红壤侵蚀地马尾松林恢复后土壤有机碳库动态

运用RothC(version 26.3)模型,并结合"时空代换法"对长汀河田红壤侵蚀退化地马尾松人工恢复后林地表层(0—20cm)土壤有机碳库的动态变化进行了反演和预测,研究结果表明:RothC 26.3模型的模拟结果能够较好地反映红壤侵蚀地植被恢复过程中土壤有机碳的变化趋势;RothC 26.3模型适用于中亚热带季风气候条件下马尾松林地土壤碳库的动态模拟;侵蚀退化地在马尾松林建植后,林地表层土壤碳吸存速率以非线性的形式上升,并在15—25a时间内达到最大,马尾松恢复后前30a林地土壤平均碳吸存速率约为0.385 tC.hm-.2a-1,自马尾松建植后演替至当地顶级群落(次生林)全过程中平均碳吸存速率约0.156 tC.hm-.2a-1;根据模拟结果得到的拟合方程,计算得到研究区红壤侵蚀退化地的碳饱和容量约为36.85 tC/hm2,固碳潜力约为33.26 tC/hm2。

赣南红壤侵蚀地植被概况及其物种多样性的变化

在对赣南典型红壤侵蚀区自然恢复植被群落和人工植被群落调查的基础上,对其植被特征及其物种多样性进行分析研究,结果表明,严重侵蚀地植被的植物种类组成贫乏、群落结构单一、覆盖稀疏,是以中生或旱中生的多年生草本植物为主所组成的次生植被,属于灌草丛植被类型。植被恢复初级阶段群落以草本植物占优势,物种丰富度和物种多样性指数均低。随着恢复年限的增长,植被由单层次结构向复层次结构发展,物种多样性指数增高。

南方红壤侵蚀流域不同情景措施的减沙效应模拟

为揭示南方红壤侵蚀流域不同情景措施的减沙效应,实现区域可持续发展,采用SWAT(soil and water assessment tool)模型模拟方法,以南方典型花岗岩红壤侵蚀流域——福建长汀朱溪流域为研究区域,在模拟该流域产流产沙状况的基础上,通过不同水土保持措施和不同土地利用方式调整的情景设置,量化分析不同情景措施对该流域的减沙效应。结果表明,SWAT模型的模拟效果能达到模型要求的精度,2013—2017年朱溪流域年均径流量和年均泥沙量分别为4.793×10^(7)m^(3)和1.037×10^(7)kg。乔灌草混交和全坡面种草措施能有效提高植被覆盖度,减沙效果优越;不同土地利用方式下模拟得到朱溪流域单位面积年均减沙率为3.49%。以上研究结果可为红壤侵蚀流域泥沙阻控的生态恢复措施提供决策参考。

红壤侵蚀区不同植被恢复模式土壤碳储量特征及其影响因素

【目的】探讨江西红壤侵蚀区植被恢复过程中不同植被恢复模式的土壤碳储量特征,为揭示植被恢复对土壤碳汇的影响机制和江西红壤侵蚀区生态修复及碳库管理提供科学支撑。【方法】以经过27 a植被恢复与重建后的6种人工植被恢复模式(马尾松Pinus massoniana纯林、湿地松P.elliottii纯林、木荷Schima superba纯林、湿地松-木荷混交林、马尾松补植木荷林、湿地松补植木荷林)为研究对象,以未加人工干扰的自然恢复地为对照,比较不同植被恢复模式土壤有机碳质量分数、储量的变化特征,并分析其影响因素。【结果】①相较于对照,在0-20 cm土层中,6种人工植被恢复模式土壤有机碳质量分数均有显著增加(P<0.05);在20-30 cm土层中,除了马尾松纯林和湿地松纯林外,其余4种人工植被恢复模式土壤有机碳质量分数均显著高于对照(P<0.05);在30-40 cm土层中,仅有木荷纯林和湿地松-木荷混交林的土壤有机碳质量分数显著高于对照(P<0.05)。②研究区7种植被恢复模式的土壤有机碳质量分数均表现出较强的表聚效应,但不同植被恢复模式土层间差异不同,其中木荷纯林最大,0-10 cm土层土壤有机碳质量分数与30-40 cm土层相差33.26 g·kg^(-1),对照最小,仅相差4.90 g·kg^(-1)。③土壤有机碳密度变化规律与质量分数变化规律基本一致,均是植被因子与土壤理化性状共同作用的结果。植被因子中凋落物氮质量分数与土壤有机碳密度的相关系数最大(r=0.322,P<0.01),土壤理化性状中土壤有机碳质量分数与土壤有机碳密度的相关系数最大(r=0.932,P<0.01)。④土壤有机碳储量从高到低依次表现为木荷纯林、湿地松-木荷混交林、马尾松补植木荷林、湿地松补植木荷林、湿地松纯林、马尾松纯林,与对照相比,分别增加了50.12、42.73、38.20、33.03、26.93和20.85 Mg·hm^(-2),最大提升了2.46倍,最小提升了1.02倍。【结论】人工植被恢复与重建在红壤侵蚀区效果显著,在研究区今后的建设中可继续推广,以促进植物群落恢复,提高和维持土壤碳库的稳定。

