基于RUSLE模型的中国土壤水蚀时空规律研究

RUSLE模型是计算土壤水蚀的经典模型,在大尺度研究时参数率定比较困难。基于气候、土地覆盖、地形特征等空间分异特征,对RUSLE模型的降雨侵蚀力(R)、植被覆盖与管理因子(C)、水土保持措施因子(P)进行了率定,估算了2000、2005、2010、2015年的中国的土壤侵蚀量。结果表明:(1)土壤侵蚀强度较大的地区集中在中国长江中下游平原区、云贵高原、黄土高原区、昆仑山山麓区域,占统计总面积的9.65%。(2)土壤侵蚀明显增大的区域面积达10.36×10~4km~2,分布于新疆农田区、四川盆地、云贵高原东南部、长江中下游平原和东北平原。(3)土壤侵蚀显著改善的区域分布于黄土高原南部、秦岭地区和东南沿海地区,面积约13.6×10~4km~2。通过对RUSLE模型参数的率定,阐明了全国尺度土壤水蚀的时空分异规律,可对不同地区制定相应的土壤修复措施提供依据。     

凋落物添加和移除对杉木人工林土壤水解酶活性及其化学计量比的影响

土壤生态酶化学计量比可用于评估微生物碳(C)、氮(N)和磷(P)养分的需求状况。以往从凋落物输入量变化对生态酶化学计量比的角度来探讨杉木人工林土壤养分状况的研究较少。以亚热带杉木人工林为研究对象,采用随机区组实验设计,对12块杉木人工林样地进行3种凋落物处理(凋落物添加(LA);凋落物移除(LR);对照(CK)),通过测定土壤C、N和P水解酶(β-葡糖苷酶(BG)、半纤维素酶(CB)、β-乙酰葡糖胺糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(AP))的活性及土壤理化性质,探讨凋落物添加和移除对杉木人工林土壤养分状况的影响。结果表明:LR显著抑制了AP、BG、CB、NAG和LAP活性,同时降低了土壤含水量(SMC)、有机碳(SOC)、总氮(TN)、总磷(TP)和有效氮含量;而LA对以上指标均存在显著的正效应,表明凋落物输入量变化主要是通过改变土壤水分和养分状况来影响水解酶的活性。LR和CK处理下土壤酶活性比ln(BG+CB):ln(AP)和ln(NAG+LAP):ln(AP)均低于全球尺度上土壤酶活性比ln(BG+CB):ln(AP)(0.62)和ln(NAG+LAP):ln(AP)(0.44),表明亚热带地区杉木人工林土壤微生物生长受磷限制;LA处理的土壤的ln(BG+CB):ln(AP)和ln(NAG+LAP):ln(AP)均高于全球尺度,表明LA在一定程度上缓解了土壤磷限制,生态酶化学计量比响应的差异表明磷可能是驱动亚热带杉木人工林土壤生态酶化学计量比内在联系的关键因子。相关分析表明SMC、SOC和有效氮含量与土壤酶活性及其化学计量比呈极显著正相关关系,因此,生态酶化学计量比可作为表征土壤当前养分有效性状况的重要指标,该研究可为亚热带杉木人工林土壤养分管理和可持续性经营提供科学的基础理论。     

水电开发对鱼类种群分布及生态类型变化的影响——以溪洛渡至向家坝河段为例

梯级水库修建后自然河流形成了河相段和湖相段,而河流生境的改变对鱼类种群空间分布和生态类型变化产生了重要影响。为探究金沙江梯级水电开发对鱼类资源的影响,结合2018年5月渔获物和文献记载水库修建前后的渔获物数据,分析了鱼类群落组成及变化,优势物种及群落多样性特点,以及鱼类在河相、湖相段生态类型的变化。结果表明,梯级水库建设后溪洛渡至向家坝鱼类的种类数减少,随着水库的运行该减少趋势放缓,而大型鱼的种类数占比呈增长趋势。受生境变化的影响,鱼类优势物种发生变化,水库河相段和湖相段生态类型差异较大。生态类型组成上以缓流型、生活于水流中下层、产卵初始水温高于18℃等生态类型占优。研究表明,高坝大库的运行会造成鱼类种群以生态需求为目标,形成明显的空间分布和群落结构特征,而梯级水库建设导致的水动力条件差异是鱼类群落生态类型差异的内在驱动力。     

