土壤多样性理论与方法在中国的应用与发展

土壤多样性作为土壤地理学研究领域的前沿性内容,可定量化描述土壤的空间变异性和分布格局问题,日益受到国内外广泛关注。在简要回顾了土壤多样性在国外的产生和发展过程后,着重对该专题在中国近15年的发展历程进行了深入分析,并对中国土壤多样性研究的发展特点和趋势进行了分析与总结,根据研究时期、内容和目的的不同,认为中国土壤多样性研究可以划分为引起与探索时期以及拓展应用时期,除以丰富度指数、仙农熵和均匀度指数为主的经典多样性计量方法外,新提出的土壤空间分布多样性为传统方法提供了重要的数据补充,该专题在土壤地理学和其他相关学科中仍具有广阔的应用空间和发展前景。     

西南岩溶生态系统脆弱性的生物学诊断及其治理的生物技术措施

岩溶生态系统是一个比较脆弱的生态系统。在分析典型岩溶生态系统土壤微生物类型和数量、土壤酶活性、植物群落组成与结构及其多样性的基础上,从生态恢复的生物途径角度,提出可用土壤微生物、土壤酶、植物群落组成与结构及其多样性等主要生物学微观与宏观指标来科学评价西南岩溶生态系统的脆弱性。同时,针对西南脆弱的岩溶生态系统特点,提出了相应治理的生物技术措施。     

中国中、东部典型样区土壤和水体多样性关联分析

分别选取中国中、东部不同尺度典型样区为研究区域,将多样性理论与方法应用于水体空间分布多样性和土壤构成组分多样性评价中。计算了各研究区及其分区域内,以土属为基本单元的土壤构成组分多样性和2km×2km网格尺度下的水体空间分布多样性,并探索了两者之间的内在联系。研究结果表明:将多样性理论与研究方法应用于区域水资源的空间分布离散性评价具有可操作性;区域水体总面积变化与区域水体空间分布多样性变化之间具有一定的正相关关系,70%以上数据支持这一推断;区域水体比例与水体空间分布多样性之间并无绝对联系;水体和土壤研究数据均体现出分形特征及结构;区域土壤构成组分多样性与水体空间分布多样性之间存在负相关关系,大尺度区域下的相关系数R²约0.8。     

稻田土壤碳循环关键微生物过程的计量学调控机制探讨

稻田生态系统碳循环是我国陆地生态系统碳循环的重要组成部分,微生物驱动的稻田土壤碳循环(输入、分配、稳定等过程)的生物地球化学过程是土壤碳循环过程研究的核心。目前,对稻田土壤碳循环过程及其机制的认识缺乏基于生态化学计量学层面的研究。因此,系统解析耦合化学—生物—环境要素的稻田土壤碳循环的关键过程是深入研究当前面临的诸多土壤生物化学问题(如土壤碳循环与土壤肥力、温室气体减排等)的科学瓶颈。在综合分析计量学的基本内涵与土壤计量学发展需求的基础上,论述了稻田土壤有明显区别于其他土壤类型的土壤发生学和生物化学特点,重点评述了稻田土壤碳循环的3个主要过程的研究进展,包括:1稻田土壤新鲜有机质转化、矿化的关键微生物过程计量;2典型水稻土CH4产生的关键微生物过程计量;3典型水稻土微生物CO2光合同化功能的计量。在此基础上,探讨了土壤生物化学过程统计学和数学模型在土壤计量学研究中的应用,并提出了稻田土壤碳循环关键微生物过程的计量学特征研究的发展趋势和科学问题展望。期望能够通过这些探讨对推动我国该研究领域的基础理论建设和新技术发展有所贡献。     

