张社奇[1]2004年在《黄土高原油松、刺槐人工林地土壤生态系统的功能特征研究》文中指出黄土高原严重的水土流失和恶劣的生态环境受到了我国政府和学术界的广泛重视。探索黄土高原区油松、刺槐人工林地土壤生态特征和功能,对揭示森林与土壤的互动作用机理、森林对环境的保护作用、西部生态环境质量评价具有重要的理论意义和应用价值。本文对油松、刺槐人工林的林分特征、土壤水分物理性质、土壤化学以及养分和微生物的时空分布和特征,采用时空对应方法,进行了系统研究,取得了以下重要成果和创新点: 1.得到了油松、刺槐人工林地土壤水分物理性质的时空动态规律。 油松、刺槐林地土壤容重随树龄无确定的变化规律,随土壤深度的增加按幂函数规律增加,容重的空间梯度随土壤深度增加按幂函数衰减,除土壤表层变化较大外,其余土层容重空间梯度较为稳定。油松、刺槐林地的容重均小于撂荒地,而且油松改变土壤容重的作用大于刺槐。 油松、刺槐林地土壤毛管孔隙随树龄无确定变化规律,随土壤深度的变化波动变化。油松林地不同深度的土壤毛管孔隙无明显的增减规律,而刺槐林地在不同深度的土壤毛管孔隙均有所增加。说明在增加土壤毛管孔隙方面,刺槐林大于油松林。 油松、刺槐林地土壤非毛管孔隙随树龄无确定变化规律。随土壤深度的增加,油松林地非毛管孔隙度按对数规律衰减,非毛管孔隙的空间梯度按幂函数规律增加,除土壤表层外,其余土层空间梯度较为稳定;随土壤深度的增加,刺槐林地土壤非毛管孔隙则是波动变化。油松和刺槐林地均增加了土壤的非毛管孔隙,油松林的作用强于刺槐林。 油松、刺槐林地土壤总孔隙度随树龄无确定变化规律,随土壤深度波动变化。油松、刺槐林均能增加土壤的总孔隙度。 油松、刺槐人工林地土壤最大持水量、毛管持水量和最小持水量随树龄的增加无确定的变化规律,但随土壤深度的变化规律有所区别。随着土壤深度增加,油松林地最大持水能力、毛管持水能力按幂函数规律衰减,其空间梯度按幂函数规律增加,除土壤表层外,其余土层空间梯度较为稳定,而刺槐林地则是波动变化;油松、刺槐林地的最小持水量均随深度波动变化。土壤持水能力排序为油松>刺槐>撂荒地。因此,油松、刺槐林地能够显着改善土壤的水分物理状况。 2.得到了油松、刺槐人工林地土壤颗粒分形特征。 油松、刺槐人工林地不同粒级的土壤颗粒含量差异极为显着,不同土壤深度上各粒级相对树龄的变化不大,但刺槐林地粘粒含量随树龄的增大有减小的趋势,表明刺槐人工林有增强土壤团聚能力的功效。 油松、刺槐人工林地土壤粘粒、粉粒和砂粒含量在不同土壤深度的差异达到显着水平。这种差异与成土过程和林木凋落物及根系在不同深度的影响程度有关。 油松、刺槐人工林地的土壤颗粒分形维数在土壤剖面的不同深度趋于均一,而且小
倪文进[2]2004年在《黄土高原南部人工植被SPAC系统水分循环模式和利用效率研究》文中提出黄土高原地区总面积达62.38万km~2，涉及我国中西部的7个省(自治区)。该区沟壑密布、干旱少雨、植被稀少、暴雨集中、降雨时空分布不均，是我国生态环境最为脆弱的地区，也是我国乃至世界水土流失最为严重的地区之一。控制水土流失，改善生态环境是实现区域人与自然协调发展的根本出路，恢复或重建持续、稳定、高效的植被生态系统是区域生态环境建设的重要内容，区域水资源承载能力和水环境容量是关系植被建设成败的关键因素。在黄土高原南部地区，从时间序列和空间配置出发，在植被的组织、器官、个体、群体和系统五个水平上，应用水量平衡场、径流观测场及原状土柱法等技术和方法，全面系统地研究SPAC系统油松、侧柏、剌槐、苹果、杏等人工植被生态系统以及农田、草地的“五水”(大气水、地表水、土壤水、地下水和植物水)转化或循环、水分平衡要素及相互关系、土壤水分含量时空动态、水资源利用模式及其效率，区域植被建设的水资源承载能力和水环境容量等。该论文的主要研究结果如下： 黄土高原南部油松、侧柏、刺槐、苹果和杏人工林的大气降水量在0.8～1.0mm时，降水被林冠全部吸收，之后大气降水量与林冠穿透降水量呈显着的正相关关系；4～9月生长季节油松、侧柏和刺槐林树冠的透过降水率分别为73.8％、76.9％和79.5％，而杏林和苹果林的分别为78.9％和79.3％；密度和郁闭度小的林分透过率高，阔叶林的比针叶林的高，阔叶林透过率的变化幅度也比针叶林的高。