黄土丘陵区坡耕地与撂荒地土壤水分对降雨的响应特征

为了揭示黄土丘陵区不同土地覆被方式下土壤含水量对不同强度降雨的响应过程,选取山西省冯家沟小流域农耕地和撂荒地为研究对象,基于2019年4—10月降雨和土壤含水量以小时为单位的观测数据,分析了土壤含水量对不同强度降雨的响应规律。结果表明:(1)小雨、中雨、大雨和暴雨对土层的影响深度分别为20、20、60 cm和60 cm,研究区降雨最主要的形式—小雨对土壤水分的补给作用较小。(2)各强度降雨过程中,除0—10 cm土层外,农耕地土壤含水量均大于撂荒地,且大雨条件下农耕地各土层土壤含水量变化较显著,而撂荒地仅0—10 cm和10—20 cm土层土壤含水量有所增加。(3)不同土层土壤含水量对降雨的响应不同,表层响应相对明显而深层相对减弱;农耕地土壤平均含水量最大值出现在50—60 cm土层,而撂荒地出现在30—40 cm土层。(4)本地区农耕地土壤含水量高于撂荒地,表明在该地区适当的作物种植有较好的储存土壤水分的作用。本研究的结果对地区水资源的高效利用和水土流失防控提供了一定的科学依据。     

陕北撂荒地上优势蒿类叶片解剖结构及其生态适应性

对陕北丘陵区撂荒地上处于自然恢复演替不同时期的3种优势种蒿类铁杆蒿（Artemisia gmelinii Web．）、茭蒿（Artemisia giraldii Pamp．）、猪毛蒿（Artemisia scoparia）的叶片解剖结构进行了观察研究的结果表明，随着演替序列的发展，3种蒿类的栅栏组织随演替时间的推移呈现出全栅型-环栅型-过渡型的趋势，叶片解剖结构说明越靠近演替前期的蒿类对干旱的适应性越强。此外，3种蒿类的栅栏组织排列都很紧密，表皮细胞排列不规则，且具有表皮毛和腺毛等旱生适应结构；在猪毛蒿和茭蒿中还发现了特化的气腔结构。这些特征均能说明这些蒿类植物具有很好的抗旱适应性，作为环境改造的先锋物种，它们在当地的自然植被恢复演替中起着积极的正向推动作用。     

黄土高原自然植被演替过程中的植物特征与土壤元素动态

在 3～ 14 9年的时间尺度上 ,对黄土高原植被次生演替过程中植物特征和土壤养分元素动态进行了研究。结果表明 :1)随着演替时间尺度的延伸 ,土壤全C、全N含量呈增加趋势 ,而土壤全K、全Na和土壤pH值呈下降趋势 ,土壤全P变化趋势不明显 ;此外 ,表层 (0～ 10cm)土壤CaO含量在演替系列上呈下降趋势 ,深层 (2 0～ 30cm ,4 0～5 0cm)则呈增加趋势。演替过程对几种土壤化学元素含量影响的程度随着土壤深度的增加而减弱。 2 )植物群落物种丰富度在演替的中间阶段最高。 3)在演替的早期阶段 ,植物群落优势种往往具有稳定的土壤种子库、CR_生活对策和S_繁殖对策 ,在贫瘠的土壤上具有较强的竞争能力 ,且具有较强的水平扩展能力和克隆繁殖能力 ,C_生活对策、在土壤全N含量较高的生境中具有较强竞争能力的多年生植物 ,在演替中后期占据群落的优势地位。此外 ,在所涉及的植物特征中 ,多年生生活史 ,C_、CR_、SC_、SR_、S_生活对策 ,以及R_、W_、Bs_、VBs_和V_繁殖对策等特征在非优势物种中出现的频率较高。 4 )C_、SC_生活对策 ,克隆能力 ,多年生生活史 ,水平扩展能力 ,种子的动物传播方式 ,秋季开花 ,荚果、坚果等特征出现的比例在一定程度上与土壤全C、全N和全K含量正相关 ;而S_、SR_、R_、CR_生活对策 ,一、二年生     

