中国退耕还草的土壤碳固持效应及影响因素

基于检索1950-2016年发表在中国知网、Google Scholar、Web of Science等数据库的文章,筛选出关于我国退耕还草工程与土壤有机碳的文献123篇(126个研究地点)。基于筛选文献,提取了农田和恢复草地的土壤有机碳含量、土壤有效养分含量、恢复时间和气候等数据735条,旨在探究我国退耕还草工程对土壤有机碳含量的影响及其主导因素。结果表明:1)农田恢复为草地后,土壤有机碳含量呈先下降后上升趋势(时间拐点约为第6年),整体上退耕还草工程使土壤有机碳含量提高了19.8%。2)土壤有机碳的正响应随土壤深度增加而减弱,且深度超过1 m时其正响应不明显。3)土壤有效氮是影响土壤有机碳恢复的主要因素,而土壤有效磷和植物功能群对其影响不大。4)沿着增加的水分梯度,土壤有机碳的恢复效果由负变正,转变阈值为25.15 (干旱指数)。总体而言,我国退耕还草工程对土壤有机碳含量的影响为正效应,此效应受环境梯度和恢复时间的共同影响。本研究能够为我国土地利用变化背景下土壤碳库管理的相关决策提供科学依据。

Research on soil salt transfer under freeze-thawing condition

Soil salt transformation plays an important role in the freeze-thawing process,which is also one of basic problems of cryopedology. The very special law is made up of the two time salt-moisture transfer under freeze-thawing condition. Based on the latest research at home and abroad,through the investigation of soil moisture-salt change in the freeze-thawing process,the conclusion is made that the soil water potential gradient is the main driving force of soil salt movement and the factors are of quantities. The research shows that,when freezing,temperature drops,salt and moisture move towards frozen layer. All make the salinity content of the frozen layer increase significantly. In the thawing process,salinity and moisture in the soil move up again with evaporation and makes the salt second migration.

Regulations and patterns of soil moisture dynamics and their controlling factors in hilly regions of lower reaches of Yangtze River basin,China

Time-domain reflectometry was used to make continuous measurements of soil moisture to 18 sample points with depth of 2 m for 36 months in a typical artificial secondary oak forest located in a hilly area on Zijin Mountain in the suburbs of Nanjing,China.The data were then used to examine the patterns of soil moisture variations on temporal and spatial scales and predict the relationships between soil moisture and major factors of both meteorology and topography.Water in the topsoil was active,and the upper 30 cm of soil supplied about 43% of the water content variation during the whole year.This difference of water content changes among layers could be due to the distribution conditions of some soil physical properties.When initial soil moisture was in the range from 10% to 40%,the impact of a single storm event on soil moisture was extremely significant,especially on sunny slope.Both climate and slope condition were related to soil moisture change,and the impact of slope gradient on soil moisture was higher that on shady slope.Moreover,root uptake was another important path of soil water consumption.

荒漠草本植物功能性状的土壤水盐响应特征及生态策略

【目的】研究植物功能性状间的关系及其随土壤水、盐梯度的变化规律。【方法】以新疆艾比湖荒漠草本群落为对象,调查120个草本植物群落样方,并选中8个植物功能性状进行群落权重均值(CWM)计算,采用K-means聚类法将土壤水、盐含量聚类成3个梯度,利用多元因子分析法(MFA)、单因素方差分析、灰色关联度分析、CSR生态策略等方法,分析土壤水盐对植物功能性状的影响以及植物生态策略。【结果】(1)综合3个梯度变化,株高(H),冠幅(S)随土壤盐分升高表现出亲水性。(2)土壤水分对单个群落植物功能性状的影响在低水低盐梯度最强,土壤盐分对单个群落植物功能性状的影响在高水高盐梯度最强。(3)荒漠草本植物在土壤高水高盐和中水中盐梯度中植被倾向于C/CR,在土壤低水低盐梯度中更倾向于CSR策略。(4)植物S和叶面积(LA)在生态策略和土壤群落梯度间差异性最大。【结论】(1)植物冠幅面积和株高对土壤水分具有较强的敏感性,土壤盐分含量增加会造成草本植物对土壤水分更加依赖。(2)荒漠土壤对植物的影响并非是随土壤水、盐协同变化,土壤高水盐群落由盐胁迫主导,土壤低水盐群落由干旱胁迫主导,并且干旱胁迫对植物生长发育的影响更强烈。(3)受环境影响,艾比湖荒漠区草本植物主要形成了C/CR、C/CSR和CSR 3种生态策略,并且是受干旱胁迫影响,植物功能性状在土壤水盐梯度的变化中S和LA对3种生态策略响应最强烈。

