生物炭施用对冻结期退化黑土水热盐动态变化的影响

[目的]生物炭施用可改变土壤理化性状,研究不同生物炭施用方式对土壤水、热及电导率(EC)分布的影响,可为季节性冻土科学管理提供依据。[方法]利用田间定位试验,通过长期观测,研究东北黑土区不同生物炭施用方式对冻结期的土壤液态水含量、温度及EC的影响差异。生物炭施用方式包括一次性生物炭混施40 t/hm^(2)(HO)、生物炭底施40 t/hm^(2)(HE),空白为0 t/hm^(2)(CK)。[结果]2种生物炭施用方式均增加冻结期土壤平均液态水含量(p<0.05),表现为HO>HE>CK;整个试验周期内生物炭施用均显著增加土壤EC,且HO和HE处理土壤平均EC分别比CK增加17.73%,6.89%;2种生物炭施用方式对土壤温度影响不同,与CK相比,HE处理土壤平均温度提高0.32℃,而HO处理土壤平均温度降低0.46℃。此外,HE处理相较于HO和CK处理减弱冻结期土壤液态水、温度及EC的变化幅度。[结论]生物炭混施和底施均有利于提高冻结期退化黑土液态水含量和EC,特别是生物炭底施还有利于提升冻结期耕层土壤温度,而生物炭混施在同时期还有利于减缓土壤冻结作用,2种生物炭施用方式均可能对冻结期土壤水盐运移和物质转化过程有重要影响,甚至对春季作物出苗和早期生长产生重要影响。

不同外源碳对退化黑土微生物量碳、土壤呼吸量及酶活性的影响

为筛选能够提高退化黑土生物肥力的外源碳种类,以红糖、褐煤、腐殖酸钠等外源碳为试材,将不同外源碳设置为5个处理,分别为空白对照(CK)、红糖(T)、褐煤(H)、腐殖酸钠(F)以及红糖+褐煤(TH)进行室内土壤培养试验并运用主成分分析法筛选最优处理。研究了添加不同种类的外源碳对退化黑土的土壤呼吸量、微生物量以及相关酶活性的影响。结果表明:添加4种不同外源碳对土壤呼吸速率与呼吸积累量均有促进作用,培养前期表现为T>TH>F>H>CK,后期T、H、F、CK处理差异不显著;添加4种不同外源碳都可以增加土壤微生物量碳,表现为T>TH>H>F>CK;添加4种不同外源碳对土壤酶活性具有促进作用,随着时间变化,T处理对土壤酶活性的促进效果最强;主成分分析后综合评分排名为T>TH>F>H>CK。因此,添加外源碳能够提高退化黑土微生物活性,提升其生物肥力。4种不同外源碳处理中,T处理效果最好,其次为TH处理。

不同株龄紫穗槐对退化黑土土壤理化性质的影响

本文选择黑龙江宾县为实验区,以不同株龄紫穗槐和不同种植密度的紫穗槐的土壤为研究对象,通过测定紫穗槐人工林和对照样地的土壤物理性质、化学性质、pH值、矿物质元素含量等指标,研究紫穗槐对退化黑土土壤理化性质和矿质元素的影响。结果表明:34a生紫穗槐其土壤容重值最低1.08g·cm^(-3)明显低于对照组土壤容重1.44 g·cm^(-3),此时土壤总孔隙度、田间持水量为最大值。不同种植年限紫穗槐对土壤碱化改良作用强度为34a>24a>16a>7a;紫穗槐对退化黑土速效氮的富集在0~40 cm土层之间,对速效磷的富集作用发生在20~30 cm土层,对速效钾的富集作用主要发生在0~10cm、10~20 cm、20~30 cm土层,对有机质的富集作用主要发生在0~10 cm土层。

