西南峡谷型喀斯特坡地土壤养分的空间变异特征

基于网格(20 m×20 m)取样,采用经典统计学和地统计学方法,研究了西南峡谷型喀斯特坡地土壤养分的空间异质性和分布格局.结果表明:峡谷型喀斯特坡地土壤养分含量为中等和强变异,变异性大小顺序为:速效磷全钾有机质碱解氮全氮全磷速效钾,pH值表现为弱变异,有机质表现为中等程度的变异;不同土壤养分具有良好的空间自相关性,其自相关函数均表现出由正相关向负相关方向发展,拐点为80~100 m,其中全钾和速效磷的Moran I较小,其他指标较大;不同土壤养分的空间变异特征不同,全钾和速效磷最佳拟合模型为指数模型,块金值与基台值的比值[C0/(C0+C)]和变程(A)很小,分形维数(D)较高,空间相关性强烈;其他土壤养分指标的最佳拟合模型均为球状模型,C0/(C0+C)、A和D均呈中等程度的空间相关;Kriging分析表明,pH值、有机质、全氮、全磷和碱解氮呈凹型分布,速效磷和速效钾呈斑块状分布.植被、地形、人为干扰和高异质性的微生境是造成峡谷型喀斯特坡地土壤养分格局差异的主要因素.     

西南峡谷型喀斯特坡地土壤微生物量C、N、P空间变异特征

土壤微生物是陆地生态系统中最活跃的成分,它推动着生态系统的能量和物质循环,被公认为土壤生态系统变化的预警及敏感指标。以西南峡谷型喀斯特坡地为研究对象,基于网格法取样,结合经典统计学和地统计学方法,揭示了土壤微生物生物量的空间分布与格局及其主要影响因子。结果表明,西南峡谷型喀斯特坡地土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)、磷(MBP)、碳氮比(MBC/MBN)、碳磷比(MBC/MBP)适宜,MBC、MBN、MBP变异均很大;空间自相关性明显,除MBP最佳拟合模型为球状模型外,其他指标均为指数模型。C0/(C0+C)均25%(4.9%—6.2%),呈强烈的空间相关,这主要由结构性变异引起。Kriging等值线图表明,MBC、MBN的高值区集中在坡中上部;MBP的格局明显不同,高值区集中在坡脚;MBC/MBN斑块较大,变化缓和;MBC/MBP的空间分布规律不明显,斑块多而破碎。西南峡谷型喀斯特坡地土壤微生物量空间分布的影响因子很多,其中,影响土壤微生物量碳和氮的主要因子有土层厚度、pH、碱解氮。西南峡谷型喀斯特坡地土壤微生物不仅存在着小尺度的空间分布格局,而且不同土壤微生物属性的空间分布不同。因此,应采取适宜措施,激活土壤微生物活性。     

西南峡谷型喀斯特区坡地土壤矿物质的空间分布特征

探明峡谷型喀斯特土壤矿物质的分布规律可以为喀斯特地区植被恢复和生态重建提供参考。基于动态监测样地(200 m×300 m)的网格取样,采用经典统计分析和地统计学方法分析土壤矿物质(SiO2、Fe2O3、CaO、MgO、Al2O3、MnO)的空间分布特征。结果表明,研究区土壤矿物质含量差异较大,但变异系数不大,SiO2和Al2O3占了土壤矿物质总量的85.99%;SiO2、Al2O3、MgO、MnO均服从正态分布,Fe2O3、CaO分别经过平方和倒数转换后也服从正态分布。土壤各矿物质半变异函数的最佳拟合模型均为指数模型,块金值与基台值比C0/(C0+C)均较小,具有中等或强烈的空间相关性,表明空间变异主要由结构性因素引起;Al2O3和MnO的变程较大,空间连续性较好,其它矿物质的变程较小且相近,空间依赖性较强;Kriging等值线图表明峡谷型喀斯特区土壤SiO2和MnO具有相似的空间分布,受坡位和人为干扰共同影响,基本呈现坡顶高、坡脚低的分布格局;Fe2O3、CaO和MgO的空间分布也相似,斑块较破碎,主要受地形的影响;Al2O3的空间格局呈单峰分布,沿海拔的升高而升高。因此,减少干扰、增加植被覆盖对土壤矿物质具有良好的保持和调控作用。     

