基于扩展的Budyko模型定量评估平江流域森林恢复和气候变异对季节性径流的影响

流域季节性径流变化反映了年内水资源的动态特征。在以森林为主的流域中,森林变化和气候变异被普遍认为是影响流域水文过程的两大驱动因素。因此在全球气候变化背景下,研究流域森林恢复和气候变异对流域季节性径流的影响,可为协调区域碳-水关系和制订可持续的森林经营管理策略提供参考。选择鄱阳湖流域上游的平江流域为研究对象,根据流域历史森林覆盖率变化情况,将研究期划分为参考期（1961-1985）和森林恢复期（1986-2006）,采用Mann-Kendall趋势分析研究流域长时期水文气象数据是否存在显著变化趋势。同时引入月干旱指数（潜在蒸散发和有效降雨的比率）,将一年定义为能量限制季（1-6月）和水分限制季（7-12月）,结合扩展的Budyko模型定量分析平江流域森林恢复和气候变异对季节性径流的相对贡献。在本研究流域整个研究期内（1961-2006）,通过Mann-Kendall趋势分析发现,研究流域水分限制季径流呈现显著增加趋势,而能量限制季水文和气候变量变化趋势均不显著。其次,相较于参考期,流域森林恢复使能量限制季径流降低了11.71 mm/a （24.40%）,使水分限制季径流增加了12.27 mm/a （17.23%）。同时,气候变异导致能量限制季径流减少了36.28 mm/a （75.60%）,而使水分限制季径流增加了58.94 mm/a （82.77%）。上述研究结果表明,森林恢复对径流影响具有累积效应。森林恢复对季节性径流具有积极的调节作用,同时季节性径流对森林恢复的响应存在时间差,而且森林恢复对径流的影响在能量限制季和水分限制季具有相互抵消的作用,气候变异与森林恢复的影响效应类似。此外,本研究也证实,平江流域季节性径流变化主要是受气候变化主导,但森林恢复对季节性径流的贡献也不容忽视。     

库布齐东段不同植被恢复阶段荒漠生态系统碳氮储量及分配格局

为科学评价植被恢复促进沙漠化逆转对碳氮储量的影响,以流动沙地、半固定沙地、油蒿固定沙地、柠条固定沙地、沙柳固定沙地5个阶段荒漠生态系统为研究对象,采用时空替代法分析植被恢复过程中荒漠生态系统碳氮储量及分配格局。结果表明:不同恢复阶段碳氮储量均表现为:流动沙地(3320.97 kg C/hm~2、346.69 kg N/hm~2)半固定沙地(4371.46 kg C/hm~2、435.95 kg N/hm~2)油蒿固定沙地(6096.50 kg C/hm~2、513.76 kg N/hm~2)柠条固定沙地(9556.80 kg C/hm~2、926.31 kg N/hm~2)沙柳固定沙地(19488.54 kg C/hm~2、982.11 kg N/hm~2)。植被层碳氮储量均呈现随植被恢复逐渐增加的趋势,除流动沙地外,其他阶段碳氮储量均以灌木层为主,占比分别为66.65%—91.41%和52.94%—93.39%,草本和凋落物占比较小。灌木各器官生物量及碳储量分配均为:茎根叶,氮储量分配无明显规律,草本各器官生物量及碳氮储量分配均为地上部分高于地下部分。土壤层是荒漠生态系统碳氮储量的主体,碳储量占比为68.64%—99.62%,氮储量占比为89.26%—99.89%,同样呈现随植被恢复逐渐增加的趋势。碳氮储量随土层加深逐渐降低,具有明显的表层富集特征,且随植被恢复过程富集性显著加强。这说明人工建植促进植被演替实现沙漠化逆转可以显著增强荒漠生态系统的碳氮固存能力。     

