宁夏干旱风沙区荒漠草原不同退化阶段植被土壤变化特征及其相关性

为深入了解荒漠草原不同退化阶段植被与土壤变化,探究荒漠草原不同退化阶段土壤性质与植被特征的关系,本研究以宁夏干旱风沙区荒漠草原为对象,比较了未退化、轻度退化、中度退化和重度退化4个退化阶段下草地植被和土壤性状,分析了草地退化过程中植被与土壤的关系。结果表明:随草地退化程度增加,草地优势种由多年生豆科、禾本科逐渐转变为一年生杂类草;不同草地植物功能群盖度、高度和地上生物量随着退化加剧变化并不相同(P<0.05);Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数呈下降趋势;土壤有机质、全碳、全氮、速效氮、速效磷和黏粒含量显著降低,但容重显著增加。冗余分析发现,荒漠草原植被特征与土壤因子密切相关,不同退化阶段影响草地植被特征的土壤性质不同。未退化阶段,草地的植被特征受全碳含量极显著影响,中度退化阶段,草地的植被特征受容重含量极显著影响,重度退化阶段,草地的植被特征受速效氮含量极显著影响(P<0.01)。通过改善植被进而影响土壤或者补充土壤养分可能是一个有效的草地恢复策略。

不同生态修复草种对土壤水分蒸散的影响

以紫花苜蓿、结缕草、青绿苔草和无芒雀麦为试材,通过人工草地建植对退化植被进行生态修复,实时监测植被NDVI指数、根系体积、土壤含水量及水分蒸散动态变化,研究不同草种植被覆盖效果及其对土壤蒸散特征的影响,揭示植被土壤水分吸收的主要作用机理,以期为我国北方地区适宜生态修复草种选择提供参考依据。结果表明:4种生态修复草种均可快速增加植被生物量,减少非生长季土壤水分蒸散,但生长季植被生物量增加,土壤水分吸收增强,土壤蒸散明显增加,且不同草地月蒸散量峰值排序为青绿苔草(112.65 mm)>结缕草(107.42 mm)>紫花苜蓿(98.19 mm)>无芒雀麦(86.69 mm)。另外,植被根系分布及其体积变化是土壤水分吸收的关键,根系体积越大,分布越集中,土壤水分吸收能力越强,其中,青绿苔草与结缕草土壤水分吸收的主要区域在0~20 cm土层,紫花苜蓿与无芒雀麦在20~40 cm土层。综上所述,由于生长季植被增加土壤水分蒸散,建议北方干旱缺水地区生态修复过程中尽量选择水土保持能力强但水分消耗相对较少的植物种类,就供试植物优先选择无芒雀麦,其次是紫花苜蓿。

短期休牧对荒漠草原区家庭牧场植被及土壤性质的影响

以内蒙古鄂托克前旗荒漠草原区家庭牧场为研究载体,以白刺+猪毛蒿群落、芨芨草+猪毛蒿群落及黑沙蒿+猪毛蒿群落为研究对象,设休牧1区(休牧与放牧时间均为7 d,RG1)、休牧2区(休牧与放牧时间均为14 d,RG2)、休牧3区(休牧与放牧时间均为21 d,RG3)和自由放牧区(连续放牧,CK)4个处理,分析在一个生长季内短期休牧对植被及土壤性质的影响。结果表明:1)各群落地上生物量均以RG3最高,除黑沙蒿+猪毛蒿群落中RG1与CK间差异不显著(P>0.05),其他群落各处理间差异均显著(P<0.05)。2)各群落中RG3的香农-维纳多样性指数均显著高于其他3个处理(P<0.05);均匀度指数在3种群落的各处理间差异均不显著(P>0.05);在白刺+猪毛蒿群落中RG3的丰富度指数显著高于RG1和CK(P<0.05),但与RG2间差异不显著(P>0.05),在芨芨草+猪毛蒿群落和黑沙蒿+猪毛蒿群落中RG3的丰富度指数均显著高于其他处理(P<0.05)。3)在芨芨草+猪毛蒿群落中,受降水季节分配和植被根系分布深浅等因素影响,不同处理对土壤水分的影响规律不够明显。4)同一土层、不同处理的土壤有机质和全氮含量差异均显著(P<0.01),其中RG3更有利于>10~40 cm土层的有机质积累,全氮含量与多样性指数呈极显著相关(P<0.01),与丰富度指数呈显著相关(P<0.05),与均匀度指数呈负相关。综上,在4个处理中,RG3更符合荒漠草原区家庭牧场天然草地放牧管理实际,更有利于脆弱草地的生态系统恢复和可持续利用。