喀斯特木论自然保护区土壤养分的空间变异特征

基于网格(20m×20m)采样法采集土壤样品,利用经典统计学和地统计方法分析了典型喀斯特峰丛洼地(200m×100m)土壤养分的空间变异特征.结果表明:研究区土壤pH值表现为弱变异,其他各养分指标均为中等程度变异,大小顺序为速效磷(AP)速效钾(AK)碱解氮(AN)土壤有机质(SOM)全钾(TK)全磷(TP)全氮(TN);pH半变异函数的最佳拟合模型为球状模型,TK和AK的最佳拟合模型为指数模型,其他养分指标的最佳拟合模型均为高斯模型;pH、AK的变异尺度(变程)较小,分别为58.1和41.1m,SOM、TN、TP、AN、AP的变异尺度相近,在100～150m,TK的变异尺度最大(463.5m);除研究区土壤TK、TN表现为中等的空间自相关性外,其他土壤养分指标均表现为强烈的空间自相关性.pH、AK呈零星斑块状分布,表现为高异质性;SOM、TP、TK的变化趋势较平缓,呈中间高、两边低的分布格局;AN、AP的空间分布具有显著的相似性,均随坡度的增加而呈片状上升趋势;TN的分布较特殊,呈中间低、两边高的趋势.植被、地形和高异质性的微生境是造成喀斯特木论自然保护区土壤养分格局差异的主要因素.     

荒漠草原典型群落土壤粒径和养分的分布特征及其关系研究

为了明确荒漠草原区土壤机械组成与养分的关系,以宁夏盐池荒漠草原4种典型群落为研究对象,通过对不同群落(柠条、沙蒿、蒙古冰草、短花针茅)表层(0~5cm)、亚表层(5~10cm)和深层(10~15cm)土壤粒径分布分形(PSD)、养分含量的动态变化分析,揭示荒漠草原区土壤结构与土壤养分的相关性。结果表明:(1)4种典型群落土壤PSD均呈正态分布,不同群落间的土壤PSD差异显著,粒径100~500μm颗粒含量对PSD影响最大,不同群落间的差异大于不同生境间或不同土层间。(2)4种典型群落除全磷(TP)外,其余土壤全肥均随土壤深度增加呈降低趋势,且冠下大于丛间,表现出荒漠草原区特殊的"肥岛"聚集效应,不同群落间分布特征均表现为:柠条短花针茅蒙古冰草沙蒿,速效养分含量相对较高,各群落均达到适宜水平。(3)土壤养分与土壤PSD显著相关,除速效磷(AP)外,其余土壤养分与土壤分形维数(D)均呈正相关关系,粒径100~250μm、250~500μm颗粒与土壤养分呈显著或极显著负相关关系,土壤中的黏粒、粉粒在有机无机胶结过程及土壤良好的结构维持中起主要作用。     

黔西南石漠化过程中土壤胞外酶活性及其化学计量变化特征

为明确喀斯特石漠化过程中土壤胞外酶活性及其化学计量变化特征以及它们对环境变异的生态响应规律。该研究以5种不同石漠化程度的土壤生态系统为研究对象, 运用生态化学计量学理论与方法, 系统研究石漠化对6种胞外酶(β-1,4-葡糖苷酶(BG)、β-1,4-木糖苷酶(BX)和纤维素二糖水解酶、β-1,4-乙酰-葡糖胺糖苷酶、亮氨酸氨基肽酶(LAP)和酸性磷酸酶(AP))活性及其化学计量的影响, 并分析它们与环境因子之间的相关性。结果表明: 无石漠化、潜在和轻度石漠化阶段BG、BX、LAP和AP胞外酶活性显著高于中度和重度石漠化阶段, 但不同石漠化阶段土壤胞外酶化学计量特征差异不显著。不同石漠化程度土壤质量大体分为3类, 其中, 无石漠化土壤生化性状最优, 潜在和轻度石漠化土壤次之, 且均优于中度和重度石漠化土壤, 并且, 无石漠化、潜在和轻度石漠化土壤存在缺磷现象(酶矢量角度大于45°), 而中度和重度石漠化土壤氮缺乏(酶矢量角度小于45°)。此外, 石漠化过程中土壤胞外酶活性及其化学计量特征的变化主要受土壤全氮、速效磷、硝态氮、氨态氮和枯落物磷含量的影响, 总体表现为与土壤养分含量具有趋同性并受枯落物磷含量的限制。综上, 石漠化生态系统修复和治理过程中, 需考虑在潜在和轻度石漠化阶段补充磷, 在中度和重度石漠化阶段补充氮, 以缓解相关养分限制。     