三江源区黑土滩退化草地分类分级体系及分类恢复研究

通过对三江源区120个野外调查样区野外调查数据的分析,依据地形条件以及工程治理的需要,将黑土滩退化草地划分为三种类型,即Ⅰ滩地（坡度在0～7°之间）、Ⅱ缓坡地（坡度在7～25°之间）和Ⅲ陡坡地（坡度≥25°）;通过聚类分析和主成分分析,优选出秃斑地比例和可食牧草比例作为黑土滩退化草地分级的主要指标,将其分为轻度、中度和重度3个等级;在野外调查结合遥感技术的基础上,确定了该地区不同类型和等级下黑土滩退化草地的面积及其分布区域,分析了黑土滩退化草地的发展趋势,即20年间轻、中度退化草地演变为重度退化草地的趋势是非常明显的;针对黑土滩的类型和植被恢复后的利用目标,提出不同类型黑土滩人工草地的定义、适宜草种组合及相应的农艺措施,总结出黑土滩退化草地综合治理的3种模式和与之相关的治理措施。

“黑土型”退化草地优良牧草筛选试验

在青海省玛沁县乳品厂"黑土型"退化草地,引入13属30个草种,经4年淘汰,筛选出9属17个草种。其中,干草产量最高的是垂穗披碱草(Elymus nutans),达14585 kg/hm2;能完成生育期的有12个草种,短芒老芒麦(Elymus breviaristatum)种子产量最高(1832 kg/hm2);不能完成生育期的有5种,但产草量都比较高,叶量丰富,适应性强,尤其是无芒雀麦(Bromus inermus)和赖草(Leymus secalinus)根茎繁殖力强,形成草皮快。试验表明,筛选出的17个草种在"黑土型"退化草地上有很好的适应性和推广价值。该研究为进一步选育牧用价值高,恢复退化草地能力强的优良牧草品种奠定了基础。

我国黑土退化研究现状与展望

黑土是一种腐殖质层厚,质地松散,肥力很高,孔隙比较大而透水性差,粘粒含量高,适于耕作的淋溶土。但是随着人类社会的发展,在缺乏保护和可持续利用意识、急功近利思想影响下,黑土遭到过度垦殖和掠夺式经营,人类对其活动范围远远超过了其再生能力,导致有机质含量减少,肥力下降,孔隙比减小,保水持水能力降低, 土壤板结,黑土严重退化。在国家振兴东北老工业基地和防止黑土退化及加强黑土保护之际,通过对黑土分布状况和黑土退化研究现状的分析,总结出黑土退化方式,揭示了其退化的主要原因,提出了防止黑土地退化和保护黑土地的措施,在现有研究的基础上提出黑土退化研究的新方向,希望能为黑土资源可持续利用和进一步研究起到抛砖引玉的作用。

江河源区“黑土滩”型退化草场的形成过程与综合治理

江河源区草场退化严重 ,超载过牧是主要原因 ,啮齿动物危害是重要原因 ,气候变化起了促进作用 ,“黑土滩”型退化草场的形成演替依照未退化→轻度退化→中度退化→重度退化→极度退化的方向进行。江河源区退化草场的治理应该以减轻放牧压力为出发点 ,防止退化草地面积的进一步扩大和蔓延 ,在此基础上 ,采用封育、除杂和施肥等人工调控策略 ,对不同程度退化草场采用不同模式进行治理 ,同时全面贯彻落实“草原法”和“草地有偿承包责任制”措施 ,以冬春草场为重点 ,合理利用草场 ,开展草场建设 ,增加投入 ,提高牧民文化素质 ,加强牧区人才建设 ,恢复治理“黑土滩”型退化草场 ,实现江河源区草地畜牧业的可持续发展。

黄河源区“黑土滩”退化草地群落类型多样性及其群落结构研究

调查了黄河源区高寒草甸极度退化产物“黑土滩”植被群落类型多样性及其群落结构特征。结果表明,分布在黄河源区高寒草甸上的“黑土滩”草地植被可分为7个类型,分别为:黄帚橐吾+铁棒棰群落、白苞筋骨草群落、铁棒棰群落、西伯利亚蓼+鹅绒委陵菜群落、摩苓草群落、甘青微孔草群落和甘肃马先蒿群落。从群落结构和已有的研究结果看,黄河源区所有类型的“黑土滩”草地都完全失去了牧用价值,短期内自然恢复的物质基础也已丧失,该类草地的恢复治理必须通过人工植被的重建来实现。

