黄土高原不同植被带土壤团聚体有机碳和酶活性的粒径分布特征

为探究土壤中各粒级团聚体不同形态有机碳和酶活性的分布特征,以黄土高原延河流域森林带、森林草原带、草原带土壤为对象,研究了不同粒级团聚体总有机碳、易氧化碳和腐殖质碳含量,以及纤维素酶、β-D葡糖苷酶、过氧化物酶、蔗糖酶和脲酶活性,分析了土壤团聚体有机碳及其组分与酶活性之间的相关关系.结果表明： 3种植被带土壤团聚体有机碳及其组分含量表现为森林带＞草原带＞森林草原带,3种形态有机碳含量在0.25～2 mm粒径均最高;不同植被带土壤团聚体有机碳及其组分含量和酶活性在0～10 cm土层大于10～20 cm土层;3种植被带纤维素酶、β-D葡糖苷酶、蔗糖酶和脲酶活性表现为森林带＞草原带＞森林草原带,过氧化物酶活性表现为森林带＞森林草原带＞草原带;3种植被带土壤中各种酶活性随着粒径的减小呈递增趋势.土壤纤维素酶、过氧化物酶、蔗糖酶和脲酶活性与团聚体各种形态碳含量均呈显著正相关.
     

Characteristics of nitrogen and phosphorus stoichiometry across components of forest ecosystem in Shaanxi Province

Aims Nitrogen (N) and phosphorus (P) stoichiometry between vegetation, litter, and soil were important for understanding biogeochemical cycles in terrestrial ecosystems, but remain poorly understood. Here, our aims were to study characteristics of N and P stoichiometry for the plant, litter, and soil and the interactions between its components across forest ecosystems in Shaanxi Province.Methods A total of 121 sampling sites, covering the most main forest types in Shaanxi, were established across the whole province in 2012. And N and P concentration of vegetation (tree and understory), litter and soil layers were measured for each site.Important findings 1) There were significant differences in the N and P stoichiometry among the forest ecosystem components (p < 0.05). N and P contents were higher in understory and litter layer, and lower in tree and soil. Whereas the N:P was slightly different, highest in litter and lowest in the soil layer, with little differences among remaining components. The contents of N, P and N:P ranged from 0.72 to11.99 mg·g^-1, 0.47 to 1.07 mg·g^-1, and 1.86 to 14.84, respectively. Within top 1 m soil layer N content and N:P decreased with soil depth (p < 0.05), however the P content did not exhibit significant changes. 2) N and P contents, and N:P of each component were higher in broadleaf forest than in coniferous forest, although the difference is not significant. 3) N was positively correlated with P content except for soil and N:P was negatively correlated with P content, but positively correlated with N content within each component. In addition, there was a significant positive correlation for N and P stoichiometric characteristics between litter layer and tree, herb, soil layer. 4) Although spatial pattern of N and P contents, and N:P differed in relation to longitude, latitude, and elevation for forest ecosystem components, a stable distribution was exhibited in general.     

3种禾草苗期生长和水分利用对土壤水分变化的反应

采用5种不同的水分处理,于室内生长箱内盆栽条件下对引种禾草柳枝稷(Panicum virgatum)、乡土禾草白羊草(Bothriochloa ischaemum)和栽培禾草谷子(Setaria italica)等苗期根冠生长和水分利用特征进行了比较分析.结果显示:(1)充分供水下3种禾草的苗期生物量和蒸腾效率均显著高于其它4种水分处理,而高水与低水处理下各自的根冠比无显著差异;(2)各水分处理下谷子苗期总生物量、蒸腾效率和耗水量均显著大于白羊草和柳枝稷;(3)在5种水分处理下,苗期根冠比谷子均最小,柳枝稷最大;(4)低降复水后,3种禾草生物量和蒸腾效率较低水处理分别显著提高16.7%-98.7%和28.2%-118.2%,显示出补偿效应,以白羊草增幅最大.结果表明,白羊草、谷子和柳枝稷在不同土壤水分处理下的苗期生物量、根冠分配比例以及水分利用效率差异反映了野生种、栽培种和引进种禾草苗期对半干旱环境条件水分生态适应性的异同.     