水稻水分生产函数时空变异规律研究

基于对水稻Jensen模型中敏感指数在全生育期变化规律的认识,以生长曲线函数建立了水稻敏感指数累积函数,分析了其特征,从而解决了不同长时段敏感指数转换计算问题。较全面地揭示了水稻水分生产函数及其敏感指数累积函数中主要参数随气象条件及土壤因子变化的规律。通过参照作物需水量及其频率以及不同地区土壤有效含水量为媒介,建立了对水分敏感指标在不同水文年份 (时间)和不同地区 (空间)进行预报的数学模型,据此提出了水稻水分生产函数在时、空两方面插补、延长、移用与扩展的理论与方法。借助于参照作物需水量等值线图及土壤分布图,探讨了绘制水分生产函数及其主要参数等值线图的原理和方法。     

岩性和种植年限对火龙果地土壤碳、氮、磷生态化学计量特征的影响

以石漠化问题突出区域——广西平果县太平镇耶圩火龙果种植园不同岩性背景(白云岩、碎屑岩)和不同种植年限(1、3、5a)土壤为研究对象,采用相关性分析和冗余分析方法探讨了不同岩性背景和火龙果种植年限下土壤碳、氮、磷生态化学计量特征及其影响因素。结果表明：①白云岩区土壤全磷含量显著高于碎屑岩区,而土壤有机碳含量、生态化学计量比(C/N、C/P和N/P)显著低于碎屑岩区;且白云岩和碎屑岩背景下的生态化学计量比(5. 96、11. 78、1. 96和8. 71、19. 78、2. 28)均远低于全国水平。②随着火龙果种植年限的增加,土壤有机碳、全氮含量和C/N、C/P、N/P呈现出逐渐增加的趋势,而土壤有效氮、全磷和有效磷含量无显著变化规律。随着土层深度增加,土壤有机碳、全氮、有效氮含量和C/N、C/P、N/P均增加,而土壤全磷含量无明显变化规律。③土壤C/N和C/P与有机碳、有效氮均呈显著正相关(P<0. 01),而与土壤水分、容重呈显著负相关,土壤N/P与全磷呈显著负相关。④冗余分析表明不同岩性背景和火龙果种植年限下土壤有效氮含量是土壤碳、氮、磷及其生态化学计量比的重要影响因子,且呈显著正相关关系(P<0. 01)。白云岩背景下火龙果的生长受到氮元素的影响更大,长期火龙果种植有利于碳、氮元素固存,土壤有效氮含量是影响土壤碳、氮、磷及其生态化学计量比的关键因子。     

岩性和种植年限对火龙果地土壤碳、氮、磷生态化学计量特征的影响

以石漠化问题突出区域——广西平果县太平镇耶圩火龙果种植园不同岩性背景(白云岩、碎屑岩)和不同种植年限(1、3、5a)土壤为研究对象,采用相关性分析和冗余分析方法探讨了不同岩性背景和火龙果种植年限下土壤碳、氮、磷生态化学计量特征及其影响因素。结果表明：①白云岩区土壤全磷含量显著高于碎屑岩区,而土壤有机碳含量、生态化学计量比(C/N、C/P和N/P)显著低于碎屑岩区;且白云岩和碎屑岩背景下的生态化学计量比(5.96、11.78、1.96和8.71、19.78、2.28)均远低于全国水平。②随着火龙果种植年限的增加,土壤有机碳、全氮含量和C/N、C/P、N/P呈现出逐渐增加的趋势,而土壤有效氮、全磷和有效磷含量无显著变化规律。随着土层深度增加,土壤有机碳、全氮、有效氮含量和C/N、C/P、N/P均增加,而土壤全磷含量无明显变化规律。③土壤C/N和C/P与有机碳、有效氮均呈显著正相关(P<0.01),而与土壤水分、容重呈显著负相关,土壤N/P与全磷呈显著负相关。④冗余分析表明不同岩性背景和火龙果种植年限下土壤有效氮含量是土壤碳、氮、磷及其生态化学计量比的重要影响因子,且呈显著正相关关系(P<0.01)。白云岩背景下火龙果的生长受到氮元素的影响更大,长期火龙果种植有利于碳、氮元素固存,土壤有效氮含量是影响土壤碳、氮、磷及其生态化学计量比的关键因子。     

