川中丘陵区人工柏木林林下群落谱系结构

探索人工林不同生长发育阶段林下群落的谱系结构,可以为森林群落构建机制的解释和生态修复等提供理论依据。本研究选择川中丘陵区不同林龄(15～24年、25～34年、35年以上)的人工柏木(Cupressus funebris)纯林为对象,基于被子植物分类系统Ⅲ谱系框架,选择净亲缘指数(NRI)和最近类群指数(NTI),研究不同生长发育阶段林下灌草层的谱系结构及其变化规律。结果表明：15～24年人工柏木林的林下灌草层物种的组成均表现出了谱系发散(NRI<0,NTI<0),即共存物种亲缘关系疏远;25～34年林下灌草层的谱系结构趋于谱系随机;35年以上的林下灌草层的谱系结构表现为聚集(NRI>0,NTI>0)。不同生长发育阶段林下灌草的谱系多样性指数均表现出显著正相关;不同生长发育阶段林下灌木层之间的NRI指数均呈显著差异,草本层之间NTI的指数也表现出同样的结果;处在25～34年和35年以上林下草本层之间的NRI以及灌木层之间的NTI均无差异,而与15～24年的相应指数呈显著差异。从同一林龄不同林下层之间的比较看,灌木层的谱系结构指数显著不同于草本层;不同生长发育阶段人...     

自然降雨下黄土丘陵区草灌植物垂直覆盖结构的减流减沙效应

黄土高原是我国水土流失和生态环境问题最为严重的地区之一,植被恢复是防治水土流失的重要措施。植物垂直覆盖结构包括地上冠层、地表枯落物和地下根系,各组分具有不同的水土保持作用,是研究植被与水土流失关系的基本单元。目前,关于植物垂直覆盖结构不同组分对土壤侵蚀影响的研究主要是基于人工模拟降雨,缺少自然降雨条件下不同植物的垂直覆盖结构对产流、产沙和入渗等多过程影响的系统研究。本研究以黄土丘陵区典型的草本(须芒草)、半灌木(铁杆蒿)和灌木(绣线菊)为研究对象,每种植物进行三种处理(自然状态、去除枯落物和仅留根系)以及裸地对照,观测2015—2016年降雨事件的产流产沙量和入渗量,分析植物不同垂直覆盖结构的减流减沙效益及其相对贡献。结果表明:三种植物均具有较好的减流(45.9%—73.2%)、减沙效益(87.5%—94.6%)和增加入渗作用(4.7%—10.8%),灌木的减流效果(73.2%)显著高于草本(45.9%)和半灌木(63.5%),但三种植物间的减沙效益没有显著性差异。冠层的减流作用最大,贡献率接近一半(48%—50%),草本枯落物的减流贡献率与根系基本一致,而半灌木和灌木枯落物的减流贡献...     

黄土丘陵区坡耕地与撂荒地土壤水分对降雨的响应特征

为了揭示黄土丘陵区不同土地覆被方式下土壤含水量对不同强度降雨的响应过程,选取山西省冯家沟小流域农耕地和撂荒地为研究对象,基于2019年4—10月降雨和土壤含水量以小时为单位的观测数据,分析了土壤含水量对不同强度降雨的响应规律。结果表明:(1)小雨、中雨、大雨和暴雨对土层的影响深度分别为20、20、60 cm和60 cm,研究区降雨最主要的形式—小雨对土壤水分的补给作用较小。(2)各强度降雨过程中,除0—10 cm土层外,农耕地土壤含水量均大于撂荒地,且大雨条件下农耕地各土层土壤含水量变化较显著,而撂荒地仅0—10 cm和10—20 cm土层土壤含水量有所增加。(3)不同土层土壤含水量对降雨的响应不同,表层响应相对明显而深层相对减弱;农耕地土壤平均含水量最大值出现在50—60 cm土层,而撂荒地出现在30—40 cm土层。(4)本地区农耕地土壤含水量高于撂荒地,表明在该地区适当的作物种植有较好的储存土壤水分的作用。本研究的结果对地区水资源的高效利用和水土流失防控提供了一定的科学依据。     

黄土丘陵区不同土地利用下土壤释放N2O潜力的影响因素

采用室内培养试验,研究了不同水热条件对黄土丘陵区林地、草地和果园土壤释放N2O的影响,同时测定了土壤中不同氮素形态的变化,旨在探讨影响土壤释放N2O潜力的因素。结果表明：土样中N2O通量与温度显著相关（r=0.1599, P<0.05）,均随温度的升高不断增大,35℃时达到最大。N2O通量与土壤水分含量极显著相关（r=0.2499,P<0.0001）,在土壤水分含量较低时,各土样中N2O通量与土壤水分含量呈正相关,土壤水分接近田间持水量时N2O通量最大,超过田间持水量时N2O通量急剧下降。土壤水分和温度对N2O通量的影响可用拟合方程F=a bT cT^2 dT^3 eT^4 fW来描述。在培养条件下,土壤中N2O的释放总量大小依次为：果园土>林地土>草地土,果园土释放N2O的总量分别比林地土和草地土的释放总量多30%,14%。土壤氮素形态与N2O的释放量有一定关系,但规律不明显。     

