荒漠草原-灌丛镶嵌体的植被稳态转变特征

以柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）灌丛引入形成荒漠草原-灌丛地镶嵌体为研究对象,选择其内部荒漠草地（DG）、草地边缘（GE）、灌丛边缘（SE）、灌丛地（SL）为试验样地,开展荒漠草原向灌丛地人为稳态转变过程土壤水分与植被变化特征研究。结果如下：各样地0-200 cm土层水分含量随着转变过程呈显著降低趋势（P<0.05）,其中荒漠草地、草地边缘和灌丛边缘样地的土壤水分均在秋季雨水补充期增加,灌丛地由于深层土壤水分过度消耗而愈加降低,且灌丛边缘和灌丛地深层水分显著低于荒漠草地、草地边缘（P<0.05）,垂直动态不显著;地上植被随样地转变除优势度指数表现为灌丛地多样性、均匀度、丰富度指数均显著低于各样地（P<0.05）,多年生优势草本蒙古冰草（Agropyron mongolicum）、短花针茅（Stipa breviflora）逐渐被一年生草本刺藜（Dysphania aristata）、猪毛蒿（Artemisia scoparia）所代替;土壤种子库萌发种类随样地转变逐渐减少,种子库密度则显著升高（P<0.05）,灌丛地以一年生草本植物为主（占总密度的97.51%）,荒漠草地则以多年生草本萌发为主,且各样地土壤萌发种子库及多年生草本多集中于0-5 cm土层（P<0.05）;转变过程荒漠草原和灌丛地植被地上地下相似度分别为0.14和0.19,均显著低于两边缘样地0.35,较两边缘样地群落更为稳定,呈现草原灌丛化过程中草地-灌丛共存的植被双稳态特征。     

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。     

陕北黄土丘陵区撂荒草地群落生物量及植被土壤养分效应

为了明确植被演替过程中植被与土壤的互动效应，为植被恢复提供依据。根据陕北黄土丘陵区36块不同年限（时间尺度为2—45a）的撂荒样地地上生物量、土壤养分和水分的测定结果，及4块典型撂荒群落样地地上／地下生物量，7种撂荒群落主要植物生长特性的测定，分析了撂荒演替过程中群落生物量与土壤养分的变化过程、趋势及其相互关系，进而探讨了撂荒演替过程中群落生物量对土壤养分的作用效应，并利用多元回归和通径分析法分析了土壤养分对群落生物量的作用。结果表明：（1）除速效磷外，撂荒演替过程中群落地上生物量和土壤有机质、全氮、全磷、全钾、NO3-N、NH4-N和速效钾都呈先减少后增加的趋势，步调基本一致。（2）从撂荒年限与土壤养分的相关性来看，0—20cm土壤有机质含量、速效磷含量和0—20、20—40cm土壤层NO3-N含量与撂荒年限相关显著，说明演替过程中有机质、速效磷和NO3-N有较为明显的植被土壤效应，而其它土壤养分与撂荒年限相关不显著，不能排除演替初始条件和植物暂时固定的影响；从群落生物量与土壤养分的相关性来看，群落生物量对土壤有机质、全氮、磷、钾、NO3-N、速效钾和速效磷含量具有正效应，而对NH4-N具有负效应，但都不显著。（3）通径分析说明撂荒年限、土壤全氮、全钾、速效钾和土壤水分变异量对生物量表现为正的直接作用，其中以撂荒年限和土壤水分波动量作用较大，土壤养分对群落地上生物量的作用以土壤全氮最大，全钾和速效钾影响较小；演替过程中群落地上生物量的变化主要是由于植被盖度和群落组成种的生态学特性造成的（撂荒年限较大的直接作用），其次是由于撂荒演替过程中土壤水分的波动造成的（撂荒年限通过土壤水分的间接负作用）。（4）随着土层深度的加深植物根系生物量呈幂函数递减过程，演替后期群落根冠比有增加的趋势，演替后期序列种根冠比和根长也有增加的趋势，这些在一定程度上会影响到生物量积累和有机质分解等，进而会影响到植被土壤效应。     

