民勤绿洲白刺灌丛沙堆不同演化阶段表面抗蚀性及其影响因素

通过测定甘肃民勤绿洲外围不同演化阶段灌丛沙堆表面抗剪强度,选取稳定阶段灌丛沙堆,定位观测结皮和植被去除前后灌丛沙堆表面侵蚀速率,研究了白刺灌丛沙堆表面抗蚀性及其影响因素,结果表明：稳定阶段灌丛沙堆土壤抗剪强度最大,在0.31～0.79 kg·cm^-2,雏形阶段最小,在0.06～0.15 kg·cm^-2,稳定阶段灌丛沙堆的土壤抗剪强度显著高于其它演化阶段（P＜0.01）;除退化阶段外,其它演化阶段不同坡位土壤抗剪强度差异均不显著（P＞0.05）.去除结皮和植被后,稳定阶段灌丛沙堆表面抗剪强度迅速下降,去除前后差异显著（P＜0.01）,去除后不同坡位差异不显著（P＞0.05）.保留结皮和植被,灌丛沙堆不同部位均出现堆积;去除结皮但保留植被,灌丛沙堆堆积量开始减小;去掉植被保留结皮,灌丛沙堆表面堆积量迅速减小;去除结皮和植被后,灌丛沙堆表面出现严重风蚀.     

干旱荒漠白刺灌丛植被演替过程土壤种子库变化特征

土壤种子库是反映气候与土地利用变化的指示器,也是荒漠植被更新与恢复的基础。典型荒漠白刺灌丛植被广泛分布于我国西北绿洲边缘地带,对保护绿洲免受风沙危害发挥着重要作用。但是,对干旱荒漠白刺灌丛植被土壤种子库仍未见研究报道。应用空间代替时间的方法,选择石羊河下游白刺灌丛植被演替的初始阶段、稳定阶段、衰退阶段与严重衰退阶段样地,研究了白刺灌丛植被演替过程的土壤种子库物种组成、时空分布和数量变化特征。结果表明:石羊河下游白刺灌丛植被演替过程中,土壤种子库共出现9科18种植物,其中草本植物占到55%—80%,是白刺灌丛植被土壤种子库的主体。不同演替阶段土壤种子库密度以稳定阶段最高,达到660.7粒/m2,是初始阶段、衰退阶段和严重衰退阶段的5.6、14.5倍和6.2倍。不同沙堆部位,土壤种子库密度以迎风坡中部与背风坡中部最高,分别达到329粒/m2和309粒/m2;沙堆土壤种子库密度是堆间地的1.9倍,土壤种子库主要分布于灌丛沙堆上。不同演替阶段土壤种子库间的相似性系数均在0.6以下,除稳定阶段外,其他阶段间均属于中等相似水平;土壤种子库与地上植被的相似性系数均在0.5以上,达到中等相似或极相似水平。该研究进一步证明了灌丛沙堆和土壤种子库在白刺灌丛植被中的重要性,也说明人为干扰损害了白刺灌丛地下潜在植被及其恢复潜力。因此,需要开展人工种子库或人工植被建设以控制干旱荒漠白刺灌丛沙堆活化,并实现退化白刺灌丛植被恢复。     

多枝柽柳水分利用策略对沙堆堆积过程的响应

多枝柽柳(Tamarix ramosissima)作为干旱荒漠区的优势树种,其与风沙长期作用过程中形成了柽柳沙堆,研究沙堆上多枝柽柳水分利用来源及其对各水源的利用比例,可为干旱荒漠区原生植被的保护及恢复提供科学依据。该研究以空间序列代替时间序列的方法,通过野外调查及室内模型分析,解析了不同发育阶段沙堆上多枝柽柳的水分来源及其对各水源的利用比例,揭示了沙堆堆积过程中多枝柽柳的水分利用策略。结果表明:(1)多枝柽柳沙堆土壤水分含量随沙堆堆积增高而存在较大差异,且0–500 cm层土壤平均水分含量依次为雏形阶段(4.57%)>增长阶段(4.46%)>衰退阶段(3.62%)>稳定阶段(3.48%);(2)雏形及增长阶段沙堆土壤含水率在40–180cm层显著升高,稳定及衰退阶段沙堆土壤含水率分别在180–360cm和360–500cm层显著升高。(3)各发育阶段沙堆上, 0–40 cm层土壤含水率及稳定氧同位素比值(δ18O)波动较大,季节变化明显,且随土层深度的增加δ18O趋于稳定,表明表层土壤受外界环境影响较大。(4)春季,多枝柽柳在雏形阶段沙堆上主要利用360–500 c...     

