三峡库区紫色土植被恢复过程的土壤团粒组成及分形特征

采用空间代替时间方法,研究了三峡库区紫色土植被恢复过程的土壤团粒结构特征。结果表明:与撂荒地相比,柏木新造林、幼龄林和中龄林表层土壤的5-2 mm干筛团聚体分别增加6.03%、10.32%和10.97%,而<0.25 mm干筛团聚体明显减少;各层土壤的≥0.25 mm水稳性团聚体均随植被恢复进程而明显增加,但其分形维数明显减小;紫色土水稳性团聚体的平均质量直径和几何平均直径均与≥5 mm团聚体呈极显著(P<0.01)正相关,与<0.25 mm团聚体呈极显著负相关,相反地,分形维数与<0.25 mm团聚体呈极显著正相关。研究表明三峡库区植被恢复能有效改善紫色土土壤团粒结构,且随植被恢复年限增加而增强,但是,对郁闭度过大的柏木中龄人工林,应适当抚育间伐。     

长期不同植被覆盖对黑土团聚体内有机碳组分的影响

为探究黑土团聚体内土壤有机碳(SOC)的“分馏”特征, 揭示不同植被覆盖下土壤团聚体的固碳机制, 该文以中国科学院海伦农业生态系统国家野外综合研究站内不同植被覆盖(草地、农田和裸地)长期定位实验的土样为研究对象, 利用团聚体湿筛分组、有机碳物理和化学分组相结合的方法, 研究了黑土团聚体及其内部的碳密度和腐殖质组分的碳分配特征。研究发现, 黑土经过不同植被覆盖31年后, 长期草地覆盖使土壤表层SOC、全氮(TN)含量显著增加, 农田和无植被覆盖的裸地SOC含量减少, 且在裸地显著降低。3种处理中, 2-0.25 mm (含2 mm, 下同)粒级团聚体均为优粒级。土壤团聚体的稳定性顺序为草地>农田>裸地。草地覆盖使土壤大团聚体的比例和有机碳库增加, 微团聚体和粉黏粒所占比例和碳库均减少, 说明草地覆盖促进了土壤大团聚体形成, 土壤固碳能力显著增强。而农田和裸地因外源碳投入少, 有机碳含量均是微团聚体>大团聚体>粉黏粒, SOC主要分布在微团聚体中。不同植被覆盖处理对土壤团聚体内密度组分和腐殖质各组分碳的富集“分馏”作用很明显, 与农田和裸地相比, 长期草地植被覆盖处理>2 mm和2-0.25 mm粒级团聚体中轻组碳含量富集的较多, 2-0.25 mm粒级团聚体中富里酸、胡敏酸和胡敏素的碳富集均最高, 而农田和裸地促进了微团聚体内腐殖质碳的富集。草地覆盖显著增加了大团聚体内活性有机碳组分, 来源于植物的碳首先进入到大粒径的团聚体中, 使土壤团聚结构显著改善, 农田和无植被覆盖的裸地土壤中轻组碳含量显著降低, 团聚体内有机碳以重组碳和胡敏素为主, 稳定化程度更高。     

