植被恢复对侵蚀红壤可溶性有机质含量及光谱学特征的影响

为了解植被恢复对侵蚀红壤可溶性有机质含量及结构特征的影响, 以福建省长汀县河田镇植被恢复后的侵蚀红壤及对照裸地为研究对象, 对两试验地0-60 cm深土壤中可溶性有机质的含量及光谱学特征进行了比较研究。结果表明: 侵蚀红壤植被恢复后, 土壤可溶性有机碳含量显著提高, 在土表到60 cm深度的6个10 cm土层中, 植被恢复土壤可溶性有机碳含量分别提高为对照裸地相应土层的5.6、4.7、4.6、3.1、2.4及2.2倍。可溶性有机氮含量在两试验地之间的差异在各土层中不一致。植被恢复各土层侵蚀红壤可溶性有机质的芳香化指数显著高于对照裸地, 荧光发射光谱腐殖化指数略高于对照裸地, 植被恢复后的侵蚀红壤与对照裸地间荧光同步光谱腐殖化指数无明显差异。荧光同步光谱图中, 两试验地侵蚀红壤可溶性有机质的吸收主要为类蛋白质及芳香性脂肪族荧光基团的吸收。傅里叶红外光谱结果显示, 与对照裸地相比, 植被恢复后的侵蚀红壤土壤可溶性有机质中官能团种类更多, 且含有更多芳香碳及羧基碳。两试验地土壤可溶性有机质均表现为芳香化及腐殖化程度随土层的加深而降低。相关性分析显示, 土壤可溶性有机质的芳香化及腐殖化指数与土壤碳氮总量有极显著正相关关系。总之, 侵蚀红壤经植被恢复后, 土壤可溶性有机碳含量及可溶性有机质的芳香化指数显著提高, 可溶性有机质的腐殖化指数略有增大, 可溶性有机质结构更复杂, 更不易被分解, 因此有利于土壤肥力的恢复。     

黄土丘陵区退耕地土壤可溶性氮组分季节变化与水热关系

为探究黄土丘陵区退耕地植被恢复土壤有效氮素养分累积的季节动态变化特征及水热驱动效应,以邻近坡耕地为对照,分析了植被恢复15 a的刺槐、柠条、荒草地土壤可溶性氮组分密度、分布比例在4—10月份内的动态变化状况及其与土壤温度和含水量间的关系。结果表明,整个采样期间,0—30 cm土层土壤硝态氮、可溶性有机氮和可溶性全氮动态变化显著,且各可溶性氮组分中仅硝态氮随土层变化差异显著。其中土壤硝态氮变化幅度整体为0.13—1.71 g/m~2,占可溶性全氮的5.1%—52.1%,其最大值出现在4月份,最小值出现在10月份;可溶性有机氮整体变化幅度为0.29—2.92 g/m~2,占可溶性全氮的30.9%—85.3%,在4月份和8月份分别达最小值和最大值;铵态氮动态变化不显著,4—10月份整体变化幅度为0.17—0.74 g/m~2,占6.4%—21.4%,其最小值出现在10月份,最大值出现在4月份;可溶性全氮整体变化幅度为1.25—3.52 g/m~2。可溶性氮组分中,各组分所占比例为可溶性有机氮硝态氮铵态氮,并且可溶性有机氮与硝态氮所占比例动态变化趋势相反。刺槐、柠条林和荒草地0—30 cm土壤硝态氮平均约为耕地的3.42倍、2.54倍和1.26倍,铵态氮平均为耕地的1.71倍、1.37倍和1.30倍,可溶性有机氮约为1.64倍、1.31倍和1.23倍。可溶性氮组分受土壤含水量的影响大于土壤温度,硝态氮对土壤含水量的变化最为敏感,而可溶性全氮则对土壤温度变化最为敏感。综上所述,人工林植被恢复有利于提高土壤可溶性氮组分,增加氮的有效性,同时除铵态氮外,土壤可溶性氮组分随季节变化显著。     

