桂西北典型喀斯特峰丛洼地退耕还林还草的固碳效益评价

退耕还林还草作为桂西北喀斯特地区主要的土地利用转变方式,对该区域产生了积极的生态效益。就退耕还林还草政策的实施对该区域土壤有机碳储量的影响进行评价。结果表明:1)将剖面碳密度与深度做对数拟合得到的参数进行协同克里格插值的方法能较准确估算研究区碳密度,R2为0.723;2)退耕还林还草措施对土壤有机碳(SOC)含量产生了显著的影响,耕地(19.3 g/kg)转变为牧草(23.5 g/kg,退耕近10a)和草地(34.6 g/kg,退耕30a)的SOC含量均有增加,转变为人工林(17.8 g/kg,退耕8a)的SOC含量略有下降;3)退耕还林还草工程实施后研究区土壤碳储量提高了23.43%,退耕后单位面积土壤碳储量为2938 t C/km~2;4)种植牧草兼顾固碳效益和经济效益,是一种较好的退耕模式。     

喀斯特峰丛洼地不同生态系统土壤微生物与养分的耦合关系

基于喀斯特峰丛洼地农作区、人工林、次生林、原生林4类生态系统土壤微生物量、微生物数量及土壤养分的分析,本文探讨了不同生态系统土壤微生物特征及其与土壤养分的耦合关系.结果表明:不同生态系统微生物种群组成不同,真菌比率均较低,农作区、人工林、原生林的放线菌比率较大,而次生林细菌比率较大;不同生态系统中微生物量碳(Cmic)与微生物量氮(Nmic)、微生物量磷(Pmic)的相关性均达到了显著或极显著水平;不同生态系统土壤微生物量与土壤养分的关系密切,而微生物数量与土壤养分的相关性均较弱,表明土壤微生物细菌、真菌、放线菌种群数量分布的随机性较大,而不是受单一养分因子的控制;不同生态系统中土壤微生物属性和土壤养分的耦合关系不同:农作区土壤有机质(SOM)、pH、全磷(TP)起较大作用,主要影响土壤Cmic、细菌和真菌;人工林中土壤水分、SOM、全氮(TN)、TP主要影响土壤微生物量;次生林中以pH、SOM、TP、碱解氮(AN)、速效钾(AK)主要影响土壤微生物量和真菌;原生林主要有pH、TP、AN影响土壤微生物量和细菌.     

不同土地利用方式下喀斯特峰丛洼地土壤微生物群落特征

基于对喀斯特峰丛洼地6种土地利用类型(坡耕地、草丛、灌丛、人工林、次生林、原生林)的土壤微生物、养分、矿物质和植被4组变量35个指标的调查分析,研究了不同土地利用方式下土壤微生物种群数量、微生物生物量C、N、P及其分形特征,以及土壤微生物与植被、土壤养分、矿物质的关系.结果表明:不同土地利用方式下喀斯特峰丛洼地的土壤微生物种群数量及组成不同.微生物种群数量均以原生林和坡耕地最高,人工林最低;3种森林土壤的细菌比率较大,坡耕地、草丛、灌丛的放线菌比率较大,真菌的比率均很小;土壤微生物生物量C、N、P的含量均很高,其中原生林最高;土壤微生物生物量碳与土壤微生物种群数量具有良好的分形关系,而土壤微生物生物量氮、磷与种群数量不存在分形关系;土壤微生物与植被、土壤养分、土壤矿物质显著相关,其中土壤微生物生物量碳与乔木层的Shannon指数、土壤速效氮、Fe₂O₃、CaO含量显著相关.     

桂西北喀斯特峰丛洼地不同植被演替阶段的土壤脲酶活性

以桂西北喀斯特峰丛洼地不同演替阶段植被群落为研究对象,采用空间代替时间序列的方法,选取立地条件基本相似的草地、乔灌林和次生林3种次生演替植被,并以原生林为对照,通过野外调查取样和室内分析,探讨植被不同演替阶段土壤脲酶活性的变化特征及其与土壤理化性质的关系。结果发现,(1)不同植被演替阶段的土壤脲酶活性存在显著差异,草地最高(0.462 mg · g^-1 · d^-1),次生林次之(0.410 mg · g^-1 · d^-1),灌木林再次(0.371 mg · g^-1 · d^-1),原生林最低(0.194 mg · g^-1 · d^-1);(2)在喀斯特区域,土壤脲酶活性与全钾、粘粒含量、容重、碳氮比(C/N)、碱解氮占全氮的比例(AN/TN)呈正相关(P<0.01),与其他指标,如有机碳、全氮、碱解氮、微生物碳、微生物氮等均呈极显著负相关(P<0.01);(3)与脲酶活性关系密切的理化性质有全氮、碱解氮、微生物量、粘粒含量及C/N、AN/TN等。并不是所有区域的土壤脲酶活性都与SOC、TN、AN、微生物量呈正相关,当土壤养分较高,即土壤中的氮量不再是作物生长的限制因子时,脲酶活性有可能与之呈负相关。     