长江口崇明东滩盐沼湿地围堤工程对底栖动物群落的影响

长江口崇明东滩盐沼湿地围堤工程是以清除入侵植物互花米草为目的而进行的生态修复工程。由于大型底栖动物可作为重要的环境指示生物,分析比较了围堤前后围堤工程内和工程外大型底栖动物群落结构及多样性的变化。结果表明,在2013年围堤工程前和2016年围堤工程后两次调查共采集到大型底栖动物29种,分别隶属于无针纲、多毛纲、腹足纲、双壳纲、甲壳纲和昆虫纲。在2013和2016年围堤外光滩生境分别采集到底栖动物21种和27种,并且所有样线都表现出物种数量增加或持平;然而在围堤内区域,两条全封闭样线(样线2和样线3)由围堤前的12种减少到围堤后的6种,而在保留进出水口的半封闭样线1围堤内由围堤前7种增加到围堤后12种。底栖动物平均密度在半封闭样线1围堤内由围堤前的(75±0)个/m^2增加到围堤后的(288±111)个/m^2(P=0.091),在全封闭的样线2(2013:(120±17)个/m^2;2016:(7±7)个/m^2)和样线3(2013:(359±20)个/m^2;2016:(93±93)个/m^2)围堤内都表现出围堤前显著高于围堤后(P<0.05);围堤外光滩区域所有样线虽然没有显著性差异,但是都表现出围堤后密度增加,总平均密度由围堤前的(410±83)个/m^2增加到2016年的(1184±393)个/m^2(P=0.072)。因此,在长江口盐沼湿地进行互花米草生态治理的围堤工程,保留进出水口保持围堤区域与外界自然水域的连通性对围堤内底栖动物结构及多样性有积极作用,而围堤外底栖动物结构及多样性在所有样点均处上升趋势。围堤工程主要对软体动物和多毛类影响较大,而同时这些物种还是鸟类或者鱼类的重要食物资源,从而对鸟类和鱼类等次级消费者造成影响。从底栖动物群落变化及其生境来看,建议应该采取保留进出水口的围堤方式,维持潮水的出入,恢复围堤内与围堤外的生境连通性。     

枝条覆盖对平茬花棒生长特征和浅层土壤水分的影响

为了综合评价枝条覆盖对不同立地(平地、丘顶、丘间低地)平茬花棒(Hedysarum scoparium)生长特征和浅层土壤水分的影响,以吉兰泰荒漠-绿洲过渡区平茬花棒为研究对象,于2017年4—10月对覆盖与无覆盖平茬花棒物候期、土壤容积含水量、土壤储水量和生长指标等相关指标进行测定。实验结果表明:(1)枝条覆盖有利于平茬花棒提前萌芽,较无覆盖提前5 d以上。(2)枝条覆盖使不同立地平茬花棒生长初期和生长末期0—100 cm土层平均土壤容积含水量增加20.12%以上,且土壤含水量变异系数随土层深度增加变化减缓;土壤储水量在生长初期和生长末期枝条覆盖较无覆盖增加27%以上。(3)枝条覆盖使平茬花棒株高、新生枝数、基径、冠幅较无覆盖增加10.91%以上,同时其生物量鲜重和干重较无覆盖分别增加4.45%—24.17%和3.78%—18.93%。尤其丘间低地平茬花棒生物量增加效果更加明显(P0.05)。但枝条覆盖不能改变平茬花棒生物量分配格局;(4)枝条覆盖和平茬对花棒生长均具有积极作用,枝条覆盖对丘间低地平茬花棒生长促进作用最好。     