开展干旱环境动力学研究的若干问题

根据目前干旱环境研究的现状，提出了“干旱环境动力学”的概念及其科学问题提法、研究方法论和研究途径，为干旱环境动力学的建立提供了一个科学框架。干旱环境系统是地球系统的一部分，建立干旱环境动力学，应以地球系统科学的基本原理为出发点。但它应着重研究地球系统科学中十至百年时间尺度干旱环境发展规律和趋势，特别是人类活动在该时间尺度内对干旱环境的影响。为了研究干旱环境问题，自然科学领域的地理科学、生物科学、大气科学、水文和水利以及地质学等必须形态统一的观点和普适的方法论，从而形成相对独立且学科交叉的干旱环境动力学。气候动力学已相对成熟，干旱环境动力学建模可以气候动力学为基础。建模成败的关键是如何将生态过程物理化和化学化，如何建立水文子系统、生态子系统和土壤子系统的数学模型，并与气候动力学模式相互耦合。     

煤矿复垦生物多样性保护与恢复研究进展

生物多样性为煤矿区生态系统提供了诸多生态系统功能和服务,对改善矿区环境、矿区可持续发展有着重要的作用和意义。从煤矿开采—损毁—复垦全过程出发,介绍了开采前生物多样性保护规划与生物多样性调查、监测、评价技术;阐述了煤矿开采、运营阶段,保护表土资源中土壤种子库、土壤动物、生物土壤结皮以及边采边复的优化开采技术等生物多样性保护的主要内容与技术;分析了煤矿复垦阶段影响生物多样性恢复的关键因素,论述了煤矿复垦生物多样性恢复中土壤改良、植被重建的主要进展;最后提出了未来煤矿区生物多样性保护、恢复研究的发展方向,以期为我国煤矿复垦生物多样性保护与恢复提供科学参考。     

碳循环与岩溶土壤改良———原理与综述

中国南方亚热带裸露岩溶区土壤瘠薄, 又称石山土壤。受地带性(亚热带)和地域性(岩溶)发育因素制约,与地中海等岩溶区土壤不同,表现出显著的多样性、复合性和破碎性特点。低产土壤占土壤总面积60 %以上,土壤改良任务艰巨。由于障碍因子及其组合种类众多,以及土壤斑块小型分散的特点,决定了石山土壤改良与多数不良自然条件国土单元不同,不能期望简单地通过某一两种单一机制的改良措施统一治理。当前石山土壤改良工作基本尚处于经验性创新阶段。作为石山土壤改良的一个方向,提出运用碳循环理论指导工作。希望借此把改良措施研制提高到实验创新水平。      

五台山冰缘地貌植物群落多样性分析

采用双向指示种分析法(TWINSPAN),将五台山7个冰缘地貌的植物群落划分为13个群丛.不同冰缘地貌植物群落类型的组成多样性有明显差异,根据13个群丛在不同冰缘地貌的分布状况,可区分为共有性群丛和专有性群丛.运用丰富度指数、物种多样性指数和均匀度指数对五台山7个冰缘地貌的综合群落多样性指数变化进行了分析,依据不同冰缘地貌植物群落综合多样性指数的大小排序,依次为冻融草丘石海石环冻融剥蚀面石河岩柱泥流坡坎和泥流舌.冰缘地貌的海拔、土层厚度、水分热量是影响植物群落植物种多样性指数变化的主要因素.     

