藏东南色季拉山沟壑区土壤氮素空间分布特征

以西藏东南部色季拉山海拔3950—4350 m为研究区,采用30×50 m网格采样法,以地统计学半变异函数为工具,研究了色季拉山森林生态系统沟谷与坡面上土壤氮素空间变异特征及模型。结果表明:土壤全氮、硝态氮和铵态氮含量均表现为0—10 cm10—20 cm,两个层次上空间变异性表现为全氮和铵态氮0—10 cm10—20 cm,而硝态氮表现为10—20 cm0—10cm;不同海拔高度土壤氮含量表现为随着海拔高度的升高而增加,但这种海拔梯度效应并未达显著水平(P0.05);沟谷区土壤氮含量高于坡面,这可能与植被残体在沟谷区的堆积分解促进氮循环有关;土壤全氮、铵态氮和硝态氮均具有中等程度的空间依赖性,其中土壤全氮空间变异符合指数模型,块金值/基台值为50%;土壤铵态氮和硝态氮含量空间变异分布均符合高斯模型,块金值/基台值分别为70.91%和37.45%;该区域土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量空间依赖性表现为:硝态氮全氮铵态氮,即土壤硝态氮更易受到空间结构因素的影响,而铵态氮含量空间变化则主要受随机因素的影响。     

采伐干扰对林下草本根系生物量与土壤环境异质性关系的影响

结合统计学和地统计学的理论,探讨了采伐干扰对华北落叶松林下草本根系生物量空间异质性及与林下土壤含水量、全氮、硝态氮、铵态氮、pH及华北落叶松细根生物量空间异质性的关联性。结果表明,采伐干扰样地草本根系生物量为 31.17 g/m²,明显小于未干扰样地(72.01 g/m²);采伐干扰导致草本根系生物量更多地向表层积聚。0~10 cm土层,采伐干扰样地草本根系生物量的空间异质性(C₀+C=31330.0)和空间自相关性(C/C₀+C=92.5%)明显增强,表现出较强的空间依赖性。采伐干扰后,土壤水分、全氮、硝态氮和铵态氮对草本根系生物量的相关性增强;未采伐干扰样地华北落叶松细根生物量与草本根系生物量的相关性较强。     

华北山地典型天然次生林土壤氮素空间异质性对落叶松幼苗更新的影响

在华北山地典型天然次生林中选择研究样地,应用地统计学理论和格局分析方法,定量分析林分土壤氮素空间异质性特征,探测更新幼苗空间格局特征;依据协同变异函数理论模型参数,定量估计土壤氮素营养空间异质性与落叶松更新格局之间的空间关联性,探讨土壤氮素空间变异对落叶松幼苗更新格局的影响程度.研究结果表明:(1)无论是以华北落叶松为优势树种的寒温性针叶林,还是以白桦和山杨为优势树种的山地阔叶林,不同空间样点间土壤氮素总量及速效态氮素均存在很大差异.阔叶林中,硝态氮在整个研究样地尺度(＞70.71m)上表现出很强的空间自相关性(结构因素所占比重为81.5%).针叶林中,硝态氮则在相对小的尺度范围(47.90m)呈现更明显的空间自相关变异.且阔叶林中土壤氮含量显著地高于针叶林.(2)华北落叶松苗更新空间分布格局呈明显的集聚分布.更新的空间格局变异主要由空间自相关因素引起(针叶林为77.4%,阔叶林为85.2%),随机变异占的比例较低(分别为22.6%和14.8%).(3)阔叶林土壤氮含量相对高,更新与氮素的空间关联性不明显,与全氮的协同变异呈随机性(R2=0.078).针叶林土壤氮含量相对低,更新与氮素的空间关联性明显,与全氮的协同变异呈现明显的空间自相关性,氮素空间异质性对更新格局与过程具有更重要的影响.整个研究样地水平上,硝态氮与更新的协同变异呈现明显的空间自相关性(空间结构比为59.4%～77.7%).NO-3-N含量较高或铵、硝态氮的比例较低的土壤环境中,更新苗发生数量较多.     