内蒙古半干旱草原土壤水分对降水格局变化的响应

在全球气候变化背景下, 未来我国北方半干旱地区的降水格局将呈现出季节与年际间降水波动增强和极端降水事件增加的趋势。水分是半干旱草原的主要限制因子, 降水格局变化导致的土壤水分状况的改变必然对生态系统的结构和功能产生显著的影响。该研究选取内蒙古多伦和锡林浩特两个典型半干旱草原群落, 通过分析2006-2013年的降水和多层次土壤(0-10 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm和50 cm)含水量连续观测数据, 研究降水格局变化对土壤水分状况及其垂直分布的影响, 特别是土壤水分对降水事件的脉冲响应过程。结果表明: 两个站点的土壤含水量均呈现显著的季节及年际间波动, 其中土壤表层 0-10 cm水分波动更剧烈。锡林浩特50 cm处土壤含水量波动较大, 主要由于春季融雪的影响。年际间多伦和锡林浩特生长季土壤表层0-10 cm土壤含水量与降水量存在显著的正相关关系, 下层(10-50 cm)土壤含水量与降水量相关性不显著。研究发现小至2 mm的降水事件就能够引起两个站点表层0-10 cm土壤含水量的升高, 即该地区有效降水为日降水量> 2 mm。表层0-10 cm土壤含水量对独立降水事件的脉冲响应可通过指数方程很好地拟合。降水事件的大小决定了降水后表层0-10 cm土壤含水量的最大增量和持续时间, 同时这个脉冲响应过程还受到降水前土壤含水量的影响, 但该过程中并未发现植被因子(叶面积指数)的显著影响。降水后水分下渗深度及该深度的土壤含水量增量主要由降水事件的大小主导, 同时受到降水前土壤含水量的影响。在多伦和锡林浩特, 平均每增加1 mm降水, 下渗深度分别增加1.06和0.79 cm。由此作者认为, 在内蒙古半干旱草原, 降水事件大小和降水前土壤干湿状况是影响土壤水分对降水响应的主要因素, 而植被因子的影响较小。     

甘肃民勤不同演化阶段白刺灌丛沙堆分布格局及特征

通过对甘肃民勤不同演化阶段灌丛沙堆的调查,研究了其空间格局、形态和表层土壤水分特征及其差异,并对研究区的生态环境现状进行了分析。结果表明,研究区灌丛沙堆以稳定阶段为主,但这种稳定状态可能是暂时的,随着距离沙丘距离的变化,不同演化阶段灌丛沙堆呈现出有规律的分布,植被、表层土壤水分以及风力的相互作用是引起这种分布的主要原因。随着灌丛沙堆的演化,灌丛沙堆的形态参数呈现不同的变化趋势,雏形阶段灌丛沙堆的高度与水平尺度之间无明显相关性,发育阶段灌丛沙堆高度随水平尺度的增加呈现二次函数增长,稳定阶段灌丛沙堆高度随水平尺度的增加呈现对数函数增长,活化阶段灌丛沙堆高度与水平尺度的相关性较差。     

绿洲―荒漠交错带土壤水分变化特征初步研究

 以甘肃省的民勤绿洲为例,选择土壤水分最为亏缺的7月,对白刺(Nitraria tangutorum)沙包不同迎风面,以及绿洲和荒漠交错地带的土壤水分进行了取样分析。结果表明,对于白刺沙包而言,其上层和深层土壤水分是迎风坡大于背风坡,中间层次（40～80 cm）则刚好相反。在绿洲与荒漠的交错带上,灌丛沙包与沙丘间低地水分变化有很大的不同,总体而言,丘间地水分含量大于灌丛沙包,但在距离绿洲406 m处,二者均出现一个土壤水分的最低值。在丘间地表层,水分变化是距离绿洲愈近,土壤含水量愈高;而深层土壤水分的变化趋     

