喀斯特峰丛洼地原生林群落更新动态

基于木论国家级自然保护区内一个2 hm~2动态监测样地2007、2012和2017年3次植被调查数据,从物种组成、群落结构、重要值、多样性、死亡率、补员率等方面分析喀斯特峰丛洼地原生林群落动态特征。结果表明:2017年样地内木本植物包含46科95属123种,较2007增加2科,减少5属7种;较2012年增加2科,减少4属4种。10年来,该样地优势种变化不明显,重要值≥1的物种数在2017年减少了3种;但排名前5位的物种保持不变,只有个别物种的重要值排序发生了较大的变化。平均胸径、树高、生物量随时间推移而增加;第一个5年,平均胸径和树高差异不显著,但10年间差异显著。随着时间推移,Shannon-wiener指数逐渐减少,Simpson指数和Pielou指数逐渐增加。该森林群落总径级结构呈倒"J"形,总体上群落更新状态良好。10年间DBH≥1.0 cm个体的年死亡率为8.23%,年补员率为5.73%。群落中野桐(Mallotus japonicas)和枫香树(Liquidambar formosana)呈增长趋势,优势地位逐渐上升。20个物种中有约35%的物种更新不足,表现出衰退的迹象,导致群落的物种成分和结构出现较大的变化。群落内主要树种的更新和植被结构变化的分析对于预测森林未来的变化趋势具有重要意义。     

峡谷型喀斯特不同生态系统土壤团聚体稳定性及有机碳特征

通过野外调查与室内分析相结合的方法,对峡谷型喀斯特水田(ST)、旱地(HD)、草地(CD)、灌丛(GC)、人工林(RGL)、次生林(CSL)6种生态系统的土壤团聚体及其有机碳的分布特点进行了研究.结果表明: 干筛处理下(除HD外)均以>8 mm的土壤团聚体含量最高,总体上不同粒径土壤团聚体含量呈现随粒径减小先降低后增加再降低的趋势;湿筛处理下(除HD外)均以>5 mm的土壤团聚体含量最高,总体上不同粒径土壤团聚体含量随粒径减少而降低.干筛处理土壤团聚体的平均质量直径(MMD)为ST>CD>RGL>CSL>GC>HD;几何平均直径(GMD)为ST>CD>RGL>CSL>HD>GC;湿筛处理的MMD为RGL>CSL>GC>CD>ST>HD,GMD为CSL>RGL>GC>CD>ST>HD,用湿筛的MMD特别是GMD评价喀斯特石灰土土壤团聚体质量性状比干筛指标更准确.团聚体机械稳定性的分形维数D表现为CD>HD>ST>RGL>CSL>GC,水稳定性表现为GC>CSL>RGL>HD>CD>ST.土壤SOC含量越高,D、MMD和GMD值越大,土壤结构越合理.不同生态系统下各粒径团聚体SOC含量均以0.053～0.25 mm粒径最高,部分>5 mm粒径含量最低,但以>5 mm团聚体对土壤SOC的贡献率最高,且贡献率随着粒径的减小逐渐降低.     

人为干扰对喀斯特土壤团聚体及其有机碳稳定性的影响

以桂西北喀斯特原生林地、自然恢复地、放牧+火烧草地和玉米-红薯轮作地为对象,研究了不同人为干扰方式下4种生态系统中土壤团聚体含量及其有机碳的稳定性.结果表明:除玉米.红薯轮作地土壤的水稳性团聚体(>0.25 mm)含量为37.7%外,其余样地土壤水稳性团聚体(>0.25 mm)含量均大于70%;土壤团聚体结构破坏率为玉米-红薯轮作地(54.9%)>放牧+火烧草地(23.2%)>自然恢复地(9.8%)和原生林地(9.6%),差异显著.随培养时间的延长,团聚体有机碳的矿化速率先增加后减小,20 d后趋于平稳,而且随团聚体粒级的减小逐渐增大;相同粒级团聚体中有机碳的矿化速率为原生林地>放牧+火烧草地和自然恢复地>玉米-红薯轮作地;原生林地有机碳矿化率在1.7%～3.8%,显著高于自然恢复地、放牧火烧草地和玉米-红薯轮作地;有机碳的累积矿化量与矿化速率变化规律一致.土壤有机碳和团聚体中有机碳含量分别与矿化速率和累积矿化量呈极显著正相关,与矿化率极显著负相关.     