植被恢复过程中芒萁覆盖对侵蚀红壤氮组分的影响

氮素是限制陆地生态系统生产力的重要因子。采用时空代换法,以红壤侵蚀区未治理、恢复12年和30年的马尾松林为研究对象,对比分析了林下芒萁覆盖地与裸地表层土壤之间氮同位素、不同形态氮组分含量以及不同组分氮含量所占比例之间的差异。结果表明:在所有马尾松林中,芒萁覆盖增加了表层土壤的全氮含量,δ~(15)N值则比林下裸地显著降低了33. 8%—83.1%(P0.05)。随着恢复年限增加,林下芒萁覆盖地表层土壤δ~(15)N值显著下降,而林下裸露地δ~(15)N值没有显著变化(P0.05)。不同恢复年限马尾松林的芒萁覆盖地表层土壤微生物生物量氮、可溶性有机氮和铵态氮含量显著高于林下裸地(P 0.05),而硝态氮含量则显著低于林下裸地(P0.05)。随恢复年限增加,表层土壤微生物生物量氮、可溶性有机氮、铵态氮含量均呈增加趋势,而硝态氮含量则呈下降趋势,不同形态氮占全氮比例表现为:微生物生物量氮铵态氮可溶性有机氮硝态氮。相关分析表明土壤δ~(15)N值与硝态氮极显著正相关,与其他氮组分极显著负相关(P0.01)。由此可见,与林下裸地相比,芒萁覆盖在植被恢复过程中有助于提高表层土壤中全氮、微生物生物量氮、可溶性有机氮和铵态氮含量,降低硝态氮的淋溶损失风险,促进土壤氮保持和积累,从而有利于退化红壤生态系统的恢复。     

长白山阔叶红松林退化生态系统的土壤呼吸作用

选择处于全球变化中国东北样带东部典型生态系统的长白山阔叶红松林作为研究区,采用动态气室-CO₂红外分析法测定了森林生态系统不同退化阶段的土壤呼吸作用.结果表明：在生长季,长白山阔叶红松林不同退化阶段的土壤呼吸动态变化呈单峰型曲线,在7-8月达到最大值;不同退化阶段林地土壤呼吸大小顺序为：杨桦林＞蒙古栎林＞阔叶红松林＞硬阔叶林＞裸地.其中,杨桦林和蒙古栎林样地的碳释放量分别为对照阔叶红松林的1.4和1.3倍,硬阔叶林和裸地的碳释放量分别为对照阔叶红松林的88%和78%.     

长白山原始阔叶红松林土壤有机质组分小尺度空间异质性

土壤有机质(SOM)对于维持生态系统生产力具有非常重要的意义,有机质的组成、空间分布和空间关联性是影响和控制诸多生态系统过程的重要因素。应用地统计学方法,对长白山原始阔叶红松林局部尺度内0—20 cm土壤有机质与活性有机质的空间异质性进行了研究,并通过交叉半方差分析探讨了二者之间的相关性。研究结果表明:(1)总体上来说,土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、颗粒态有机碳(POC)和颗粒态有机氮(PON)空间异质性较小;而土壤微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)和表层(0—10 cm)溶解性有机碳(DOC)的空间异质性较大;(2)SOC、TN、MBC、DOC、POC和PON随着深度的增加空间自相关性增加;而溶解性有机氮(DON)的空间自相关性随深度的增加变化不大;(3)SOC与TN在表层和下层(10—20 cm)均存在空间上的正相关关系;(4)SOC、TN在表层和下层分别与MBC、MBN、DOC、DON和POC呈空间上的正相关性,但是与PON之间的空间相关关系较差;(5)不同土层深度的土壤活性有机质之间的相关关系存在差异。在表层,除POC,PON外,其余土壤活性有机质组分在空间上两两相关;但是随着土壤深度的增加,活性有机质变量之间在空间上两两相关。研究结果表明土壤有机质组分在长白山原始阔叶红松林小尺度内存在不同空间异质性和空间关联性,这为人们更好的理解森林生态系统功能(如土壤养分循环)提供了重要的理论依据。     

枣粮间作生态系统土壤氮空间分布特性

基于枣粮间作复合生态系统内部异质性,通过在不同位置采样测定,探讨了枣粮间作系统内土壤氮素空间分布特性.结果表明:(1)枣粮间作生态系统中,在小麦收获期和玉米收获期两个时期,土壤全氮和硝态氮含量均存在明显的垂直和水平两个方向空间变异性.而土壤铵态氮含量极低且没有明显的空间变异;(2)与全氮相比,枣粮间作系统中硝态氮空间变异性更强,且随着时间变化其空间分布特性有明显变化;(3)氮素施用量对土壤全氮和硝态氮空间变异有正向作用,而植株对氮的吸收利用可以降低土壤氮素分布空间差异程度.各因子对土壤全氮空间变异影响强弱顺序为氮吸收量＞氮素施用量＞土壤含水量;对土壤硝态氮空间变异影响强弱顺序为氮素施用量＞土壤全氮含量＞氮素吸收量＞土壤含水量.     