绿洲―荒漠交错带土壤水分变化特征初步研究

以甘肃省的民勤绿洲为例,选择土壤水分最为亏缺的7月,对白刺(Nitraria tangutorum)沙包不同迎风面,以及绿洲和荒漠交错地带的土壤水分进行了取样分析。结果表明,对于白刺沙包而言,其上层和深层土壤水分是迎风坡大于背风坡,中间层次（40～80 cm）则刚好相反。在绿洲与荒漠的交错带上,灌丛沙包与沙丘间低地水分变化有很大的不同,总体而言,丘间地水分含量大于灌丛沙包,但在距离绿洲406 m处,二者均出现一个土壤水分的最低值。在丘间地表层,水分变化是距离绿洲愈近,土壤含水量愈高;而深层土壤水分的变化趋     

降水、土壤水分和结皮对人工梭梭(Haloxylonammodendron)林的影响

通过对石羊河下游沙井子地区不同立地类型、不同林龄人工梭梭林的大范围调查和定位观测研究，分析了主要生态因子降水、土壤水分和结皮对人工梭梭种群及其群落的影响。结果表明，梭梭对降水下限要求不严，但对降水上限有较为严格的要求，180mm降水量是建立人工梭梭林的上限；石羊河流域现存人工梭梭林基本依靠降水生存，但非连续同向的年际降水波动变化，对人工梭梭种群无明显影响，却显著影响梭梭林中草本植物物种组成、种群数量和生物产量。土壤水分是影响人工梭梭林最关键、最直接的生态因子，风沙土土壤含水率低于0．824％，梭梭死亡，介于0．824％-1．30％之间，处于退化状态，高于1．30％，生长正常；土壤水分限制梭梭生长，而梭梭生长又会进一步加剧土壤水分下降，梭梭造林8a后土壤含水率降低到1．30％，14a后降至土壤调萎系数之下，30a后又恢复到1．30％并保持稳定，残存梭梭种群生长趋于正常。结皮在起到固沙和保护梭梭免遭风蚀的同时，明显限制水分下渗并引起土壤干旱，加速了人工梭梭林的退化，破坏结皮后土壤含水率逐渐增加；同时，结皮还改变了1年生植物的种类组成及其数量。     

降水、土壤水分和结皮对人工梭梭(Haloxylon ammodendron)林的影响

通过对石羊河下游沙井子地区不同立地类型、不同林龄人工梭梭林的大范围调查和定位观测研究，分析了主要生态因子降水、土壤水分和结皮对人工梭梭种群及其群落的影响。结果表明，梭梭对降水下限要求不严，但对降水上限有较为严格的要求，180mm降水量是建立人工梭梭林的上限；石羊河流域现存人工梭梭林基本依靠降水生存，但非连续同向的年际降水波动变化，对人工梭梭种群无明显影响，却显著影响梭梭林中草本植物物种组成、种群数量和生物产量。土壤水分是影响人工梭梭林最关键、最直接的生态因子，风沙土土壤含水率低于0.824％，梭梭死亡，介于0.824％~1.30％之间，处于退化状态，高于130％，生长正常；土壤水分限制梭梭生长，而梭梭生长又会进一步加剧土壤水分下降，梭梭造林8a后土壤含水率降低到130％，14a后降至土壤调萎系数之下，30a后又恢复到1.30％并保持稳定，残存梭梭种群生长趋于正常。结皮在起到固沙和保护梭梭免遭风蚀的同时，明显限制水分下渗并引起土壤干旱，加速了人工梭梭林的退化，破坏结皮后土壤含水率逐渐增加；同时，结皮还改变了1年生植物的种类组成及其数量。     