品种、种子大小和施肥对冬小麦生物学特性的影响

试验设不同年代冬小麦品种、粒重、播种方式和施肥等4个因子,品种选用白芒麦（20世纪60年代）、咸农39（20世纪70-80年代）、小偃6号（20世纪90年代后期）、远丰998（近期）等不同年代的4个冬小麦品种,粒重分为2种截然不同重量的大粒和小粒,播种方式设小粒单播、大粒单播以及大小粒等比例混播等3种播种方式,施肥设不施肥（CK）、施氮（N）、施磷（P）和同时施氮磷（NP）等4种方式,共48个处理。以土垫旱耕人为土为供试土样,进行盆栽试验,研究不同品种、种子大小和施肥对冬小麦生物学特性的影响。结果表明,不同品种间、大小粒播种间、不同施肥间植株株高均存在极显著差异（p〈0.01）,且这些因子间存在显著的交互作用（p〈0.05）。品种间,苗期和越冬前以近期品种远丰998植株最高,灌浆期以早期品种白芒麦植株最高。株高稳定后以早期品种高,反映了育种的演变趋势。大小粒播种间,苗期和越冬前大粒株高均显著高于小粒株高,但灌浆期大小粒播种间株高差异基本消失,说明大粒种子植株在苗期生长具有一定优势。不同施肥处理间株高差异在苗期与越冬前表现一致,单施P和NP配施植株较高;灌浆期以NP配施植株株高明显高于其它施肥处理。不同品种、大小粒播种方式和施肥显著影响冬小麦分蘖和单株叶面积。白芒麦、咸农39和小偃6号的分蘖数基本一致,变化在4.37个/株-4.74个/株之间,远丰998最少,仅为2.95个/株;NP配施和施P能够显著增加分蘖数,其分蘖数几乎是不施肥（CK）和单施N的2倍;各品种大粒种子植株分蘖数均多于小粒种子植株。远丰998绿叶面积最大（45.72cm^2/单茎）,白芒麦最低（仅为26.97cm^2/单茎）;NP配施单株绿叶面积明显大于其它施肥处理。除远丰998大粒种子植株绿叶面积（50.42cm^2/单茎）显著大于小粒种子（41.01cm^2/单茎）外,其余品种大、小粒种子植株绿叶面积相当。就施肥处理而言,施肥对近期品种小粒种子株高、分蘖数和叶面积的促进作用相对较大,而对远期品种小粒种子植株的影响相对较小。     

模拟降雨条件下生物结皮坡面产流产沙对雨强的响应

生物结皮是黄土丘陵区退耕地广泛存在的地被物.本研究通过人工模拟降雨试验分析了雨强对生物结皮坡面产流产沙的影响.结果表明: 生物结皮坡面产流产沙随降雨历时的延长先增加、10~18 min趋于平稳.相对于裸土坡面,生物结皮显著延长了坡面初始产流时间,抑制了坡面产流产沙,可降低21%~78%的坡面径流量和77%~95%的产沙量.雨强主要通过影响生物结皮坡面径流而影响其产沙.随着雨强的增加,生物结皮坡面产流产沙与雨强的相关性出现了由不显著相关向显著相关的转折,雨强＞1.5 mm·min^-1时,生物结皮坡面的减流减沙作用随着雨强的增加而降低.本研究结果为降雨条件下生物结皮坡面产流产沙过程的模型模拟奠定了基础.     

