纵向岭谷区土地利用变化及其驱动力分析

从区域和县域两个尺度,对西南纵向岭谷区土地利用程度、变化速度以及各种土地利用类型的地域性差异进行探讨,并从社会经济的角度分析了研究区土地利用变化的驱动机制和各种驱动力作用的空间范围.研究结果表明在区域尺度上,耕地、林地和草地是纵向岭谷区土地利用的主体,土地利用结构变化表现为草地锐减、耕地增加、林地稳定.在县域尺度上主要表现为研究区土地利用水平总体较低,土地利用程度、综合变化速度以及各土地利用类型的相对变化速度地域差异较大.人力物力投入强度、社会经济产出水平、自然灾害干扰强度以及劳动者素质是区域土地利用变化的重要驱动因子,各种驱动力类型的影响范围存在地域性.     

黄土高原丘陵沟壑区草地恢复对土壤碳氮库的影响

对黄土高原丘陵沟壑区坡耕地及撂荒后5,13,24,32 a自然恢复草地的土壤有机碳(SOC)、无机碳(SIC)、全氮(TN)含量及储量(SOCs,SICs,TNs)进行了测定分析.结果显示,土壤有机碳含量随土壤垂直剖面降低.与坡耕地相比,0~5 cm SOC含量在草地恢复10 a后显著升高,而5~100 cm各土层的SOC含量在草地恢复的20 a后显著升高;0~100 cm各土层SIC含量在草地恢复5 a后即显著增加,且不同的恢复草地具有不同的SIC剖面分布类型.TN含量与SOC含量变化相似.但与坡耕地相比,早期的恢复(5,13 a)草地表层0~5 cm TN升高不明显,5~100 cm TN在草地恢复的5 a后显著升高.SOCs(0~100 cm)在恢复5 a的草地显著降低,恢复10 a后,显著升高;SICs(0~100 cm)和TNs(0~100 cm)在草地恢复5 a后即显著增加.此外,计算了土壤总碳储量(STCs),发现草地恢复过程中土壤碳库特征表现为越来越高的SOCs/STCs和越来越低的SICs/STCs.在草地恢复过程中,SOC和TN,STCs和TNs显著正相关(P0.01).因此,草地恢复加强了土壤碳库的积累,包括土壤有机碳库和无机碳库,但是这两个碳库在总碳库的占比相反.多年生草种在土壤碳氮库积累中起重要作用.     

土地覆盖变化对高山草甸土壤特性的影响

以青苦恼高原东南部高寒草甸草地为例，从土壤养分、土壤物理性质以及土壤水分含量，研究了高山草甸土壤特性在不同土地覆盖下的变化特征。随地表植被退化、植被覆盖度降低，土壤密实度下降，原有的致密根系层逐渐风化剥离，地下生物量显著减小，水土流失加剧，砾石含量增加，土壤显著粗砺化。上层土壤（0－20cm）有机质含量与全氮含量随植被覆盖度变化具有显著的相关关系，表明当高寒草甸植被盖度大于60％时，随植被覆盖度增加，土壤有机质与全氮含量急剧增加。覆盖度小于30％时，植被盖度减少，土壤养分要素含量也随之明显递减，但在覆盖度30％－60％之间变化时，土壤养分含量呈相对稳定状态；从统计角度提出了描述这种相互关系的数学方程。上层土壤含水量随植被覆盖度而增加，土壤含水量随植被覆盖变化规律呈现显著的二次抛物线性过程。深层土壤的养分与水分变化较复杂，与植被覆盖度之间没有明显依存关系。初步估算表明：植被覆盖度从90％下降到30％以下时，高山草甸土壤有机质将流失14890kg/hm^2，氮素损失将达到5505kg/hm^2。     

