草原沙漠化过程中植物叶面积的变化及其与土壤因子的关系

在自然状态下,对沙质草原沙漠化过程中主要植物叶面积变化及其与土壤因子的关系进行了研究。结果表明:随着沙漠化加剧,羊草和糙隐子草的比叶面积在沙漠化初期(梯度Ⅰ)下降显著(P0.01),菊叶萎陵菜和冰草的比叶面积在沙漠化后期(梯度Ⅲ)下降显著(P0.05),寸草苔比叶面积下降不显著(P0.05),冷蒿比叶面积从沙漠化中、后期开始显著增加(P0.05),扁蓿豆比叶面积从沙漠化初期开始显著增大(P0.01);羊草、糙隐子草和冷蒿的叶面积指数总体上呈显著下降趋势(P0.01),扁蓿豆叶面积指数显著增加(P0.01);羊草、糙隐子草叶面积指数与土壤粘粒、C、N含量、土壤含水量呈显著正相关(P0.01),与土壤C/N比呈显著负相关(P0.01);冷蒿和扁蓿豆叶面积指数与土壤因子的相关性和上述二者正好相反(P0.05);在叶面积指数与土壤因子线性拟合中,糙隐子草叶面积指数与土壤C/N拟合最高(R2=1),其次是羊草叶面积指数与土壤含水量的拟合(R2=0.992),扁蓿豆叶面积指数与土壤C/N拟合最低(R2=0.268)。土壤C/N是影响草原沙漠化过程中共有种叶面积的关键因子(P0.05),其影响大小为糙隐子草羊草冷蒿扁蓿豆。     

荒漠草原沙漠化植物群落及土壤物理变化

沙漠化是草地退化最严重的形式之一。以空间代替时间的方法,通过对宁夏中北部荒漠草原沙漠化过程中植物群落特征和土壤物理特性的研究,探讨草地植物群落与土壤物理特性对沙漠化的响应机制。结果表明:(1)潜在沙漠化阶段草地以牛枝子、猪毛蒿、中亚白草为优势种,轻度沙漠化阶段草地以中亚白草、苦豆子为优势种,中度沙漠化阶段草地以狗尾草、虫实为优势种,重度沙漠化阶段草地以沙米、赖草、狗尾草为优势种,极度沙漠化阶段草地以沙米为优势种。(2)随着沙漠化程度的加剧草地植物群落生物量、Shannon-Wiener指数、丰富度指数、盖度均呈降低趋势,但轻度沙漠化阶段草地植被生物量比潜在沙漠化增加了23%。(3)草地沙漠化导致土壤容重和土壤粗砂粒含量增加,而土壤水分,土壤细砂粒和粘粉粒含量降低。荒漠草原沙漠化导致了土壤环境和植被明显退化,草地生产力明显降低。     

草原沙漠化过程中植物的耐胁迫类型研究

以内蒙古锡林郭勒盟多伦县草原沙漠化过程中不同梯度共有种群为研究对象 ,探讨植物的受损机理 ,综合 2 0 0 1～ 2 0 0 3年的研究结果表明 :随着沙漠化的进展 ,共有种群的 1叶片含水量及叶绿素 a、b和总叶绿素含量均呈降低趋势。叶片含水量高低顺序为扁蓿豆 (Melilotoides ruthenica) >冷蒿 (Artemisia frigida) >羊草 (L eymus chinensis) >糙隐子草 (Cleistogenessquarrosa) ,反映了共有种群水分状况的不同。2质膜相对透性、游离脯氨酸含量均呈上升趋势 ,其中羊草、糙隐子草和冷蒿变化表现出先升后降再升的规律。3MDA含量变化均表现出先升后降再升的规律 ,不同植物不同阶段 MDA积累程度 (积累率大小顺序为沙漠化初期 :冷蒿 2 9.5 9% >羊草 18.14 % >扁蓿豆 13.6 8% >糙隐子草 3.77% ;沙漠化后期 :糙隐子草 80 .11% >冷蒿 77.2 9% >羊草 39.31% >扁蓿豆 8.5 6 % )的不同反映了不同阶段细胞受伤害程度的差异。4 SOD、CAT活性变化总体上均呈上升趋势 ,其中羊草 CAT活性呈降低趋势 ;酶活性均梯度间差异显著 (P<0 .0 0 1)。 5内源激素 ABA含量的变化因不同种群抗逆性强弱而异。糙隐子草、冷蒿和扁蓿豆 ABA增幅小 ,而羊草 ABA增幅大。综合各种生理特征及其对沙漠化环境的响应 ,对共有种群分类 :羊草为敏感型     

