陕西洛川旱塬苹果园地深层土壤水分和养分特征

测定了陕西洛川旱塬11、15、20、25和43龄苹果园地0～1500 cm土层土壤湿度和0～300 cm土层土壤有机质、全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾含量,分析了测定深度范围内土壤干燥化情况、各养分指标丰缺状况及其随种植年限和土层深度的变化特征.结果表明： 11、15、20、25和43龄苹果园地0～1500 cm土层土壤湿度依次为18.6%、13.7%、170％、11.5%和13.1%,随树龄增加果园土壤湿度总体呈降低趋势,有补灌果园土壤尚未发生干燥化,而旱作果园均发生了轻度或中度干燥化,0～300 cm土层土壤湿度高于麦田.0～300 cm土层土壤有机质、全氮和碱解氮含量分别小于10 g·kg^-1、0.75 g·kg^-1和50 mg·kg^-1,均处于亏缺状态;速效磷含量介于3.30～6.42 mg·kg^-1,总体表现为浅层适宜、深层亏缺状态,速效钾含量介于78.09～98.31 mg·kg^-1,尚未亏缺.果园0～100 cm土层有机质和氮、磷、钾含量均高于100～300 cm土层.随果树种植年限增加,土壤有机质、全氮、碱解氮含量及土壤养分指数（SNI）均表现为先增加后降低趋势;除全钾外,随土层深度增加,各养分含量在0～100 cm土层范围内快速降低,之后维持相对稳定.土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷和速效钾含量之间呈极显著正相关,而全钾与其他6个养分指标之间的相关性不显著.     

半干旱黄土区苜蓿草地轮作农田土壤氮、磷和有机质变化

大田试验研究了多年生苜蓿草地轮作农田2年内的耕层土壤氮、磷养分和有机质变化.结果表明,与苜蓿连作相比,苜蓿草地轮作成农田后,土壤N和有机质消耗增加,2年中耕层土壤全氮含量平均分别下降了5.4%和19.5%、有机质下降了46.8%和28.2%,土壤全磷无显著变化;轮作提高了土壤氮、磷养分有效性及其活化率,土壤硝态氮含量2年分别提高了15.5%和159.1%、速效磷含量提高了44.5%和48.0%,差异显著.不同轮作方式对土壤养分变化有显著影响.苜蓿草地轮作后第2年,种植春小麦与种植玉米相比差异显著,种植马铃薯和休闲处理土壤养分变化幅度处于二者之间.种植春小麦能够维持农田土壤肥力生长季平衡,种植玉米增加了对土壤全氮、有机质和速效磷的消耗,土壤养分含量出现季节性下降,C/N和C/P降低.在半干旱地区多年生苜蓿草地向农田转变过程中,以轮作春小麦为宜,应避免种植玉米作物,以维持农田肥力平衡.     

黄土高原不同类型旱区苜蓿草地水分生产潜力与土壤干燥化效应模拟

在模型验证和数据库组建基础上,用WinEPIC模型定量模拟研究了黄土高原半湿润区长武、半干旱区固原和半干旱偏旱区海原20～30年内苜蓿草地水分生产潜力、10m土层土壤有效含水量和土壤湿度剖面分布特征的动态变化.结果表明:长武、固原和海原苜蓿草地水分生产潜力模拟值随降水量变化而呈现波动性降低趋势,其平均值分别为8.81、3.83和2.48t.hm-2;长武、固原和海原苜蓿草地10m土层逐月土壤有效含水量模拟值均呈现明显的波动性降低趋势,模拟初期,4～8年生苜蓿草地土壤干燥化趋势十分强烈,此后,随降水量变化长期在较低水平上波动;随着苜蓿生长年限的延长,苜蓿草地土壤干层逐年加深、加厚,长武、固原和海原土壤干层分布深度达到10m所需时间依次为6、6和4年,此后苜蓿草地降水渗深以下土层长期维持较为稳定的干燥化状态;苜蓿草地水分持续利用的合理年限为半湿润区8～10年,半干旱区6～8年,半干旱偏旱区4～6年.     

