黄土丘陵半干旱区引种禾草柳枝稷的生物量与水分利用效率

加强优良引种禾草植物的生态适应性研究对促进我国黄土高原半干旱区草地建设和草业科学发展具有十分重要的意义。比较研究了引种禾草柳枝稷(Panicumvirgatum)在黄土丘陵半干旱区不同立地条件下地上生物量的大小和季节累积差异及其水分利用特征。2001~2002年川地柳枝稷草地地上生物量达13000~16000kg/hm2,山地梯田和坡地为2300~2650kg/hm2。不同立地条件柳枝稷返青后的生物量累积过程呈二次或三次多项式。柳枝稷的绝对生长速率(AGR)在整个生长季内呈双峰曲线变化,川地柳枝稷草地的现存量和总量AGR最大值分别为158.93和169.83kg/(hm2·d),梯田分别为27.31和38.25kg/(hm2·d),坡地为37.0和36.69kg/(hm2·d)。坡地柳枝稷生物量较大值和AGR最大值出现时间最早。不同立地柳枝稷生物量相对生长速率(RGR)在整个生长季内呈双峰曲线变化,均以返青后的20d内最大,平均AGR以川地最大,坡地和梯田相近,但坡地两峰值高于梯田。不同立地柳枝稷草地土壤水分主要利用层次为0~2m,月平均含水量顺序为梯田>坡地>川地。川地柳枝稷叶片和整体生物量水分利用效率均最高,梯田整体生物量水分利用效率大于坡地,但二者叶片水分利用效率相近。川地和山地地表下5cm生育期平均地温均为17.60℃,但4~5月份川地地温高出山地1.2~2.8℃,川地4~10月份平均气温较山地高1.5℃,这些差异影响不同立地条件柳枝稷草地水分利用和生长进程。  

黄土丘陵区土地利用及环境因子对土壤质量指标变异性的影响

利用统计学方法分析了黄土丘陵区中部700 km2区域土壤质量的变异性、影响因子及影响程度.结果表明:研究区不同土壤质量指标变异性有很大差异.土壤pH、结构系数、粉粒、比重、容重、总孔隙度和毛管孔隙度及过氧化氢酶为弱变异性指标;土壤养分(N、P、K)含量、CaCO3含量、阳离子交换量(CEC)、粘粒、微团聚体平均质量直径(MICMMD)、团聚体平均质量直径(MMD)、水稳性团聚体、呼吸强度、微生物熵、蔗糖酶、磷酸酶、呼吸熵及微生物生物量碳和氮为中等变异性指标;土壤活性有机碳、有效磷、抗冲性、渗透系数及脲酶为强变异性指标.土地利用类型变化对土壤有机质、氮含量、水稳性团聚体、渗透性、微生物生物量碳和氮、磷酸酶、蔗糖酶及呼吸强度等土壤动态质量指标的变异性起主导作用.变异性较小的CaCO3、全磷、全钾、CEC、质地、比重等内在土壤质量指标的变异性主要来源于地形等环境因子的差异.土地利用类型可解释97%的土壤质量指数的变异性,是黄土丘陵区土壤质量变异的主导因子.在黄土丘陵区土壤质量评价中,应当充分考虑土地利用类型和地形等环境因子的差异.  

陕北水蚀风蚀交错区两种生物结皮对土壤理化性质的影响

以黄土高原陕北水蚀风蚀交错区六道沟小流域为例,研究了该区以苔藓为主要成分的沙土和黄土两种生物结皮对土壤理化性质的影响。结果显示:(1)两种生物结皮均能显著增加土壤饱和含水量和田间持水量,降低容重和饱和导水率,其中沙土生物结皮还可明显粘化0～25cm土壤质地;(2)两种生物结皮均能不同程度的增加土壤全量养分、速效养分以及有机质含量,降低pH值,但其影响多数集中在表层或结皮层;(3)土壤化学性质中,全氮、速效磷和有机质受生物结皮影响程度较大,而全氮、速效钾和有机质受生物结皮影响土层较深;(4)沙土生物结皮对土壤理化性质的影响程度大于黄土生物结皮。两种类型生物结皮对所研究土壤理化性质的影响总体有利于该区生态环境的改善,且沙土生物结皮较黄土生物结皮具有更为重要的生态功能。  