宁夏荒漠草原沙漠化过程中土壤粒径分形特征

研究宁夏荒漠草原沙漠化过程中土壤性状、土壤粒径分形维数的变化特征,以及分形维数与土壤性状的关系.结果表明: 草地沙漠化对土壤分形维数(D)影响显著,D值为1.69～2.62.除在10～20 cm土层出现较小波动外,随着沙漠化程度加剧,0～30 cm土层D值整体呈减小趋势.在荒漠草原沙漠化过程中,荒漠草地D值最大,黏粒和粉粒体积百分含量最高,极细砂粒和细砂粒体积百分含量最低;流动沙地D值最小,黏粒和粉粒体积百分含量最小,极细砂粒和细砂粒体积百分含量最高.D与<50 μm和>50 μm粒径的土壤颗粒存在显著正相关和负相关,表明50 μm粒径是决定草地沙漠化过程中土壤分形维数与土壤粒径关系的临界粒径.随着荒漠草原沙漠化加剧,土壤有机质和全氮含量逐渐降低,土壤容重逐渐升高,固定沙地至半固定沙地是荒漠草原沙漠化的质变过程,其中土壤粘粒体积百分含量、粉粒体积百分含量、土壤有机质含量、土壤全氮含量骤减,极细砂粒体积百分含量、细砂粒体积百分含量和土壤容重骤增.分形维数与土壤有机质、土壤全氮和土壤容重显著相关,固定沙地与半固定沙地分形维数的临界值为2.58,因此分形维数2.58可作为荒漠草原沙漠化的退化指标.     

土壤非保护性有机碳对荒漠草原沙漠化的响应

沙化草地的恢复与重建是干旱半干旱区生态建设的重要内容,分析荒漠草原沙漠化过程中土壤非保护性有机碳分配比例的变异规律对于探讨沙化草地恢复机制具有重要的理论价值。以干旱、半干旱地区荒漠草原不同沙化阶段的土壤为研究对象,分析土壤粗颗粒有机碳、细颗粒有机碳、轻组有机碳含量和分配比例的分布特征、土壤非保护性有机碳转化为保护性有机碳的速率。结果表明:荒漠草原发生逆向演替后,土壤细颗粒有碳含量和分配比例表现为固定沙地荒漠草地半固定沙地流动沙地;粗颗粒有机碳含量表现为荒漠草地半固定沙地流动沙地固定沙地,粗颗粒有机碳分配比例表现为流动沙地半固定沙地荒漠草地固定沙地;轻组有机碳含量和分配比例递减。颗粒有机碳、轻组有机碳、土壤有机碳对草地沙漠化的敏感性不同,颗粒有机碳较轻组有机碳和土壤有机碳敏感性强,其中细颗粒有机碳较粗颗粒有机碳敏感性强。随着草地沙漠化程度的增强土壤非保护性有机碳分配比例呈下降趋势,表明草地沙漠化降低土壤质量。荒漠草地退化至流动沙地土壤非保护性有机碳转化为保护性有机碳的速率整体呈上升趋势。     

沙漠化逆转过程中土壤性状演变综述

沙漠化日益严重,沙漠化土地的恢复与重建具有重大的生态效益、经济效益和社会效益。目前沙漠化的主要沙源是流沙,在流动沙丘上造林固沙防止流沙扩散,进而使得沙漠化逆转,对保护农田、草场和交通都很重要。本文从土壤物理特性(持水能力、颗粒特征)、化学特性(碳、氮、磷等)和土壤生物学活性(微生物生物量、土壤呼吸、土壤酶活性等)方面综述了土壤特性对沙漠化逆转过程的响应,为阐明沙地生态恢复过程中的土壤特性响应机理提供理论依据;并提出今后该领域的研究建议:采用微生物群落组成来表征土壤质量变化,也可采用分子生物学技术确定土壤演变的功能微生物的变化,改变目前仅限于土壤酶活性、微生物生物量以及传统培养法用于沙地土壤生物学活性的研究,以便更好地探索荒漠区流动沙丘固定后土壤质量演变过程中微生物活性动态变化及其与植被关系,揭示人工恢复沙地导致土壤质量演变的关键微生物特征。     