双梯度驱动的非饱和冻土水热耦合模型

青藏高原冻土地区的地质灾害与冻土因冻融作用引起的水分重分布密切相关,其实质是复杂水热耦合作用的结果。已有的冻土水热耦合模型较多关注未冻水含量梯度驱动引起的水分迁移过程,而缺乏对温度梯度驱动效应的探讨。基于经典热传导方程和非饱和土体渗流理论,考虑未冻水含量梯度和温度梯度的共同作用,建立了双梯度联合驱动作用下的非饱和冻土水热耦合模型。在采用已有试验数据对模型有效性进行验证的基础上,分别对-5、-10和-15℃3种环境气温条件下土体的水热响应开展了数值模拟。结果表明:温度梯度在冻结过程中对于水分迁移的驱动作用不可忽略;冻结过程中由于冰水相变释放潜热造成冻结速率逐渐减慢;土中水分聚集的位置处于冻结初期形成的冻结锋面处,且外界气温越低,内外温差越大,则土体水分发生聚集的位置越深,水分迁移量相对也越大,冻结过程中土体水分随深度呈S型分布;-5、-10和-15℃环境温度下含水率极值分别位于0.30、0.55和0.70 m深度处,含水率增量分别为3.5%、4.6%和5.5%。

天山云杉森林生态系统的水源涵养能力海拔梯度变化特征

为揭示天山云杉森林的水源涵养功能,探究天山云杉林枯落物层和土壤层水文效应特征。以天山北麓中段的天山云杉森林为研究对象,沿海拔梯度(1500-2300 m)布设系列样地,采用样地调查法和室内浸泡法对天山云杉森林枯落物层和土壤层的水源涵养能力进行定量分析,明确其在海拔梯度上的分异特征。结果表明,(1)天山云杉森林枯落物层厚度(2.50-3.38 cm)和蓄积量(13.6-21.7 t·hm^(−2)),两者均随海拔的升高而显著减小(P<0.05);天山云杉森林枯落物层最大持水量(50.9-65.0 t·hm^(−2))和有效拦蓄量(21.6-25.8 t·hm^(−2))均随海拔升高先增大后减小;对比不同海拔梯度枯落物的持水过程发现,其在浸水1h内持水量迅速增加,此时吸水速率最大;相同时间内,半分解层枯落物持水量均大于未分解层。(2)在1500-1700、1700-1900、1900-2100、2100-2300 m 4个海拔段的土壤容重(0.481、0.621、0.643、0.452 g·cm^(−3))、毛管孔隙度(72.6%、77.5%、70.5%、75.8%)和总孔隙度(76.1%、81.0%、73.4%、78.8%)均表现为随海拔升高先增大后减小的趋势;各海拔梯度土壤饱和持水量与毛管持水量排序为1700-1900 m>1500-1700 m>2100-2300 m>1900-2100 m,土壤有效持水量排序为:1700-1900 m>1500-1700 m>1900-2100 m>2100-2300 m,均随海拔的升高表现为先增大后减小。(3)枯落物层和土壤层总的有效持水量(83.4-95.9 t·hm^(−2))和总最大持水量(1390-1662 t·hm^(−2))均随海拔的升高先增大后减小,在各海拔段间无显著差异(P>0.05)。通过研究发现天山云杉森林生态系统的水源涵养能力总体呈现沿海拔梯度先增大后减小的趋势,中低海拔区域(1500-1900 m)水源涵养能力较好。

