沙化草地土壤碳氮磷化学计量特征及其对植被生产力和多样性的影响

沙化草地土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征及其对植被生产力与多样性的影响对于认识草地沙漠化过程中土壤与植被的互馈关系,以及沙漠化发展的生态学机理具有重要的意义。通过对科尔沁沙地75个沙化样地的野外调查,研究了科尔沁沙地不同程度沙化草地的表层土壤C、N、P化学计量特征及其与生产力和多样性的相关关系。结果表明:1)科尔沁沙地沙化草地表层土壤具有较低的有机C、全N、全P含量及C∶N、N∶P和C∶P,平均值分别为1.39 mg/g、0.117 mg/g、0.079 mg/g和7.50、2.22、16.91;草地沙漠化过程中,土壤有机C、全N、全P含量显著降低的同时,C∶N、N∶P和C∶P亦显著降低,表明土壤有机C、全N、全P在沙漠化过程中的损失是不同步的;2)科尔沁沙地沙化草地表层土壤有机C、全N、全P元素间均呈显著正相关,具有一定的耦合关系,且土壤有机C和全P间的耦合关系不随沙漠化的发展而发生改变;3)草地沙化过程中,土壤养分的损失限制着草地生产力,而土壤N∶P较全N、全P含量更能反映土壤养分对生产力的限制作用;4)沙化草地土壤全N含量与物种丰富度间具有显著正相关关系,而土壤全P含量与其无显著相关性;多样性指数与全N、全P含量间均具有显著正相关关系;相对于土壤全N、全P含量,N∶P能更好地反映养分平衡对物种多样性的影响作用。     

塔克拉玛干沙漠南缘荒漠绿洲过渡带不同土地利用影响下土壤化学计量特征

荒漠绿洲过渡带在维护绿洲生态安全和绿洲稳定上具有重要作用。垦荒等土地利用的增强使得荒漠绿洲过渡带的健康稳定受到了巨大的挑战。以塔克拉玛干沙漠南缘典型荒漠绿洲过渡带为研究对象,系统分析了不同土地利用方式(桑田、半自然柽柳林、瓜地、棉花-玉米地)对土壤养分化学计量特征的影响。土壤取样沿农田到荒漠方向进行,分5层进行。研究发现,土壤各养分指标均受土地利用方式(4种)、土层(5层)和与农田边缘垂直距离(4梯度)的显著影响,且存在一定的交互作用。土地利用方式显著影响土壤各养分元素含量。随土层由浅到深,有机碳(C)、有效氮(N)和有效磷(P)基本呈下降趋势,全N具有波动变化,而全P变化不显著。随与农田边缘垂直距离的增加,各养分含量基本呈递减趋势。对同一土层(共选择三层)不同土地利用方式下土壤养分具体分析表明,棉花-玉米地这一利用方式在农田内部具有最高的土壤有机C和全N含量,其次为桑田。随着与农田边缘垂直距离的增加,土壤C、N含量优势减弱。除农田内部样地(0 m)外,三层土壤全P含量基本呈桑田柽柳林棉花-玉米地趋势。表层有效N含量在农田内部样地(0 m)瓜地最高,其他距离处(大于等于20 m)棉花-玉米地高,下层土壤有效氮含量在农田内部各土地利用方式间无差异。在各距离样点处不同土地利用类型间土壤有效P含量的变化无明显规律,在农田内部以瓜地有效P含量最高。棉花-玉米地土壤全量N/P在农田内部和与农田边缘垂直距离20 m处含量最高。三土层土壤有效N/P在农田内部以柽柳林最高,随着与农田边缘垂直距离增加,土壤有效N/P显著改变。综合来看,土地利用对荒漠绿洲过渡带土壤营养含量的增加具有正向作用,由土壤养分变化带来的生态效应值得关注。     

青藏高原两种植被类型净初级生产力与气候因素的关系及周转值分析

基于2008—2016年青海海北站9年净初级生产力及气候因子监测数据,分析了青藏高原高寒小嵩草草甸和高寒金露梅灌丛两种植被净初级生产力年际动态,并探讨了气候因子对其影响及其不同土层深度根系周转值特征。结果表明:(1)年际尺度上,小嵩草草甸地上净初级生产力表现为显著增加趋势,增幅为7.02 g m~(-2) a~(-1),而金露梅灌丛地上净初级生产力相对较为稳定;对于其地下净初级生产力和总生产力,小嵩草草甸和金露梅灌丛均表现为增加趋势(P0.05),9年间小嵩草草甸地上、地下和总净初级生产力平均值分别为(217.55±9.95)、(1882.75±161.33) g m~(-2) a~(-1)和(2100.30±163.38) g m~(-2) a~(-1),金露梅灌丛地上、地下和总净初级生产力9年间平均值分别为(256.27±11.4)、(1614.31±173.03) g m~(-2) a~(-1)和(1870.58±177.93) g m~(-2) a~(-1)。(2)不同植被类型地上净初级生产力对气候因素响应不同,金露梅灌丛地上净初级生产力主要受温度影响,而温度对小嵩草草甸地上净初级生产力无显著影响。此外,降水不是限制高寒生态系统草地地上净初级生产力主要因子,相比于降水影响,高寒生态系统地上净初级生产力更受温度调控。(3)年均温和年降水对金露梅灌丛和小嵩草草甸地下净初级生产力均无显著影响(P0.05),表明高寒生态系统,其地下生产力受外界气候条件变化影响微弱,是一个稳定的碳库。(4)两种植被类型其根系周转值均随着土壤深度的增加呈逐渐增加趋势,且高寒灌丛根系周转值明显高于高寒草甸根系周转值。研究表明,在全球气候变暖背景下将会增加金露梅灌丛地上净初级生产力,而对小嵩草草甸地上净初级生产力无显著影响。     

