腾格里沙漠固沙植被区蚂蚁群落分布特征及其对土壤理化性质的影响

为了阐明固沙过程中蚂蚁群落结构分布特征及其对土壤性质的影响,在腾格里沙漠固沙植被区选取流动沙地以及5 a、8 a、34 a和57 a固沙植被区为研究样地,对不同样地蚂蚁群落的个体数、类群数以及蚁丘内外土壤理化性质进行测定,进而分析了不同样地蚂蚁群落分布特征及其与土壤因子间的关系。结果表明:(1)固沙植被区蚂蚁群落中的优势类群为掘穴蚁(Formica cunicularia),个体数占比为78.87%。(2)57 a固沙植被区蚂蚁密度显著低于8 a和34 a固沙植被区(P < 0.05);5 a固沙植被区蚂蚁类群数显著低于其他植被区(P < 0.05)。(3)57 a固沙植被区蚁丘中土壤含水量、土壤黏粒和土壤全钾显著高于非蚁丘,而土壤电导率和土壤粉粒显著低于非蚁丘(P < 0.05)。8 a和57 a固沙植被区蚁丘中土壤pH显著高于非蚁丘,8 a固沙植被区蚁丘中土壤有机碳显著高于非蚁丘,8 a和34 a固沙植被区蚁丘中土壤全氮显著高于非蚁丘(P < 0.05)。(4)蚂蚁群落组成与土壤粒径、电导率、pH、有机碳、全氮、全磷和有效磷含量的相关关系显著;偏RDA 结果表明,蚂蚁类群数是影响固沙区土壤理化性质的主要限制因子。综合表明,腾格里沙漠不同固沙年限植被区蚂蚁群落组成差异较大,更丰富的蚂蚁群落有利于改善土壤质地,促进土壤理化性质向良好的方向发展,对实现荒漠生态系统恢复起到推进作用。     

沙冬青灌丛地的土壤颗粒大小分形维数空间变异性分析

通过土壤颗粒大小分形维数对土壤质地定量分析表明,土壤颗粒大小分形维数与沙粒含量（＞0.1mm）呈显著的线性负相关,与粘粉粒含量（＜0.05mm）呈显著的线性正相关关系（p＜0.0001）,沙粒和粘粉粒含量每增加1﹪,分形维数则降低或升高0.022个单位,沙粒增加导致分形维数的降低和粘粉粒增加导致分形维数升高幅度一致,所以土壤颗粒分形维数可以作为评价土地沙质荒漠化程度的定量指标之一.荒漠地带以沙冬青为优势种的沙生植被地段,地表土壤颗粒粗粒化和50～70cm土层土壤颗粒的细粒化,为该区有限降水的深层渗漏提供了基质,为沙冬青的存活提供了保障,一定程度上支持了一些专家提出的概念模型,验证了粗质土壤质地支持以灌木为主的群落的假说.但从空间变异性分析来看,荒漠区沙冬青群落因地表物质的吹蚀和堆积过程频繁以及灌丛沙堆发育程度引起的分枝形态差异,导致了土壤颗粒含量空间变异尺度并未集中在冠幅范围,并不支持灌丛在沙漠生态系统对降尘等细粒物质拦截所形成的＂沃岛＂作用.正是因为以沙冬青为优势种的沙生植被地段土壤颗粒组成的高度空间异质性,并且空间变异的范围并不局限于灌木冠幅范围和冠幅间的裸地,没有为其它植物种的入侵创造土壤基质条件,才使得沙冬青群落在该区稳定存在,为荒漠残遗植物种--沙冬青的迁地保护和干旱沙区植被恢复过程中合理地利用土壤资源,以避免营林失败等问题提供了理论依据.     

川西亚高山针叶林土壤颗粒的分形特征

分形理论为土壤等复杂体系的定量化研究提供了一种有效工具。本文以12个川西亚高山针叶林土壤颗粒组成数据为基础,运用分形模型研究了亚高山针叶林土壤颗粒的分形维数。结果表明,12个川西亚高山针叶林表层土壤颗粒的分形维数D为2.5209~2.7978。通过逐步多元回归分析,土壤颗粒分形维数仅与<0.001 mm颗粒含量的相关系数达极显著。土壤颗粒分形维数与土壤有机质含量、全氮含量和pH相关性不显著,然而土壤有机质含量与全氮含量呈极显著正相关。本研究探讨了利用土壤颗粒粒径分布的分形维数来定量表征川西亚高山针叶林土壤的特征。     

