流沙固定过程中土壤-植被系统演变

包兰铁路横穿腾格里沙漠沙坡头段,全长45km,年降水量186mm;流动沙丘相对高度20m,以每年4m的速度向东南方向移动。无灌溉条件下、工程措施与生物措施相结合的防沙固沙工程体系始建于1956年,近半个世纪以来该体系确保了包兰铁路畅通无阻。几十年的土壤植被系统演变正影响着整个防护体系。植被在从人工系统向自然系统的演变中经历了覆盖度从增加到减少的自疏过程、从灌木到半灌木到草本的变化;土壤从流动风沙土向钙积旱成土发育,地表生物结皮发育;降水在生态系统中的再分配过程已经彻底改变,新的水分平衡格局明显影响现有防沙固沙体系。

流沙固定过程中土壤-植被系统演变对水环境的影响

横穿腾格里沙漠的防风固沙体系始建于 1 95 6年 ,确保了包兰铁路近半个世纪的畅通无阻。在几十年的土壤 -植被系统演变中 ,花棒 +柠条 +油蒿 -干旱砂质新成土的人工系统演变为油蒿 +雾冰藜 +小画眉草 -简育正常干旱土的半天然、天然系统 ;生物结皮发育、结皮层形成改变了降水的再分配过程 ;在 2 0～ 5 0 0cm深度的干旱层因灌木的排水作用而形成 ,低等植物也开始与草本和灌木竞争水分 ,深根系的灌木很难得到降水的补给 ,逐渐退出了防护体系 ;土壤 -植被系统趋于更薄的活动层。

土壤-植被系统及其对土壤健康的影响

在总结分析土壤健康概念与内涵、土壤-植被系统的组成与边界的基础上,着重从植被类型与特征对土壤生态系统的物理健康、化学健康和生物健康3方面的影响进行了综述。

基于大气-土壤-植被系统干旱发生发展过程的综合干旱指标构建与应用

适宜的干旱指标和高分辨率数据是准确监测干旱的基础。本研究从气象干旱和土壤干旱以及植被对干旱的响应出发,整合中国国家气象观测站、中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS)土壤湿度(0.0625°×0.0625°)和MODIS叶面积指数(500 m×500 m)等多源数据信息,构建了基于气象干旱指数(标准化降水蒸散指数)、土壤干旱指数(土壤湿度百分位)和植被干旱指数(叶面积指数百分位)的综合干旱指数,并在中国东北地区开展了典型站点和区域10 km×10 km空间分辨率干旱监测试验。结果表明,综合干旱指数克服了单一气象干旱指数不能准确反映农业旱情及单一植被长势指数会将其他灾害引起的植被长势变差误判为干旱的不足,能够反映灌溉对干旱的影响,实现对大气-土壤-植被系统干旱发生、发展及其影响的监测。

太行山坡地不同管理措施植被-土壤系统耦合关系

植被和土壤的耦合协调关系可以用来衡量生态系统的一致性和协调性程度。研究以河北省临城县太行山东麓丘陵坡地为研究区,以原生灌草地、不管理的人工核桃林、人工核桃林下清除灌草、人工核桃林下清除灌草并施肥等4种不同管理措施的植被-土壤系统为研究对象,建立由4个植被因子(Shannon-Wiener、Simpson、Margalef、Pielou等指数)和7个土壤因子(土壤有机碳、全氮、全磷、全钾、pH、电导率、含水率等)组成的评价指标体系,采用层次分析法和熵权法确定各因子权重,以耦合协调度模型评价二者的协调程度。结果表明:(1)不同管理措施下,除植被因子Pielou指数外,其余植被和土壤因子均存在显著差异性(P<0.05)。(2)土壤有机碳与Simpson指数呈显著正相关(P<0.05),与Shannon-Wiener、Pielou、Margalef指数呈显著负相关(P<0.05),土壤全氮与Shannon-Wiener和Margalef指数呈显著负相关(P<0.05)。(3)不同管理措施下植被-土壤系统耦合协调程度总体处于失调发展状态,原生灌草地为严重失调发展模式的植被-土壤同步发展型,不管理的人工核桃林和林下清除灌草并施肥均属于中度失调发展模式的土壤滞后发展型,林下清除灌草属于轻度失调发展模式的植被滞后发展型。综上,种植人工核桃林并清除林下灌草有利于提升植被-土壤系统耦合协调度,但尚未达到最佳的协调状态。