宁夏荒漠草原优势植物叶片C、N、P生态化学计量特征及群落稳定性研究

以宁夏盐池县荒漠草原8个典型植物群落为研究对象,研究不同群落优势植物叶片C、N、P生态化学计量特征、群落稳定性及相互关系,结果表明:(1)不同群落优势植物叶片C、N、P含量差异显著(P<0.05),油蒿叶片C含量和P含量最高,白刺叶片N含量最高。短花针茅叶片C∶N和C∶P均显著高于其他优势植物,苦豆子叶片N∶P显著高于其他优势植物。宁夏盐池县荒漠草原植物生长受N和P共同限制。(2)宁夏荒漠草原时间稳定性为45.78~111.55,以甘草群落时间稳定性最高;抵抗力稳定性为-0.51~0.38,以牛枝子群落最高;恢复力稳定性为4.60~5.05,以甘草群落最高、短花针茅群落最低。豆科植物为优势种的群落稳定性高于非豆科植物为优势种的群落。(3)优势植物叶片C含量、N含量、P含量和N∶P与群落稳定性正相关,C∶N、C∶P与群落稳定性负相关。优势植物叶片N含量和抵抗力稳定性(RS)、恢复力稳定性(RL)具有显著的正相关性(P<0.05)。因此,宁夏盐池县荒漠草原优势植物叶片C、N、P生态化学计量特征与群落稳定性具有相关性,特别是优势植物叶片N含量对群落RS和RL有显著影响。

宁夏盐池县荒漠草原区不同群落优势植物叶片-土壤生态化学计量特征

为分析宁夏荒漠草原区不同群落植物与土壤的碳(Carbon,C)、氮(Nitrogen,N)、磷(Phosphorus,P)含量及其比值特征,本研究以宁夏盐池县荒漠草原区8种群落的植被及土壤为对象,研究了不同群落优势植物与土壤生态化学计量特征及其相互关系。结果表明:与全球平均水平相比,研究区不同群落优势植物叶片与土壤的C,N,P含量均较低;不同群落优势植物叶片与土壤的生态化学计量特征不同;苦豆子(Sophora alopecuroides)群落、短花针茅(Stipa breviflora)群落、赖草(Leymus secalinus)群落与白刺(Nitraria tangutorum)群落的限制植物生长的元素主要是P,甘草(Glycrrhiza uralensis)群落、中亚白草(Pennisetum centrasiaticum)群落和油蒿(Artemisia ordosica)群落植物的生长限制元素主要是N,N与P元素共同限制牛枝子(Lespedeza potaninii)群落的植物生长;土壤总C含量与植物总C含量具有极显著的正相关关系(P<0.01),与土壤全N和全P含量呈显著正相关(P<0.05);植物总C含量与土壤全P含量呈显著正相关(P<0.05)。

宁夏典型草原区退耕草地群落演替序列与环境解释

研究不同退耕年限草地植物群落的数量分类对恢复草地生态环境有重要意义。以宁夏南部典型草原区退耕草地为对象,借助植被数量生态学方法,对退耕1、2、3、5、6、8、9、11、15、16、20和21年的草地植物进行物种多样性分析、数量分类和排序,并研究植物群落演替序列与土壤因子的关系。结果表明:1)随着退耕年限的增加,物种多样性指数、丰富度指数、地上生物量均呈增大趋势。2)应用双向指示种(TWINSPAN)和除趋势对应分析(DCA)把12个不同退耕年限的样地划分为5个群落类型,TWINSPAN分类和DCA排序结果吻合,DCA排序进一步证明了TWIINSPAN分类的合理性。3)植被的演替序列为:猪毛蒿+狗尾草+早熟禾群落→赖草+披碱草群落→长芒草+赖草群落→赖草+野豌豆群落→长芒草+赖草+披碱草群落。4)通过冗余分析(RDA)得出,退耕年限的长短对草地植物生长的土壤环境产生一定影响,退耕前期土壤全磷和土壤有机碳含量较高;退耕中期土壤速效磷和土壤全氮含量较高,退耕后期土壤速效钾和土壤有机碳含量较高;这与不同退耕年限植物群落的TWINSPAN分类有密切联系。随着草地退耕年限的增加,草地植物群落演替序列不断优化,草原结构更加合理,生态环境得到改善。