黄土高原不同植被恢复方式对土壤水分坡面变化的影响

在黄土高原大规模退耕还林(草)背景下,土地利用变化对土壤水分及其时空结构会产生极大影响。以坡面为研究对象,根据两种植被恢复类型(撂荒草地和人工刺槐林地)土壤水分坡面变化趋势的差异,探究不同植被恢复方式对土壤水分坡面空间结构影响。结果表明:所调查的两个区域(延安羊圈沟和长武烧盅湾)皆表现为人工刺槐林地坡平均土壤含水量显著低于撂荒草地坡;且人工刺槐林地坡的土壤水分的坡面差异性皆比撂荒草地坡低。虽然两种恢复类型的土壤水分沿坡底到坡顶皆呈现降低的趋势,但是该降低趋势在两种恢复类型间存在一定差异:撂荒草地坡土壤水分沿坡面的变化趋势随深度增加有加强的趋势,且总体上,长武烧盅湾撂荒草地坡土壤水分沿坡面变化趋势比延安羊圈沟更明显;相比之下,人工刺槐林地坡土壤水分沿坡面的变化趋势随深度增加有变弱的趋势,且该趋势明显比撂荒草地坡弱;两个地区刺槐林地坡土壤水分沿坡面变化趋势不存在明显差异。综上所述,虽然不同降雨背景下土壤水分会表现出一定差异,但土壤水分的坡面变化趋势及不同恢复方式对其影响是相似的,即人工刺槐林地坡对土壤水分的过度消耗不仅会导致土壤水分亏缺,而且削弱了土壤水分的坡面变化趋势;而撂荒草地对土壤水分及其空间结构的维持有相对积极的意义。通过分析不同植被恢复方式对土壤水分坡面变化趋势的影响,能够更深入的了解不同植被恢复方式的土壤水文效应,同时可为以坡面为单元的退耕还林中植被科学配置提供一定的参考。     

Community Characteristics of Early Recovery Vegetation on Abandoned Lands of Shifting Cultivation in Bawangling of Hainan Island, South China

Shifting cultivation is a major form of agricultural practice in most parts of tropical regions worldwide. In places where the bush fallow period is excessively shortened or the period of cultivation is extended for too long, the rate of vegetation recovery and biodiversity on abandoned lands of shifting cultivation would decline. The recovery of the secondary plant communities could even be inhibited for a prolonged period because of grass occupancy. Because of the vital significance of the early recovery communities to secondary succession, we studied the community characteristics of early recovery vegetation on abandoned lands of shifting cultivation in Bawangling of Hainan Island. Measurements were made of the community composition and structure of early recovery vegetation. The sprouting abilities of different functional groups and different species in the same functional group, and the effect of the grass functional group on the composition and quantitative characteristics of tree and shrub functional groups were analyzed. Results indicated that only a few families, genera, or species apparently dominated in the early recovery vegetation on the abandoned lands of shifting cultivation and that deciduous species occurred with a rather high percentage in this early recovery community compared with the natural secondary or old growth forests. Smallsized individuals dominated the woody community. The abundance and basal area of sprouting stems for species in the tree functional group were greater than those of seeder stems, whereas the abundance and basal area of resprouters and seeders for species in the shrub functional group did not differ. The total abundance of stems for the community, stem abundances for species in tree or shrub functional groups, and for seeder or resprouter stems were all negatively correlated with coverage of the grass functional group. The mean sprouting ability in the tree functional group was greater than in the shrub functional group. The sprouting ability for different species in the same functional group was also significantly different.     

典型农田退耕后土壤真菌与细菌群落的演替

土壤真菌和细菌作为地下生态系统的重要组成部分,其群落的恢复状况是评价农田退耕还林生态效益的重要指标。以云南省维西县典型退耕还林农田为对象,利用高通量测序等方法比较了不同退耕年限的农田土壤中真菌和细菌群落随植被演替的变化特征。结果发现,农田撂荒后土壤细菌多样性先显著降低后缓慢上升,真菌多样性变化不明显;地上部植被由草本经灌丛再向林地演替的过程中,土壤真菌的群落组成随植被变化呈现明显的改变,主要体现在粪壳菌纲(Sordariomycetes)所占比例的减少(由30%减至10%左右)和伞菌纲(Agaricomycetes)所占比例的增加(由5%以下增至20%以上);而细菌的群落组成无明显变化。聚类分析的结果显示,真菌的群落组成变化与植物群落的演替规律更为同步。不同演替阶段的退耕农田土壤真菌和细菌群落均明显区别于未经扰动的天然林,表明人为扰动对土壤微生物群落的影响可能在较长时间内持续存在。研究揭示了云南典型农田退耕后地下土壤真菌和细菌群落随植被演替的变化特征,为全面评价该地区退耕还林的生态效益提供了数据支撑。     