油松、侧柏、刺槐、杏林和苹果林对大气降水的平均截留率分别为20.0％、16.9％、15.5％、14.1％和15.6％，其大小排序为油松＞侧柏＞苹果＞剌槐＞杏林，且针叶人工林林冠截留率比阔叶人工林林冠的高，变化幅度比阔叶林的小。大气降水量在1.0～1.2mm，树木不产生干流，之后随着大气降水量的增加，干流呈明显的增加趋势，油松、侧柏、刺槐、杏林和苹果林分平均干流率分别为6.1％、6.2％、4.9％、6.9％和5.0％，不同林型、前期降水及水强，干流率差异较大；干流量虽小，但在补充林地干旱月份增加土壤水分作用重大。油松、侧柏、刺槐、杏林和苹果林枯枝落叶层的最大持水率分别为309.28％、321.34％、392.37％、352.78％和345.53％，最大持水量分别为1.34、1.21、1.73、1.23和0.25 mm，上述5种林分枯枝落叶层积累现存量分别为4.234、3.885、4.924、3.581和0.563 t·hm~(-2)，枯枝落叶层平均蓄留率分别为4.90％、4.90％、6.02％、5.55％和0.84％，林地积累的枯枝落叶愈多，拦蓄的大气降水量愈大，阔叶比针叶林拦蓄大气降水量大。油松、侧柏、刺槐、杏林和苹果林林地对大气降水的平均净接水率分别：77.3％、78.2％、78.4％、80.3％和83.5％，大小排序为苹果＞杏林＞刺槐＞侧柏＞油松，阔叶林具有较高的净降水率。 在土壤质地、含水率以及浑水泥沙组成一定的情况下，随着浑水含沙量的增大，浑水累积入渗量相应减小。在入渗土体、含沙量相同的条件下，随着＜0.01mm物理性粘粒含量的增加，浑水累积入渗量逐渐减小，且减小的幅度随着入渗历时延长而增大。人工林林地中壤土浑水入渗试验表明应用Kostiakov幂函数比应用复合幂函数模型模拟入渗相关系数更高，土壤入渗性能的高低与土壤性质、湿度状况以及入渗水流的水头梯度有关。含沙水流可显着削弱人工林林地土壤浑水径流的入渗能力，降低人工林林地的水源涵养功能。立地条件基本相同条件下，刺槐林地浑水累积入渗量远大于侧柏林地。人工植被土壤浑水入渗过程与清水入渗相比更为复杂，可以表示为多元非线性模型，其入渗量不仅与浑水特性、土壤质地有关，而且与林分类型和林龄有关。相同土壤含水率条件下，随土壤质地加重，土壤水吸力增大；相同含水率情况下，侧W七niin Ni(( A Study on Water Cvclin只and Water Use Effieienev of the Plantation SPAC in the Southern Loess Plateau》柏人工林地土壤水吸力略高于刺槐人工林地的;对同一林分相同含水率条件下，上层(0一60cm)土壤水吸力大于下层(60一1 20cm)。人工植被土壤与相同质地农田土壤相比，饱和进气值轻壤和中壤土分别降低13.7%一74.5%和44.6%一56.0%;土壤水分达到田间持水量时，轻壤带林地主要根系分布层及其下层的土壤吸力分别为0.0412~0 .0540和0.0436一0.0839MPa，而中壤带的分别为0.0598一0.0700和0.072一0.080MPa之间。土壤水容度主要受土壤质地和土壤层位的强烈影响，轻壤带土壤水容随着土壤容积含水率的增大而迅速增加，在0一60cm的主要根系分布层土壤含水率由1 0.0%增加到45.0%时，轻壤带林地土壤水容增加了41 5.4一474.1倍，而中壤带的增加犯3.0一436.0倍。对轻壤带来说，减少土壤水分无效蒸发的保墒措施，将比增加土壤供水量的集水措施更为有效。 黄土高原南部土壤水分含量年内季节变化呈现出叁峰叁谷，即大气降水补偿期而植被消耗缓慢峰、大气降水集中期和植被耗水高峰迭加峰以及植被生长发育进入休眠期的降水补偿期峰。土壤水分含量的季节变化主要发生在表土层(0一20cm)和根系分布层(2o一60cm)，随着土层的加深变化逐渐趋于缓慢至到相对稳定，但森林植被和农作物对土壤水分变化有滞后作用。人?