植被恢复模式对石漠化生态系统碳储量的影响

为揭示石漠化生态系统碳储量对植被恢复模式的响应,在广西天等县中度石漠化山地,研究了吊丝竹纯林(Dendrocalamus minorD)、任豆纯林(Zenia insignis Z)、任豆、蚬木(Buerretiodendron hsienmu)和顶果木(Acrocarpus fraxinifolius)混交林(mixed plantation M),以及相应同龄封育林(D_(CK)、Z_(CK)、M_(CK))的碳储量。结果表明:人工林碳储量显著高于相应同龄封育林的碳储量,D、Z、M人工林碳储量分别为67.75、66.56、121.20 t/hm~2,而D_(CK)、Z_(CK)、M_(CK)封育林仅为49.75、52.89、60.86 t/hm~2。碳储量在乔木层、地被物层、土壤层分配排序因生态系统类型而异,如M:乔木层土壤层地被物层;D和Z:土壤层乔木层地被物层;D_(CK)、Z_(CK)和M_(CK):土壤层地被物层乔木层。此外,M、D、Z乔木层年平均碳储量差异显著,而封育林尚未形成乔木层,其植被碳储量则随封育时间的增加而提高,即M_(CK)Z_(CK)D_(CK)。可见,在中度石漠化山地,植被恢复模式显著影响生态系统碳储量及其分配。人工造林相对于封山育林更能快速促进植被恢复、形成乔木林,从而提高生态系统碳储量。     

滇中退化山地不同植被恢复下土壤碳氮磷储量与生态化学计量特征

植被恢复对土壤营养元素的存赋及其生态化学计量特征的影响广受关注,为了深入了解不同植被恢复类型下土壤碳、氮、磷储量与生态化学计量特征,选择滇中地区退化山地飒马场流域具有代表性的4种不同修复阶段的典型植被(荒坡灌草丛、云南松林、针阔混交林和次生常绿阔叶林)为研究对象,分析了不同植被类型下不同深度土壤中有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)储量和化学计量变化特征。结果表明,退化山地的植被恢复显著改变土壤碳氮磷储存能力和化学计量比,这种改变作用整体上随土壤深度增加而降低。其中,在0—60 cm土层上,SOC储量在次生常绿阔叶林最高,达123.41 t/hm~2,其次是针阔混交林(115.69 t/hm~2)和云南松林(93.08 t/hm~2),荒坡灌草丛(89.56 t/hm~2)最低;TN储量针阔混交林(4.91 t/hm~2)次生常绿阔叶林(4.58 t/hm~2)云南松林(4.43 t/hm~2)荒坡灌草丛(3.98 t/hm~2),4种植被类型间差异显著;TP储量云南松林最高(2.57 t/hm~2),次生常绿阔叶林(2.2 t/hm~2)最低;4种植被类型下土壤C/N介于15.77—30.18,C/P介于29.24—65.33,N/P介于1.28—2.68之间,在0—60 cm土层上均以次生常绿阔叶林最高。植被类型和土壤深度及其交互作用显著影响研究区的SOC、TN和TP储量和化学计量比。分析认为,退化山地不同植被类型对土壤碳氮磷储量和化学计量的影响过程复杂,修复演替进入到次生常绿阔叶林阶段土壤理化性质显著提升,该地区植被修复主要受到氮的限制。研究表征了滇中退化环境植被恢复过程中土壤主要元素变化特征,为揭示植被恢复与土壤生态功能演变关系提供数据支持。     

河岸带农田不同恢复年限对土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响——以温榆河为例

弃耕地撂荒是土壤与植被向自然方向进行的次生演替,研究河岸带土壤撂荒后碳氮磷生态化学计量特征,是恢复和重建由农田干扰导致的退化河岸带生态系统的重要科学基础之一。以河岸带农地为对照,不同撂荒年限(撂荒2年、撂荒8年、撂荒10年)的土壤为研究对象,探索不同撂荒年限对土壤碳、氮、磷含量及相互关系的影响。结果表明:(1)土壤有机碳、氮的含量均呈现撂荒10年撂荒8年农田撂荒2年;土壤中磷含量呈现撂荒10年撂荒8年撂荒2年农田;农田和各撂荒年限的土壤碳、氮、磷含量,均随着土层深度的增加而呈降低的规律,但土壤碳和氮差异的显著性比磷明显。(2)河岸带土壤中C/N、C/P的均值均呈现:撂荒10年农田撂荒8年撂荒2年趋势。N/P的均值呈现:撂荒10年(0.78)农田(0.77)撂荒8年(0.77)撂荒2年(0.67),表明N是本研究区河岸带植被恢复的限制性营养元素。(3)河岸带农田和不同撂荒年限土壤碳、氮含量均存在极显著的耦合线性关系,而碳与磷、氮与磷之间的线性拟合程度相对较低。(4)在农田撂荒演替的初期阶段(2年),土壤的容重没有显著的变化,而随着撂荒时间的增加(8年和10年),土壤容重均有显著的降低,土壤结构得到改善。     

