喀斯特石漠化过程土壤质量变化及生态环境影响评价

通过对贵州中部喀斯特地区进行植被调查与土壤样品分析 ,探讨石漠化过程中土壤质量变化及其对生态环境的影响。结果表明 :喀斯特石漠化过程中随着植物群落退化度的提高 ,土壤出现粘质化 ,有机质含量急剧下降 ,植物可利用的养分含量减少 ,提高了石漠化对生态环境影响的潜能 ;随着植被覆盖率下降、土地垦殖率增加 ,引起土壤质量明显退化 ,加剧了石漠化发生的强度和速度。石漠化区土壤有机质、物理性粘粒、有效氮磷钾含量与植被覆盖率、土地复垦率有显著的相关性 ,以这些参数作为评价指标 ,初步将喀斯特石漠化过程中土壤质量变化对生态环境潜在影响的程度分为 3个等级     

贵州喀斯特石漠化地区植物多样性与土壤理化性质

以贵州典型喀斯特石漠化生态系统环境为研究对象,运用野外取样调查和实验室检测分析方法,研究不同等级石漠化环境植物多样性和土壤理化性质特征及其相关性;运用空间替代时间方法,探讨石漠化演替过程中植物多样性和土壤理化性质的响应,旨在为贵州乃至整个中国西南喀斯特森林生态保护和石漠化生态系统恢复重建提供理论支撑。结果表明:1)石漠化环境植物群路组成简单,物种丰富度也很低,且随着石漠化程度增加,植被物种组成呈递减趋势;不同等级石漠化环境植物多样性具有显著差异,均匀度指数变化与石漠化等级演替明显耦合,显示了随石漠化程度增加而减小的变化趋势。2)不同等级石漠化环境土壤理化性质存在显著差异,随着石漠化程度增加,土壤理化性质显示了先退化后改善的响应过程。土壤有机质、氮素、毛管持水量、容重和孔隙度与植物多样性具有明显的相关性,在改善土壤理化性质和促进植物多样性恢复方面起着关键作用。3)主成分分析表明,土壤有机质、氮素、钾素、持水状况、孔隙度和植物多样性均匀度指数等是基于土壤理化性质和植物多样性评价石漠化程度的关键指标。基于上述结果,进一步阐述了石漠化演替过程中植物多样性和土壤理化性质的变化规律和响应机制。研究结果对我国西南喀斯特森林生态保护和石漠化生态系统恢复重建具有一定的理论意义和实践指导价值。     

桂北喀斯特石漠化地区不同植物群落土壤种子库特征及其与土壤养分关系

土壤种子库作为地上植被遗传信息库，对植被自然演替更新以及生态修复建设具有重要作用。为探明桂北喀斯特石漠化地区植被自然恢复潜力和恢复策略，该文选取恭城瑶族自治县喀斯特石漠化地区3种典型植物群落为研究对象，分析不同群落的土壤种子库结构、多样性及其对土壤养分特征的响应，以期为该地区石漠化治理和植被恢复提供理论依据。结果表明：(1)共计监测到幼苗3 648株，隶属于33科51属55种，其中1年生和2年生草本幼苗共20种，多年生草本幼苗21种，藤本幼苗5种、灌木幼苗3种、乔木幼苗6种；不同植物群落土壤种子库平均密度为三华李经济林(22 493 grain·m^-2)>青冈次生林(1 033 grain·m^-2)>金竹灌丛(793 grain·m^-2)。(2)土壤种子库植物生活型方面，三华李经济林主要分布1年生恶性杂草，青冈次生林和金竹灌丛则以多年生草本为主，木本植物占比较少；不同植被类型中土壤种子库物种多样性和相似性总体较低，同时与地上群落物种组成的相似性也较低。(3)研究区域的土壤元素存在高氮低磷的现象，其中磷元素为金...     

