温度和水分对寒温带典型森林类型土壤有机碳矿化的影响

通过室内模拟试验,分析寒温带典型森林土壤有机碳矿化随温度和水分的变化特征,揭示土壤有机碳矿化影响机制,以期深入探讨气候变暖背景下,温度和水分对寒温带典型森林类型土壤碳循环的影响。采集白桦林和兴安落叶松林0<h≤10 cm和10 cm<h≤20 cm土层土壤(h),设计3个温度梯度(10、15、20℃)和3个水分梯度(30%、45%和60%)进行土壤碳矿化室内培养试验。结果表明:(1)两种林型0<h≤20 cm土层土壤有机碳矿化速率均呈明显的单峰曲线变化趋势,峰值出现在培养后的4~6 d,白桦林土壤有机碳矿化速率峰值波动在13.38~77.47 mg·kg^(-1)·h^(-1),兴安落叶松林峰值波动在10.82~48.08 mg·kg^(-1)·h^(-1),白桦林土壤有机碳矿化速率高于兴安落叶松林,随培养时间延长矿化速率迅速降低,并趋于平缓;(2)两种林型土壤矿化速率和累积矿化量与温度和水分呈显著正相关。白桦林土壤有机碳矿化速率和累积矿化量在不同土层均高于兴安落叶松林,0<h≤10 cm土层,白桦林在20℃培养时,3个水分梯度下的累积矿化量分别是兴安落叶松林的1.27、1.01、1.19倍,10 cm<h≤20 cm土层分别是1.24、1.40、1.26倍;(3)两种林型土壤在温度从10℃升高到20℃时,温度敏感性(Q_(10))随水分增加而增加,且10 cm<h≤20 cm土层Q_(10)值高于0<h≤10 cm土层。寒温带典型森林类型土壤有机碳矿化受温度和水分的显著影响,土壤有机碳矿化速率随温度升高而加快,并伴随着森林碳排放量的增加。

林下植被对桢楠幼林生长和土壤质量的影响

探究林下植被去除对桢楠幼林生长和土壤质量的影响,明确驱动桢楠生长的潜在立地因子,为桢楠幼林林下植被管理提供科学依据。以重庆市永川国有林场8年生桢楠人工幼林为研究对象,采用野外控制试验,设置林下植被去除和自然保留两种处理,研究林下植被去除对桢楠生长、光合生理和土壤理化性质的影响,使用曼特尔检验分析土壤特性和桢楠生长关联性,应用随机森林模型确定影响桢楠生长的关键土壤因子,利用土壤质量指数量化土壤环境因子和生长的关系。结果表明:林下植被去除后,桢楠树高、地径、冠幅和叶面积显著增长,综合生长指数提高了169.23%,光合参数(净光合速率、气孔导度、蒸腾速率)和光合色素(叶绿素、类胡萝卜素)含量显著提升,土壤特性除有效磷、速效钾外均得到显著改善,土壤质量指数提高了107.10%。桢楠生长主要受土壤氮循环及其可利用性调控,脲酶和碱解氮是驱动桢楠生长的主要因子。林下植被去除能够通过提升土壤质量促进桢楠生长,建议在桢楠人工幼林管理时及时去除林下植被,以促进桢楠人工林可持续经营。

林火对大兴安岭多年冻土区灌丛湿地土壤微生物生物量碳/氮的影响

林火是影响多年冻土稳定性的主要因素之一,对火后多年冻土区土壤微生物生物量碳氮的变化特征进行分析,为火后冻土土壤恢复提供理论依据。以大兴安岭漠河2002年火烧灌丛湿地为研究对象,在未火烧和火烧区分别随机设置5个试验样地采用土钻分别采集土壤深度(h)为0<h≤30 cm和30 cm<h≤60 cm土层土壤土样,分析火后0~60 cm土层土壤理化性质和土壤微生物生物量碳/氮(MBC/MBN)的变化特征。结果表明:(1)火烧样地0<h≤30 cm和30 cm<h≤60 cm土层的MBC质量分数分别降低54.69%和53.11%,MBN质量分数分别降低38.77%、33.00%。(2)火烧样地0<h≤30 cm土层的土壤温度和土壤密度分别增加90.82%、161.54%,土壤含水率、全碳质量分数和全氮质量分数分别降低88.51%、48.57%和32.98%;30 cm<h≤60 cm土层的土壤温度、土壤含水率、硝态氮(NO-3-N)质量分数和pH分别增加213.26%、24.23%、38.36%和3.75%,土壤全碳、全氮和全磷质量分数分别降低44.70%、38.0%和31.03%。(3)在0<h≤30 cm土层,MBC、MBN与土壤含水率、土壤全碳、全氮和全磷质量分数呈显著正相关关系,与土壤密度和林火强度(FS)呈显著负相关关系,土壤全碳质量分数、土壤密度和林火强度是影响MBC和MBN的主要因子;在30 cm<h≤60 cm土层,MBC、MBN与全碳质量分数、全磷质量分数呈显著正相关关系,与土壤密度呈显著负相关关系;土壤密度、全碳质量分数和土壤含水率是影响MBC和MBN的主要因子。