黄土丘陵区植被类型对土壤微生物量碳氮磷的影响

选择黄土丘陵区延河流域4种典型植被类型下的土壤为研究对象,测定了土壤微生物量碳、氮、磷和相关基本理化性质。结果表明,在此流域的典型天然草地、人工灌木林、人工乔木林和农地中土壤微生物量碳(MBC)的含量范围分别为315.15-400.89、246.56-321.25、267.76-347.05和118.96-245.14 mg/kg,土壤微生物量氮(MBN)的含量范围分别为35.87-47.63、27.63-42.89、24.66-36.20和15.64-22.56 mg/kg,土壤微生物量磷(MBP)的含量范围分别为14.14-22.96、12.89-19.75、11.54-14.40和7.23-11.59 mg/kg;土壤微生物量总体呈现出天然草地最高、人工乔、灌木林次之,且均显著高于农地的趋势,表明退耕还林还草对土壤微生物生物量有明显的促进作用。不同植被类型下,土壤微生物量碳氮比和碳磷比的变化范围分别为7.49-10.87和16.27-24.11,土壤微生物量碳、氮、磷占土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)百分比的范围分别为2.70%-4.85%、2.56%-4.45%、2.08%-5.34%。其中天然草地、人工灌木林和农地土壤的微生物量碳氮比、碳磷比均显著小于人工乔木林(P < 0.05); MBC/SOC在不同植被类型下的差异不显著,MBN/TN和MBP/TP均呈现出天然草地>人工灌木林>人工乔木林和农地的趋势,且差异显著(P < 0.05)。微生物量碳、氮、磷与土壤有机碳、全氮和土壤含水率呈现极显著或显著相关性,与土壤pH值呈现出不同程度的负相关性,表明植被类型对这些与土壤微生物量紧密相关的理化性质也有显著影响。  

子午岭辽东栎林不同组分碳含量与碳储量

黄土高原碳储量及碳密度的准确估计对全球碳失汇的研究有重要贡献.通过研究黄土高原子午岭林区辽东栎天然次生林不同组分的碳含量及碳储量,为准确估算黄土高原森林植被碳储量及碳密度提供依据.结果表明:辽东栎中幼林、近熟林和成熟林乔木干、皮、枝、叶、根的碳含量分别为44.16％ ～47.01％、44.09％～45.50％、43.17％ ～46.25％、44.67％～46.36％和38.93％ ～ 41.10％；灌木层叶、枝、根的碳含量分别为44.39％ ～46.26％、30.19％ ～ 48.95％和28.06％ ～ 40.13％；草本层地上、地下的碳含量分别为28.38％ ～45.27％和24.53％～46.06％；枯落物层的碳含量为32.10％ ～32.90％.3个林龄段乔木层碳储量依次为32.78、35.51和43.79 t·hm-2,灌木层碳储量依次为3.31和1.72、0.87 t·hm-2,草本层碳储量为0.32、0.77和0.64 t·hm-2,枯落物层碳储量为6.03、3.14和4.37 t·hm-2.在3个林龄段,辽东栎群落的碳储量依次为42.45、41.41和49.67 t·hm-2.由此可知,在子午岭区,辽东栎成熟林的碳储量最大.3个林龄天然辽东栎林碳储量的空间分布均为乔木层＞枯落物层＞灌木层＞草本层.因此,本研究认为,成熟林的碳储量对黄土高原子午岭区天然辽东栎林碳储量的贡献最大,在今后估算该区辽东栎林生态系统碳储量时应予以重视.  

生物土壤结皮对雨滴动能的响应及削减作用

在野外调查采样的基础上,采用单滴雨滴法研究了黄土高原水蚀风蚀交错区不同类型生物结皮对雨滴动能的响应及削减作用.结果表明:生物结皮对雨滴动能的响应与其生物组成密切相关,击穿1 cm厚浅色藻结皮和80％盖度藓结皮的累积雨滴动能分别为0.99 J和75.56 J；相同组成的生物结皮对雨滴动能的响应与其生物量有关,生物量越大,击穿生物结皮所需累积雨滴动能越大；当藻结皮叶绿素a含量(表征藻结皮生物量)从3.32 μg·g-1增至3.73 μg·g-1时,对应的雨滴动能则由0.99 J增至2.17 J；当藓结皮的生物量从2.03 g·dm-2升至4.73 g·dm-2时,其对应的雨滴动能由6.08 J增至75.56 J；生物结皮演替过程中对雨滴动能的响应呈“S”形曲线变化.不同生物量的藻结皮对雨滴动能耐受能力的差异不显著；随单位面积苔藓生物量的增加,藓结皮对雨滴动能的耐受能力显著增加.藓结皮对雨滴动能的耐受能力在生物量2.03～4.73 g·dm-2之间呈线性增加；当藓结皮平均生物量达3.70 g·dm-2时,可以抗击62.03 J的雨滴动能.生物结皮对雨滴动能有显著的削弱作用,且这种削弱作用随着生物量的增加而增加.  

