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荒漠草原不同年限灌丛引入过程土壤细菌碳源利用特征

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草业学报 2023年第6期32卷 30-44页

作者：陈彦硕马彦平王红梅赵亚楠李志丽张振杰宁夏大学农学院宁夏草牧业工程技术研究中心西北退化生态系统恢复与重建教育部重点培育实验室宁夏银川750021

为探究不同年限灌丛引入对荒漠草原土壤细菌群落功能多样性的影响,利用Biolog-ECO法对封育草地(17a)和不同年限引入灌丛地(6,15,25 a)0~20 cm土层展开土壤细菌群落的碳源利用特征研究。结果表明:荒漠草原不同年限灌丛引入后土壤全碳均... 详细信息

为探究不同年限灌丛引入对荒漠草原土壤细菌群落功能多样性的影响,利用Biolog-ECO法对封育草地(17a)和不同年限引入灌丛地(6,15,25 a)0~20 cm土层展开土壤细菌群落的碳源利用特征研究。结果表明:荒漠草原不同年限灌丛引入后土壤全碳均有所增加,其中25 a时全碳最高,较封育草地显著增加43.5%(P灌丛引入年限增加显著升高。土壤细菌群落随灌丛引入年限延长对碳源利用程度显著增大,平均增幅92.75%~181.73%,且对6类碳源利用能力均高于封育草地,其中糖类、氨基酸类、羧酸类是引入过程中细菌优先利用的3类碳源。灌丛引入也显著增加了土壤细菌群落功能多样性,特别是Shannon-Wiener丰富度指数、Shannon均匀度指数和Simpson优势度指数随引入年限延长而增大,且土壤全碳、全氮与细菌群落功能多样性呈显著正相关(P灌丛引入不仅提高了土壤细菌对不同碳源的利用程度,也改变了主要碳源利用类型,从草地的氨基酸、聚合物类等转向灌丛地糖类、氨基酸类为主。

关键词：荒漠草原灌丛引入年限土壤细菌功能多样性

祁连山东段山地典型灌丛枯落物及土壤水源涵养功能研究

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干旱区地理 2022年第1期45卷 197-207页

作者：杨晓霞赵锦梅张雪樊宇航张斌王婧楠张碧艳甘肃农业大学林学院甘肃兰州730070

为探讨高寒地区灌丛枯落物层及土壤层的水源涵养功能,以祁连山东段6种典型灌丛的枯落物和土壤为研究对象,采用野外调查与室内浸泡相结合的方法,对枯落物及土壤水文特征进行了研究。结果表明:(1)6种灌丛枯落物的蓄积量范围为0.23~3.61 t... 详细信息

为探讨高寒地区灌丛枯落物层及土壤层的水源涵养功能,以祁连山东段6种典型灌丛的枯落物和土壤为研究对象,采用野外调查与室内浸泡相结合的方法,对枯落物及土壤水文特征进行了研究。结果表明:(1)6种灌丛枯落物的蓄积量范围为0.23~3.61 t·hm^(-2),大小排序为山生柳>硬叶柳>绣线菊>金露梅>头花杜鹃>千里香杜鹃。(2)枯落物最大持水量范围为0.57~10.59 t·hm^(-2),山生柳最大,千里香杜鹃最小;最大持水率变化范围为147.30%~293.28%,山生柳最大,绣线菊最小。(3)6种灌丛枯落物的持水量(Y)与浸泡时间(t)符合对数函数关系:Y=klnt+b,R^(2)>0.967;吸水速率(V)与浸泡时间(t)符合幂函数关系:V=Ktn,R^(2)>0.823。(4)最大拦蓄量和有效拦蓄量均为山生柳>硬叶柳>金露梅>绣线菊>千里香杜鹃>头花杜鹃。(5)6种灌丛土壤容重范围为0.69~0.95 g·cm~(-3),山生柳最大,千里香杜鹃最小;土壤总孔隙度范围为60.94%~68.75%,千里香杜鹃最大,绣线菊最小;土壤最大持水量范围为609.44~687.46 t·hm^(-2),千里香杜鹃最大,绣线菊最小。(6)根据坐标综合评定法分析得出,山生柳灌丛的水源涵养功能最优。

关键词：灌丛枯落物土壤水文特征高寒地区

干旱区灌丛形态对水文连通性的响应及生态效应

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山地学报 2023年第3期41卷 375-385页

作者：苏常红刘宇宋子豪寻雅雯天津师范大学地理与环境科学学院中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室