黄土高原自然植被演替过程中的植物特征与土壤元素动态

在3～149年的时间尺度上,对黄土高原植被次生演替过程中植物特征和土壤养分元素动态进行了研究.结果表明:1) 随着演替时间尺度的延伸,土壤全C、全N含量呈增加趋势,而土壤全K、全Na和土壤pH值呈下降趋势,土壤全P变化趋势不明显;此外,表层(0～10 cm)土壤CaO 含量在演替系列上呈下降趋势,深层(20～30 cm,40～50 cm)则呈增加趋势.演替过程对几种土壤化学元素含量影响的程度随着土壤深度的增加而减弱.2)植物群落物种丰富度在演替的中间阶段最高.3) 在演替的早期阶段,植物群落优势种往往具有稳定的土壤种子库、CR-生活对策和S-繁殖对策,在贫瘠的土壤上具有较强的竞争能力,且具有较强的水平扩展能力和克隆繁殖能力,C-生活对策、在土壤全N含量较高的生境中具有较强竞争能力的多年生植物,在演替中后期占据群落的优势地位.此外,在所涉及的植物特征中,多年生生活史,C-、CR-、SC-、SR-、S-生活对策,以及R-、W-、Bs-、VBs- 和V-繁殖对策等特征在非优势物种中出现的频率较高.4) C-、 SC-生活对策, 克隆能力, 多年生生活史, 水平扩展能力, 种子的动物传播方式,秋季开花,荚果、坚果等特征出现的比例在一定程度上与土壤全C、全N 和全K含量正相关; 而 S-、SR-、R-、CR-生活对策,一、二年生生活史, 种子繁殖, S-繁殖对策,以及胞果、蒴果等特征的比例与土壤全Na、CaO含量和土壤pH正相关.5)在演替过程中出现的植物均属草本植物生活型,因此,草原可能是黄土高原上受制于大尺度环境条件(显域生境)下的优势植被类型(特别是降雨量不超过550 mm的地区).     

不同植被类型植物物种多样性

为了评价大面积人工种植杜仲对当地植物多样性的影响,以河南省汝阳县不同植被类型为研究对象,通过群落学调查,运用重要值、Shannon-Wiener物种多样性指数(H)、Simpson物种多样性指数(D)和均匀度指数(JH')等指标,统计分析杜仲人工林、温带落叶阔叶林(以下简称次生林)和撂荒地3种不同植被类型的植物物种多样性,探讨杜仲种植对植物多样性的影响。调查发现,杜仲林样地中出现植物82种,隶属39科63属,草本层为最发达的一层;次生林样地中出现植物70种,隶属32科62属,乔木层为最发达层;撂荒地样地中出现植物84种,隶属35科69属,无乔木层。杜仲林物种丰富度和多度均不亚于次生林和撂荒地,且杜仲林草本层物种丰富度和植株总数均高于次生林。统计分析显示,杜仲林乔木层、灌木层和草本层多样性指数H和D值、均匀度指数JH'值与其它两种植被类型相比无显著性差异(P0.05)。因此,种植杜仲过程中采用合理密度,适当管理,不仅能提供叶、花、果等资源,而且能够丰富草本植物的种类和数量,增加植物物种多样性。     

遮荫对撂荒地草本群落生物量分配和养分积累的影响

城市化进程导致农村出现大量的撂荒地,了解撂荒地不同利用方式下的植物群落动态可为撂荒地利用与管理提供重要的基础数据。撂荒地栽植与没有栽植林木是否影响林下草本群落的生物量分配与养分积累仍有待于研究。采用50%—95%遮荫网处理,模拟林下光环境对撂荒地草本群落生物量分配和养分积累特征的影响。结果表明:随着遮荫强度增加,群落总生物量著降低。遮荫处理显著降低了地上生物量及其分配比例,而对根部生物量的影响不显著,却显著提高了根部生物量的分配比例。光照强度与总生物量和地上生物量呈极显著正相关。遮荫处理显著降低了群落地上部分C含量,显著提高了P、K含量,对N含量影响不显著;遮荫处理也显著提高了根部C、N、P含量,但对K含量的影响不显著。随遮荫强度增加,地上部分C、N、P、K的分配比例显著降低,根部C、N、P、K的分配比例显著提高。相关分析表明,光照强度仅与地上部分N含量、根部C、N、P含量极显著相关。遮荫处理显著降低了地上部分C∶N、C∶P和地下部分的C∶N,但对地下部分N∶P、C∶P影响不显著。可见,遮荫将影响撂荒地草本植物群落地上部分生物量和养分积累,而根部对光照强度改变的响应不敏感。     

海伦撂荒地植物生物量的季节变化

对海伦20年和7年撂荒地的地上生物量和地下生物量,以及农田地上生物量和地下生物量的田间定位调查和实验室分析对比研究结果表明,随着农田撂荒时间的延长,植被生物量（根生物量和地上生物量之和）具有明显增加趋势;地上生物量之间的差异不显著,而根生物量的差异达到显著水平,表明不同撂荒年限样地的生物量差异主要体现在根生物量,撂荒时间越长,生态系统抵抗环境胁迫的能力越强,生态系统越稳定,根生物量的周转值越小,表明生态系统具有更加稳定地供应养分和能量的能力。