2008年雪灾对武夷山毛竹林土壤微生物生物量氮和可溶性氮的影响

2008年1月,我国南方发生了严重的冰冻雪灾,通过改变资源的有效性和异质性而对生态系统过程产生显著影响。本研究以福建武夷山遭受冰冻雪灾不同危害程度(轻、中、重3种类型)的毛竹林为试验地,探讨了08雪灾干扰后毛竹林不同土层(0～10、10～25、25～40cm)土壤微生物生物量氮和可溶性氮的变化特征。结果表明,除25～40cm土层土壤微生物生物量氮含量外,各土层土壤微生物生物量氮、硝态氮含量均随受灾程度的加重而显著增加,随土层深度的增加而减少,0～10cm土层土壤可溶性有机氮,重度受灾竹林也显著高于轻度与中度受灾竹林。不同受灾竹林间的土壤微生物生物量氮、硝态氮、可溶性有机氮含量均与土壤温度、雪灾输入林地生物量显著正相关,与竹林郁闭度显著负相关,与土壤湿度不相关。本研究结果揭示,由于雪灾导致生物与非生物因素的改变,土壤中的氮可能以硝酸盐和可溶性有机氮的形式从生态系统中流失。     

增温和CO2浓度加倍对川西亚高山针叶林土壤可溶性氮的影响

采用全自动微气候控制的"人工模拟气候实验系统"研究了增温和CO2浓度加倍对川西亚高山针叶林土壤硝态氮(NO_3~--N)、铵态氮(NH_4~+-N)、游离氨基酸(FAA)、可溶性有机氮(DON)和可溶性总氮(TSN)的影响。结果表明:1在种植油松苗木组,增温处理显著降低了土壤NO_3~--N含量,不同处理0—15 cm土层NO_3~--N含量均显著小于15—30 cm层;而在未种树组,增温处理显著增加了土壤NO_3~--N含量,0—15 cm土层NO_3~--N含量显著高于15—30 cm层,这表明增温促进了油松苗对NO_3~--N的吸收。2在种植油松苗木组,增温(ET)、增CO_2(EC)及两者的共同作用(ETC)均显著增加了土壤NH_4~+-N、DON和TSN含量;在未种树组,ET显著增加了土壤NH_4~+-N、FAA、DON和TSN含量,EC和ETC对NH_4~+、FAA、DON和TSN含量具有微弱影响或没有显著影响。不同处理0—15cm层土壤NH_4~+-N、FAA、DON和TSN的含量显著大于15—30 cm层。3种植油松苗木组土壤NO_3~--N、NH_4~+-N、FAA、DON和TSN含量均显著低于未种树组,这是由植物对氮素的吸收消耗造成的。研究结果表明,EC、ETC主要通过植物根系作用促进了NH_4~+-N、DON和TSN含量增加,而ET处理通过影响土壤微生物和植物根系来促进NH_4~+-N、FAA、DON和TSN含量的增加。     

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.     

黄土丘陵区植被恢复的土壤碳水效应

黄土高原大规模植被恢复显著影响了这一区域土壤水分和有机碳(SOC),从而影响其承载的土壤水源涵养和固碳服务。明确深层土壤水分和有机碳对植被恢复的响应特征是当前黄土高原地区生态水文与生态系统服务研究的一个重要科学问题,其中植被类型以及生长年限是这一过程的重要影响因素。然而,目前关于深层土壤有机碳和土壤水分对植被恢复的响应及二者关系的研究较少。通过对陕北典型黄土丘陵区不同植被类型和生长年限下0—5 m土壤水分与有机碳的监测,分析了深层土壤水分和有机碳对植被恢复的响应及其特征。研究发现:(1)植被恢复后0—5 m土层均出现水分亏缺,土壤水分亏缺在表层1 m最低,2—3 m最高;对于不同恢复方式,林地土壤水分亏缺在恢复至21—30a时显著高于前一阶段(11—20a),而在恢复31a后水分开始恢复,而灌木、草地土壤水分亏缺程度则随恢复年限延长不断增加。(2)林地、灌木、草地0—5 m平均土壤有机碳含量为1.97、1.77、1.72 g/kg;林地土壤固碳量随恢复年限的增加而增加,并且在恢复20a时固碳量与对照农田相比出现净增;灌木土壤固碳量随恢复年限先增加后降低;草地土壤固碳量则随退耕年限增加呈下降趋势并且低于对照农田。(3)表层0—1 m土壤水分随恢复年限增加变化不显著,深层土壤水分则随恢复年限增加显著降低;相比而言,随恢复年限增加,土壤有机碳随年限的变化在各层土壤中均不显著。深层土壤水分与土壤有机碳呈现显著的正相关,且土壤有机碳的增加速率低于土壤水分,研究认为,深层土壤固碳与土壤水分关系密切,且深层土壤固碳需要充足水分参与。深层土壤水分亏缺可能限制植被细根的发展,使深层土壤有机碳输入减少。     