樟子松固沙林生长对土壤磷素变化的影响

磷是森林生态系统重要养分元素之一,是干旱半干旱地区植物生长的限制性因子。然而沙质草地转化为人工林生态系统后,林分的生长对沙地土壤磷素的变化及其影响机理还不清晰,为沙地合理经营和管理人工林带来了不确定性。以辽宁省章古台地区各生长阶段(幼龄林、中龄林、成熟林和过熟林阶段)的20块樟子松固沙林样地(在各生长阶段林分附近寻找1块天然草地作为对照样地)为研究对象,取样并测定样地各土层(0—10、10—20、20—40、40—60、60—80、80—100 cm)的土壤磷(全磷和速效磷)、土壤氮(全氮和速效氮)、土壤钾(全钾及速效钾)、土壤有机碳等含量以及土壤含水率、土壤pH值、土壤质地、土壤容重等因子值,并进行统计分析。结果表明:沙质草地营造樟子松人工林后,土壤全磷含量随林龄的增加而逐渐递增,成熟林时期达到最高,过熟林地全磷降低,且土壤全磷对土层深度不敏感。成熟林地的速效磷含量略高于幼林和中龄林;虽然与幼林、中龄林没有显著差异,但过熟林的土壤速效磷含量是所有林分中最低的。除了林分生长影响外,草地营造樟子松林后,土壤全磷的变化还受土壤容重和土壤速效氮含量的影响,而土壤速效磷的变化受土壤有机碳和pH...     

不同草地类型对三江源区草地土壤养分的影响

对三江源区原生高寒草甸草原、退化高寒草甸草原、退化高寒草原和人工草地4种不同草地类型中,草地土壤养分的含量进行了测定,结果表明;高寒草甸草原随着退化程度的加重,全氮、有效氮、全磷、有效磷、有效钾均在土壤表层含量降低,中下层土壤含量升高。原生高寒草甸草原全氮、全磷、有效磷含量在中层土壤含量升高,而有效氮、有效钾含量随着土层加深逐渐降低。退化高寒草原全氮、全磷含量随土层加深变化较不明显,有效氮在中层土壤含量较多随后急剧下降,有效磷和有效钾随土层加深逐渐减少。人工草地各种土壤养分均呈现随土层逐步下降的态势,总体来看,人工草地在表层土壤的各种养分含量远远大于原生和退化草地,土壤速效养分受退化程度影响较大,其变化幅度明显高于全量养分,表层土壤养分受退化影响的程度较深层土壤大。     

黄土高原阴/阳坡向林草土壤水分随退耕年限的变化特征

研究地点位于半干旱的黄土高原区,在坡向导致的土壤水分差异的基础上,分析该区域撂荒草地和人工林地土壤水分随退耕年限的变化特征,进而以自然草地为参照,分析不同坡向人工林地土壤水分亏缺程度。结果表明:总体上,阴坡土壤水分显著高于阳坡,撂荒草地、自然草地和林地土壤水分在阴/阳坡之间的差异分别为:3.1%、2.6%、1.5%;可见,人工林地降低了由坡向导致的土壤水分的差异。在阴/阳坡上,撂荒草地土壤水分随退耕年限增加皆呈显著增加趋势,并且,总体上,土壤水分的增加程度随年限增加而增大,尤其在深层的土壤水分。而林地土壤水分在阴坡和阳坡皆呈显著降低的趋势;通过对比阴/阳坡不同土层土壤水分随退耕年限变化趋势,阳坡人工林地上层土壤水分(0—1m和1—2m)随年限增加降低程度有所减少,然而,较深层(2—3m和3—4m)土壤水分在后期降低程度更大,而阴坡土壤水分随年限增加的降低程度呈现与阳坡相反的趋势;人工刺槐林地导致的土壤水分亏缺程度(以自然草地土壤水分为参考)随着年限增加呈增加趋势,且随深度增加呈增加趋势,总体上,阳坡人工林地除0—1m土层的土壤水分亏缺程度高于阴坡,其余土层平均土壤水分亏缺程度在前、中、后期皆低于阴坡。     

黄土高原半湿润区苜蓿草地土壤干层形成及水分恢复

研究了黄土高原地区不同生长年限苜蓿草地0～1000 cm土层土壤水分消耗规律.结果表明,荒地与苜蓿草地土壤干层出现的区域及发生的程度不同:荒地在80～100 cm土层深度,出现轻度干层;生长年限低于8a(含8a)的苜蓿草地,在250～350 cm土层出现轻度干层,生长年限超过8a,出现中度干层,干层范围延至500 cm土层以下.苜蓿生长超过18a,0～200 cm上层土壤水分开始恢复,年均恢复1.49%;但在200～1000 cm土壤深层,18、26年生苜蓿草地土壤含水量仅为10.20%,深层土壤通体干化,水分难以恢复.     