长期不同施氮水平对草原植物群落结构的影响

为探讨施氮对贝加尔针茅草原植物群落结构的影响,该研究于内蒙古贝加尔针茅草原设置不同施氮水平0(N0)、15(N15)、30(N30)、50(N50)、100(N100)、150(N150)、200(N200)和300(N300)kg·hm-2·a-1,研究连续施氮9年后贝加尔针茅草原群落物种组成、重要值、多样性及生物量等指标对不同施氮水平的响应。结果表明:(1)长期施氮导致植物群落物种组成发生了明显的变化,在高浓度氮素添加量下群落物种数最低,但可显著提高优势种在群落中的重要值(P<0.05)。(2)长期施氮使贝加尔针茅草原植物多样性指数不同程度地降低,使优势度指数增加,其中N300添加水平效果最为明显(P<0.05)。(3)长期施氮使草原植被生产力(地上、地下生物量)整体呈先上升后下降的趋势,地上生物量在N100水平时出现峰值,地下生物量在N50水平时出现最大值(P<0.05),且根系分布具有明显的表聚特征(0~10 cm)。(4)RDA分析表明,寸草苔和狭叶柴胡地上生物量与土壤pH呈显著正相关关系(P<0.05);展枝唐松草和二裂委陵菜地上生物量与土壤有机质含量呈显著正相关关系(P<0.05)。研究认为,长期不同施氮水平均可改变贝加尔针茅草原群落物种组成,降低物种多样性,对植物群落结构有着明显的影响。     

蒙古沙冬青群落区系组成及分类研究

蒙古沙冬青是西北地区珍稀濒危树种,探究区系组成和群落特征对于维持西北干旱荒漠区脆弱生态系统具有重要意义。该研究调查了26个蒙古沙冬青群落样地,采用TWINSPAN进行群落分类,同时利用典范对应分析(CCA)分析沙冬青群落物种组成与生态因子的关系,为珍稀濒危植物蒙古沙冬青的保护提供基础数据。结果表明:(1)蒙古沙冬青群落物种组成以豆科、禾本科、菊科和藜科植物为主,隶属于28科63属90种,区系组成以地中海、北温带分布及世界分布为主。(2)TWINSPAN等级分类可将26个蒙古沙冬青样地划分为9个群落类型,即蒙古沙冬青+蓍状亚菊群落、蒙古沙冬青+红砂群落、蒙古沙冬青+新巴黄耆群落、蒙古沙冬青+无芒隐子草群落、蒙古沙冬青+霸王群落、蒙古沙冬青+驼绒藜群落、蒙古沙冬青+白刺群落、蒙古沙冬青+沙鞭群落和蒙古沙冬青+毛刺锦鸡儿群落。(3)CCA排序分析显示,年均降雨量(F=2.8,P=0.002)、生长季降雨量(F=2.6,P=0.002)、速效氮(F=2.1,P=0.006)、太阳辐射量(F=2.1,P=0.008)、蒸汽压(F=1.9,P=0.006)、土壤有机质(F=1.7,P=0.04)、纬度(F=1.7,P=0.006)是影响蒙古沙冬青群落组成的主要生态因子。     