半干旱黄土小流域不同恢复方式对生态系统多功能性的影响

在黄土高原大规模退耕还林（草）背景下，植被恢复对生态系统功能会产生极大影响。以往研究多为比较不同恢复方式或植被类型的单一生态系统功能，对生态系统多功能性的研究亟待加强。因此，基于甘肃定西龙滩流域3种恢复方式（天然荒草、自然恢复、人工恢复）6种植被类型（长芒草草地、赖草草地、苜蓿草地、柠条灌丛、油松林、山杏林）38个样地调查数据，选取与土壤养分储存与循环、水源涵养、初级生产力、多样性维持等相关的23个功能指标利用平均值法量化生态系统多功能性。研究结果显示，（1）除营养物转化与循环功能外，其余土壤相关的生态系统功能在不同恢复方式与植被类型间均具有显著性差异（P<0.05）。人工恢复植被的土壤肥力显著高于自然恢复植被；人工恢复植被中土壤肥力从高到低依次为柠条灌丛、苜蓿草地、山杏林、油松林。自然恢复植被的水源涵养功能显著高于人工恢复植被。（2）除植物生长策略外，其余植物相关的生态系统功能在不同恢复方式与植被类型间均具有显著性差异（P<0.05）。人工恢复植被中地上初级生产力从高到低依次为山杏林、油松林、柠条灌丛、苜蓿草地，并显著高于自然恢复植被。人工恢复植被中植物养分吸收能力从高到低依次为苜蓿草地、柠条灌丛、油松林、山杏林，并显著高于自然恢复植被。自然恢复植被的物种多样性显著高于人工恢复植被。（3）生态系统多功能性在不同恢复方式与植被类型间均具有显著性差异（P<0.05）。生态系统多功能性表现为人工恢复植被高于自然恢复植被，但人工恢复植被的水源涵养功能与物种多样性均低于自然恢复植被，不利于生态系统的可持续发展。研究认为，在植被恢复具体实践中，应针对不同的恢复目标，根据各植被类型的功能特征，制定因地制宜的植被恢复战略。     

陕北黄土丘陵区撂荒群落排序及演替

根据2003和2005年分别对36和34块撂荒群落及其生境的调查结果,分析了撂荒群落的排序演替规律、演替速度及演替趋同或趋异性。结果表明：（1）对陕北黄土丘陵区撂荒群落影响较大的因子主要有撂荒年限、海拔、土壤水分含量及变异量、有机质、全氮和速效氮、速效磷等,而坡度、坡向等对撂荒群落分布及动态影响较小;（2）排序图也反映了撂荒演替过程中主要环境因子的变化,即随着撂荒年限的增加,土壤水分含量减少,变异量增加。土壤养分方面,除速效磷呈减少趋势外,土壤有机质,全N、P、K,速效N、K都有增加的趋势;（3）农田撂荒后,群落演替速度有先降低后增大的趋势。提出一个关于撂荒演替速度的分阶段循环往复式的理论模型,认为植被演替从总体上讲是逐渐变慢的,可根据生长、生活型和优势植物种等分为几个阶段,每个阶段初期演替速度较快,以后逐渐变慢达到阶段稳定状态。之后,随着下一阶段主要植物的入侵,阶段稳定状态被打破,演替进入下一阶段。（4）演替趋同、趋异性方面,两年的结果不一致,与样地选择有关。     