长期不同植被覆盖对黑土团聚体内有机碳组分的影响

为探究黑土团聚体内土壤有机碳(SOC)的"分馏"特征,揭示不同植被覆盖下土壤团聚体的固碳机制,该文以中国科学院海伦农业生态系统国家野外综合研究站内不同植被覆盖(草地、农田和裸地)长期定位实验的土样为研究对象,利用团聚体湿筛分组、有机碳物理和化学分组相结合的方法,研究了黑土团聚体及其内部的碳密度和腐殖质组分的碳分配特征。研究发现,黑土经过不同植被覆盖31年后,长期草地覆盖使土壤表层SOC、全氮(TN)含量显著增加,农田和无植被覆盖的裸地SOC含量减少,且在裸地显著降低。3种处理中, 2–0.25 mm (含2 mm,下同)粒级团聚体均为优粒级。土壤团聚体的稳定性顺序为草地农田裸地。草地覆盖使土壤大团聚体的比例和有机碳库增加,微团聚体和粉黏粒所占比例和碳库均减少,说明草地覆盖促进了土壤大团聚体形成,土壤固碳能力显著增强。而农田和裸地因外源碳投入少,有机碳含量均是微团聚体大团聚体粉黏粒, SOC主要分布在微团聚体中。不同植被覆盖处理对土壤团聚体内密度组分和腐殖质各组分碳的富集"分馏"作用很明显,与农田和裸地相比,长期草地植被覆盖处理2 mm和2–0.25 mm粒级团聚体中轻组碳含量富集的较多, 2–0.25 mm粒级团聚体中富里酸、胡敏酸和胡敏素的碳富集均最高,而农田和裸地促进了微团聚体内腐殖质碳的富集。草地覆盖显著增加了大团聚体内活性有机碳组分,来源于植物的碳首先进入到大粒径的团聚体中,使土壤团聚结构显著改善,农田和无植被覆盖的裸地土壤中轻组碳含量显著降低,团聚体内有机碳以重组碳和胡敏素为主,稳定化程度更高。     

宁南山区植被恢复对土壤团聚体养分特征及微生物特性的影响

测定了宁夏黄土丘陵区植被恢复近30年的天然草地和农地不同粒径团聚体的土壤养分含量、微生物生物量、呼吸特性和生态化学计量比等指标,探索黄土丘陵区植被恢复对不同粒径土壤团聚体的养分特性和微生物学性质的影响.结果表明: 微团聚体(粒径<0.25 mm)质量百分比、各粒径土壤团聚体养分(有机碳、全氮、速效钾)含量、C/N均表现为天然草地大于农地,其中1～2 mm粒径团聚体有机碳、全氮含量在天然草地和农地中均最高,C/N也较高,说明植被恢复能有效促进土壤团粒的形成,适宜养分积累和有机碳的汇集,且在1～2 mm粒径团聚体上表现最为突出;天然草地各粒径土壤团聚体微生物生物量(碳、氮)、基础呼吸强度均高于农地,而呼吸熵低于农地,可见植被恢复措施可有效提高各粒径土壤微生物生物量与活性,并使土壤生境趋于稳定;但由于养分特性的差异,不同粒径团聚体微生物特性对植被修复的响应存在差异,其中天然草地土壤1～2 mm粒径团聚体微生物生物量碳,<0.25、0.25～1、1～2 mm粒径团聚体微生物生物量氮,以及1～2、>5 mm粒径团聚体基础呼吸强度显著高于其他粒径,即上述粒径团聚体的微生物生物量和微生物活性在植被恢复过程中逐渐被改善.表明宁南山区植被恢复有效改善了土壤团聚体的肥力状况与结构特征,且1～2 mm粒径团聚体的改良效果最为突出.     

岩溶槽谷区植被恢复对土壤团聚体有机碳及碳库管理指数的影响

为揭示岩溶槽谷区植被恢复对土壤结构、土壤有机碳积累和碳库管理水平的影响,该研究选取了弃耕地、林地和草地三种土地利用方式,测定0～20 cm土层土壤团聚体组成、土壤有机碳(SOC)、团聚体有机碳以及土壤易氧化有机碳(EOC)含量。结果表明:(1)与弃耕地相比,林地和草地土壤团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均重量直径(MGD)和2～5 mm团聚体含量显著增加,林地和草地土壤团聚体组成以2～5 mm为主,弃耕地以0.5～1 mm和0.25 mm为主,表明退耕还林还草能够促进土壤团聚体形成和稳定。(2)土壤团聚体有机碳含量呈现出林地草地弃耕地,随团聚体粒级增加而增加的趋势;林地和草地以2～5 mm团聚体有机碳贡献率最大,弃耕地则以0.25 mm团聚体贡献为主,表明弃耕地转变为林地和草地后,土壤SOC积累主要归功于2～5 mm有机碳含量的增加,以及团聚体由小粒径向大粒径转变。(3)与弃耕地比较,林地和草地土壤SOC、EOC含量和碳库管理指数(CPMI)均显著提高,其中土壤EOC含量和CPMI变化较为明显;土壤EOC可作为土壤碳库早期变化的有效指标,CPMI能够良好地表征植被恢复对土壤SOC和EOC的影响。     

