黄土高原不同演替阶段草地植被细根垂直分布特征与土壤环境的关系

研究了黄土区不同演替阶段草地植被细根垂直分布特征与土壤环境的关系,结果表明不同演替阶段草地植被细根生物量、根长密度、表面积、直径和比根长均具有明显的垂直分布特征。细根生物量、根长密度和细根表面积一般随土层加深而逐渐减少,且集中分布于0-40cm土层;随着演替的进行,除20a弃耕地外,0—80cm土层细根生物量、根长密度和细根表面积逐渐增加;除25a弃耕地外,细根直径随演替进行逐渐减小。0～100cm土层土壤含水量随演替进行而增加,不同演替阶段深层土壤水分较表层稳定。土壤容重的变化趋势为9〈4〈15〈20〈25a弃耕地,根系对表层土壤水分和容重的影响较大,而对深层土壤水分与容重影响较少。不同演替阶段细根各参数和土壤水分、容重差异均达到显著水平。各弃耕地细根参数之间,细根参数和土壤环境因子之间存在不同程度的相关关系,土壤含水量在草本植被的不同演替阶段均是影响其细根垂直分布的关键因素。土壤容重在演替早期对草本植被根系的影响较小,随着演替进行其影响作用进一步增强。     

甘肃兴隆山森林演替过程中的土壤理化性质

在森林群落恢复演替过程中,由于森林类型及其所处立地环境不同,森林与土壤相互作用过程具有复杂性。以甘肃兴隆山6种森林类型(青杄林、青杄-白桦林、山杨-白桦林、灌丛林、落叶松林和油松林)0—60 cm土壤层为研究对象,探讨森林恢复演替过程中土壤理化性质的变化规律,旨在为该区域退化森林生态系统恢复与重建提供依据。结果表明:1)在土壤剖面上,兴隆山森林土壤容重随深度的增加而逐渐增大,总孔隙度、毛管孔隙度、自然含水量、最大持水量、毛管持水量、田间持水量均随深度的增加而减小;pH值差异不显著,无明显变化规律;土壤有机质、全N、水解N、有效P、速效K均随深度的增加而变小,表聚效应明显;全P差异不显著,呈"圆柱体"分布模式;2)在森林恢复演替过程中,天然林容重、孔隙度、持水能力、渗透性明显好于人工林,随森林正向演替的进行,天然林容重不断减少,孔隙度明显改善,通透性能不断增强,而人工林土壤物理性质出现明显退化现象;天然林pH值在演替方向上并未表现出酸化现象;天然林土壤有机质、全N、水解N、有效P和速效K变化规律不明显,但总的变化趋势为先增加后减小;3)有机质与全N、水解N、最大持水量、毛管持水量、田间持水量呈显著正相关,而与容重呈显著负相关;全N与水解N呈显著正相关;土壤有机质在改善土壤理化性质和促进养分循环方面具有重要作用,已成为植被恢复过程中土壤变化的一个重要标志。     

子午岭植被演替过程中土壤剖面有机质与持水性能变化

研究表明,自然植被正向演替对土壤剖面有机质积累有显著促进作用,表现为：由弃耕地、草地、灌木、乔灌群聚到乔木的植被演替过程中,0-25cm土层有机质含量逐步增加,且演替初期的增加速度较快,而后增加速度相对变缓。植被演替过程中土壤有机质含量变化的主要原因在于植物凋落物归还量的变化。在同一时间测定的土壤剖面水分含量以及0-5cm土层田间持水量、容重、总孔度等与土壤持水性能相关的指标都与有机质含量呈极显著或显著相关,表明随剖面有机质的积累,土壤持水性能得到改善。     