生物炭对土壤和孔隙水性质以及Zn形态的影响

为了探究施用生物炭后土壤性质和重金属形态随时间变化过程,通过5种矿区土壤的玉米(Zea mays L.)盆栽实验,研究施用生物炭后土壤和孔隙水性质、梯度扩散薄膜(diffusive gradients in thin films,DGT)技术测定的Zn浓度(CDGT-Zn)和欧共体标准物质局共识(Bureau of Community right-to-know,BCR)有效态Zn含量(弱酸提取态Zn^(+)可还原态Zn,C_(BCR-Zn))随时间变化的过程。施用生物炭后,随土壤培养时间的增加,土壤阳离子交换量(cation exchange capacity,CEC)增加了20.35%~65.65%,孔隙水pH上升0.34~1.02个单位,溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)浓度CDOC先升后降,最终下降了8.21%~33.23%,孔隙水Zn浓度(C_(pw-Zn))下降了17.46%~49.67%,C_(DGT-Zn)、C_(BCR-Zn)分别下降了18.64%~50.00%、23.33%~64.71%。随玉米栽培时间的增加,土壤CEC增加了7.94%~28.97%,C_(DOC)、C_(pw-Zn)、C_(DGT-Zn)、C_(BCR-Zn)分别下降了10.43%~41.26%、9.62%~34.21%、10.42%~30.70%、14.68%~61.62%,孔隙水pH无明显变化。生物炭能明显改变土壤和孔隙水性质,降低Zn的生物有效性,从而降低土壤中过量Zn对玉米的危害。

土壤水分梯度对灰胡杨光合作用与抗逆性的影响

以塔里木盆地珍稀渐危种灰胡杨(Populus pruinosa Schrenk)幼苗为材料,采用盆栽方法研究土壤水分梯度对灰胡杨光合特征及抗逆性的影响。结果表明:(1)灰胡杨净光合速率(P_n)、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO_2浓度和光能利用率均随土壤水分递减而降低,重度干旱比适宜水分依次降低了35.53%、25.32%、48.18%、15.62%和40.92%;而光合午休程度则明显增强,P_n下降主要是由非气孔因素限制造成。轻度干旱能够提高灰胡杨水分利用效率(WUE)3.05%,维持相对较高的P_n和WUE。(2)随土壤水分递降,灰胡杨光照生态幅缩窄,CO_2补偿点升高,RuBP再生受限,光与CO_2利用效率、Rubisco活性和光合效率降低。与适宜水分相比,中度与重度干旱下最大净光合速率(P_(nmax))、表观量子效率、光饱和点、羧化效率、光合能力(A_(max))、光呼吸速率、最大羧化效率、最大电子传递速率和磷酸丙糖利用率均显著降低(P<0.05),其中P_(nmax)、A_(max)和生化参数分别降低了42.65%、38.26%、57.10%;63.01%、65.88%、73.43%。(3)土壤干旱显著降低了灰胡杨的枝水势和光合色素含量(P<0.01),并且改变了光系统反应中心色素的组成比例,膜脂过氧化程度显著增强(P<0.01)。灰胡杨主要通过积累大量脯氨酸和可溶性蛋白质参与渗透调节来减轻土壤干旱对光合机构的损伤。重度干旱对灰胡杨叶片光合系统造成了不可逆的伤害,严重抑制了其正常生长和光合作用。综上所述,塔里木干旱荒漠区灰胡杨生长适宜的土壤相对含水量为60%—65%符合极端干旱区植被恢复与高效节水的管理原则。

水分对3种冷季型草坪草生长的影响及蒸散需水研究——3种冷季型草坪草地上部分对不同水分梯度的响应

对多年生黑麦草Lolium perenne,草地早熟禾Poa pratensis和苇状羊茅Festuca arundinacea 3种冷季型草坪草生长季内在田间持水量(FC)30%～50%,50%～70%,70%～90% 3个水分梯度下的地上生物量、再生速度及其坪用质量进行了田间测定.结果表明:3种草坪草在FC 30%～50%下的再生速度与50%～70%下的再生速度具有显著性差异,当FC 50%～70%时,再增加水分并不能显著增强草坪草的再生速率.多年生黑麦草、草地早熟禾、苇状羊茅整个试验期间的地上生物量干物质累积在FC 30%～50%,50%～70%之间差异显著,FC 50%～70%与70%～90%下的地上生物量累积差异不明显.3种草坪草叶片组织含水量随着水分梯度的增加而增大,叶片组织含水量对水分梯度的响应基本显著.方差分析结果表明,3种冷季型草坪草在不同的水分梯度下,其坪用质量具有差异显著性(P＜0.05),灌水能显著提高草坪草的质量.但在FC 50%～70%的水分梯度下,3种冷季型草坪草都表现理想(得分＞6.5).