喀斯特山区土地利用方式转变对土壤酶活性及其化学计量特征的影响

土地利用变化引起的土壤理化性质改变会显著影响土壤碳氮磷养分含量及其化学计量特征,然而由于不同研究区域环境异性较大,土壤胞外酶活性及其化学计量特征与各土壤因子间的协同变化规律仍不明确。以喀斯特山区7种典型土地利用方式（马尾松林地、柏树林地、灌木林地、梯田菜地、梯田撂荒地、坡面撂荒地和坡耕地）为研究对象,采用时空互代法研究土地利用方式转变过程中6种土壤胞外酶活性（β-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-木糖苷酶、纤维素二糖水解酶、β-1,4-N-乙酰葡萄糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶和酸性磷酸酶）及其化学计量特征的变化规律,并分析它们与土壤理化因子之间的关系。结果表明坡耕地转变土地利用方式后,土壤养分状况和酶活性得到明显改善,并且土壤微生物通过调节酶的表达和活性提高了磷素的有效性,促进了土壤养分的平衡。总体来看,坡耕地转马尾松和柏树林地后土壤质量改善的效果更加显著,但加剧了土壤磷素的限制。此外,土壤全氮含量、C∶N、N∶P和pH是土壤酶活性变化的主要驱动因素,土壤酶活性与养分含量具有趋同性且受土壤pH的调控。因此,喀斯特地区马尾松和柏树人工林的经营管理过程中应考虑磷素的投入以缓解人工林生态系统的磷限制。     

喀斯特石漠化地区土壤养分对泡核桃功能性状的影响

为了探究喀斯特石漠化地区植物叶片功能性状及影响因素,以及揭示其对石漠化环境的适应机理,该文以中国南方喀斯特高原峡谷地区的泡核桃(Juglans sigillata)为对象,揭示土壤养分对叶片结构和光合性状的影响效应。结果表明：(1)泡核桃叶功能性状随石漠化等级增加,叶面积减小,比叶面积增大,叶干物质含量和叶组织密度先降后升,蒸腾速率、胞间CO₂浓度、气孔导度和光能利用率先下降后升高,其他性状变化趋势不显著。(2)冗余分析表明土壤养分能够解释37.4%的光合性状变异与53.4%的结构性状变异,其中全磷和溶解性有机碳对光合性状影响最大,而对结构性状影响最显著的是碱解氮和速效磷。(3)比叶面积分别与叶干物质含量极显著负相关,与净光合速率极显著正相关,叶厚度与叶组织密度极显著负相关,蒸腾速率与胞间CO₂浓度、气孔导度极显著正相关,水分利用速率与蒸腾速率、胞间CO₂浓度、气孔导度极显著负相关,光能利用率与净光合速率显著正相关。研究结果表明,泡核桃为适应喀斯特石漠化的特殊生境采取增强生长功能性状,同时提高资源获取能力的开拓型生长策略...     

黔中石漠化地区不同土地利用类型土壤种子库特征

在贵州省普定县喀斯特石漠化地区通过种子萌发试验,对封山育林、退耕还林2a、农耕地等3种不同土地利用类型的土壤种子库进行分析.结果表明,不同利用类型土壤中种子数量差异显著,封山育林土壤中平均种子密度为1664粒/m2,退耕还林2 a土壤中平均种子密度为8060粒/m2,农耕地土壤中平均种子密度为6239粒/m2.土壤中的种子集中分布在表层0～5cm范围内,随土层深度变化,土壤中所含种子数量和物种数呈减少的趋势.不同利用类型土壤种子库物种相似指数较低,物种数、多样性指数、均匀度及生态优势度指数以退耕还林地最大,农耕地高于封山育林地.土壤种子库所含物种数较接近,物种组成以草本植物为主,菊科、禾本科占优势.封山育林地、退耕还林地属于进展演替,封山育林地处于较高演替阶段,农耕地属于逆行演替.应引进适宜物种以促进植被恢复.     

不同土地利用方式对城市土壤质量的影响

通过对兰州市西固区种土地利用类型(工业园区、道路两侧、农业、居民区和公园)320个土壤样品的测试,研究了不同土地利用方式对城市土壤理化性状和Pb、Zn、Cd、Cu、Hg元素积累的影响.在种类型土壤中,工业园区土壤的pH值最低而电导率最高,道路两侧土壤有机碳含量显著高于居民区、公园和农业土壤;Pb、Zn、Cu、Cd和Hg的含量在种类型土壤中存在显著差异,并明显高于兰州市土壤背景值;计算得到的工业园区、道路两侧、农业、居民区和公园土壤的内梅罗综合污染指数分别为4.9、3.7、4.0、2.4和2.2.结果表明,不同土地利用方式对城市土壤质量的影响不同,工业活动的影响最大,交通污染次之,再依次为农业活动及居民生活.     

贵州喀斯特石漠化过程中的土壤有机碳与容重关系

测定了不同石漠化等级的西南喀斯特生态系统的土壤容重和土壤有机碳.结果表明:西南喀斯特生态系统的土壤容重为0.91～1.37 kg cm-3,土壤有机碳含量变化较大,为8.1～58.9 g kg-1.在0～40 cm的土层中,没有发生石漠化的生态系统的有机碳储量达16.91 kg m-2,伴随着石漠化程度的加剧,土壤有机...     