黄土高原不同植被恢复方式对土壤水分坡面变化的影响

在黄土高原大规模退耕还林(草)背景下,土地利用变化对土壤水分及其时空结构会产生极大影响。以坡面为研究对象,根据两种植被恢复类型(撂荒草地和人工刺槐林地)土壤水分坡面变化趋势的差异,探究不同植被恢复方式对土壤水分坡面空间结构影响。结果表明:所调查的两个区域(延安羊圈沟和长武烧盅湾)皆表现为人工刺槐林地坡平均土壤含水量显著低于撂荒草地坡;且人工刺槐林地坡的土壤水分的坡面差异性皆比撂荒草地坡低。虽然两种恢复类型的土壤水分沿坡底到坡顶皆呈现降低的趋势,但是该降低趋势在两种恢复类型间存在一定差异:撂荒草地坡土壤水分沿坡面的变化趋势随深度增加有加强的趋势,且总体上,长武烧盅湾撂荒草地坡土壤水分沿坡面变化趋势比延安羊圈沟更明显;相比之下,人工刺槐林地坡土壤水分沿坡面的变化趋势随深度增加有变弱的趋势,且该趋势明显比撂荒草地坡弱;两个地区刺槐林地坡土壤水分沿坡面变化趋势不存在明显差异。综上所述,虽然不同降雨背景下土壤水分会表现出一定差异,但土壤水分的坡面变化趋势及不同恢复方式对其影响是相似的,即人工刺槐林地坡对土壤水分的过度消耗不仅会导致土壤水分亏缺,而且削弱了土壤水分的坡面变化趋势;而撂荒草地对土壤水分及其空间结构的维持有相对积极的意义。通过分析不同植被恢复方式对土壤水分坡面变化趋势的影响,能够更深入的了解不同植被恢复方式的土壤水文效应,同时可为以坡面为单元的退耕还林中植被科学配置提供一定的参考。     

黄土高原半干旱区不同种植年限紫花苜蓿人工草地土壤微生物和线虫群落特征

建植紫花苜蓿人工草地是黄土高原植被恢复的重要措施之一。土壤微生物和线虫群落特征是评价和调控植被恢复的生态环境效应的重要依据。本研究在宁夏南部山区选取不同种植年限(1、2、6和12年)的紫花苜蓿人工草地为研究样地,以农田和天然草地作为对照,探索黄土高原人工草地植被恢复过程中土壤微生物和线虫群落的演变规律及其影响因素。结果表明: 1)种植苜蓿显著提高了土壤细菌群落的Chao1、ACE和Shannon多样性指数,并在种植苜蓿后第6年达到最高,但在种植6年和12年后真菌群落多样性降低;随着苜蓿种植年限的增加,真菌群落组成从农田逐渐向天然草地方向演变;2)土壤线虫数量与细菌群落多样性的变化趋势相同,在种植苜蓿后第6年出现峰值,该时期线虫群落结构组成与农田较相似,苜蓿12年样地则更接近天然草地;随着苜蓿种植年限的增加,食细菌线虫、植食性线虫比例总体呈上升趋势,食真菌线虫、杂食/捕食线虫比例呈下降趋势,土壤成熟度指数(MI)逐渐减小,植物寄生线虫指数(PPI)和线虫通路指数(NCR)则不断增大;3)在苜蓿人工草地植被恢复过程中,土壤有机碳、全氮和速效磷对土壤微生物群落结构影响较大,并进一步影响线虫群落结构;细菌和真菌群落优势类群和多样性与线虫的不同营养类群及生态指数之间存在密切联系,表明微生物群落结构与多样性对线虫群落具有显著影响;在不同种植年限苜蓿草地中,植物的生物量与多样性的变化可能通过影响土壤微生物与线虫食物资源状况从而引起其群落特征的改变。     

