江河源区高寒草甸退化序列土壤粒径分布及其分形维数

江河源区高寒草甸退化日益严重,恢复治理已进行了大量工作,但收效甚微,主要是对退化机理认识不清.为阐明退化草地的形成机制,
本文以江河源区高寒草甸为对象,分析退化序列土壤粒径的分布特征、分形维数,以及分形维数与土壤侵蚀模数的关系.结果表明: 随着高寒草甸退化加剧,土壤的黏粒百分含量呈增加趋势,粉砂和极细砂呈减小趋势;退化序列土壤粒径分形维数与黏粒百分含量呈显著正相关,与极细砂和粉砂呈显著负相关;各粒级土壤侵蚀模数与分形维数呈二次函数关系,分形维数2.81为土壤侵蚀发生的阈值.以土壤粒径分形维数2.81作为草地恢复指标,选择使分形维数小于2.81的相应措施,是恢复退化草地的有力保证.     

青藏高原不同草地利用方式对土壤粒径分形特征的影响

研究青藏高原草地土壤粒径结构分形特征,为该地区土壤质量评价和生态恢复提供科学依据。以青藏高原4种高寒草地(放牧、围栏禁牧、围栏禁牧+补植、未干扰)为对象,采用分形理论,研究不同利用方式对高寒草地土壤颗粒组成及分形特征的影响,明确土壤粒径分形特征的影响因素。结果表明：与放牧和围栏禁牧+补植相比,围栏禁牧草地中黏粒和粉粒体积分数分别增加了60%—91.1%、43.5%—80.1%,禁牧能够促进土壤砂粒向黏粒和粉粒转变。不同草地利用方式对分形维数有显著影响,单重分形维数D值依次为放牧草地<围栏禁牧+补植草地<未干扰草地=围栏禁牧草地,多重分形维数,包括信息维数D₁、信息维数/容量维数比值D₁/D₀和关联维数D₂依次为放牧草地<围栏禁牧+补植草地<围栏禁牧草地<未干扰草地。单重分形维数D与土壤黏粒、粉粒呈极显著正相关(P<0.01);砂粒、黏粒、粉粒、有机碳和全氮是多重分形维数的限制因素。信息维数D₁、信息维数/容量维数比值D₁...     

荒漠草原不同植被微斑块土壤粒径分布分形特征与养分的关系

采集宁夏中部干旱带荒漠草原4种植被(猪毛蒿、甘草、苦豆子、草木樨状黄芪)微斑块土壤剖面3个层次土壤,测定了各微斑块土壤颗粒粒级分布、有机质、pH值、土壤电导率(EC)、全氮、全磷和全钾等理化性质,探讨了不同植被微斑块土壤粒径分布的分形维数(D)特征及其与土壤理化性质的关系.结果表明:斑块化植被分布可影响土壤粒径分布,其影响作用以草木樨状黄芪微斑块最大(D=2.51),甘草微斑块最低(D=2.46);分形维数与黏粒、粉粒含量呈显著正相关,而与砂粒含量呈显著负相关;土壤粒径分布分形维数与pH和EC呈显著正相关,与有机质和全氮含量呈显著负相关,与全磷和全钾含量无显著相关关系.斑块化植被分布有潜在土地盐碱化和土地退化的趋势.     

不同土地利用类型下土壤粒径分形分析——以黄土丘陵沟壑区为例

土壤粒径分布影响土壤的水力特性、土壤肥力状况以及土壤侵蚀等,是重要土壤物理特性之一。在水蚀严重的黄土丘陵沟壑区,不同的土地利用类型对水土流失的阻截作用不同,因而进一步导致其土壤粒径分布的差异。对不同土地利用类型下土壤粒径分布的分形和多重分形分析发现：黄绵土土壤粒径分布包含有3个无标度区间,分别为粘粒域、粉粒域和砂粒域;土壤粒径分布的分形维数D、粉粒域维数Dsilt、砂粒域维数Dsand、信息维数D1、信息维数/容量维数D1/D0与土壤细颗粒含量和有机质含量成显著的正相关关系;土地利用对分形维数D、粉粒域维数Dsilt、砂粒域维数Dsand、容量维数D0、信息维数D1、信息维数/容量维数比值D1/D0的影响较显著。这表明这些分形和多重分形参数可以作为反映土壤物理性质和土壤质量的潜在性指标,其实用性有待进一步探讨。     

黑土表层土壤颗粒的分形特征

基于第二次全国土壤普查结果,应用土壤颗粒的质量分布计算了36个典型剖面表层土壤颗粒的分形维数值.结果表明:土壤颗粒分形维数值D在2.5831～2.8230,其变异性极弱,且分形维数值随质地变细而增大;土壤机械组成中,砂粒(2～0.02mm)含量、粉粒(0.02～0.002mm)含量与分形维数值均呈显著负相关(P<0.05);粘粒(<0.002mm)含量与土壤分形维数值呈极显著正相关(P<0.01);分形维数值D与土壤中的有机质、全N、全P、全K含量及pH值相关性均不显著.土壤分布的分形维数可以作为反映黑土退化程度的一个综合性定量指标.     