自然保护区森林土壤化学计量特征及驱动因素

为探究中国自然保护区森林土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及生态化学计量特征,揭示自然保护区森林土壤养分的限制因素及生态化学计量特征的主要驱动因素,该文基于2006-2023年全国自然保护区森林土壤有机碳、全氮、全磷含量历史文献数据,运用描述性统计分析、相关性分析和冗余分析(RDA)探究土壤C、N、P含量和生态化学计量特征的垂直分布规律及驱动因素。研究结果表明:(1)自然保护区森林土壤有机碳、全氮、全磷含量总体上随土层深度的增加呈递减趋势,有机碳和全氮含量在不同土层之间差异极显著(P<0.01)。在0~20 cm土层,土壤C∶N、C∶P和N∶P均值分别为23.99、119.03和7.22;在20~40 cm土层,均值则分别为17.62、67.81和4.30。(2)土壤pH与土壤化学计量比相关性极显著(P<0.01)。土壤密度与N∶P显著正相关(P<0.05),与C∶P极显著正相关(P<0.01)。(3)RDA结果表明:0~20 cm土层,土壤密度显著解释了土壤C、N、P含量及化学计量比的3.5%,年均降雨量和海拔极显著解释了土壤C、N、P含量及化学计量比的11.6%和5.0%。在20~40 cm土层,土壤密度和年均降雨量显著解释了土壤C、N、P含量及化学计量比的6.1%和6.3%,海拔极显著解释了土壤C、N、P含量及化学计量比的15.5%。自然保护区森林土壤养分受到N限制,海拔、土壤密度及年均降雨量对土壤养分含量及化学计量特征的影响较大。

小兴安岭针叶林与阔叶林土壤温湿度敏感性差异研究

为了探究小兴安岭地区针、阔叶林土壤碳汇稳定性差异,对小兴安岭凉水国家级自然保护区内针、阔叶林进行调查并采集0~20 cm表层土壤样品,测定土壤有机碳含量(SOC)、土壤异养呼吸速率(Rs)、温度敏感性(Q_(10))、湿度敏感性(Hs)及土壤理化性质指标。结果表明,阔叶林土壤有机碳含量较针叶林显著高出31.49%(P<0.05),土壤异养呼吸速率针、阔叶林间差异不显著。针叶林土壤温度敏感性(Q_(10))比阔叶林显著高出16.82%,但湿度敏感性针、阔叶林间差异不显著。与针叶林相比,阔叶林土壤有机碳含量更高,且阔叶林温度敏感性更低。冗余分析结果表明土壤容重对碳汇稳定性影响最大。