不同退耕类型土壤-植被系统耦合协调关系评价

基于对研究区6种退耕类型的植被调查和土壤样品的采集与分析,建立了7个土壤因子和5个植被因子的指标评价体系,采用熵权法确定各因子权重,构建了6种退耕类型的土壤-植被耦合协调度模型。结果表明:经过20年的植被恢复,不同退耕类型处在不同程度的失调衰退类型下。整体上,侧柏+油松(梯田)和侧柏+油松+刺槐+榆树具有较高的土壤指数、植被指数、土壤-植被系统耦合度和耦合协调度。表现为侧柏+油松(梯田)>侧柏+油松+刺槐+榆树>单种灌木(柠条和沙棘)>单种乔木(刺槐和侧柏)。多树种混交和梯田改造模式的土壤植被系统的综合生态效应优于其他退耕类型,单种灌木和乔木的土壤改良效果较差。多树种混交模式以及梯田改造能够改善研究区土壤-植被系统失调的局面,发挥更大的生态效益,促进黄土丘陵沟壑区土壤-植被生态系统的协调可持续发展。

岩石-土壤-植被信息系统建立探讨

岩石 -土壤 -植被信息系统是地球表面分布范围最广的系统之一 ,通过计算机软硬件的支持 ,运用系统工程、信息科学的理论具有空间内涵的岩石、土壤、植被信息对进行了科学管理和综合分析 ,采用遥感、地理信息系统和多学科的交叉与综合等手段 ,利用面向对象的信息提取 ,采集气候信息、地形地貌信息、水资源信息、地质背景信息、土壤信息、植被信息、地面热场信息和水土流失信息等 ,建立空间信息数据库 ,研究岩石、土壤、植被信息之间的信息流关系 ,以供规划、管理、决策和研究所需信息的技术系统。

羊草草地植被-土壤系统氮循环研究

研究表明 ,0～ 30cm土层 7月氮 (N)总储量为 479.2g·m-2 ,其中主要为有机N ,占总N量的 98.5 % ,土壤中的无机N年度变化很大 ,在 2 .55～ 1 1 .3g·m-2 之间 ,7月无机N储量为 7.3g·m-2 ,与其它类型草地不同 ,该类型草地土壤铵态N与硝态N含量有些季节相差不大 ,有些季节硝态N的含量超过铵态N的含量 ,铵态N的峰值出现的时间早于硝态N。植物根系吸收利用的无机N约为 3 .48g·m-2 ·a-1 ,植物根系向地上每年输送的N量为 2 .97g·m-2 ·a-1 ,地上活体向地下转移的N量为 1 .54g·m-2 ·a-1 ,植物地上部分每年转为立枯凋落物的N量为 1 .43gm-2·a-1 ,由立枯凋落物转为土壤有机N的量大于 1 .0 8g·m-2 ·a-1 ,植物根系每年转为土壤有机N的量为 1 .51g·m-2 ·a-1 。

土壤-植被-大气系统水和热传输机理及区域蒸散模型(英文)

在不同空间和时间尺度上建立了估算土壤 植被 大气系统水、热传输的模型 ,并且在华北平原中国科学院两个农业生态试验站设计了 3个试验 ,验证模型的精度和有效性 .第一个模型是基于瞬时通量观测基础上建立的植被冠层光合 导度 蒸散耦合模型 ,它模拟的结果与涡度相关系统测定结果比较一致 ;第二个模型为一维 3层的土壤水量平衡模型 ,此模型成功用于模拟 1 998— 2 0 0 3年度太行山山前平原不同灌溉条件下的土壤水分深层入渗和蒸散过程 ;第三个模型为区域能量通量和日蒸散模型 ,它基于卫星遥感数据和地面同步观测而建立 ,本模型可以监测区域地表的干旱状况 ,用于估算区域能量通量和日蒸散 .

王屋山不同海拔植被-土壤耦合协调度研究

【目的】探究不同海拔对植被与土壤耦合协调度的影响,为植被-土壤系统改善和山地生态系统管理提供依据。【方法】通过对王屋山5个海拔梯度(800、1000、1100、1200和1500 m)植被与土壤的全面调查与采样分析,建立植被-土壤耦合关系评价指标体系,运用层次分析法确定各评价指标的权重,构建不同海拔梯度下植被-土壤耦合协调度模型。【结果】不同海拔梯度下植物的物种重要值、多样性指标和土壤因子均存在显著差异,壳斗科栎属(Quercus fagaceae)在各个海拔均占据优势地位。1100 m处土壤综合评价指数最高,1500 m处植被综合评价指数最高,800 m处植被和土壤综合评价指数均最低。不同海拔梯度下植被-土壤耦合协调度依次为1500 m最大,1100 m次之,1000和800 m最小,其中1500和1100 m分别表现为初级协调土壤滞后型和初级协调植被滞后型,1200 m为勉强协调土壤滞后型,800和1000 m分别为严重失调共损衰退型和中度失调植被损益型。【结论】王屋山地区不同海拔植物-土壤耦合协调关系较复杂,高海拔植被演替和土壤发育协调一致性较好,低海拔耦合协调度较差。