干旱区生态系统的水文连通性影响植被斑块形态的空间分异。植被形态对水文连通性的适应是一个复杂且长期的过程。研究植被与水文连通性，过去多基于群落以上尺度，不涉及微观尺度。从植株个体角度探讨植被斑块形态与水文连通性关系，有... 详细信息

干旱区生态系统的水文连通性影响植被斑块形态的空间分异。植被形态对水文连通性的适应是一个复杂且长期的过程。研究植被与水文连通性，过去多基于群落以上尺度，不涉及微观尺度。从植株个体角度探讨植被斑块形态与水文连通性关系，有助于挖掘微观尺度上景观格局对生态过程的驱动机制。本研究以黄土高原丘陵沟壑区多年生灌丛作为研究对象，以高分辨率无人机航拍照片解译和野外定点观测为研究手段，量化植被斑块形态与水文连通性之间定量关系，分析二者对泥沙截留与土壤固碳等关键生态过程的影响。结果表明：(1)坡面灌丛斑块总体呈现横向生长趋势，灌丛斑块纵横比小于1;灌丛斑块纵横比从坡顶到坡底逐渐增大，分别为0.64、0.70、0.79、0.83;(2)灌丛方向与水流方向夹角从坡顶到坡底先减小再增大；坡面中部的坡度最大，灌丛方向最接近与水流垂直的方向；(3)灌丛的汇流累积量从坡顶到坡底逐渐增大，表明其水文连通度逐渐增大；水文连通度与灌丛斑块纵横比呈正相关关系；当水文连通度足够大时，灌丛在横纵方向上的生长没有倾向，形状近似为圆形；(4)泥沙拦截量和固碳效率随坡位下降而下降，二次曲线拟合表明泥沙拦截量和固碳效率随水文连通度增加呈增加态势，表明水文连通度有促使植株自主优化株型、提升泥沙截留和固碳效率的功效。本研究有助于为黄土高原干旱区植被结构优化及生态建设提供案例分析与借鉴。

关键词：水文连通性灌丛泥沙截留土壤固碳黄土高原

天龙山灌丛生态系统土壤呼吸对水热和植被因子的响应

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中国土壤与肥料 2022年第4期 131-139页

作者：郭艳萍李洪建山西旅游职业学院山西太原030031 山西大学黄土高原研究所山西太原030006

以太原天龙山自然保护区的2个灌木群落(样地1和样地2)为研究对象,通过同步观测土壤呼吸(R_(s))及土壤温度(T_(10))、水分(W_(r))、植被指数(VI),分析R_(s)的季节变化及其与环境因子季节变化的关系。结果表明:2个灌木群落R_(s)的季节变... 详细信息

以太原天龙山自然保护区的2个灌木群落(样地1和样地2)为研究对象,通过同步观测土壤呼吸(R_(s))及土壤温度(T_(10))、水分(W_(r))、植被指数(VI),分析R_(s)的季节变化及其与环境因子季节变化的关系。结果表明:2个灌木群落R_(s)的季节变化趋势一致,最高值出现在夏季,最低值绝大多数出现在冬季,偶尔也出现在W_(r)较低的夏季。在季节尺度上,R_(s)与单一环境因子的关系为:与T_(10)为极显著;剔除水分低于1/3田间持水量的数据后,R_(s)与T_(10)的相关性提高;R_(s)与W_(r)的关系仅在样地1显著;R_(s)与Ⅵ的关系均为极显著。R_(s)与T_(10)和W_(r)的复合模型能够提高土壤呼吸的解释能力。土壤呼吸温度模型的残差与W_(r)的关系表明,样地1和2受干旱胁迫的W_(r)下限阈值分别为田间持水量的0.35和0.42。在R_(s)与T_(10)和W_(r)的复合模型中增加Ⅵ后,拟合模型的决定系数增加,赤池信息准则(AIC)值降低,模型的拟合效果得到改善。从AIC值看,3个3因素模型中温度-水分-植被指数的指数-双幂模型相对较好;3个植被指数中,比值植被指数模型相对较好。该研究结果可以为利用水热和植被因子精确估算灌丛土壤碳通量提供参考。

关键词：土壤呼吸土壤温度土壤水分植被指数关系模型灌丛

黄河三角洲新生湿地3种柽柳灌丛对土壤有机碳空间分布的影响研究

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生态环境学报 2022年第1期31卷 9-16页

作者：王浩陈永金刘加珍万波张丽聊城大学地理与环境学院山东聊城252059

研究河口湿地不同类型柽柳灌丛土壤有机碳的空间分布规律,探讨植被演替对土壤有机碳的影响,有助于了解河口湿地生态保护及土壤改良的科学规律。以黄河三角洲新生湿地为研究对象,选择柽柳-碱蓬(Tamarix-Suaeda)、柽柳(Tamarix chinensis... 详细信息