不同林龄华北落叶松土壤酶活性和碳氮磷化学计量变化

为人工林的合理经营提供理论依据,以塞罕坝机械林场五个林龄(15年、25年、35年、45年和55年)的华北落叶松人工林土壤为研究对象,分析不同深度土壤(0—15和15—30 cm)的理化性质、酶活性以及计量比特征,并揭示其相互关系。结果表明:(1)土壤有机碳、全氮含量随林龄增长而升高,而含水率、全磷和全钾含量呈现先升后降的趋势。表层土壤(0—15 cm)的含水率、有机碳、全氮和全磷含量显著高于深层土壤(15—30 cm),土壤全钾含量呈现相反规律。(2)土壤的β⁃1,4⁃葡萄糖苷酶、纤维二糖水解酶、β⁃1,4⁃木糖酶、亮氨酸氨肽酶、β⁃1,4⁃N⁃乙酰基氨基葡萄糖苷酶和酸性磷酸酶的活性随林龄的增加呈增大趋势,随土壤深度的加深呈减小趋势。(3)六种土壤酶活性与土壤含水率、有机碳和全氮含量呈显著正相关(P<0.05),与土壤pH值、全钾含量呈负相关。由冗余分析和逐步回归得出,土壤pH、含水率、氮磷比和土壤养分是影响土壤酶活性的主要因素,土壤养分是影响土壤酶化学计量的主要因素。(4)研究区土壤磷的含量极度贫瘠(均小于0.2 g/kg),由氮磷比可得15—35年华北落叶松的生长受到氮和磷的共同限制,45和55年华北落叶松的生长主要受磷限制。在所有林龄中,氮限制程度随土壤深度的加深而降低,而磷限制程度则随土壤深度加深而增强。(5)土壤酶化学计量氮磷比(0.77—0.84)和酶化学计量碳磷比(0.84—0.92)均高于全球的平均值(0.44和0.62)。酶活矢量角度均小于45°,且随土壤加深而减小。说明土壤微生物受到较为强烈的氮、磷限制,其中氮限制程度随土壤深度加深而加强。因此,在华北落叶松人工林经营管理中应考虑外源氮和磷的投入,缓解华北落叶松人工林生态系统的养分限制。

祁连山东部地区不同林分密度白桦天然林土壤理化性质特征

研究不同林分密度对白桦天然林土壤理化性质的影响,分析不同林分密度下白桦天然林土壤理化性质的变化规律,为白桦天然林的保护提供合理的密度参考。以青海省西宁市大通县宝库林区白桦天然次生林为研究对象,通过采集土壤样品,调查并测定了100—400、400—700、700—1000、1000—1500、1500—2100、2100—2500株/hm^(2)6种密度下林地的土壤容重、质量含水量、田间持水量、孔隙度、饱和导水率(K_(st))、pH值、有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)含量和包括C∶N、C∶P、N∶P在内的共17个土壤属性指标,采用SPSS 22.0对数据进行显著性检验和相关性分析。结果表明:(1)在垂直分布特征上:土壤孔隙度,K_(st)和SOC、TN、TP、AN、AK的含量,以及C∶P、N∶P的比值均随土层深度增加而降低;而土壤容重和pH值则随土层深度增加而增大。(2)在密度分布特征上:土壤SOC、TN、AN含量,C∶P、N∶P的比值随密度增加呈缓慢降低的变化趋势,TP含量随密度增加无显著变化规律,以上这些指标均在密度为100—400株/hm^(2)时达到最大。土壤质量含水量、田间持水量、K_(st)和孔隙度均随密度增大呈先增后减的变化趋势,且都在密度为400—700株/hm^(2)时达到最大,土壤容重在该密度时达到最小。(3)在土壤化学计量特征上:研究区土壤C∶P、N∶P的平均值为97.32、7.36,高于中国土壤平均值,表明土壤P有效性较低。综上所述,研究区白桦林在低密度(100—700株/hm^(2))时,土壤理化性质的改良作用相对较好,会更有利于土壤物理结构的稳定和养分积累。

磷养分添加对亚热带两种不同林分森林土壤微生物残体碳的影响

土壤微生物残体碳(microbial residue carbon,MRC)是土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)的重要组成部分,而磷养分如何影响亚热带森林土壤MRC含量和组成还不明确。以米槠(Castanopsis carlesii)天然林和杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林土壤为研究对象,设置对照(CT,0 g·kg^(-1))和磷添加(P,0.1 g·kg^(-1))的室内培养实验,观测磷添加后土壤氨基糖含量、化学性质以及酶活性变化,探究磷添加对亚热带米槠天然林和杉木人工林土壤MRC含量及其组成的影响。结果表明:(1)磷添加后,米槠天然林土壤中的pH值和土壤可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)的含量显著增加3.3%和23.7%,杉木人工林土壤中的pH值显著增加3.9%;(2)磷添加对土壤MRC含量和组成的影响因林分类型而异,磷添加后米槠天然林土壤MRC含量及其对SOC的贡献比例分别提高了25.7%和22.4%,而对杉木林土壤MRC影响不显著;(3)相关分析发现MRC含量与β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)活性呈负相关,冗余分析结果显示DOC含量变化解释了土壤MRC含量变化的74.5%,表明磷养分主要通过影响土壤MRC的形成与分解调控土壤残体碳累积。