田琴[3]2017年在《黄土丘陵区典型植被类型土壤微生物及异养呼吸特征》文中提出自黄土高原地区大规模的实施了植被恢复以来,生态环境得到了大幅度的改善。植被恢复不仅可以保持水土,而且可通过土壤-植物之间的相互作用,改变土壤生态系统的生产力及改善土壤养分状况。研究植被恢复后不同植被类型下的土壤特点,是进一步认识生态系统结构和功能的基础,对于预测土壤生态系统功能对环境因子的响应规律、为黄土高原区植被类型优选有着重要的理论和现实意义。以陕西延安黄土丘陵区4种植被类型(人工刺槐林、天然侧柏林、天然辽东栎林、天然灌丛)为研究对象,以裸地作为对照,分析了土壤微生物生物量碳、氮含量、细菌和真菌的丰度及其与土壤基本化学性质的关系,探讨土壤微生物群落结构的主要影响因素和驱动力。结果表明:(1)4种植被类型的土壤质量较之裸地都有不同程度的改善;植被类型相似,土壤的化学性质也相似。本研究中天然辽东栎林在土壤养分的累积上优于人工刺槐林;与林地相比,裸地的土壤养分比较贫瘠。人工刺槐林的有机质、总氮和土壤碳氮比含量显着低于其他天然林地的含量(P<0.05)。(2)不同植被类型,土壤养分状况不同,土壤微生物生物量也有较大差异。土壤养分的总体变化趋势为:天然林>人工林>裸地。土壤养分和微生物生物量表现出一致的趋势:天然林与灌丛最高,人工林次之,裸地最低。土壤微生物生物量碳、氮与土壤有机质、总氮和土壤有效磷呈显着正相关(P<0.01)。(3)裸地土壤的细菌丰度最低,细菌丰度与土壤养分状况呈显着正相关(P<0.05);人工刺槐林真菌含量显着低于天然辽东栎林,真菌与土壤养分无显着相关性,与土壤pH显着负相关(P<0.05)。(4)细菌的优势门包括变形菌门(42.35%),放线菌(15.61%),酸杆菌(13.32%),拟杆菌(8.43%)和芽单胞菌(6.0%)。真菌优势门为子囊菌(40.39%),担子菌(38.01%)和接合菌(16.86%)。典范对应分析和冗余分析结果显示,土壤细菌和真菌群落都可以按照植被类型进行聚类。其中,细菌群落的主要驱动因子是土壤有机质,而真菌的主要驱动因子是土壤有效磷。该研究结果表明,植被类型不同可以导致土壤质量的差异,二者对土壤微生物群落组成具有控制作用,微生物的群落组成在一定程度上可以反映土壤质量状况。两典型林分(天然辽东栎林和人工刺槐林)的土壤呼吸强度在25oC时最大,且天然辽东栎林的土壤呼吸强度要高于人工刺槐林。天然辽东栎林土壤呼吸温度敏感性(1.630)略高于人工刺槐林(1.572)土壤呼吸强度均随着土壤湿度的升高先增强后降低,二者趋势均表现为60%时最高。
高艳鹏[4]2010年在《半干旱黄土丘陵沟壑区主要树种人工林密度效应评价》文中指出本文以山西省方山县峪口镇土桥沟流域内的人工林(刺槐林、白榆林、油松林、侧柏林、油松—刺槐混交林)为研究对象,通过野外调查、定性与定量分析相结合的研究方法,分析了不同树种、不同密度的林分结构特征和生长特点,对林下植物群落特征、枯落物水文效应以及土壤理化性状做了较深入系统的研究,并且运用主成分分析方法首次对该区的人工林密度效应进行评价,为黄土丘陵沟壑区选择高效的人工林密度配置方式和低效低质残次林改造提供理论依据。结果表明：(1)林木生长特征。在密度相同时,阔叶林的平均胸径大于针叶林。利用Weibull分布函数对所有林分直径进行拟合,结果表明密度为475株/hm2的刺槐林、925株/hm2的刺槐林、925株/hm2的白榆林、1600株/hm2的油松林、550株/hm2的油松—刺槐混交林、1850株/hm2的油松—刺槐混交林不符合Weibull分布,林木直径分布特征数分析结果表明林木直径分布规律性较差,分布曲线均存在偏离正态分布的现象；树高分布主要有单峰或双峰不对称山状分布以及近正态分布。(2)生物多样性。所有草本层物种丰富度和多样性明显高于灌木层。针阔混交林草本层丰富度指数、多样性和均匀度指数最好,其次为刺槐林、油松林,最差的为白榆林、侧柏林；进行聚类分析表明,草本层可分成猪毛蒿(Artemisia scoparia)群系,长芒草(Stipa bungeana)群系,赖草(Leymus scalinu)群系,铁杆蒿(Artemisia gmelini)4个群系；针阔混交林林下物种数量最多,其次是油松林和刺槐林,白榆林生境条件最差；密度相同时,油松—刺槐混交林林下干生物量明显大于其它同密度的林分。(3)枯落物水文效应。不同林分类型枯落物蓄积量的范围为2.36～8.08t/hm2；针阔混交林枯落物蓄积量大于阔叶林,而阔叶林又好于针叶林；针阔混交林枯落物层的最大持水量好于纯林,油松林好于刺槐林、白榆林,最小的为侧柏林；林下枯落物的持水量与浸水时间可以用公式W=klnt+b来拟合,t为时间；林下枯落物吸水速率与浸泡时间可以用公式V=ktn来拟合,t为浸水时间；流域内各林分类型有效拦蓄水深为0.29～1.22mm；针阔混交林枯落物水文效应要好于纯林。