茶园土壤的氮迁移特性

土壤氮素在降雨条件下淋失到深层土壤甚至进入地下水,不仅导致土壤肥力下降,同时还会造成地下水污染。本研究采用原状土柱室内模拟方法,通过模拟当地强降雨淋滤,研究了西双版纳州大渡岗普洱茶产区5年、20年、33年和56年茶园以及周边森林的0~20 cm和0~40 cm土壤层TN、NO_3~--N、NH_4~+-N和可溶性土壤有机氮(DON)的迁移变化,以及土壤p H变化对氮迁移的影响。结果表明:0~20 cm、0~40 cm土层的茶园土壤,TN迁移通量均随植茶年限的增加而增加(P0.05),茶园年龄每延长一年,通过20 cm深的土层向下迁移下渗的TN通量将增加235.13 mg·m~(-2),而通过40 cm深的土层TN迁移通量则增加151.24 mg·m~(-2);0~40 cm土层的NO_3~--N迁移通量与茶园植茶年限显著正相关(P0.05);0~20 cm土层的DON迁移通量与茶园植茶年限显著正相关(P0.05);而NH_4~+-N迁移量不随植茶年龄变化而变化(P0.05);茶园40 cm土层内的TN、DON和NH_4~+-N下渗迁移主要发生在0~20 cm,而NO_3~--N的迁移则主要发生在20~40 cm;40 cm土层的茶园土壤氮素以DON损失最多,其次为NO_3~--N,NH_4~+-N损失量最少;未发现茶园土壤p H对氮素迁移变化产生影响(P0.05)。     

长期植被恢复对中国西南喀斯特石漠化土壤活性有机碳组分含量和酶活性的影响

为揭示中国西南喀斯特石漠化植被恢复对土壤活性有机碳组分含量和酶活性的影响,该研究开展了土壤总有机碳含量、活性有机碳组分(微生物生物量碳、可溶性有机碳、易氧化有机碳)含量以及4种土壤酶(脲酶、蔗糖酶、淀粉酶、碱性磷酸酶)活性对7种典型的植被恢复措施(柏木(Cupressusfunebris)种植、柚木(Tectonagrandis)种植、花椒(Zanthoxylum bungeanum)种植、量天尺(火龙果, Hylocereus undatus)种植、忍冬(金银花, Lonicera japonica)种植、皇竹草(Pennisetum sinese)种植和砂仁(Amomum villosum)种植)的响应研究。结果显示:1)植被恢复明显改善了喀斯特石漠化土壤总有机碳的分布和积累,显著改变了土壤活性有机碳各组分的含量及其在土壤总有机碳含量中的占比。不同植被恢复措施对土壤总有机碳和活性有机碳各组分含量的影响明显不同。柏木和金银花种植的土壤总有机碳含量和储量较高,而草地建设的2种措施(皇竹草和砂仁种植)的土壤总有机碳含量和储量最低。柏木和金银花种植的土壤易氧化有机碳和微生物生物量碳含量较高...     