旧参地重复利用问题的地球化学研究

在靖宇县第一参场采集了人参，土壤（包括原始土壤，参地土壤，旧参地土壤）及玄武岩样品，测试了与植物生长关系密切的20种化学元素，系统地研究了人参生长的生态环境,法球化学环境，总结出该区玄武岩，原始土壤，参地土壤，旧参地土壤及人参中化学元素的分布特征。变化规律及其影响因素，从而查明了导致旧参地荒废的地球化学原因，提出了改良和重复利用旧参地的方案。     

两种地质背景条件下群落物种组成及多样性与土壤因子的相关性研究

为对比岩溶和非岩溶条件下物种组成及多样性的差异,明晰不同地质背景造就的不同土壤因子对物种多样性的影响,在兼有岩溶区与非岩溶区的桂林毛村采用野外样地调查法对研究区进行物种组成及多样性的对比研究。结果表明:(1)研究区内共记录了123种植物,其中岩溶区占35科46属87种,非岩溶区占48科61属95种,非岩溶区植物科属种数量明显大于岩溶区;（2）岩溶区物种多样性为:草本样方>灌木样方>乔木样方;在非岩溶区为:灌木样方>乔木样方>草本样方;（3）不同地质背景造就了不同的土壤因子,其中土壤全氮含量对物种多样性影响最为显著。综上,岩溶区物种组成明显低于非岩溶区,物种多样性也不及非岩溶区,土壤因子与物种多样性之间存在相关性,土壤全氮对物种多样性影响最为显著,土层深度减弱了土壤因子与物种多样性之间的相关性。对比岩溶区与非岩溶区土壤因子与物种之间的关系差异,为区域生态系统恢复重建提供了理论基础。      

土壤盐渍化与竖井排灌关系研究

以新疆地区为例，分析了该区土壤盐溃化的形成过程、类型及土壤盐渍化的原因。气候、土壤类型以及人为因素是土壤盐渍化形成的主要原因。以塔里木河流域实施竖井排灌工程的成功实例，证明竖井排灌效果。通过对竖井排灌作用机理分析及其与土壤盐渍化的关系研究，论证了在新疆地区采取竖井排灌工程的可行性和必要性。提出竖井排灌和明渠排水相结合的灌溉方式，作到合理开发利用水资源，改善生态环境。     

中国地带性森林和农田生态系统C-N-P化学计量统计特征

基于中国国家生态系统观测研究网络的7个森林和10个农田生态系统观测研究站的定位调查数据,本文对中国地带性森林和农田生态系统各个组分的碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量学特征进行了研究。结果表明:1)森林生态系统各组分的N和P含量大小排序均为叶凋落物枝根茎土壤,植被的各器官和凋落物的C含量明显高于土壤C含量。森林生态系统不同组分的C∶N和C∶P的大小排序均为茎根枝凋落物叶土壤;植被的各器官及凋落物的N∶P也高于土壤。2)在农田生态系统中,作物各器官的C含量相近,而籽粒的N和P含量明显高于其他组分;各组分C∶N、C∶P和N:P的大小排序均表现为茎≈叶≈根籽粒土壤。3)森林生态系统植被的C∶N∶P为3582∶27∶1,土壤的C∶N∶P为111∶8∶1;农田生态系统植被的C∶N∶P为740∶15∶1,土壤的C∶N∶P为26∶3∶1。本研究以地带性生态系统为研究对象,探讨生态系统及其各组分的C-N-P化学计量特征,增加了对生态系统尺度元素化学计量特征的科学认识,为进一步认识中国区域生态系统元素化学计量关系的空间变异规律提供基础数据。     

基于GIS的四川省植被类型分布与地质背景的关系研究

在四川省植被类型分布数据和地质图的基础上,以200m海拔间隔将四川省划分为36个高度带,在ArGIS10.1软件平台下,利用地理统计功能,分别统计各个高度带内植被类型、土壤类型和岩性的数量,得到植被类型多样性、岩性多样性和土壤类型多样性。三者在四川省的空间分布存在中域效应,即随着海拔梯度的增加,呈现先增大后减小的单驼峰形格局,且三者分布最高的海拔区间分别是1 400m~1 800m、1 400m~1 800m和1 800m~4 000m。运用回归分析法对三者之间的关系进行分析研究,可知随着土壤类型多样性或岩性多样性的增加,植被类型多样性随之增加。结果表明:四川省植被多样性与岩性多样性、土壤类型多样性之间存在显著的正相关关系。该研究揭示了四川省植被类型分布与地质背景的关系,为全球气候变化背景下四川省的区域环境建设和生物多样性保护规划提供了科学的理论与数据支持。     