青海省海北州典型高寒草甸土壤质量评价

以青海省海北州的典型高寒草甸(金露梅灌丛草甸、矮嵩草草甸、高山嵩草草甸)为研究对象,以7种土壤微生物活性指标和10种土壤理化性质指标组成的土壤生物肥力性质为评价指标,对不同利用方式下草甸的土壤质量进行主成分分析(PCA).结果表明：高寒草甸土壤综合质量可用3个主成分（PC）来表征,其中PC₁上有13个指标的载荷较高,PC₂上有3个指标的载荷较高, PC₃上只有全磷的载荷较高.结合Norm值的方法,筛选出微生物生物量碳、脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶、有机碳、全氮、有效氮、有效磷、有效钾、容重和阳离子交换量(CEC)等11项指标,建立了海北高寒草甸土壤综合质量评价的最小数据集(MDS).通过主成分和对应的权重系数分析, 对3种草甸的土壤综合质量进行排序,0～10 cm层为矮嵩草草甸＞金露梅灌丛＞高山嵩草草甸;10～20 cm层为金露梅灌丛＞高山嵩草草甸＞矮嵩草草甸.     

青海省高寒草地土壤无机碳储量空间分异特征

以青海省主要高寒草地类型即温性草原、高寒草原、草甸草原以及高寒草甸为研究对象,进行其土壤无机碳(SIC)储量分异特征研究。结果表明,在取样剖面内四类草地SIC储量依次为温性草原高寒草原草甸草原高寒草甸,其值分别为16.51、16.48、3.37 kg C/m2和0.12 kg C/m2,温性草原与高寒草原土壤是高寒草地无机碳的主要储蓄库。温性草原与高寒草原50—100cm SIC储量分别占0—100cm总储量的60.2%和51.8%,而草甸草原与高寒草甸30—50cm SIC储量分别占0—50cm总储量的50.1%和55.8%,说明土体下部是高寒草地无机碳储蓄的主要场所。四类草地SIC含量随土层深度的变化过程各异,其碳酸钙富集层与野外剖面调查所得碳酸钙盐酸泡沫检验结果相吻合。SIC储量与土壤容重和土壤p H均呈显著正相关关系,与地下生物量呈显著负相关关系。     

基于年降水、生长季降水和生长季蒸散的高寒草地水分利用效率

水分利用效率是深入理解生态系统碳、水循环间耦合关系的重要指标。以前研究青藏高原的水分利用效率多基于年降水量(AP)来分析, 但植物对水分的利用主要在生长季。该研究采用以AP、生长季降水量(GSP)和生长季蒸散量(ET_gs)分别计算的年降水利用效率(PUE_a)、生长季降水利用效率(PUE_gs)和生长季水分利用效率(WUE_gs), 分析了2000-2010年间青藏高原两种主要植被类型高寒草甸和高寒草原PUE_a、PUE_gs和WUE_gs的差异及其与降水量、蒸散量和气温的关系。结果表明: (1)高寒草甸的PUE_a、PUE_gs均大于高寒草原, 但两种草地类型的WUE_gs无显著差别, 这说明两种草地类型可能存在相似的内在的水分利用效率。(2)从年际动态来看, PUE_a和PUE_gs的波动范围相似, 而WUE_gs的波动范围更大, 说明以蒸散为依据的WUE_gs可能比PUE_a和PUE_gs更敏感, 因而可能更好地反映生态系统的水分利用能力。(3)高寒草甸和高寒草原的PUE_a、PUE_gs和WUE_gs分别与AP、GSP和ET_gs呈单调递减趋势, 表明3种水分利用效率均随降水量或蒸散量的增加而降低。高寒草原的3种水分利用效率中仅WUE_gs随着气温的增加而增加, 而高寒草甸的3种水分利用效率均与气温无显著关系, 这说明相比高寒草甸, 高寒草原的水分利用效率对气温更加敏感。     

