植被恢复对西南喀斯特地区土壤气候韧性的提升作用

土壤质量提升是生态系统应对气候变化能力增强的关键。为探究气候变化背景下不同植被恢复方式对喀斯特地区土壤质量的影响,基于黔桂喀斯特地区气候梯度样带84个样方土壤物理、化学和生物性质综合分析,分别以耕地和次生林作为退化和顶级恢复对照,探讨了自然恢复(灌木林)和人工恢复(人工林)的土壤质量提升效应及其对气候变化的响应。结果表明:(1)植被恢复不仅显著提高了土壤细菌、真菌、放线菌等微生物丰度以及有机碳、全氮、速效氮等养分含量,也对土壤质地有一定改善;(2)自然恢复和人工恢复均提高了土壤质量,两种恢复方式之间土壤质量指数无显著差异,但与次生林依然存在差距。灌木林和人工林的土壤质量仅约为次生林土壤质量的62%-66%;(3)耕地土壤质量随年均温和年平均降雨量的增加而下降,次生林的土壤质量随年平均降雨量的增加而上升,植被恢复对土壤质量的提升率与年均温和年平均降雨量呈正相关关系。阐明了在一定范围的气候变化下进行植被恢复可以显著提升喀斯特地区土壤的气候韧性,揭示了喀斯特地区植被恢复对土壤质量的提升主要是由于提高了土壤碳氮养分含量及改善了土壤微生物群落结构,这为全球气候变化背景下喀斯特退化土地生态恢复和管理提供了理论依据。     

洞庭湖区洪灾淹没区鼠类群落结构恢复的生态过程

在 1998年特大洪灾中被淹没 3个多月的湖南省安乡县安造大垸 ,经退水后连续 3a的观察 ,揭示了洪涝灾害对鼠类群落结构的影响以及群落演替或恢复的过程。当地的优势种黑线姬鼠是洪灾后农田区残留的主要鼠种 ,但密度极低 ;房舍区则以中型鼠褐家鼠与黄胸鼠为主 ,并保持较高的密度。在农田 ,灾后近 2 a时间内都仅捕获黑线姬鼠 ,而农房的鼠种组成很快变成与未被淹地区相似 ,不同的是在未被淹地区小家鼠的比例比灾区高。比较灾区与对照区群落的鼠种组成、群落优势度及优势集中性指数、群落的多样性与均匀性指数、群落相似性系数 ,发现随着群落的演替 ,灾区鼠群落逐步地与对照区趋于一致 ;仅有灾区的害鼠密度例外 ,仍维持在较高水平。由于房屋的顶层或楼房的 2层以上部分 ,在洪灾中未被淹没而成为害鼠的避难地 ,因此洪涝灾害对房舍区鼠群落结构的破坏比农田区的小 ,这从灾后的鼠密度和结构的变化可知 ,也是房舍区鼠类群落的恢复速度比农田区快的原因     

喀斯特峰丛洼地不同森林类型植物和土壤C、N、P化学计量特征

研究西南喀斯特峰丛洼地人工林、次生林、原生林3个不同森林类型的6个代表性植物群落C、N、P化学计量特征及其与土壤的关系.结果表明: 不同森林类型植物和土壤C、N、P含量均存在显著差异.土壤C和N含量均为次生林最高,人工林最低,土壤P含量为人工林最高,原生林最低;植物C和P含量变化趋势为人工林>原生林>次生林,植物N含量为次生林最高,原生林最低.土壤C∶P、N∶P以及植物C∶P均为原生林显著高于次生林和人工林,土壤C∶N在不同森林类型间差异不显著;植物N∶P为次生林最高,人工林最低,植物C∶N为原生林>人工林>次生林.在不同森林类型中,乔木叶片N含量与P含量、C∶N与C∶P以及C∶P与N∶P之间均呈显著线性正相关,除了植物叶片C∶N与N∶P以及土壤C∶N与N∶P之间呈显著线性负相关外,植物和土壤的C、N、P、C∶P均无显著相关性,说明土壤C、N、P供应量对乔木叶片C、N、P含量影响不大.     