黄山城市土壤重金属污染及其潜在生态风险评价

提要：以黄山市城区（屯溪区、徽州区、经济开发区）和城郊的表层土壤为研究对象,采用地积累指数法和潜在生态危害指数法对区内表层土壤重金属（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn）污染进行了分析和评价;应用SPSS处理软件,采用因子分析法对表层土壤重金属元素含量数据进行分析研究。结果表明：研究区土壤重金属污染总体处于0~2级,8种重金属的污染程度由强至弱依次为：Hg＞Cd＞Cu＞As＞Zn＞Cr＞Pb＞Ni;各种重金属的潜在生态危害由强至弱依次为：Hg＞Cd＞As＞Cu＞Pb＞Ni＞Cr＞Zn;潜在生态危害综合指数平均值为211.80,表明黄山市土壤总体处于中等危害程度,其中Hg对潜在生态危害指数RI值的贡献最突出,其次是Cd;总体上讲,黄山土壤重金属污染及其潜在生态危害主要是由城镇区域和耕地区域内的日常生活和生产活动所致,如农业施肥、污水灌溉、工厂排污、生活垃圾局部泛滥、燃煤排放等。     

青藏高原东缘高寒草甸退化过程中植物群落物种多样性、生产力与土壤特性的关系

为了阐明高寒草甸退化过程中植物群落物种多样性、生产力与土壤特性的关系, 在青藏高原东缘的玛曲县沿着高寒草甸退化梯度选取了轻度退化草甸、中度退化草甸、重度退化草甸和沙化草甸, 测定了高寒草甸退化过程中植物群落物种多样性、生产力与土壤理化性状. 结果表明: 从轻度退化到中度、重度和沙化草甸, 植被地下生物量分别降低了36%、48%和91%, 总生物量分别降低了34%、47%和91%, 土壤有机碳分别下降了18%、81%和97%, 全N分别下降了25%、82%和95%, 全P含量分别下降了14%、33%和41%. 随着高寒草甸的退化, 植被群落的生物多样性和地上生物量呈先稳定后降低的趋势, 土壤砂粒含量、pH值和全K含量呈增加趋势, 黏粉粒呈降低趋势, 速效N、速效P和速效K呈先增加后降低的趋势. 相关分析表明, 群落物种多样性和生产力与土壤有机碳、全N、全P、速效N、速效P、速效K、黏粒含量、粉粒含量、水分含量均呈显著正相关(P<0.01), 而与土壤砂粒、全K和pH值均呈显著负相关(P<0.05). 因此, 高寒草甸退化过程中, 土壤质地、养分和水分等的复杂变化及其相互关系共同决定着高寒草甸群落物种多样性和生产力的变化. 同时, 植被生产力和土壤碳、氮的降低产生明显的正反馈效应, 导致在重度退化阶段和沙化阶段, 植被生产力和土壤碳氮的急剧下降.     

矿区生态重建

针对矿区生态重建涉及学科多、面广、而中国矿区生态重建基础理论研究又十分薄弱，许多地区或矿区采用单一植被恢复生态系统，但效果不佳，往往出现生态系统不稳定等现象，根据生物协同进化、生态环境多样性平衡原理，提出了土壤治理、植被恢复并结合微生物生态恢复等的综合治理措施。     

水文科学的基本问题及当代前沿

回顾了新中国70年来水文科学的发展历程。阐述了水文科学的基本问题及其当代前沿:水圈及其与地球其他圈层的界面过程；水文循环及人类活动对水文循环的扰动；水文学研究的特点及其方法论；水文知识的应用等。提出了划分水文科学分支学科的科学基础，建议将水文科学划分为普通水文学、水文气象学、陆地水文学、生态水文学和应用水文学5个分支学科。