为揭示岩溶区不同退耕还林地对土壤有机碳库及碳库管理水平的影响,探讨花江峡谷地区耕地和5 种典型退耕还林(草)地(撂荒、车桑子、花椒、椿树和油桐)土壤剖面有机碳质量分数、密度以及碳库管理指数的变化情况。结果表明:1)与耕地相比,退耕还林明显提高了有机碳质量分数和密度(P<0.05),0~20cm土层总有机碳质量分数为13.00~34.07 g/kg,其中耕地最低,椿树林地最大;土壤剖面中有机碳密度大小表现为椿树林>油桐林>撂荒地>车桑子地> 花椒地>耕地。2)6种样地土壤有机碳质量分数和密度均随土层深度的增加而降低,0~20cm土层总有机碳质量分数分别是剖面均值的1.11~1.37 倍,0~20cm土层有机碳密度占整个剖面的35.68% ~46.45%,显著高于其他各层,具有明显的表聚性。3)以耕地为参照,除花椒地外,其他4种退耕还林地碳库管理指数均明显大于1,即退耕能有效提高土壤碳库管理水平,且以椿树和油桐林地效果最佳。此外,土壤活性有机碳比率的变化与总有机碳质量分数的变化一致,土壤活性有机碳比率可以作为反映土壤碳库管理水平的重要指标。退耕具有提升土壤碳库及其质量的潜力,该区在生态恢复中要注意选择合适的退耕模式,增加植被盖度、减少人为扰动。

通过野外调查与室内分析相结合的方法,对内蒙古草甸草原、典型草原荒漠草原3 种草地类型地上植被和土壤有机碳密度进行对比分析,以期为内蒙古草原地区草地及土壤固碳能力的改良提供参考。结果表明:1)在不同生物量级别下,不同草地类型的土壤有机碳密度均表现出了各自的规律性差异。草甸草原、典型草原、荒漠草原土壤有机碳密度相对稳定的生物量阈值区间分别为100 ~180、120 ~140 和60 ~80 g,在阈值范围外,平均土壤有机碳密度差异显著;2)在80 ~100 g 与120 ~140 g 2 组生物量级别下,不同群落类型间土壤有机碳密度尽管存在部分差异,但总体而言,群落类型对土壤有机碳密度的影响无明显规律。改良草地植被生长状况,防止水土流失和草地退化,对增加草原土壤有机碳密度、提高草原土壤固碳能力有着积极的作用。

通过3 种不同地类(香根草、普通草地、裸地)小区的人工降雨试验,分析对比红壤坡地香根草植物篱的水土保持效果,探讨香根草植物篱不同部位的防蚀机制。结果表明:1)香根草植物篱具有明显的减流减沙效益,相比裸地,香根草减流21%,产沙量只有裸地的18%;2)香根草植物篱的产流时间明显滞后,在降雨强度较大条件下的减流减沙效应更显著;3)减流效应主要依靠地下部分根系对土壤结构的改善,增加降水入渗,减少地表径流;4)减沙效应主要依靠地上部分庞大的生物量削弱雨滴动能,减轻对土壤颗粒的破坏。

以晋西黄土区蔡家川流域不同坡向的刺槐和油松林地为研究对象,在2005—2012 年对刺槐和油松固定样地0 ~200 cm 土层的土壤水分进行定位观测,采用有序样本最优分割法分析刺槐和油松林地土壤水分年内、年际变化规律,探讨降雨分配情况对年内、年际刺槐和油松林地土壤水分变化的影响。结果表明:1)研究区刺槐和油松林地土壤水分年内变化可分为平稳期、波动期、积累期和消退期4 个时段,阳坡刺槐林地和油松林地土壤水分条件接近,阴坡刺槐林地土壤水分条件最好;2)在偏旱年,油松林地土壤水分亏缺量比刺槐林地小,当偏旱年与正常年相间时,油松林地土壤水分恢复速度比刺槐林地快;3)年内降水分配均匀度与刺槐和油松林地土壤水分年内波动幅度成反比,刺槐和油松林地土壤含水量年际变化滞后于降雨的年际变化。建议在晋西黄土区阳坡种植油松,阴坡种植刺槐。