马铃薯块茎膨大期不同程度干旱后复水的源库补偿效应

旱后复水的补偿效应在多种作物的不同生育时期都存在,是植物抵抗逆境胁迫和伤害的重要自我调节机制,也是对有限水分高效利用的体现.本研究在马铃薯块茎膨大期进行两轮干旱后复水处理,明确马铃薯补偿效应产生的干旱胁迫阈值,并从源-库角度探索马铃薯旱后复水补偿效应产生的缘由.试验选取‘大西洋’马铃薯脱毒组培苗为材料,设置充分供水(W)、轻度干旱后复水(D₁-W)、中度干旱后复水(D₂-W)和重度干旱后复水(D₃-W)4个水分处理并经过两个循环.结果表明:在经过两轮轻度干旱复水后,马铃薯产量表现出超补偿效应,水分利用效率和产量比充分供水分别提高了17.5%和6.3%;中度水分胁迫表现出近等量补偿效应,产量与充分供水差异不大,而水分利用效率提高了8.4%;而重度水分胁迫没有表现出产量补偿效应.不同程度的干旱胁迫均降低马铃薯叶片叶绿素含量、净光合速率、叶面积等源的大小和活性,而在复水后,轻度和中度胁迫出现了超补偿和补偿效应,增强了源的供应能力.同时,适度干旱后复水显著增强了块茎(库)中蔗糖-淀粉代谢途径关键酶的活性,提高了库活性,进而表现为块茎平均重量的增加.综上,马铃薯块茎膨大期适度的水分亏缺在复水后源-库均存在补偿和超补偿效应,以此来弥补干旱带来的损失,最终在产量上表现为补偿或者超补偿效应,并显著提高了水分利用效率.     

陕西省典型天然次生林和人工林生产力对气候变化的响应

本研究利用基于过程的动态植被模型LPJ-GUESS模拟并分析陕西省栎类林和刺槐林在未来时期(2015—2100年)不同气候情景下净初级生产力(NPP)和净生态系统生产力(NEP)的动态变化和趋势.结果表明: 与基准时期(1961—1990年)相比,未来时期陕北地区栎类林和刺槐林NPP将分别下降4.9%～29.5%、22.5%～56.2%,而在关中和陕南地区栎类林和刺槐林NPP将分别升高13.0%～49.0%、21.3%～62.9%; 未来时期,不同情景下的栎类林和刺槐林NPP均表现为RCP_2.64.58.5;未来时期,2种不同类型森林在陕北、关中、陕南3个分区均表现为碳汇,栎类林在陕北和关中地区的碳汇功能更强,而刺槐林在陕南地区的碳汇功能更强;3个分区刺槐林在不同RCP情景下NEP的变化幅度均大于栎类林.     

黄土丘陵区草地植被群落优势种叶片功能性状对氮磷添加的响应

以黄土丘陵区草地植被群落3种优势种白羊草、长芒草和达乌里胡枝子为对象,采用裂区试验设计,设置0、50和100 kg N·hm^-2·a^-13个氮处理和0、40和80 kg P₂O₅·hm^-2·a^-1 3个磷处理,于生长旺盛期测定了各植物的叶长、叶宽、比叶面积、叶片干物质含量、叶片氮、磷含量和氮磷比等指标,分析不同优势种叶片功能性状对氮磷添加的响应差异.结果表明:与未施肥相比,50和100 kg N·hm^-2·a^-1处理下白羊草叶长和叶宽分别显著增加35.3%和64.4%,而长芒草仅有叶长显著增加58.8%,达乌里胡枝子仅有叶宽显著增加33.9%,但三者叶片干物质含量分别显著降低10.7%、15.3%和11.2%,白羊草和长芒草叶片氮含量分别显著增加23.0%和99.2%,氮磷比分别显著增加45.8%和96.9%;40和80 kg P₂O₅·hm^-2·a^-1处理下达乌里胡枝子叶长、叶宽和比叶面积分别显著增加56.9%、41.4%和19.6%,叶片干物质含量显著下降14.9%,三者叶片磷含量分别显著增加96.7%、110.9%和238.4%,氮磷比分别显著降低45.8%、42.8%和53.7%.50 kg N·hm^-2·a^-1处理下,与未施磷相比,40和80 kg P₂O₅·hm^-2·a^-1处理后仅达乌里胡枝子叶长和叶宽显著增大,3种植物叶片磷含量显著增加,白羊草和长芒草叶片氮含量显著降低;100 kg N·hm^-2·a^-1处理下,施磷后白羊草和长芒草叶长、达乌里胡枝子叶宽显著增大,三者叶片磷含量显著增加,白羊草叶片氮含量显著降低.综上表明,3个优势种植物叶片功能性状对短期氮磷添加的响应存在明显差异,这些差异与物种属性和施肥水平有关,不同优势种对氮磷添加响应的差异对维持草地群落多样性和稳定性具有重要作用.     