贵州喀斯特石漠化类型及程度评价

由于碳酸盐岩岩性的不同,发育的喀斯特在生态环境因子的组合和质量上有较大的差异,形成了不同的石漠化类型。在大量典型样地调查的基础上,以岩性、小生境种数、小生境组合、裸露石面面积、石砾含量和土壤总量6个因子为指标,通过聚类分析和主成分分析相结合的方法,将喀斯特石漠化分为2大类型,即显性石漠化和隐性石漠化,分析比较了它们的主要特征。同时,分别石漠化类型选择了程度评价指标,用坐标综合评定法和欧氏距离公式建立了石漠化数量评价模型,即石漠化程度指数模型,用石漠化程度指数对样地的石漠化现状进行了评价,将6 4个样地划分为未石漠化,轻度、中度、强度和极强度5个等级。     

农田生态系统不同土地利用方式与管理措施对土壤质量的影响

于2005年在北京市延怀盆地选择农田生态系统中的玉米地、大豆地两种传统土地利用方式,以及近10～20 年由传统农业用地转化而来的蔬菜和果园用地,研究农田生态系统不同土地利用方式与管理措施对土壤质量的影响.结果表明,菜地、果园和高投入玉米地土壤总有机碳(SOC)、全氮(TN)和全磷(TP)含量明显高于中、低投入玉米地和大豆地土壤.在各种土地利用类型中,SOC、TN和TP的变化范围分别为7.67～10.00 g·kg^-1、0.75～1.12 g·kg^-1和0.63～1.00 g·kg^-1;菜地土壤有效磷(AP)含量和电导率(EC)显著高于其他土壤,不同农田生态系统土壤物理性状差异不明显.果园和菜地土壤质量指数分别为0.525和0.503,高于传统农田玉米和大豆土壤(0.417～0.494).菜地土壤的养分有效性最高,水分有效性和根系适宜性低于果园土壤,应注意菜地非点源污染的潜在风险.在传统农业用地中应采取培肥地力等方式提高土壤质量.     

喀斯特石漠化地区不同恢复和重建措施对土壤质量的影响

采取4种不同恢复和重建措施对典型喀斯特石漠化地区进行了13年的生态治理研究.结果表明,喀斯特严重石漠化区（对照）植物多样性极低,土壤肥力极差,生态环境极为恶劣;改为花椒种植或多种乔-灌-藤混交种植后,植物多样性明显增大,土壤质量得到一定程度恢复,生态系统朝着良性循环方向发展;采取封山育林措施后,林下植被层和群落多样性恢复得最快,林地土壤质量得到较快的恢复;保留较好的喀斯特次生林中植物多样性较高,土壤质量最好.采用合适的生物措施,辅以必要的工程措施,是促进严重喀斯特石漠化地区生态重建的有效途径之一.     

石漠化地区苔藓结皮对土壤养分及生态化学计量特征的影响

苔藓结皮是石漠化生态系统的重要地表覆被物,但其在土壤养分累积和元素循环过程中的作用尚不明确。以我国贵州典型喀斯特高原峡谷石漠化区-花江大峡谷两岸不同等级石漠化生境下的苔藓结皮及其覆被土壤为研究对象,研究了苔藓结皮覆被对土壤养分及生态化学计量特征的影响。结果表明:(1)苔藓结皮层养分含量显著高于下层土壤,结皮覆被土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)平均含量分别为25.95、3.05、1.00、5.10 g/kg和189.61、1.59、275.10 mg/kg,较无结皮覆被的裸土分别增加46.08%、26.50%、53.62%、20.25%、25.24%、110.47%和83.76%。(2)苔藓结皮覆被土壤C/N、C/K、P/K显著高于裸土,且随土层加深而递减;N/P显著低于裸土,且随土层加深而升高。(3)苔藓结皮覆被土壤养分恢复指数为33.16%—72.48%,呈现随石漠化等级升高而增加的趋势,中度和强度石漠化阶段较无石漠化阶段分别增加83.26%和118.58。本研究表明苔藓结皮能有效促进土壤养分累积,加速石漠...     