鼎湖山不同演替阶段森林土壤水分时空变异研究

土壤水分作为森林生态系统水分蓄库的主体,森林土壤水分储量及其时空动态与变异对揭示区域植被恢复与气候变化背景下的森林生态系统水文过程响应与服务功能变化机制具有重要意义。本研究以南亚热带地区典型森林植被演替序列马尾松人工林（Pinus massoniana coniferous forest,PF）-马尾松针阔叶混交林（mixed Pinus massoniana/broad-leaved forest,MF）-季风常绿阔叶林（monsoon evergreen broad-leaved forest,MEBF）为研究对象,依托中国生态系统研究网络森林样地建设与监测统一规范对鼎湖山森林生态系统定位站站区内分布的上述森林类型土壤水分的长期定位观测（2005-2015年）,通过分析各演替阶段森林土壤不同土层（0-15、15-30、30-45、45-60、60-75和75-90 cm）土壤体积含水量观测数据,探究该区域森林植被恢复过程中的土壤水分变化及其时空变异。结果表明：在雨热同期且干湿季明显的南亚热带地区,鼎湖山森林土壤储水量及其时间动态受降雨量的影响显著,森林土壤层对降雨具有强烈的调蓄和稳定作用,伴随PF→MF→MEBF自然演替进程,调蓄水分能力逐步增强。林型间,由初期阶段PF到顶级群落MEBF,森林土壤水分储量逐渐提高,且演替后期林型相对于早期林型,土壤储水量均呈现为较小的年际与年内变幅。干、湿季而言,干季时林型间的土壤储水量差异大于湿季,干季时MEBF和MF土壤含水量分别是PF的1.33倍和1.11倍。从土壤含水量的干、湿季期间变异来看,不同林型各土层土壤含水量的变异系数大小均表现为干季大于湿季;垂直剖面方向上,突出表现为无论干湿季MEBF各层土壤含水量变异均比其他两种林型较为缓和,充分体现了MEBF优越的土壤水分时空调配能力。整体上,伴随PF→MF→MEBF自然演替进程,土壤水分储量及其稳定性逐步提升。     

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。     

黄土高原小流域不同植物群落土壤生态化学计量的垂直变化特征

在黄土高原生态恢复重建过程中,土壤养分及化学计量特征是评价黄土区植被恢复效应的有效途径。该文以典型半干旱黄土小流域3种恢复方式下(天然荒草、自然恢复、人工恢复)的5种植物群落(长芒草群落、赖草群落、苜蓿群落、柠条群落、山杏群落)不同深度的土壤(0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm)为研究对象,利用方差分析及线性回归法分析土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)含量及化学计量比的垂直变化特征,并探讨各指标间的耦合关系。结果表明:(1)群落类型和土壤土层深度对土壤SOC、TN、TP含量均有显著影响,土层深度还显著影响土壤TK的分布,但两者交互作用只对TN含量有显著影响。0～20 cm土层中,土壤SOC、TN含量表现为柠条灌丛显著高于长芒草、赖草、苜蓿和山杏群落(P<0.05)。(2)在土壤垂直剖面上,除C:N随土层加深而增加外,其他土壤化学计量比均随土层加深而逐渐降低。在0～20 cm和20～40 cm的土层中,土壤C:N表现为赖草群落显著高于长芒草、苜蓿、柠条和山杏群落(P<0.05),而土壤C:P、N:P、N:K均表现为人工恢复柠条群落最高; 在40～60 cm的土层中,山杏土壤C:K显著低于长芒草、赖草、苜蓿和柠条群落(P<0.05)。(3)不同群落土壤SOC、TN、TP、TK含量彼此间呈正相关关系,其中,SOC含量与TN含量、TN含量与TP含量、SOC含量与TP含量、TN含量与TK含量在5种植物群落中均达到显著正相关(P<0.05)。土壤C:P与C:K、C:K与N:K、N:P与N:K间均具显著正相关关系(P<0.05),C:N与N:P、C:N与N:K、P:K与C:P、P:K与N:P间均呈负相关关系。综合来看,不同植物群落土壤SOC、TN、TP、TK含量均随土层加深而逐渐降低,人工恢复柠条生态化学计量特征综合更强,更有利于改善当地土壤质量。     