半干旱黄土区植被恢复对土壤团聚体稳定性及抗侵蚀能力的影响

土壤水稳性团聚体强烈影响土壤过程和功能,是反映土壤质量和土壤抗侵蚀能力的重要指标。为探究半干旱黄土区植被恢复对土壤抗侵蚀能力的影响,以甘肃省定西市龙滩流域为研究区,选取3种恢复方式（天然荒草、自然恢复、人工恢复）7种植被类型（大针茅草地、长芒草草地、赖草草地、苜蓿草地、柠条灌丛、山杏林以及油松林）为研究对象,通过测定0-20 cm、20-40 cm和40-60 cm土壤水稳性团聚体,分析土壤团聚体组成、稳定性及抗侵蚀能力特征。结果表明：1）不同恢复方式不同植被类型间土壤水稳性团聚体稳定性差异显著（P<0.05）,自然恢复方式的土壤水稳性团聚体平均重量直径显著高于天然荒草和人工恢复方式,且7种植被类型土壤大团聚体质量百分比均在67.97%-90.12%之间;人工恢复方式土壤水稳性团聚体稳定性较差,其中油松林稳定性最差。2）土壤团聚体破坏率和土壤抗侵蚀能力均表现出自然恢复方式更有利于土壤结构稳定性的提高。3）土壤水稳性大团聚体含量越高,土壤团聚体越稳定,土壤结构稳定性就越好;平均重量直径与土壤可蚀性因子K值呈极显著性负相关（P<0.01）。本研究结果表明自然恢复方式能够显著提高土壤团聚体的稳定性,从而提升土壤的抗侵蚀能力,建议当地在未来植被恢复规划中采取自然恢复方式更有利于生态恢复的有效进行。     

不同土地利用方式对黄河三角洲土壤物理特性的影响

黄河三角洲是我国成土最快的河口三角洲之一,探索其土地利用过程中不同土地利用方式对土壤物理性质的影响,对该区土壤肥力保持和土地资源的持续利用具有重要意义。选择黄河三角洲棉田、麦田、苇地、碱蓬地和裸地等5种不同的土地利用方式,通过野外调查与室内分析,研究不同土地利用方式下土壤主要物理特性的变异特征及影响因素。结果显示,与裸地土壤相比,有植被土地利用方式土壤容重降低,土壤孔隙度、团聚体水稳性、饱和含水量与毛管含水量也有相应的提高;土壤有机碳和速效氮、有效磷含量均有显著增加,土壤总盐分含量呈显著降低趋势。在所研究土壤中,土壤物理性质依麦田-棉田-苇地-碱蓬地-裸地的次序从最佳向最差过渡。逐步回归分析和相关分析表明土壤容重、团聚体平均重量直径和毛管孔隙度是土壤毛管含水量的主要影响因子,团聚体水稳性主要由大于0.25 mm水稳性团聚体含量和毛管孔隙度决定,土壤总盐分含量影响土壤饱和导水率;大于0.25 mm水稳性团聚体含量分别与土壤有机碳含量(r=0.8323)、速效氮含量(r=0.7558)和有效磷含量(r=0.9049)具有正相关关系。因此,黄河三角洲地区土地利用应以增加有机质的投入,提高土壤水稳性团聚体形成为基础,促进土壤良好结构形成。这些结果为该区土壤肥力提高和土壤资源可持续利用提供参考依据。     