桂西北喀斯特洼地土壤有机碳和速效磷的空间变异

空间变异性的研究有助于认识土壤养分的空间分布特征与生态过程之间的关系。采用网格取样(20m×20m),利用地统计学方法分析了典型喀斯特洼地土壤有机碳(SOC)和速效磷(AP)的空间变异特征。结果表明SOC和AP的半变异函数分别用球状模型和指数模型拟合的效果较好。块金效应对SOC和AP总变异的贡献分别为37.9%和49.8%,说明SOC主要受结构性因素控制,而AP受结构性因素和随机因素双重控制。SOC的分布呈明显的带状各向异性特征,在洼地的长轴方向具有较大的变程和较小的基台值,其全向半变异函数的相关距离为135.5m,与洼地不同种植类型地块的覆盖尺度基本相当。AP的分布特征与SOC存在明显差异,具有较大的漂移趋势,其相关距离为413.4m;但在分离漂移趋势后,其相关距离为167.4m,反映了不同地块间的施肥差异对AP的影响较大。喀斯特洼地SOC的空间分布主要受地形和土地利用结构控制,而AP的分布的规律性不明显,可能与施肥等因素的随机性较强有关。     

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。     

喀斯特坡地基岩起伏对土壤剖面水分格局的影响

研究了喀斯特地区典型坡地3条人工开挖样沟(投影长21 m、宽1 m)的岩土结构特征、土壤剖面平均含水量和土岩界面含水量沿坡面向下的变化趋势,探讨了喀斯特坡地基岩起伏对土壤水分格局的影响.结果表明: 喀斯特坡地地表地形与基岩地形不一致,基岩深度变异系数最大为82%,基岩起伏较大.基岩起伏程度明显影响到土壤剖面水分分布格局: 基岩起伏较小时,土壤含水量呈上坡位至下坡位逐渐增加的趋势,且土壤剖面平均含水量和土岩界面含水量与基岩深度相关性均不显著;基岩起伏越大,土壤含水量沿坡向下线性增加的趋势越不明显,土壤水分空间连续性越差,基岩凹陷、裂隙处土壤含水量较高,土壤剖面平均含水量和土岩界面含水量与基岩深度呈极显著正相关,但后者对基岩起伏的响应更明显.     

三江平原典型沼泽湿地植物种群的生态位

采用Levins 公式,对三江平原典型沼泽湿地植物群落的优势种群生态位宽度和生态位重叠值进行了研究.结果表明：各湿地植物种的生态位宽度排序为漂筏苔草(0.907)>毛果苔草(0.864) >狭叶甜茅(0.855) >小叶章＝睡菜＝球尾花＝二歧银莲花(0.500).毛果苔草、漂筏苔草、睡菜与球尾花之间,以及狭叶甜茅、小叶章与二歧银莲花的生态位重叠值均较高,说明几种植物在同一资源位上出现的频率相近,利用资源的能力相似,在对资源利用上具有一定的竞争性.睡菜与小叶章和二歧银莲花,以及球尾花与小叶章和二歧银莲花的生态位重叠值均为0,表明几种植物适应环境的方式不同.水分是导致湿地植物生态适应性差异的主导因子,植物对环境生态位适应的程度是水分和营养状况等因素共同作用的结果.湿地植物的生态位特征能较好地表征各植物的生态适应性和分布幅度.     

三江平原典型湿地植物中汞的分布与库存量

分析了三江平原典型植物中的总Hg浓度．结果表明,各种植物中总Hg浓度差别较大,苔藓>藻类>苔草>禾草>灌木;干湿环境是影响总Hg浓度的重要因素;湿地植物总Hg浓度高于水稻和玉米等农作物．较高的土壤总Hg浓度是近地面大气中Hg的重要来源,间接地影响到植物中Hg的浓度．植物各构件中总Hg浓度具有立枯>根>叶>茎的特点．在植物整个生长季总Hg浓度先增加后减少．估算了三江平原湿地植物Hg的库存量．小叶章湿地植物地上部分库存量为24．9μg·m^-2;毛果苔草湿地植物地上部分库存量为35．8μg·m^-2,高于加拿大实验湖泊湿地．     