鄂尔多斯高原弃耕农田恢复过程中土壤物理性质和生物结皮的变化

在鄂尔多斯高原软梁、硬梁弃耕农田上选取一系列不同时限的弃耕农田,研究弃耕演替过程中地表凋落物、生物结皮,以及不同土层土壤容重、机械组成、含水量的动态变化.结果表明: 软梁弃耕农田表层(0～10 cm)物理环境随弃耕年限增加明显改善,土壤黏粒含量、地表凋落物随弃耕年限增加明显增加,土壤容重明显降低,土壤含水率略微升高;中层(10～30 cm)土壤物理环境随弃耕年限增加稍显恶化,土壤黏粒含量升高,土壤含水量略微降低;深层(30～50 cm)土壤物理性质变异较大.硬梁弃耕农田土壤表面凋落物盖度、生物结皮盖度、生物结皮厚度随弃耕年限增加而增加,表层(0～10 cm)土壤容重、黏粒含量、含水量随弃耕年限变化总体变化不显著,深层(10～40 cm)土壤物理性质变异较大.地表凋落物和土壤黏粒物质的累积导致软梁弃耕农田土壤水分浅层化,可能是20年内浅根性多年生草本植物群落取代半灌木油蒿群落的关键因素.硬梁弃耕农田在演替过程中未见油蒿入侵,可能与较高的浅层含水量和生物结皮发育有关.     

鼎湖山3种演替阶段森林土壤C、N、P现状及动态

为探讨森林演替过程中土壤C、N、P的变化,通过测定鼎湖山3种演替阶段的森林土壤有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)含量,对他们的化学计量进行分析。结果表明,鼎湖山3种森林土壤SOC和TN随演替阶段而增加,演替中后期表层土壤(0~20 cm)与演替初期的差异达到显著水平(P0.05),在土壤剖面上的分布都呈现显著的表层富集现象,且表层土壤与其他土层均有显著差异(P0.05)。土壤TP含量随演替阶段没有呈现出有规律的变化,不同演替阶段间也没有显著差异,但不同演替阶段土壤TP在土壤剖面上的分布表现不同,演替前期土壤TP含量随着土层深度增加而增加,演替后期土壤TP随土层深度的增加而降低,而演替中期土壤TP含量在各土层间没有显著差异。土壤C∶N不受土层深度和演替进程的影响,而土壤C∶P和N∶P均表现为随演替阶段而增加,随土层加深而降低。这些揭示了森林土壤SOC、TN和TP含量随演替进展及其在土壤剖面上的分布取决于土壤C、N、P的来源方式。     

浙东常绿阔叶林植物功能性状对土壤含水量变化的响应

研究群落演替过程中植物功能性状与土壤含水量的关系, 揭示植物对水分供给变化的响应策略, 具有重要的生态学意义。该研究以浙江东部天童山、南山和双峰山的3个常绿阔叶林演替系列为对象, 旨在探索不同演替阶段常见植物的功能性状与森林群落土壤含水量的相互关系。研究结果显示: 森林演替中后期的树木高度、树冠面积、叶片干物质含量显著大于演替前期植物; 相反, 叶片净光合速率和蒸腾速率随演替进程而降低。随森林演替, 表层土壤(0-20 cm)的含水量显著增加, 深层土壤(20-40 cm)含水量随演替进程增加但不显著。表层土壤含水量与树木高度、树冠面积和叶片干物质含量显著正相关, 与叶片净光合速率和蒸腾速率显著负相关; 深层土壤含水量与树冠面积显著正相关, 与叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率显著负相关。树木高度、树冠面积、叶片干物质含量、叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均可解释土壤含水量随演替进程的变化趋势, 而冠长比对土壤水分变化的响应最为敏感。     

喀斯特峰丛洼地植被不同演替阶段土壤磷酸酶活性

以桂西北典型喀斯特峰丛洼地为试验对象,研究了4个不同植被演替阶段土壤碱性磷酸酶活性及其与土壤理化性质的关系。结果表明:土壤磷酸酶活性随演替阶段和土层深度变化显著;随坡位变化不显著。不同演替阶段土壤磷酸酶活性表现为原生林次生林≈乔灌林草地;磷酸酶活性随土壤深度的增加而降低,且各层次之间差异显著。相关分析表明:磷酸酶活性与土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷、速效钾、pH值、粉砂、砂粒含量存在显著的正相关;与土壤全钾、容重、粘粒含量呈负相关。典范对应分析(CCA)结果表明:演替阶段和裸岩率对土壤磷酸酶活性影响很大;坡位、坡度和坡向也有一定影响。     