青藏高原高寒草甸和荒漠碳交换特征及其气象影响机制

以青藏高原玛沁地区高寒草甸和沱沱河地区高寒荒漠草原为观测研究站,利用涡动协方差技术获取高寒生态系统水平上的CO₂通量以及水和能量通量,通过REddyProc、随机森林(Random Forest, RF)进行了数据后处理,探究了不同下垫面典型环境因子对净生态系统CO₂交换量(Net Ecosystem Exchange, NEE)的影响机制。结果表明：1)玛沁高寒草甸在6—7月以吸收为主,表现为碳汇,吸收峰值出现在11:00—12:00(北京时,下同)之间,而在3、4、5、8月以排放为主,表现为碳源,排放峰值出现在21:00—23:00之间;沱沱河高寒荒漠在3—8月以吸收为主,表现为净碳汇,吸收峰值出现在13:00—14:00之间;整个生长季前后(3—8月),玛沁和沱沱河的累计NEE分别为79.50 g C/m²和79.24 g C/m²,都表现为碳汇。2)不同尺度不同下垫面,气象因子对NEE的重要程度不同,小时尺度上,高寒草甸辐射对NEE的重要性最大,高寒荒漠草原蒸散发对NEE的重要性最大;日尺度...     

不同高寒生态系统甲烷通量时空差异及影响因素的量化

使用便携式温室气体分析仪对位于玉树藏族自治州和玛多县的高寒沼泽、高寒草甸、高寒草原和高寒荒漠生态系统的CH₄通量进行原位观测，同时分析生物量、微生物、营养元素、土壤水分和温度等因子，旨在明确不同生态系统CH₄通量时空差异及其主要影响因素。结果表明：在生长季节高寒沼泽和高寒草甸是CH₄源，8月通量达到最大值，高寒草原和高寒荒漠是CH₄的汇，8月达到最小值，4种生态系统之间的CH₄通量差异显著(P<0.05);高寒沼泽的mcrA基因丰度最大，高寒草甸次之，而pmoA丰度则是高寒草甸最大高寒沼泽次之，高寒荒漠的mcrA和pmoA基因丰度均最小，4种生态系统之间差异显著(P<0.05);Pearson相关分析显示，生长季节高寒沼泽和高寒草甸的CH₄通量与土壤温度和mcrA显著正相关(P<0.05),高寒草原和高寒荒漠的CH₄通量与土壤温度和与pmoA显著负相关(P<0.05),不同生态系统之间CH₄     

宁夏荒漠草原沙漠化过程中土壤粒径分形特征

研究宁夏荒漠草原沙漠化过程中土壤性状、土壤粒径分形维数的变化特征,以及分形维数与土壤性状的关系.结果表明: 草地沙漠化对土壤分形维数(D)影响显著,D值为1.69～2.62.除在10～20 cm土层出现较小波动外,随着沙漠化程度加剧,0～30 cm土层D值整体呈减小趋势.在荒漠草原沙漠化过程中,荒漠草地D值最大,黏粒和粉粒体积百分含量最高,极细砂粒和细砂粒体积百分含量最低;流动沙地D值最小,黏粒和粉粒体积百分含量最小,极细砂粒和细砂粒体积百分含量最高.D与<50 μm和>50 μm粒径的土壤颗粒存在显著正相关和负相关,表明50 μm粒径是决定草地沙漠化过程中土壤分形维数与土壤粒径关系的临界粒径.随着荒漠草原沙漠化加剧,土壤有机质和全氮含量逐渐降低,土壤容重逐渐升高,固定沙地至半固定沙地是荒漠草原沙漠化的质变过程,其中土壤粘粒体积百分含量、粉粒体积百分含量、土壤有机质含量、土壤全氮含量骤减,极细砂粒体积百分含量、细砂粒体积百分含量和土壤容重骤增.分形维数与土壤有机质、土壤全氮和土壤容重显著相关,固定沙地与半固定沙地分形维数的临界值为2.58,因此分形维数2.58可作为荒漠草原沙漠化的退化指标.     

长江下游江心洲土壤颗粒特征及分形规律

研究了长江下游马鞍山段成长型江心洲洲头、洲中央和洲尾3个部位100cm深度范围内的土壤颗粒特征及分形规律。结果表明:江心洲土壤颗粒总体偏砂性,主要由粉粒、极细砂和细砂组成,颗粒最大粒径为350μm;在剖面上,3类颗粒的比例洲中央部位变化较小,洲头和洲尾变化较大;颗粒随深度的增加逐渐变粗;粉粒平均含量表现为洲中央>洲头>洲尾,分别为75.42%、43.58%和22.13%;土壤颗粒分形维数表现为洲中央>洲头>洲尾,分别为2.28、2.17和2.05,小于安徽省耕作表层土壤的分形维数平均值,与单位体积比表面积呈极显著正相关,与粘粒、粉粒含量极显著正相关,与极细砂、细砂极显著负相关。江心洲不同部位的土壤颗粒特征与江心洲的发育演变之间存在对应关系。     

不同海拔梯度高寒草地地下生物量与环境因子的关系

以新疆天山南坡的巴音布鲁克高寒草地为对象, 研究了不同海拔梯度高寒草地地下生物量的变化及其与环境因子的关系.结果表明: 随着海拔的升高, 高寒草原、高寒草原化草甸和高寒草甸的地下生物量逐渐增大, 二者呈极显著正相关( P<0.01 ).地下生物量从表层至底层逐渐递减,呈“T”形分布.高寒草原、高寒草原化草甸和高寒草甸0～10 cm土层的地下生物量分别占总地下生物量的68.1%、84.1%和86.7%.地下生物量与大气温度呈极显著负相关, 与相对湿度和土壤含水量呈极显著正相关(P<0.01 ), 而与有机质、速效氮和pH等无显著相关.     

