黄土丘陵区人工柠条恢复为主小流域土壤有机碳空间变异性及其影响因素

柠条是黄土丘陵区人工植被恢复生态环境的重要树种。为进一步研究大面积种植柠条对小流域土壤有机碳空间分布的影响,选择人工柠条种植为主的宁夏固原市上黄村火岔湾小流域为研究区域,分析了其土壤有机碳的空间变异特征及其影响因素。基于野外取样和室内分析,利用地统计学和ArcGIS空间分析,分析了小流域0—40 cm土层土壤有机碳的空间分布与变异性,不同土地利用方式以及地形和整地方式等对其的影响。结果表明:(1)不同土地利用方式对小流域土壤有机碳含量有显著影响,表现为林地>灌木地>农地>草地,分布范围为8.78~29.81 g/kg,变异系数为19.03%~21.80%,属中等程度变异。(2)小流域各土层有机碳的最优拟合模型均为球面模型,具有强烈的空间分布相关性,并以结构性因素引起的变异为主。(3)小流域土壤有机碳含量呈斑块状空间分布,以人工种植柠条为主的区域整体土壤有机碳含量较高。(4)坡位和整地方式对整个小流域土壤有机碳含量有显著影响(p<0.05),地形对不同土地利用方式的有机碳含量影响不大,但整地方式对柠条灌丛地土壤有机碳含量有显著影响(p<0.05)。研究结果总体说明,以人工柠条种植为主的植被恢复方式促进了黄土丘陵区小流域土壤有机碳的积累,但小流域土壤有机碳空间分布及其变异性也受土地利用方式及其坡位和整地方式的重要影响。在实际区域土壤有机碳研究中有必要将整地方式和植被类型相结合进行综合研究。

晋西黄土区人工林细根与土壤水碳的耦合关系

以晋西黄土区山西离石典型人工林刺槐、侧柏、核桃为研究对象,研究其深剖面(0—500 cm)细根参数、土壤水分和有机碳的分布特征,并以农地为对照,评价各人工林土壤水分亏缺和有机碳积累效应,在此基础上探讨三者的耦合关系。结果表明:(1)3种人工林土壤浅层(0—70 cm)细根累计生物量占整个土层的56%—71%,具有明显表聚性。(2)3种人工林土壤深层(70—500 cm)土壤水分亏缺效应均显著高于浅层(P<0.05),与农地相比,其亏缺值表现为:侧柏>核桃>刺槐。(3)3种人工林深层土壤有机碳密度占整个土层的77%—86%;与农地相比,侧柏和核桃土壤有机碳积累效应总体为正向积累作用,刺槐则相反。(4)在土壤浅层,细根参数与土壤水分和有机碳密度均有显著相关性,而在深层,细根主要与有机碳密度显著相关,与土壤水分的相关性仅在刺槐样地显著。晋西黄土区不同人工林深层细根分布有很大差异,且已对其深层土壤水分和有机碳的分布产生影响。综合来看,刺槐的细根分布已造成深层土壤水分亏缺,同时也不利于深层有机碳的积累。

黄土丘陵区人工柠条种植年限和坡位对土壤团聚体稳定性的影响

柠条(Caragana korshinskii Kom.)种植是黄土高原地区生态环境建设中重要的人工植被恢复措施。选择黄土丘陵区条带种植15、25和35年的柠条坡地,以荒草坡地为对照,运用Le Bissonnais法分析柠条种植不同年限和坡位对0—40 cm土层团聚体分布及其稳定性的影响。结果表明:长时间柠条种植对土壤团聚体稳定性的影响主要在0—20 cm土层;不同处理下土壤大团聚体(>0.25 mm)含量总体表现为柠条35年>柠条25年>柠条15年>荒草地,表明柠条种植年限增加促进了大团聚体的形成。从坡面尺度看,柠条平均重量直径整体表现为坡下>坡上>坡中;在上坡的柠条35年样地具有最大值(3.08 mm),但在下坡荒草地显著高于柠条林地(P<0.05)。基于相对消散指数和相对机械破碎指数,上中坡土壤团聚体均对消散作用和机械破碎作用较敏感,而下坡的下层土壤团聚体对破碎作用更敏感。冗余分析表明,土壤有机碳和粘粒含量与柠条平均重量直径呈显著正相关关系(P<0.05)。种植年限是影响土壤团聚体稳定性的主要因素,解释了30.4%的变异;其次是土层(2.75%)和坡位(0.61%)。总体而言,柠条种植年限增加有利于促进黄土丘陵区土壤团聚体稳定性提升,但这种影响在不同坡位具有差异:在上中坡团聚体稳定性均随种植年限增加而增强,在下坡则先降后增。

晋西黄土区典型人工植被对土壤球囊霉素和团聚体稳定性的影响

[目的]阐明晋西黄土区典型人工植被类型对球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)和团聚体稳定性的影响,以及两者之间的关系,为黄土高原地区人工植被建设与管理提供科学依据。[方法]选取晋西三川河流域4种典型人工植被(苜蓿、刺槐、侧柏和核桃),以农地为对照,分析0—100cm土层中GRSP组分、有机碳(SOC)和团聚体稳定性指标在不同植被类型下的分布差异及其相关性。[结果]不同植被类型下易球囊霉素(EE-GRSP)、总球囊霉素(T-GRSP)以及两者的比值在0—30cm土层存在显著差异,均以核桃地最高,而苜蓿地较低。不同植被下EE-GRSP/SOC和T-GRSP/SOC均随着土层深度增加而增加,分别为1.78～6.77,4.07～19.11。与农地相比,侧柏和苜蓿地分别增加了39.67%,36.62%的EE-GRSP/SOC以及39.25%和46.70%的T-GRSP/SOC,而核桃分别减少了31.07%和36.93%。平均重量直径与T-GRSP和SOC呈显著正相关关系,而与EE-GRSP/SOC呈显著负相关关系(p<0.05)。[结论]不同人工植被对表层土壤GRSP的组分有明显影响,土壤团聚体稳定性不仅与GRSP的组分有关,也与其对SOC的贡献有重要关系。

晋西黄土区典型人工植被生长季深层土壤储水量与细根生物量分布特征

为研究黄土区人工植被建设对深层土壤水分亏缺的影响,以晋西黄土区4种典型人工植被类型(苜蓿、刺槐、侧柏和核桃)和农地(对照)为研究对象,分析深剖面(70～500 cm)土壤储水量和细根生物量的变化规律及其相互关系。结果表明:1)深层土壤含水量的分布可划分为降水入渗层(70～160 cm)、过渡层(160～280 cm)和相对稳定层(280～500 cm); 2)不同人工植被类型土壤储水量在深层有显著性差异(P <0. 05),与农地相比,其他4种人工植被深层(> 70 cm)土壤储水量的总亏缺量为161. 94～448. 25 mm,并且苜蓿和侧柏水分亏缺深度达到3 m以上,刺槐和核桃则达到5 m以上; 3)深层(> 160 cm)细根生物量与土壤储水量具有显著的负相关关系(P <0. 05),刺槐和核桃深层细根生物量比例高于侧柏和苜蓿。研究区不同人工植被类型已产生明显的深层土壤水分亏缺问题,这与植被细根生物量剖面分布有紧密关系,该区域未来人工植被建设中应重点考虑刺槐和核桃根系特性与水分条件的适应性。