科尔沁沙质草地沙漠化过程中土壤生物活性的变化

选择相邻地段的固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘为对象,研究了科尔沁西部沙质草地沙漠化过程中土壤微生物量、土壤酶活性和土壤养分的变化特征以及三者之间的相关关系.结果表明:土壤养分含量、土壤酶活性和微生物量均随土壤深度的增加而逐渐降低;沙漠化过程中土壤养分严重丧失,土壤微生物量碳、氮、磷,以及土壤脲酶、蛋白酶、蔗糖酶、磷酸单酯酶、脱氢酶、多酚氧化酶和硝酸还原酶的活性均随沙漠化程度的加剧而大幅度下降;土壤生物活性对土壤沙漠化比较敏感,在固定沙丘到半固定沙丘的转化过程中土壤生物活性下降最快;土壤微生物量、土壤酶活性以及土壤养分之间均存在显著的相关关系.     

沙漠化对沙地土壤呼吸的影响及其对环境变化的响应

为了了解沙漠化过程中土壤呼吸速率变化及其对环境因素变化的响应,于2005年在科尔沁沙地研究了固定、半固定和流动沙地的土壤呼吸日变化和生长季动态及其与环境变化的关系,得出以下结论:(1)3种沙地土壤呼吸日变化在春季和秋季呈单峰曲线,夏季呈多峰曲线;(2)3种沙地土壤呼吸速率从春季到秋季的季节动态均呈双峰曲线,峰值分别出现在6月下旬和8月下旬;(3)固定和半固定沙地的土壤呼吸的日变化幅度明显大于流动沙地,季节变化幅度也是固定沙地半固定沙地流动沙地;(4)随着沙漠化的发展,土壤呼吸平均速率明显下降,生长季平均土壤呼吸速率从固定沙地的2.32μmolCO2/(m·2s)降为半固定的1.65μmolCO2/(m·2s)和流动沙地的1.06μmolCO2/(m·2s);(5)3种沙地土壤呼吸速率日变化均与土壤温度呈正相关,与空气湿度呈负相关,在季节尺度上3种沙地土壤呼吸速率与土壤温度、土壤水分和大气湿度均呈正相关,但只有固定沙地的相关性达到了显著水平;(6)沙漠化过程中,虽然土壤温度、土壤有机碳含量和植物根系碳含量都是导致沙地土壤呼吸发生改变的重要因子,但制约其变化的关键因子还是土壤水分和空气湿度。     

黄连木对干旱胁迫的生理响应

研究了自然干旱条件下黄连木（Pistacia chinensis Bunge）的生理变化。结果表明,随土壤含水量的减少,叶绿素b含量、光合速率、叶片相对含水量与叶水势均下降;叶绿素a和可溶性糖含量、叶绿素a和b的比值及总叶绿素含量呈现上升的趋势;超氧化物歧化酶活性先升后降;丙二醛含量干旱胁迫前期升高,后期变化不明显;净光合速率、气孔导度和蒸腾速率随土壤含水量的减少逐步降低。气孔和可溶性糖含量都是影响黄连木光合速率的关键因子,干旱胁迫前12d光合速率主要受气孔限制,之后为非气孔限制。干旱胁迫前期渗透调节物质以可溶性糖为主,干旱胁迫较重时脯氨酸含量急剧升高,与可溶性糖同时起渗透调节作用。     

萌芽菊芋块茎对盐碱土壤胁迫的生理响应

土壤盐碱化是影响全球农业生产和生态环境的重要问题。在农田、轻度盐碱草地和重度盐碱草地设置样地以块茎种植菊芋,次年5月块茎萌发阶段取块茎样品测定丙二醛、游离脯氨酸、可溶性糖含量以及抗氧化酶活性并进行蛋白质组学分析,分析了萌芽菊芋块茎对盐碱土壤胁迫的生理响应。0—20 cm土层的电导率(表征土壤可溶盐含量)表明从农田到轻度、重度盐碱草地土壤盐碱胁迫逐渐增强,丙二醛含量变化反映出菊芋块茎受害程度逐渐增加,并且基于游离脯氨酸的渗透调节能力也在逐渐增强。蛋白质组学分析结果显示与遗传信息加工相关的差异蛋白数量最多(占28.75%)且多为表达上调,意味着DNA复制和转录、蛋白质合成和折叠的相关蛋白在响应盐碱胁迫中发挥关键作用。碳水化合物及多糖代谢(占15%)、氨基酸代谢(占11.25%)以及能量代谢(占7.5%)相关的差异蛋白数量也较多,说明调节物质代谢平衡在萌芽菊芋块茎应对盐碱土壤胁迫过程中有重要作用。这些结果为揭示萌芽菊芋块茎适应盐胁迫的生理机制奠定了基础。     

