河岸带不同植被类型土壤氮素转化过程对冻融交替的响应

河岸带是水陆交错地带氮素生物地球化学循环的热点区域,春季融雪时期的气温变化引起的冻融交替是影响土壤氮素转化过程和氮素流失重要因素之一.通过室内模拟,研究了河岸带珍珠梅、落叶松和农田3种植被类型土壤可溶性氮含量与净氮矿化速率对不同冻结温度和冻融频次的响应.结果表明,冻融频次对3种植被类型河岸带土壤可溶性氮影响显著(P＜0.05),不同植被类型土壤可溶性氮含量变化趋势相似,在第1次冻融之后达到峰值,在第10次冻融之后稳定.3种植被类型土壤无机氮含量受冻融交替影响显著升高(P＜0.05).冻融温度对土壤净氮矿化速率影响显著(P＜0.05),土壤净氮矿化速率在第1次冻融之后达到最大值,随冻融次数增加而下降.3种植被类型土壤受冻融交替影响均有一定程度的氮素流失风险,农田土壤无机氮含量本底值较高,土壤氮素随冰雪融水流失风险较大.     

流域径流泥沙对多尺度植被变化响应研究进展

植被变化与流域水文过程构成一个反馈调节系统,是目前生态水文学研究的重点对象.由于植被自身的生长发育以及受自然因素和人为干扰的作用,植被变化具有多尺度性;由于受流域水文环境的异质性和水文通量的变化性的影响,流域水文过程也同样具有多尺度性.因此,只有通过对不同尺度生态水文过程分析,才能揭示流域径流泥沙对植被变化的响应机理.从不同时空尺度回顾了植被生长、植被演替、植被分布格局变化、造林以及森林经营措施等对流域径流泥沙影响的主要研究成果;概括了目前研究采用的3种主要方法,即植被变化对坡面水流动力学影响的实验室模拟、坡面尺度和流域尺度野外对比观测实验以及水文生态模型模拟方法;分析了植被变化与径流泥沙响应研究要考虑的尺度问题,从小区尺度上推至流域尺度或区域尺度时应考虑不同的生物物理控制过程.研究认为,要确切理解植被与径流泥沙在不同时空尺度的相互作用,必须以等级生态系统的观点为基础,有效结合生态水文与景观生态的理论,从地质-生态-水文构成的反馈调节入手,系统地理解植被变化与径流泥沙等水分养分之间的联系及反馈机制,建立尺度转换的基础.同时,作为有效的研究工具,今后水文模型的发展应更加注重耦合植被生理生态过程以及景观生态过程,从流域径流泥沙对多尺度植被变化水文响应的过程与机制入手,为植被恢复与重建、改善流域水资源状况和流域生态环境奠定基础.     

河岸带土壤反硝化作用研究进展

反硝化作用是水生态系统脱氮和控制水体富营养化的重要过程,是氮循环的关键环节.该作用对去除陆地和水生生态系统中的硝酸盐、亚硝酸盐并将其以无反应氮气的形式重新输送到大气这一过程起着至关重要的作用.文章综述了土壤反硝化过程的关键微生物及其作用机制、土壤反硝化作用的主要影响因素及其作用规律以及反硝化作用的研究方法方面的研究进展...     

植被类型变化对土壤微生物碳利用效率的影响研究进展

植被类型变化强烈影响着土壤碳循环。土壤微生物碳利用效率（CUE）是微生物将从环境中获取的碳分配给自身生长的比例,是土壤碳循环的综合指标。研究植被类型变化对CUE的影响有助于从微生物视角理解该过程中的土壤碳动态,可以为评估植被类型变化对土壤质量及生态系统碳循环的影响提供基础,具有重要的理论及实际价值。通过系统查阅相关文献,综述了植被类型变化导致的CUE变化情况,以及该过程中影响CUE的因子与机制。目前,相关研究主要涉及以林地、草地和农业用地为起点或终点的植被变化类型。天然林（原生林、次生林）变化为人工林、林地变化为草地后CUE普遍下降,随终点植被的发展CUE可能恢复至起点水平。植被成熟度越高,发生转变时CUE变化越剧烈。植被类型变化以农业用地为起点或终点时,CUE变化方向的不确定性及幅度的变异性均增加。植被类型变化导致的CUE变化主要受到植被、土壤、微生物因子及其交互作用的驱动,指示CUE的指标、采样季节和土层也会一定程度上影响CUE的变化。今后相关研究应采用直接的CUE测定方法,拓宽研究气候区及植被变化类型,关注植被变化过程中CUE变化的土层差异及动态监测,深入对植被类型变化导致的生态环境因子变化与CUE的关系及作用机制的研究。     