基于137Cs示踪技术的土壤侵蚀及养分流失特征评价

研究不同土地利用方式对小流域土壤侵蚀及其养分流失特征的影响有助于更好的理解土地利用方式变化引发的环境效应问题,对区域生态保护和高质量发展具有重要意义。选择陕北延安市湫沟小流域为研究对象,利用¹³⁷Cs示踪技术,定量评价了不同土地利用方式的土壤侵蚀和养分流失状况及其相互变化关系,结果表明：（1）土地利用方式显著影响小流域土壤侵蚀状况。土壤侵蚀模数介于-18.67-151.27 t km^-2 a^-1之间,大小顺序为沟道 > 苹果园 > 林地 > 草地 > 灌木,均为微度侵蚀。其中,除灌木地发生沉积以外,其它土地利用方式均发生了土壤侵蚀现象。（2）不同土地利用方式下的土壤侵蚀模数空间变异明显,除沟道为轻度变异以外,其它土地利用均为中等变异。（3）土壤全氮含量、有机质含量、N/P比和C/P比在不同土地利用方式下的变化特征表现一致,大小顺序均为灌木 > 草地 > 林地 > 沟道 > 苹果园,且在不同利用方式间均存在显著性差异。但全磷含量表现为灌木>苹果园>沟道>草地>林地,且与土壤全氮含量和有机质含量极显著正相关。同全国平均水平相比,土壤全氮含量偏低,全磷含量适中;C/N超过全国平均水平,而N/P和C/P远低于全国平均水平,小流域土壤氮限制严重。（4）土壤侵蚀是该小流域养分流失的重要诱因。不同土地利用方式土壤养分流失变化特征与土壤侵蚀模数表现一致,且两者呈极显著正相关关系;但与土壤全氮、全磷、有机质、N/P比及C/P比呈极显著负相关关系,与C/N比关系不显著。     

祁连山不同类型草地的土壤理化性质与植被特征

祁连山草地生态系统在维护我国西部生态安全方面起着举足轻重的作用。为了解祁连山不同类型草地土壤水分、养分等理化性质与植被分布特征,及土壤理化性质与植被特征的相关关系,于祁连山选取7种类型的草地,测定土壤水分含量、养分含量、容重、颗粒组成和植被特征,计算土壤颗粒的分形维数、0～40 cm土层土壤有机碳、全氮和全磷储量、植物多样性指数。结果表明: 祁连山不同类型草地的土壤理化性质与植被特征差异显著,高寒草甸相比于其他类型草地具有较高的土壤水分、养分和黏粒含量,及较低的容重和砂粒含量;0～40 cm土层土壤有机碳、全氮、全磷储量变化范围分别为3084～45247、164～2358、100～319 g·m^-2,整体表现为有机碳和全氮含量高、全磷含量低;土壤全磷储量与植物多样性指数呈显著正相关关系,表明土壤全磷含量是祁连山草地植物多样性的关键影响因素。相比其他草地类型,高寒草甸具有较好的植被状况和土壤水分、养分条件。