(4)土壤物理性质。刺槐林、油松林、侧柏林、油松—刺槐混交林等土壤机械组成的分形维数都比农田小,密度为1150株/hm2和1850株/hm2白榆林分的土壤机械组成的分形维数大于农田；林地土壤容重较农田均有所降低,不同林分类型土壤容重均随深度的增加而增大；刺槐林、油松林的土壤孔隙度和通气度都要好于农田,密度为1150株/hm2和1850株/hm2白榆林、1600株/hm2和1850株/hm2侧柏林、550株/hm2的油松—刺槐混交林孔隙度较差；在刺槐林分中,最大持水量和毛管持水量都好于农田；在白榆林中,密度为925株/hm2林分持水量最好；油松林、侧柏林持水量好于农田；密度相同时,针阔混交林的土壤改良作用好于纯林。在所有林分内,密度为1600株/hm2刺槐林分土壤饱和含水量最大,密度为925株/hm2白榆林分土壤非毛管持水量最高,不同林分土壤涵蓄降水量不同,密度为925株/hm2白榆林分最大,密度为1600株/hm2油松林分有效涵蓄量最大,为383.83mm。(5)土壤化学性质。土壤有机质、全氮、速效氮、速效钾的含量随土壤深度的增加有减小的趋势,有明显的表聚现象；不同的林分,土壤化学性质差异性较大；密度相同时,油松—刺槐混交林的土壤有机质含量、速效磷、速效钾的平均含量>刺槐林>油松林>侧柏林>白榆林,针阔混交林较纯林好；土壤全氮和速效氮平均含量,刺槐林>油松—刺槐混交林>油松林>侧柏林>白榆林。密度为1600株/hm2的刺槐林分土壤质量最好,密度为875株/hm2油松—刺槐混交林次之；最差的林分为密度为1850株/hm2的白榆。(6)密度效应评价。1600株/hm2的刺槐林分密度效应综合评价指数最高,密度为875株/hm2的针阔混交林次之；密度为1150株/hm2和1850株/hm2的白榆林与侧柏林密度效应较差；在林分密度相同时,针阔混交林密度效应综合评价指数要好于纯林。
刘海燕, 魏天兴, 王仙[5]2016年在《黄土丘陵区人工林土壤微生物PLFA标记多样性分析》文中指出为研究不同植被下土壤微生物群落结构多样性的差异,采用磷脂脂肪酸(PLFA)生物标记法,对山西吉县黄土丘陵区典型人工林刺槐、油松以及荒草地的土壤微生物群落结构多样性进行分析研究。结果表明:不同植被下土壤微生物PLFA标记含量存在显着差异,刺槐人工林的土壤微生物PLFA总量最大,细菌、真菌、放线菌的PLFA含量均大于油松人工林和荒草地;细菌PLFA含量在3种样地中的差异显着;2种人工林的真菌PLFA含量接近,而与荒草地差异显着,与荒草地相比,人工林的种植可明显提高土壤中真菌的比例;革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌呈现相同的变化趋势,油松人工林与荒草地2种菌群的PLFA含量接近,而与刺槐人工林差异显着。通过相关性分析发现,不同植被下土壤细菌、真菌、革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌各总PLFA与土壤养分因子之间密切相关;不同植被下土壤微生物群落多样性差异显着,刺槐人工林更为丰富,且各个菌群分布更为均匀,油松人工林土壤的微生物群落多样性及菌群分布均匀度与刺槐人工林土壤较为接近,荒草地土壤微生物群落多样性和均匀程度较2种人工林明显偏低。因此从微生物群落结构多样性的角度看,人工林的种植能够明显改善微生物群落结构,改善土壤质量;刺槐人工林是黄土丘陵区人工植被恢复的较好选择。
梁爱华[6]2014年在《黄土丘陵沟壑区退耕地植被恢复过程的生态效应研究》文中认为退耕还林(草)工程是植被恢复的有效措施,在退化和脆弱生态系统的恢复与重建中起着重要的作用。黄土高原作为我国水土流失与生态退化的典型区域,已成为我国实施生态恢复工程的重点,揭示和阐释生态恢复过程中生态效应规律及关键驱动因素,对该区域植被恢复建设、脆弱生态系统功能修复以及生态环境改善具有重要的科学价值和实践指导意义。因此,本文以黄土高原丘陵沟壑区为研究区域,基于恢复生态学理论与生态学研究法,选取陕北纸坊沟流域恢复植被为研究对象,探讨在当地立地条件下植被恢复模式(人工恢复和自然恢复)、植被类型(人工乔木、灌木和草地)、树种(油松、刺槐)、林分组成(纯林和混交林)、退耕年限下群落多样性、土壤质量、碳、氮、水效应及其互作关系、局地小气候等生态效应与功能的整体变化效应,以期为退耕还林(草)综合生态效应的评价与调控,以及生态工程的实施提供科学指导。主要研究结果如下:1.