应用Le Bissonnais 法研究黄土丘陵区植被类型对土壤团聚体稳定性的影响

植被类型直接影响土壤特性,对土壤团聚体的形成和稳定性有重要影响,水稳性团聚体是反映黄土高原土壤抗蚀性的最佳指标。本文选择黄土丘陵区延河流域作为研究区域,应用Le Bissonnais(LB)法和Yoder法测定了森林、森林草原两种植被类型下土壤水稳性团聚体稳定性,对比分析了LB法3种处理的结果,并计算土壤团聚体平均重量直径（MWD）和可蚀性因子K值。结果表明：在LB法3种湿润处理下,预湿后扰动处理（WS）对土壤团聚体结构的破坏程度最大,处理后土壤水稳性团聚体以<0.2 mm为主;快速湿润处理（FW）对团聚体的破坏程度次之;慢速湿润处理(SW)对团聚体的破坏程度最小,处理后土壤水稳性团聚体主要以>2 mm团聚体为主;说明黄土丘陵区延河流域土壤团聚体破坏的主要机制是气爆作用（消散作用）和机械扰动。LB法的3种处理结果中预湿后扰动的测定结果与传统的湿筛法（Yoder法）更接近。LB法包含Yoder法的基本原理,能够全面、准确的测定土壤团聚体结构,适宜作为黄土丘陵区土壤团聚体测定方法。森林植被类型的土壤团聚体平均重量直径（MWD）大于森林草原植被类型,而且SW>FW>WS,但可蚀性因子K值却是森林植被类型小于森林草原植被类型。土壤水稳性团聚体由小颗粒向大颗粒转变,土壤结构趋于稳定。不同植被类型下土壤有机质含量不同,土壤团聚体形成过程及土壤团聚度也有差异,因而造成土壤可蚀性和土壤抗蚀性能不同。     

云雾山草原区不同植被恢复阶段土壤团聚体活性有机碳分布特征

以宁夏云雾山草原自然保护区不同植被群落为研究对象,对0～20 cm土层土壤团聚体活性有机碳分布特征进行分析.结果表明:(1)不同植被群落土壤团聚体活性有机碳含量顺序为退耕草地<百里香群落<铁杆蒿群落<大针茅群落<长芒草群落,与退耕草地相比,封育草地各粒径团聚体活性有机碳含量均显著提高 (P<0.05),表明随着植被的恢复土壤团聚体活性有机碳含量提高并趋于稳定,土壤碳汇效应有可能增强.(2)植被恢复主要影响大团聚体(>0.25 mm)中活性有机碳含量,其中0.5～0.25 mm粒径团聚体中活性有机碳含量最高,微团聚体(<0.25 mm)中活性有机碳含量最低.(3)植被恢复前期(退耕草地-铁杆蒿群落)0～10 cm土层>0.5 mm粒径团聚体中活性有机碳含量较10～20 cm土层有所增加,<0.5 mm粒径团聚体活性有机碳含量变化不大,恢复至后期到长芒草阶段时,0～10 cm土层<0.5 mm粒径团聚体中活性有机碳含量也开始提高, 各粒径0～10 cm土层团聚体活性有机碳含量均比10～20 cm土层有所提高.(4)相关性分析表明,土壤团聚体活性有机碳含量与土壤团聚体总有机碳含量呈极显著线性正相关关系(r=0.9394),团聚体活性有机碳含量可以作为衡量土壤团聚体有机碳动态的一个敏感性指标.     