典型城市单元的土壤重金属溯源方法与实证研究

随着城市化进程的不断深入,土壤中重金属污染现状及其治理情况越来越受到重视,而查明污染源是有效治理污染的前提。源解析技术目前已广泛的应用于环境受体重金属来源解析实践中,总结了近年来土壤重金属成因分析的常用方法及原理,并提出了一种将多种方法相配合使用的方法体系。选取珠三角某市城郊农田作为研究对象,结果表明,Cd、Pb、Cu、Zn、As存在含量超过国家农用地筛选值的情况,其中Cd超标率高达60.1%。农业活动、工业生产、交通源和自然母质均对研究区土壤重金属的累积产生一定的贡献。正定矩阵因子分析法(PMF,Positive Matrix Factorization)模型模拟的Cd、Ni、Zn和Hg预测值与实测值线性拟合r~2均大于90%,其余元素r~2均大于60%,呈现出很好的相关性,满足研究需要。PMF模型和铅同位素比值法计算得到的交通及农业对土壤Pb累积的贡献率之和分别为86.0%和84.8%,PMF模型和物质流分析法计算得到的农业对土壤Cd的贡献率分别为86.7%和79.7%,结果均比较接近。结果表明正定矩阵因子法、同位素比值分析法,物质流分析法能很好的联用应用于土壤重金属源解析研究。     

基于涡度相关法的农田生态系统碳通量研究进展

涡度相关法作为国际上公认的碳通量测定的标准方法,在农田生态系统碳通量研究领域具有广阔的空间。本研究旨在总结涡度相关法的农田生态系统碳通量最新研究成果,为涡度相关法与农田生态系统碳通量研究提供参考。文章综述了国内外基于涡度相关技术的农田生态系统碳通量研究现状,重点总结了其在时间变化、驱动因子、生产力模型、数据处理等方面的最新研究成果。经了解发现涡度相关技术对农田生态系统碳通量的时间变化特征研究较多,且众多研究结果表明在单一种植模式下农田碳通量的日变化和季节变化呈显著单峰"U"型趋势,在多熟种植模式下季变化呈"W"型,但对种植模式的碳通量研究缺乏区域代表性;同时驱动因子研究集中在温度、光照、水分等环境因素对农田碳通量的影响方面,对环境因子与农艺措施之间的关系研究较少;且对于通量夜间数据的处理和无效、缺失数据的剔除与插补缺乏统一的标准。因此本文认为区域典型种植模式的长期定位监测、多因子协同分析、数据质量监控等方面具有较大研究空间。     

荒漠绿洲农田垦殖过程中耕层土壤碳储量演变特征

以河西走廊中段临泽荒漠绿洲区为研究对象,通过实地调查结合遥感影像辨析确定农田的开垦年限,对比不同开垦背景的农田耕层(0～20 cm)土壤有机碳储量(SOCD)的变化特征,研究荒漠绿洲农田垦殖过程中SOCD的演变趋势.结果表明: 研究区农田耕层SOCD在2.41～32.97 t·hm^-2范围变动,平均值为17.22 t·hm^-2;盐碱地、戈壁和沙地背景农田SOCD平均值分别为19.36、16.10、15.93 t·hm^-2.随着开垦年限的增加,农田耕层SOCD呈增加趋势,但沙地和戈壁背景农田开垦20年后增加趋势放缓,盐碱地背景的农田在25年后才表现出放缓趋势;沙地、戈壁和盐碱地背景农田土壤有机碳(SOC)的固存速率分别为0.424、0.485、0.811 t·hm^-2·a^-1.SOCD与全氮、全磷、碱解氮、速效磷含量呈显著正相关,而与速效钾、pH相关性不显著.综上所述,荒漠绿洲盐碱地背景农田SOC的固存速率显著高于戈壁、沙地背景农田,但开垦30年后不同背景农田SOCD仍处于较低水平,需要针对不同开垦背景对绿洲农田进行管理以提高荒漠绿洲土地利用效率和生产力.     