为探讨三峡库区不同森林植被对降雨再分配的影响,选择位于湖北库区中上段的巴东县、重庆库区下段的四面山、缙云山的针阔混交林和常绿阔叶林为研究对象,利用重庆市缙云山2012 年4—9 月期间测得的52 场降雨、林内穿透雨、树干径流观测资料,建立林冠截留模型,对降雨再分配特征进行综合分析,并与巴东县和四面山的降雨再分配特征进行对比分析。结果表明:1)缙云山、四面山、巴东县的针阔混交林、常绿阔叶林林内穿透雨量与降雨量呈显著的线性关系,林冠截留量与降雨量呈显著的幂函数关系;2)缙云山、四面山、巴东县针阔混交林出现林内穿透雨所需要的最小降雨量分别为1.0、1.8 和2.6 mm,常绿阔叶林出现林内穿透雨所需要的最小降雨量分别为1.1、3.0 和1.1 mm;3)3 个地点的针阔混交林的平均林冠截留率均大于常绿阔叶林的平均林冠截留率;4)在相同降雨条件下,林冠截留能力因地域不同,具有差异,即针阔混交林的林冠截留率从大到小的排列顺序为重庆市缙云山(46.00%)、重庆市四面山(41.42%),湖北省巴东县(22.30%),常绿阔叶林的林冠截留率由大到小的排列顺序为重庆市四面山(28.78%),重庆市缙云山(23.09%),湖北省巴东县(21.69%)。

紫色土的植被恢复是中国植被恢复难题之一。为了研究龙须草植被改善紫色土生境的效果,将引种龙须草后植物群落物种多样性与土壤环境因子的变化相结合,寻找最适宜紫色土地区生态恢复的龙须草植被恢复模式。设置3 种龙须草植被恢复地模式(人工恢复地I、域和自然恢复地芋),于2010 年7 月中旬在湖南松林村进行野外调查。通过群落分类双向指示种分析和群落排序冗余分析表明:1)土壤全氮量、土壤有机质质量分数、坡位和恢复模式是影响群落多样性的主要环境因子;2)3 种植被恢复地模式中,人工恢复地域的群落Gleason 丰富度指数最大(坡上位2.171,坡下位5.863),土壤全氮量和土壤有机质质量分数有明显提高。因此,利用龙须草进行植被恢复时应优先选取恢复效果最好的人工恢复地模式域。

以北川湔江河段2013 年“7·10”特大山洪泥石流为研究对象,通过分析研究区山地灾害的类型、空间分布、灾害特征、成灾模式、控制因素等,研究“7·10”特大山洪泥石流灾害特征与成因。结果表明:1)丰富的物源和强降雨是本次群发性山地灾害的主要成因,灾害规模以中小型为主,空间分布表现出一定的群发性,灾害链效应明显;2)与其他地区相比,研究区内泥石流密度较低,分布在1.69 ~1.91 g/cm³ 之间,大部分属过渡型泥石流,震后泥石流流量放大效应明显,震后泥石流流量约为震前泥石流流量的1.9~8.5 倍。为减轻山地灾害,针对本次灾害特征和破坏模式,提出相应的建议。

为了解边坡生态防护工程植被建植的生长变化规律,依托实际工程,以植生基质喷射技术(Planting Material Spraying,简称PMS 绿化工程技术)体系作为矿山边坡复绿的应用背景,对3 个不同坡向、坡度的边坡在人工植被建植后5 年内主要群落特征(物种、盖度和高度等)进行跟踪调查。结果表明:1)边坡人工植被建植1 周年内,数量特征总体上表现为组成简单、垂直结构不明显。刺槐、胡枝子、狗牙根、紫花苜蓿和高羊茅长势优于其他物种。2)植被建设5 年后,建设效果良好,多样性和丰富度得到提高,优势度下降,均匀度趋于稳定,形成有较强固土护坡效果的多年生草本+ 胡枝子+ 刺槐的植被群落,乔灌草植株根系发运良好,且豆科植物在群落中占据着主要的优势。3)植被越冬越夏期间,部分高羊茅出现倒伏现象,少量刺槐出现叶片萎缩,波斯菊相较于其他植物死亡植株较多,但大部分植物对于极端天气抵抗力较好,并初步形成有较强固土护坡效果和较好景观效果的植物群落。

为提高自然保护区的综合管理与服务水平,进一步整合与开发保护区的信息资源,基于GIS 技术研发国家级自然保护区信息管理系统,并以小五台山为例开展应用示范研究。结果表明:系统采用3 层结构体系,构建4 个保护区数据库,设计8 大功能模块和6 项基本功能,可以满足保护区的管理需求。该系统可实现保护区多源异构数据融合和综合集成,促进业务部门协同和数据成果共享,形成对保护区信息资源的定性分析、定量计算和直观展示相结合的新型一体化管理模式,为全国自然保护区的信息化管理提供参考和借鉴。