鄱阳湖不同水文连通性子湖水生植被覆盖度对年际水位变化的响应

水位变化是影响水生植被生长的主控环境因子,研究其对不同水文管控模式子湖的水生植被覆盖度的影响具有重要的现实意义.本研究基于谷歌地球引擎(GEE)遥感云计算平台,以鄱阳湖自由连通子湖蚌湖、局部控制子湖大湖池为研究对象,采用像元二分法估算2000-2019年间水生植被生长期的植被覆盖度并分析其时空分异特征,运用Sen+M-...     

植被恢复对土壤碳氮循环的影响研究进展

植被恢复重建是治理水土流失的主要手段之一,能够有效地促进侵蚀土壤发育、提高土壤肥力、增强土壤微生物活性,进一步影响土壤碳氮循环.因此,植被的恢复重建过程对土壤有机碳库、氮库累积以及温室气体的排放具有一定作用.本文综述了植被恢复对土壤碳、氮循环过程的影响以及土壤质量与植被修复之间的协同效应,并提出了今后进一步研究的方向.对评价植被恢复在应对全球气候变化中所起的作用具有借鉴与参考价值,对促进土壤肥力改善和退化生态系统的恢复及可持续发展也有重要的现实意义.     

河岸带研究及其退化生态系统的恢复与重建

河岸带是指水陆交界处的两边,直至河水影响消失为止的地带。河岸带是湿地的重要组成部分,在流域生态系统中发挥着重要的作用,具有较大的生态、社会、经济和旅游价值。河岸带研究以生态学、水文学和地貌学炎基础,涉及多种学科和技术方法。由于自然和人为因素的影响,退化河岸带的生态恢复与重建较为复杂,通过安徽潜山县潜水退化河岸带滩地近6a的生态恢复与重建试验,研究结果表明：恢复与重建后的河岸带滩地生态系统的生物多样性和稳定性增加;土训结构和养分条件得到改善,其中,小于0.002mm的粘粒含量的平均值由恢复前的4.53％,上升到恢复后的11.71％,土壤容重由恢复前的1.455g/cm^2下降到恢复后的1.2g/cm^2,土壤有机质的平均值由恢复前的1.25g/kg上升到恢复后的9.44g/kg;河滩地泥沙淤积量增加;植物抗风浪作用增强,有效地保护了河岸,改善了河岸带地区的小气候。河岸带研究在我国起步较晚,因此,今后应加强河岸带的管理和对退化河岸带生态系统的恢复与重建工作,使河岸带生态系统可持续地为人类提供丰富多样的生产、生活和观光旅游产品。     