黄土丘陵区植被恢复对深层土壤有机碳储量的影响

以黄土丘陵区不同恢复年限的人工刺槐林、人工柠条林和自然撂荒地为对象,以0～100 cm(浅层)土壤为对照,研究了不同植被类型下100 ～ 400 cm(深层)土壤有机碳(SOC)储量的剖面分布特征和累积动态.结果表明:随土壤深度增加,浅层SOC储量显著降低,深层SOC变化趋势不明显,但储量很高,约占0～400cm剖面SOC的60％.80 ～ 100 cm土层的SOC储量与深层100～200和200 ～ 400 cm的SOC储量呈显著线性相关,是0～100 cm5个土层中与深层SOC储量变化相关性最强的一层,可用以估算深层SOC储量.人工刺槐林、柠条林、撂荒地表层(0 ～ 20 cm) SOC储量显著高于坡耕地,而深层SOC储量在不同利用类型间差异不显著.随植被恢复年限的增加,深层SOC储量呈上升趋势,人工刺槐林和人工柠条林100 ～400 cm SOC平均累积速率分别为0.14和0.19t·hm-2·a-1,人工柠条林与浅层SOC累积速率相当.在估算黄土丘陵区植被恢复的土壤固碳效应时,应考虑深层土壤有机碳累积量,否则会严重低估植被恢复的土壤固碳效应.     

黄土丘陵区植被恢复过程中土壤微生物数量演变特征

对黄土丘陵区不同植被恢复模式下土壤理化性状及微生物数量研究表明:植被恢复30年后土壤理化性状和微生物数量都得到明显改善,土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾含量以及微生物数量显著增加;人工刺槐恢复林细菌与真菌数量,随种植年限增长呈现为先增加后减少,到40年时再增加的变化规律;放线菌数量变化规律不明显。相关性分析显示细菌数量和有机质、全氮、碱解氮和速效钾相关性显著,真菌数量和有机质、全氮相关性显著,而放线菌数量与土壤肥力指标相关性不显著。主成分分析揭示出微生物数量可作为评价植被改善土壤质量的指标。     

典型喀斯特小流域土壤有机碳和全氮空间格局变化及其对退耕还林还草的响应

基于定点回顾实验设计,通过对比分析2005年初(退耕还林还草初期)和2014年底典型喀斯特峰丛洼地小流域土壤碳氮格局变化,探讨石漠化治理工程实施后,植被恢复对土壤碳氮积累和碳氮空间格局的影响。研究结果发现:退耕还林还草10a后,示范区土壤有机碳(SOC)含量显著增加1.3g/kg,但土壤全氮含量无显著变化;就空间格局而言,退耕还林还草初期土壤碳氮高值聚类区主要分布在坡脚旱地和荒地(荒草)类型区,退耕还林还草10a后其高值聚类区主要分布在荒地(灌丛和荒草)类型区,而10a前后土壤碳氮的低值聚类区始终分布在洼地旱地类型区;2005年和2014年土壤有机碳半变异函数的拟合模型相同,均为球状模型,在退耕还林还草10a后空间异质性增强,土壤有机碳的空间格局受土壤母质和植被结构的影响增强;而土壤全氮半变异函数的拟合模型不同,由指数模型变为球状模型,在退耕还林还草10a后空间异质性减弱,土壤全氮的空间格局受随机因素影响增强。研究结果对石漠化区域土地利用结构的优化调整具有重要的科学参考和实践指导意义。     