森林土壤物理性质的空间异质性研究

土壤空间质性是土壤的重要属性之一。采用地统计的理论和方法,研究了阔叶红松林上层土壤物理因子的空间异质性。变异函数分析结果表明,土壤水分、容重、毛管持水量和孔隙讴具有明显的空间异质性。在０～１０ｃｍ土层深,空间异质性尺度为１１～１３ｍ,１１～２０ｃｍ土层深为６～８ｍ,空间异质性程度随尺度变化。自相关部分的空间异质性在０～１０ｃｍ和１１～２０ｃｍ土层深为５２．９％～７３．７％和６９．３％～９３．６％,     

长白山阔叶红松林叶片气孔导度与环境因子的关系

通过对阔叶红松林主要树种叶片的野外测定,研究了长白山阔叶红松林叶片气孔导度对环境因子的响应,结果表明,阔叶红松林叶片的气孔导度与瞬时光合有效辐射（PAR）和温度（Ta）呈正相关,而与水汽压亏损（PVD）呈负相关。对气孔导度模型的验证表明：Jarvis的非线性模型比Ball的线性模型更适于阔叶红松林叶片的气孔导度模拟。长白山阔叶红松林叶片的气孔导度对环境因子的响应模型为：gs=PAR（1.606T2a＋118.19Ta-1878.67）/（355.70＋PAR）（-430.433＋VPD）。此模型有助于进一步估算叶片光合作用,通过尺度化模拟阔叶红松林群落生产力以及土壤-植物-大气系统之间的水热交换奠定了基础。     

长白山阔叶红松林表层土壤水分空间异质性的地统计学分析

采用时域反射仪对长白山原始阔叶红松林3块50 m×50 m样地表层土壤（0～7.5 cm）水分进行测定,应用地统计学的理论与方法对表层土壤水分的空间异质性进行分析.结果表明：研究区3块样地表层土壤水分变异系数分别为24.32%（样地1）、24.11%（样地2）和23.60%（样地3）,均属于中等变异性;该区表层土壤水分的理论变异模型为球状模型,具有高度的空间异质性,其空间异质性以空间自相关部分为主;表层土壤水分的结构比分别为57.9%（样地1,属中等相关性）、83.3%和90.0%（样地2和3,属强烈的空间相关性）;研究区表层土壤水分的变程在5.5～13.1 m,与贝叶斯方法估计的变程相差不大;通过克立格插值估计,研究区表层土壤水分含量的平均值分别为49.3%（样地1）、52.8%（样地2）和42.6%（样地3）.     

南京市郊区集约化大棚蔬菜地N2O的排放

采用静态暗箱-气相色谱法,研究了南京市郊区集约化生产管理下,芹菜-空心菜-小白菜-苋菜轮作菜地与休闲裸地的N2O排放通量的动态变化,及其与土壤温度、湿度以及NO3--N和NH4+-N含量的关系.结果表明:轮作菜地的N2O累积排放量达137.2kg N·hm-2,显著大于休闲裸地(29.2 kgN-hm-2);轮作菜地生态系统N2O-N的排放系数高达4.6％.4种蔬菜地中,空心菜地对轮作菜地的周年累积排放量贡献最大,为53.5％,小白菜地次之,为31.9％,芹菜地和苋菜地最小,分别为4.5％和4.8％.轮作菜地的N2O排放通量与土壤温度呈显著正相关,Q10为2.80;土壤湿度以及NO3--N和NH4+-N含量与轮作菜地的N2O排放通量之间的相关性不显著.     