生物滞留池对农村生活污水净化效果分析与设计方案优化

农村生活污水治理是农村人居环境整治的重要内容,对美丽乡村建设具有重要意义。作为经济、有效的农村生活污水净化措施,生物滞留池在农村生活污水治理发挥着重要作用。针对氮去除效果不稳定和系统堵塞问题,本研究在设计方案改进的基础上,从植物种类和填料厚度方面进行组合搭配,评估生物滞留池对农村生活污水的净化效果。结果表明:柳枝稷和"0.6m沙土+0.4m碎石"填料的生物滞留池净化效果最佳。

荒漠草原典型群落植物叶片-土壤-微生物碳、氮特征及相互关系

以宁夏荒漠草原面积较大的4个典型草本群落(牛枝子群落、短花针茅群落、赖草群落和白草群落)为研究对象,测定植物群落叶片、土壤和微生物的碳、氮含量,探究宁夏荒漠草原植物、土壤和微生物碳氮特征及其相互关系。结果表明:(1)短花针茅群落叶片碳含量最高,显著高于白草群落(P<0.05);短花针茅群落叶片氮含量最低,显著低于其他群落(P<0.05);叶片碳氮比以短花针茅群落最高(P<0.05)。(2)在0~15 cm土层牛枝子群落土壤碳和氮含量显著高于赖草群落和白草群落(P<0.05),在0~5 cm和15~40 cm土层牛枝子群落土壤碳氮比显著高于其他群落(P<0.05)。(3)在0~15 cm土层白草群落微生物生物量碳含量最高,牛枝子群落微生物生物量氮含量最低(P<0.05),在0~5 cm和15~40 cm土层短花针茅群落土壤微生物量碳氮比显著高于赖草群落和牛枝子群落(P<0.05);不同植物群落微生物生物量碳、微生物生物量氮和微生物熵均随土层加深呈下降趋势,具有“聚表效应”。(4)荒漠草原植物群落叶片碳与土壤碳含量显著正相关(P<0.05),土壤碳、氮之间极显著正相关(P<0.01),植物叶片、土壤和微生物在碳氮比率方面相关不显著。综上可得,在宁夏荒漠草原牛枝子群落在土壤碳、氮方面具有一定优势,植物与土壤在碳元素方面存在较强的依存关系,且土壤碳、氮在草原恢复过程中具有较强的相互作用,但植物与微生物间关系尚不明确。

宁夏典型草原不同退耕年限草地植物-土壤生态化学计量特征

为了研究宁夏典型草原不同退耕年限草地优势植物及土壤C、N、P化学计量特征,本研究以宁夏南部典型草原区退耕草地为对象,分别对退耕0、1、3、5、6、8、11、15、20年草地优势植物及土壤碳、氮、磷等生态化学计量特征进行研究。结果表明,各植物全氮含量均表现为地上部分大于地下部分,且猪毛蒿整体全氮含量较其他植物高。全磷含量除赖草外也表现为地上部分大于地下部分。退耕1年狗尾草和退耕3年赖草有机碳含量表现为地下部分大于地上部分,其余各退耕年限地上部分大于地下部分。优势植物C∶N、C∶P、N∶P整体表现为退耕20年长芒草最大。赖草和猪毛蒿最小。退耕6年以上20年以内土壤有机碳含量由表层向深层逐层递减;全氮含量退耕0~6年呈波动式变化,退耕8年后全氮含量由表层向深层逐层递减;全磷含量变化趋势与全氮相同。研究区土壤C∶N变化范围为7.08~19.62,C∶P变化范围为6.60~35.25,N∶P变化范围为0.82~2.17。各层土壤C∶N平均值变化范围为11.18~15.03,C∶P平均值变化范围为14.09~24.55,N∶P平均值变化范围为1.06~1.98;除C∶N接近我国土壤C∶N均值外,研究区土壤C∶P和N∶P均低于我国土壤C∶P和N∶P均值。并且相应地表优势植物C∶N、C∶P、N∶P明显高于表层土壤。本研究中土壤C∶N与土壤有机碳之间相关性不显著,与全N呈负相关,意味着C∶N主要受N控制,而C∶P与有机碳呈显著正相关,与全P相关性不显著。土壤N∶P与土壤全N含量呈显著正相关,与土壤全P含量相关性不显著,说明主要受N控制,而土壤全N含量随退耕年限的增加呈波动式上升趋势。植物与土壤碳、氮、磷相关性显示:植物全N与土壤N之间相关性不显著(P>0.05),植物全P与土壤全N、全P呈极显著的相关关系(P<0.01),与土壤有机碳和N∶P呈显著的相关关系(P<0.05)。