沿绿洲-荒漠过渡带水分梯度分布的芦苇抗氧化保护机理

对甘肃省河西走廊绿洲-荒漠过渡带沿水分梯度分布的芦苇的生长环境特征以及抗氧化系统特征的研究结果表明,芦苇叶片脂质过氧化产物丙二醛(MDA)含量在盐渍胁迫严重的盐渍化生境很高。芦苇叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性在根区土壤含水量降低时显著增加,对抵御干旱胁迫的贡献较大,但对盐渍胁迫并不敏感;抗坏血酸过氧化物酶(APX)和过氧化氢酶(CAT)的活性随干旱胁迫加剧而逐渐升高,对水分亏缺的响应大于对盐渍化响应;过氧化物酶(POD)活性在土壤含水量较高的盐渍化生境和土壤含水量很低的沙丘生境中都较高,对抵抗盐渍胁迫和干旱胁迫起着同样重要的作用。芦苇叶片抗氧化物质类胡萝卜素(Car)含量随土壤含水量降低未表现出显著变化,在盐渍化生境还有降低,说明Car对抵御干旱胁迫和盐渍胁迫贡献很小。

高寒沼泽湿地土壤碳氮沿水分梯度的分布特征

研究了青海省乱海子沼泽湿地土壤碳、氮沿水分梯度的分布特征及其土壤因子之间的相互关系.结果表明青海省乱海子沼泽湿地土壤w(全氮)、w(有机碳)、w(铵态氮)、w(硝态氮)、w(微生物量碳)平均值分别为(14.74±2.72)×10^(-3)、(190.10±28.84)×10^(-3)、(35.95±6.10)×10^(-6)、(58.43±25.09)×10^(-6)、(1.81±0.63)×10^(-3).土壤含水量显著地影响着土壤有机碳、铵态氮和微生物量碳的水平分布,而对土壤全氮和硝态氮的水平分布影响不显著.冻胀丘与冻胀丘底相比较,冻胀丘w(全氮)和w(硝态氮)高于冻胀丘底的.通过相关分析表明,有机碳与仝氮、铵态氮、微生物量碳有着密切的联系,土壤容重是影响土壤有机碳、铵态氮和微生物量碳水平分布的一个很重要的因素.

土壤水分梯度对白三叶(Trifolium repens)光合作用和根系分布的影响

通过对两个品种白三叶Trifolium repenscv.Haifa（海发）和Trifolium repenscv.Rivendel（瑞文德）盆栽试验,模拟3种不同的土壤水分状况（无水分胁迫：保持植株良好的水分供应;轻度胁迫：表层0-20 cm土壤处于干旱状态;重度胁迫：表层0-20 cm土壤处于极干旱状态,20-40 cm土壤处于干旱状态）对白三叶光合作用和根系生长的影响。结果表明,当植株未遭受水分胁迫时,两个品种白三叶的光合作用和根系生长状况没有明显差异;当表层0-20 cm处于干旱状态时,‘海发’在处理后期的净光合速率和水分利用效率升高,根系生长量增大,表现出促进作用,‘瑞文德’受到的影响不显著;当表层0-20 cm处于极干旱、20-40cm处于干旱状态时,‘海发’在处理前期受到轻微影响,随后恢复正常状态,‘瑞文德’则受到较严重的影响。随着干旱程度的加深和时间的延长,白三叶的根冠比逐渐增大。与‘瑞文德’相比,在相同时期相同胁迫程度下,‘海发’的根冠比没有显著差异,但深根数量大大超过‘瑞文德’,因而,‘海发’的耐旱能力强于‘瑞文德’。

水分对三种冷季型草坪草地上生物量的影响

研究水分处理对三种草坪草高羊茅、草地早熟禾和多年生黑麦草地上生物量、草坪草再生速度及其叶片含水量的影响情况。结果表明:随着水分的增加三种草坪草在同一时期地上生物量随之增大,三种草坪草的再生速度也随着水分增加而增大,但B3与B4的差异不显著,表明水分过多并不能显著增加其再生速度。三种草坪草的叶片含水大小依次为高羊茅>多年生黑麦草>草地早熟禾。