研究河口湿地不同类型柽柳灌丛土壤有机碳的空间分布规律,探讨植被演替对土壤有机碳的影响,有助于了解河口湿地生态保护及土壤改良的科学规律。以黄河三角洲新生湿地为研究对象,选择柽柳-碱蓬(Tamarix-Suaeda)、柽柳(Tamarix chinensis)和柽柳-禾草(Tamarix-Gramineae)3种灌丛群落类型,分析各群落土壤有机碳的空间分布特征,研究柽柳灌丛群落演替对有机碳空间分布的影响,探讨土壤有机碳与盐分、水分的关系。研究结果表明,(1)3种柽柳灌丛土壤有机碳的浓度随演替进程而增加,以柽柳-禾草群落最高,柽柳-碱蓬群落最低;且有机碳浓度随土层深度增加而降低,均呈现出与灌丛中心距离的增加而降低的规律,并以0—10 cm土层表现最为明显。(2)3种柽柳灌丛冠幅下土壤有机碳均有明显的聚集性,柽柳-禾草与柽柳灌丛最大富集系数出现在0—10 cm土层,分别为1.93和1.48;而柽柳-碱蓬灌丛最大富集系数在30—40 cm土层,为1.23。(3)柽柳-禾草灌丛与柽柳灌丛土壤有机碳表现出一定的冠幅边缘聚集性,最大富集系数为0—10 cm土层的1.24和1.22;柽柳-碱蓬群落冠缘有机碳富集性不明显,最大富集系数为1.04。(4)3种柽柳灌丛土壤电导率均呈现出与灌丛中心距离的增加而升高的趋势,而土壤水分表现出与灌丛中心距离的增加而降低的趋势,且随演替进程土壤电导率有降低的趋势,而含水率呈升高的趋势,但3种柽柳灌丛pH差异并不显著;3种柽柳灌丛土壤有机碳与电导率有显著的负相关性,与土壤含水率有显著的正相关性,而与pH没有显著的相关关系。

关键词：柽柳灌丛土壤有机碳空间分布黄河三角洲演替

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兰州市南北两山不同灌丛土壤渗透特性

水土保持研究 2022年第5期29卷 149-154,163页

作者：苏世平刘小娥李毅甘肃农业大学林学院兰州730070

为了探讨不同灌丛类型对土壤渗透特性的影响,通过双环渗透法对兰州市南北两山4种灌木类型(千头柏、红砂、红花锦鸡儿、柽柳)的土壤渗透特性(土壤初渗率、稳渗率、平均渗透速率和渗透总量)进行了研究。结果表明:(1)随着土层深度(0-80 cm... 详细信息

为了探讨不同灌丛类型对土壤渗透特性的影响,通过双环渗透法对兰州市南北两山4种灌木类型(千头柏、红砂、红花锦鸡儿、柽柳)的土壤渗透特性(土壤初渗率、稳渗率、平均渗透速率和渗透总量)进行了研究。结果表明:(1)随着土层深度(0-80 cm)的增加,土壤的渗透性逐渐降低。(2)不同灌丛类型间土壤渗透性表现为红花锦鸡儿>红砂>千头柏>柽柳,主成分分析评价土壤的渗透能力,排序为红花锦鸡儿>红砂>千头柏>柽柳;(3)Horton模型方程对各灌丛类型土壤渗透性的拟合效果最好,比较适合于描述本研究区4种灌丛土壤水分入渗过程。(4)土壤渗透性和土壤理化性质的相关性分析表明,土壤渗透性与总孔隙度、土壤有机质含量、土壤全氮、土壤无机氮、土壤速效磷、土壤速效钾之间分别呈极显著正相关;与土壤初始含水率、土壤非毛管孔隙度之间分别呈显著或极显著正相关;与土壤容重呈极显著负相关。(5)结合相关性分析,筛选出9个极显著或显著影响土壤渗透性的土壤理化性质因子,综上,结果为今后该区域在人工林营建过程中树种的选择及现有林分抚育管理提供一定的理论依据。

关键词：兰州市南北两山灌丛土壤渗透性土壤理化性质

祁连山灌丛群落结构特征随海拔梯度和经度的变化

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生态环境学报 2022年第2期31卷 231-238页

作者：王小娜徐当会王谢军方向文兰州大学生态学院/草地农业生态系统国家重点实验室甘肃兰州730000

祁连山是中国西部地区重要的安全屏障和水源涵养区,灌丛群落在水源涵养和安全屏障中起着重要的作用。为了探究祁连山灌丛群落结构随海拔和经度的变化规律,选取了甘肃省永登县奖俊埠林场(祁连山东段)、甘肃省古浪县夏玛林场(祁连山中东段... 详细信息