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。     

土壤团聚体固碳的研究方法

增加土壤有机碳含量对维持土壤肥力和农业可持续发展,缓解温室气体增加和全球气候变化的影响具有重要意义.土壤团聚体是土壤的重要组成部分,影响着土壤的各种物理化学性质.土壤团聚体对土壤有机碳的物理保护是土壤碳固定的重要机制.本文综述了土壤团聚体对有机碳的固定作用,土壤团聚体固碳机制研究的经典方法和现代常规方法,并且针对研究中存在的问题探讨了今后的发展趋势.     

干旱区典型盐生植物群落土壤团聚体组成及有机碳分布

以干旱区玛纳斯河流域扇缘带为研究区,分析了花花柴(Karelinia caspia)、雾冰藜(Bassia dasyphylla)、梭梭(Haloxylon ammodendron)和柽柳(Tamarix ramosissima)4个典型盐生植物群落土壤团聚体的组成及有机碳分布。研究表明:不同植物群落土壤团聚体均以0.25—0.053 mm粒径为主,占了46.7%—74.6%,且与其他粒径差异显著(P0.05),0.25 mm和0.053mm粒径土壤团聚体含量较少,仅占7.8%—43%。梭梭群落0.25 mm团聚体平均含量较高,达32%。不同植被群落土壤总有机碳介于2.01—8.73 g/kg之间,不同粒径团聚体有机碳介于1.70—13.68 g/kg之间。不同群落之间,梭梭和柽柳群落总有机碳和团聚体有机碳含量均相对较高,且随着土层深度下降而下降。不同粒径之间,有机碳含量在0.25—0.053 mm粒径最低,在0.25 mm和0.053 mm粒径中最高,呈现"V"型分布且差异显著(P0.05)。0.25—0.053 mm团聚体中有机碳含量的贡献率最高,达43.43%,而0.053 mm粒级贡献率较低,但有机碳含量较高,说明了小粒径团聚体对有机碳保护能力较强。土壤有机碳含量与0.25—0.053 mm团聚体含量呈显著负相关(P0.05)。而从整体来看,梭梭群落0.25 mm团聚体比例较高,且土壤有机碳和团聚体有机碳含量也较高,说明了在该研究区,梭梭群落聚集土壤养分能力较强,相对其他群落更有利于土壤有机碳的积累。     

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。     

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.     

喀斯特山区土地利用对土壤团聚体有机碳和活性有机碳特征的影响

通过选取喀斯特山区火龙果园、草丛、花椒林、乔木林和灌草丛为研究对象,对其土壤团聚有机碳和团聚体活性有机碳分布与积累特征进行研究,结果表明:各土地利用方式下的团聚体组成均以＞0.5 mm团聚体为主,其含量可占团聚体总量的82.57％-94.79％;各粒级团聚体中有机碳和活性有机碳的含量均以乔木林最高,花椒林和火龙果园相对居中,而以草丛和灌草丛较低,随土壤团聚体粒径降低,有机碳和活性有机碳的峰值基本出现在＜0.25 mm粒级团聚体,但该粒径对土壤有机碳和活性有机碳的贡献率却不足6％和4％;土壤有机碳和活性有机碳的累积均受5-1 mm团聚体中有机碳和活性有机碳含量增加的影响,该粒级团聚体对有机碳和活性有机碳的贡献率也分别达28.70％-49.47％和34.13％-47.47％,可将5-1 mm粒径团聚体作为喀斯特山区的土壤有机碳固定的特征团聚体;土壤团聚体活性有机碳含量与土壤团聚体总有机碳含量呈极显著正相关关系(r=O.8768),表明团聚体活性有机碳可以作为衡量喀斯特山区土壤团聚体有机碳动态的一个敏感性指标.     