宁南黄土丘陵区不同植被下土壤入渗性能

应用新型的坡面人工模拟降雨条件下径流-入渗-产流测量仪器,野外测定了宁夏南部山区不同植被下不同雨强的土壤入渗性能,并分析了不同植被下土壤团聚体含量与土壤稳渗率的关系.结果表明,不同植被类型土壤入渗率与降雨历时之间的关系曲线均符合幂函数y=a+be^-cx(R²=0.9678～0.9969).随着雨强的增大,坡耕地的土壤稳渗率降低,而苜蓿地、天然草地及柠条林地则增大.20 mm·h^-1雨强下,土壤降雨入渗转化率依次为苜蓿地>坡耕地>天然草地>柠条林地;40和56 mm·h^-1雨强下,土壤降雨入渗转化率依次为苜蓿地>天然草地>坡耕地、柠条林地;土壤降雨入渗转化率随着雨强的增大而降低.坡耕地退耕后,随着植被的恢复,土壤>0.25 mm水稳性团聚体含量增加,土壤入渗性能提高.研究区植被的恢复与重建改善了土壤结构、提高了土壤入渗性能和坡面降雨利用潜力.     

黄土高寒区典型植被类型土壤入渗特征及其影响因素

为了研究黄土高寒区典型植被在不同坡位下土壤入渗性能差异及其影响因素,采用恒定水头法测定了不同植被类型的土壤入渗过程,并分析了土壤孔隙状况、机械组成、水稳性团聚体等与渗透速率的相关性。结果表明:(1)初渗速率和稳渗速率均表现为青海云杉祁连圆柏华北落叶松荒草地,且差异性显著;同一植被类型的土壤入渗速率沿坡面向下逐渐增大,但差异性不显著;(2)对不同植被类型的土壤入渗过程模拟发现Horton模型拟合效果最好,决定系数均在0.8以上,通用经验模型拟合精度较差,决定系数在0.614—0.982之间;(3)土壤入渗性能与孔隙状况、水稳性团聚体质量分数、有机质含量均有极显著相关性;0.25 mm团聚体质量分数是影响稳渗速率的主要决策因素;总孔隙度是影响初渗速率的最主要的决策因素,而毛管孔隙度是主要的限制因子。为高寒地区土壤入渗模拟以及植被配置等提供了科学依据。     

黄土高原不同土壤结构体有机碳库的分布

根据不同植被类型和土壤类型,分别从黄土高原不同地域分层（0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm）采集22个土壤剖面样品,研究土壤有机碳库在不同结构体中的分布特征.结果表明,所有结构体,从表层向下有机碳含量和贮量皆呈递减趋势;而各土层,从＞5 mm、2～5 mm、1～2 mm到0.25～1 mm结构体有机碳含量呈递增趋势,而从0.25～1 mm到＜0.25 mm呈下降趋势,以0.25～1 mm结构体中有机碳含量最高.由于不同大小结构体所占比例不同,因此不同结构体中的有机碳贮量与含量并不完全一致：从＞5 mm、2～5 mm到1～2 mm结构体中有机碳贮量呈递减趋势,而从1～2 mm、0.25～1 mm到＜0.25 mm呈递增趋势,以1～2 mm结构体有机碳贮量最低.有机碳含量除土垫旱耕人为土在＜0.25 mm结构体中最大外,干湿砂质新成土、黄土正常新成土和简育干润均腐土在0.25～1 mm结构体中最高;但有机碳贮量在干湿砂质新成土和黄土正常新成土中以＜0.25 mm结构体所占比例最大,在简育干润均腐土和土垫旱耕人为土中以＞5 mm结构体所占比例最大.在不同植被下有机碳含量、贮量不同,表现为自然林地＞裸地＞人工林地＞农地.     

