亚热带人工林下植被根际土壤酶化学计量特征

为探讨林下植被根际土壤酶化学计量特征及其对林分类型和季节的响应, 该研究以江西省泰和县千烟洲试验站典型人工杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)和湿地松(Pinus elliottii)林林下优势灌草檵木(Loropetalum chinense)、杨桐(Adinandra millettii)、格药柃(Eurya muricata)、狗脊蕨(Woodwardia japonica)和暗鳞鳞毛蕨(Dryopteris atrata)为对象, 在植被生长初期(4月)和旺盛期(7月)测定优势灌草根际土壤与碳(C)循环相关的β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)、与氮(N)循环相关的β-1,4-N-乙酰葡糖氨糖苷酶(NAG)和亮氨酸氨基肽酶(LAP)、与磷(P)循环相关的酸性磷酸酶(AP)活性、酶化学计量比及土壤理化性质。结果发现: (1)根际土壤与C和N循环相关的酶活性以及BG:AP (酶C:P)在不同林下植被之间存在显著差异, 而与P循环相关的酶活性差异不显著。林分类型和取样季节显著影响BG:(NAG+LAP)(酶C:N), 且林下植被类型、林分类型和取样季节交互影响酶C:P。主成分分析表明, 根际土壤酶的活性及计量比在不同林下植被(檵木不同于格药柃, 且二者显著区别于其他物种)、林分类型(杉木林区别于马尾松、湿地松林)和取样季节之间均存在显著差异。土壤硝态氮(NO₃ ^--N)、铵态氮(NH₄ ⁺-N)、可溶性有机碳(DOC)含量和碳氮比(C:N)是影响林下植被根际土壤酶的活性及化学计量比的主要因素。(2)标准主轴回归分析表明, 林下植被根际土壤lg(BG)、lg(NAG+LAP)和lg(AP)之间存在显著线性关系, lgBG:lg(NAG+LAP):lgAP (酶C:N:P)约为1:1:1.3, 酶C:P及(NAG+LAP):AP (酶N:P)分别为0.14和0.15。AP远大于BG和NAG+LAP的活性, 导致lg(BG)和lg(NAG+LAP)与lg(AP)的回归斜率极显著偏离1。说明林下植被根际土壤酶的活性及计量比受植被种类、林分类型及取样季节影响, 且基质有效性在其中发挥重要作用。相较于C循环和N循环, 微生物会分配更多资源用于P循环相关酶的生产, 暗示亚热带人工林林下植被根际土壤微生物生长和活性更易受P限制。     

长期施用猪粪红壤稻田土壤Cu、Zn累积规律

为揭示长期施用猪粪红壤稻田土壤Cu、Zn累积规律,以设立于1981年的红壤稻田有机肥定位试验为载体,选取PM1(早稻施猪粪和紫云英)、PM2(早稻施紫云英+晚稻施猪粪)、GMS(早稻施紫云英+晚稻秸秆还田)和NPK(早稻施化肥)等处理为对象,分析了不同试验年限土壤全量和有效态Cu、Zn含量。结果表明:长期施用猪粪显著提高了土壤Cu、Zn含量;连续施用猪粪30 a后,土壤全量Cu、Zn含量分别增加了7.69—9.52 mg/kg和22.42—35.46 mg/kg;生物有效性显著增加,有效态Cu、Zn含量占全量Cu、Zn的比例分别由15%和5%增加到51%和27%。猪粪年度内的施用时间对土壤Cu的累积没有显著影响,早稻施用猪粪加剧了土壤Zn的累积。土壤铜、锌累积分为两个差异显著的阶段,1981—2002年为缓慢增长期,2002—2010年为快速增长期,这可能与2002年后施用的猪粪中Cu、Zn含量增高有关。以研究的结果推算,红壤稻田鲜猪粪施用量在9.5 t hm-2a-1以下,50 a内不会造成土壤Cu、Zn含量超标。     