山西太岳山好地方典型植被类型土壤理化特征

以山西太岳山好地方林场4种植被类型(草甸、灌丛、华北落叶松人工林、华北落叶松-白桦混交林)0~60 cm土层土壤为研究对象,采取野外定点取样和实验室分析的方法,研究不同植被类型土壤理化性质特征。结果表明:土壤容重和p H值随土层深度的增加而增加;土壤含水量随土层深度增加而减小;不同植被类型间,土壤含水量大小排序为华北落叶松-白桦混交林草甸华北落叶松人工林灌丛;容重为灌丛华北落叶松-白桦混交林华北落叶松人工林草甸;p H值变化规律为华北落叶松-白桦混交林华北落叶松人工林灌丛草甸;土壤有机质、全氮含量随土层深度增加而减小,各土层之间差异显著;全磷和全钾含量各土层间差异不显著;不同植被类型间,草甸土壤有机质、全氮、全磷含量都高于其他3种植被类型,灌丛土壤全钾含量高于其他3种植被类型;土壤有机质与全氮呈极显著正相关;容重与含水量、有机质、全氮呈极显著负相关;p H值与有机质、全氮、全磷呈极显著负相关。     

喀斯特峰丛洼地植被演替过程中土壤养分的积累及影响因素

以桂西北环江县典型喀斯特峰丛洼地为对象,利用空间代替时间的方法,于2009年分析了植被演替过程中表层土壤(0～15 em)养分的变化及其主要控制因素.结果表明:随着植被正向演替(草地-灌丛-次生林-原生林),表层土壤的有机碳、全氮和全磷等含量显著增加,分别由演替初期(草地)的29.1、2.48和0.72 g·kg-1增加为演替后期(原生林)的73.9、8.10和1.6g·kg-1.土壤阳离子交换量与有机碳和全氮密切相关,是喀斯特土壤C、N积累的主要控制因素;凋落物中的P含量、C/P和N/P是土壤全磷积累的主要控制因素,较高的凋落物P含量、N/P以及较低的C/P有利于土壤中P的积累;而坡度、坡向和裸岩率等地形因子对土壤养分的影响较小.     

青藏高原东缘海螺沟冰川退缩区植被原生演替的氮磷动态

在青藏高原东缘海螺沟冰川退缩区植被原生演替序列的典型地段依次设置7个采样点(冰川退缩0、10、30、40、50、80和127年),测定各演替阶段表层土壤与植被各层氮(N)、磷(P)含量及生态系统生物量,分析不同演替阶段N、P养分的积累与循环特征。结果表明:乔木层叶、枝、根的N、P含量随演替下降,而干的N、P含量在演替末期较高,凋落物与土壤O层N、P含量的变化趋势与乔木层叶和枝一致。生态系统的N、P贮量均随演替逐渐增加,演替初期生态系统N的积累主要依靠植被层,演替末期尤其是植被层形成顶极群落以后,土壤成为生态系统中最主要的N库;植被层的P贮量在冰川退缩后的80年样地超过了表层土壤。生态系统N、P养分的积累速率在演替中期较快,且表现为表层土壤＞乔木层＞林下植被层;演替中期阔叶林阶段N、P养分的循环系数高于演替末期的针叶林阶段,而利用效率则低于针叶林阶段。可见,针叶树种养分循环低但利用率高的机制有利于同其他物种竞争,从而最终形成顶极群落。     