南方典型红壤侵蚀区马尾松林立木生物量无人机遥感估测

以南方典型红壤侵蚀区长汀县河田镇为例,结合无人机与激光雷达产生的点云数据优势,通过局部最大值和分水岭算法反演单木树高(H)和冠层半径(R_(c)),拟合以H和R_(c)为变量组合的异速生长方程,得到以新冠层参数为底的马尾松立木生物量模型。结果表明:提取树高的决定系数(R^(2))和均方根误差(RMSE)分别为0.93和0.49 m;计算冠层半径的R2和RMSE分别为0.88和0.64 m;估算立木生物量的R^(2)和RMSE分别为0.89和3.37 kg。本研究通过无人机遥感影像定量参数并构建的异速生长方程中,以组合(H+R_(c))为底的异速生长方程估测马尾松林立木生物量的精度较高,可以有效估测马尾松林立木生物量,可为南方典型红壤侵蚀区马尾松林立木生物量准确估测提供参考。

猪粪配施菌剂对侵蚀红壤碳氮组分及竹柏生长的影响

【目的】探究猪粪配施微生物菌剂对侵蚀红壤碳氮组分及竹柏生长的影响,为侵蚀劣地改良及获得适合竹柏生长的施肥方案提供依据。【方法】以盆栽竹柏为供试材料,测定土壤碳氮组分含量以及竹柏的生长、生理指标,探讨对照以及化肥、猪粪、猪粪+低量菌剂、猪粪+中量菌剂、猪粪+高量菌剂处理对侵蚀红壤碳氮组分含量及竹柏生长的影响。【结果】(1)猪粪配施菌剂可显著提高土壤总有机碳(soil organic carbon,SOC)和易氧化有机碳(easily oxidized organic carbon,EOC)含量,对可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)和颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)含量没有显著的提升作用;高剂量菌剂对土壤碳组分含量的提升效果最佳。(2)配施菌剂与单施猪粪处理相比,硝态氮(NO^(-)_(3)-N)含量提高了43.75%~68.75%,可溶性有机氮(dissolved organic nitrogen,DON)含量提高了13.59%~24.46%,氨基酸态氮(amino acid nitrogen,AAN)含量提高了11.08%,微生物量氮(microbial biomass nitrogen,MBN)含量提高了6.99%~36.65%,对铵态氮(NH^(+)_(4)-N)含量无明显的提升作用。(3)施用菌剂可促进竹柏的生长发育,高量菌剂对竹柏株高、地径增长量的提升效果最佳;中量菌剂对竹柏可溶性糖和可溶性蛋白含量的提升效果最佳。【结论】猪粪配施适量微生物菌剂可有效改良侵蚀红壤,提高侵蚀红壤的碳氮组分含量,促进竹柏的生长发育。