黄土丘陵区退耕还林地刺槐人工林碳储量及分配规律

采用样地调查与生物量实测方法,研究了甘肃黄土丘陵区不同坡向(阳坡、阴坡)和退耕年限(退耕5a、8a和11a)刺槐人工林乔木不同器官、灌草层、枯落物层和土壤层的碳含量,以及刺槐人工林乔木层、灌草层、枯落物层和土壤层碳储量及其分配特征。结果表明:刺槐不同器官碳含量均值变化范围为43.02%—50.89%%,从高到低排列顺序为树干细枝中枝粗枝叶根桩大根粗根小根中根树皮细根;灌木层碳含量为35.76%—42.74%;草本层碳含量为35.83%—43.64%;枯落物层碳含量为39.55%—41.77%;土壤层(0—100 cm)碳含量均值变化范围0.22%—0.99%,随退耕年限增加而增大,土壤深度的增加而逐渐下降。刺槐人工林生态系统碳库空间分布序列为土壤层(0—100 cm)植被层枯落物层。阳坡和阴坡退耕5a、8a、11a刺槐林生态系统碳储量分别为52.52、58.93、73.72 t/hm2和49.95、61.83、79.03 t/hm2。退耕年限和坡向是影响刺槐人工林碳储量增加的主要因素。刺槐人工林具有良好的固碳效益,是黄土丘陵区的理想树种。     

在黄土丘陵区土质路面种草

土质道路水土流失是所有人工生态系统中最严重的土地利用类型,土壤侵蚀模数是相同条件下林地的250倍,农村道路修筑破坏了区域生态景观的完整性,为景观生态修复理论与技术研究提供了重要的实验场地。广大山区农村田间地块道路在种植和收获季节以外长期处于闲置状态,这为植物的种植和生长提供了可能。1997～2001年,以中国黄土丘陵区陕西省延安市小砭沟小流域农田道路为背景,以防止和减轻路面汇流引发的水土流失对道路的破坏和修复农村道路景观生态系统为目的,采用小区径流监测、施工统计和定点观测的方法,在路面进行了为期5a的种草实验。研究结果显示,农田作业道路路面不仅可以种草,而且具有一定生态经济价值,在条播下,胡枝子、小冠花、无芒雀麦每km年产值可达1068.88～3150.27元;同时,路面牧草可承受适度的通行压力,禾本科牧草一般可承受300t·次/a以下车辆碾压;道路种植禾本科牧草后,除有机质外,土壤中其它营养成份均有不同程度的亏损,因此有必要补充各种肥料延长路面牧草使用年限和提高牧草防蚀能力;路面种草后径流量减少46.15%～69.30%,土壤侵蚀量减少54.53%～77.80%,建设成本仅为石子路的27.69%～35.99%,维护费用仅为土质道路的30.52%,是一种经济可行的技术途径。道路种草后,路面雨季泥泞、旱季尘土飞扬的劣质景观被蜿蜒的绿色道路景观所取代,形似镶嵌在绵延山谷中的绿飘带,这无论在理论还是技术方面都是生态修复学和景观生态学研究的重要方向之一。     

晋陕宁黄土丘陵区生态修复与农林牧业持续发展仿真研究

晋陕宁黄土丘陵区土壤侵蚀严重,生态环境脆弱,不合理利用土地是其主要原因,生态修复与环境重建是该区生态与经济持续发展的重要战略措施。应用系统动力学（System Dynamic,简称SD）和“反馈控制（Feedback control）理论建立了该区生态修复和环境重建的SD模型,它分为人口、农业、林业、牧业、农村经济、土壤侵蚀和生态环境6个模块,仿真时间1990～2080年,步长1a。经检验该SD模型的有效性为93．5％,可用于未来仿真预测。根据该区的生态环境特点和农牧业发展现状,选择生态环境恢复重建的3种典型模式——同步发展模式（A模式）、逐步调整模式（B模式）和现状发展模式（C模式）进行仿真研究,预测3种模式2000～2080年的土壤侵蚀、土地利用的发展动态以及农林牧业和生态环境演化趋势。仿真结果表明：土地利用与农、林、牧业持续发展密切相关,坡耕地和草场退化是制约农林牧业发展的主要因素。合理调整土地利用结构和加速治理侵蚀,可促进生态环境逐步恢复和农林牧业持续发展。同步发展模式（A模式）是该区生态修复和环境重建的3个仿真模式中的最优策略,它可促进农林牧协调发展和生态一经济趋向良性循环,并提出该区生态修复与环境重建的对策措施。该SD模型结构合理,运行功能良好,能较真实的模拟具有多变量、非线性变量的复杂生态系统的动态行为,为生态修复研究提供一种有效工具。     