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。     

半干旱黄土丘陵区不同人工植被恢复土壤水分的相对亏缺

土壤水分是制约半干旱黄土丘陵区植被恢复和生态建设的关键因子。而缺乏科学指导的人工植被恢复会加剧土壤水分耗竭,造成土壤水分亏缺,从而严重阻碍该区生态系统恢复和脆弱生境的有效改善。本研究以典型半干旱黄土丘陵区甘肃定西龙滩流域为例,对比不同植被恢复模式下土壤储水状况,并通过构建土壤水分相对亏缺指数CSWDI（Compared Soil Water Deficit Index）和样地土壤水分相对亏缺指数PCSWDI（Plot Compared Soil Water Deficit Index）进行定量化分析与评价,发现各人工植被均存在不同程度的土壤水分亏缺。其中,柠条、油松、山杏林地PCSWDI分别达到0.65、0.62、0.62,土壤水分亏缺严重,尤其是100 cm以下土层;山毛桃林地和苜蓿草地PCSWDI分别为0.38和0.17,在100—200 cm土层有一定程度的水分亏缺,但相对较轻;侧柏林地土壤水分的亏缺主要集中在20—100 cm这一层次,100 cm以下则随深度增加而降低;0—200 cm土层内,杨树林地、撂荒草地和马铃薯农地无显著水分亏缺,且在0—100 cm内土壤水分有一定的补充。CSWDI和PCSWDI能有效反映不同层次和样地土壤水分相对亏缺状况,可用于同一地区不同植被恢复模式土壤水分响应的定量化分析与评估。     

宁夏东部荒漠草原灌丛引入对土壤水分动态及亏缺的影响

全球气候变化背景下,荒漠草原人工灌丛引入加速其灌丛化进程,对草原土壤水分产生重要影响。为了解宁夏东部荒漠草原灌丛引入过程中土壤水分动态及亏缺现状,选取了封育草地、放牧草地、不同年限(3a、12a、22a)和间距(40 m、6 m、2 m)灌丛柠条(Caragana korshinskii)地进行土壤水分测定,并利用土壤水分相对亏缺指数(compared soil water deficit index,CSWDI)、样地土壤水分相对亏缺指数(plot compared soil water deficit index,PCSWDI)对土壤水分亏缺进行定量分析。结果表明:灌丛引入过程中不同年限、间距灌丛地0—200 cm土层土壤含水量均显著低于封育草地与放牧地(P0.05);各样地季节动态均表现为春季返潮、夏季消耗、秋季蓄积的季节规律,但不同年限、间距灌丛地表现为春季返潮微弱,土壤含水量仅为7.80%—10.90%,显著低于封育草地和放牧地(11.90%—16.09%);灌丛引入过程中各灌丛地0—100 cm有效储水量(-16.98—18.69 mm)均低于封育草地(34.67 mm),虽在种植22a灌丛地和2 m间距灌丛地略有升高,仍不足20.00 mm。土壤水分相对亏缺量(除封育草地外)为6.69—97.16mm;灌丛引入过程中各样地不同土层CSWDI值呈波动变化,除封育草地各土层无显著的亏缺外,其他样地均存在亏缺,亏缺值为0.03—12.10,PCSWDI值均随着灌丛引入年限和密度的增加呈增大趋势。荒漠草原灌丛引入过程产生土壤水分过度利用,使得土壤水分亏缺,并加剧其深层土壤水分的消耗。     

黄土高原半干旱区土壤干层水分恢复研究

黄土高原土壤干层是一个重要的生态环境问题,研究干层土壤水分的恢复对正确指导黄土高原退耕还林还草,实现该区土地的可持续利用具有重要意义。研究在黄土高原半干旱区的固原县,选择了将紫花苜蓿翻耕后3a、12a的坡耕地,对其土壤干层的水分恢复状况进行了分析。发现二者土壤干层水分最大恢复深度分别为3m、4．8m,但土壤水分含量在中效水及其之上的主要恢复层深度分别为2m、2．2m。苜蓿翻耕3a和12a后2m以上土层土壤平均湿度都能恢复到易效水或极易效水的水平,可以满足1年生农作物的生长需求而不会进一步恶化土壤水分生态环境。但即使苜蓿翻耕12a后土壤水分,也不能满足林木和多年牛豆科牧草正常生长的水分需求。     