退耕地植被恢复群落结构和物种多样性变化效应退耕地人工植被恢复过程中,群落物种组成丰富,共包括23科63属73种,草本群落中禾本科、菊科和豆科植物占主要地位,其中阿尔泰狗娃花、稗草、败酱、铁杆蒿、猪毛草和达乌里胡枝子等林下草本物种重要值和生态位宽度较大,重迭指数较高,成为群落的优势种。不同林分组成以混交林的物种丰富度和多样性指数较高,群落内部异质性随之增加,而纯林群落结构相对简单,物种多样性低。在不同恢复年限的刺槐群落中,低林龄群落可利用资源丰富,物种多样性较高,高林龄的物种经过长期竞争,群落结构趋于稳定,物种多样性随之降低。可见,在退耕还林过程中选择混交林的造林模式,能优化群落结构,形成空间复合式立体配置,有利于黄土丘陵区退耕区生态效应的最大化。2.退耕地植被恢复下土壤质量的提升效应与农地相比,植被恢复使退耕地土壤大团聚体含量和团聚体稳定性均显着增加。不同退耕还林地与年限下土壤团聚体稳定性顺序为:油松35a>撂荒地35a>柠条26a>刺槐12a>刺槐35a>撂荒地12a>沙打旺6a>刺槐26a>撂荒地26a>农地。同时,植被恢复减小了表层土壤的容重,相应地增加了土壤孔隙度,使土壤透气性增强,土壤物理性质得到改善。同时,植被恢复亦显着增加了退耕地土壤有机质、全氮、碱解氮、速效钾的含量以及土壤脲酶和蔗糖酶的活性。在土壤剖面上,土壤有机质和养分元素含量不仅在土壤表层极显着增加,并且在深层土壤亦有显着增加。说明退耕还林从土物理、化学、生物学性质上综合改良了土壤质量。3.植被恢复对退耕地土壤碳固存及碳-氮关系的影响植被恢复显着增加了退耕地土壤总有机碳和全氮及其活性组分含量(活性有机碳和碱解氮),并且碳氮库增加效应表现为乔木>灌木>撂荒。土壤总碳与全氮亦在植被恢复过程中呈显着地线性正相关关系。并且在土壤剖面上,碳氮库间的线性关系随着土层深度的增加而渐次降低,深层土壤的碳氮库及二者的比值增加的潜能都随着恢复年限的增加而增大。与自然恢复相比,在短期内人工林对固存碳氮效应及相互关系均具有优越性,表现出人工植被恢复措施有效、快速提升土壤固定碳氮效应的巨大潜力。4.植被恢复对退耕地土壤含水量及碳-水关系的影响无论是退耕还林人工恢复植被还是撂荒自然恢复植被,农地转变后初期都使土壤含水量降低,而到26a后出现拐点,此后土壤含水量开始恢复,但恢复速率较缓慢。无论是不同季节(月份)、不同土层深度、退耕模式(人工恢复与自然恢复),退耕地的土壤碳汇效应与土壤含水量间成反比关系,即植被恢复的碳封存功能是以消耗土壤水分为代价。在土壤剖面上,0-20cm土层土壤碳汇-含水量相关性最大,随土层加深依次递减。不同季节中7月份土壤碳汇与土壤含水量间显着相关,4月份相关性小。随恢复年限的增加,土壤碳汇-含水量关系趋于互惠,26a(拐点)以后由负相关性变为正相关,35a时具有显着的正相关关系。人工恢复的土壤碳汇-含水量相关性大于自然恢复。土壤碳汇-含水量关系具有重要的应用价值,当有机碳积累超过30Mg?ha-1时,土壤含水量降到了6%以下,接近于当地土壤的萎蔫系数。因此在实践上,要通过适当的人工干扰,如控制群落的密度等途径使土壤碳库维持在一定的水平以下,以利于林内土壤的碳-水平衡。5.退耕地植被恢复的局地小气候变化效应与裸地相比,混林、纯灌木林和撂荒地一天的平均光照强度分别降低3.39×104lx,3.4×104lx和0.9×104lx;平均空气温度分别降低了5.3℃、1.3℃和0.5℃;土壤温度分别降低了14.9℃、16.8℃和10.7℃;但是大气相对湿度分别增加了8.4%、7.3%和2.0%;150cm冠层内风速平均分别减小了97.2%、87.5%和22.2%。可见,退耕地植被恢复产生了显着的局地小气候效应,即降温、增湿、捕光和挡风效应。在较短恢复时间内,人工辅助恢复优于自然恢复,混林的小气候效应优于纯灌木和草地,即群落结构越复杂,小气候效应越明显。但是退耕林地植被生长耗水也引起土壤含水量呈现降低趋势。
安慧[7]2008年在《子午岭林区典型植物生长的氮素调控机理》文中认为氮素是植物光合生产的决定性因素,尤其是在水土流失严重的黄土高原地区,氮素贫乏往往限制植物的生长发育。因此,研究黄土高原子午岭林区典型植物生长的氮素调控机制,有助于理解不同植物养分资源利用效率的差异。针对黄土高原地区植被建设与土壤氮素亏缺的矛盾,在黄土高原子午岭次生林区研究典型植物氮素养分组成特征,分析不同生活型和演替阶段植物叶片氮含量与光合速率的关系,探讨氮素及根域调控对植物生长和光合的调控机理,同时结合15N同位素示踪技术对植物养分吸收利用进行研究,以明确黄土高原地区植物生长的氮素营养调控策略,为该区的植被恢复和重建提供理论依据,取得了如下主要研究结论:(1)不同生活型植物(落叶乔木、常绿乔木、灌木和草本植物)之间叶片C、N、P含量和C:N、C:P差异均达到显着水平,而叶片N:P差异不显着。