黄土丘陵区不同林龄刺槐人工林碳、氮储量及分配格局

对黄土丘陵区9、17、30和37年生刺槐人工林进行调查,研究刺槐人工林生态系统碳、氮储量随林龄的变化动态及分配格局.结果表明:各林龄刺槐人工林乔木层碳、氮含量分别为435.9~493.4 g·kg-1和6.8~21.0 g·kg-1;草本层和凋落物层碳、氮含量分别为396.3~459.2 g·kg-1和14.2~23.5 g·kg-1;土壤层碳、氮含量分别为2.7~10.7 g·kg-1和0.2~0.7 g·kg-1.树干是乔木层主要的碳、氮库,分别占乔木层碳、氮储量的46.9%~63.3%和39.3%~57.8%;37年生刺槐人工林0~20 cm土层碳、氮储量最大,分别为30.1和1.8 Mg·hm-2.刺槐人工林生态系统的总碳、氮储量随林龄增加而逐渐增大,均在37年生时达到最大值,分别为127.9 Mg·hm-2和6512.8 kg·hm-2;土壤层是刺槐人工林生态系统的主要碳、氮库,分别占人工林生态系统总碳、氮的63.3%~83.3%和80.3%~91.4%.  

大穗型小麦叶片性状、养分含量及氮素分配特征

采用田间试验研究了8个大穗型小麦新品系和西农979不同生育期比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)与养分含量的差异性,并对其不同器官氮素积累和分配情况进行了探讨。结果表明,大穗型小麦的SLA和LDMC平均值小于西农979;小麦叶片养分含量由大到小依次为全氮(N)、全钾(K)和全磷(P);成熟期大穗型小麦品系各器官平均氮素积累能力都高于对照,氮素积累量及分配比例的大小顺序为籽粒>茎+鞘>穗草(穗轴+颖壳)>旗叶>倒二叶>余叶;大穗型小麦平均转移率和贡献率较西农979低;抽穗期旗叶SLA和LDMC呈负相关关系,SLA和N含量呈不显著的正相关,和P、K呈极显著的负相关。小麦叶片结构性状与养分含量影响体内有机物质的积累与转运,通过水肥调控措施来提高大穗型小麦养分利用效率的研究需进一步加强。  

黄土丘陵区生物结皮对土壤可蚀性的影响

在采样分析生物结皮对土壤理化属性影响的基础上,采用EPIC模型估算与模拟降雨试验相结合的方法,研究了黄土丘陵区不同生物量、不同土壤质地和不同季节的生物结皮对土壤可蚀性(K值)的影响.结果表明:生物结皮显著降低了土壤可蚀性,生物结皮层土壤可蚀性较下层土壤降低17％；土壤可蚀性随生物结皮生物量的增加呈降低趋势,藓结皮土壤可蚀性K值较藻结皮土壤降低21％；生物结皮土壤可蚀性在不同季节因其生物活性不同而存在差异,雨季中显著高于雨季前和雨季末；不同质地土壤上生物结皮对可蚀性的影响不同,可蚀性K值为砂壤＞粉壤＞砂土；模拟降雨条件下测定表明,生物结皮的发育使土壤可蚀性较对照(下层5～10 cm土壤)降低约90％.  

黄土丘陵区不同植被土壤氮素转化微生物生理群特征及差异

采用最大或然计数法(most probable number, MPN)对黄土高原洞子沟流域不同植被恢复阶段土壤氮素微生物生理群(氨化细菌、亚硝化细菌、反硝化细菌)数量分布特征进行了测定,结果表明:1)土壤氨化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌数量随植被恢复而增加,三者最大值分别为最小值的74、4和31倍,其中氨化细菌和反硝化细菌的数量在铁杆蒿群落最低,辽东栎群落最高,亚硝化细菌数量在丁香群落最低,辽东栎群落最高;2)植被恢复对各氮素生理群影响不同,对氨化细菌影响最大,其次分别为反硝化细菌和亚硝化细菌;3)各氮素生理群数量差异较大,氨化细菌>反硝化细菌>亚硝化细菌。研究区氨化细菌占总数的75%-80%,反硝化细菌占20%-25%时,生态系统最为稳定;4)土壤理化性质与各功能菌关系紧密,其中,土壤容重和硝态氮含量与微生物数量相关性最大,全钾、矿化氮和微生物量氮也表现出很大的相关性。