鄂西南木林子常绿落叶阔叶混交林2014~2019年主要物种动态变化

为了明确鄂西南木林子亚热带山地常绿落叶阔叶混交林的短期群落动态,为该区森林生态的保护、恢复与可持续经营提供科学依据。该研究基于木林子自然保护区2.2 hm²动态监测样地,以2014和2019年样地内所有胸径(DBH)≥1 cm的木本植物为研究对象,从物种组成与多样性、重要值、死亡率、补员率及胸径等方面分析了其动态变化。结果表明：(1)5年间2.2 hm²样地内木本植物个体从17 308株减少到16 533株,降幅为4.48%,胸高断面积31.42 m²·hm^-2增长到35.53 m²·hm^-2,物种增加了1科6属18种,消失1属7种。 乔木、亚乔木、灌木及藤本4类生长型物种的Margalef丰富度指数均上升,而Pielou均匀度指数均下降;除乔木外其他3种生长型的Shannon Wiener多样性指数和Simpson指数均上升。(2)补员个体1 269株,平均胸径2.44 cm,胸高断面积为0.32 m²·hm^-2,平均新增115.36 株·hm^-2·a^-1,隶属39科59属99种;死亡个体2 044株,平均胸径3.32 cm,胸高段面积为1.31 m²·hm^-2,平均死亡185.82 株·hm^-2·a^-1,隶属51科90属146种;不同径级补员与死亡个体数差异明显,总体上随着径级的增大而减少。(3)46个主要物种中有15种重要值增大,有31种降低,增加与降低的变化幅度为乔木层>灌木层>亚乔木层;平均胸径从4.70 cm上升为5.12 cm,除锥栗(Castanea henryi)平均胸径有所下降外其他物种均上升。(4)主要树种中有44个为增长型种群,另外2个物种种群增长率不变,主要物种年补员率大于年死亡率,不同生长型物种及其不同径级的死亡率与补员率不同,不同径级补员率总体大于死亡率;随着径级的增大,补员率与死亡率的差值逐渐降低趋于平缓。研究认为,该群落物种组成与多样性及主要物种的重要值、平均胸径变化幅度较小,未发生明显波动,主要物种不同径级的更新动态有所差别,但不剧烈,因此整个群落外貌基本保持不变,发展较为稳定。     

黄土高原降水年内分布差异对旱作果园蒸散特征的影响

天然降水是雨养农业区水文循环的主要驱动因子,在一定程度上决定着土壤水分生态环境,从而影响作物的蒸散特征。本研究通过分析静宁地区历年降水年内分布特征,明确了降水的集中趋势,在2018和2019年田间定位试验基础上,探究土壤水分随降水发生的变化过程以及果园蒸散特征对降水年内分布差异的响应规律。结果表明: 试验区历年降水集中度较高,集中期多分布在7和8月,8月所占比例达75%,且各年降水集中期出现的早晚变化较大。土壤水分对降水的响应主要集中在0～40 cm土层,深层水分只有在大雨量和连续性降水出现时才会发生明显变化。同为丰水年的情况下,2018年降水集中度高,集中期早,时间短,果树日耗水强度呈单峰结构,变幅较大;2019年降水分布均匀,集中期滞后,日耗水强度呈双峰结构,变幅小,大峰靠后。果树最大需水期历时长,2018年大雨的集中分布无法满足后期果树生理需水,果实产量受损,降水利用效率较2019年下降30.2%。黄土高原地区在苹果树幼果生长期往往会出现短暂干旱,影响果实品质,需加强该时段的水分管控。     

基于无人机的冬小麦拔节期表层土壤有机质含量遥感反演

快速监测大面积分布的盐渍化麦田土壤有机质含量,可为推进盐渍土改良和促进碳循环研究提供数据支撑。通过野外采样与获取无人机遥感影像,分别基于裸土和植被情况,采用多元线性回归(MLR)、偏最小二乘回归(PLSR)和支持向量机回归(SVR)3种方法,建立区域有机质含量遥感模型,并进行检验和对比,确定最优的土壤有机质含量反演模型;最后基于最优模型进行研究区表层土壤有机质的反演,并与插值结果进行比较。结果表明: 经5×5的中值滤波处理后的光谱与土壤表层有机质对应最优;3种模型中,SVR模型的预测精度最高,PLSR次之,MLR效果最差。对比两种变量的建模效果,基于植被的SVR建模效果最好,其建模决定系数(R²)、均方根误差(RMSE)分别为0.89、0.20,验证R²、RMSE分别为0.82、0.24;基于裸土的建模效果不理想,最优的也是SVR模型,其建模R²、RMSE分别为0.63、0.26,验证R²、RMSE分别为0.61、0.25。根据最优模型反演得到该区域有机质含量为17.51～22.53 g·kg^-1,平均值为19.51 g·kg^-1,与实地调查结果较为一致;插值结果与反演结果相比,精度受到限制。综上,基于无人机多光谱可以对盐渍土冬小麦拔节期土壤有机质含量进行快速、大范围精准估测。