岩溶山区水分时空异质性及植物适应机理研究进展

西南岩溶地区虽然降水充沛,但因具有二元水文结构,地表水大量渗漏、地下水深埋,加上土层浅薄且分布不连续、土壤储水能力低,岩溶干旱严重,水分亏缺仍然是植被恢复重建的关键限制因子。如何有效地进行植被的恢复重建和实现水土资源的协调利用,是该地区石漠化综合治理面临的主要难题。由于地质背景的特殊性、地形地貌的复杂性和生境的高度异质性,岩溶山区水分运移过程与其他类型区显著不同,亟需综合考虑岩性、地形地貌、土壤与岩石分布、植被等因素的影响。在简要介绍岩溶山区土壤-岩石环境特征的基础上,综述了降雨入渗产流规律、水分时空异质性、植物水分来源及适应机理等几个方面的研究进展,探讨了当前研究中存在的问题,并对未来研究进行了展望。今后应以大气-植被-土壤-岩石系统为研究对象,将水分运移过程与植物的水分利用方式有机结合,综合运用土壤物理学、生态水文学、植物生理学、岩溶地质学等多学科研究手段,探讨表层岩溶带的水文调节功能及其主要影响因素,揭示坡面、小流域尺度植被与水文过程的相互作用机理,为西南岩溶山区水源涵养型植物群落的优化配置提供科学依据。     

洞庭湖景观格局变化及其对水文调蓄功能的影响

景观格局影响并决定着湿地水文调蓄过程和功能。基于洞庭湖区1980、1990、2000和2005年的景观格局数据和相应4年的水文实测数据,利用灰色关联分析,探讨了洞庭湖景观格局变化对水文调蓄功能的影响及其作用机制。结果表明,洞庭湖区景观格局指数与调蓄功能存在不同程度的相关性,其中调蓄量与最大斑块指数和聚合度指数关联度最大,分别为0.77和0.75,说明景观中的优势斑块大小以及同质斑块间的连通性有利于湖区调蓄能力的增加。泥沙沉积率与斑块数、形状指数、多样性指数和均匀度指数关联度也较大,变化于0.7—0.78之间,说明景观的破碎化程度,多样性,形状复杂度的增大会加大湖区泥沙沉积率。分流比、分沙比与景观格局指数的关联度均较小。景观类型指数与调蓄量的关联度分析表明,水田、林地和水体的最大斑块指数和聚合度指数与调蓄量关联度均较高,说明水田、林地和水体最大斑块面积和聚合度的增大有效增大了湖区调蓄能力。     

基于RBFN的桂西北喀斯特区植被碳密度空间分布影响因素分析

在2010年植被碳密度空间分布结果的基础上,通过13个环境因子的1377个样点数据,建立径向基函数网络(Radial Basis Function Network,RBFN)模型,对桂西北喀斯特区植被碳密度空间分布的影响因素进行了初步探讨。研究结果显示:对该区植被碳密度空间分布影响最为重要的前4位为地类、森林类型、林种和植被类型4个因子,其标准化重要性分别在50%以上;其次为石漠化程度、腐殖层厚度、面积等级、植被总覆盖度和土层厚度5个因子,其标准化的重要性分别在15%—30%;影响最小的是坡位、坡度、坡向和海拔4个地形因子,其标准化重要性仅2%—11%。研究表明地形因子对植被碳密度空间分布影响有限,更为重要的是土地类型、森林类型、林种和植被类型等可通过人为活动改变的因素,因此生态环境移民、退耕还林等石漠化治理措施对植被碳密度空间分布具有重要影响。     

喀斯特不同植被恢复阶段土壤有机酸季节变化与有效氮磷的关系

植物分泌有机酸在提高土壤养分有效性方面起到重要作用。为了解喀斯特地区不同植被恢复阶段土壤有机酸含量季节性变化与氮磷有效性的关系,在灌木林和原生林各选择3种优势植物,测定雨季和旱季两个季节根际土和非根际土的有机酸含量、碳氮磷含量和比值、有效性氮磷含量及微生物生物量碳。结果表明:原生林植物根际土的草酸含量高于灌木林,而苹果酸和乙酸含量则低于灌木林;根际土草酸含量均高于非根际土; 2个植被根际土和非根际土的草酸含量在雨季高于旱季,而苹果酸和乙酸含量则低于旱季;土壤草酸含量与有机碳、全氮、全磷和N∶P值呈显著正相关,与C∶N呈显著负相关;土壤有效氮和有效磷与草酸和微生物生物量碳呈显著正相关。上述结果表明,植物分泌有机酸的季节性变化与土壤养分状态和自身养分需求相关,而有机酸耦合微生物对养分有效性的提高具有积极的作用。因此,根际土的有机酸季节变化可能是喀斯特生态系统中植物适应土壤养分限制的一种重要机制。     