喀斯特天坑内孔雀藓科植物垂直分布特征及其与环境因子关系的研究

喀斯特天坑是一种独特的负地貌,拥有巨大而封闭的空间,形成了适于植物生长发育的特殊生境。为了探索喀斯特天坑内孔雀藓科植物垂直分布特征及环境因子的影响,以贵州猴耳天坑为代表（坑口直径300 m,坑深280 m）,通过野外调查、室内分析鉴定以及典范对应分析（Canonical Correspondence Analysis,CCA）等方法对该天坑内12个样点孔雀藓科植物的分布与主要环境因子的关系进行研究,并进行与其它样地的比较（喀斯特石漠化地带、天坑边缘地带）,探讨其在垂直空间上的分布特征。结果表明：（1）共采集到天坑内孔雀藓科植物3属9种,占中国该科物种总数的47.37%,贵州该科物种总数的69.23%,其中黄边孔雀藓（Hypopterygiumflavo-limbatum C.Muell）较常见,分布于6个样点,出现频率为50%;（2）空气湿度、光照度、林冠郁闭度以及人为干扰度是影响贵州猴耳天坑内孔雀藓科植物分布的主要环境因子,其余环境因子影响程度依次为土壤含水量 > 土壤pH > 坡度 > 空气温度;（3）孔雀藓科植物物种丰富度：喀斯特天坑内 > 天坑边缘地带 > 喀斯特石漠化地带;（4）孔雀藓科植物在垂直分布格局上呈现以天坑底部为生物多样性的中心,由坑口至坑底种类分布逐渐增加,是喀斯特石漠化山区生物天然的避难所。     

喀斯特槽谷区生态退化与修复专题导读

在国家重点研发计划项目——"喀斯特槽谷区土地石漠化过程及综合治理技术研发与示范(2016YFC0502300)"的支持下,经过项目组全体成员三年的共同努力,在喀斯特槽谷区生态退化与修复方面取得了一些重要进展。主要有:(1)2000—2015年槽谷区土壤侵蚀总量逐年减少,年平均侵蚀模数逐年降低,槽谷区植被覆盖明显提高;(2)拉巴豆地埂篱根土复合体不仅能有效提高喀斯特土壤的粒径大小和增强土体的抗剪/冲性能,并且能够利用大气N_2合成植物生长所需的氮肥,从而提高土壤肥力,可望实现石漠化治理中生态效应和经济效应的双赢;(3)喀斯特槽谷区隧道建设改变了地下水流场并降低了地下水位,进而降低了土壤微生物丰度和多样性,而增加了适应干旱的微生物种群,并导致土壤质量的降低;隧道建设加速了坡面产流和土壤流失,加剧了土地石漠化,从而导致生态退化;(4)随着槽谷区退化生态系统的恢复,生态系统的生态服务功能得到提升。     

生物土壤结皮在喀斯特生态治理中的应用潜力

喀斯特地区生境条件复杂,生态系统脆弱,其中石漠化成为制约喀斯特地区发展的重要因素。该文综述了生态系统中生物土壤结皮的可抗逆性特征及其对加速母岩成土速率、提高地表抗侵蚀力、改善土壤环境状态,调控降水下渗、改变土壤中水分再分配格局、促进土壤微生物和植被演替以及提高生物多样性的关键作用。探讨了生物土壤结皮与喀斯特生态系统的反馈机制及人工培育结皮植被对石漠化防治的应用潜力。此外,生物土壤结皮与生态系统间的互作机制是研究喀斯特生态治理的关键,两者间的耦合关系是一个动态过程,需要长期的不间断多维度监测。建议加强对生物土壤结皮与喀斯特生境间耦合机制及其在喀斯特岩溶过程的互作机制,喀斯特地区生物土壤结皮耐胁迫特性以及在喀斯特生境下人工培植技术与机理等方面的研究。     