植物叶片C含量分布较为集中,而叶片N和P含量的变异较大。植物叶片C:N和C:P变异较大,叶片C:P最大值约为最小值的4倍。植物叶片C:N、C:P和N:P比值变化范围分别为21.9～69.1、177～781和7.55～16.9。(2)不同生活型植物(落叶乔木、常绿乔木、灌木和草本植物)之间单位重量叶氮含量(Nm)、单位面积叶氮含量(Na)、比叶面积(SLA)、光合速率(Pn)和光合氮素利用效率(PNUE)差异均达到显着水平。Nm与Pn、SLA和PSII电子传递量子效率(ФPSII)之间均存在着显着的正相关关系,SLA与Pn和PNUE之间也存在着显着的正相关关系,而与ФPSII的负相关性不显着。随着植被的正向演替,优势种叶片氮含量呈先升高后降低,灌木群落优势种>顶级群落优势种>早期森林群落优势种>草本群落优势种。草本群落和灌木群落优势种的Pn和气孔导度(Gs)高于早期森林群落优势种和顶级群落优势种;植物PNUE为草本群落优势种>顶级群落优势种>早期森林群落优势种>灌木群落优势种。(3)油松林细根生物量随着土壤深度增加呈单峰曲线,而白桦林细根生物量随着土壤深度增加呈减小趋势。油松和白桦林表层土壤(0～20cm)具有较高的比根长、根长密度和细根表面积,表层土壤白桦林细根表面积是油松人工林的3.91倍,而20～40cm土层白桦林细根表面积比油松人工林降低了33%。细根生物量、细根表面积、比根长和根长密度与土壤氮素和有机质具有不同程度的相关性,总体上土壤全氮和有机质对细根的影响大于NH4+-N和NO3--N。(4)高光强(I400)白叁叶幼苗地上部生物量、根系生物量和根冠比较低光强(I200)高;地上部生物量随氮素浓度增加呈单峰曲线,而根系生物量和根冠比随氮素浓度增高而降低。白叁叶Nm随氮素浓度增加呈显着增加趋势,低光强下白叁叶Nm显着高于高光强下的白叁叶。白叁叶Pn、PNUE、PSII最大光能转换效率(Fv/Fm)、PSII光能捕获效率(Fv’/Fm’)和ФPSII随氮素浓度从5mmol·L-1增至15mmol·L-1逐渐增加,而在15mmol·L-1至25mmol·L-1时反而下降。高光强白叁叶Pn、PNUE和ФPSII显着高于低光强下的白叁叶,而高光照Fv/Fm和Fv’/Fm’低于低光照的。(5)连翘幼苗Pn随根域体积和氮素浓度的变化差异显着,氮素和根域限制对Pn的影响存在显着交互作用。低氮处理(LN)幼苗Fv/Fm和ФPSII较高氮处理(HN)的高,不同供氮条件下,低根域处理(LR)幼苗Fv/Fm均较高根域处理(HR)的高,而LR处理幼苗ФPSII均较HR处理的低。LR处理幼苗光化学淬灭系数(qP)均较HR处理的低,而非光化学淬灭系数(qNP)变化规律相反;LN处理幼苗qNP较HN处理的高。根域限制和氮素浓度影响了连翘幼苗对15N同位素的吸收和分配。叶片和枝吸收氮百分率分别为7%～10%和7%～12%,65%以上的通过根系吸收的15N分配于幼苗的地上部分。
邱莉萍[8]2007年在《黄土高原植被恢复生态系统土壤质量变化及调控措施》文中指出土壤质量变化是衡量土壤生产力大小和土壤环境质量优劣的量度。针对黄土高原生态环境建设需要及土壤学、生态学与环境科学等研究的前沿性问题,本研究在总结前人相关领域研究成果的基础上,以黄土高原不同类型生态区植被恢复坡面为研究对象,通过收集历史资料、野外调查和室内分析,以土壤性质变化为重点,对不同植被恢复土壤质量进行比较,建立了不同生态类型区土壤属性数据库,提出了表征土壤质量的关键指标,确立了不同植被恢复生态系统下土壤质量的指标体系。在综合分析土壤性质时空变化规律的基础上,提出了黄土高原不同类型生态区土壤质量保育的调控措施。通过以上研究,旨在为保证黄土高原生态和谐并对西部生态环境建设提供科学依据和实践指导。所取得的主要研究结论如下:(1)研究了小流域不同植被恢复坡地土壤性质的水平分布和剖面分布特征。在黄土高原不同植被恢复坡地,除pH外,土壤主要性质总体上在0-15cm土层的含量高于15-30cm土层,且在剖面上均有所降低;坡位对土壤属性的影响因植被恢复、地形条件、坡向、坡面生态过程等不同而异;封育可改善土壤性质。在南小河沟流域,不同林分中以油松林对土壤性质改善的贡献最大;子午岭不同土地利用方式下表层土壤性质以林地较优,农用地较差;不同质地柠条灌木林土壤性质的优劣均表现为黄绵土>湘黄土>沙黄土;草地土壤各性质均随封育年限的延长逐渐改善,但最优的土壤性质均出现在封育20a。(2)探讨了黄土高原不同植被恢复生态系统土壤性质之间的关系。