典型喀斯特峰丛洼地不同植被恢复对土壤养分含量和微生物多样性的影响

以桂西北典型喀斯特峰丛洼地植被恢复过程中草丛、灌丛、次生林、原生林4个植被恢复阶段为研究对象,通过测定优势种的根际与非根际的土壤p H、养分含量及微生物多样性,探讨不同恢复阶段根际土壤养分的富集效应及土壤微生物多样性的变化特征。研究结果表明:(1)4个恢复阶段的根际与非根际土壤养分均呈现显著差异;土壤有效态养分较全量养分对植物根际微小的变化响应更为灵敏;大多数养分表现出明显的富集效应,AP和AK在原生林的富集率明显高于其他恢复阶段;(2)4个恢复阶段细菌Shannon-Wiener指数(H)、丰富度指数(S)均高于真菌,根际土壤细菌与真菌Shannon-Wiener指数(H)、丰富度指数(S)与Pielou均匀度(EH)都高于非根际土壤;(3)4个恢复阶段土壤TN分别与p H、SOC、AN呈极显著正相关(P0.01),磷素、钾素与土壤微生物多样性呈显著相关(P0.05)。可研究结果为西南喀斯特脆弱区土壤生态功能恢复与植被恢复重建提供科学依据。     

桂西北喀斯特峰丛洼地表层土壤养分时空分异特征

本文运用传统统计方法研究了典型喀斯特峰丛洼地4个植被演替阶段(草地、灌木林、次生林、原生林)表层(0—15 cm)土壤养分的空间分异特征,并分析其成因。结果表明：(1)不同植被演替阶段土壤养分（有机碳、全氮、碳氮比、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾）及pH值有明显差异（P<0.05）;除全钾外,其他养分含量均随植被正向演替而增加。(2)地貌部位对养分含量的影响不尽一致：各植被演替阶段的磷、钾及原生林的碳氮均符合养分的“洼积效应”,只有受人为干扰较强的草地、灌木林、次生林的碳氮养分存在随坡位升高而增加的现象。通过本研究得知,植被演替对养分积累具有积极作用;磷素（速效磷3.55—11.41 mg/kg）、钾素（速效钾64.05—105.75 mg/kg）是该区域的养分限制性因子;该区域养分的“倒置现象”并不普遍存在。     

喀斯特峰丛洼地原生林土壤团聚体有机碳的剖面分布

以喀斯特峰丛洼地的伊桐、侧柏和菜豆树3个原生林植物群落为对象,分析了土壤团聚体的组成、有机碳及其剖面分布.结果表明:3个植物群落的土壤分布均以＞2 mm大粒径团聚体为主,约占土壤团聚体总量的76％.土壤总有机碳含量介于12.73 ～ 68.66 g·kg-1之间,群落类型显著影响土壤有机碳含量及其分布.＜1 mm小粒径团聚体中的有机碳含量比＞2 mm团聚体稍高,但大部分土壤有机碳储存在大粒径团聚体中,＞2 mm团聚体对土壤有机碳的贡献率约70％.2 ～5和5～8 mm团聚体含量与土壤有机碳含量呈显著正相关.提高土壤中2～8 mm团聚体的含量能有效增强喀斯特地区土壤固碳能力.伊桐群落2～8 mm土壤团聚体的含量及其全土有机碳含量分别达46％和37.62 g· kg-1,伊桐更适合作为喀斯特地区生态恢复树种.     