封育对荒漠草原苦豆子群落土壤粒径分形特征的影响

该研究以宁夏盐池荒漠草原区苦豆子(Sophora alopecuroides)群落为研究对象,通过野外采样和实验室分析,研究了围封对苦豆子群落土壤颗粒分形维数的变化特征以及分形维数与土壤理化性质的关系。结果表明:(1)与围栏外相比,围栏处理样地的黏粒(2μm)体积百分比含量增加,在0~10、10~20和20~40cm土层差异显著;粉粒(2~50μm)体积百分比含量在0~10cm土层显著增加;而砂粒(50~250μm)体积百分比含量减少,在0~10和10~20cm土层差异显著,围封可促使土质细粒化。(2)与围栏外相比,围栏内土壤有机碳、全N、全P、碱解氮、速效磷含量均有所提高,其中0~10cm土层分别增加了177.70%、155.70%、60.11%、120.42%、179.40%,10~20cm土层土壤有机碳、全N、全P、速效磷含量增加比例分别为202.80%、36.50%、27.78%和s37.30%,20~40cm土层土壤养分变化不显著,说明围栏封育使土壤养分主要富集在0~20cm土层,其中0~10cm土层富集达到显著水平。(3)苦豆子群落围栏内的土壤粒径分形维数在2.64~2.69之间,围栏外的分形维数在2.59~2.64之间;与围栏外相比,围栏内土壤粒径分形维数在0~10和10~20cm土层增加显著。(4)土壤粒径分形维数与土壤粒径分布、土壤有机碳、全N、全P、碱解氮、速效P含量均呈显著的线性关系,说明分形维数可以作为一个衡量土壤肥力、土壤结构以及退化土壤恢复程度的综合性指标。     

江河源区高寒草甸退化序列土壤粒径分布及其分形维数

江河源区高寒草甸退化日益严重,恢复治理已进行了大量工作,但收效甚微,主要是对退化机理认识不清.为阐明退化草地的形成机制,
本文以江河源区高寒草甸为对象,分析退化序列土壤粒径的分布特征、分形维数,以及分形维数与土壤侵蚀模数的关系.结果表明: 随着高寒草甸退化加剧,土壤的黏粒百分含量呈增加趋势,粉砂和极细砂呈减小趋势;退化序列土壤粒径分形维数与黏粒百分含量呈显著正相关,与极细砂和粉砂呈显著负相关;各粒级土壤侵蚀模数与分形维数呈二次函数关系,分形维数2.81为土壤侵蚀发生的阈值.以土壤粒径分形维数2.81作为草地恢复指标,选择使分形维数小于2.81的相应措施,是恢复退化草地的有力保证.     

宁夏荒漠草原沙漠化过程中土壤粒径分形特征

研究宁夏荒漠草原沙漠化过程中土壤性状、土壤粒径分形维数的变化特征,以及分形维数与土壤性状的关系.结果表明: 草地沙漠化对土壤分形维数(D)影响显著,D值为1.69～2.62.除在10～20 cm土层出现较小波动外,随着沙漠化程度加剧,0～30 cm土层D值整体呈减小趋势.在荒漠草原沙漠化过程中,荒漠草地D值最大,黏粒和粉粒体积百分含量最高,极细砂粒和细砂粒体积百分含量最低;流动沙地D值最小,黏粒和粉粒体积百分含量最小,极细砂粒和细砂粒体积百分含量最高.D与<50 μm和>50 μm粒径的土壤颗粒存在显著正相关和负相关,表明50 μm粒径是决定草地沙漠化过程中土壤分形维数与土壤粒径关系的临界粒径.随着荒漠草原沙漠化加剧,土壤有机质和全氮含量逐渐降低,土壤容重逐渐升高,固定沙地至半固定沙地是荒漠草原沙漠化的质变过程,其中土壤粘粒体积百分含量、粉粒体积百分含量、土壤有机质含量、土壤全氮含量骤减,极细砂粒体积百分含量、细砂粒体积百分含量和土壤容重骤增.分形维数与土壤有机质、土壤全氮和土壤容重显著相关,固定沙地与半固定沙地分形维数的临界值为2.58,因此分形维数2.58可作为荒漠草原沙漠化的退化指标.     