重点脆弱生态区生态恢复模式现状与发展方向

生态系统退化严重影响区域可持续发展,控制生态系统退化和生态恢复已成为重要议题。我国脆弱生态区分布广泛,生态系统退化显著,荒漠化、水土流失、石漠化等问题突出,针对这一问题,我国已开展一系列生态恢复工程,积累了数量众多的生态恢复模式。在梳理重点脆弱生态区(北方风沙区、青藏高寒区、干旱荒漠区、黄土高原区和喀斯特地区)生态环境问题现状基础上,整理了针对不同脆弱生态区及亚区的生态恢复模式,构建了一套全面评估生态恢复模式的综合效益的指标体系,结合实地调查和数据收集,评估了脆弱生态区的生态恢复模式的综合效益,基于此提出生态恢复实践中应将生物多样性和生态系统服务提升作为重要目标,同时加强针对生态恢复模式的成本效益分析,综合设计生态恢复管理制度,搭建重点脆弱生态区生态恢复信息平台可为生态恢复模式筛选和优化提供决策支持。     

桂西北喀斯特移民区土地利用方式对土壤养分的影响

利用典型喀斯特峰丛洼地主要土地利用方式（灌草地、次生林地、果园、牧草地、旱地）的土壤养分测定数据,研究土地利用变化对土壤养分的影响.结果表明：土壤有机碳、全氮、有效氮含量随土地利用强度的增加而降低,灌草地和次生林地比果园、牧草地和旱地土壤有机质含量高86%～155%、全氮含量高62%～119%、有效氮含量高66%～215%（P<0.05）;全磷和全钾含量主要受养分来源的影响,受土地利用方式影响较小;速效磷含量主要受施肥的影响,有效钾含量则主要受植被覆盖和水土流失状况的影响.土地利用方式是影响土壤有机碳、全氮、有效氮、有效磷、有效钾等养分含量变化的重要因素.粗放的农业耕作降低了土壤养分并引起土壤退化,而植被恢复等措施可以培肥土壤.因此,喀斯特区域应改变粗放的农业耕作方式,加强施用有机肥和平衡施肥,对坡度≥25°的坡耕地采取“退耕还林还草”措施,以恢复和重建喀斯特地区生态环境,实现土地资源的可持续利用.     

不同林龄尾巨桉人工林碳储量及分配格局

利用桂东南桉树(Eucalyptus spp.)主产区5个不同林龄(1a、2a、3a、5a和8a)15个样点45个样地调查数据,分析桂东南尾巨桉(Eucalyptus urophylla×E.grandis)人工林的碳格局及其动态变化特征。结果表明:(1)尾巨桉人工林生态系统总碳储量表现为3a林龄(195.25t·hm-2)5a林龄(169.57t·hm-2)8a林龄(166.70t·hm-2)2a林龄(165.00t·hm-2)1a林龄(111.84t·hm-2);不同林龄碳储量分布格局均为土壤层植被层凋落物层,地下部分地上部分;其中植被层为4.87~80.54t·hm-2,占总碳储量的4.36%~48.31%,随林龄的增加而增加;凋落物层为0.92~3.25t·hm-2,占0.82%~1.91%,随林龄增加呈递减趋势;土壤层为3a林龄(162.53t·hm-2,83.24%)2a林龄(141.55t·hm-2,85.79%)5a林龄(112.26t·hm-2,60.22%)1a林龄(106.05t·hm-2,94.82%)8a林龄(84.50t·hm-2,50.69%)。(2)植被层碳储量以乔木层最大(3.10~78.97t·hm-2),占63.64%~99.25%,其中乔木层各器官碳储量以树干最大(1.58~68.84t·hm-2),占乔木层碳储量的50.90%~87.18%,随林龄的增加而增加,枝、叶、根分别占4.97%~12.17%、1.97%~22.36%和5.87%~14.57%,均随林龄而下降。(3)桂东南尾巨桉人工林生态系统年净固碳量平均为11.73t·hm-2·a-1,2a林龄(16.03t·hm-2·a-1)最大,3a林龄的固碳能力也很高,8a林龄年净固碳量与5a林龄持平,高达11.96t·hm-2·a-1,是较好的碳汇林业树种。提高桉树林的生态服务功能、降低其负面效应将有利于桉树人工林生产的发展。