毛竹快速生长期的水势变化特征

为了探讨毛竹Phyllostachys edulis在快速生长期从笋长成幼竹这一动态过程与成竹之间是否存在水分供给关系以及水势是否是驱动新竹快速生长的关键因子,以浙江农林大学毛竹生理生态定位监测站为依托,利用PSYPRO多露点水势系统配套的L-51A叶水势探头和PCT-55土壤水势探头,在毛竹快速生长期测定毛竹样株叶水势及土壤水势。结果表明：①在快速生长期内,不同竹龄毛竹（新竹至6年生）的叶水势变化规律均为：随年龄增大,水势值也越大,且竹龄对水势的影响均达到显著水平（P〈0.05）;在生长中期同一竹龄毛竹叶水势值均低于生长前期和生长后期,且在生长中期成竹之间的叶水势差异均不显著（P〉0.05）。说明在毛竹快速生长期内母竹向新竹输送水分,且这种传输作用在生长中期更加强烈。②在快速生长期水分横向传输均为成竹传送给新竹,纵向传输均为土壤—下层叶—中层叶—上层叶—大气,正午土壤与叶水势梯度、不同竹龄之间叶水势差增大,土壤—大气水势差1~3个数量级。强大的水势差的存在表明：母竹将水分传输给新竹主要依靠水势梯度的作用。3在快速生长期内土壤—叶、叶—大气、土壤—大气之间的相关性均达到极显著水平（P〈0.01）,表明在快速生长期土壤水势、叶水势、大气水势相互影响,形成统一连续体。水势是驱动毛竹快速生长的关键因素。

西藏色季拉山土壤物理性质垂直地带性

以色季拉山为代表的藏东南高原山地的水土流失已成为区域生态环境的重要问题。对色季拉山不同海拔梯度土壤物理性质进行分析,结果表明:(1)除海拔3600、4200m外,土壤容重随土层深度增加而增大;总孔隙度、毛管孔隙度随土层深度增加而减小;非毛管孔隙度随土层变化无明显规律;饱和含水率、毛管含水率、田间持水率均随土层深度增加而减小。(2)不同海拔梯度,土壤容重总均值、总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度变化范围分别为:0.58—1.10g/cm^3、57.00%—72.47%、53.33%—67.59%和3.20%—4.87%。饱和含水率、毛管含水率、渗透性具有相同规律,均为3800、3400m处最大,3200m和3600m处最小,4000—4600m居中,田间持水率随海拔梯度变化呈M型波动性趋势。(3)土壤物理性质具有较强的空间异质性,各指标间有明显的空间自相关现象。土壤物理性质各指标在不同土层和海拔间有较明显的差异性,人为干扰也是导致土壤物理性质空间异质性的重要原因。(4)总体上,色季拉山表层土壤(0—10cm)物理结构优于深层次(>10—30cm)土壤;3200m和3600m处最差,4000—4600m居中,3400—3800m最佳。研究结果提示,以色季拉山为代表的藏东南原始森林地带,土壤结构脆弱,为保持水土,应防止旅游和森林生产经营的过度开发。

水盐梯度下荒漠植物多样性格局及其与土壤环境的关系

植物多样性格局作为生物多样性维持的一个重要方面可揭示群落构建的信息,反映物种对环境的适应性。结合样带调查和实验分析的方法,研究新疆艾比湖湿地自然保护区内水盐梯度下荒漠植物多样性格局及其与土壤环境因子间关系。结果表明:(1)高、低水盐样地(SW1,SW2)土壤容积含水量(SVWC)和电导率(EC)分别为16.65%和12.02 m S/cm及2.63%和1.91m S/cm,水盐变化主要影响草本和部分灌木群落的植物组成;(2)高水盐生境下植物群落无明显趋势性分布,低水盐生境下植物种依水盐和营养元素呈区域性分布。(3)高水盐生境下荒漠植物的多度分布呈对数正态模型,低水盐条件下符合Zipf模型,多度分布的变化反映了群落组成结构的水盐梯度响应;(4)SW1样地多样性总体显著高于SW2样地,土壤p H、SVWC和硫(S)对植物多样性有不同程度的极显著影响。综上可知,荒漠植物分布及多样性格局与土壤环境间关系呈一定的水盐梯度响应规律,本研究可为该地区植被恢复和土壤盐渍化治理提供科学依据。