塔里木沙漠公路防护林地土壤肥力质量变化与评价

为揭示塔里木沙漠公路防护林地土壤肥力质量变化规律,分层采集不同定植年限林地土壤,在分析了林地土壤肥力因子差异的基础上,选择土壤肥力综合指数(IFI)评价法,对塔里木沙漠公路防护林地土壤肥力质量作了定量评价.结果表明:塔里木沙漠公路防护林建设后土壤物理结构变好,孔隙增多、持水能力增强,随防护林年限的增加,土壤微生物量增大、酶活性增强,促进了养分的积累和转化,定植12年的防护林地土壤养分含量明显高于定植不久的防护林地和流沙地.受咸水滴灌影响,定植年限较长的防护林地土壤含盐量较大;林地土壤肥力指数随林龄增大在提高,且与林木生长指标密切相关.说明塔里木沙漠公路防护林的建设有利于风沙土的发育,土壤肥力质量逐年变好,在现有滴灌下能够满足林木正常生长的需要.     

不同降水强度4种草地群落土壤呼吸通量变化特征

利用静态暗箱法, 对内蒙古锡林河流域沿降水梯度4种半干旱草地类型进行了连续2年的野外定位试验, 对比研究了沿降水梯度4种不同草地类型土壤呼吸通量的变化特征, 统计分析了水热因子对草地土壤呼吸通量特征的可能影响, 并建立了土壤呼吸通量与水热因子间的数值关系模式, 同时利用野外连续完整的观测数据对不同草地类型土壤CO₂年排放量分别进行了估算. 结果表明: 土壤呼吸通量存在明显的季节变化规律, 沿降水梯度各草地类型土壤呼吸通量的季节变化型式基本相同, 各草地群落土壤呼吸均以春末和夏季较高, 秋冬季排放量较低, 不同草地类型冬季均观测到土壤呼吸的负通量, 对其机制的进一步研究有利于对土壤年呼吸总量的准确估算; 沿降水梯度4种草地类型土壤年(或生长季)呼吸量均沿降水梯度递减, 表现为贝加尔针茅草原>羊草草原>大针茅草原>克氏针茅草原; 不同草地类型土壤呼吸通量在植物生长季与0~10 cm以及10~20 cm土壤含水量均呈不同程度的正相关, 而与气温和表层土壤温度的相关性较弱, 4种草地类型生长季内土壤表层含水量的变化通常能解释土壤呼吸通量变异的70.2%~94.7%, 而在植物非生长季, 土壤呼吸通量更多地受气温及土壤表层地温的限制, 温度条件的变化能解释土壤呼吸通量变化的70%以上.     

青藏高原土地利用与覆被变化的时空特征

青藏高原土地利用与土地覆被变化(LUCC)研究是区域土地科学与全球变化科学研究的重要内容,也是保障高原生态安全屏障功能稳定与提升的科学基础.本文通过对已有LUCC数据与成果的再分析,研究了高原整体LUCC时空特征、典型区LUCC的时空过程及典型类型的变化过程与机制.结果表明:青藏高原土地利用与土地覆被结构稳定,一级地类变化面积比例低于7%,并以单次变化为主,土地覆被状况总体改善.近年来高寒草地覆被状况整体好转、局部退化,林地恢复良好,耕地基本稳定,建设用地显著扩张,裸地轻微减少.人口较为密集的河湟谷地与"一江两河"地区,建设用地、耕地、人工林地等增加明显;藏北高原和三江源等牧区,超载过牧和生态建设的作用均有体现;珠穆朗玛峰国家级自然保护地区土地覆被类型多样、变化复杂,并表现出对气候变化和人类活动有较强的敏感性.高原土地变化研究中还存在现有数据产品数量不足、精度不高,土地利用变化过程及其环境效应认识不够深入等问题,需要加强野外监测和遥感技术的结合,关注LULC在不同时空尺度下的变化特征,同时注重土地利用与土地覆被类型转化和类内渐变,使高原LUCC研究更好地服务于高原生态安全屏障建设和区域可持续发展.     