加勒比松针阔混交改造初期对林下植被多样性及土壤理化性质的影响

从林下植被多样性、土壤理化性质探讨合理的加勒比松人工纯林改良模式,为提高加勒比松纯林生态稳定性及混交林树种选择提供科学依据。以加勒比松纯林(PP)、加勒比松×灰木莲(MF1)、加勒比松×红锥(MF2)、加勒比松×灰木莲×红锥(MF3)混交林为研究对象,分析4种林分林下植被多样性和土壤理化性质差异。结果显示:1)3种混交林草本层多样性指数均显著高于PP,其中MF1最大,MF3次之;3种混交林灌木层物种丰富度指数均显著提高,Simpson指数、Shannon-Wiener指数仅MF3显著高于PP,Pielou指数差异不显著。2)不同林分间土壤容重差异不显著,3种混交林土壤含水率和土壤孔隙度均高于PP,均为MF3最优。3)除硝态氮外,MF2和MF3的0~20 cm、20~40 cm土层土壤有机碳、全氮、铵态氮、全钾、速效钾和速效磷含量均显著高于PP。4)相关性分析表明,灌木层多样性指数与土壤理化性质的相关性强于草本层,而草本层与土壤速效磷含量的相关性较强;冗余分析表明,土壤有机碳、速效磷是影响林下植被多样性的主要因子。与PP相比,MF1、MF2、MF3均能够显著提高灌木层物种丰富度和草本层植被多样性指数。同时,混交林还改善了土壤水分和孔隙状况,提高了土壤有机碳和氮、磷、钾的全量和有效养分含量,且套种多树种混交改良效果明显优于套种单一树种的混交林。

武汉市森林公园常见植物根际土壤微生物量碳分布及其影响因素

【研究目的】土壤微生物生物量碳是土壤有机质中最活跃的组分,研究植物根际土壤微生物量碳对认识土壤碳汇及土壤肥力具有重要意义。【研究方法】以武汉市马鞍山森林公园为研究对象,选择4种不同植物类型(乔木、小乔木、灌木、草本)随机设置33个采样点,研究不同植物群落根际土壤微生物量碳分布特征的主要驱动因子。【研究结果】①土壤微生物量碳在不同植物群落根际间存在显著差异,根际土壤微生物量碳的波动范围为270.76~908.44 mg/kg。②土壤微生物量碳与土壤有机碳(r=0.662,p<0.01)、无机氮(r=0.510,p<0.01)、碳磷比(r=0.519,p<0.01)、铵态氮(r=0.355,p<0.01)和硝态氮(r=0.485,p<0.01)显著正相关,而与土壤速效磷(r=−0.134,p<0.05)显著负相关。③不同植物群落根际间的土壤微生物生物量熵碳的变化范围为1%~4%,其中黑足鳞毛蕨植物群落的根际最高,桂花植物群落根际最弱。④土壤有机碳、碳磷比和无机碳是影响土壤微生物生物量碳的主要因子,而碳氮比(36.36%,p<0.01)和有机碳(24.42%,p<0.05)是决定土壤微生物生物量熵碳含量的关键。【结论】土壤碳氮比和有机碳是土壤微生物量熵碳的主要影响因子。不同植物根际土壤中微生物生物量碳间存在显著差异,相比之下黑足鳞毛蕨的根际土壤微生物固碳能力最高。

短时降雨对辽东半岛天然栎类林土壤剖面水分的动态影响

以辽东半岛天然栎类林(Quercus L.)为对象,利用2019—2022年降雨和土壤水分连续观测数据,定义土壤湿润事件。采用定量计算和统计分析法,探究短时降雨时土壤剖面水分的反应时间、反应速率、反应增量特征。结果表明:不同降雨量时,土壤开始反应时间由高到低依次为小雨、中雨、大雨、暴雨。不同土层反应时间随土壤深度的加深逐渐延长,土壤湿润事件发生概率逐渐增大。不同降雨量时,土壤剖面水分反应速率由低到高依次为小雨、中雨、大雨、暴雨,且随着降雨等级增加,总体反应速率逐渐增加;同等级降雨时,土壤剖面水分的反应速率呈现波动式变化,总体呈降低趋势。不同降雨量下土壤剖面水分增量由低到高依次为小雨、中雨、大雨、暴雨,且随着降雨等级增加而逐渐增大;同等级降雨时,土壤剖面水分增量总体呈逐渐降低趋势,且与降雨量变化趋势相近。小雨、中雨、大雨时,土壤剖面水分反应速率和反应增量与降雨速率显著相关(P<0.05),而暴雨时其相关性不显著。土壤剖面水分对降雨的反应时间、反应速率、反应增量变化主要受降雨时间、降雨强度、土壤深度的影响。