喀斯特峰丛洼地土地利用演变及其土壤侵蚀效应

人类不合理活动所导致的土地利用演变是引发土壤侵蚀及其负面生态效应的主要机制,因此研究二者的耦合关系具有重要意义。本文以贵州普定县的石人寨峰丛洼地为主要研究区域,从景观生态学的"格局-过程-尺度"、"源、汇景观"原理及其景观空间负荷对比指数(LCI)出发,应用稳定同位素和放射性核素示踪方法,揭示土地利用演变及其土壤侵蚀特征,并进一步分析二者的耦合关系。结果表明,该洼地在土壤剖面约100cm处记录到坡地森林遭受砍伐后变为耕地的事件,随后从坡地侵蚀下来的大量土壤沉积于洼地底部;该事件之后进入垦殖期,在洼地中轮种玉米、油菜、大豆等农作物。本研究为优化当地土地利用结构,改善流域的水土流失状况提供了新的视角。     

生态恢复对石漠化地区土壤有机碳累积特征及其机制的影响

为从土壤碳组分对团聚体及其结合有机碳的影响的角度去解析生态恢复下土壤有机碳积累特征及其机制,以典型干热河谷石漠化地区生态恢复措施（次生林,15-20a;花椒林,15-20a）和对照耕地（>50 a）为研究对象,测定0-10 cm和10-20 cm土层土壤有机碳（SOC）、颗粒有机碳（POC）、易氧化有机碳（EOC）、矿物结合有机碳（MOC）、非活性有机碳（NLOC）、团聚体、团聚体有机碳含量,研究了生态恢复对SOC及组分、团聚体以及团聚体有机碳的影响。结果表明：①与耕地相比,生态恢复显著增加0-20 cm土层SOC及组分的含量与储量（MOC除外）,含量与储量的增幅范围为10.4%-151.7%和6.3%-134.5%,其中POC、EOC含量和储量增幅最大,且POC、EOC与SOC相关性较强;②生态恢复显著提高>2 mm团聚体数量、MWD和MGD,其中以次生林0-10 cm土层的增幅最大（379.3%、172.0%、265.2%）;③生态恢复显著增加各粒径团聚体有机碳含量,团聚体有机碳含量增幅随团聚体粒径增大而减小,然而生态恢复后>2 mm团聚体有机碳贡献率显著上升,<2 mm团聚体有机碳贡献率显著减小,土壤团聚体对有机碳的贡献率转为以>2 mm团聚体贡献为主,且>2 mm团聚体数量的显著增加是>2 mm团聚体有机碳贡献率高的主要原因;④土壤SOC、POC、EOC、NLOC与>2 mm团聚体数量、MWD、MGD、>2 mm团聚体有机碳贡献率显著正相关（P<0.05）,其中POC、EOC与这些指标的相关性较强（P<0.01）。此外,从土壤有机碳及组分、团聚体数量及稳定性、>2 mm团聚体有机碳贡献率的增幅来看,自然恢复措施（次生林）较人工种植恢复措施（花椒林）增幅较大。     

红壤侵蚀地不同人工恢复林对土壤总有机碳和活性有机碳的影响

土壤有机碳尤其是活性有机碳可快速反映土壤肥力和土壤质量的恢复程度。研究了南方红壤侵蚀地3种典型人工恢复林(马尾松与阔叶复层林(Pinus massoniana-broadleaved multiple layer forest(PB))、木荷与马尾松混交林(Schima superba-Pinus massoniana mixed forest(SP))、阔叶混交林(broad-leaved mixed forest(BF)))土壤(0—60 cm)总有机碳和不同活性有机碳的垂直分布特征及其差异。结果表明:不同恢复林分土壤总有机碳(SOC)含量和有机碳储量均表现为PBSPBF,均随土层深度的增加而逐渐降低;土壤表层有机碳富集系数为0.49—0.55,表明表层土壤具有较高的有机碳恢复水平和保持强度。不同林分土壤易氧化有机碳(ROC)、水溶性有机碳(DOC)和微生物量碳(MBC)含量变化范围为0.92—9.17 g/kg、535.89—800.46 mg/kg和27.24—261.31 mg/kg,且均随土层深度的增加而降低,土壤活性有机碳含量总体以BF较高。土壤活性有机碳分配比例以ROC/SOC最高,DOC/SOC次之,MBC/SOC最低,且随土层深度的增加,ROC/SOC的值呈逐渐降低趋势,DOC/SOC的值却呈逐渐升高趋势,MBC/SOC(微生物熵)则变化规律不明显;不同林分间土壤活性有机碳分配比例以BF最高,表明阔叶混交林更有利于活性碳的积累。因此,对于红壤侵蚀地森林恢复初期,可适当密植和立体种植,以提高土壤碳储量和土壤肥力,并在马尾松等先锋树种林分中补植阔叶树种,以增加土壤活性有机碳含量,从而有利于退化生态系统土壤速效养分和土壤功能的快速恢复。     