退化沙质草地开垦和围封过程中的土壤颗粒分形特征

研究了科尔沁退化沙质草地开垦和围封过程中土壤颗粒分形维数的变化特征,以及分形维数与土壤性状的关系.结果表明,不同开垦和围封年限的土壤颗粒分形维数(0～30cm)介于2.387～2.588之间.随着开垦年限的增加,0～15 cm层土壤颗粒分形维数从2.441降至2.387;围封11年后,0～15 cm层土壤颗粒分形维数增加到2.588.15～30 cm层土壤颗粒分形维数无明显变化.土壤颗粒分形维数是反映土壤质地的一个较好指标,重点反映粘粒含量,其次是粉粒含量.分形维数的变化能够很好地表征退化沙质草地土壤的化学、物理和生物学性状的变化趋势,可以作为评价退化沙质草地土壤性状的一个综合指标.     

南亚热带不同林分土壤颗粒分形与水分物理特征

以广西国有高峰林场的6种不同林分(马尾松林Pinus massoniana、杉木林Cunninghamia lanceolata、尾巨桉林Eucalyptus urophylla×E. grandis、米老排林Mytilaria laosensis、红锥林Castanopsis hystrix和天然次生林)为对象,运用分形学和森林水文学的理论和方法,研究了不同林分类型土壤的颗粒组成以及水分物理特征。结果表明:研究区不同林分类型的土壤颗粒组成以黏粒为主,其次为粉粒和细砂粒,粗砂粒的含量相对较低,土壤颗粒分形维数从大到小依次表现为天然次生林、杉木林、米老排林、红锥林、马尾松林和尾巨桉林;不同林分类型土壤的水分物理特征存在差异,蓄水性能大小依次表现为天然次生林、米老排林、杉木林、红锥林、马尾松林和尾巨桉林,且土壤表层(0～10 cm)的蓄水能力要好于下层(20～50 cm);土壤颗粒分形维数主要受黏粒含量的影响,分形维数与黏粒含量呈极显著正相关,与总孔隙度、饱和蓄水量显著正相关,与土壤密度显著负相关,而与非毛管孔隙度、非毛管蓄水量和有机质含量相关性不显著。土壤颗粒分布的分形维数可作为反映南亚...     

科尔沁沙地农田沙漠化演变中土壤颗粒分形特征

研究了科尔沁沙地农田沙漠化过程中土壤的粗粒化和养分的贫瘠化特征 ,土壤颗粒分形维数的变化特征 ,以及分形维数与土壤性状的关系。结果表明 :土壤沙粒含量越高 ,土壤分形维数越低 ,表征农田沙漠化程度越高 ;土壤颗粒分形维数与土壤有机 C、全 N、粘粉粒含量之间存在显著的线性关系。说明分形维数能很好地表征农田沙漠化演变中土壤结构和养分状况以及沙漠化的程度 ,可作为评价土壤沙漠化演变的一项综合性定量指标。     

不同入侵程度下飞机草对喀斯特地区土壤理化性质的影响

外来生物入侵威胁着全球的生物多样性和生态系统的功能,研究外来入侵植物对土壤理化性质的影响有助于理解外来入侵植物的入侵机制。以广西喀斯特地区飞机草（Chromolaena odorata）入侵生境为研究对象,比较分析了不同飞机草入侵程度下（对照、轻度入侵、中度入侵、重度入侵）土壤物理和化学指标变化特征。结果表明：随着飞机草的入侵程度加重,土壤容重显著增加,轻度入侵、中度入侵和重度入侵生境下土壤容重分别比对照增加了10.3%、16.7%、22.3%,土壤非毛管孔隙度、总孔隙度和土壤含水量显著降低,土壤毛管孔隙度无显著变化;飞机草入侵对土壤pH值无显著影响,随着入侵程度加重,土壤速效磷和速效钾的含量显著升高,在重度入侵生境下土壤速效磷和速效钾含量分别比对照增加了4.3倍、3.8倍,土壤全氮和有机质含量显著降低。飞机草入侵显著改变了土壤理化性状,导致喀斯特地区土壤物理结构退化,生态系统水土保持能力下降,同时飞机草通过改变土壤养分循环提高了土壤可直接利用养分的水平,创造对自身有利的土壤环境,进而促进其生长和扩散。     