大亮子河林场不同林型土壤节肢动物多样性研究

为了探究大亮子河林场不同林型土壤节肢动物的群落结构特征及多样性,选取5种不同林型为研究对象,用Tullgren干漏斗法对土壤节肢动物进行分离,对捕获的节肢动物进行数量统计,经分析得到其群落结构特征及多样性相关数据。本次调查共捕获到节肢动物2 457只,隶属于5纲10目43科,优势类群为棘跳科和等节跳科,分别占采集总个体数的11.56%和11.15%。针阔混交林的Shannon-Wiener多样性指数最高,但Simpson优势度指数最低。5种林型采样点中的土壤节肢动物垂直分布特征具有明显的表聚性。该研究将为环境评估以及森林和保护区的生态保护提供理论支持。

高海拔地区3种林分类型土壤酶活性与微生物生物量特征

为探究贵州省高海拔地区不同林分类型土壤酶活性和微生物生物量变化特征及其影响因素,以威宁县沙子坡林场云南松林、云南松-麻栎林和桤木-麻栎林两个土层(0~20、20~40 cm)为研究对象,测定3种林分类型土壤性质、微生物生物量含量及酶活性,采用方差、相关性及冗余分析方法研究不同林分类型的土壤性质、微生物生物量和酶活性的变化特征,揭示土壤酶活性、微生物生物量的影响因素。结果表明:3种林分类型土壤的脲酶(URE)、β-葡萄糖苷酶(βG)、蔗糖酶(SUC)活性无显著性差异,过氧化氢酶(CAT)、多酚氧化酶(PPO)活性均表现为桤木-麻栎林显著高于云南松-麻栎林和云南松林(P<0.05),酸性磷酸酶(ACP)活性在0~20 cm土层中云南松-麻栎林最低(P<0.05),20~40 cm土层中云南松林最低(P<0.05)。3种林分类型土壤的微生物生物量碳(MBC)和微生物生物量氮(MBN)含量均以云南松-麻栎林最高。冗余分析表明,土壤有机碳(SOC)、全磷(TP)含量是酶活性的影响因子,SOC含量、TP含量、无定形态氧化铝(Al_(o))含量、阳离子交换量(CEC)、无定形态氧化铁(Feo)含量和pH值是微生物生物量的影响因子,SOC含量是决定土壤酶活性和微生物生物量的关键因子。桤木-麻栎林和云南松-麻栎林土壤质量整体高于云南松林,在未来的森林经营中,该地区可以适当对云南松林进行树种结构的调整,以期进一步提升土壤质量。

小五台山两种天然植被的土壤理化性质及质量评价

为明晰山地地区不同天然植被土壤理化性质差异,以小五台山华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)天然林和亚高山草甸为研究对象,分析不同土壤深度(0<h≤20 cm、20 cm<h≤40 cm、40 cm<h≤60 cm)和海拔高度梯度(2422~2425 m、2636~2641 m)时,土壤密度、总孔隙度、毛管孔隙度、含水量、毛管持水量、最大持水量、田间持水量以及有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾质量分数等14项理化指标的差异,并利用土壤质量指数对其土壤质量进行综合评价。结果表明:除土壤密度外,华北落叶松天然林土壤的总孔隙度、毛管孔隙度、土壤含水量、毛管持水量、最大持水量、田间持水量均高于草甸,但差异不显著。海拔梯度升高,不同土层深度的土壤物理性质差异显著。华北落叶松天然林土壤的有机质、全氮、碱解氮质量分数均高于草甸,不同土层间差异显著,“表聚”现象明显。海拔梯度升高,两种天然植被土壤速效磷、全钾、速效钾的质量分数呈降低趋势,但草甸土壤全磷的质量分数显著提高。土壤质量综合评价结果表明:华北落叶松天然林的土壤质量优于亚高山草甸,天然林对土壤质量的改善作用更加明显。植被表层土壤质量随海拔高度上升而增加,全氮是影响该区域两种天然植被土壤质量的关键因素。