引黄灌区土壤有机碳密度剖面特征及固碳速率

为揭示灌溉耕作对土壤有机碳密度剖面(0—100 cm)分布产生的影响,通过在宁夏引黄灌区进行实地调查与采样,以无灌溉耕作的自然土壤作为对照,研究不同灌溉耕作时间序列下灌区土壤有机碳密度的剖面分布特征,并估算其平均固碳速率。结果表明:灌区土壤有机碳含量具有随土层深度增加而下降的剖面分布特征,灌溉耕作对增加表层土壤有机碳含量作用最明显;灌区土壤剖面碳密度与灌溉耕作时间和土壤类型均显著相关(P0.01),相关系数分别为0.63和0.74,且因灌溉耕作时间和土壤类型的不同,土壤有机碳密度差异性显著(P0.05);灌溉耕作影响的土层深度及剖面土壤有机碳密度的增加量因灌溉耕作时间长短的不同而异;引黄灌区5类土壤的平均固碳速率为0.53 MgC·hm-2·a-1。引黄灌溉耕作在增加农田土壤固碳中发挥着重要作用。     

喀斯特峰丛洼地不同土地利用类型土壤有机碳和氮素分布特征

为探讨喀斯特峰丛洼地景观类型表层土壤和土壤剖面有机碳和氮素的分布特征,在广西壮族自治区环江毛南族自治县采集典型景观类型耕地、退耕还草地、退耕还林地和林地表层样品及耕地、退耕还草地、退耕还林地剖面样品,进行了系统的分析。结果表明:林地土壤土层浅薄,但其表层土壤有机碳和全氮含量平均高达46.14和4.87g·kg-1,耕地土壤有机碳和全氮含量为13.96和1.88g·kg-1,退耕还林地表层土壤有机碳和全氮含量比耕地明显提高,退耕还草地比耕地略高;耕地0～40cm和退耕还草地0～30cm土壤有机碳和全氮含量随剖面深度增加急剧下降,耕地40～100cm和退耕还草地30～100cm则缓慢下降,退耕还林地土壤厚度一般小于1m,土壤有机碳和全氮含量在整个剖面均随深度增加急剧下降;说明地形、人类活动和土层厚度等影响表层土壤有机碳和全氮含量,其中地形和人类活动是关键影响因子;植被类型影响土壤有机碳和全氮的剖面分布,退耕还林(草)使土壤有机碳和氮储量增加。     

长期植稻年限序列水稻土团聚体有机碳分布特征

通过开展有机质物理分组试验,研究了杭州湾南岸不同植稻年限序列水稻土有机碳含量的粒级分布变化特征.结果表明: 各植稻年限耕层水稻土中,土壤团聚体主要分布在微团聚体(<0.25 mm)中,其中大微团聚体(0.053～0.25 mm)随着植稻年限的增加而减少;在微团聚体(0.053~0.25 mm,<0.053 mm)中,有机碳含量随着植稻年限的增加而增加,在0.053～2 mm粒径范围内,各粒级有机碳占总有机碳比例随着粒级的减小而增加,有机碳主要集中在大微团聚体(0.053～0.25 mm)中;随着种植年限的增加,颗粒有机碳含量减少.栽培年限长的水稻土比栽培年限短的水稻土碳封存量大,早期开垦的水稻土仍有很大的固碳潜力.     

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。