The effects of sand stabilization and revegetation on cryptogam species diversity and soil fertility in the Tengger Desert, Northern China

Cryptogamic crusts have long been regarded as important components of desert ecosystems. In order to reduce and combat the hazards of sandstorm and desertification, it is critical to conserve cryptogamic crusts in arid desert and semiarid regions. In this study, we characterized soil physical and chemical properties after revegetation on sanddunes stabilized with straw checkerboard. Revegetation accelerated the improvement of environmental conditions leading to the establishment and propagation of cryptogams on sanddunes in the Tengger desert region. Since revegetation began 44 years ago, 24 species of algae and 5 species of moss have established on fixed sanddunes in the Shapotou region in the northwest of China, but no lichens have been observed. Algal cover and species richness were found to be positively correlated with soil pH, contents of silt and clay, concentrations of HCO₃ ^–, Cl^–, SO₄ ^2-, Mg²⁺, soil organic carbon and N contents (p < 0.01), but were only weakly correlated with concentration of Ca²⁺, electrical conductivity (EC) and potassium content (K₂O). The number of species and cover of mosses were positively correlated with soluble K⁺ and Na⁺ but no other relationships were apparent. The percent sand in composition of soil particle sizes, and soil bulk density were both negatively correlated to species number and cover for both cryptogam organisms. This study represents a successful example of restoration of cryptogam species diversity in arid desert regions.     

土壤碳矿化潜力对沙坡头人工固沙植被演变的响应

土壤呼吸是土壤有机C矿化分解,释放无机养分的重要生物化学过程。本研究通过实验室培养的方法,分析了沙坡头地区人工固沙区不同固沙年限土壤碳矿化潜力的变化。经过103d的室内培养,土壤CO2-C的释放量表现为55龄>47龄>30龄>24龄>21龄>流动沙丘,在垂直方向上表现为0～5cm>5～10cm>10～20cm。而流沙区土壤碳矿化潜力为10～20cm土层最高。不同固沙年限土壤碳矿化潜力、全氮、有机碳、电导率有明显的差异,均表现为随植被恢复年限的延长而增加,随深度的增加而递减。相关性分析表明,土壤碳矿化潜力与土壤有机碳、总氮、C/N、pH、电导率、温度、土壤水分含量呈极显著相关,土壤各环境因子之间亦呈极显著相关。土壤养分含量随着恢复时间的延长而得到明显的改善,土壤碳矿化潜力与土壤养分状况改善程度一致。人工固沙植被的建立促进了土壤微生物活性,通过潜在的土壤呼吸得到表征。植被恢复和凋落物积累使土壤免遭风蚀,显著增加了土壤有机质的输入,因而显著作用于大气C的固存。     

Changes in soil and vegetation following stabilisation of dunes in the southeastern fringe of the Tengger Desert, China

Properties of the soil and sand-binding vegetation were measured at five sites plus a control on dunes of the Tengger Desert stabilized for periods of up to 50 years. In the topsoil, fine particles, total N, P, K and organic matter increased significantly with increasing site age. However, there were no significant changes in deeper soil profiles (>0.4 m depth). Soil pH, calcium carbonate content, and total salt content tended to increase with age. Soil water in the topsoil changed little with increasing age, but was closely related to rainfall during the 50-year period. For deeper soil layers (0.4–3.0 m) soil water decreased significantly with age. After revegetation, the number of herbaceous species increased up to 30 years and then levelled off to 12–14 species, whereas the number of shrub species decreased from the 10 initial sand-binding species to only 3 species. Shrub cover decreased from a highest average of about 33% to the current 9%, whereas cover and biomass of herbaceous species increased throughout succession from 1956 to 2006. The development of soil and cryptogamic crusts on the surface of stabilized dunes enhanced the colonization and establishment of herbaceous plants due to increasing water availability, clay and silt content and soil nutrients. We propose that changes in properties of the surface soil led to increased interception of water, favoring shallow rooted grasses and forbs over perennial shrubs.     