Analysis on the soil factor and physiological response of the plants in the process of sandy desertification on grassland

The aim was to find the most practical measure to father desertification on grassland. Three-year research was carried out from 2001 to 2003 in Duolun County, Xilin Gol, Inner Mongolia, China. A series of degradation gradients or stages were established by clustering analysis, and corresponded to 5 community types. Five community types were selected as the sampling sites. Four common plant populations (i.e., Leymus chinensis, Cleistogenes squarrosa, Artemisia frigida and Melilotoides ruthenica) were chosen because of their different physiological responses to sandy desertification. The correlation analysis was made between the soil factor (5 soil indices) and the physiological response of per plant population (7 physiological indices). The results showed that in the course of the sandy desertification on grassland, the physiological response of L. chinensis, an impressible type, had more significant correlations with the soil moisture and C/N in the soil than others (P < 0.01) relatively. The soil moisture and C/N in the soil are likely the key factors for the damage on a physiological level. Its malondialdehyde (MDA) and abscisic acid (ABA) had more significant correlations than others with 5 soil indices as a whole (P < 0.01). C. squarrosa and A. frigida are of resistant types. Only the correlations of C/N among 5 soil indices with both MDAs were consistent and very significant (P < 0.01). Both ABA relations to 5 soil indices were consistent, and, similarly, were very significant (P < 0.01). M. ruthenica, a retarded type, was more sensitive to soil physical character (the soil moisture and the content of clay) than soil chemical character (the content of C, the total N and C/N in the soil), suggesting that the degradation of nutritious elements in the soil is not the leading factor in holding back its growth. Its MDA showed a more significant correlation (P < 0.01) than others as a whole, but its ABA did not show a significant correlation with each of the soil indices (P > 0.05). The synthesis result showed that MDA and ABA in the plants responded intensively to desertification stress. For each of the stress resistant types, there were different soil response mechanisms under different stages. The impressible type responded intensively to the soil moisture and C/N. The response of the resistant type to the soil factor did not appear to be a dominant factor. Altogether, the physiological response of plants mostly had a significant correlation with the C/N in the soil.     

沙质草地生境中大型土壤动物对土地沙漠化的响应

沙质草地沙漠化过程中土壤动物群落结构变化是沙漠化生物过程中的一个重要方面,对于掌握沙漠化过程中生物退化规律和提出合理沙漠化防治对策具有重要指导作用。选取处于不同沙漠化阶段的流动沙地、半流动沙地、半固定沙地、固定沙地和丘间低地5种生境类型,采用手拣法对其大型土壤动物群落进行了调查。共获得36个动物类群,属于8目32科,优势类群为蚁科,常见类群有22个类群,两个类群的个体数共占群落个体总数的93.33%;稀有类群有13个类群,其个体数占群落个体总数的6.67%。结果显示,丘间低地、固定沙地、半固定沙地和半流动沙地大型土壤动物群落个体数量、类群数和多样性显著高于流动沙地(P<0.05);固定沙地大型土壤动物生物量显著高于其它生境类型(P<0.05);沙质草地严重沙漠化显著地影响大型土壤动物多样性及其生物量。并且,不同土壤动物类群个体对不同沙漠化阶段生境的适应性存在一定差异,产生了不同的响应模式。土壤有机碳和酸碱度以及土壤含水量差异是影响大型土壤动物类群分布与生长的主要因素。研究表明,固定沙地是大型土壤动物的适宜沙地生境,具有较多的个体数量和较高的生物量;丘间低地、半固定沙地、半固定沙地和流动沙地影响大型土壤动物存活,其个体数量和生物量较低。     