黄土高原天然次生林植被演替过程中土壤团聚体有机碳动态变化

土壤团聚体物理保护是促进有机碳积累主要机制之一。以黄土高原子午岭林区天然次生林植被演替群落为对象,研究从农田、草地（白羊草,Bothriochloa ischaemum）、灌木林（沙棘,Hippophae rhamnoides）、先锋林（山杨,Populus davidiana）到顶级林（辽东栎,Quercus liaotungensis）5个植被演替阶段0-20 cm土壤团聚体稳定性和团聚体有机碳的动态变化,并分析团聚体有机碳的影响因素。结果表明：土壤团聚体稳定性随着植被演替显著提高（P<0.05）,顶级林的团聚体稳定性最高;土壤有机碳含量和各粒径土壤团聚体（> 2 mm、2-0.25 mm、0.25-0.053 mm、<0.053 mm）有机碳含量均随着植被演替而增加。除草地0.25-0.053 mm团聚体有机碳含量最高外,其他演替阶段均为0.25-2 mm粒径最高。根系生物量、凋落物生物量、微生物生物量碳、团聚体稳定性均与团聚体有机碳含量呈显著正相关关系（P<0.05）。总体而言,长期植被演替有助于团聚体稳定性和团聚体有机碳累积。     

套种对南方红壤坡耕地经济果园土壤团聚体分布及稳定性的影响

为研究红壤丘岗区经济果园套种模式对新改坡耕地土壤团聚体分布及稳定性的影响,以坡度约12°、坡长18 m、宽度1.5 m的12个猕猴桃种植试验小区为对象,设计连续3年套种紫薯(PSP)、毛叶苕子(HV)、荒草(W)3种模式,以无植被覆盖裸地(CK)为对照,测定不同坡位0～15 cm表层土壤团聚体指标。结果表明:套种处理的土壤水稳定性团聚体(WR_>0.25)数量和大小均有不同程度增大趋势,其增幅顺序为PSP>HV>W>CK。土壤团聚体结构破坏率(PAD)和分形维数(D)的顺序为CK>W>HV>PSP,表明套种紫薯坡地土壤团聚体的稳定性最好,毛叶苕子次之。沿顺坡方向,所有处理WR_>0.25含量、团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)均呈减小趋势,而PAD和D呈逐渐增大趋势,表明新改坡耕地土壤的结构性沿坡长方向呈现变差的趋势。D与MWD、GMD、>0.25 mm团聚体含量均呈显著负相关。套种能够增加丘岗坡地经济果园土壤团聚体数量和大小,改善土壤团粒结构,提高土壤质量。     

植物篱-农作坡地土壤团聚体组成和稳定性特征

基于植物篱控制水土流失的长期定位试验,研究植物篱-农作坡地土壤团聚体组成和稳定性特征.结果表明： 与常规等高农作模式相比,植物篱-农作复合农业模式下土壤>0.25 mm机械稳定性和水稳性团聚体含量分别显著增加13.3%~16.1%和37.8%~55.6%,明显提高了各坡位粒级>0.25 mm土壤水稳性团聚体含量,改善了粒级>0.25 mm土壤水稳性团聚体在下坡位的相对富集和上坡位相对贫乏的状况.植物篱显著提高了土壤团聚体平均质量直径和几何平均直径,降低了土壤团聚体分形维数和>0.25 mm土壤团聚体破坏率,进而增强了土壤团聚体的稳定性和抗蚀性.坡度与植物篱类型对土壤团聚体组成、稳定性和坡面变化无显著影响.     

植物篱-农作坡地土壤团聚体组成和稳定性特征

基于植物篱控制水土流失的长期定位试验,研究植物篱-农作坡地土壤团聚体组成和稳定性特征.结果表明： 与常规等高农作模式相比,植物篱-农作复合农业模式下土壤>0.25 mm机械稳定性和水稳性团聚体含量分别显著增加13.3%~16.1%和37.8%~55.6%,明显提高了各坡位粒级>0.25 mm土壤水稳性团聚体含量,改善了粒级>0.25 mm土壤水稳性团聚体在下坡位的相对富集和上坡位相对贫乏的状况.植物篱显著提高了土壤团聚体平均质量直径和几何平均直径,降低了土壤团聚体分形维数和>0.25 mm土壤团聚体破坏率,进而增强了土壤团聚体的稳定性和抗蚀性.坡度与植物篱类型对土壤团聚体组成、稳定性和坡面变化无显著影响.