借鉴水泥土抗冻改良方法,结合植被混凝土自身特点与功能,选取棕纤维、硅粉和表面活性剂为复合抗冻剂的原材料。参照混凝土抗冻性能检测试验,通过评价冻融循环过程中试样质量损失率与相对动弹性模量变化情况,试验得出对植被混凝土抗冻性能提升效应最明显的复合抗冻剂质量配比方案为棕纤维颐硅粉颐表面活性剂=1:3:0.05,且其掺加量为植生土干质量的1.5%时效果最佳。研究成果可为高寒地区裸露岩石边坡的植被修复提供理论依据。

通过室内模拟试验,在土槽中埋设TDR100 时域反射仪传感器自动检测土壤含水率、埋设负压计陶土头测定基质势,分析土壤水分运移特征,研究双点源滴灌条件下土壤水分运移规律。结果表明,滴灌点源水分渗入土壤之后,随着距滴头距离的增加,入渗湿润体内的土壤含水率降低,湿润锋交汇界附近的土壤含水率一般均不小于相同土壤深度的含水率;5 ~35 cm 土壤含水率迅速增大到0.315 cm³ / cm³ 左右。供水停止后,上层的水分逐渐递减,而下层土壤的水分逐渐增加,且随着时间的延长,水分变化的速率越来越慢。因此,适当灌水量条件下滴灌交汇不会产生深层渗漏,且使用滴灌时作物根系层蓄水保墒效果良好。研究结果可为滴灌方式的适用性、植物选栽提供参考。

应用地理信息系统(GIS)和数据包络分析方法(DEA),在乡镇尺度和农牧户尺度上分析典型农牧交错带的鄂尔多斯市乌审旗第1 期退耕还林工程(2000—2008 年)的实施效率及影响因素。结果表明:1)研究区的退耕效率在乡镇尺度和农牧户尺度上均存在较大差异,居民收入较高的嘎鲁图镇退耕政策实施效率最高,居民收入较低的无定河镇和图克镇退耕政策实施效率均较低,不同的家庭类型退耕政策实施效率亦不同,非农型家庭退耕效率最高;2)城市化程度较高的区域更利于开展退耕还林工程,以农业为主的区域退耕效率相对较低;3)应加大对非农型家庭的退耕力度,重视退耕对纯农型家庭和多样型家庭生计的影响;4)退耕政策实施的重心是建立起一套完整的劳动力培训和转置机制,以实现退耕工程实施和农牧户家庭生计保障的协调。

为了评价第1 ~ 8 年苹果农作物间作系统的经济效益,以晋西黄土区山西省吉县第1 ~ 8 年苹果与大豆、花生、谷子和玉米的间作系统以及苹果单作系统为研究对象,定量分析4 种苹果农作物间作系统和苹果单作系统的生产成本和经济收入,并综合评价第1 ~8 年苹果农作物间作系统的经济效益。结果表明:1)随着树龄的增加,苹果农作物间作系统的年生产成本由0.39 万~0.52 万元/ hm² 逐年上升至1.02 万~ 1.20 万元/ hm² ;2)随着树龄的增加,苹果农作物间作系统的年经济收入先由1.09 万~1.44 万元/ hm² 下降至0.47 万~0.57 万元/ hm² ,再上升至1.41 万~1.69 万元/ hm² ;3)随着树龄的增加,苹果农作物间作系统的年经济效益呈现出先下降后上升的趋势,但第1 ~7 年苹果农作物间作系统的年经济效益均大于苹果单作系统,第8 年苹果农作物间作系统则反之。为了获取最大的经济效益,建议在第1 ~4 年苹果树树下间作玉米,第5 年苹果树树下间作谷子,第6 ~7 年苹果树树下间作花生,而第8 年苹果树树下停止间作;但在实际生产中还需考虑间作系统的生态效益,实现近期效益与长远效益的有机结合。

为了揭示喀斯特地区退耕还林后生境的演变和特征,以广西壮族自治区平果县自然封育7 年的天然草地为对照,调查当地板栗纯林、桉树纯林、马尾松纯林、任豆纯林、早熟桃纯林和八角纯林6 种纯林的退耕林地生物量,计算不同退耕林地的群落生产力,并用统计模型对不同退耕林地进行生物量评分。结果表明:1)广西平果县各退耕林地的生物总量按从大到小的顺序排列表现为板栗> 桉树> 八角> 马尾松> 早熟桃> 任豆;2)各树种生物量均表现为地上部分大于地下部分,其中八角、桉树、板栗的地下部分比例较大,更有利于保持水土;3)各退耕林地林下草本层的生长状况明显优于灌木层,但林下草本层的生物量仍低于天然草地;4)枯落物干质量平均值表现为板栗> 桉树> 早熟桃> 任豆树> 八角> 马尾松;5)生物量综合评分值表现为八角> 板栗> 桉树> 马尾松> 早熟桃> 任豆。通过研究得出:退耕还林工程有助于对当地脆弱环境的修复,因此需要长期建设和维护;林地生物量的调查统计对于客观、全面分析退耕还林工程的生态效益具有重要意义。