除比表面积和物理性粘粒外,其它理化、养分性质和生物酶活性之间呈现显着和极显着水平的相关性;脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶与土壤理化及养分因子有显着及极显着相关性;根据主成分分析结果,确定CEC、pH、有机质、物理性粘粒、硝态氮、铵态氮、速效磷、速效钾和C/N等指标为不同植被恢复土壤的简化指标,且土壤主要指标对四种酶活性的影响主要通过有机质来实现,其它性质的影响也是通过与有机质的间接作用实现的。(3)建立了黄土高原不同植被恢复生态系统土壤质量评价指标体系。根据变异系数和相对极差的敏感性发现在定量评价黄土高原不同植被恢复生态系统土壤质量时,可选择硝态氮、速效磷、活性有机质、脲酶、蔗糖酶和有机质等极敏感和高度敏感土壤性质作为评价指标。用加权综合法计算的土壤综合质量指数(IFI)和土壤加权和法计算的土壤质量指数(SQI)呈现极显着正相关(r=0.963**,n=29)。不同植被恢复和不同利用方式土壤的IFI值和SQI值的分布趋势一致:云雾山封育草地不同坡向和不同坡位为:阴坡(坡底>坡中>坡顶)>阳坡(坡顶>坡底>坡中)>荒坡地(坡顶>坡中>坡底),不同恢复年限草地表现为20a>25a>15a>5a;南小河沟流域不同植被为油松林>刺槐林>荒坡地>草地,纸坊沟流域不同植被为刺槐+狼牙刺混交林>狼牙刺林>柠条灌木林>刺槐林;子午岭不同利用方式土壤为林地>撂荒未翻耕地>农用地>撂荒翻耕地。(4)划定了不同植被恢复生态系统土壤质量等级。云雾山封育15a以上草地、南小河沟流域油松林地和刺槐林地、纸坊沟流域刺槐+狼牙刺混交林地和纯狼牙刺林地及辽东栎+油松混交林土壤质量属于较高等级;云雾山未封育荒坡、南小河沟流域草地和荒地、纸坊沟流域柠条灌木林地和刺槐林地及子午岭撂荒未翻耕地和农用地土壤质量属于中等级别;而云雾山封育5a草地、子午岭撂荒翻耕地、上黄柠条灌木林地及六道沟柠条灌木林地土壤质量属于较低级别,需要进一步改良。(5)揭示了云雾山草地土壤质量恢复的阶段性和最佳恢复时间。相对于未封育荒坡,在25a封育期内,恢复指数的变化可分为叁个阶段,即早期降低(0-15a)、中期增加(15-20a)和后期降低(20-25a)叁个阶段。在封育20a后恢复指数达到最大,表明20a为最佳恢复时间。土壤质量开始恢复的时间与封育时间相比,滞后15a左右。(6)指出了土壤质量的保育与调控具有很强的实践性。野外调查和研究分析证明,在上黄粱状丘陵区,种植草皮和进行封育比人工种植灌木更有利于土壤质量的提高;而在纸坊沟流域,狼牙刺林的种植效果要高于柠条灌木林。不同利用方式土地可互相调节,以保证土壤质量的持续性。植树造林不仅要“适地适树”,还要“适地适土”。
张萍, 章广琦, 赵一娉, 彭守璋, 陈云明[9]2018年在《黄土丘陵区不同森林类型叶片-凋落物-土壤生态化学计量特征》文中认为采用野外调查与室内分析相结合的方法,测定了黄土丘陵区主要人工林(刺槐、小叶杨和油松)和天然次生林(辽东栎、麻栎和白桦)中乔叶、凋落物以及土壤的碳(C)、氮(N)和磷(P)含量,探讨不同森林类型叶片-凋落物-土壤生态化学计量特征差异,旨在进一步了解研究区森林生态系统的养分供求现状。结果表明:1)人工林叶片和凋落物的C含量大于天然次生林,N、P含量均小于天然次生林,叶片和凋落物C∶N和C∶P值均表现为人工林大于天然次生林;2)人工林中土壤的C、N、P含量及化学计量比的显着性差异主要集中在土壤表层(0—10 cm),而天然次生林则集中在10—50 cm的土层,随着土层深度增加,二者的C、N、P含量逐渐减小;3)人工林N含量在叶片与凋落物间为显着正相关,天然次生林N含量在凋落物与土壤间为极显着正相关、C∶P值在叶片与土壤间则为显着负相关,其余各指标无显着相关性。揭示了除刺槐和辽东栎的生长受P限制外,其余各树种均受N限制,人工林凋落物的分解速率较快,且人工林土壤P有效性高于天然次生林,这些研究结果可为我国黄土丘陵区的植被恢复与重建工作提供理论依据。
岳庆玲[10]2007年在《黄土丘陵沟壑区植被恢复重建过程土壤效应研究》文中研究说明本研究以陕西省吴起县为研究对象,根据土壤发生学、恢复生态学和相关学科理论,对各种植被恢复重建模式下土壤的质量特点及其变化进行系统分析。通过野外调查、田间观测、室内分析测试,探讨不同恢复措施下土壤肥力质量的形成机理和演化模式,为有效改善土壤肥力质量选择最佳植被恢复类型,合理利用土地资源提供决策依据。(1)河川地表层土壤全氮、碱解氮、速效磷、速效钾和CEC含量均最高,按照黄土高原耕地表层分级标准,速效磷和速效钾均属第叁级,较为丰富;涧地土壤养分含量仅次于河川地,坡耕地和坪地土壤养分质量较差。不同耕地类型由于水热条件的不同,造成土壤性质明显差异。河川地和涧地由于蒸发量小,土壤速效养分得到更大空间的释放,尤其是速效磷和速效钾的释放更为明显。