沙质草原植物群落退化与沙化演替

应用TWINSPAN(two-way indicator species analysis)、DCA(detrended correspondence analysis)和CCA(canonical correspondence analysis)技术,对多伦县1984和2001年的28个样地草原植物群落调查数据及相对应的2001年的24个样地土壤调查数据进行分析。结果表明,研究区域的植物群落按照其退化、沙化或恢复演替序列可以分为5个阶段,不同时间的草原植物群落演替序列在空间格局上具有相似性,对比17年的动态变化,也呈现同一演替序列特征;与1984年相比,2001年研究区草原植物群落总体上有明显的退化迹象;草原植物群落退化、沙化或恢复演替与土壤变化具有一定相关性,土壤质地、养分和有机质变化在时间上较植物群落变化明显滞后。     

沙漠化对科尔沁沙质草地生态系统碳氮储量的影响

通过野外调查,研究了沙漠化对科尔沁沙质草地生态系统碳、氮储量的影响.结果表明:沙漠化对草地碳、氮含量和储量具有显著影响,随着草地沙漠化的进程,草地碳、氮含量和储量明显下降.与非沙漠化草地相比,轻度、中度、重度和严重沙漠化草地0～100cm深土壤有机碳和全氮含量分别下降了56.06%和48.72%、78.43%和74.36%、88.95%和84.62%、91.64%和84.62%,植物组分中的碳、氮含量分别下降了8.61%和6.43%、0.05%和25.71%、2.58%和27.14%、8.61%和27.86%;轻度、中度、重度和严重沙漠化草地地上植物组分中的碳、氮储量分别下降了25.08%和27.62%、30.90%和46.55%、73.84%和80.62%、90.89%和87.31%,0～100cm深地下植物组分中碳和全氮储量分别下降了50.95%和43.38%、75.19%和71.04%、86.76%和81.48%、91.17%和83.17%.2000年科尔沁沙地沙漠化草地总面积为30152.7km2,因沙漠化损失的碳、氮总储量高达107.53和9.97Mt.草地碳、氮含量的下降主要源于风蚀过程中土壤细颗粒的损失.土壤的粗化和贫瘠化最终导致了植物和凋落物中碳、氮储量的明显下降.     

呼伦贝尔草地风蚀沙化土壤动物对环境退化的响应

为揭示草地沙化过程中土壤动物与土壤环境要素的相互关系,采用野外调查和实验室检测相结合的方法,对呼伦贝尔沙化草地不同沙化阶段土壤有机质、水解氮、速效磷、土壤水分含量、pH值,以及土壤动物群落结构、种群密度、多样性等进行了比较研究.共获得土壤动物4门6纲12目,优势类群中小型土壤动物仅线虫目1类,占总捕获量的94.3%;大型土壤动物为鞘翅目和半翅目2类,占总捕获量的79.7%.随草地沙化程度的不断加剧,土壤动物类群数量、种群密度、多样性和均匀性均呈明显递减趋势,严重沙化草地土壤中的土壤动物完全消失.回归分析表明,呼伦贝尔不同沙化阶段草地0～20cm土层土壤动物密度与土壤养分含量、土壤含水量、pH值及地表枯落物量呈显著线性相关,说明土壤动物群落对沙化草地土壤环境的改变较敏感.     

荒漠草地土壤微生物生物量和微生物熵对沙漠化的响应

采用空间序列代替时间演替的方法,分析宁夏中北部盐池县荒漠草地不同沙漠化阶段(荒漠草地、固定沙地、半固定沙地和流动沙地)土壤微生物生物量(SMB)和微生物熵(qMB)的变化特征及其影响因子.结果表明:从荒漠草地到流动沙地,土壤微生物生物量碳、氮、磷分别降低46.1%、80.8%和30.0%.随着荒漠草地沙漠化程度的加剧,土壤微生物熵碳(qMBC)、土壤微生物熵氮(qMBN)、土壤微生物熵磷(qMBP)均表现为荒漠草地>固定沙地>半固定沙地>流动沙地,而土壤-微生物化学计量不平衡性(C∶Nimb、C∶Pimb、N∶Pimb)基本呈增加趋势.土壤微生物生物量氮与C∶Nimb呈显著正相关,与N∶Pimb呈显著负相关;土壤微生物生物量磷与C∶Pimb呈显著正相关.冗余分析(RDA)显示,土壤生态化学计量(C∶N、C∶P)对微生物熵碳的负效应最明显.荒漠草地沙漠化显著影响土壤微生物生物量和微生物熵.