利用LAI鄄2200 植物冠层分析仪(PCA)测定荆条灌丛孤立冠层的叶面积密度(LAD)、叶面积指数(LAI)和冠层开度(DIFN),研究孤立荆条灌丛下3 个测点、5 个方位LAD、LAI 和DIFN 的变化规律,分析透光率及其变化规律。结果表明:1)冠层北点的LAD、LAI 均稍大于南点,DIFN 均较小,说明对天空辐射的遮蔽都较大。2)对正午太阳直接辐射的影响表现为:DIFN 以茎基南侧最大,冠层北缘次之,茎基北侧最小,说明南点虽然叶面积指数较大, 但太阳直接辐射的透光率却最好;夏至日冠层北缘的透光率最大,茎基南侧点次之,茎基北侧点最小,春秋分日,茎基南侧点最大,冠层北缘次之,茎基北侧点最小。3)荆条灌丛下太阳直接辐射日变化的分析表明:东、西的透光率较大,东南、正南、西南透光率相当;夏至日的DIFN 中午前后比早晨和傍晚偏高。研究结果不仅为孤立灌丛下太阳直接辐射透光率的分析方法提供参考,而且为荆条灌丛下不同位置遮荫效果和冠下实生苗造林时播种位置的确定提供科学依据。

为了解油蒿植株及风向对生物结皮分布的影响,采用样线法对毛乌素固定沙地油蒿植株下生物结皮的分布状况及其影响因素进行分析,结果表明:油蒿植株下的生物结皮厚度分布存在明显差异,西北方向的生物结皮最厚,西南方向与东北方向生物结皮最薄且无明显差异。生物结皮厚度的最大值出现在距离油蒿植株根部0 ~20 cm 处,平均厚度为1.10 cm,随着与油蒿植株距离的增加,生物结皮厚度逐渐减小,在小于60 cm 的范围内距离油蒿植株越近结皮厚度越厚,反之,生物结皮越薄。油蒿植株下的生物结皮分布与风向和到油蒿植株的距离有密切关系,受风向的影响,油蒿植株在西北方向可以拦蓄更多降尘,加速了在西北风向上生物结皮生长,同时油蒿植株又为生物结皮的生长过程提供有利条件。

选取柠条、紫花苜蓿和披碱草3 种沙区常见灌草植物进行大田盆栽实验,研究种子在不同沙埋深度和供水条件下的萌发及出苗特性。结果表明:1)柠条和紫花苜蓿种子主要在2.5 ~ 5.0 mm 供水量条件下出苗,柠条种子的最大出苗率为59.00%± 7.21%,紫花苜蓿种子出苗率未超过40%,2.5 mm 供水量条件下紫花苜蓿幼苗死亡率较大,存在萌发后大量死亡的现象,披碱草种子在5.0 ~ 9.0 mm 供水量条件下出苗较好,最大出苗率为52.67% ±10.67%;2)柠条和紫花苜蓿种子的适宜沙埋深度分别为0.5 ~1 cm 和0.5 cm,随着埋深的增加,二者的出苗率显著降低,在4.5 cm 埋深时,柠条种子萌发后未出土幼苗数最多,披碱草种子对沙埋的适应性较好,4.5 cm 沙埋深度时出苗率最大。

通过研究华北落叶松云杉混交林下凋落物对2 优势树种种子萌发及幼苗生长的影响表明:1) 4 种凋落物水浸液抑制华北落叶松和云杉种子的萌发,50.0 g/ L 的华北落叶松和云杉针叶水浸液的抑制作用较强;2) 华北落叶松针叶和白桦树皮的水浸液促进华北落叶松幼苗生长,云杉针叶水浸液起抑制作用;3) 白桦树皮水浸液抑制云杉幼苗生长,其他3 种凋落物水浸液低质量浓度时促进云杉幼苗生长,高质量浓度抑制其生长;4) 5.0 和12.5 g/ L 的白桦树皮水浸液促进华北落叶松幼苗生物量,25.0 和50.0 g/ L 时起抑制作用;5) 4 种水浸液均强度抑制云杉幼苗生物量;6) 4 种凋落物水浸液对华北落叶松和云杉种苗的影响以抑制作用为主,对云杉的作用强于华北落叶松。