基于土壤生态化学计量的红壤侵蚀退化区植被恢复过程中的养分平衡机制

土壤化学计量对退化地植被恢复后土壤养分限制变化有重要的指示作用,目前红壤退化生态系统恢复过程中的养分限制机理还不清楚,以福建省长汀县红壤侵蚀区不同植被恢复阶段马尾松(Pinus massoniana)林为研究对象,调查测定不同恢复阶段马尾松林植被组成和土壤理化特性,分析不同植被恢复阶段群落特征与土壤化学计量间的内在关系。结果表明,随着植被的恢复,植物丰富度(DG、DM)、植物多样性(H′)、植物优势度(DS)及植物均匀度(E)均明显提升,针叶林(CF)和针阔混交林(CBF)与阔叶林(BF)恢复阶段的灌木层和乔木层差距主要体现为植物种类变化显著,说明恢复后期植物多样性提升变缓;随着植被的恢复,土壤理化特性逐渐改善,土壤持水特性、孔隙性、TC含量和TN含量呈逐渐增加趋势,而土壤TP含量不同恢复阶段间无显著差异(P>0.05);与全国土壤平均值相比,土壤C∶N、C∶P总体较高,而N∶P总体较低,N、P是研究区持续存在的限制性营养元素;植物多样性与土壤C、N、P及其化学计量显著相关,土壤化学计量的决定系数为32.4%~65.1%;灰色关联分析结果表明,C∶P、N∶P对DG、DS变化的响应效果要比单个因子TC含量、TN含量更好,E与C∶N最为相关(关联度为0.777),DG与土壤TC含量、TN含量和N∶P变化关联度最高,其次为DS。综上,土壤化学计量与植物群落组成多样性密切相关,可作为退化地植被恢复后期土壤养分平衡的重要评判指标。

南方红壤侵蚀区芒萁对聚乙二醇6000模拟干旱胁迫的响应

利用聚乙二醇(PEG)6000模拟干旱胁迫,探讨了芒萁对干旱胁迫的响应。结果显示,干旱胁迫显著提高了芒萁的超氧化物歧化酶(SOD)、脯氨酸(Pro)、相对电导率(REC)和丙二醛(MDA)水平。过氧化物酶(POD)活性在10%PEG 6000浓度下显著提高,但在较高浓度时下降。随着PEG 6000浓度的增加,过氧化氢酶(CAT)活性先降低后升高。通过相关分析和主成分分析发现,在30%PEG 6000浓度时芒萁表现出较强的抗旱性。综上,较高的SOD和CAT活性以及较高的Pro浓度共同提高了芒萁的抗旱性,是协助芒萁抵御季节性土壤干旱的主要因子,而极端干旱仍会破坏芒萁的抗旱生理活动。

红壤侵蚀区不同植被类型土壤磷垂直分布特征及影响因素研究

为探讨红壤侵蚀区不同植被类型下土壤磷素有效性,选取福建长汀红壤丘陵生态系统国家定位观测研究站的裸地(CK)、针叶林(CF)、针阔混交林(CB)以及阔叶林(BF)4种植被类型,分别测定其铁氧化物、各级磷素形态,并采用高通量测序技术对解磷菌(PSM)进行测定。结果表明:随着植被类型的转变,中等活性磷含量增加,低活性磷含量总体上减少,游离态氧化铁(Fed)含量逐渐减少。土壤中解磷菌的丰富度和多样性随植被类型的转变增加。在门分类水平上,优势类群主要有变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、异常球菌—栖热菌门(Deinococcus-Thermus)等。变形菌门和酸性磷酸酶的含量随植被类型的转变总体呈现出增加趋势,变形菌门与ACP呈极显著正相关。综上所述,随着植被类型转变,稳定态磷逐渐向可利用态磷转化,土壤潜在磷源增加;游离态氧化铁含量的减少有利于有机磷的解吸和矿化,进而增加磷的有效性;解磷菌群落结构与多样性变化会受到土壤理化性质的影响,解磷微生物可通过分泌酸性磷酸酶的方式水解有机化合物并降解固定在土壤的无机磷,进而提高磷的有效性。