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。     

希拉穆仁草原近自然恢复状态下植被-土壤响应特征

通过对内蒙古阴山北麓围封区域草原近自然状态下植被群落特征及其土壤颗粒物理特性的研究,探讨草地群落与土壤颗粒物理特性在自然风蚀条件下的特征。结果表明:(1)草地全覆盖时以羊草、赖草为优势种,当草地盖度下降为40%以下时以指示草地退化的冷蒿为优势种;且随着植被盖度的降低,草地植物群落生物量呈降低趋势,Shannon-Wiener指数、Simpson指数均呈现出先升高后降低的趋势;(2)草地植被覆盖度对地表土壤颗粒分形维数有显著影响(P0.05),随着盖度的降低,其地表土壤颗粒分形维数呈显著降低趋势,地表土壤颗粒粗化明显;(3)在近自然状态下,草地植被覆盖较低时,地表0—1 cm土壤颗粒粗粒化现象尤为显著,粒度累计差异达到1 mm,垂直结构上表现为由3—5 cm、1—3 cm土层至0—1 cm土层,土壤颗粒粗粒化程度加重,粗颗粒粒度累积差异分别出现在0.1、0.25、1 mm;(4)在近自然状态下,随着草地植被盖度增加,表层土壤受植物遮蔽,得到有效保护,土壤颗粒逐渐细化,容重也缓慢下降。在近自然状态下,草地及土壤环境发生有层次且多样性的变化,草地植被的斑块状变化使得希拉穆仁围封区草原在近原始状态下出现自然风蚀现象成为可能。     

半干旱黄土区苜蓿退化对坡面草本植物分布及多样性的影响

半干旱黄土丘陵区土壤水分亏缺引起人工苜蓿草地退化会显著影响其他草本植物的分布及多样性,然而地形驱动下的苜蓿草地退化及植被群落多样性响应还尚不清楚。以典型半干旱黄土丘陵区龙滩小流域为研究区,对不同地形条件下退化苜蓿草地地上生物量、草本多样性及生长季内0—200 cm土壤水分进行了定位监测,利用方差分析、相关分析和典范对应分析(CCA)明确坡面地形、苜蓿生长状况和土壤水分与其他草本植物分布及多样性之间的关系。结果表明:(1)地形显著影响植被群落特征,西坡、东坡和北坡样带苜蓿地上生物量明显不同,西坡和东坡样带中、下坡位苜蓿地上生物量明显高于上坡位,而其他草本的生物量、物种丰富度和多样性指数的变化趋势则与苜蓿相反;(2)苜蓿地上生物量与80—200 cm土壤水分显著正相关,而与0—20 cm和20—80 cm土壤水分的相关性较小;(3)地形特征、不同深度土壤水分和苜蓿地上生物量解释了退化苜蓿草地其他草本群落变异的87.8%,其中坡向、苜蓿地上生物量、0—20 cm和20—80 cm土壤水分4个因子解释了79.3%的群落变异。研究认为,半干旱黄土丘陵区不同地形条件引起坡面土壤水分变化,进而影响退化苜蓿草地地上生物量,使得苜蓿退化程度不同,而苜蓿退化程度和0—80 cm土壤水分决定了不同部位草本分布及多样性。     

半干旱黄土小流域不同植被类型植物与土壤生态化学计量特征

生态化学计量学是研究生态系统元素平衡与能量流动的有效方法,明确不同植被恢复类型下植物与土壤化学计量特征对揭示黄土高原植被恢复中生态系统养分循环具重要意义,可为黄土高原植被恢复类型的选择提供可行性依据。以典型半干旱黄土小流域3种植被恢复方式下（天然荒草、自然恢复、人工恢复）的5种植被类型（长芒草草地、赖草草地、苜蓿草地、柠条灌丛、山杏林）为研究对象,分析不同植被类型下叶、茎、根及土壤碳（C）、氮（N）、磷（P）含量及化学计量特征。结果表明：1）植物不同器官和植被类型对植物生态化学计量特征都具有显著影响,C、N、P含量在5种典型植被中均表现为叶>茎>根。人工恢复植被各器官C、N含量及N ∶ P均显著高于天然荒草地,与自然恢复植被无显著差异;其中,在人工恢复植被中山杏各器官C含量最高,柠条各器官N含量最高。叶、茎、根的C ∶ N则表现为自然恢复植被显著高于人工恢复植被与天然荒草地。P含量、C ∶ P则在不同植被恢复类型间无显著差异。2）不同植被恢复类型下土壤C、N、P含量及化学计量特征具一定差异。人工恢复植被土壤C、N、P含量及C ∶ P、N ∶ P均为最高,显著高于自然恢复植被土壤;人工恢复植被中柠条土壤C、N含量及C ∶ P、N ∶ P均显著高于其他植被土壤。土壤C ∶ N在各植被类型间无显著差异。3）不同植被恢复类型下C、N、P含量在植物叶片与土壤间的相关性存在差异,说明植物自身生长特性影响着养分在植物与土壤间转化与传递。以5种典型植被整体来看,植物叶、茎、根的生态化学计量特征在彼此间均呈显著正相关。在植物与土壤间,植物各器官N含量与土壤C、N、P含量呈显著正相关,植物各器官N ∶ P与土壤N ∶ P呈显著正相关,表明该黄土小流域生态系统中植物与土壤生态化学计量特征的变化是相互制约,相互影响的。     