黄土丘陵区恢复草地土壤团聚体组成及全氮分布特征

团聚体作为土壤基本结构单元,其各粒级全氮（TN）含量对土壤TN储量的贡献各不相同,而草地恢复过程中地上植被会影响土壤团聚体组成与各粒级TN的分布,这必然会对团聚体稳定性和土壤氮素累积产生影响。因此,以恢复10a、20a、30a、40a和50a草地和对照农田（CK）为研究对象,探究草地恢复过程中土壤团聚体氮素累积规律。结果表明：1）50年恢复过程中草地群落经历了茵陈蒿（Artemisia capillaries）→茵陈蒿+铁杆蒿（Artemisia stechmanniana）→铁杆蒿+兴安胡枝子（Lespedeza davurica）→铁杆蒿+本氏针茅（Stipa bungeanaTrin）→铁杆蒿+白羊草（Bothriochloa ischaemum）的演替过程,且草地群落物种多样性指数随恢复年限的增加呈先升后降的趋势,地上植物、细根和凋落物的碳和氮含量呈先上升后下降趋势。2）草地恢复过程中土壤pH和容重呈下降趋势,而土壤含水量呈先降后增趋势,土壤有机碳含量在恢复过程中显著增加（P<0.05）,土壤TN含量随恢复年限呈先增后降的趋势,而TN储量呈逐年增加趋势,恢复10-50a草地与CK相比增加了8.10%-118.92%。3）不同恢复年限草地群落土壤微团聚体（0.053-0.25 mm）占比最大,但随恢复年限增加呈下降趋势,而大团聚体（>2 mm）和中团聚体（0.25-2 mm）占比以及平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）呈上升趋势。4）不同恢复年限草地群落中团聚体TN含量最高,且各粒级团聚体TN含量随恢复年限呈先下降后上升趋势;草地群落微团聚体TN储量最高,大、中团聚体TN储量随恢复年限增加呈上升趋势,微、粘粉粒团聚体（<0.053 mm） TN储量随恢复年限增加出现波动;各粒级团聚体TN储量与地上植物、细根和凋落物生物量以及碳氮含量显著相关（P<0.05）。5）草地恢复过程中大团聚体对土壤TN储量的贡献率达70%,且大团聚体占比增加是大团聚体贡献率高的主要原因。总之,草地恢复有利于土壤稳定以及氮素累积。     

黄土丘陵沟壑区植被恢复对土壤微生物生物量碳和氮的影响

对典型黄土丘陵沟壑区陕西延安羊圈沟小流域5年生刺槐、沙棘和杏树人工林及5、15和25年生刺槐人工林土壤进行比较研究,以揭示不同植被及恢复年限对土壤微生物生物量碳和氮的影响.结果表明： 在5年生的3种人工林中,以沙棘林土壤有机碳(SOC)和总氮(TN)含量最高;刺槐林土壤微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量显著高于其他两种林地,分别为99.56和28.81 mg·kg^-1,其中MBC含量依次为：刺槐林>沙棘林>杏树林,MBN含量依次为：刺槐林>杏树林>沙棘林;土壤MBC/SOC依次为：刺槐林>沙棘林>杏树林,而MBN/TN为：刺槐林>杏树林>沙棘林,且差异均达到显著水平(P<0.05).随植被恢复年限增长,3种林龄刺槐林的土壤pH值下降,SOC、TN含量、电导率(EC)、MBC和MBN均呈增加趋势.在黄土丘陵沟壑区,种植刺槐比沙棘和杏树更有利于MBC和MBN含量的提高;随着刺槐种植年限的增长,MBC、MBN以及SOC和TN含量均呈增加趋势.     

Effects of vegetation restoration on soil organic carbon mineralization in the east of Hunan,China