喀斯特峰丛洼地土壤矿物质的组成特征与作用

基于喀斯特峰丛洼地农作区、人工林、次生林、原生林4类典型生态系统动态监测样地(200 m×40 m)土壤矿质养分因子(7个)、植被(9个)、地形(4个)、土壤理化性状(10个)共计30个指标的全面调查取样分析,采用经典统计分析、主成分分析和典范相关分析探讨了土壤矿物质的组成特征、作用以及与植被、地形、其他土壤性状的耦合关系.结果表明： 喀斯特峰丛洼地土壤矿物质组成以SiO2、Al2O3、K2O、Fe2O3为主,明显低于全球土壤平均背景值和同区域地带性红壤,CaO、MgO含量居中,MnO含量很低;不同生态系统土壤矿物质组成和变异不同,土壤的发育程度也不同,植被和土壤的原生性呈同比正相关,均有潜在的石漠化风险;4类生态系统景观异质性高,主成分分析的降维效果不好,土壤矿物质均为各生态系统的主要影响因子,且与植被、地形、其他土壤性状的关系非常密切,特别是SiO2、CaO和MnO,其中对植被的影响主要是物种多样性,对土壤则为有机质、全氮、全钾等主要养分.土壤矿物质是影响喀斯特峰丛洼地土壤肥力和植物生长发育的限制因子之一,有效利用矿物质资源、合理施用矿质养分对喀斯特退化生态系统的恢复与重建作用重大.     

喀斯特峰丛洼地不同森林表层土壤有机质的空间变异及成因

基于动态监测样地(200 m×40 m)的网格(10 m×10 m)取样,以农作区为对照,用地统计学方法研究了喀斯特峰丛洼地人工林、次生林和原生林3类典型森林生态系统表层土壤(0—15 cm)有机质的空间变异,通过主成分分析和相关分析,探讨了其生态学过程和机制。结果表明:喀斯特峰丛洼地土壤有机质很高,沿着农作区-人工林-次生林-原生林的恢复梯度,土壤有机质显著提高,变异系数逐步增大;农作区和3类森林土壤表层有机质均具有良好的空间自相关性;农作区试验半变异函数C0/(C0+C)值为26.5%,呈中等程度的空间相关性;3类森林的C0/(C0+C)值为9.0%—22.6%,呈强烈的空间相关性;农作区和人工林土壤有机质呈单峰分布,次生林呈凹型分布,原生林呈凸型分布;不同森林的主导因子不同,农作区的主导因子为主要土壤养分,人工林为地形和物种多样性,次生林为森林结构和物种多样性,原生林为地形和物种多样性,且同一因子在不同森林与土壤表层有机质的正负作用关系和相关程度也不同。因此,农作区和3类森林应根据其土壤表层有机质的空间变异及主要影响因子制定相应的固碳措施。     

喀斯特峰丛洼地不同类型森林养分循环特征

以中国西南喀斯特峰丛洼地为研究区域用标准木法和收获法对人工林、次生林、原生林3个不同类型森林的6个代表性群落的生物量、营养元素生物循环量及循环特征进行了研究。结果表明:(1)不同类型森林群落乔木各器官的养分含量大小顺序为:叶枝根干,林下植被层和凋落物层的养分含量比较高,其含量普遍高于乔木层各组分,仅次于乔木叶片;各组分中营养元素以K、Ca最高,P、Mg最低;(2)3种类型森林间乔木层的养分积累量总规律表现为原生林(4540.30 kg/hm~2)次生林(2107.09 kg/hm~2)人工林(719.51 kg/hm~2),分别占林分养分积累量的88.30%、79.57%和62.60%;(3)3种类型森林生态系统养分总贮量相差不大,均主要集中在土壤层在各层分配格局有所差异;营养元素的年吸收量和年归还量均为次生林原生林人工林,年吸收量分别为:418.80、271.17和148.79 kg hm~(-2)a~(-1);年归还量分别为:182.98、111.43和43.37 kg hm_(-2)a~(-1);(4)不同类型森林养分利用系数总规律为人工林(0.35)次生林(0.20)原生林(0.10);循环系数则相反,为原生林(0.48)次生林(0.46)人工林(0.30);而周转时间为原生林(37.32)人工林(18.63)次生林(13.93)。喀斯特峰丛洼地土层薄,养分贮存能力差,森林养分循环能力相对较弱,沿着强、中、弱干扰递减梯度,3种类型森林养分利用效率和循环能力呈增长趋势。     