黄河中下游典型河岸带土壤性质空间变异及其对环境的响应

土壤和植被作为河岸带生态系统服务维持的根基,其空间分布与变异对河岸带生态功能的发挥起着决定性作用.本研究以黄河中下游典型河段河岸带为研究对象,采用野外调查、实验分析与冗余分析(RDA)相结合的方法,研究了河岸带土壤理化性质空间分异特征及其对环境的响应.结果表明: 研究区土壤物理性质的横向梯度效应较为明显,随缓冲距离增大,土壤容重呈现先增后减的趋势,而土壤含水量呈相反趋势;不同缓冲区土壤的全磷(TP)、有效磷(AP)、全碳(TC)、有机碳(TOC)、全氮(TN)、铵态氮(NH₄⁺-N)和硝态氮(NO₃^--N)含量差异均不显著;不同植被类型(杨树人工林和柳树人工林)的土壤化学性质差异均不显著.相关性分析表明,研究区土壤TOC与TN、NO₃^--N含量均呈极显著正相关、与NH₄⁺-N含量显著正相关,土壤TC和TOC含量均与砂粒呈极显著负相关,与粘粒极显著正相关.RDA结果显示,土壤TOC和NH₄⁺-N含量随乔木层高度和盖度的增加而增加,土壤TP与NO₃^--N随乔木层树木胸径和草本层植物盖度的增加而增加,而NH₄⁺-N含量随海拔升高呈递增的趋势,说明黄河中下游河岸带土壤性质受群落结构和海拔梯度的影响显著.     

黄土丘陵区植被的土壤水文效应

采用定位监测与普查相结合方法,对黄土丘陵区主要降水量级地区不同植被下土壤水分状况进行了系统的总结分析。研究认为：农林草地土壤水分剖面有较大差异,土壤水分由高到低依次为农地、草地、灌木地、乔木。部分地区灌木林土壤水分可能不如乔木林地。在特旱年份,不同植被下的土壤水分严重亏缺,但不同植被利用引起的土壤水分差异变小。森林带土壤水分明显好于过渡带,该带刺槐生长正常;在过渡带,特旱年份油松、刺槐林不能正常生长,且乔、灌、草均引起土壤干层。所以在林草植被建设中需要一些辅助措施来保证土壤水分供应的可持续性。     

北京市红门川流域森林植被/土地覆被变化的水文响应

根据北京市红门川流域原有1∶1万土地利用图,结合流域1990年、1995年、2000年和2005年4期遥感影像,在GIS支持下,得到4期土地利用图,采用ArcView分析获得空间数据和属性数据。并利用研究区逐日降水量和径流量数据,从年径流量、汛期(6-9月份)径流量和单次径流量3个层次,分析不同土地利用时期的水文响应。结果表明:不同土地利用变化对流域径流具有显著影响。2001-2005年植被条件较好的土地利用较1990-1995年和1996-2000年产流有所减少,多年平均径流系数下降了70%以上。不同土地利用在相同降水条件下的产流仅在生长季节具有明显差异,也就是说土地利用变化对产流的影响具有季节性,在枯水季节无显著影响。2001-2006年的单次产流均小于1990-1995和1996-2000年的单次产流,仅为前期的1/3,降水利用率提高,发生洪涝灾害的可能性减小。     

Development, maintenance and role of riparian vegetation in the river landscape

1. Riparian structure and function were considered from a longitudinal perspective in order to identify multiscale couplings with adjacent ecosystems and to identify research needs. 2. We characterized functional zones (with respect to vegetation development in association with various biogeochemical processes) within geomorphological settings using a delineation based upon erosional, transitional and depositional properties. 3. Vegetation dynamics within the riparian corridor are clearly influenced substantially by hydrological disturbance regimes. In turn, we suggest that vegetation productivity and diversity may widely influence riverine biogeochemical processes, especially as related to the consequences of changing redox conditions occurring from upstream to downstream. 4. However, surface and groundwater linkages are the predominant controls of landscape connectivity within riparian systems. 5. The importance of riparian zones as sources and sinks of matter and energy was examined in context of structural and functional attributes, such as sequestering or cycling of nutrients in sediments, retention of water in vegetation, and retention, diffusion or dispersal of biota. 6. The consequences of interactions between different communities (e.g. animals and plants, micro-organisms and plants) on biogeochemical processes are notably in need of research, especially with respect to control of landscape features. Multiscale approaches, coupling regional and local factors in all three spatial dimensions, are needed in order to understand more synthetically and to model biogeochemical and community processes within the river-riparian-upland landscape of catchments.     