中国南方喀斯特石漠化演替过程中土壤理化性质的响应

以中国西南典型喀斯特石漠化生态系统土壤为研究对象,运用野外定点取样和实验室分析检测方法,研究不同等级石漠化环境土壤理化性质特征;运用空间代替时间方法,探讨石漠化演替过程中土壤理化性质的响应及其机制,旨在为中国西南喀斯特森林生态保护和石漠化生态系统恢复重建提供理论支撑。结果表明:1)不同等级石漠化环境土壤理化性质存在显著差异,土壤容重、毛管孔隙度、总孔隙度、田间含水量、毛管含水量、pH值、有机质、水解氮、有效磷和全钾均在不同等级石漠化环境间具有显著差异。但这些指标并不是随着石漠化程度增加而一直退化,而是一个先退化后改善的趋势;2)土壤有机质、氮素、毛管持水量、容重和孔隙度与土壤其它绝大多数理化因子具有明显的相关性,是土壤理化性质的关键因子,在改善土壤理化性质和促进养分循环方面起着关键作用;3)主成分分析也表明,土壤有机质、氮素、钾素、容重、持水状况、孔隙度等是基于土壤理化性质评价石漠化程度的关键指标。作者提出了强度石漠化环境裸岩对土壤养分的聚集效应学说和喀斯特石漠化演替过程中土壤理化性质的响应及其机制。研究结果对中国西南喀斯特森林生态保护和石漠化生态系统恢复重建具有重要的理论意义和实践指导价值。     

喀斯特天坑内孔雀藓属蒴齿亚显微结构研究

喀斯特天坑微环境对植物结构特征有显著的影响。采用扫描电子显微镜，探究孔雀藓属蒴齿在喀斯特天坑内的亚显微结构，旨在为微环境下藓类植物蒴齿结构特征研究提供参考。研究结果表明：①基于蒴齿的亚显微形态研究，孔雀藓属两个种，即黄边孔雀藓（Hypopterygium flavo-limbatum C.Muell）、东亚孔雀藓（Hypopterygium japonicum Mitt）蒴齿双齿层，内外齿层数均为16枚，外齿层背面均具"Z"字形的中脊，齿片形态、曲向、外齿层背侧脊纹、齿条腹侧横纹以及是否具节瘤具有明显的差异，属于稳定性特征，可作为系统分类的依据；而齿片长度、宽度、节片数、横脊数、中脊数，属于可变性特征，受环境因子的影响，在运用藓类植物蒴齿作为系统分类依据时应作性状的筛选。②光照度、空气温度、空气湿度以及海拔是影响天坑内黄边孔雀藓（H.flavo-limbatum）蒴齿形态结构发育生长的主要环境因子，空气湿度、光照度以及人为干扰度是影响天坑内东亚孔雀藓（H.japonicum）蒴齿形态结构发育生长的主要环境因子。两种孔雀藓属植物蒴齿结构受湿度的影响最大，其生境多为湿度大、土壤含水量丰富的环境。     

不同岩溶生态系统土壤及其细菌碳酸酐酶的活性分析及生态意义

对能加速岩溶作用的碳酸酐酶 (CA)的来源及分布进行了研究。测定了采自中国西南 4个不同岩溶地区生态系统土壤样品中的 CA活性 ,结果表明在表层土壤中都能检测到 CA活性 ,且 CA活性在不同岩溶生态系统土壤之间存在明显差异 ,其中植被覆盖率低的六盘水米苏嘎的土壤 CA活性最低 ,而植被种类丰富且生长较好的重庆金佛山和马山弄拉等地土壤 CA活性较高。同一类型岩溶生态系统不同岩溶地形的土壤 CA活性亦存在差异 ,植物根际附近土壤 CA活性较高 ,而且土壤 CA活性呈现明显的垂直分布和季节变化 ,表明植物根系及土壤微生物是土壤 CA的主要来源。同时还筛选了能产 CA的细菌 ,并测定了细胞内和细胞外 CA活性 ,结果表明土壤细菌的细胞内和细胞外 CA活性在具有不同植被状况的弄拉和试验场两种不同岩溶生态系统间具有明显差异。这些都暗示着土壤及其细菌 CA活性与赋予不同地形和植被特征的岩溶生态系统的特性高度相关     