喀斯特峰丛坡地不同土地利用方式下土壤N、P空间变异特征

基于网格点(5 mx5 m)采样法采集土壤样品,利用经典统计学和地统计学方法,研究了喀斯特峰丛坡地不同土地利用方式(火烧迹地、刈割地、草地、封育地)下表层(0～20cm)土壤氮、磷的空间变异特性.结果表明:研究区4种不同土地利用方式土壤全氮(TN)、全磷(TP)、速效氮(AN)、速效磷(AP)均为中等程度变异,含量分别为5.40 ～6.26 g·kg-1、1.24 ～1.44 g·kg-1、365.87～507.32 mg·kg-1、3.91 ～8.04 mg·kg-1,封育地、火烧迹地土壤质量优于草地和刈割地;4种土地利用方式中火烧AN、火烧AP、刈割AN、封育TN的半方差函数最佳拟合模型为球状模型,火烧TN、刈割TN、刈割AP最佳拟合模型为指数模型,其他指标的最佳拟合模型均为高斯模型.刈割TP、火烧TP、草地TP、刈割TN、火烧AP、草地AP、封育TP表现为强烈的空间自相关性,其他土壤养分表现为中等的空间自相关.4种土地利用类型土壤TN与AN、TP与AP具有相似的空间分布格局.火烧、刈割处理TN和AN呈凹形分布,TP和AP呈单峰分布特征,中下坡含量最高,往两端含量逐渐降低;草地TN、AN、TP、AP 4种养分含量均随着坡位的升高而降低;封育样地中4种养分呈类似凹形分布,中间含量低,两端略微升高.土地利用方式的变化改变了喀斯特峰丛坡地土壤养分质量,造成了土壤养分空间格局的变化,因此,在地形破碎、土层浅薄的喀斯特地区进行生态恢复与重建时,应采取合理土地利用方式,进行保护和适度开发,提高喀斯特退化生态系统土壤质量.     

喀斯特峰丛洼地不同生态系统的土壤肥力变化特征

基于喀斯特峰丛洼地坡耕地、草丛、灌丛、人工林、次生林、原生林6种典型生态系统的土壤主要养分、矿质养分和微生物这3组变量共计20个指标的调查、取样和分析,运用多重比较分析、主成分分析和典范相关分析探讨了其土壤肥力变化特征、主要影响因子及两两之间的相互关系。结果表明,喀斯特峰丛洼地土壤pH值为6.60—7.75,土壤主要养分、微生物种群数量和微生物生物量明显高于同纬度地区地带性红壤,矿质养分含量相对较低,其中SiO2、Al2O3、Fe2O3占矿质全量的90%以上。土壤肥力的总体趋势为原生林>次生林>灌丛>草丛>坡耕地>人工林。喀斯特石漠化地区实行林草结合的退耕还林还草模式更有利于土壤生态系统的环境改善,坡耕地应多施有机肥和氮肥,人工林应多施氮肥。原生林植物与养分之间达到了良好的平衡状态,主要应加强森林抚育管理,改善森林环境,保障植物、土壤养分及微生物之间的良好协调关系。确保土壤资源的合理利用,促进喀斯特峰丛洼地乃至整个西南喀斯特区域植被的迅速恢复和生态重建。     

喀斯特峰丛洼地不同植被类型碳格局变化及影响因子

采用样方法研究了西南喀斯特峰丛洼地草地、灌丛、次生林、原生林4种植被类型碳格局及其土壤碳的影响因子。结果表明:草地、灌丛、次生林、原生林4类生态系统总碳储量分别为133.84、160.79、179.08和261.24 Mg C/hm2,其中植被碳储量为5.02、6.59、20.87和60.20 Mg C/hm2,占总碳储量的3.75%—23.04%,随植被正向发展而增加;地被物碳储量为1.76、0.95、2.60和0.82 Mg C/hm2,仅占总碳储量的0.32%—1.45%;土壤层碳储量为127.06、153.25、151.61和200.21 Mg C/hm2,占76.64%—94.93%,随植被正向发展呈增加趋势,但对整个生态系统碳储量贡献率减少;由草地向原生林发展过程中,地下部分碳储量均大于地上部分碳储量,地上部分所占比例逐渐提高,地下部分所占比例逐渐减少;相关分析表明,土壤有机碳含量、储量与土壤容重、土壤深度存在良好的线性关系,喀斯特峰丛洼地石灰土土壤有机碳含量与水稳性团聚的分布关系密切,土壤氮素是影响有机碳含量的主要因素,2 mm细根和土壤微生物对石灰土土壤有机碳的积累具有重要的作用。     