恢复生态学在“黑土型”退化草地植被改建中的应用

通过对三江源区“黑土型”退化草地发生现状、成因的调查研究与分析,以恢复生态学理论为依据,提出了“黑土型”退化草地恢复理论.研究结果认为,对青藏高原高寒草甸退化草地生态系统的恢复与改建,可根据退化草地的等级(系统受损程度)采取相应的恢复措施,中度和轻度退化草地改良通过休牧、灭鼠、毒杂草防除等措施即可达到其植被的自然恢复.重度和极度退化草地由于原生植被及生草层遭到了严重破坏,出现了大面积的次生裸地,植被的自然恢复能力已基本丧失,只有通过利用适宜草种改建人工和半人工草地,才能快速恢复其退化草地植被.利用禾本科适宜牧草在高寒草甸重度和极度退化草地上改建的人工和半人工草地,其植被的盖度基本上接近于原生植被,而显著高于退化草地的植被盖度;改建植被的地上总生物量是未退化植被的4-5倍,是退化草地的10-15倍.选择适宜的草种是“黑土滩”植被改建成功的关键,施肥、灭杂、灭鼠以及适度放牧利用等人工调控措施是人工和半人工草地持续利用的关键,人工调控可有效维持人工草地的生产力,防止其快速衰退.

黄河源区“黑土型”退化草地人工群落组分配置技术研究

在黄河源区的"黑土型"退化草地上,以6种多年生禾本科牧草的不同混播处理(A-垂穗披碱草;B-垂穗披碱草+冷地早熟禾;C-垂穗披碱草+冷地早熟禾+中华羊茅;D-垂穗披碱草+冷地早熟禾+中华羊茅+波伐早熟禾;E-垂穗披碱草+冷地早熟禾+中华羊茅+波伐早熟禾+西北羊茅;F-垂穗披碱草+冷地早熟禾+中华羊茅+波伐早熟禾+西北羊茅+短芒老芒麦)进行了连续3 a的群落学试验研究。结果表明,不同混播群落的牧草产量差异极显著(P<0.01),建植的当年,混播群落牧草产量、草层高度和群落盖度等指标主要受垂穗披碱草和短芒老芒麦等高禾草控制;垂穗披碱草单播群落牧草产量显著高于混播群落(P<0.01),第2年各群落生长趋势与建植当年基本一致,但混播群落的生长优势已开始显现。第3年,6种牧草混播处理的牧草产量显著高于单播群落(P<0.01)。不同高、矮禾草的合理配置可有效地优化人工植被的群落结构,遏制单一种建植的快速退化现象,几种多年生禾本科牧草的合理混播配置可能是"黑土型"退化草地进行人工建植恢复的关键技术,是一项快速稳定恢复"黑土型"退化草地植被的重要措施。

江河源区人工草地及“黑土滩”退化草地群落演替与物种多样性动态

研究了黑土滩退化草地以及在黑土滩上建植的垂穗披碱草人工草地在第2～6年间植物群落演替及物种多样性动态.结果表明:随着演替的发生,两种不同类型草地群落的α多样性指数均呈现单峰变化趋势.人工草地群落的α多样性指数比黑土滩退化草地群落的低,建植第4年的人工草地群落和封育4年的黑土滩退化草地群落的各指数最高.两种不同类型草地草场质量指数也呈现先降后升的趋势,人工草地群落的草场质量和生物量比黑土滩退化草地群落高.从植物的生活型看,一年生植物被多年生植物替代.β多样性的时间动态反映出演替过程中,两种类型的草地群落2龄与5龄、6龄群落间的β多样性低,物种周转率高;2龄与3龄,5龄与6龄群落间的β多样性高,物种周转率低,4龄群落是过渡群落.在时间序列上可分为两个阶段,2～4龄主要是一年生草本的入侵,4～6龄主要是多年生草本的定居.