祁连山是中国西部地区重要的安全屏障和水源涵养区,灌丛群落在水源涵养和安全屏障中起着重要的作用。为了探究祁连山灌丛群落结构随海拔和经度的变化规律,选取了甘肃省永登县奖俊埠林场(祁连山东段)、甘肃省古浪县夏玛林场(祁连山中东段)、甘肃省民乐县海潮坝森林公园(祁连山中段),分析灌丛群落Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度、物种重要值、地上生物量和盖度在海拔2700—3100 m的变化。结果发现,(1)随着海拔的升高,银露梅(Potentilla glabra)的优势度逐渐下降,金露梅(Potentilla fruticosa)的优势度增加,高山绣线菊(Spiraea alpina)和山生柳(Salix oritrepha)在3个海拔梯度的优势度变化不显著。(2)随着海拔的升高,Shannon-Wiener多样性指数、地上生物量和盖度递增,且各海拔之间差异显著。(3)随着经度的增加(自西向东),地上生物量和盖度呈递增趋势,而Pielou均匀度呈递减趋势;ShannonWiener多样性指数在海拔2700 m呈递减趋势,在海拔2900 m和3100 m呈递增趋势。(4)Shannon-Wiener多样性指数与海拔高度、地上生物量、盖度、Pielou均匀度都存在显著相关性。以上结果表明海拔梯度和经度对灌丛群落结构直接或间接产生影响。该研究将为祁连山区灌丛的保护与开发提供一定的理论基础。

关键词：祁连山灌丛多样性生物量海拔梯度经度变化规律

广西壮族自治区4种典型灌丛凋落物层的水文效应

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林业资源管理 2022年第1期 166-173页

作者：代奉林陈芳清吕坤刘杨赟三峡大学湖北省三峡地区生态保护与治理国际联合研究中心

灌丛凋落物层在水土保持中具有重要的作用，为了探寻不同灌丛水文效应的差异，利用样方法采集了广西壮族自治区所分布的红背山麻杆、牡荆、杜茎山和羊蹄甲等4种典型灌木群落凋落物层的凋落物，通过测定凋落物的蓄积量、持水率和拦蓄量... 详细信息

灌丛凋落物层在水土保持中具有重要的作用，为了探寻不同灌丛水文效应的差异，利用样方法采集了广西壮族自治区所分布的红背山麻杆、牡荆、杜茎山和羊蹄甲等4种典型灌木群落凋落物层的凋落物，通过测定凋落物的蓄积量、持水率和拦蓄量等参数，对灌丛凋落物层的水土保持效应及其机理进行了研究。结果显示，4种灌丛凋落物总蓄积量在3.80～4.84 t/hm~2之间，以红背山麻杆灌丛的蓄积量为最大；4种灌丛凋落物层的自然含水率和最大持水率的差异显著，羊蹄甲灌丛显著高于其它3种灌丛类型；4种灌丛凋落物的有效拦蓄总量在5.32～7.28 t/hm~2范围内。各灌丛类型有效拦蓄总量排序依次为红背山麻杆>牡荆>羊蹄甲>杜茎山，红背山麻杆灌丛凋落物层有效拦蓄总量分别比牡荆、羊蹄甲和杜茎山灌丛高11.15%,35.06%和36.84%。研究表明，4种灌丛凋落物层的水文效应以红背山麻杆灌丛和羊蹄甲灌丛较优。

关键词：凋落物持水水分拦截灌丛广西壮族自治区

荒漠草原向灌丛转变过程土壤有机碳组分及其稳定性特征

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荒漠草原向灌丛转变过程土壤有机碳组分及其稳定性特征

作者：陈彦硕宁夏大学

学位级别：硕士

上世纪七八十年代,为遏制因过度放牧引起的宁夏东部荒漠草原退化,大量拧条锦鸡儿(Caragana korshinskii)被用于植被重建和恢复,在近50年引入过程中,该地区出现大量草原、灌丛镶嵌的荒漠草原景观,并伴随着草本多样性降低、土壤旱化、土... 详细信息