我国东部土壤氮转化微生物的功能分子生态网络结构及其对作物的响应

农田土壤-植物系统的氮素循环影响了生产力和环境, 但土壤微生物之间的相互作用对氮素循环的影响机制仍不清楚, 同时这种相互作用如何响应种植作物等管理方式也不明确. 本研究在中国东部3个气候带, 选择3种典型的地带性土壤类型（寒温带黑土、暖温带潮土和中亚热带红壤）设置不种植（裸地, non-cropping）和种植玉米（cropping）的田间试验, 基于高通量基因芯片测定不同土壤共有的氮转化基因（核心氮转化基因）, 利用随机矩阵方法建立土壤核心氮转化基因的分子生态网络, 揭示种植玉米对土壤核心氮转化基因网络结构的影响. 研究表明种植玉米增加了土壤中大部分核心氮转化基因的丰度, 显著提高了核心氮转化基因网络的复杂程度. 网络拓扑结构的模块数由裸地处理的8个增加到种植玉米的28个. 裸地土壤核心氮转化基因网络有2个模块枢纽, 其关键基因为固氮基因（nifH）; 种植玉米后网络有9个模块枢纽, 其关键基因包含固氮（nifH）和反硝化基因（narG和nosZ）. 土壤核心氮转化基因的功能分子生态网络结构与植物、气候、土壤等因素显著相关, 说明农田管理和环境条件的变化可以通过改变微生物的分子生态网络结构, 影响其驱动农田养分循环的功能.     

风蚀土壤剖面137Cs的分布及侵蚀速率的估算

研究¹³⁷Cs在土壤剖面上的分布是应用¹³⁷Cs方法定量评价土壤风力侵蚀的基础. 以内蒙古太仆寺旗为研究区, 采集了4个样点、共62个土壤样本; 使用伽马能谱仪测定了各土壤样本的¹³⁷Cs活度, 计算得到各样点的¹³⁷Cs总量. 研究发现不同土地利用类型/土地覆盖等级的¹³⁷Cs剖面分布特征差异明显. 在低覆盖草地和中覆盖草地土壤剖面中, ¹³⁷Cs活度分布形态为负指数分布; 在高覆盖草地土壤剖面中, ¹³⁷Cs活度分布形态在剖面上部为单峰状, 单峰后继续为负指数分布; 在耕地剖面中, ¹³⁷Cs集中在犁底层以上, 且均匀分布. 对耕地和草地样点分别使用质量平衡模型和剖面分布模型, 可以估算得到农耕地、低覆盖草地、中等覆盖草地等3处样点的侵蚀速率分别为7990, 4270和1808 Mg/km²·a, 分别属于强度侵蚀、中度侵蚀和轻度侵蚀, 风力侵蚀强度与地面植被覆盖度呈负相关关系.     

胡敏酸中非酸解性氮的形态

土壤氮素是影响作物生长最主要的养分之一,是土壤有机质的主要组分。尽管由于它在土壤肥力、氮素循环和环境保护中占有重要的地位,长期以来受到研究者们极大关注,但是迄今仍有大约一半的土壤氮素的形态不清楚.通常称这部分氮为未知态氮,这些未知态氮包括能够被酸解的和不能被酸解的。     

纵向岭谷区高速公路对沿线土壤-植物系统的影响

以纵向岭谷区云南省境内的大理-保山高速公路沿线作为案例研究区,从土壤养分、土壤重金属、土壤水分、土壤酸碱性、植物养分、植物重金属和植物多样性等7个指标入手,分析公路对沿线不同土壤-植物系统的影响,利用样点与参照点的对比分析公路对单个指标的影响,利用相关性分析,分析公路与各类指标之间的联系,最后利用灰色关联分析,比较公路对3种土壤-植物系统影响范围和强度.分析结果表明:在高速公路的影响范围内,对于公路的干扰,各类指标的表现形式不同.公路建设造成了土壤和植物中的重金属积累,而且这种积累在农田系统中表现的最为明显,公路带来了土壤的微碱化,这种效应在灌草丛系统中表现的最为明显.对林地和灌草丛系统来说,公路是影响沿线土壤重金属、土壤水分、植物重金属、植物多样性这四类指标分布的主要因素,对农田系统来说,公路是影响农田的土壤重金属和植物重金属的分布的主要因素;与公路没有显著相关性的指标,公路通过土壤-植物系统内各指标形成的影响链间接起作用.总体对比3种土壤-植物系统,高速公路对林地和农田的影响多集中于距公路10m以内的地带,对灌草丛的影响多集中于距公路30m左右的地带.     