三江平原湿地典型植物群落物种多样性研究

以三江平原分布最广的毛果苔草(Carex lasiocarpa)群落和小叶章(Calamagrostis angustifolia)群落为研究对象,研究2个群落的植物物种及其组成特征。结果表明,毛果苔草群落以毛果苔草为优势种,以漂筏苔草(C.pseudocuraica)为亚优势种,二者的重要值之和为56.4%;小叶章群落以小叶章为优势种,其重要值为50.8%。物种多样性分析表明,毛果苔草群落和小叶章群落的Simpson指数(D)、Shannon-Wiener指数(H)和Pielou均匀度指数(J)均有较大波动,且H与J呈显著正相关,与D呈显著负相关,与S无显著相关关系;毛果苔草群落的H、D、J和S均高于小叶章群落,但差异不显著;2群落的相似性指数为46.5%,表明二者间存在一定的联系。     

我国区域间生物入侵的现状及防治

区域间生物入侵是指国家内部不同区域间物种入侵所引发的危害。由于我国生态系统错综多样,国内人员、物品流动频繁且不易监控,因此区域间生物入侵危害已经十分严峻。本文主要以我国以及国外已有的区域间生物入侵事件为例,分析其主要的入侵途径、危害与防治措施。区域间生物入侵主要通过引种、运输、人为干扰等途径,可以造成土著种灭绝、基因污染、生物多样性降低等危害。全球气候变化、南水北调等大型工程建设以及海峡两岸交流等领域是今后我国区域间生物入侵研究的主要方向。     

三江平原典型小叶章湿地土壤氨挥发特征及影响因素

采用通气法对三江平原典型草甸小叶章湿地和沼泽化草甸小叶章湿地土壤的氨挥发进行了原位测定,并对其主要影响因素进行了分析。结果表明,二者的氨挥发速率在生长季内的变化趋势基本一致,7月中旬前出现两次挥发高峰和一次低值,之后整体呈严格单调下降趋势,后者的氨挥发速率较高,平均为前者的1.35±0.53倍;二者累计氨挥发量的变化趋势也基本一致,7月中旬前增加迅速,且值比较接近;之后增加缓慢,但其值发生明显分异,表现为后者大于前者;生长季内,典型草甸小叶章湿地土壤的氨挥发总量为6.35 kg N.hm-2,而沼泽化草甸小叶章湿地则为6.87 kg N.hm-2,二者之比为1∶1.08;氮素物质基础不是影响二者氨挥发过程的重要限制因素,大气温度及其所引起的其它温度波动是影响氨挥发速率变化的重要因素;降水及土壤水分波动与散失是引起氨挥发速率局部波动的重要原因;土壤pH和质地是导致氨挥发速率普遍较低的根本原因;而各种因素综合作用的结果则是引起二者氨挥发速率和氨挥发量变化及差异的主要原因。     

三江平原湿地开垦对土壤氨基糖积累特征的影响

微生物残体在土壤有机质的形成和稳定过程中发挥着重要作用,但湿地开垦对土壤微生物残体积累特征的影响尚不清楚.本研究以三江平原小叶章湿地为对象,采集原始自然湿地和开垦改种豆科作物后不同耕作年限(5年、10年和25年)的土壤,以氨基糖为微生物残体的标识物,探讨湿地开垦对土壤微生物残体积累特征的影响.结果 表明:自然湿地开垦为...     

Biogeochemical cycle of Sulfer in the Calamagrostis angustifolia wetland ecosystem in the Sanjiang Plain, China

To better understand the Sulfur (S) cycle in the wetland ecosystem, the S cycle and its compartmental distribution within an atmosphere-plant-soil system were studied using a compartment model in the Calamagrostis angustifolia wetland in the Sanjiang Plain, Northeast China. The results showed that the soil was the main S storage and flux hinge in which 97.78% S was accumulated. In the plant subsystem, the root was the main S storage, and it remained at 79.60% of the total S contents, which in the Calamagrostis angustifolia wetland ecosystem showed that the parts above the ground took up 0.75 g S/m², the S re-transferring biomass to the root was 0.24 g S/m², and to the litter was 0.51 g S/m²; the root took up 3.76 g S/m² and the S transferring biomass to the soil took up 3.07 g S/m²; the litter S biomass was 0.75 g S/(m²·a) and the S transferring biomass to the soil was more than 0.52 g S/(m²·a). The emission amount of H2S from the Calamagrostis angustifolia wetland ecosystem to the atmosphere was 1.42 mg S/m², whereas carbonyl sulfide (COS) was absorbed by the Calamagrostis angustifolia wetland from the atmosphere and the absorption amount was 1.83 mg S/m². The S input biomass from the rain to the ecosystem was 4.85mg S/m² during the growing season. The difference between input and output amounts was 5.26 mg S/m², which indicated that S was accumulated in the ecosystem and would lead to wetland acidification in the future.     