退化高寒草甸关键生态属性对多途径恢复措施的响应特征

高寒草甸是青藏高原的主体植被类型,但退化态势较为严峻,严重威胁青藏高原生态屏障的战略地位。退化高寒草甸的复健是世界性难题,治理效果也因退化状态、恢复措施及气候环境而异。以春季休牧、秋季休牧、畜群结构优化、减畜轮牧、围栏封育及翻耕改建等典型多途径恢复措施下的退化高寒草甸为对象,系统探讨主要生态要素和生态功能的响应特征及潜在过程。结果表明,典型恢复措施下退化高寒草甸的植被生产力、土壤有机碳密度及土壤饱和持水量等生态要素都得到一定程度的提升,而恢复效果与实施年限及恢复措施密切相关。围栏封育和翻耕改建下土壤有机碳密度及饱和持水量随恢复年限均表现为对数饱和型的响应特征,退化高寒草甸固碳持水功能的基本恢复年限约为6—10年。春季休牧、秋季休牧、畜群结构优化、减畜轮牧、围栏封育等放牧管理恢复措施应适用于轻度退化至重度退化的高寒草甸,而翻耕改建则是极度退化高寒草甸的适宜治理措施。由于多途径恢复措施的关注目标不同,今后研究应集中在恢复措施的组合优化和综合评价等方面。     

纳塔栎和柳叶栎对铅锌矿区污染土壤的修复潜力分析:田间试验

通过野外调查、采样和实验室分析方法,研究优新景观树种纳塔栎（Quercus nuttallii）和柳叶栎（Quercus phellos）对湖南郴州Pb、Zn矿区复合污染土壤的适应性和修复潜力。试验设计A、B、E区种植1年生纳塔栎,C、D区种植1年生柳叶栎,1年后测量株高、地径、生物量等生长指标,随机采集植物全株及根际土壤,测试植物根际土壤和树木组织中的重金属含量。试验结果：Pb、Zn矿区土壤受到重金属Cd、Pb、Zn和As的复合污染,不同区域的土壤表现出污染异质性,采用单污染指数（Pi）和内梅罗指数（P_N）评价不同地块的污染程度,A区尾矿库（P_N=20.08）和B区（P_N=3.14）为重度复合污染,C区（P_N=2.43）为中度复合污染,D区（P_N=1.55）和E区（P_N=1.07）为轻微污染。纳塔栎和柳叶栎在以上不同污染地块均能正常生长,株高、地径和生物量与复合污染指数（内梅罗指数）及重金属含量呈负相关。其中纳塔栎对Cd的生物富集系数（BCF）在A、B、E区分别为6.27-8.37、3.67-4.38、42.93-52.75,高于C、D区柳叶栎对Cd的生物富集系数1.79-2.15、0.89-1.07。B-E区Zn的转运系数（TF）在1.79-2.28之间,A区Zn的转运系数为0.43。结论：纳塔栎和柳叶栎表现出较强的重金属耐性,对Cd具有较高的生物富集能力,对Zn具有较高的转运能力。其中纳塔栎对重金属积累能力较强,可作为亚热带地区铅锌矿区Cd、Pb、Zn、As复合污染土壤的植被恢复及生态修复候选树种。     