滨河湿地不同植被对农业非点源氮污染的控制效果

滨河湿地作为连接河流水体和陆地的一个功能过渡界面区,是河流生态系统与陆地生态系统进行物质、能量、信息交换的一个重要过渡带,也是保护河流水体的最后一道屏障,对水质净化和农业非点源污染控制起着非常重要的作用。以黄河湿地国家自然保护区孟津扣马段为研究对象,采取野外定位观测试验和稳定同位素示踪(人工富集15N源的同位素稀释法)相结合的方法,研究了滨河湿地土壤对农业非点源氮的持留作用、渗漏到地下水中的农业非点源氮和湿地不同植被对滞留在土壤中的农业非点源氮的吸收作用。结果显示:通过地表径流进入滨河湿地的农业非点源氮在3个实验样方的垂向和侧向都发生了渗漏。滨河湿地土壤对农业非点源氮的滞留作用主要发生在0—10cm,相当于一个过滤器的功能。3种受试植被土壤表层的滞留量为芦苇(0.045mg/g)藨草(0.036mg/g)水烛(0.032mg/g),分别占到土壤滞留氮的59.2%、56.3%和56.1%。滞留在土壤中的农业非点源氮污染存在一个相对较长的效应。滨河湿地特殊的氧化还原条件导致强烈的土壤微生物反硝化作用以及滨河湿地植被对氮素的吸收作用,使得0-10cm土层土壤外源氮变化速度最快,1个月后,滞留芦苇、水烛、藨草样方中15N下降了77.8%、68.8%和8.3%;3个月后,芦苇、藨草、水烛样方中的15N下降了93.3%、72.2%和37.5%。滨河湿地复杂的水文过程,使得滞留在土壤表层的农业非点源氮迁移转化更为复杂多变。监测数据显示,在实验设计的浓度和强度范围内农业非点源氮没有对地下水造成影响。不同植被和同一植物的不同生长时期对滞留在土壤中氮的吸收能力差别较大,吸收量依次为芦苇嫩芽(9.731mg/g)老芦苇(4.939mg/g)藨草(0.620mg/g)水烛(0.186mg/g)。通过对生物量计算得出滨河湿地芦苇、水烛和藨草对农业非点源氮的吸收能力分别为氮吸收量96.11、3.76、0.32kg/hm2。可见,滨河湿地作为连接河流与陆地的缓冲带,通过截留、过滤、植物吸收等过程能有效的削减农业非点源氮对临近地表水体污染,对农业非点源氮污染控制起着非常重要的作用。合理的滨河湿地保护与利用模式对河流水环境保护具有重要的意义。     

The response of riparian vegetation to flood‐maintained habitat heterogeneity†

Abstract Riparian environments are subject to the scouring and depositional effects of floods. Riparian vegetation and substrates are scoured during high flows, while litter and sediment is deposited downstream. In the Prosser and Little Swanport River catchments in south‐east Tasmania, vascular plant species were surveyed in large riparian relevés. Within these relevés, 1 × 1 m subplots were placed in both flood‐scoured and depositional environments. Species composition was compared between these three datasets, to investigate the importance of floods in determining species richness and species composition of riparian vegetation. Species richness and diversity were highest in areas experiencing flood scour. Herbs appear particularly reliant on the creation of gaps for colonization, and some major riparian shrub species may also require disturbance to maintain their abundance. The depositional environment tended to favour shrubs and graminoids. Given that differences in species composition are related to flood‐induced features of the riparian environment, the regulation of these rivers might reduce the diversity of the riparian vegetation downstream of dams.     