绿林地废弃物在固化土中的试验研究

在“双碳”的战略目标下,以绿林地固体废弃物在道路固化土中的应用研究为背景,通过试验研究及理论机理分析,揭示绿林地废弃物在固化土中的强度变化规律。试验结果表明:水泥掺量5%时,木块在浸水后强度损失较大,且不利于压实工艺;当水泥掺量达到10%以上时,木块在固化土中有一定的增强作用,水泥胶凝产物能够形成网状增强结构;在水泥掺量为15%时,固化土强度会随着木块掺量的增加而增大,木块掺量为40%时,强度达到1.8 MPa。

马尾松林下土壤理化性质对不同林火严重程度的响应

林火是中国亚热带森林生态系统的重要干扰之一,可通过影响土壤理化性质从而影响火后植物以及微生物群落的物种组成和种群动态。研究不同严重程度的林火对马尾松林土壤理化性质时空动态的影响,旨在为中国亚热带马尾松林火后森林恢复与管理提供理论依据。结果表明:(1)林火对土壤理化性质的影响与林火严重程度呈正相关,与恢复时间和土层深度呈负相关。(2)随恢复时间增加,土壤总孔隙度逐渐增大,土壤容重、pH、速效氮、速效磷逐渐降低;低林火严重程度下的土壤有机碳和全氮含量逐渐降低,而中、高林火严重程度则与之相反。(3)随土层深度增加,土壤容重和孔隙度有所增加,而土壤有机碳和全氮含量有所降低;土壤含水率在不同土层深度间无显著性差异。(4)低严重程度的林火显著增加了大部分土壤理化性质之间的相关性,而中、高严重程度的林火导致土壤有机碳、全氮和其他土壤理化性质之间的相关性发生转变。亚热带马尾松林下土壤理化性质对低林火严重程度产生积极响应,有利于促进林下植被更新,增强生态系统稳定性。

基于遥感影像的阿拉尔垦区不同土地利用类型土壤有机质含量研究

土壤有机质是土壤肥力的重要指标,对阿拉尔垦区土壤有机质空间分布制图可以更好了解其分布和变化规律。本研究以阿拉尔垦区为研究区,基于257个表层土壤有机质含量数据,采用监督分类法将研究区划分为5种典型土地利用类型,提取9种不同的植被指数作为建模因子,采用随机森林算法进行建模,对研究区内不同土地利用类型土壤有机质含量和空间分布情况进行对比分析。研究结果表明,随机森林(RF)模型能够准确评估土壤有机质含量,其建模集R2值为0.73,RPD值为1.87,RMSE值为1.59g·kg^(-1);验证集R^(2)值为0.71,RPD值为1.91,RMSE值为1.59g·kg^(-1)。基于RF模型对阿拉尔垦区不同土地利用类型土壤有机质含量进行制图,结果表明,土壤有机质由耕地土壤向外围区域递减,耕地土壤有机质含量最多,荒漠的有机质含量最少,林草地和未利用地有机质含量适中呈现西高东低的趋势。研究结果可为阿拉尔垦区土壤肥力提升以及土壤有机质监测提供科学依据。

地下水埋深和林分结构对胡杨林下草本植物多样性的影响

【目的】阐明地下水埋深、林分结构和土壤理化因子对胡杨林下草本植物多样性的影响及其相对作用。【方法】以额济纳绿洲胡杨林3个代表性生境为研究对象,基于胡杨林下草本植物多样性、地下水埋深和土壤理化性状,解析胡杨林下草本植物多样性的主要影响因素及其作用。【结果】①草本植物物种丰富度和Shannon-Wiener指数与地下水埋深、平均胸径和土壤全氮量显著负相关,但与林分密度和土壤含水率显著正相关。②地下水埋深、林分结构和土壤含水率共同调控着草本植物多样性,三者协同解释了胡杨林下草本植物群落物种丰富度和Shannon-Wiener指数37.60%和48.60%的变异。③土壤含水率单独解释了草本植物群落物种丰富度和Shannon-Wiener指数24.05%和23.89%的变异,是胡杨林下草本植物多样性主导因素。④地下水埋深单独解释了草本植物群落物种丰富度和Shannon-Wiener指数11.14%和12.36%的变异;同时,地下水埋深既可以直接影响草本植物多样性,也可以通过影响土壤含水率来间接影响草本植物多样性。⑤平均胸径直接影响草本植物多样性,但林分密度主要通过影响土壤含水率间接影响草本植物多样性。【结论】地下水埋深和林分结构通过调控土壤含水率决定了胡杨林下草本植物多样性的维持。