南方典型红壤侵蚀区土壤有机质的影响因素及精准治理

以福建省长汀县朱溪流域为研究区,综合运用遥感、冷热点分析、灰度关联度法、神经网络模型,对研究区内不同因子对土壤有机质的影响及土壤有机质的精准治理方案进行了研究。结果表明:(1)朱溪流域西部与东北部为土壤有机质的热点区,南部与北部为冷点区;(2)各因子对有机质含量的影响程度排序为:高程>植被覆盖度>土地利用强度>坡度>水土保持措施耗费;(3)构建的MLP神经网络模型预测的正确率高达92.6%,利用模型预测在植被恢复、工程恢复、植被工程恢复三种治理措施下土壤有机质的恢复情况,通过精确定位,可实现生态恢复措施最优的空间分布,减少因治理空间错位造成的经济损失。

第四纪红壤侵蚀区优良水土保持草本植物的选择与评价

在江西德安的第四纪红壤侵蚀区选择10种草本植物进行3年的定位试验,通过对出苗率、成活率、平均分蘖数、覆盖度、地上部分浸水容重、根系鲜质量、地上部分生物鲜质量、有机质等指标进行观测,并采用层次分析法和模糊数学方法对试验品种进行评价,从中优选出生长良好的百喜草Palspalum notatum、画眉草Eragrostis pilosa、黑麦草Lolium perenne、狗牙根Cynodon dactylon、假俭草Eremochloa ophiuroides、宽叶雀稗Paspalum wettsteinit和苏丹草Sorghum sudauense7种草本植物,适合推广种植。

植被恢复对亚热带侵蚀红壤团聚体养分分布的影响

为深入了解不同植被恢复年限下土壤团聚体养分分布特征,以典型红壤侵蚀区福建省长汀县河田地区恢复年限分别为0,5,10,15,30,80a的坡地土壤为研究对象,分别对0—20cm和20—40cm土层不同粒径团聚体养分含量进行测定,并分析了它们与不同团聚体的相关关系。结果表明：（1）植被恢复过程中,土壤团聚体有机碳、全氮、全磷、全钾、速效磷和速效钾含量的变化范围分别为2.06-27.71g/kg,0.54-2.12g/kg,0.034-0.171g/kg,2.20-6.89g/kg,0.31-3.30mg/kg和7.35-85.71g/kg;（2）有机碳、全氮、全磷和速效磷含量随着团聚体粒径的减小总体上表现出显著升高趋势（P〈0.05）,全钾和速效钾含量无明显差异（P〉0.05）;（3）随植被恢复年限增加,各粒径团聚体中有机碳、全氮、全磷、速效磷含量总体上呈显著升高趋势（P〈0.05）,全钾含量先升高后降低,而速效钾含量表现出波动增加趋势;（4）恢复初期（0a和5a）不同土层间团聚体养分含量无明显变化（P〉0.05）,其它恢复年限0—20cm土层团聚体有机碳、全氮、全磷、速效磷和速效钾含量显著高于20—40cm土层（P〈0.05）;（5）团聚体对土壤养分的贡献率表现为（〉5mm）〉（2-5mm）〉（0.5-1mm）〉（1-2mm）〉（0.25-0.5mm）〉（〈0.25mm）,〉2mm粒径养分贡献率达34.18%-49.93%,土壤养分含量与〉0.25mm粒径相关性较强（P〈0.01）。植被恢复在降低土壤侵蚀的同时,土壤团聚体养分含量明显增加,土壤结构得以改善,养分固持能力得到加强。