漓江水陆交错带不同植被类型的土壤酶活性

水陆交错带是内陆水生生态系统与陆地生态系统之间的功能界面区,其包含了高地到低地直到水体的区域,是土壤有机质源、汇和转换器。土壤中有机物的分解以及营养物质的转化不仅影响到植物的生长,也对水体质量产生间接影响。土壤酶几乎参与土壤中有机物质的分解与合成的全过程,直接或间接影响着土壤一系列的生物化学反应,对生态系统的物质循环产生重要影响。不少学者围绕农田土壤、林地土壤以及湿地土壤探讨了不同植被下酶活性的变异。水陆交错带植被种类丰富,周期性的淹水条件加剧了土壤性质变异的复杂性。但目前水陆交错带不同植被类型土壤酶活性差异的研究不多。以漓江水陆交错带土壤为研究对象,对苔藓、草本和灌丛3种植被类型下的土壤溶解性化学成分、4种土壤水解酶即糖苷酶、几丁质酶、亮氨酸氨基肽酶和磷酸酶以及2种氧化还原酶即酚氧化酶和过氧化物酶的活性,以及土壤性质与酶活性之间的关系进行了研究。结果表明,苔藓植被下土壤的糖苷酶和酚氧化酶活性显著高于草本和灌丛,草本植被下土壤的过氧化物酶活性显著高于苔藓和灌丛,灌丛植被下土壤几丁质酶活性显著高于苔藓和草本,但不同植被类型的土壤亮氨酸氨基肽酶活性无显著差异。相关分析表明,土壤水分含量与糖苷酶和酚氧化酶活性呈显著正相关,而与几丁质酶和碱性磷酸酶活性呈显著负相关。土壤有机碳和易氧化碳均与糖苷酶和酚氧化酶活性呈极显著负相关,与几丁质酶活性呈显著正相关。土壤溶解性有机碳与亮氨酸氨基肽酶和酚氧化酶呈显著正相关。综合认为,水陆交错带不同种类土壤酶在不同植被类型间的差异有别,土壤水分含量和土壤有机碳显著影响土壤酶活性的变化。不同植被类型土壤酶活性的差异不仅与植被类型有关,与水陆交错带微地形以及土壤性质的空间异质性也有密切关系,需运用长期控制试验手段开展研究。     

Trajectories of change: riparian vegetation and soil conditions following livestock removal and replanting

Riparian zones provide critically important ecological functions, including the interception of nutrients and sediments before they enter waterways. Consequently, riparian zones, and the vegetation they support, are often considered as an important ‘final buffer’ between waterways and adjacent land. In agricultural ecosystems, riparian zones are therefore increasingly recognized as an important component of strategies aimed at minimizing the flow of nutrients and sediments into waterways. Accordingly, riparian zones are increasingly afforded protection and are targeted for restoration. Here we present results of a study in which we aimed to identify patterns of change in soil and vegetation properties in riparian zones, under different management regimes, adjacent to tributary streams in one of south‐eastern Australia's main agricultural regions. We compared riparia that were heavily impacted by agricultural activities, were in remnant condition or had undergone some restoration activities and were thus in a transitional state. There was an increase in plant cover and soil C concentration between impacted through to remnant sites, with transitional sites intermediate, suggesting that improvements in soil conditions were becoming evident following restoration activities. In our assessment of soil physicochemical properties we investigated the relationships between riparian condition and soil properties, taking into account the influence of adjacent land use on these relationships. Importantly, the concentrations of NO₃^‐ and plant available P in riparian surface soils were more or less influenced by concentrations in the adjacent land depending upon riparian condition. This will, in turn, have consequences for nutrient inputs into streams. This study emphasizes that riparian zones need to be managed within their wider landscape context. Furthermore, the results of this study will inform efforts seeking to minimize impacts of agricultural activities on waterways, through the conservation and/or restoration of riparian ecosystems.     

河岸带对陆地水体氮素输入的截流转化作用

氮素是陆地水体的重要污染物之一,相邻高地土壤中的氮素经非点源途径通过河岸带进入水体.河岸带是高地和水体之间的过渡带,健康的河岸带系统能够通过物理的、生物的和生物化学的过程,实现对氮素的截留转化.本文系统地介绍了氮素进入陆地水体的主要途径和河岸带对陆地水体氮素污染物截留转化的机制,并从河岸带水文过程、土壤特征、植被状况、人为活动等方面,论述了影响河岸带氮素截留转化作用的因素;在此基础上,对目前河岸带研究中存在的问题进行了讨论,并对我国开展河岸带的研究提出了建议.     

Effects of climate‐induced increases in summer drought on riparian plant species: a meta‐analysis

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