半干旱区沙质退化草地造林对土壤质量的影响

采用野外调查与室内培养相结合的方法,研究了我国北方半干旱区科尔沁沙地退化草地营造樟子松人工林32年后0～10 cm表层土壤理化性状、土壤碳氮矿化量、土壤微生物量以及土壤酶活性等的变化. 结果表明32年生樟子松人工林土壤有机碳、全氮和全磷等养分含量分别下降了21%、42%和45%;5月和11月樟子松人工林土壤NH4 -N显著高于草地(P=0.001;P=0.019),而5、8和11月草地土壤NO3--N含量显著高于樟子松人工林(P＜0.001;P=0.048;P=0.031);5、8和11月樟子松人工林土壤有机碳日矿化释放的CO2-C量均大于草地,而二者土壤氮矿化率差异不显著(P＞0.05);5和8月樟子松人工林土壤微生物量碳含量与草地相比差异不显著,11月则显著高于草地;土壤养分和水分含量是影响土壤微生物量碳含量的重要因素;与草地相比,樟子松人工林土壤脲酶和蔗糖酶活性降低,而土壤过氧化氢酶活性升高. 上述结果说明半干旱区沙质退化草地营造樟子松人工林32年后土壤质量出现一定程度的下降;由于植被的改变,樟子松人工林土壤理化性状和生物学性状等表现出与草地不同的季节动态特征.造林作为我国北方半干旱区沙地退化生态系统的一种恢复手段具有一定的局限性.     

半干旱区沙地蒿类植被建成对土壤细菌的影响

半干旱区沙地土壤发育早期依赖固沙植被建成,油蒿和差巴嘎蒿作为我国北方半干旱区沙地半灌木植物群落的主要先锋种和建群种,研究其建成对土壤细菌群落变化的影响对沙质草原生态系统稳定性有重要意义。因此,围绕两个典型的半干旱区(科尔沁沙地和毛乌素沙地),通过高通量测序的方法探讨了蒿类群落生长前后两个阶段(流动沙丘和藓类结皮)的土壤细菌多样性和群落组成变化规律,结果表明:(1)植被建成前后,土壤总碳、总氮、全磷、电导率和含水率均有显著差异,而pH值在不同阶段变化不显著;(2)植被建成前后,土壤细菌多样性变化不显著,但是细菌群落组成在不同阶段具有较大差异。在门类水平上,厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)和放线菌(Actinobacteria)均是两个阶段的优势菌,但随着蒿类植被建成和土壤养分的积累,厚壁菌门的相对丰度降低,变形菌门和放线菌门的相对丰度增加;(3)两个阶段,不同深度土壤理化性质和优势菌的相对丰度均存在变化;(4)两种典型沙地土壤理化特性和细菌群落在植被建成前后的变化规律存在共性。通过空间代替时间序列的方法,阐明了土壤细菌群落随着半干旱沙地同类型植被建成的变化模式,可为总结半干旱区植被恢复与成土过程的关系提供参考和思路。     

中国干旱半干旱区潜在植被演替

研究中国干旱半干旱区植被背景,成为其生态环境建设方面的基础性和指导性的工作。潜在植被作为一种与所处立地达到平衡的演替终态,反映的是无人类干扰的情况下,立地所能发育形成的最稳定成熟的一种顶极植被类型,是一个地区现状植被的发展趋势,对本地区植被生态的恢复和重建具有重要的指导意义。以综合顺序分类法为基本理论方法,在GIS研究方法支持下,采用中国干旱半干旱区119个气象观测站1961-2005年的年降水数据与115个气象观测站1961-2005的>0℃年积温数据,以15a的年平均数据为时间周期,对中国干旱半干旱区潜在植被的演替进行了分析,得出了以下结论:在中国干旱半干旱区,潜在植被类型之间发生了复杂的演替过程。1961-1975年间,分布在中国干旱半干旱区的潜在植被有10种类型,由于气候变化,到20世纪90年代后期仅剩6种类型。在潜在植被类型之间的转化特征与数量方面,表现出3种特点,稳定减少、稳定增加与波动性变化。在潜在植被类型地理分布格局变化与发展方向方面,演替明显的地区主要有:吐鲁番盆地、锡林郭勒高原北部、呼伦贝尔高原、太平岭地区;在发展方向上,潜在植被的空间变化方向(演替方向)均异。潜在植被类型演替的驱动因素主要是气候变化条件下,影响植被分布的水热条件发生了改变。     

长期灌溉施肥对半干旱区褐土氮、磷和钾库的影响

采用二次回归通用旋转组合设计 ,在辽西半干旱区进行了长期田间试验 ,研究灌水、施氮、施磷和施秸秆对土壤氮素含量的影响。结果表明 ,灌水在促进作物生长和提高产量的同时 ,使得土壤中的全氮和水解氮含量有所降低 ,施氮肥能够提高土壤中的氮素含量 ,土壤氮素含量随着磷肥施用量的增加先降低后增加 ,施秸秆能显著提高土壤氮素含量特别是水解氮含量。因此 ,秸秆施用是保持和提高土壤氮素营养的有效措施。     