沙化对玛曲高寒草甸土壤微生物数量及土壤酶活性的影响

对不同沙化程度高寒草甸土壤物理性质和土壤酶活性及微生物结构进行调查分析,结果表明:(1)随沙化程度的加剧,玛曲高寒草甸土壤粘粒成分、含水量、蔗糖酶活性、脲酶活性、中性磷酸酶活性以及过氧化氢酶活性均呈现出下降趋势,而土壤细砂粒成分和pH值逐渐增大,土壤粗砂粒、细菌数量、真菌数量、放线菌数量以及微生物总数量均出现了先增大后减小的趋势。(2)在发生沙化的高寒草甸土壤中,细菌占土壤微生物的主要组分,然后依次是放线菌和真菌;细菌百分比在中度沙化的样地土壤中达到最大值,放线菌和真菌百分比在轻度沙化的样地土壤中达到最大值。(3)在玛曲高寒草甸沙化过程中,驱使土壤微生物数量变化的主导因子是土壤孔隙度和含水量;驱使土壤酶活性变化的主导因子,在沙化初期是土壤含水量、颗粒组成、动植物和pH,在沙化发生后是土壤微生物、颗粒组成、含水量及动植物。     

退化沙质草地开垦和围封过程中的土壤颗粒分形特征

研究了科尔沁退化沙质草地开垦和围封过程中土壤颗粒分形维数的变化特征,以及分形维数与土壤性状的关系.结果表明,不同开垦和围封年限的土壤颗粒分形维数(0～30cm)介于2.387～2.588之间.随着开垦年限的增加,0～15 cm层土壤颗粒分形维数从2.441降至2.387;围封11年后,0～15 cm层土壤颗粒分形维数增加到2.588.15～30 cm层土壤颗粒分形维数无明显变化.土壤颗粒分形维数是反映土壤质地的一个较好指标,重点反映粘粒含量,其次是粉粒含量.分形维数的变化能够很好地表征退化沙质草地土壤的化学、物理和生物学性状的变化趋势,可以作为评价退化沙质草地土壤性状的一个综合指标.     

农牧交错区草地利用方式导致的土壤颗粒组分变化及其对土壤碳氮含量的影响

 以位于农牧交错带的内蒙古多伦县6种主要草地利用方式为研究对象,对0～ 30 cm土层的土壤颗粒组分、植物地下根系生物量、土壤有机碳 （Soil organic carbon, SOC）和土壤全氮（Total nitrogen, TN）含量进行了测定分析。6种草地利用方式分别为自由放牧、刈割、围封禁牧 、弃耕、人工牧草（紫花苜蓿（Medicago sativa））和青储作物玉米(Zea mays)）栽培。对土壤粒径分布的分维分析表明,自由放牧样地的土 壤分维数明显低于其余5种类型的草地利用样地,表现出较大的土壤质地异质性。在土壤颗粒组分方面,弃耕样地和人工牧草样地的土壤粘粒（ <0.005 mm）和粉粒(0.005～0.05 mm)含量要明显高于其它草地利用方式,而自由放牧样地呈现相反的变异趋势。除人工牧草样地和自由放牧样 地之外,代表其余4种类型草地利用方式的样地的粘、粉粒含量均随土层加深而降低。6种草地利用方式中,土壤砂粒(0.05～1 mm)含量均与土 壤碳氮含量呈负相关关系;除自由放牧样地和人工牧草样地外,其余4种草地利用方式的土壤粘粒与土壤碳氮含量均表现为显著正相关;植物根 系生物量与土壤碳氮含量和粘、粉粒含量均呈显著正相关;地上生物量和凋落物仅与粘粒含量存在显著正相关关系。以上差异说明草地利用变 化有可能通过影响植被而改变土壤物理性状,同时土壤碳氮含量和土壤颗粒组分的分布特征以及它们之间的相关关系受土地利用方式的影响较 大。根系生物量和土壤粘粒含量可以共同解释土壤碳氮含量变异的70%,自变量的独立解释量约为20%。回归方程为：SOC = 1.08×［粘粒含量 ］+0.01×［根系生物量］-19.45,TN=0.079 ×［粘粒含量］+0.001×［根系生物量］-1.143。