黄土区土质与土石质塿土堆积体水力侵蚀过程差异

利用室内模拟降雨试验,研究了不同雨强及坡度条件下黄土区土质(不含砾石)与土石质(砾石质量分数30%)塿土堆积体的水动力学特征、侵蚀特征及侵蚀动力机制的差异。结果表明: 砾石存在改变了堆积体坡面的水动力学特性,与土质坡面相比,土石质坡面的流速、弗汝德数、单位径流功率和过水断面单位能分别减少1.7%～49.7%、6.7%～60.6%、2.0%～44.6%和1.0%～26.7%;曼宁糙率系数、径流剪切力分别增加6.2%～169.4%、5.7%～79.3%。2.0、2.5 mm·min^-1雨强下,土石质坡面侵蚀速率较土质坡面降低26.2%～89.9%,砾石的减沙效益显著。2种堆积体的侵蚀速率与水动力学参数间均可用线性函数拟合,与土质坡面相比,土石质坡面的可蚀性参数均降低,降幅为56.1%～73.3%;而临界水动力学参数中径流剪切力增加11.1%,径流功率、单位径流功率和过水断面单位能分别减少25.4%、64.0%和5.0%。砾石的存在一定程度上控制了工程堆积体坡面降雨侵蚀过程。     

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。     

温度、水分和森林演替对中亚热带丘陵红壤氮素矿化影响的模拟实验

研究了温度、水分和演替阶段及其交互作用对中亚热带丘陵红壤区森林土壤氮素矿化过程及其矿化速率的影响.结果表明：温度和演替阶段对土壤氨化速率影响显著,其中12 ℃<24℃<36 ℃,灌丛林和马尾松(Pinus massoniana)林低于常绿阔叶林(P＜0.05);而水分的影响不显著.水分和演替阶段对土壤硝化速率有显著影响,土壤半饱和含水量高于自然含水量及饱和含水量,且马尾松林高于灌丛林(P＜0.05);而温度的影响不显著.温度、水分和演替阶段对土壤氮净矿化速率的影响均显著,其中12 ℃<24 ℃<36 ℃,土壤半饱和含水量高于自然含水量和饱和含水量,灌丛林<马尾松林<常绿阔叶林(P＜0.05).温度升高有利于提高土壤氨化速率和净矿化速率,温度过高则抑制土壤硝化速率;土壤含水量适中有利于土壤氮素矿化过程;顺行演替将提高土壤供氮能力,且抑制过强的硝化作用.     

南方红壤区生态系统服务权衡与协同关系演变对退耕还林的响应

我国南方红壤区具有丰富的水热资源和优越的社会区位条件,是重要的农业生产基地。由于长期高强度的农业开发,同时山地丘陵的坡度较大,降水集中且强度大,导致该区生态功能退化、环境问题突出,威胁粮食安全和生态安全。以南方红壤区为研究对象,利用估算区域植被净生产力（Carnegie Ames-Stanford Approach,CASA）模型、InVEST模型及修正通用土壤流失方程（RUSLE）定量评估了该区退耕还林前后植被净初级生产力（Net Primary Production,NPP）、农作物生产（Crop Production,CP）、土壤保持（Soil Conservation,SC）和产水（Water Yield,WY）四种生态系统服务;采用偏相关分析和空间自相关分析探讨了各项生态系统服务间权衡与协同关系的时空变化特征和集聚特征,揭示了退耕还林对南方红壤区的多种生态系统服务间相互关系的影响。结果表明：（1）退耕还林后,南方红壤区的NPP、CP、SC和WY总体增强,但部分区域呈现减弱趋势。其中,NPP在南部呈现减弱趋势,SC在东北部减弱,CP与WY均在东南沿海减弱;（2）退耕还林后,NPP与WY间由极显著协同关系（r=0.315,P=0.025）转变为显著权衡关系（r=-0.279,P=0.059）：而SC与WY间由无显著相关转变为极显著权衡关系（r=-0.427,P=0.024）;（3）退耕还林前后,南方红壤区的NPP、CP和SC的空间分布格局均未发生显著变化,而WY的空间分布发生较大变化;（4）四种生态系统服务间的权衡与协同关系空间异质性显著,CP-SC关系的Moran''s I指数最小（0.012）,NPP-SC和NPP-WY关系的Moran''s I指数均大于0.7。研究结果有利于深入理解退耕还林对南方红壤区生态系统服务时空变化的影响,并为确定生态脆弱区的生态农林牧业的发展方向与面向可持续发展目标的生态系统服务优化调控提供科学依据。     