中国草地的产草量和牧草品质: 格局及其与环境因子之间的关系

草地是畜牧业生产的基础, 对于草地产草量和牧草品质的格局及其与环境因子之间关系的研究有助于科学合理地发展畜牧业, 但目前国内大尺度上的研究还比较缺乏. 本文通过对中国草地131个采样点共计177个样地的产草量和牧草品质进行分析, 研究了中国草地不同区域和不同植被类型的产草量和牧草品质, 分析了牧草品质与产草量之间的关系, 探讨了气候和土壤因子对牧草品质格局的作用. 研究显示: (1) 在研究区域总体上, 青藏高原草地的产草量较内蒙古草地高, 主要是由于高寒草甸有较高的产草量. 相比于内蒙古地区的草地, 青藏高原草地的牧草具有高粗蛋白、高无氮浸出物、低粗纤维、低粗脂肪的特点, 营养价值更高. (2) 从植被型上来看, 高寒草甸的产草量和营养价值都最高; 从植被群系上来看, 产草量最高的是西藏嵩草(Kobresia tibetica)草甸和芨芨草(Achnatherum splendens)草原, 牧草品质最好的则是高山嵩草(Kobresia pygmaea)草甸和矮生嵩草(Kobresia humilis)草甸. (3) 大尺度上, 气候和土壤因子首先通过改变植被类型而影响到牧草品质的格局, 对于植物具体的生理过程虽然也有影响但并非造成大尺度牧草品质格局的主要原因; 消除植被类型差异后, 气候因子中仅年均温(MAT)对粗纤维有显著作用, 而土壤因子对所有营养指标均有显著影响, 反映土壤因子对牧草品质有着更直接的作用. (4) 牧草的营养价值和产草量之间存在相关关系, 随着产草量的升高, 牧草表现出粗纤维含量增加、粗蛋白和粗脂肪含量下降的趋势, 这反映产草量较大时对营养元素的“稀释”现象.     

中国北方土地利用/覆盖变化的情景模拟与预测

以北方13省(市)为研究区, 借助系统动力学(SD: System Dynamics)、人工神经网络(ANN: Artificial Neural Network)和元胞自动机(CA: Cellular Automata)模型建立了 “自上而下“和“自下而上”相结合, 数量变化与空间分布相结合的不同情景下土地利用/覆盖变化时空演变规律的动态模拟模型, 并对研究区多种土地利用/覆盖类型变化的时空特征进行模拟. 模型充分发挥了各子模型的特点和优势, 综合了土地利用/覆盖变化的宏观驱动因素与微观格局演化特征, 较全面地考虑了多种土地利用/覆盖变化驱动因子, 并引入CA模型中, 利用BP神经网络简化了CA模型模拟过程中参量权重确定问题, 提高了参量权值确定的精度和模拟结果的可靠性, 模拟精度约74%, 在一定程度上反映了大区域土地利用/覆盖变化的空间格局演变特征, 对脆弱生态区土地利用/覆盖变化的复杂性和生态环境响应研究具有一定参考价值. 模拟结果表明, 未来30 a中城建用地、林地、水体将明显增加, 耕地和未利用地将不断减少, 草地的数量则在波动变化中相对保持稳定; 空间上, 农牧交错带和东-南部地区变化最为显著.     

