草灌植被恢复提高坡地土壤水稳性团聚体和碳、氮含量的有效性:退耕年限的影响

【目的】退耕还林还草是防治我国西部土壤侵蚀、恢复土壤肥力的最重要措施。本研究选择陕北黄土高原的神木、吴旗典型丘陵退耕还林还草区,研究不同退耕年限草(苜蓿)灌(沙棘)植被提高0—10 cm表层土壤有机碳、速效氮和全氮储量和各级土壤水稳性团聚体含量分布的有效性,旨在揭示退耕还林工程提高坡耕地土壤质量的有效性机理,为我国坡耕地土壤肥力提高措施的选择提供科学依据。【方法】应用空间替代时间的方法,选择土壤类型和坡度一致的三个不同退耕年限的全坡地景观(包括坡上部、坡中部和坡下部),采集土壤样品,分析有机碳等指标。【结果】草灌植被提高土壤有机碳、速效氮和全氮储量及土壤水稳性团聚体含量的效应随退耕年限的增加而增加;种植5年的沙棘林坡地土壤有机碳、全氮和速效氮储量相对于退耕前分别提高了1.4、0.5、0.3倍,种植10年以上沙棘林地分别提高了6.6、2.4、1.5倍;种植5年苜蓿使坡耕地土壤有机碳、全氮和速效氮储量分别提高了0.4、0.1、5.0倍,种植10年以上苜蓿地分别提高了0.7、0.3、5.2倍。种植5年和10年以上的沙棘林提高坡耕地土壤总有机碳的效应分别是种植5年和10年以上苜蓿的3.4和9.5倍;种植5年和10年以上的沙棘林提高坡地土壤全氮储量的效应分别比种植5年和10年以上苜蓿大9倍以上。坡耕地种植5年苜蓿提高土壤速效氮的效应是种植5年沙棘林的19.2倍,种植10年以上的苜蓿提高土壤速效氮的效应是种植10年以上沙棘林的3.4倍。沙棘林对土壤有机碳和全氮的提高效应显著大于苜蓿,而苜蓿对土壤速效氮含量的增加效应显著大于沙棘林。沙棘和苜蓿在提高坡地土壤有机碳和全氮储量的差异大小与退耕前坡地土壤有机碳和全氮储量水平有关,而土壤速效氮储量的差异与其根系的固氮功能差异密切相关,苜蓿根系固氮作用大于沙棘林,显著提高了土壤速效氮含量。种植5年和10年以上沙棘林使坡地土壤>0.25 mm水稳性团聚体含量分别增加了41%和56%,退耕还林植被提高>0.25 mm粒级土壤水稳性团聚体含量主要是对粒径为0.25 2 mm水稳性团聚体含量的增加效应。【结论】草灌植被在提高侵蚀坡地土壤有机碳、氮储量和稳定土壤结构方面具有重要作用,在选择提高我国坡耕地土壤肥力的措施时应该考虑这一作用。

黄土丘陵植被恢复过程中土壤种子库萌发数量特征及动态变化

采用野外定点采样与室内土壤种子萌发试验相结合的研究方法,选取黄土丘陵区典型草原带宁夏固原地区不同植被恢复年限（2,5,12,24,35,55,75 a）及当年农地（对照）的8个样地,研究该区土壤种子库萌发数量特征及动态变化。结果表明,8个不同植被恢复年限样地土壤中可萌发的种子的平均数量为3542.5粒/m2,可萌发种子以双子叶植物为主,约占萌发总数的90%。0-5 cm土层可萌发种子数量变化于166.7-9100.0粒/m2;5-10 cm土层变化于133.38-2120.02粒/m2。土壤中可萌发种子数量随着恢复年限的增加表现先增加后下降的趋势。土壤中可萌发的种子数量随时间的变化近似单峰型,双子叶植物峰值主要出现在第4-6周,而单子叶植物萌发高峰在5-6周。表明在环境,气候等条件适宜时,黄土丘陵区典型草原带可萌发的土壤中的种子可形成萌发高峰。

典型喀斯特洼地植被恢复过程中土壤碳氮储量动态及其对极端内涝灾害的响应

西南喀斯特地区是我国主要的生态脆弱区之一,石漠化严重,旱涝灾害频发。植被恢复是提升脆弱生态系统土壤碳氮固持的有效方式,但该区不同植被恢复方式土壤碳氮动态监测的研究还很缺乏。本研究以典型喀斯特峰丛洼地为对象,选取人工林、牧草地、人工林+牧草地、撂荒地自然恢复4种最主要的植被恢复方式为研究对象,以耕地作为对照,对比分析退耕前(2004年)、退耕10年(2014年)和13年后(2017年)土壤碳氮储量动态变化特征。其中2004—2014年研究区未发生极端内涝灾害,2014—2017年连续发生2次极端内涝灾害事件。研究结果表明,退耕10年后,4种恢复方式下土壤有机碳(SOC)储量均显著增加,但退耕13年后,除撂荒地SOC持续增加外,其他3种恢复方式下SOC表现出下降趋势。植被恢复后土壤全氮(TN)储量提升相对缓慢,退耕10年仅牧草地显著增加,退耕13年后人工林+牧草和撂荒地TN增加,且撂荒地在退耕后呈持续增加趋势。相关性分析结果表明,土壤交换性Ca2+与SOC、TN均呈显著正相关关系,且与2014年相比,2017年不同植物恢复方式下土壤交换性Ca2+均显著下降,这可能与研究区2015年和2016年连续内涝灾害有关。以上结果说明,不同恢复方式均能显著提升喀斯特地区土壤碳氮固持,并以自然恢复最佳,其生态系统能有效抵御极端气候灾害带来的负面影响。

黄土高塬沟壑区沟头植物群落细根分布特征

为探明黄土高塬沟壑区沟头植物细根的分布特征,对植被恢复年限为3~35 a,优势植物种分别为猪毛蒿、铁杆蒿、白羊草,主要伴生植物分别为阿尔泰狗娃花、长芒草、达乌里胡枝子的17个具有典型性和代表性的沟头植物群落进行土壤取样,研究了细根平均直径、生物量、根长密度、比根长在0~70 cm土层的分布情况。结果表明:随着植被恢复年限的增加,植物细根平均直径逐渐减小,生物量、根长密度呈逐渐增大的趋势,比根长在恢复初期(3~8 a)增长缓慢、在恢复8~22 a期间显著增大、之后趋于稳定;随土层深度的增加,植物细根平均直径、生物量、根长密度、比根长逐渐减小,超过70%的细根分布在0~40 cm土层中。