壤养分、粒径及细根状况等差异。研究表明:1)相对于裸露地,有植被覆盖的植被恢复类型拥有良好的土壤及细根状况。2)在不同植被类型中,刺槐林的有效氮转化速率较高;侧柏林有较高的细根参数;草地能够提高土壤中可吸收的磷组分。3)林地类型和土层均对土壤中含水率、黏粒、细根生物量和比根长产生极显著影响(P0.001)。4)各植被类型的对于土壤斑块的利用能力不同;不同植被类型中土壤及细根状况变化量具有一定的相似性,研究为生态恢复中植被类型的合理布局提供了新思路。     

湘南红壤丘陵区不同植被类型下土壤肥力特征

以自然植被恢复长期定位试验为基础,通过分析自然恢复31a后形成的6个植被类型区(樟树、枫树、梓树、白檵木、唐竹、白茅草)、2个同期种植的人工植被区(湿地松、板栗)以及相邻裸地区0—100 cm土层pH值、有机质及主要养分含量的变化,明确了湘南红壤丘陵区不同植被类型对土壤肥力的影响。结果表明:(1)白茅草和唐竹区的土壤pH值显著高于裸地区,但枫树和白檵木区的土壤酸化明显。(2)土壤有机质、活性有机质、全P、速效P等指标表现为乔木草本灌木,碱解N、全K、速效K表现为灌木乔木草本,全N表现为乔木灌木草本。(3)土壤综合肥力优劣为:枫树区梓树区白檵木区樟树区唐竹区白茅草区湿地松区板栗区裸地区,自然恢复植被比人工植被更有利于土壤肥力的提高。     

不同土壤-南天竹系统的土壤酶活性分异

石灰岩退化生态系统的恢复离不开土壤基质的改善。采用盆栽法,研究了生长在黑色石灰土、紫色土、黄壤3种不同土壤类型中的南天竹土壤酶活性的情况。试验表明:淀粉酶、碱性磷酸酶、天门冬酰胺酶的活性均表现出黑色石灰土>紫色土>黄壤,三者之间差异显著(p<0.05)。而脲酶、多酚氧化酶和过氧化物酶活性则是紫色土>黑色石灰土>黄壤,三者之间差异也达到显著水平(p<0.05)。土壤理化性质与土壤酶活性的相关分析说明土壤pH和全磷(P)对土壤酶的活性影响不大,而不同土壤类型中的全氮(N)和土壤含水率与部分土壤酶活性呈显著相关。不同土壤类型的土壤酶相关性表现各异。     

Post‐fire recovery of revegetated woodland communities in south‐eastern Australia

The primary goal of restoration is to create self‐sustaining ecological communities that are resilient to periodic disturbance. Currently, little is known about how restored communities respond to disturbance events such as fire and how this response compares to remnant vegetation. Following the 2003 fires in south‐eastern Australia we examined the post‐fire response of revegetation plantings and compared this to remnant vegetation. Ten burnt and 10 unburnt (control) sites were assessed for each of three types of vegetation (direct seeding revegetation, revegetation using nursery seedlings (tubestock) and remnant woodland). Sixty sampling sites were surveyed 6 months after fire to quantify the initial survival of mid‐ and overstorey plant species in each type of vegetation. Three and 5 years after fire all sites were resurveyed to assess vegetation structure, species diversity and vigour, as well as indicators of soil function. Overall, revegetation showed high (>60%) post‐fire survival, but this varied among species depending on regeneration strategy (obligate seeder or resprouter). The native ground cover, mid‐ and overstorey in both types of plantings showed rapid recovery of vegetation structure and cover within 3 years of fire. This recovery was similar to the burnt remnant woodlands. Non‐native (exotic) ground cover initially increased after fire, but was no different in burnt and unburnt sites 5 years after fire. Fire had no effect on species richness, but burnt direct seeding sites had reduced species diversity (Simpson's Diversity Index) while diversity was higher in burnt remnant woodlands. Indices of soil function in all types of vegetation had recovered to levels found in unburnt sites 5 years after fire. These results indicate that even young revegetation (stands <10 years old) showed substantial recovery from disturbance by fire. This suggests that revegetation can provide an important basis for restoring woodland communities in the fire‐prone Australian environment.     

黄土丘陵区植被类型与土壤微生物区系及生物量的关系

以陕西延安黄土丘陵区5种不同植被类型(人工刺槐林、天然侧柏林、天然辽东栎林、灌丛和裸地)为研究对象,分析了土壤微生物生物量碳、氮含量、细菌和真菌的丰度变化规律及其与土壤基本化学性质的关系。结果表明:(1)4种植被类型的土壤质量较之裸地都有不同程度的改善,总体趋势:天然林地人工林地裸地;(2)土壤微生物生物量碳、氮的总体趋势:天然林地最高,人工林次之,裸地最低,且与土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和速效磷(AP)极显著正相关(P0.01);(3)裸地土壤的细菌丰度最低,人工刺槐林真菌含量显著低于天然辽东栎林。细菌丰度与土壤营养状况呈显著正相关(P0.05),而真菌与土壤营养无明显相关性,只与土壤pH负相关。说明在该研究区域,植被类型与土壤质量对微生物资源都具有不同程度的作用。