贵州喀斯特石漠化类型及程度评价

由于碳酸盐岩岩性的不同,发育的喀斯特在生态环境因子的组合和质量上有较大的差异,形成了不同的石漠化类型。在大量典型样地调查的基础上,以岩性、小生境种数、小生境组合、裸露石面面积、石砾含量和土壤总量6个因子为指标,通过聚类分析和主成分分析相结合的方法,将喀斯特石漠化分为2大类型,即显性石漠化和隐性石漠化,分析比较了它们的主要特征。同时,分别石漠化类型选择了程度评价指标,用坐标综合评定法和欧氏距离公式建立了石漠化数量评价模型,即石漠化程度指数模型,用石漠化程度指数对样地的石漠化现状进行了评价,将6 4个样地划分为未石漠化,轻度、中度、强度和极强度5个等级。     

桂西北喀斯特地区石灰土养分空间变异特征

从区域尺度出发,将整个桂西北喀斯特地区作为研究区域,以大面积野外调查采样和室内分析数据为基础,采用经典统计学和地统计学方法,探索喀斯特区域内石灰土养分的空间异质性和分布格局。结果表明:桂西北喀斯特地区石灰土pH为弱变异,其他养分变异系数为30%—75%,变异程度中等。石灰土各养分的空间变异特征不同,土壤有机质(SOM)、速效磷(AP)和速效钾(AK)的最佳拟合模型依次为球状模型、高斯模型和线性模型,pH、碱解氮(AN)、全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)的最佳拟合模型均为指数模型。SOM、AP、TN和TP表现为中等空间相关性,空间差异是由随机因素和结构性因素共同作用引起的;pH、AN、AK和TK呈弱空间相关性,空间变异主要受随机因素的控制;SOM和TN的空间变异尺度较大,pH、AN和TK的空间变异尺度最小。SOM、TN、TP和AP养分含量呈自西向东逐渐减少的趋势,pH、AN、AK和TK在区域尺度上的分布没有呈现一定的规律性。相关分析结果表明,在区域大尺度下,地形因子(如海拔、坡度和岩石裸露率等)和植被类型是影响桂西北喀斯特石灰土空间变异特征的重要因素。     

喀斯特脆弱生态系统复合退化控制与重建模式

以西南喀斯特地区为例,通过总结前人的研究成就和采集中国科学院亚热带农业生态研究所喀斯特生态实验站部分收集整理和试验数据,系统分析了喀斯特脆弱生态系统及其退化的机理,从"人-自然-经济复合生态系统"的观点出发,以干扰程度、群落类型、服务功能、土地退化和贫困状况为指标,创新性地提出了喀斯特脆弱生态系统的复合退化模式(含4个阶段),运用现代生态恢复学原理、方法和现代管理学创新理论,建立了喀斯特脆弱生态系统复合退化的控制模型.以此为基础,在喀斯特石山区、半石山区和土山丘陵区3个区域环境尺度范围内,针对性地建立了生态保护型、外向经济型和双三重螺旋3种生态恢复与重建模式,以促进喀斯特区域生态、经济、社会的全面协调与可持续发展.     

桂西北喀斯特峰丛洼地表层土壤养分时空分异特征

本文运用传统统计方法研究了典型喀斯特峰丛洼地4个植被演替阶段(草地、灌木林、次生林、原生林)表层(0—15 cm)土壤养分的空间分异特征,并分析其成因。结果表明：(1)不同植被演替阶段土壤养分（有机碳、全氮、碳氮比、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾）及pH值有明显差异（P<0.05）;除全钾外,其他养分含量均随植被正向演替而增加。(2)地貌部位对养分含量的影响不尽一致：各植被演替阶段的磷、钾及原生林的碳氮均符合养分的“洼积效应”,只有受人为干扰较强的草地、灌木林、次生林的碳氮养分存在随坡位升高而增加的现象。通过本研究得知,植被演替对养分积累具有积极作用;磷素（速效磷3.55—11.41 mg/kg）、钾素（速效钾64.05—105.75 mg/kg）是该区域的养分限制性因子;该区域养分的“倒置现象”并不普遍存在。