上世纪七八十年代,为遏制因过度放牧引起的宁夏东部荒漠草原退化,大量拧条锦鸡儿(Caragana korshinskii)被用于植被重建和恢复,在近50年引入过程中,该地区出现大量草原、灌丛镶嵌的荒漠草原景观,并伴随着草本多样性降低、土壤旱化、土壤有机碳氮稳定性改变等一系列草原功能弱化的现象,其中草原向灌丛转变过程的土壤有机碳固存与损失特征及过程还不明晰,需深入探究。因此,本研究以生态系统稳态转变和灌丛入侵过程理论为指导,选取典型35年草原-灌丛镶嵌体(荒漠草地,草地边缘,灌丛边缘、灌丛地)为研究样地,在土壤养分、植被调查分析的基础上开展有机碳组分(溶解有机碳、易氧化有机碳、颗粒有机碳、轻组有机碳、微生物生物量碳)、土壤碳库管理指数、有机碳来源(植物源、微生物源)及损失(土壤呼吸、有机碳矿化)等土壤有机碳特征变化研究,探讨荒漠草原向灌丛人为转变过程土壤有机碳组分动态特征及其稳定性,以期为干旱半干旱地区荒漠草原土壤碳库稳定和可持续管理提供科学依据。主要结论如下:(1)转变过程植被碳含量显著降低,氮、磷含量显著升高,其碳氮比显著降低;枯落物碳含量先降低后升高,氮、磷含量显著升高,碳氮比显著降低;0～20cm 土壤水分呈降低趋势,土壤均温降低,土壤容重升高,pH降低;土壤有机碳、全氮、全磷等含量降低,碳氮比升高,微生物生物量碳在边缘样地增加而后在灌丛地降低,微生物生物量氮则呈下降趋势。(2)转变过程土壤有机碳储量显著降低45.72%,有机碳平均停留时间缩短3.85年;其中有机碳化学组分溶解有机碳含量灌丛地较荒漠草地升高16.23%,易氧化有机碳较荒漠草地降低,物理组分颗粒有机碳与轻组有机碳显著降低22.88%与36.02%,生物组分微生物生物量碳在边缘样地显著升高而后在灌丛地显著降低;将有机质分为颗粒态与矿物结合态发现,随转变过程,颗粒态全碳仅在灌丛地显著降低,颗粒态有机碳、全氮与碳氮比在荒漠草地与灌丛地无显著差异,矿物结合态全碳、有机碳与全氮均呈先升高后降低趋势,均在灌丛地最低(1.45 g·kg-1,0.56 g·kg-1,0.08 g·kg-1),而其碳氮比呈上升趋势。(3)转变过程溶解有机碳、易氧化有机碳以及微生物生物量碳有效率升高,非保护性有机碳比例增加,有机碳敏感指数升高,碳库管理指数降低。结构方程模型表明活性有机碳组分、土壤特征与植被特征直接对土壤有机碳产生正向影响,总解释度达到87%,其中植被特征影响系数高达0.96,此外植被特征对土壤、有机碳化学、生物组分具有负向影响,对物理组分具有显著正向影响。(4)转变过程土壤总呼吸、自养呼吸与异养呼吸均呈上升趋势,灌丛地较荒漠草地分别升高了 29.06%、45.83%、24.73%,异养呼吸占土壤总呼吸比例(76.91%～80.03%)显著高于自养呼吸(19.97%～23.09%),且转变过程自养呼吸占比例升高;转变过程中土壤呼吸主要受土壤温度正向调控,与溶解有机碳和颗粒有机碳显著正相关。(5)转变过程中土壤有机碳矿化表现为灌丛边缘>灌丛地>荒漠草地>草地边缘,碳矿化比与微生物代谢熵和累积矿化量表现一致,累积矿化量一级动力学拟合较优,R2介于0.929～0.958;不同降雨梯度(+40%、+20%、CK、-20%、-40%)对转变样地土壤有机碳矿化影响表明培养初期减雨梯度下矿化速率大于增雨梯度,其中灌丛地与灌丛边缘有机碳矿化较荒漠草地与草地边缘对降水变化响应更加积极,但随培养时间延长,增雨梯度下矿化速率大于减雨梯度,有机碳最终累积矿化量表现为+40%>20%>CK>-20%>-40%,有机碳矿化比与微生物代谢熵也随降雨增加呈上升趋势,但由于培养中后期养分与底物消耗,水分已经不再是各转变样地影响有机碳矿化的主要控制因素,各样地有机碳矿化变化相同。综上所述,荒漠草原向灌丛转变土壤有机碳储量降低,平均停留时间缩短,溶解有机碳有效率、易氧化有机碳有效率以及微生物生物量碳有效率增加,非保护性有机碳比例升高,微生物来源碳贡献减少,土壤呼吸速率升高,有机碳矿化增强,表明荒漠草原向灌丛植被人为转变过程降低了土壤有机碳稳定性并加快了其周转速率。

关键词：荒漠草原灌丛人为转变有机碳组分土壤呼吸有机碳矿化有机碳稳定性