喀斯特石漠化山地不同类型人工林土壤的基本性质和综合评价

以贵州喀斯特石漠化山地退耕还林工程区的刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林(RP)、千香柏(Cupressus duclouxiana)人工林(CD)、刺槐千香柏混交林(RD)及未造林地(CK)为研究对象, 探讨了土壤物理、化学性质和土壤酶活性的动态变化, 并对不同恢复类型的土壤质量进行了综合评价。结果显示: 1)各类型人工林的土壤物理特性明显优于未造林地。2)在RP、CD、RD及CK下, 土壤养分和pH值存在显著差异, 且速效养分在不同月份差异明显(p < 0.01)。3) RP、CD、RD及CK下的土壤脲酶的最大活性出现在9月, 最小活性出现于1月; 不同类型的人工林及CK下土壤蔗糖酶的活性存在显著差异(p < 0.01); 土壤过氧化氢酶的活性在一年的测定期内的变化趋势一致, 呈单峰型分布, 而碱性磷酸酶的活性却出现了两次峰值和一次谷值; 土壤多酚氧化酶的最小活性均出现在1月, RP在整个研究期间多酚氧化酶的活性最小。RP、CD、RD及CK下, 土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶和多酚氧化酶5种酶的活性在整个研究期间的平均值排序不同。4)土壤质量综合评价的结果表明, 土壤质量综合评价指数值(SQI)的大小排序为: RP (0.748) > RD (0.590) > CD (0.406) > CK (0.315)。结果表明, 退耕还林后土壤质量得到较明显的改善, 其中刺槐纯林和混交林的效果较好。     

西南喀斯特长期植被修复对土壤有机碳组分的影响

揭示西南喀斯特土壤有机碳分布积累及其组分构成对长期植被修复的响应规律和内在机理,可为喀斯特石漠化科学治理和阐明喀斯特植被修复的土壤碳汇效应提供科学依据。以西南典型喀斯特石漠化植被恢复区实施了28-31年的4种植被修复工程内的7种典型修复措施(人造乔木林:柏木和柚木种植;人造灌木林:花椒和火龙果种植;人造藤林:金银花种植;人工草地:砂仁和皇竹草种植)为研究对象,系统分析了土壤总有机碳、活性有机碳、缓效性有机碳和惰性有机碳分布积累对长期植被修复的响应。结果表明:(1)西南喀斯特长期植被修复显著改变了土壤有机碳及其组分的分布积累。人造乔木和藤本显著提升土壤有机碳及其各组分的分布积累,但人工种草不仅不能提高土壤有机碳的累积,反而在多数情况下降低了土壤总有机碳含量和储量以及土壤有机碳各组分含量。(2)西南喀斯特长期植被修复明显影响着土壤有机碳库组分结构。除人工种草外,植被修复显著提升了土壤有机碳库中缓效性有机碳的占比。人造花椒明显降低了土壤有机碳库中活性有机碳的占比。柏木种植显著增加了土壤有机碳碳库中的惰性有机碳的比例,而火龙果和砂仁种植明显降低了土壤有机碳碳库中的惰性有机碳的比例。(3)土壤总氮、总磷和容重与土壤有机碳及其各组分的分布积累具有极显著正/负相关,是长期植被修复背景下西南喀斯特土壤有机碳及其组分分布积累的主要影响因子。研究结果为西南喀斯特脆弱生态系统科学植被恢复,以及基于植被修复的土壤碳循环调控助力碳中和提供了科学理论依据。     

喀斯特石漠化综合治理及其区域恢复效应

国家加大生态保护与建设力度背景下,我国西南喀斯特石漠化面积实现"持续净减少",面临由传统高强度人为干扰向大规模自然恢复与人工造林的转变,石漠化治理也面临转型。现有喀斯特生态研究已阐明了喀斯特脆弱生态系统人为干扰退化机制,初步揭示了生态治理改善生态系统结构与功能的恢复机理,突破了保土集水与植被恢复的适应性石漠化治理技术与模式,评估了石漠化治理显著加速区域植被生长与恢复的固碳效应。但目前石漠化治理面临着治理成效巩固困难、治理技术与模式缺乏区域针对性、大规模低效人工林亟待改造、社会人文驱动机制不清等问题。未来喀斯特生态恢复应聚焦石漠化治理提质增效,从侧重单一生态要素、单一生态过程的研究向多要素综合、多过程综合以及喀斯特地表-地下过程耦合、景观格局与生态过程耦合、生态过程与生态系统服务耦合、自然与人文过程耦合等陆地表层系统集成的方向发展,为我国西南喀斯特地区石漠化治理与扶贫开发成效巩固、乡村振兴与美丽中国战略的实施提供科技支撑。     