三江平原不同湿地类型土壤活性有机碳组分及含量差异

土壤活性有机碳对土壤干扰的反应较快,是土壤有机碳早期变化的敏感性指标。近50年来,三江平原湿地土壤有机碳库受农事活动影响较大。为了探讨不同湿地类型土壤活性有机碳主要组分土壤可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、微生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)和易氧化有机碳(Easily oxidized organic carbon,EOC)的分布差异及主要影响因子,选择了三江平原洪河自然保护区4种典型的湿地类型(小叶章+沼柳湿地、小叶章湿地、毛苔草湿地和芦苇湿地)为研究对象。分析了不同湿地类型土壤可溶性有机碳,微生物量碳和易氧化有机碳在0—30 cm土层内的分布特征和分配比例及其与有机碳、土壤养分和酶活性指标(蔗糖酶、纤维素酶和过氧化氢酶)之间的相关关系。结果表明:(1)4种湿地类型土壤DOC、MBC和EOC含量均随土层深度的增加而减少。不同湿地类型之间土壤活性有机碳含量在0—30 cm土层内存在显著性差异(P0.05),相对于长期淹水的毛苔草湿地和芦苇湿地而言,未淹水的小叶章+沼柳湿地和小叶章湿地具有较高的DOC,MBC和EOC含量。(2)土壤DOC、MBC和EOC占有机碳比例分别为0.27%—0.63%,1.27%—5.94%和19.63%—41.25%。土壤DOC所占比例呈先增后减的变化趋势,最大的比例均出现在10—20 cm。MBC所占比例在土壤剖面上则未表现出一致的变化规律,而EOC所占比例则随土层深度的增加而逐渐减少。(3)土壤DOC占SOC比例以小叶章湿地最高,MBC和EOC占SOC的比例则以小叶章+沼柳湿地最高。而长期淹水的毛苔草湿地和芦苇湿地则具有更低的DOC,MBC和EOC比例。(4)综合分析表明,4种湿地类型土壤DOC,MBC和EOC两两之间存在极显著相关性关系,它们除了与碳氮比相关性不显著外,与土壤有机碳,全氮,全磷养分和酶活性指标间相关性均达到极显著水平,尤其是与有机碳和全氮的相关性系数更高,此外DOC与纤维素酶,MBC与过氧化氢酶相关性更大。由此可见,土壤碳氮磷养分和酶活性是影响土壤活性有机碳组分分布的重要因素。     

三江平原湿地生态系统P、K分布特征及季节动态研究

对三江平原毛果苔草,狭叶甜茅（Carex lasixarpa-Glyeria spiculosa)湿地和小叶章（Deyeuxia angusti,folia)湿地的值物,土壤和地表积水进行P,K含量测定,运用一元非线性回归分析对P,K元素含量季节动态特征进行了探讨,结果表明,不同种类的湿地植物,同种植物的不同器官其P,K含量存在的差异,但部特点是K含量高于P含量,说明湿地植物具有富集K的特性,两类湿地土壤P,K全量,速效果的剖面分布特征也不同,名层土壤全K含量均高于全P含量,植物,土壤和地表积水中P,K含量均有明的季节动态变化,一元非线性回归模拟均得到较理想的模拟模型,相关系数大多在0．9以上,F检验较显著。     

水位梯度对三江平原典型湿地植物根茎萌发及生长的影响

通过水位控制模拟试验,研究了水位梯度对三江平原典型湿地植物——小叶章和毛苔草根茎萌发及生长的影响.结果表明:2种植物对水位的适应策略各异,小叶章种群密度、平均高度和最大高度都在0cm水位条件下出现极大值,而毛苔草种群平均高度和最大高度随水位上升而升高,种群密度则随水位上升而下降.在萌发初期,一定时间的无淹水环境促进2种湿地植物的根茎萌发,而淹水抑制其萌发;在生长期,过度的淹水限制了小叶章的生长,而毛苔草则水分越多生长越旺盛;干旱缺水限制植物生长,可能会引起植物生活史的改变.