沙坡头人工固沙植被土壤水分空间异质性

利用传统统计学和地统计学相结合的方法对沙坡头人工固沙植被区0～200 cm 之间的各层土壤水分的空间变异性进行研究.结果表明,1）土壤水分相对变异较大的层是在160～180 cm层和180～200 cm层,变异系数分别为0.72和0.73.表层0～5 cm层的相对变异也较大,变异系数为0.662）半方差函数分析结果表明,各层土壤水分均具有明显的空间变异性,各层土壤水分自相关部分的空间异质性占总空间异质性的程度很高,所占比例在87.7%～99.9%范围内.各层土壤水分的有效变程大小有较大差异,最小值出现在60～80 cm层(7.04 m),最大值出现在20～40 cm层(19.71 m),土壤水分有效变程从表层到深层没有明显的变化规律;3）土壤水分插值图反映出0～140 cm之间相邻各层土壤水分变化较大,140～200 cm各层土壤水分变化较小;4）土壤水分在0°、45°、90°、135°四个方向的半方差函数基本上是一条直线,表明在这四个方向上半方差和距离的相关性较低,土壤水分变化是独立、随机的,是同质性的.     

华北落叶松林细根生物量对土壤水分、氮营养空间异质性改变的响应

在华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)林选取采伐干扰样地和未采伐干扰样地进行对比研究, 分析采伐干扰造成林下土壤水分和氮营养空间异质性的改变对细根生物量空间变异的影响。采用空间格局分析的小支撑、多样点的设计原则, 对每个样点的土壤分3层取样(0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm)。进行细根(≤1 mm和1-2 mm)生物量与土壤含水量、全氮、硝态氮、铵态氮和土壤pH的偏相关分析, 以及细根生物量变异函数值和土壤各因子变异函数值的线性回归分析。研究结果表明, 在不同样地, 细根生物量与土壤各因子均表现为正相关关系, 不同土层相关性强弱表现各异, 其中土壤含水量与细根生物量的相关性显著。受采伐干扰后, 细根生物量与土壤含水量、全氮、土壤硝态氮空间变异的关联性更趋于明显。多元线性回归分析结果表明, 采伐干扰样地细根生物量的空间变异更多地受到土壤多因子的综合影响, 而未采伐干扰样地的细根生物量受土壤水分、全氮和硝态氮单独效应的影响更大。     

Resource heterogeneity in oldfields

Abstract. Spatial heterogeneity of photosynthetically active radiation (PAR), soil moisture and soil N mineralization in a range of oldfield communities was analyzed using semi-variograms for transect data. Percent transmittance of PAR was examined in eight communities, and soil moisture and N mineralization were examined in the two most common communities. In general, the sites with the highest resource availability had the smallest coefficients of variation. For light, 63% of the transects showed significant non-zero spatial autocorrelation with sills at 1 - 70 cm distance intervals. Although the grass-dominated communities had the highest average PAR levels and the lowest coefficients of variation, they also were among those with the greatest percentage of transects that had non-zero spatial autocorrelation. For light, the average semivariogram range, or distance within which samples were autocorrelated, was 19 cm and different among communities at p = 0.07. For soil moisture, two of three shrub sites and one of three grass sites showed non-zero spatial autocorrelation with sills at 10 - 300 cm distance intervals. Average semivariance range was 249 cm for the shrub community and 170 cm for the grass community. For N-mineralization, none of the shrub and one of three grass sites showed non-zero spatial autocorrelation with a sill, with a semivariance range of 60 cm. Soil moisture and N-mineralization were higher in the shrub than in the grass communities. Overall, these results indicate that resource variability occurred within patches of uniform vegetation, and the range of resource spatial dependence was different among resources even within a single community type. Our results suggest that different seedlings invading these communities will experience very different patterns of microsite heterogeneity as a result of their specific resource requirements.     

南京市郊区集约化大棚蔬菜地N2O的排放

采用静态暗箱-气相色谱法,研究了南京市郊区集约化生产管理下,芹菜-空心菜-小白菜-苋菜轮作菜地与休闲裸地的N2O排放通量的动态变化,及其与土壤温度、湿度以及NO3--N和NH4+-N含量的关系.结果表明： 轮作菜地的N2O累积排放量达1372 kg N·hm-2,显著大于休闲裸地(29.2 kg N·hm-2);轮作菜地生态系统N2O-N的排放系数高达46%.4种蔬菜地中,空心菜地对轮作菜地的周年累积排放量贡献最大,为53.5%,小白菜地次之,为31.9%,芹菜地和苋菜地最小,分别为4.5%和4.8%.轮作菜地的N2O排放通量与土壤温度呈显著正相关,Q10为2.80;土壤湿度以及NO3--N和NH4+-N含量与轮作菜地的N2O排放通量之间的相关性不显著.     