秋叶颜色和土壤有关

一项新研究发现，秋天树叶的颜色跟土壤的肥沃程度有关。比如，在富含氮盐的肥沃涝原（泛滥平原），黄叶植物明显占上风；而在缺少养分的贫瘠土壤上面，红叶植物却占优势。这是为什么呢？秋天来临，随着树木停止生产能量，将养分抽回自己的根部以备冬季储存，树叶的颜色也随之改变。     

草地生产与生态功能合理配置的理论基础与关键技术

草地生产功能和生态功能的合理配置对于生态草业的可持续发展至关重要.本文总结了国内外草业发展现状,特别是我国草地经营管理中存在的主要问题;介绍了草地生产与生态功能合理配置的6个基础理论:放牧优化假说、中度干扰假说、放牧促进/减缓生态系统养分循环假说、草畜平衡理论和草地农业系统理论.在分析生态草业发展面临的主要技术瓶颈基础上,提出了生态草业建设的核心技术体系,着重介绍了退化草地恢复与培育的4项技术、天然草地保护与合理利用的2项技术,以及人工草地建设与管理的技术.最后介绍了天然草地和人工草地配置的原则,以及人工草地的类型选择与合理布局的技术.所述理论和技术对于指导我国生态草业建设和可持续发展具有重要指导意义.     

放牧对草地生态系统磷循环调控机制的研究进展与展望

放牧是全球范围内草地生态系统最主要和最直接的利用方式.磷(P)是植物生长所必需的大量元素,同时也是草地初级生产力的关键限制性养分元素,广泛参与植物的光合、呼吸等重要代谢过程.放牧通过直接和间接作用影响草地植物和土壤各组分的P含量和P库,进而通过正负两种反馈影响生态系统的P循环.目前,国内外有关放牧对草地P循环的影响机制,特别是P循环的生物学过程和机制尚不十分清楚.本文总结了有关放牧对植物和土壤各组分P含量及P库的影响及其机制,并对该领域的几个重要研究方向和亟待回答的科学问题进行了展望.未来研究中需要重点关注的问题包括:(1)土壤微生物量P组成沿不同放牧强度的变化,以及放牧对土壤微生物P源和汇的影响机制;(2)放牧如何影响土壤磷酸酶的活性(磷酸单酯酶、磷酸二酯酶、三磷酸单酯水解酶等)进而调控土壤中P的矿化过程;(3)放牧如何调控P在植物-土壤-微生物系统中的转化过程;(4)采用分子生物学和组学的手段,揭示土壤微生物在P循环及生态系统功能中的作用,以及放牧如何影响植物和根际微生物,进而调控生态系统P循环;(5)不同放牧强度如何影响植物多样性、菌根真菌多样性及两者之间的关系,进而影响植物对P...     

城市不同下垫面辐射平衡的模拟分析

利用北京市2010年的实测数据,首先对局地尺度的城市净辐射参数化方案(NARP)进行了验证,分析NARP在城市区域的适用性.在此基础上,人为设置4种不同下垫面类型(纯的林地、草地、道路、房屋),在其他条件一致的情况下模拟不同下垫面的辐射差异,以更清晰解读不同下垫面的辐射平衡各分量,特别是净辐射的不同特征.结果显示:(1)NARP模拟的净辐射值与实测净辐射值具有较好的一致性,相关系数为0.98,模拟效率可达0.93;(2)不同下垫面对各辐射分量的影响不同,上行长波辐射的值很大,占到全年进入地表总辐射能量的84.3%,净辐射的年均值在38.2～53.4W/m2之间,其中草地最小,道路最大;(3)城市扩展过程中常见的林地-道路、草地-道路、草地-房屋等转类,净辐射都呈现出持续增加态势.其中,最大增加值出现在5月份,增幅可达24.6W/m2(草地-道路),说明城市扩展过程通常也伴随能量收入连续增加的过程.     