旅游干扰对喀纳斯景区草地土壤—植被系统的影响

研究喀纳斯景区旅游干扰下草甸群落土壤-植被系统的变化,同时分析土壤理化性质与植被特征之间的相互影响程度。结果表明:从背景区到强烈活动区,景区草甸群落的盖度、高度、生物量、凋落物生物量和物种多样性均趋于减小;群落结构趋于简化,群落由少数物种控制,群落稳定性下降;表层土壤的物理性状明显趋于退化,土壤养分中碱解氮含量相应下降,而磷、钾的有效性则提高。相关分析表明,景区草甸表层土壤主要理化性质与植被特征之间存在较密切的相关性,旅游活动对景区草甸干扰的实质是草甸土壤—植被系统协同响应的过程,在这一过程中,植被系统对旅游干扰的响应要快于土壤系统。

土壤—植被—大气系统水分散失机理的数值模拟

以Deardorff(1978)提出的陆面参数化方案和Noilhan等人(1989)土壤水分参数化方案为基础,对陆面物理过程参数化方案进行了改进,在模式中较详细地考虑了植被和地面的各种物理参量如地面和叶面的反射率和发射率,净叶面面积指数,植被的物理阻抗等,并与大气边界层模式耦合。应用该模式模拟了沙漠及绿洲地区不同植被覆盖率情况下的蒸散量、土壤含水量和表面温度的日变化和连续变化特征;对不同植被覆盖率的热量平衡特征进行了比较。结果表明该模式较好地反映了地表蒸散3阶段的变化趋势特征,揭示出下垫面热量平衡分量间的相互转换过程。该模式可以用于中尺度的气象和区域气候模式,模拟和预测不同植被覆盖情况下近地层的热量输送和水分散失情况。

基于GIS的区域植被—土壤生态系统需水定量测评——以陕北延安地区为例

根据延安地区各气象站点连续30年的气象资料和各土肥站点连续10年的土壤含水实测资料,通过经验模型、实地观测和GIS空间分析相结合的方法,提出了干旱半干旱地区植被—土壤复合系统的最小生态需水量、适宜生态需水量和饱和生态需水量三种阈值模式的较为准确的计算方法,并从时空角度定量分析评价区域生态需水量和生态缺水量。结果表明,延安地区植被—土壤复合系统的年最小生态需水量为216.185亿m3,对应的年生态缺水量为23.556亿m3;重度生态缺水的景观类型有针阔混交林—壤土、针叶林—壤土和落阔叶林—粘壤土等,水量供需基本平衡的景观类型有灌草丛—粘壤土、灌丛林—粘壤土和草原—砂壤土等,轻度生态富水的景观类型有农作物—粘壤土、农作物—砂壤土和农作物—砂砾质壤土等;生态缺水较为明显的区域主要位于延安西南部和中部的黄土梁状丘陵沟谷区,时段集中在每年的夏秋两季。

土壤—微生物—植被系统与金属矿山生态恢复——以大红山铁矿生态恢复为例

金属矿产开采对矿山生态环境造成严重破坏,按原有模式恢复受破坏的矿山生态环境,存在恢复效果不理想、投资不经济和建立的生态系统不稳定等问题。为了寻求高效、经济、快速的恢复模式,本文探讨了构建"土壤-微生物-植被有机系统"恢复受破坏的金属矿山生态环境的生态恢复技术,内容包括基质改良、优良植物选择和优良微生物选择。并以大红山铁矿生态恢复为例进行说明。

土壤-植被-大气传输模型的组成及其耦合方法研究

基于土壤-植被-大气系统水分和能量交换物理过程和生物物理过程的土壤-植被-大气传输模型(SVAT),描述了冠层辐射传输、径流交换和土壤垂直方向的水分和能量迁移过程,揭示陆面/大气物质和能量交换、土壤水热迁移的动态特征,以及该系统各组成要素间的相互作用机制。简述了SVAT模型的主要组成部分、水热过程参数化方案及其耦合模式,总结了SVAT模型的研究进展及应用,并提出了亟待进一步改进和完善的问题。

基于植被-土壤-微生物生态原理的边坡土壤持续肥力保证技术研究

新时期美丽中国建设和生态文明建设,迫切要求高速公路建设项目必须走绿色发展之路,遵循绿色生态、安全耐久、百年工程的绿色品质公路建设理念。广那高速公路建设面临地形复杂、地质破碎、岩溶多水、生态敏感、气候极端等工程难题,鉴于此,采用三联生态防护技术(3S-OER)对广那高速公路边坡进行植被-土壤-微生物生态系统构建。采用专有生物改良材料构建的土壤生境,能有效提高土壤活性、调整土壤质地、塑造团粒结构、增强土壤肥力。采用专有生物群落调节菌剂,可定向调控目标植物生长速度、促进根系发达和群落演替稳定性。采用植物-土壤-微生物联合修复构建物质自循环增肥系统,能不断提供植被所需的营养物质,实现自然生态效果。