为阐明中亚热带植被恢复对土壤有机碳(SOC)稳定性的影响机制, 采用空间代替时间方法, 在湘东丘陵区选取檵木(Loropetalum chinense)-南烛(Vaccinium bracteatum)-杜鹃(Rhododendron simsii)灌草丛(LVR)、檵木-杉木(Cunninghamia lanceolata)-白栎(Quercus fabri)灌木林(LCQ)、马尾松(Pinus massoniana)-柯(Lithocarpus glaber)-檵木针阔混交林(PLL)、柯-红淡比(Cleyera japonica)-青冈(Cyclobalanopsis glauca)常绿阔叶林(LAG)作为一个恢复系列, 采用室内恒温培养(碱液吸收法)测定SOC矿化速率及其累积矿化量(C_m), 结合主成分和逐步回归方法分析C_m、SOC矿化率与植被因子和土壤因子的关系。结果表明: (1)不同植被恢复阶段SOC矿化速率随着培养时间呈现基本一致的变化趋势, 培养初期矿化速率较高, 且快速下降, 培养中后期缓慢下降并趋于平稳, 倒数方程能很好地拟合不同植被恢复阶段SOC矿化速率与培养时间的关系。(2)植被恢复显著提高各土层SOC矿化速率和C_m, LAG显著高于其他3个植被恢复阶段, LAG 0-40 cm土层C_m比LVR、LCQ、PLL分别高出359.06%-716.31%、112.38%-232.61%、94.40%-105.74%。(3) 4种植被恢复阶段0-10、10-20、20-30、30-40 cm土层SOC矿化率分别为2.13%-4.99%、3.42%-4.18%、4.05%-4.64%、4.02%-5.64%, 但不同植被恢复阶段之间差异不显著。(4)植被恢复过程中, C_m的变化主要受土壤全氮(TN)含量、根系生物量的驱动, 土壤TN含量、根系生物量可分别解释C_m变异的96.9%、0.9%。而土壤C:N是SOC矿化率的主要调控因子, 可单独解释SOC矿化率变异的49.4%。表明植被恢复促进了SOC矿化, 降低了SOC中矿化C的比例, 有利于提高土壤固C能力; 随着植被恢复, 土壤TN含量和根系生物量增加是影响C_m的主要因子, 而土壤SOC的质量差异是影响SOC矿化率的主要因子。     

湖南东部植被恢复对土壤有机碳矿化的影响

为阐明中亚热带植被恢复对土壤有机碳(SOC)稳定性的影响机制, 采用空间代替时间方法, 在湘东丘陵区选取檵木(Loropetalum chinense)-南烛(Vaccinium bracteatum)-杜鹃(Rhododendron simsii)灌草丛(LVR)、檵木-杉木(Cunninghamia lanceolata)-白栎(Quercus fabri)灌木林(LCQ)、马尾松(Pinus massoniana)-柯(Lithocarpus glaber)-檵木针阔混交林(PLL)、柯-红淡比(Cleyera japonica)-青冈(Cyclobalanopsis glauca)常绿阔叶林(LAG)作为一个恢复系列, 采用室内恒温培养(碱液吸收法)测定SOC矿化速率及其累积矿化量(C_m), 结合主成分和逐步回归方法分析C_m、SOC矿化率与植被因子和土壤因子的关系。结果表明: (1)不同植被恢复阶段SOC矿化速率随着培养时间呈现基本一致的变化趋势, 培养初期矿化速率较高, 且快速下降, 培养中后期缓慢下降并趋于平稳, 倒数方程能很好地拟合不同植被恢复阶段SOC矿化速率与培养时间的关系。(2)植被恢复显著提高各土层SOC矿化速率和C_m, LAG显著高于其他3个植被恢复阶段, LAG 0-40 cm土层C_m比LVR、LCQ、PLL分别高出359.06%-716.31%、112.38%-232.61%、94.40%-105.74%。(3) 4种植被恢复阶段0-10、10-20、20-30、30-40 cm土层SOC矿化率分别为2.13%-4.99%、3.42%-4.18%、4.05%-4.64%、4.02%-5.64%, 但不同植被恢复阶段之间差异不显著。(4)植被恢复过程中, C_m的变化主要受土壤全氮(TN)含量、根系生物量的驱动, 土壤TN含量、根系生物量可分别解释C_m变异的96.9%、0.9%。而土壤C:N是SOC矿化率的主要调控因子, 可单独解释SOC矿化率变异的49.4%。表明植被恢复促进了SOC矿化, 降低了SOC中矿化C的比例, 有利于提高土壤固C能力; 随着植被恢复, 土壤TN含量和根系生物量增加是影响C_m的主要因子, 而土壤SOC的质量差异是影响SOC矿化率的主要因子。