(2)天然草地表层土壤有机质、全氮、碱解氮、全钾、速效钾和CEC含量均为最高,其肥力强于退耕后的撂荒地和紫花苜蓿地。此外,禁牧明显提高了土壤有机质数量和离子交换能力,降低土壤pH值,促进矿质元素分解转化,增加速效养分含量。由放牧草地转为禁牧草地,土壤全磷、有机质、碱解氮、速效钾、阳离子交换量上升明显,一般增加25%～40%,CaCO_3、全钾含量有所增加;增减幅度在土壤剖面表层更为明显,提高幅度可达50%以上。(3)不同类型灌木林地土壤质量存在明显差异。土壤碱解氮、速效钾含量柠条林地是沙棘林地的2倍以上,二者之间达到极显着差异水平;土壤速效磷表层沙棘林地大于柠条林地,中下层柠条林地大于沙棘林地,但是均未达到差异显着水平。土壤有机质表现为表层柠条林地大于沙棘林地,中下层沙棘林地高出柠条林地,相互之间差异不显着;土壤pH、CaCO_3、CEC、土壤全氮、全磷和全钾等两者之间差异不明显。(4)乔木林地对土壤肥力有明显地提高作用。山杏×沙棘混交林地表层土壤有机质改善最显着,高达20.79 g/kg;山杏×小叶杨混交林地和小叶杨纯林地表层土壤碱解氮含量增幅较大,均达到60 g/kg;小叶杨×沙棘混交林地和山杏纯林地土壤表层全氮含量较高;山杏×小叶杨有效磷含量相对较高,为5.43 mg/kg;山杏纯林地、山杏×小叶杨混交林地和小叶杨纯林地土壤速效钾含量变化较为明显。成年油松林和刺槐林土壤有机质提高幅度较大。沙棘中龄林后树势衰退,其林地团聚体总量下降,油松林和刺槐林随着树林增加其林地团聚体总量增加,且刺槐林地比油松林地效果好。(5)土壤酶活性随着土地利用和植被类型的变化有明显差异。脲酶活性表层土壤表现为柠条林地最强,其次是乔木林地和河川地;碱性磷酸酶活性乔木林地最高,纯林地和混交林地分别为39.69和29.36 mg/(g·d),其次是柠条林地和河川地;蔗糖酶活性表现为纯林地和混交林地较高,分别为27.72和23.27 mg/(g·d),河川地次之,为27.25 mg/(g·d),柠条林地为21.35 mg/(g·d),其他利用类型则相对酶活性较低。此四种酶活性均表现为自上而下活性减弱的趋势,这是随着土层深度的增加,土壤微生物活动较弱所致。不同林龄土壤酶活性为成熟林地>中幼林地。(6)不同土地利用方式,土壤有机质天然草地>乔木林地>耕地>灌木林地,不同类型之间差异明显,达到极显着差异水平;土壤碱解氮表现为乔木林地>草地>灌木林地>耕地,土壤全氮耕地和草地含量较高,灌木林地最低;土壤速效磷不同利用形式之间达到极显着差异,其中耕地的含量远远高出其它类型,土壤全磷乔木林地最高,灌木林地最低;土壤速效钾乔木林地>耕地>草地>灌木林地,不同利用方式之间全剖面都表现出极显着差异,表层含量很高,向下锐减;土壤全钾在不同利用方式和层次之间变化都很小,草地和耕地含量稍高,林地较低。土壤pH值、CaCO_3含量变化较小,数量较为稳定;土壤CEC含量乔木林地>草地>灌木林地>耕地,不同类型之间达到显着差异水平。总体来看,草地和乔木林地的土壤质量较好,灌木林地较差,生态环境建设应考虑乔灌草结合种植,考虑到吴起县气候干旱这一限制因子,应以天然草地为主,乔木灌木结合种植。
参考文献：
[1]. 黄土高原油松、刺槐人工林地土壤生态系统的功能特征研究[D]. 张社奇. 西北农林科技大学. 2004
[2]. 黄土高原南部人工植被SPAC系统水分循环模式和利用效率研究[D]. 倪文进. 中国水利水电科学研究院. 2004
[3]. 黄土丘陵区典型植被类型土壤微生物及异养呼吸特征[D]. 田琴. 中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心. 2017
[4]. 半干旱黄土丘陵沟壑区主要树种人工林密度效应评价[D]. 高艳鹏. 北京林业大学. 2010
[5]. 黄土丘陵区人工林土壤微生物PLFA标记多样性分析[J]. 刘海燕, 魏天兴, 王仙. 北京林业大学学报. 2016
[6]. 黄土丘陵沟壑区退耕地植被恢复过程的生态效应研究[D]. 梁爱华. 西北农林科技大学. 2014
[7]. 子午岭林区典型植物生长的氮素调控机理[D]. 安慧. 西北农林科技大学. 2008
[8]. 黄土高原植被恢复生态系统土壤质量变化及调控措施[D]. 邱莉萍. 西北农林科技大学. 2007
[9]. 黄土丘陵区不同森林类型叶片-凋落物-土壤生态化学计量特征[J]. 张萍, 章广琦, 赵一娉, 彭守璋, 陈云明. 生态学报. 2018
[10]. 黄土丘陵沟壑区植被恢复重建过程土壤效应研究[D]. 岳庆玲. 西北农林科技大学. 2007
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