黃土丘陵區(qū)生態(tài)恢復(fù)過程中土壤生物特性演變.pdf

1、本研究針對(duì)黃土高原生態(tài)恢復(fù)與重建的生態(tài)學(xué)過程和環(huán)境效應(yīng)等關(guān)鍵科學(xué)問題和國(guó)家生態(tài)與環(huán)境建設(shè)的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估的需求，以中國(guó)科學(xué)院陜北黃土丘陵區(qū)安塞野外實(shí)驗(yàn)站長(zhǎng)期定位觀測(cè)試驗(yàn)和生態(tài)恢復(fù)模式監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)為研究對(duì)象，采用時(shí)空互代法，系統(tǒng)研究不同模式生態(tài)恢復(fù)過程中土壤微生物特性及其生化活性和活性碳庫(kù)的演變特征,分析其在生態(tài)恢復(fù)過程中的指示意義，為黃土丘陵區(qū)生態(tài)恢復(fù)重建中土壤生物效應(yīng)及質(zhì)量評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)論如下: 1．不同生態(tài)恢復(fù)過

2、程土壤理化性質(zhì)及抗蝕性演變結(jié)果表明：撂荒、封禁、營(yíng)造喬灌草或梯田化等恢復(fù)方式可以顯著改善土壤理化性質(zhì)和提高土壤抗蝕性，并隨恢復(fù)年限遞增改善作用增強(qiáng)；不同模式對(duì)土壤改善作用混交林>荒草地>純林；推算不同恢復(fù)模式土壤理化性質(zhì)恢復(fù)到中等、高等和天然林水平所需年限不同，且較生態(tài)破壞作用要緩慢的多，同種恢復(fù)模式不同指標(biāo)所需年限亦不同。 2. 不同生態(tài)恢復(fù)過程中土壤微生物量、呼吸強(qiáng)度及代謝商演變結(jié)果表明：黃土丘陵區(qū)土壤微生物量含量和SIR

3、普遍偏低，生態(tài)恢復(fù)與重建可以顯著改善土壤微生物量，不同恢復(fù)模式對(duì)其改善作用不同，但較天然林的微生物量和SIR 水平相比還有較大差距，推算恢復(fù)到天然林水平需要上百年的時(shí)間?；A(chǔ)呼吸強(qiáng)度隨恢復(fù)過程表現(xiàn)主要有三種情況：①初期迅速增加，隨后趨于穩(wěn)定，主要有撂荒；②先升高后降低，主要有營(yíng)造喬灌林、封禁陰坡；③逐漸升高，包括梯田化、營(yíng)造果園和封禁陽坡。農(nóng)田系統(tǒng)中qCO2 顯著高于其它系統(tǒng)，隨著恢復(fù)過程在沒有物質(zhì)輸出的恢復(fù)類型（撂荒、營(yíng)造喬灌草、封禁

4、）中逐漸降低，在有物質(zhì)輸出的類型（果園、梯田化）中逐漸升高。 3. 土壤酶活性隨封禁、撂荒、營(yíng)造喬灌草和果園、梯田化的年限延長(zhǎng)逐漸改善，具體表現(xiàn)為磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、纖維素酶和過氧化氫酶活性顯著提高，多酚氧化酶活性顯著降低，淀粉酶活性變化規(guī)律不明顯。對(duì)土壤酶活性改善效果封禁>營(yíng)造人工林>撂荒>人工果園>梯田化。不同生態(tài)恢復(fù)過程土壤碳庫(kù)研究表明：撂荒、營(yíng)造喬灌草及果園、梯田化可以顯著增加土壤碳庫(kù)各組分含量，不同模式對(duì)其改善作用差

5、異較大，整體來說混交林>純林>草地>農(nóng)田；同種模式對(duì)不同組分作用亦不同。 4. 相關(guān)性分析表明土壤微生物量、呼吸強(qiáng)度、酶活性、碳庫(kù)各組分與理化性質(zhì)、抗蝕性極顯著相關(guān)；據(jù)此提出黃土丘陵區(qū)土壤微生物量、SIR 和活性碳庫(kù)組分的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)各級(jí)別的分布頻率，構(gòu)建各指標(biāo)隨恢復(fù)年限演變的回歸模型，推算出恢復(fù)到中等、高等及天然林水平所需的年限。5. 生態(tài)恢復(fù)過程土壤屬性指標(biāo)的敏感性差異較大，其中速效磷、碳庫(kù)各組分和一些生物指標(biāo)敏感性較高，

6、是潛在的指示因子；不同生態(tài)恢復(fù)模式中土壤敏感性質(zhì)量因子數(shù)量差異較大；同種土壤屬性因子對(duì)不同生態(tài)恢復(fù)模式的響應(yīng)不同；易氧化碳、脲酶活性、微生物量磷和土壤結(jié)構(gòu)體系數(shù)可作為反映生態(tài)恢復(fù)過程中土壤質(zhì)量的演變過程的靈敏因子。 6. 通過敏感性分析，篩選出了可以反映生態(tài)恢復(fù)過程中6 敏感的土壤生物指示因子分別為：誘導(dǎo)呼吸強(qiáng)度、蔗糖酶活性、非活性有機(jī)碳、微生物量氮、熱水浸提有機(jī)碳和水溶性有機(jī)碳。其中，誘導(dǎo)呼吸強(qiáng)度、蔗糖酶活性、非活性有機(jī)碳可以