模拟草地内黑麦草叶游离脯氨酸含量与叶含水量、土壤含水量之间的相互关系研究(英文)

实验植物黑麦草种植于自行设计和制作的圆形土壤柱中作为模拟草地，柱内土壤含水量采用称重法加以控制，通过调节灌水次数和每次灌入水量在各柱之间建立起土壤水分梯度．从柱内植物形成稳定的种群开始到生长季末，共进行了两个周期的水分处理实验，期间以固定的间隔在草群内取最新完全展开的叶片测定其含水量和游离脯氨酸含量．将每一次取样得到的脯氨酸含量、土壤含水量和叶片含水量这三组数据作相关与回归分析发现，脯氨酸含量与土壤含水量在水分处理前期呈直线型负相关关系，在后期呈曲线型负相关关系；而脯氨酸含量与叶片含水量始终呈直线型负相关关系．对上述研究结果的生理生态学意义进行了讨论．

池杉幼苗对不同土壤水分水平的光合生理响应

为模拟三峡库区消落带土壤水分变化特征,作者设置了常规生长水分条件(CK)、轻度干旱水分胁迫(T1)、土壤水饱和(T1)以及水淹(T3)4个不同处理组,研究池杉当年实生幼苗在三峡库区消落带水位变化条件下的光合生理生态响应机理和适应对策。研究结果表明,不同水分处理均显著影响池杉幼苗光合色素、叶片气体交换以及表观资源利用效率。池杉幼苗不仅具有耐水湿的特点,还具有一定程度的耐旱性。在消落带防护林体系建设中,池杉适宜栽植于土壤饱和水或渍水的环境中;在干旱环境条件下应注意浇水抗旱,使池杉保持正常的净光合速率。

土壤水分对大叶黄杨生长量与光合作用的影响

用盆栽试验研究大叶黄杨(Euonymus japonicus)在4个土壤水分梯度下的生长量、叶片脱落与形态变化以及光合作用。结果表明,胁迫过程中,中度胁迫与重度胁迫较对照极显著降低了(P<0.01)大叶黄杨生长量,并使叶片显著(P<0.01)脱落,影响到大叶黄杨观赏性;不同胁迫对大叶黄杨叶形变化有影响,从叶面积差异来看,随着胁迫梯度的增加,大叶黄杨叶片变小,叶片形状由长条形向卵圆形变化,变化程度依次为重度胁迫(P<0.01)>中度胁迫(P<0.01)>轻度胁迫(P<0.05)>对照;光合速率、蒸腾速率、水分利用效率、光能利用效率等光合作用指标大体上呈现出相似的变化规律,即随胁迫程度的加强与对照的差异越显著。因此,在园林绿化中应适当减少大叶黄杨的灌水量,有效地控制其生长而又不影响其观赏效果,从而达到园林绿化节约养护用水、减少修剪的栽培目标。

干旱区植物群落土壤水盐及根系生物量的空间分布格局

为研究干旱区群落根系生物量的空间分布格局及其与土壤中水分、盐分的关系,以宁夏沙湖地区的沙枣-芨芨草群落为研究对象,以立木冠幅的20%为带宽,由立木向空旷地依次划分8个冠幅梯度带(Z1-Z8),采用分层挖掘法对群落中植物根系生物量密度、土壤含水率、土壤溶液电导率的垂直与水平分布特征进行了研究。结果表明:随着离沙枣立木距离的增加,群落中植物根系生物量密度逐渐减小,总根系生物量密度较高层次的埋深渐次增加,各层次土壤含水率及不同土壤层次间土壤含水率的差异性依次变大,表浅层土壤溶液电导率趋势性上升,但在较深层次,位于立木冠层垂直投影区边缘的Z3带的电导率最低,向沙枣立木方向、空旷地方向两侧递增;同时发现,群落中两种主要物种间根系生物量密度较高的土壤层次总体上相互分离,离立木较近各带出现下层土壤含水率低于上层的逆含水率梯度层。总体上,群落中地下生物量、土壤水分、土壤溶液电导率的垂直与水平分布特征揭示,植物根系吸水与土壤水分蒸发是影响土壤剖面中盐分、水分分布与运动的两个主导因子。