石漠化强度对喀斯特植被演替过程土壤真菌组成及多样性的影响

喀斯特是我国南方广泛分布的地貌类型,土壤真菌对喀斯特植被演替恢复具有重要调节功能,不同石漠化程度的喀斯特区植被演替受到土壤微生物影响,因此研究不同石漠化区域植被演替阶段的土壤真菌组成及多样性,探索土壤真菌在喀斯特植被演替过程中的作用机制具有重要意义。本文采用时空替代法采集了不同石漠化程度（潜在、中度和强度）的喀斯特区植被演替乔木、灌木和草本演替阶段土壤样品,通过Illumina HiSeq第二代高通量测序分析了土壤真菌组成及多样性。结果表明,试验共获得3 871个OTUs,分属4门17纲116科174属;潜在和中度石漠化区各演替阶段土壤真菌优势门均为担子菌门,强度石漠化区各演替阶段土壤真菌无相同优势门;土壤真菌组成及多样性在潜在石漠化区表现为乔木>草本>灌木,中度石漠化区为灌木>乔木>草本,强度石漠化区为灌木>草本>乔木,且石漠化程度对真菌组成及多样性的影响大于植被演替的影响;土壤理化性质随石漠化程度及演替阶段发生变化,且显著影响真菌多样性指数,以碱解氮为主导因子显著影响土壤真菌群落。     

西南喀斯特石漠化环境下土地利用变化对土壤有机碳及其组分的影响

土壤有机碳是喀斯特生态系统中碳转移的动力学媒介和碳流通的主要途径,土壤有机碳及其组分是土壤碳循环的重要组成部分,然而目前缺乏关于喀斯特地区土壤有机碳及其组分的研究。本研究以西南典型喀斯特石漠化区——贵州关岭花江6种典型土地利用方式下(花椒林、火龙果林、花椒火龙果混交林、圆柏林、圆柏女贞混交林和坡耕地)的土壤为研究对象,分析土地利用方式变化对土壤有机碳含量(SOC)和储量(SOCS)、土壤水溶性有机碳(WSOC)、易氧化有机碳(EOC)、颗粒有机碳(POC)、轻组有机碳(LFOC)及重组有机碳(HFOC)含量及其分配比例的影响。结果表明: 6种土地利用方式下SOC和SOCS均表现为圆柏林、圆柏女贞混交林和花椒林显著大于火龙果林、花椒火龙果混交林和坡耕地;在0～20 cm土层,土壤SOCS平均值为花椒林＞圆柏林＞圆柏女贞混交林＞坡耕地＞花椒火龙果混交林＞火龙果林。土壤WSOC、EOC、POC、LFOC和HFOC含量均表现为圆柏林、圆柏女贞混交林和花椒林大于其他3种土地类型。土壤SOC与其各组分(WSOC、EOC、POC、LFOC和HFOC)均呈显著正相关,且各组分两两之间也呈显著正相关。花椒林可作为中国西南喀斯特石漠化生态恢复和山地农业发展优先考虑的经济物种。土壤WSOC、EOC、POC、LFOC和HFOC可作为反映土壤有机碳库的有效指标。     

强度石漠化区不同植被修复模式下土壤螨类群落差异

石漠化治理区不同植被修复模式下的土壤螨类群落差异反映了生态系统的恢复状况,可籍以反映石漠化治理的生态效果。2014年1月、4月、8月和10月,对贵州花江喀斯特峡谷区顶坛小流域强度石漠化区域的"花椒"、"金银花"、"花椒+金银花"3种植被修复生境的土壤螨类进行了调查,共捕获土壤螨类1372头,隶属3目55科89属。采用类群(属)数、个体数量、个体密度、多样性指数(H')、丰富度指数(SR)、均匀性指数(J)、相似性指数(CN)、捕食性螨类成熟度指数(MI)和甲螨MGP类群等参数对土壤螨类群落差异进行了表征。结果显示,花椒林拥有较丰富的螨类属,金银花林拥有较高的的个体数量和个体密度。不同模式下的科、属类群组成呈现差异;属数、个体数量存在一定的季节差异,花椒林的螨类属数、金银花林的螨类个体数量和个体密度呈现一定的表聚性;群落多样性大多存在季节差异;捕食性革螨以r选择型为主,甲螨主要为O型和M型。研究表明,强度石漠化在不同植被修复模式下,土壤螨类生物生态类群存在差异,土壤生态系统仍处于修复之中,其中螨类优势属、具有典型生物学与生态学特性差异的螨类类群对石漠化治理的生态效果具有重要的指示作用。