山地水土要素耦合效应及土地利用的优化配置

针对已有水土要素的耦合研究多强调水土资源的匹配及其对资源开发的影响,而较少关注水分的有效性和土壤养分对生态过程的影响,论文提出了“格局-效应-土地利用优化”的水土耦合研究框架,以水、土要素和其他环境因素的综合作用为基础,在同时考虑经济、社会和生态因素的约束下,对土地利用优化配置过程中的不确定性和风险性进行评估,并考虑土壤、坡度、土壤水、温度等约束因子,协调生态系统服务的权衡关系,对山地垂直带土地利用方式进行优化,提出 水土资源高效利用和生态系统服务提升的途径,为变化环境下的生态功能保育提供科学依据。最后,对水土要素耦合的生态与环境效应及土地利用优化配置的优先研究方向给出建议。     

干旱区绿洲土壤养分对不同作物系统的响应

以干旱区三工河流域下游绿洲作为研究区,应用GIS和数理统计学方法,通过对当地农作物轮作制度的调查和历史资料的分析,遴选6种主要作物组合系统,并利用1982,1999和2003年土壤养分数据,分析干旱区绿洲土壤养分对农作物系统变化的响应．结果表明:(1)三工河流域绿洲不同时期的政策、法规和市场变化直接影响了作物系统的变化,研究区土壤有机质经历了先下降后上升的变化过程,碱解氮、速效磷和速效钾含量随土地耕作年限的增加增幅明显;(2)耐盐碱作物和粮食作物向棉花的转变不利于土壤有机质的积累,而粮食作物、棉花等向多年生作物的转变使得土壤有机质含量明显增加;(3)干旱区绿洲土壤总体表现为“碳汇”的过程,说明人类农业活动基本合理,绿洲生态环境正逐步得到改善．     

退化高寒草地的近自然恢复:理论基础与技术途径

近几十年来,青藏高原高寒草地植被活动整体上趋于向好,但大部分草地仍然存在不同程度的退化,局部有恶化的态势.在青藏高原生态屏障保护与建设过程中,由于建植或改良的草地草种单一、优良乡土草种少,加之受高寒气候的限制,群落稳定性和可持续性不强,使得生态系统多功能性和多服务性往往难以完全恢复.因此,探索行之有效的可持续恢复模式迫在眉睫.本文提出了对青藏高原高寒草地实施近自然恢复(close-to-nature restoration)的理念,从生物多样性、生态系统多功能性和多服务性、生态系统稳定性的理论出发,结合青藏高原高寒生态系统的特点,论述了近自然恢复是退化高寒草地生态恢复的必然选择.据此,本文提出优良乡土草种扩繁、组配及其补播技术是高寒草地近自然恢复技术亟须解决的瓶颈,土壤养分及微生物调控相结合是"近自然恢复"技术的重要辅助措施.该理论与技术途径为青藏高原退化高寒草地生态系统恢复提供了一个基于自然的解决方案.     

干旱区绿洲地下水水位时空变异性对土地覆被变化的响应

应用遥感、地理信息系统和地统计学方法, 分析三工河流域绿洲土地利用/土地覆被变化对地下水位时空变异性的影响. 通过半变异函数模型、克里格插值拟合三工河流域1978, 1987和1998年地下水位时空变异性特征, 结合遥感解译生成的1978, 1987和1998年三期土地利用/土地覆被类型分类图, 叠加分析不同地下水埋深等值线区域土地利用/土地覆被类型转移关系. 结果表明1978~1998年20年间无论是平水期还是丰水期, 整个绿洲地下水补给量变幅并不显著, 而地下水位和土地利用/土地覆被均发生了显著的时空变化, 并且两者之间具有密切的相关性. 流域地下水水位整体具有中等的空间相关性(33.4%), 空间自相关距离为17.78 km. 地下水位急剧变化的区域均是土地资源开发加剧的区域, 主要表现为耕地、林地、建设及工矿用地土地资源的开发. 研究反映出干旱区绿洲土地利用/土地覆被变化对地下水资源时空变异性产生了深远的影响, 这对于合理利用浅层地下水资源, 维护绿洲的稳定性具有直接的现实意义.