南方丘陵区生态水资源库脆弱度评价——以湖南省为例

以南方生态水资源库为研究对象,提出生态水资源库脆弱性概念,分析了其脆弱性成因和主要表现.从脆弱性成因角度构建了包含10个具体指标的南方丘陵区生态水资源库脆弱性评价指标体系.以湖南为研究案例,运用模糊物元评价模型对85个县级评价单元的生态水资源库脆弱度进行综合评判.结果表明,全省生态水资源库脆弱性等级以中等脆弱为主,其中,微脆弱等级3个,占总评价单元的3.5%,中等脆弱等级70个,占总评价单元的82.4%,强脆弱12个,占总评价单元的14.1%.脆弱度空间分布存在"西部大于东部,南部大于北部"的总体分布态势.其中,以湘西北、湘西南和湘南所构成的外部环形地带和以长沙、衡邵盆地为中心的中东部地带为全省两个比较明显的高脆弱区(带).     

晋西北不同年限小叶锦鸡儿灌丛土壤氮矿化和硝化作用

利用PVC管顶盖埋管法研究了晋西北黄土高原区小叶锦鸡儿人工灌丛不同定植年限(5,10,20,30,40a)土壤氮矿化与硝化速率的动态和净矿化与硝化总量。结果表明,⑴小叶锦鸡儿灌丛土壤无机氮主要以NO_-~3-N形式存在,不同生长年限相同月份的土壤硝态氮(NO-3-N)含量分别是铵态氮(NH+4-N)含量的1.5—15.4倍;⑵土壤氮素硝化速率和矿化速率随生长年限延长而加快,30年生时达到高峰,数值达40.2,44.1 mg m~(-2)d~(-1)。从季节性变化看,7—8月份是硝化速率和矿化速率快速增长期,30年生小叶锦鸡儿灌丛土壤硝化速率和矿化速率分别达到86.9,93.1 mg m~(-2)d~(-1),显著高于其它生长年限(P0.05);(3)土壤氮素硝化与矿化总量同样随小叶锦鸡儿生长年限延长而增加,30年生时达到最高,与5年生相比,分别增加了3.7和3.1倍。(4)5—10月份小叶锦鸡儿生长期内,各年限土壤全氮量的2.3%被矿化成无机氮,其中87%最终被转化成NO-3-N形式存在于土体中。     

黄土丘陵小流域土壤侵蚀的时空变异及其影响因子

采用土壤侵蚀模型LISEM(Limburg Soil Erosion Model)模拟黄土丘陵沟壑区大南沟小流域5种土地利用格局下立地尺度上土壤侵蚀量的空间分布,从土壤侵蚀量与环境因子的关系分析入手,研究黄土丘陵小流域立地尺度上土壤侵蚀的时空变异性及其影响因子.研究结果表明,立地尺度上平均土壤侵蚀强度以1975年>1998年>退耕格局,可见优化土地利用格局(陡坡农地退耕)可以有效地降低立地尺度上的土壤侵蚀强度.各种土地利用方案下土壤侵蚀强度的空间变异都很显著,相对来说以1975年<1998年<退耕格局,可见优化土地利用格局可以提高土壤侵蚀的空间变异性,降低土壤侵蚀危险的空间聚集度.土壤侵蚀量与降雨呈现显著正相关性,相关性以LU75>LU98>退耕格局,可见合理的土地利用格局可以有效地削弱降雨对土壤侵蚀强度的影响.土地利用方式对土壤侵蚀空间分布具有显著影响.从1975年、1998年到3种退耕格局,陡坡农地退耕还林还草,植被覆盖度增加,林地/灌木地、果园/经济林地、农地和休闲地的平均土壤侵蚀强度都逐渐降低.相关分析表明,林地/灌木地上土壤侵蚀量最小,荒草地相对最严重;果园、休闲地和农地居中.土壤侵蚀强度还存在显著的地形分异.水平凹凸度和相对海拔对土壤侵蚀空间分布的影响比较显著,而坡向、坡度和垂直凹凸度的影响较小.土壤侵蚀强度以水平凸坡大于水平凹坡、垂直凹坡略大于垂直凸坡、偏南坡大于偏北坡、低海拔大于高海拔.对1975年和1998年土地利用格局来说,土壤侵蚀强度以偏西坡大于偏东坡、陡坡大于缓坡;对3种退耕格局而言则正相反.可见,优化土地利用格局(陡坡农地退耕),可以有效地削弱甚至逆转地形对土壤侵蚀强度的影响.