联合FOD-sCARS的土壤有机质高光谱机器学习估测模型

土壤有机质(SOM)含量是表征土壤质量的关键指标,在全球碳循环系统中发挥重大作用。快速准确的SOM估算和空间制图对土壤碳库估算、作物生长监测和耕地规划管理具有重要意义。利用传统方法监测区域性SOM含量耗时费力,基于高光谱遥感影像建立SOM估测模型是现在较为合理有效的方法。为探索解决目前高光谱遥感影像建立SOM含量估测模型存在光谱数据冗余、光谱数据特征提取精度低、小样本模型泛化能力不强的问题,选择位于青海省湟中县的研究区,共采集67个土壤样本。获取资源1号02D(ZY1-02D)高光谱遥感影像并进行预处理得到样点像元光谱数据,采用分数阶微分变换(FOD)方法挖掘与SOM含量具有响应关系的敏感波段,以0.2为一个步长,利用相关性阈值法对比分析不同阶次微分处理数据挖掘能力;运用稳定性竞争性自适应重加权采样算法(sCARS)去除高光谱冗余数据获取建模特征波段,选择随机森林(RF)、极端梯度提升树、极限学习机和岭回归机器学习作为建模算法,以全波段和特征波段光谱数据分别作为模型输入变量构建SOM估测模型进行高光谱反演研究工作;最后根据最优特征变量和建模算法,基于ZY1-02D遥感影像进行了SOM空间分布制图。结果表明:采用FOD变换相比整数阶可以大大提高波段与SOM含量间的相关性,挖掘出更多细微的与SOM含量产生响应关系的光谱波段,其中0.8阶微分变换效果最优,较原始波段相比相关系数最大值提高了0.546;相较于全波段光谱数据,采用sCARS特征提取方法获取特征波段构建模型的估测精度得到较大提升,说明sCARS可以有效提升建模数据的质量,提升模型预测精度。建模算法中RF表现最优,R_(p)^(2)(模型决定系数)达到0.766,RPD达到1.86,较全波段建模结果R_(p)^(2)提升约7.58%;基于FOD-sCARS和RF实现了区域SOM含量估测制图。研究进一步验证利用星载高光谱遥感影像是实现区域SOM估测制图的可靠途径,研究结果可为估测区域SOM含量提供新思路,为利用星载高光谱遥感影像绘制SOM含量空间分布图提供了数据支持。

宁夏罗山不同森林群落叶功能性状及其环境响应机制

以罗山自然保护区内主要的森林群落类型(青海云杉纯林、山杨纯林、青海云杉×油松混交林、山杨×油松混交林)为研究对象,测定植物的叶面积(LA)、叶干物质量(LDMC)、比叶重(SLW)、叶碳含量(LCC)、叶氮含量(LNC)和叶磷含量(LPC)6种功能性状在地形因子和土壤因子的变化规律和变异特征,分析叶功能性状间的相互关系。探明植物功能性状与环境之间的关系,基于功能性状-环境相互关系揭示荒漠草原过渡带山地森林群落植物的生长对策和资源利用能力。结果表明,叶功能性状间存在极显著的相关性,4种不同森林类型种叶功能性状存在差异性,植物为适应不同的生境,采取不同的叶性策略来适应生境。青海云杉纯林中灌木层的Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Margalef指数显著最低(P<0.05),草本层的物种多样性指数无显著差异,青海云杉纯林的Simpson指数显著最低,青海云杉纯林的Shannon-Wiener指数显著低于山杨纯林。4种森林群落所有样地内共出现林下植物55种,隶属24科43属。灌木层的优势种为华北紫丁香和黑果栒子;草本层的优势种为玉竹和薹草。土壤因子和海拔因子共同影响功能性状与物种多样性指标,有机质和有效磷与LA、LNC、LPC呈正相关关系,与LDMC、SLW、LCC呈负相关关系,海拔与LDMC呈正相关关系,与LA、LNC、LPC呈负相关关系。有机质、全氮、全磷与Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数呈正相关关系,海拔与Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou均匀度指数、Margalef指数均呈负相关关系。