腾格里沙漠东南缘荒漠草地不同群落类型土壤有机碳分布及储量特征

荒漠生态系统环境的复杂性及其高度的空间异质性是土壤碳储量估算结果不确定性的重要因素。通过调查取样和室内分析, 研究了腾格里沙漠东南缘10种主要荒漠草地群落各土壤层(0-5、5-10、10-20、20-30、30-50、50-70和70-100 cm土层)的土壤有机碳(SOC)含量、垂直分布特征和影响因素, 以及0-5、0-20、0-50和0-100 cm土层剖面的土壤有机碳密度(SOCD)。结果显示, 灌木群落是SOC含量的重要影响因素, 各土层SOC含量在10种群落间均存在显著差异。从土壤表层到深层, SOC含量主要表现为由高至低和先升高后降低两种特征。SOC含量与黏粉粒含量、全氮(N)、全磷(P)和电导率呈显著的正相关关系, 与砂粒含量呈显著的负相关关系。各群落之间, 0-5、0-20、0-50和0-100 cm土层剖面的SOCD均存在显著差异, 其平均值分别为0.118、0.478、1.159和1.936 kg·m ^-2。这一结果低于全球和全国草地SOCD的平均值, 利用全国数据或该研究的平均值可能会高估或低估区域土壤有机碳储量, 因此利用不同群落的SOCD能增加荒漠地区土壤有机碳储量估算的确定性。     

腾格里沙漠人工植被区固沙灌木影响深层土壤水分的动态模拟研究

灌木是我国沙漠地区主要的优势植物类型,固沙灌木的存在有益于沙丘的固定进而有利于退化沙漠生态系统的生态恢复。基于腾格里沙漠沙坡头地区50多年的人工植被区长期观测研究,建立生态-水文模型模拟了该地区固沙灌木盖度和深层土壤水分的动态变化过程,结果表明,固沙灌木的建立改变了沙区原有的生态-水文过程,在固沙灌木建立40多年后,固沙灌木的盖度和深层土壤水分达到了新的平衡状态。灌木盖度逐渐稳定在(10±0.9)%左右,而深层土壤水分稳定在(2.58±0.2)%左右。因此,在年均降雨量为186mm的腾格里沙漠沙坡头地区,土壤水分的最大植被承载力为:灌木和生物土壤结皮的盖度分别维持在10%和60%,深层土壤水分维持在3%左右。     

东北玉米带农田土壤磷素分布特征

对东北玉米带农田土壤全磷及有机磷在0～100 cm剖面中的垂直分布及纬向分异的研究结果表明：海伦、哈尔滨、公主岭和大石桥点的土壤全磷含量随深度增加而下降,0～40 cm土层全磷含量显著高于40～100 cm土层（P<0.01）;德惠、昌图和沈阳点40～60 cm土层土壤全磷含量相对较低,但各土层之间差异不大;0～20 cm土层有机磷含量显著高于20 cm以下各土层(P<0.05).土壤全磷和有机磷含量随着纬度的升高而显著增加(P<0.05),气候条件和土壤类型的差异可能是导致土壤磷素纬向分布差异的主要原因.土壤全磷和有机磷含量与土壤有机碳呈极显著正相关 (P<0.01),说明东北玉米带农田有机质含量是影响土壤磷素含量和分布的主要因素之一.     

腾格里沙漠不同组成生物结皮特征及其对土壤酶活性的影响

生物结皮在干旱半干旱地区生态系统中起着重要的作用。目前,有关生物结皮的存在对土壤酶活性的影响已有大量研究,而对生物结皮基本特征对土壤酶活性的研究较少。以流沙为对照,研究了不同组成生物结皮(藻结皮、地衣结皮、地衣-藓结皮、藓结皮)中以结皮厚度、叶绿素a含量、胞外多糖、胞外蛋白质及结皮中养分为特征的变化规律及其对结皮下土壤酶活性的影响。结果表明：(1)不同组成生物结皮的结皮厚度、叶绿素a、胞外多糖、胞外蛋白质、C、N、P、C/N、C/P、N/P的变化范围从藻结皮到藓结皮分别为：2.28—8.29 mm、1.79—8.05μg/cm~2、14.60—20.43 mg/kg、13.16—19.37 mg/kg、5.54—51.42 g/kg、0.44—3.36 g/kg、0.23—0.54 g/kg、9.62—15.32、24.07—94.98、1.92—6.23,且上述结皮特征均沿着藻结皮、地衣结皮、地衣-藓结皮、藓结皮方向显著增加(P<0.001),但胞外多糖和胞外蛋白质在地衣结皮、地衣-藓结皮和藓结皮间无显著差异(P>0.05);(2)相比于C和N,结皮的P含量具有较小的变异...