亚热带典型红壤侵蚀区人类活动对植被覆盖度及景观格局的影响

福建省长汀县是中国南方最严重的水土流失区之一,在20世纪80年代初和2000年两次集中治理的推动下,当地生态环境已得到显著改善。基于Landsat系列卫星影像提取长汀县1975—2013年共6期植被覆盖度分布图,分析该区在不同时期植被覆盖度及其空间格局的时空动态,并探讨人类干扰与政策治理对植被覆盖度及景观格局的影响。结果表明:(1)近38年来,长汀县平均植被覆盖度由47.02%(1975)提升至71.47%(2013),在覆盖度结构上逐渐形成以中高和高植被覆盖度占主导的格局;县域中部河田盆地的植被覆盖度由30.83%(1975)提升至60.34%(2013)。(2)在景观格局上,研究期间长汀县极低、低和中低覆盖度斑块平均面积呈波动下降趋势、同时斑块密度增加,而中高、高植被覆盖度区域面积扩大,表明封禁、造林等治理措施导致植被覆盖度较高的区域不断汇聚成片。(3)植被覆盖度的提升在空间上主要集中在海拔600 m和坡度25°以下区域,尤其在海拔400—600 m和坡度5°—15°区域最显著,表明植被的破坏和恢复过程与人类活动的联系密切。(4)空间分析表明,在距离农户居民地边缘1.2 km的范围内,越接近居民地中心的区域植被覆盖度越低、破碎度越大且恢复缓慢,但这种空间差异伴随治理进行正在逐步减弱。总体上看,长汀县生态治理和人类干扰的长期驱动影响,其恢复速度在不断提升。

红壤侵蚀区恢复森林群落物种多样性对土壤生物学特性的影响

研究了南方红壤丘陵区不同森林恢复类型下生物多样性的变化,并用逐步多元回归分析法探讨了10种土壤生物学指标对多样性变化的响应。结果表明:研究样地中物种多样性以天然次生林最高。不同土壤生物学指标对物种多样性变化的响应不尽相同,其中土壤有机质、微生物生物量碳、细菌数量、真菌数量、微生物总数、脲酶、酸性磷酸酶等7个指标随着灌木物种多样性的增加而得到改善;细菌数量和酸性磷酸酶随乔木物种多样性的增加而增加;放线菌数量和多酚氧化酶随灌木个体数的增加而增加;真菌数量和酸性磷酸酶活性随乔木个体数的增加而减少;转化酶与物种多样性指数没有直接线性关系。最后建立了上述9个指标与物种多样性的相关数学模型。保护和提高南方红壤丘陵区植物群落物种多样性能促进部分土壤生物学活性指标的改善和生态功能的恢复。灌木物种多样性的恢复在人工造林恢复植被过程中应予以重视,它对于土壤生物学肥力的提高具有重要意义。

南方红壤侵蚀区马尾松林下植被恢复限制因子与改造技术

林下植被匮乏是南方红壤丘陵区退化马尾松林生态系统普遍存在的一个突出问题。恢复退化马尾松群落的林下植被对于扭转该地区低效马尾松林的逆向演替,改善当地生态环境具有重要意义。分析了马尾松林下植被匮乏的主要成因,并从土壤养分、土壤物理性状、夏季高温和季节性干旱、土壤酸化和人为干扰等方面综合探讨了林下植被恢复的主要限制性因素。从如何控制林地水土流失,改良退化林地土壤及减少人为干扰3个方面提出了退化马尾松林下植被恢复的对策。总结了到目前为止林下植被恢复较为成功的几种模式,以期为今后南方红壤侵蚀区退化马尾松林的改造和修复提供参考。

红壤侵蚀区植被恢复研究综述

植被恢复是红壤侵蚀区生态恢复与重建的有效途径。二十多年来,红壤侵蚀区的植被恢复研究得到了快速发展,不少学者对红壤侵蚀区植被恢复的关键、原则、途径、步骤、模式及生态过程和机理等内容作了较为深入的探讨和研究,并在实际应用中取得了成效。