青藏高原东缘半湿润沙地典型生态恢复模式的效果比较研究

草地退化与沙化直接影响草地生态系统的功能与服务,植被恢复是沙地恢复治理的重要方式之一,但是探究沙化草地典型生态恢复模式的恢复效果及模式优化研究不足。以野外调查与室内分析相结合的方法,以重度沙化草地为对照（CK）,比较研究了青藏高原东缘沙地三种典型生态恢复模式（围栏封育（Fencing enclosure,FE）、布设高山柳沙障（Salix cupularis sandy barrier,SCSB）、布设高山柳沙障+种草（Salix cupularis sandy barrier plus planting grasses,SCSBPPG））对草本植物群落和土壤理化性质的影响。结果显示：（1）与CK相比,FE的地上草本盖度、生物量、Margalef丰富度指数和Shannon-Weiner多样性指数分别显著提高了13.54倍、13倍、3.09倍和1.80倍,且SCSBPPG的这些指标分别显著提高了11.24倍、10.50倍、1.05倍和0.83倍（P < 0.05）,而SCSB对以上指标影响均不显著。（2）三种典型生态恢复模式对沙地的土壤容重无显著影响,而三种典型生态恢复模式0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm土层土壤含水量变化规律一致（SCSBPPG > FE > SCSB）,且SCSBPPG和FE的0-10 cm土层土壤含水量的增加最明显,分别为244.90%、176.92%（P < 0.05）,而SCSB土壤含水量相较于CK无显著差异。（3）该研究区的pH在5.74-6.21之间,FE和SCSBPPG较CK显著降低了0-30 cm各土层土壤pH（P < 0.05）。此外,三种生态恢复模式0-30 cm各土层土壤有机质、全N、全P、全K含量递减变化规律为FE > SCSBPPG > SCSB,FE和SCSBPPG各土层土壤有机质、全N、全P均高于CK,且都在土层10-20 cm增幅最大,FE的最大增幅分别为243.62%、93.94%、68.97%,SCSBPPG的最大增幅分别为118.46%、45.45%、41.38%,而SCSB显著降低了各土层土壤有机质、全N和全P量（P < 0.05）。因此,在青藏高原高寒轻度沙化草地围栏封育有利于其恢复,而重度沙化草地的生态恢复需采用植灌和种草结合的模式。研究结果可为沙地的恢复治理和可持续管理提供依据。     

南亚热带混交人工林树种丰富度与土壤微生物多样性和群落组成的关系

森林植被与土壤微生物作为森林生态系统的重要组成部分,它们之间的相互作用对维持森林生态系统功能和稳定性起着重要作用。以往多在天然草地和森林生态系统开展植物多样性与土壤微生物多样性关系的研究,但人工构建的多树种混交林生态系统中树种多样性对土壤微生物群落组成的影响及其机制尚不完全清楚。因此,以南亚热带人工块状造林后自然恢复形成的多树种混交森林生态系统为研究对象,利用高通量测序技术研究了随树种丰富度（1-10种）变化土壤细菌和真菌多样性的变化规律及主要影响因子。结果表明,随树种丰富度增加,土壤真菌α多样性显著提高,但土壤细菌α多样性差异不显著;不同树种丰富度梯度间土壤细菌和真菌的群落结构组成均差异显著;Pearson相关分析表明土壤细菌α多样性主要受土壤pH和土壤铵态氮影响,而土壤pH和有效磷是土壤真菌α多样性的主要影响因子。距离冗余分析（db-RDA）表明,对土壤细菌群落组成产生显著影响的环境因子分别为土壤pH、硝态氮和芳香碳组分,而土壤有机碳、硝态氮、细根生物量和氧烷基碳组分是影响土壤真菌群落组成的主要因子。本研究的结果说明了南亚热带人工林不同树种混交后形成多树种混交林生态系统的过程中,树种组成和多样性的变化通过改变土壤理化性状和根系生物量对土壤微生物群落组成有显著影响,为制定该区域人工林通过树种丰富度合理组配调控提升地下生物多样性及生态系统功能的经营策略提供了科学依据。     

人工蓝藻结皮对沙区表层土壤酶活性及其恢复速率的影响

土壤酶是土壤养分循环的重要参与者,也是反映土壤功能的重要指标之一。人工生物土壤结皮(Biological Soil Crusts, BSCs)是近年来新型的固沙技术之一,能够显著促进荒漠生态系统功能的恢复。然而,目前关于人工BSCs如何影响沙区土壤酶活性及恢复速率的研究仍鲜见报道。通过对腾格里沙漠东南缘人工培育以及自然发育的蓝藻结皮和流沙表层(0—2 cm)土壤酶活性(蔗糖酶、纤维素酶、淀粉酶、过氧化氢酶)以及BSCs的基本特征(叶绿素a和胞外多糖)进行测定,探讨了人工蓝藻结皮表层土壤酶活性的变化与恢复速率以及土壤酶活性与人工蓝藻结皮基本特征的关系。结果表明：人工蓝藻结皮表层土壤蔗糖酶(13.03—20.51 mg d^-1 g^-1)、纤维素酶(45.60—47.20 mg d^-1 g^-1)、过氧化氢酶(12.43—23.31μmol d^-1 g^-1)和淀粉酶活性(91.04—153.93 mg d^-1 g^-1),...