桂北喀斯特峰丛洼地植物群落特征及其与土壤的耦合关系

基于喀斯特峰丛洼地草丛、灌丛、次生林、原生林4个生态系统24个样地(20 m × 20 m)的系统取样调查, 研究了喀斯特峰丛洼地不同生态系统群落的结构组成与生物多样性特征, 选取代表植物群落和土壤性质的35个指标, 对不同生态系统及整个喀斯特脆弱生态系统植物群落与土壤主要养分、土壤矿质养分和土壤微生物间的相互关系进行了主成分分析与典范相关分析。结果表明: 沿草丛、灌丛、次生林、原生林的顺向演替发展, 重要值(importance value, IV)>10.00的科、属、种及物种多样性最大值出现在次生林, 群落结构最佳值出现在顶级群落原生林; 喀斯特峰丛洼地景观异质性高, 各生态系统影响因子不同, 土壤微生物在喀斯特脆弱生态系统处于主导地位, 其次为灌丛; 不同集团因子的典范相关分析表明, 植物多样性指标与土壤氮素、Al₂O₃、Fe₂O₃、土壤微生物生物量碳(C_mic)、真菌和细菌关系密切。因此, 在喀斯特脆弱生态系统恢复与重建过程中, 应针对不同生态系统制定相应的培育管理措施。     

喀斯特峰丛洼地不同森林类型植物和土壤C、N、P化学计量特征

研究西南喀斯特峰丛洼地人工林、次生林、原生林3个不同森林类型的6个代表性植物群落C、N、P化学计量特征及其与土壤的关系.结果表明: 不同森林类型植物和土壤C、N、P含量均存在显著差异.土壤C和N含量均为次生林最高,人工林最低,土壤P含量为人工林最高,原生林最低;植物C和P含量变化趋势为人工林>原生林>次生林,植物N含量为次生林最高,原生林最低.土壤C∶P、N∶P以及植物C∶P均为原生林显著高于次生林和人工林,土壤C∶N在不同森林类型间差异不显著;植物N∶P为次生林最高,人工林最低,植物C∶N为原生林>人工林>次生林.在不同森林类型中,乔木叶片N含量与P含量、C∶N与C∶P以及C∶P与N∶P之间均呈显著线性正相关,除了植物叶片C∶N与N∶P以及土壤C∶N与N∶P之间呈显著线性负相关外,植物和土壤的C、N、P、C∶P均无显著相关性,说明土壤C、N、P供应量对乔木叶片C、N、P含量影响不大.     

喀斯特峰丛洼地不同土地利用方式土壤肥力特征

基于网格法(5 m×5 m)采样,研究了喀斯特峰丛洼地不同土地利用方式(火烧、刈割、刈割除根、封育、种植玉米、种植牧草)下表层(0～20 cm)土壤肥力特征,利用主成分分析影响土壤肥力的主要因子,典范相关分析探讨土壤养分和土壤微生物的耦合关系.结果表明: 研究区6种土地利用方式土壤呈微碱性,pH 7.83～7.98,不同土地利用方式土壤养分含量不同,分别为有机碳76.78～116.05 g·kg^-1、全氮4.29～6.23 g·kg^-1、全磷1.15～1.47 g·kg^-1、全钾3.59～6.05 g·kg^-1、碱解氮331.49～505.49 mg·kg^-1、有效磷3.92～10.91 mg·kg^-1、有效钾136.28～198.10 mg·kg^-1,除pH呈弱变异外,其他指标均呈中等至强度变异.不同土地利用方式对土壤肥力的影响不同,有机碳、全氮、全磷、碱解氮等主要养分受影响最大,沿封育、火烧、刈割、刈割除根、种植牧草、种植玉米的人为干扰增加梯度而减少;其次是土壤微生物,尤其是放线菌;典范相关分析表明,火烧迹地的全磷与土壤微生物生物量磷,全钾与土壤微生物生物量碳,全氮与放线菌的相互影响最大,刈割、刈割除根、封育、种植玉米、种植牧草土壤全氮与土壤微生物生物量碳,速效磷与土壤微生物生物量氮,pH与土壤微生物生物量碳、真菌,全氮、全钾与土壤微生物生物量磷,pH与真菌、放线菌相互之间的影响最大.土地利用方式的变化改变了喀斯特峰丛坡地土壤肥力特征.在喀斯特地区进行生态恢复与重建时,应采取合理的土地利用方式,提高喀斯特退化生态系统的土壤质量.