红壤侵蚀退化地生态恢复后C吸存量的变化

陆地生态系统中碳平衡以及碳贮存和分布已成为全球变化研究关注的热点之一,但对严重侵蚀退化地采取生态恢复措施后其碳吸存的变化了解甚少.国际上在全球森林C预算时把我国中亚热带森林并入热带林中,而最近研究却显示,我国亚热带森林可能是失踪的"碳汇"之一.中亚热带大面积侵蚀退化地生态恢复后,则可能是本地区重要的"碳汇".本文对严重侵蚀退化红壤采取种草促林(措施I)、植灌促林(措施II)、栽阔促林(措施III)和封禁管理(措施IV)4种生态恢复措施后碳吸存的变化进行了研究,并以严重侵蚀地(对照I)和风水林(对照II)为对照,结果表明:在生态恢复措施采取前,红壤严重侵蚀地CO2同化能力极低,4种措施乔木层的有机C积累量分别占调查时的1.50%,0.59%,0.39%,1.09%.采取生态恢复措施后,其CO2同化能力明显增强,其中,措施Ⅰ的CO2同化能力在短期内效果较大,在措施采取后1～5年期间有机C积累量达到高峰期,随后明显下降,至调查时仅为对照II的11.6%;措施II的效果最好,在措施采取后11～15年期间达到高峰,至调查时CO2同化能力已超过对照II的63.0%;而措施Ⅲ和IV的CO2同化能力则接近于对照II的.生态系统的有机C贮量明显增加,4种措施地上部分的有机碳贮量是对照I的32.2～146.1倍,乔木层有机C贮量是对照I的54.6～268.8倍,土壤有机C贮量是对照I的2.02～2.50倍;4种措施生态系统有机碳总贮量分别达到49.937,113.084,84.981,69.292 t/hm2,明显高于对照I的有机碳贮量17.499 t/hm2.严重侵蚀红壤采取生态恢复措施后,已成为大气CO2的一个重要"碳汇".

严重侵蚀红壤不同治理模式群落N、P养分循环研究

福建长汀河田采取了多种治理模式对严重侵蚀红壤进行治理 ,为探讨不同治理模式的植物群落养分循环功能的恢复效果 ,对其中的以草促林、乔灌混交和乔木混交 3种治理模式及对照未治理的马尾松群落的 N、P养分循环进行了研究。结果表明 ,3种治理模式马尾松各组分的 N、P养分含量均比对照的高 ,群落养分的分布更加合理 ,群落 N、P养分总累积量、年存留量、归还量、吸收量均远大于对照的 ,养分循环功能有了一定程度的恢复。

侵蚀退化红壤自然恢复下土壤生物学质量演变特征

为了探讨严重侵蚀退化红壤区自然植被恢复过程中土壤生物学质量演变特征，对南方严重侵蚀退化红壤自然植被恢复的4个演替阶段（裸地，地衣地，苔藓地和草地），以及该地区人工马尾松林地的土壤微生物量、酶活性和线虫数量进行了比较研究。结果表明：在侵蚀红壤自然恢复过程中土壤生物学性质演变特征明显。在恢复初期，地衣和苔藓对土壤生物学性质的改善主要体现在土壤表层。在0～2cm土层地衣地土壤微生物量碳、氮、蔗糖酶和脲酶活性高于裸地，但差异不显著；苔藓地表层微生物量氮、脲酶和酸性磷酸酶活与人工马尾松林地已无显著差异，表明苔藓地是严重侵蚀退化红壤自然恢复过程中土壤质量改善的重要阶段。裸地、地衣地和苔藓地土壤线虫恢复程度低于微生物量和酶活性。草地土壤微生物量碳、氮和3种酶活性以及线虫数量则显著高于自然恢复初期各阶段。与人工恢复林相比较，自然恢复草地表层土壤生物学质量优于人工马尾松林地，但对深层土壤的改善效果不如林地。相关分析表明自然恢复过程中土壤微生物与酶活性的改善程度比较一致，而土壤线虫对自然植被恢复响应与微生物和酶活性不尽相同。

红壤侵蚀区马尾松林碳储量估算的遥感植被指数选择——以长汀河田地区为例

以福建省长汀县河田地区为研究区,在野外样方生物量调查和典型植被光谱测定基础上,对比分析SPOT5影像8种植被指数与马尾松林(Pinus massoniana)碳储量关系,估算区域尺度马尾松林碳储量。结果表明,马尾松林冠层与林下植被芒萁(Dicranopteris dichotoma)在短波红外波段(SWIR)反射率区分明显。加入SWIR的修正的归一化植被指数(MNDVI)与森林碳储量回归决定系数最高,并有较小的均方根误差,同时可减少林下植被覆盖对马尾松林碳储量估算影响。生态恢复驱动下研究区平均碳储量增加到30.37 t/hm2。