利用草地早熟禾改建江河源区“黑土型”退化草地的研究

利用正在驯化选育中的野生草地早熟禾,进行了“黑土型”退化草地植被改建试验,结果表明:在海拔4 000 m的地区野生和人工栽培条件下草地早熟禾种子均能成熟;具有较强的有性繁殖和无性繁殖能力,在栽培条件下能形成良好的草皮和植被覆盖度;草地早熟禾人工草地土壤总体含水能力增强,物理性状改善;地上植物量显著高于原生植被,达到了垂穗披碱草人工草地水平;实验室研究发现,草地早熟禾具有很强的抗寒性。可见草地早熟禾是三江源区“黑土型”退化草地植被改建的优良草种。

江河源区“黑土滩”退化草地特征、危害及治理思路探讨

从江河源区“黑土滩”退化草地生物地球化学特征、生态和经济危害入手,对目前“黑土滩”退化草地治理的治理思路进行探讨。“黑土滩”退化草地治理不能仅仅局限于追求生态效果,应该看到“黑土滩”生态功能转型的作用。将江河源区按生态功能、经济功能划分为无干扰生态核心区和生态经济保障区。在生态经济保障区域推行“草地农业家庭牧场模式”,在极度退化不可自然恢复的“黑土滩”建植多年生人工草地,“变废为宝”使“黑土滩”成为高寒地区草地家畜草饲料补充基地,是实现生态建设和畜牧业经济发展双赢的对策。重视江河源区草地系统鼠害的威胁,实施“草地生态建设,防治鼠害先行”的策略是江河源区草地生态和经济建设的保障。强调国家向江河源区持续性投资和持久性加强牧区人民的文化教育是我国江河源区生态和经济建设的重要保证。

“黑土滩”退化草地、高寒湿地及其交错区植物群落结构多样性

采用样方调查方法研究了青藏高原江河源区"黑土滩"退化草地、高寒湿地及其二者交错区的植物群落结构及其多样性。结果表明,交错区植物群落多样性最高,"黑土滩"退化草地植物群落多样性明显高于高寒湿地植物群落多样性。高寒湿地植物群落中以莎草科植物占优势,"黑土滩"退化草地则以毒杂草占绝对优势,交错区可食性杂草类群较多。从3种植物类型区物种构成变化看,尽管3者互相毗邻,但是"黑土滩"可能是其他高寒植被类型退化演替而形成,不能证明"黑土滩"与其临近的高寒湿地存在群落发生学关系。以毒杂草构成为主的"黑土滩"次生植被则对其周边高寒湿地具有明显的侵入性和生态胁迫,因此必须加强对江河源区"黑土滩"退化草地的治理。

江河源区“黑土滩”退化草地及人工草地土壤种子库多样性

对江河源区"黑土滩"退化草地及单播、混播人工草地土壤种子库多样性进行研究。结果表明,"黑土滩"退化草地、单播人工草地和混播人工草地分别由33种、25种、30种植物组成,密度分别为13 035.6粒/m2、10 138.8粒/m2和10 672.4粒/m2;"黑土滩"退化草地已没有放牧利用价值,而单播和混播人工草地具有较高的放牧利用价值;土壤种子库中种子数量在垂直分布上呈现由表层土壤向深层逐层减少的变化规律;土壤种子库的物种多样性为"黑土滩"退化草地>混播人工草地>单播人工草地,"黑土滩"退化草地和混播人工草地、单播人工草地土壤种子库之间相似性较低。

黄河源区“黑土滩”退化草地CO_2排放研究

采用静态箱-气相色谱法，对黄河源区“黑土滩”退化草地CO2释放特征的研究结果表明：“黑土滩”3种不同处理：“黑土滩”植被-土壤系统呼吸（BC），土壤呼吸（BJ）和土壤微生物呼吸（BL）的CO2释放速率日变化具有相似性，均呈现出明显的单峰型特点，且白天大于夜间；CO2释放速率季节动态变化明显，且3者的变化趋势基本一致；“黑土滩”植被-土壤系统呼吸与地表温度及5cm地温呈极显著的正相关性（P〈0．01）；而土壤微生物呼吸与0～10cm土壤水分含量相关显著（P〈0．05）。