陕西不同区域苹果林土壤水分动态和水分生产力模拟

基于WinEPIC和偏最小二乘回归模型对1981—2016年陕西不同区域成龄苹果林的水分生产力影响因子和土壤水分动态进行比较.结果表明: 研究期间,陕北丘陵沟壑区、渭北残塬区和关中平原区成龄苹果林年均产量分别为16.94、22.62和25.70 t·hm^-2,年均蒸散量分别为511.2、614.9和889.88 mm,水分生产力分别为3.81、3.82和3.24 kg·m^-3.在陕北区和渭北区,林地水分胁迫最严重,年均胁迫天数分别为54.89、28.38 d,关中区的N素胁迫较为剧烈,年均胁迫天数为25.87 d.陕北区和渭北区影响苹果林产量的最大因子是降水量,其标准化回归系数分别为0.274和0.235,但施N量对产量也有较大影响,回归系数分别达0.224和0.232;关中区的最大影响因子为施N量,回归系数为0.335,其次是供水量和施P量,回归系数分别为0.154和0.147.陕北区和渭北区影响苹果林水分生产力的最大因子是降水量,其标准化回归系数分别0.238和0.194;关中区最主要的影响因子为施N量和供水量,回归系数分别为0.182和0.178.在模拟期间,陕北区、渭北区和关中区苹果林地的过耗水总量分别为1152.17、1342.95和1372.42 mm,2~15 m土层土壤有效含水量下降速率分别为63.44、57.08、51.41 mm·a^-1,深层土壤干层出现时间分别为8、13和17年后,干层稳定至11 m深的时间分别为18、21和26年,干燥化严重.不同区域苹果林的管理重心应参考水分生产力的主导因子确定.     

Opposing effects of plant growth regulators via clonal integration on apical and basal performance in alligator weed

植物生长调节剂通过克隆整合对空心莲子草顶端和基部生长的不同作用 入侵植物不仅对全球生物多样性造成了巨大的威胁,同时也严重影响了农业生产与粮食安全。克隆整合使得相连植株进行资源共享,能促进入侵植物的生长从而获得优势。然而,入侵杂草 在植物调节剂(plant growth regulators, PGRs)影响下的克隆整合作用则很少有报道。PGRs被广泛应用于 农作物生产上,并能通过土壤淋溶、侵蚀和径流作用,影响分布在作物附近的农田杂草的生长。本 研究采用两种PGRs赤霉素(gibberellins, GA)和多效唑(paclobutrazol,PAC)处理恶性入侵杂草空心莲子草 (Alternanthera philoxeroides)基端,并保持或者通过剪切达到控制基端与顶端的连通,从而探究克隆整合作用在空心莲子草响应两种农业常用PGRs中的作用。研究结果表明,GA和PAC对空心莲子草生长的作用相反。GA通过克隆整合作用显著促进顶端植株的地上生长。相反地,PAC显著抑制基端和顶端的地 上生长,但是能够通过克隆整合作用显著促进基端和顶端的地下生长。这些研究结果解释了克隆整合作用能促进PGRs对空心莲子草生长的促进作用,这很可能是外来杂草能够成功入侵人为干扰较多的农业生态系统的重要原因之一。     

荒漠短命植物地上和地下生产力对极端干旱和降水的响应

在古尔班通古特沙漠南缘沙垄4个坡位和坡向,设置减少65%和增加65%生长季降水量以模拟极端干旱和极端降水事件,研究极端干旱和极端降水事件对沙垄不同坡位和坡向短命植物层片生产力的影响。结果表明: 极端干旱使地上净初级生产力和地下净初级生产力分别显著降低48.8%和13.7%,极端降水使地上净初级生产力和地下净初级生产力分别显著增加37.9%和23.2%。地上净初级生产力对极端干旱和极端降水的敏感性(0.26和0.21 g·m^-2·mm^-1)显著强于地下净初级生产力的敏感性(0.02和0.03 g·m^-2·mm^-1)。沙垄东坡地上净初级生产力(24.22 g·m^-2)和地下净初级生产力(5.77 g·m^-2)与西坡相比显著增大29.7%和71.7%,而地上净初级生产力和地下净初级生产力对降水变化的敏感性在不同坡位和坡向之间差异不显著。     

中国农田土壤动物长期监测样地科学调查监测的实施方法

我国农田土壤动物面临严峻的多样性丧失问题, 建设监测样地并开展长期监测是解决该问题的重要途径, 但至今国内外仍缺乏农田土壤动物长期监测样地科学调查监测的实施方法。依据BCI 50 ha大型固定样地建设规范, 参照我国已建成的森林和农田土壤动物大型固定样地监测经验, 本文提出了农田土壤动物长期监测样地科学调查监测的实施方法。首先, 需要明确科学问题, 确定科学调查监测应遵守的基本原则。其次, 需要规范长期调查监测涉及的专业术语, 依据研究目的和实际情况选择地点和样地, 参照建设规范和农田特征建立农田土壤动物大型固定样地。第三, 以研究农田土壤动物多样性为核心, 揭示土壤动物在农田生态系统健康和功能中的作用, 有选择性地开展4类27项科学指标的长期监测工作, 要求按照统一的、规范化的工作流程开展野外调查和室内实验。最后, 要科学规范地完成标本的鉴定描述和保存保管, 研发体现农田土壤动物特征的数据库和管理信息系统。希望本文的研究结果能推动我国乃至世界范围的规范化样地建设和标准化网络监测, 为我国农田土壤动物评估与保护提供长期可靠的数据支撑。