稻草覆盖对红壤丘陵茶园的生态调控效应

在红壤丘陵区幼龄茶园通过连续4年稻草覆盖的大田试验,研究了稻草覆盖对茶园的生态综合调控效应。结果表明,稻草覆盖改良了土壤理化性状,提高了茶树生长时期(3~10月)的土壤水分含量,特别是土壤表层(0~20 cm)的水分含量;缓冲了茶园土壤温度变化;抑制了茶园杂草的生长;增加了蜘蛛等天敌的数量,有效地控制了假眼小绿叶蝉和茶蚜虫等害虫数量,但茶尺蠖显著增加;有利于蚯蚓的生长,改善了茶园生态环境。     

福建省长汀县水土流失区的时空变化研究——“福建长汀水土保持”专题序言

水土流失是当今世界面临的一个严峻问题,严重的水土流失已造成生态环境的急剧退化。我国是世界上水土流失最严重的国家之一,水土流失的胁迫已使许多地区的群众背井离乡,另觅他乡。即便是在全国森林覆盖率第一名的福建省,水土流失现象也相当严重。而地处福建西部的长汀县河田盆地区,更是以其严重的土壤侵蚀而成为中国南方红壤地区的典型水土流失区。     

侵蚀退化红壤自然恢复下土壤生物学质量演变特征

为了探讨严重侵蚀退化红壤区自然植被恢复过程中土壤生物学质量演变特征,对南方严重侵蚀退化红壤自然植被恢复的4个演替阶段（裸地,地衣地,苔藓地和草地）,以及该地区人工马尾松林地的土壤微生物量、酶活性和线虫数量进行了比较研究。结果表明：在侵蚀红壤自然恢复过程中土壤生物学性质演变特征明显。在恢复初期,地衣和苔藓对土壤生物学性质的改善主要体现在土壤表层。在0～2cm土层地衣地土壤微生物量碳、氮、蔗糖酶和脲酶活性高于裸地,但差异不显著;苔藓地表层微生物量氮、脲酶和酸性磷酸酶活与人工马尾松林地已无显著差异,表明苔藓地是严重侵蚀退化红壤自然恢复过程中土壤质量改善的重要阶段。裸地、地衣地和苔藓地土壤线虫恢复程度低于微生物量和酶活性。草地土壤微生物量碳、氮和3种酶活性以及线虫数量则显著高于自然恢复初期各阶段。与人工恢复林相比较,自然恢复草地表层土壤生物学质量优于人工马尾松林地,但对深层土壤的改善效果不如林地。相关分析表明自然恢复过程中土壤微生物与酶活性的改善程度比较一致,而土壤线虫对自然植被恢复响应与微生物和酶活性不尽相同。     

侵蚀环境生态恢复过程中人工刺槐林(Robinia pseudoacacia)土壤微生物量演变特征

采用时空互代法,以典型侵蚀环境纸坊沟流域生态恢复过程中不同年限的人工刺槐林为研究对象,选取坡耕地和天然侧柏林为参照,分析了植被恢复过程中土壤微生物量、呼吸强度、代谢商及理化性质的演变特征。结果表明,生态恢复过程中刺槐林土壤理化性质得到明显改善,微生物量随恢复年限的增加变化显著,10~15a后达到显著水平;并随年限逐渐增加,在近熟林和成熟林期基本达到稳定,成熟林后期又开始上升,恢复50a的刺槐林微生物量碳、氮、磷较坡耕地增加幅度分别为213%、201%和83%,但仅为天然侧柏林的50.98%、55.17%和61.48%。呼吸强度随恢复年限增加先升高后降低,与有机碳变化规律不同步;qCO₂在恢复初期较坡耕地显著升高,随后迅速降低,25a后开始回落到坡耕地以下,50a后达到最低值,与天然侧柏林没有显著差异。相关性分析显示微生物量碳、氮、磷、qCO₂与土壤养分和恢复年限相关性最为密切,达到显著(P<0.05)或极显著水平(P<0.01)。人工刺槐林促进生态恢复可以依靠生物的自肥作用恢复土壤肥力和增加微生物量,但要恢复到破坏前该地区顶级群落时的土壤微生物量和理化性状,还需要一个漫长的阶段,这个阶段可能需要上百年的时间。