不同复垦方式煤矿排土场植物群落与土壤因子的关系

选取6个样地,采用协同样方法采样,对内蒙古黑岱沟露天煤矿排土场与原始植被地的植物及土壤因子进行对比研究。结果表明:(1)通过TWINSPAN划分法得到8个植物群落,经DCA法分析核实,与TWINSPAN划分结果一致。(2)油松+蒙古冰草复垦模式比新疆杨+紫花苜蓿复垦模式生态适应性差,紫花苜蓿丧失优势种的地位而被拂子茅取代。(3)剔除频度小于5%,获得228×74的样方-物种原始数据矩阵,对11个环境因子测定,采取"前向选择"和"Monte Carlo检验"确定了7个代理变量,形成228×7的样方-环境因子数据矩阵,经DCCA分析群落分布、格局及组成主要受土壤有机质(第1轴)、土壤密度(第2轴)两因子影响;第1轴特征值0.895,贡献率58.7%,沿着第1轴群落依次从类型Ⅷ、Ⅶ、Ⅴ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅱ、Ⅰ土壤有机质逐渐变大;第2轴特征值0.356,贡献率17.4%,沿着第2轴,群落Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ、Ⅶ土壤密度依次变小。(4)排土场群落物种组成较原始群落简单,现有群落既未向复垦设计的方向发展,也未向原始植被方向演化。     

Community biomass of abandoned farmland and its effects on soil nutrition in the Loess hilly region of Northern Shaanxi, China

In order to have a basic knowledge of revegetation, one needs to deepen his understanding of the interactive effects of vegetation and soil. In this article, aboveground biomass, soil nutrients and moisture of 36 old-fields with different abandonment ages (from 2 to 45 years after abandonment), aboveground biomass of 4 typical old-fields, and growth characteristics of 7 predominant old-field species were measured. Changing pace, trend and relationship of community aboveground biomass and soil nutrition during the secondary succession were evaluated; effects of soil nutrition on community aboveground biomass were analyzed using multivariable analysis and pathway analysis, and effects of aboveground biomass on soil nutrition were further discussed. The results show that: (1) Soil nutrients, including organic matter, total nitrogen, total phosphorus, total potassium, nitrate nitrogen, ammonium nitrogen, active phosphorus and active potassium, have the same changing pace and trends as the aboveground biomass. In the process of secondary succession, both the soil nutrition and the community aboveground biomass decreased in the earlier abandonment stage of succession and then increased subsequently. (2) On the basis of the correlation of soil nutrients and abandonment ages, effects of vegetation on 0–20 cm organic matter, active phosphorus, 0–20 cm and 20–40 cm nitrate nitrogen nutrition are significant, while on the basis of the correlation of soil nutrition and aboveground biomass, no significant effects were observed. Hereinbefore, aboveground biomass accounts for only a part of vegetation-soil nutrition effects. The effects of biomass on organic matter, total nitrogen, total phosphorous, total potassium, nitrate nitrogen, active potassium and phosphorous are positive, whereas for ammonium nitrogen it is negative. (3) Abandonment ages, total nitrogen, total potassium, active potassium and soil moisture fluctuation have direct positive effects on the aboveground biomass of old-field communities; abandonment and soil moisture fluctuation have lager effects. Each ingredient of soil nutrition has relatively small effect, among which total nitrogen has larger effects than total and active potassium. The changes in aboveground biomass of old-field communities during succession are caused mainly by the changes in coverage and ecological characteristics of community species (the relatively larger direct effects of abandonment ages), and secondly by the soil moisture fluctuation (the relative smaller indirect effect of abandonment ages through soil moisture). (4) As a dependent variable, belowground biomass approaches power function of soil depth and declines in deeper layer. The root/shoot ratio of communities tends to increase in later succession stages, which also has an increasing tendency. These may influence the accumulation of biomass and decomposition of organic matter, and the vegetation-soil effects may be different.     