青藏高原东缘“黑土型”退化草甸人工草地改良的土壤养分响应

以青藏高原东缘的高寒草甸区"黑土型"退化草甸为例,研究了人工草地建设对"黑土型"退化草甸的土壤养分改良效果。结果表明,人工草地建植年限和土壤深度对土壤养分均表现了显著作用;随着人工草地建立年限的增加,土壤有机质在0-10cm呈显著增加,在10-20cm为不显著增加趋势,而在20-30cm则呈现了显著的下降趋势,0-10cm和10-20cm土层的土壤全氮和全磷均呈显著增加趋势,而20-30cm的全氮和全磷则呈现一定的下降趋势;速效氮和速效磷则在3个土层均呈现了显著的下降趋势,且随着土层深度的增加也呈显著的下降趋势。在高寒地区的"黑土型"退化草甸上进行人工草地建设,有利于退化草地土壤养分条件的改善,可以为后期草地群落的良性演替和发展提供一个良好的土壤养分生境。

“黑土型”退化草地人工植被杂草防除试验报告

选用5种除草剂以不同剂量和喷药时间,在青海玛沁县5龄禾草类人工草地进行了有毒杂草防除试验。结果表明,剂量对群落盖度的影响最大。除草剂品种对禾草类盖度的影响最大,剂量次之,喷药时间最小。除草剂品种对禾草盖度的影响依次为甲磺隆>麦阔净>使它隆>龙拳>麦客隆,2倍剂量下禾草盖度最低,随喷药时间推迟,禾草类盖度降低。6月25日左右喷药杂草盖度最低,此时大多数杂草处于现蕾盛期,喷药对其伤害较大。2.5倍剂量下杂草盖度最低,其次为1.5倍剂量,0.8倍剂量对杂草影响不大。本区进行人工草地杂草防除,最佳防除组合为6月25日左右喷1.5倍剂量的龙拳雾剂。

黄河首曲湿地功能区“黑土滩”退化草甸恢复改良

采用样方法研究了首曲湿地功能区"黑土滩"退化草甸改良后3 a的群落特征变化,分析了围栏封育和补播"高寒1号"生态组合草种对退化草甸的恢复改良效果.结果显示:仅封育3 a后,"黑土滩"退化草甸群落的盖度、高度、地上生物量和可食牧草比例均显著提高,丰富度指数由0.55增加到0.75,多样性指数由0.07增加到了0.25;封育后补播"高寒1号"生态草种相对于封育前,使得退化草甸的盖度增加了56.00%,高度增加了11.74 cm,地上生物量增加了222.24 g/m^2,可食牧草比例增加了55.98%,物种数由5种/m^2增加到了15种/m^2,丰富度指数由0.55增加到了3.29,多样性指数由0.07增加到了1.85,均匀度指数由0.06增加到了0.27.相对围栏封育而言,封育后补播是一种更有效的"黑土滩"退化草甸改良恢复措施.围栏封育和补播配套实施可以显著改善"黑土滩"退化草地的群落貌相、草地生产力和组分结构状况.

甘肃马先蒿对“黑土型”退化草地垂穗披碱草人工草地的影响

对三江源区“黑土型”退化草地上改建的6年龄垂穗披碱草人工植被中的毒杂草进行了防除试验,分析了甘肃马先蒿的侵入及其对垂穗披碱草人工草地的影响。结果表明,甘肃马先蒿的侵入,严重降低了垂穗披碱草的盖度和密度,使其生物量降低了75%;当甘肃马先蒿侵入使垂穗披碱草的覆盖度≤70%时,给其他更多的物种造成发展空间,群落物种数量开始增加;采用化学防除可控制甘肃马先蒿的侵入和扩散,并维持垂穗披碱草人工草地的质量。