凋落物与单宁酸对森林土壤无机氮的影响

采用室内培养试验,研究了不同凋落物和单宁酸对森林土壤硝态氮和铵态氮的影响.结果表明：凋落物和单宁酸加入均降低了土壤硝态氮和铵态氮含量.杉木凋落物使红壤硝态氮和铵态氮含量分别降低6.1%～25.9%和19.7%～68.6%.杉木凋落物中黄红壤无机氮含量的降幅大于毛竹,对铵态氮的影响极显著.与对照相比,单宁酸处理能显著降低黄红壤中铵态氮含量,单宁酸浓度越高,其降幅越大,至高浓度(HG)时,其降幅达31.9%～57.8%.随着培养时间的延长,低浓度单宁酸处理(HL)中硝态氮含量降幅逐渐增大,第84天达到4.5%;在HG处理下,第7～28天的硝态氮含量增加了10.3%～18.5%,而第56和85天分别降低 23.9%和42.3%.     

山西太岳山小流域土壤水分空间异质性及其影响因子

以山西太岳山华北落叶松林地为主的小流域作为研究对象,采用地统计学方法结合地理信息系统(GIS)技术手段,研究了接石沟小流域土壤水分(0—60cm)的空间变异特征,以及植被分布和地形因子对其影响规律。结果表明:在时间稳定性的前提下,土壤水分含量和变异系数随土层加深逐渐降低。三层土壤水分半方差函数的最优拟合模型为球状模型,变程范围在1.1—1.4 km,均具有强烈的空间自相关性,其中0—20 cm和20—40 cm层土壤水分的空间异质性程度高于40—60 cm土层,以中间层的结构因素占总变异比例最大。自然结构因素(地形、母质、植被和土壤等)对不同土层土壤水分的总空间变异性起主导作用(81.4%—91.3%),而随机因素(取样误差、人为干扰等)的影响相对较小(8.7%—18.6%)。沿着集水线由西-东方向,从边缘的土壤水分高值斑块区逐渐过渡到明显的低值斑块区,梯度变化明显。研究发现,在植被覆盖异质性小的山地,土壤水分的空间异质性主要由地形因素引起,具体表现为其与坡向指数(TRASP)、坡度、海拔和土壤有机碳、全氮呈极显著相关关系(P0.01),而与植被指数(NDVI)呈弱的负相关关系。叠加分析显示,在阴坡、坡度较缓(15°)及高海拔叠合的区域土壤水分含量较高。研究结果可为山地人工林构建和植被恢复中土壤水资源的利用以及水分管理策略的制定提供理论依据。     

甘肃敦煌西湖荒漠-湿地生态系统土壤水分空间异质性及其影响因子研究

土壤水分是内陆荒漠区湿地生态系统中重要的限制因子,为了揭示该区域土壤水分空间分布特征,采用传统统计学和地统计学相结合的方法,对甘肃敦煌西湖国家级自然保护区0~200cm内各层土壤水分的空间变异性及海拔、土壤质地和植被对其的影响进行了研究,旨在为极干旱区湿地生态系统植被修复和保育提供科学依据。结果表明:(1)本研究所得各变量的变异系数、块金方差、基台值、变程和结构比分别为36.51%~88.65%、0.007~0.098、0.112~0.549、116~453和76.6%~97.6%,各变量均为中等变异,存在高度异质性,具有较强空间自相关。(2)深层(60~200cm)土壤水分含量较浅层(0~60cm)变异大,且不同层次土壤水分含量的空间异质性差别也较大,空间变异主要发生在较小尺度上(分维数D在1.902~1.989之间)。(3)海拔是影响该区域深层土壤水分空间变异的主导因子。(4)土壤质地与浅层(0~60cm)土壤水分含量的相关性大于与深层(60~200cm)土壤含水量的相关性,它们与海拔相关性表现相反;草本植被盖度与浅层土壤水分含量呈较高的正关联关系,灌木根量与深层土壤水分含量呈较高的负关联关系。