Effects of 10-Year Management Regimes on the Soil Seed Bank in Saline-Alkaline Grassland

Background

Management regimes for vegetation restoration of degraded grasslands can significantly affect the process of ecological succession. However, few studies have focused on variation in the soil seed bank during vegetation restoration under different management regimes, especially in saline-alkaline grassland habitats. Our aim was to provide insights into the ecological effects of grassland management regimes on soil seed bank composition and vegetation establishment in mown, fenced, transplanted and natural grassland sites, all dominated by the perennial rhizomatous grass Leymus chinensis.

Methodology

We studied species composition and diversity in both the soil seed bank and aboveground vegetation in differently managed grasslands in Northeast China. An NMDS (nonmetric multidimensional scaling) was used to evaluate the relationship between species composition, soil seed banks, aboveground vegetation and soil properties.

Principal Findings

Fenced and mown grassland sites had high density and species richness in both the soil seed bank and aboveground vegetation. The Transplanted treatment exhibited the highest vegetation growth and seed production of the target species L. chinensis. Seeds of L. chinensis in the soil occurred only in transplanted and natural grassland. Based on the NMDS analysis, the number of species in both the soil seed bank and aboveground vegetation were significantly related to soil Na⁺, Cl^-, RSC (residual sodium carbonate), alkalinity, ESP (exchangeable sodium percentage) and AP (available phosphorus).

Conclusions

Soil seed bank composition and diversity in the saline-alkaline grassland were significantly affected by the management regimes implemented, and were also significantly related to the aboveground vegetation and several soil properties. Based on vegetative growth, reproductive output and maintenance of soil seed bank, the transplanting was identified as the most effective method for relatively rapid restoration of the target species L. chinensis. This approach could be beneficial for the restoration of dominant species in a wide range of degraded grassland ecosystems.     

羊草基因型数目与氮添加对土壤微生物群落的交互影响

物种多样性(或同一物种遗传多样性)减少和氮富集都是影响陆地生态系统进程的主要因素,它们之间的交互作用是否对土壤微生物群落产生显著影响已成为研究者关心的主要科学问题。研究羊草基因型数目(1、2、4三种基因型数目组合)和氮添加(无氮添加、低氮添加和高氮添加3种水平)对土壤微生物群落的总磷脂脂肪酸(PLFA,Phospholipid Fatty Acid)含量、细菌PLFA生物标记含量、真菌PLFA生物标记含量、真菌/细菌比、以及基于每个PLFA生物标记相对含量百分比所得微生物群落的Shannon-Wiener多样性指数和Simpson优势度指数的影响。结果表明:氮添加对细菌PLFA生物标记含量,以及土壤微生物PLFA生物标记的Shannon-Wiener多样性指数和Simpson优势度指数具有显著影响(P0.05);基因型数目对所测变量无显著影响(P0.05),但基因型数目和氮添加的交互作用对细菌PLFA生物标记含量和真菌/细菌比具有显著影响(P0.05)。研究结果为全球变化背景下氮沉降及重要物种种群数量减少对土壤微生物群落的影响提供了科学数据,为合理解释群落动态变化提供了数据支持。