包头市半干旱型森林公园土壤细菌多样性与功能

土壤微生物是城市公园生态系统中物质循环的主要驱动者, 但目前对于半干旱型城市公园森林土壤细菌群落结构和功能研究较少。本研究以包头市为例, 选取奥林匹克公园(AL)、劳动公园(LD)和阿尔丁植物园(ZW) 3个典型的森林公园, 利用Illumina高通量测序的方法对细菌16S rRNA V4-V5片段进行测序, 分析城市森林公园土壤细菌的多样性、群落构成以及背后的生态学构建机制, 并使用Tax4Fun对细菌群落代谢功能进行分析。结果表明, 土壤细菌丰富度指数为LD (2,443.00 ± 9.37) > ZW (2,392.90 ± 8.23) > AL (2,305.57 ± 17.48); 细菌群落以放线菌门、变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门为优势门。细菌群落组成在三个公园间存在显著差异, 同时线性判别分析效应大小(LEfSe)结果表明, 所有公园都具有多度显著差异的细菌可操作分类单元(OTUs); 中性群落模型(NCM)、标准化随机率(NST)和基于系统发育结合的零模型推断群落组装机制(iCAMP)分析显示, 城市森林土壤细菌群落的构建是由随机性过程和确定性过程共同驱动, 其中漂变和同质化选择占主导作用。Tax4Fun功能预测结果表明涉及膜运输、碳水化合物代谢、氨基酸代谢、能量代谢和信号转导的代谢是该城市公园林下土壤微生物的主要代谢功能, 进一步分析表明微生物群落的代谢功能在不同公园之间存在很大差异。本研究初步探究了半干旱型城市公园细菌的多样性、群落构建机制及其功能, 为城市公园绿地建设以及生态改善等提供一定的科学依据和实践指导。     

干旱半干旱区不同环境因素对土壤呼吸影响研究进展

土壤呼吸是全球陆地生态系统碳循环的重要环节,也是全球气候变化的关键生态过程。阐明和探讨影响土壤呼吸的各类环境因素,对准确评估陆地生态系统碳收支具有重要意义。干旱半干旱区是陆地生态系统的重要组成部分,研究该区域影响土壤呼吸的环境因素有助于深刻了解干旱半干旱区土壤碳循环过程。就土壤温度、土壤水分、降水、土壤有机质等非生物因子及植被类型、地上、地下生物量、土壤凋落物等生物因子两个方面对土壤呼吸的影响进行了综述。以干旱半干旱区的研究进展为主要论述对象,在上述因素中重点阐述了土壤温度、水分及其耦合作用下土壤呼吸的响应,并就土壤呼吸的Q10值及各影响因素间的交互作用进行归纳总结。在此基础上,说明了土壤温度和水分是影响干旱半干旱区土壤呼吸的主要因素。为了更准确的估算干旱半干旱区土壤呼吸速率,综合分析多种因子的交互影响,提出目前土壤呼吸研究存在的问题和今后重点关注的方向:1)不同尺度下干旱半干旱区土壤呼吸的研究;2)荒漠生态系统土壤呼吸研究;3)非生长季土壤呼吸研究;4)多因素协同作用土壤呼吸模型建立;5)测量方法的改进与完善。     

干旱半干旱草地生态系统与土壤水分关系研究进展

研究干旱半干旱草地生态系统与土壤水分关系和相互作用机理对于揭示草地生态系统稳定性及其水土关键要素的变化过程具有重要意义。从不同界面、不同尺度综述了草地生态系统对土壤水分的影响及草地生态系统的响应与适应机制,总结了草地生态系统与土壤水分关系模型研究的相关进展,并分析了气候变化对草地生态系统和土壤水分关系的影响。草地生态系统通过影响水文过程和生态过程来影响土壤水分,土壤水分在植物生长发育、形态、生理生态过程、种间关系、群落组成和结构以及草地生态系统功能等方面对草地生态系统产生影响;充分揭示草地生态系统-土壤水分相互作用机理是模型研究的关键;气候变化对草地生态系统植物与土壤水分关系具有重要影响。今后应加强以下研究:1)开展草地不同优势种和植物功能型与土壤水分关系的研究,找出能反映植物对土壤水分响应的性状指标,阈值响应点及适应机制;2)注重对不同时间和空间尺度上的转换和比较;3)加强个体、群体和生态系统尺度草地植物生长模型的研究及其与土壤-植被-大气水分传输模型的耦合;4)加强草地生态系统与土壤水分关系对气候变化响应的研究。