植被与侵蚀控制:坡面生态工程基本原理探索

在与近地面大气和与表层至浅层土壤的相互作用中 ,植被表现出相应的水文 机械效应 ,形成一定的抗蚀护坡工程性状 .坡面生态工程把这些植被性状和土壤结合起来 ,用于斜坡的保护工程 .在过去几十年中 ,随着对植被 土壤相互作用及其侵蚀控制意义认识的深化 ,使坡面生态工程应用得到迅速发展 ,成为生态环境建设和工程坡面保护的重要手段 .这个生物学途径的一个重要内容是“土壤 植被系统”的概念 ,以及由此推导出的系统生物学和工程学内涵 .土壤 植被系统概念是一个理论实体 ,其生物生态学属性、工程性能和系统的内在关系是该实体的理论假设 .

湘西北小流域植被恢复综合效应评价

从土壤-植被系统(SVS)尺度研究评价了湘西北女儿寨小流域马尾松天然林(Ⅰ)、杉木人工林(Ⅱ)、杜仲人工林(Ⅲ)、油桐人工林(Ⅳ)、润楠次生林(Ⅴ)、毛竹杉木混交林(Ⅵ)及荒草灌丛(Ⅶ)等7种典型植被模式的综合恢复效应。研究表明:建立了涵盖植被、土壤及地形地貌3类因子60个指标的植被恢复综合效应评价体系;不同模式植被恢复效应总体以润楠次生林最优,荒草灌丛最差,植被子系统、土壤子系统和土壤-植被系统恢复效应灰色关联排序由大到小依次分别为Ⅴ、Ⅱ、Ⅰ、Ⅳ、Ⅵ、Ⅲ、Ⅶ,Ⅴ、Ⅵ、Ⅱ、Ⅶ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅰ和Ⅴ、Ⅱ、Ⅵ、Ⅰ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅶ;评价指标关联排序表明,Shannon-Weiner指数、毛管孔隙度、有机质、蔗糖酶活性分别是植被、土壤物理、土壤化学、土壤生物学指标中与土壤健康关系最密切的4个指标;地形因子对恢复效应的贡献大小排序为坡位、海拔、坡度、坡向。

黑河下游典型植被下垫面与大气间能量传输模拟研究

在分析过去地-气间相互作用的物理过程、研究进展基础上,探讨了土壤、植被、大气系统中水分与能量的传输过程在模型中不同的计算方法。同时对不同计算方法进行对比,确定了分析土壤、植被、大气系统中水分和能量传输方法的优缺点。利用黑河下游额济纳地区绿洲试验区2003年9月的大气资料作为陆面模式的强迫场,研究陆面过程模式(LSM)在极端干旱地区的模拟能力。模拟结果表明,在观测资料的强迫下,LSM能够较好地模拟出地表特征量的变化趋势。根据实际情况,定义额济纳地区绿洲的植被覆盖率为0.7,叶冠高度为1.5 m,位移高度为0.64 h,Karman常数取0.4。通过对比试验发现,采用LSM模型模拟的空气温度和地面蒸发比实际蒸发少,但地表潜热通量、辐射和土壤热通量的模拟结果与实测值的比较吻合。如果地表和植被的参数选择较好,采用LSM模型模拟本地区的陆面过程将有较好的结果。

河西走廊黑河山区土壤-植被-大气系统能水平衡模拟研究

在河西走廊内陆河黑河山区植被带生长期的5～9月份，应用土壤-植被-大气传输(SVAT)系统的热水耦合SHAW模型，在野外观测试验的基础上，以大气总辐射和常规气象站的基本观测要素为模型的初始输入，对阴坡云杉林、林旁草地和阳坡草地的土壤层-残留层-植被冠层系统的能量和水量平衡进行了模拟研究．能量平衡的模拟结果表明，阳坡草地净辐射量大于阴坡云杉林和林旁草地，而草地能量支出项主要是潜热，其次是感热；云杉林的能量支出主要是感热，其次是潜热．阴坡云杉林和林旁草地土壤层-残留层-植被冠层的能量平衡组成和分布使得土壤层吸收的能量少，具有涵养水源的能量基础，而森林土壤层吸收的能量更少．水量平衡的模拟结果表明，阳坡草地水量基本上是消耗于土壤蒸发，而阴坡云杉林和林旁草地蒸散发量比阳坡草地少，并且其中近一半是消耗于植物的蒸腾，降雨后土壤水量储存增加较多．因此，阴坡云杉林和林旁草地具有涵养水源的土壤水储存条件，并且森林土壤层的水储存条件更好．