民勤绿洲-荒漠过渡区水量平衡规律研究

以甘肃省民勤县刘家地村外缘的绿洲 -荒漠过渡地带为定位研究区域 ,利用长期调查和水文学研究方法从生态系统的角度对绿洲 -荒漠过渡区的水量平衡特别是土壤水分和蒸散量的时空格局与动态特征进行了研究。结果显示 :1沿绿洲至流动沙丘这一过渡带 ,随着与绿洲距离的逐渐拉大 ,土壤含水量减小 ,0～ 80 cm土层的月平均土壤含水量的大小顺序为红柳沙包(5 .6 1% ) >白刺沙包 (5 .4 7% ) >流动沙丘 (5 .2 2 % ) ;土壤水分垂直变化规律是由表层到深层依次递增。 2在蒸散日进程中 ,红柳沙包和白刺沙包的蒸散率峰值到来时间比流动沙丘早 1～ 2 h,且日最大蒸散速率大小顺序为红柳沙包 (0 .2 4 mm / h) >白刺沙包 (0 .2 0 m m/ h) >流动沙丘 (0 .18mm/ h) ;影响绿洲荒漠 -过渡区蒸散的主要气象因子为日照百分率、气温、空气饱和差以及风速等 ,它们与日蒸散量的斜率关联度分别为 0 .717、0 .6 4 3、0 .6 4 9和 0 .70 5。3生态系统总的水量平衡特点是 ,水分输入主要靠降水和土壤水分的水平运动补给 ,而土壤和植被蒸发散是系统的主要输出项。     

Ecophysiological behavior ofArtemisia ordosica on the process of sand dune fixation

The population structure and water relations ofArtemisia ordosica were studied at different stages of the sand dune fixation process. Vegetation coverage and biomass increased as the sand dune fixation process progressed. In contrast, individual growth rate decreased in the late fixation stage. On fixed sand dunes the modal age ofA. ordosica plants was higher and seedlings or saplings were rearely observed. On active sand dunes, settlement of seedlings was regulated by sand mobility; that is, seedlings were observed only when sand mobility was below 10 cm per year. Leaf transpiration was highest in active sand dunes. Stand transpiration in fixed sand dunes was lower than in semi-fixed sand dunes. These differences in transpiration were related to a decrease in soil water availability, which was affected by the increase in the aeolian fine soil component during the course of sand dune fixation. The reduction in soil water status and the cessation of sand movement were considered to be important factors in the decline of theArtemisia ordosica community.     

沙埋与水分对科尔沁沙地主要固沙植物出苗的影响

蒿属半灌木乌丹蒿(Artemisia wudanica)、白沙蒿(A. sphaerocephala)、差不嘎蒿(A. halodendron)是科尔沁沙地的主要固沙植物。其中乌丹蒿和差不嘎蒿是科尔沁沙地的本土植物,白沙蒿为来自于库布齐沙漠、毛乌素沙地的飞播植物。设置了 5个沙埋深度(0.5、1.0、1.5、2.0和3.0 cm)和 4个水分梯度(86、171、257和 342 mL,分别模拟每月25、50、75和100 mm的降雨量),以探讨3种植物幼苗出土对沙埋和水分的响应。结果表明,沙埋与水分均显著影响着3种蒿属植物的幼苗出土(P < 0.001)。3种植物最适沙埋深度在0.5-1.5 cm范围内,萌发出土时适宜水量要高于当地种子萌发期的平均降水量(50 mm/月)。两种固沙先锋植物乌丹蒿和白沙蒿的种子出苗率均显著高于差不嘎蒿,乌丹蒿较白沙蒿也明显为高,尤其在水分缺乏时,表现出两种先锋植物种子出苗对干旱有更好的适应性。协方差分析表明,乌丹蒿幼苗死亡率显著高于白沙蒿和差不嘎蒿(P < 0.05),在达到75 mm/月降水量时,3种植物的出苗较好,但不能满足乌丹蒿幼苗生长对水分的需求,而实际种子萌发期的降水量平均只有50 mm/月。因而降水的缺乏导致乌丹蒿种群更新出现问题,加之飞播植物的竞争,使得近几年科尔沁沙地较多乌丹蒿种群出现衰退。     

荒漠土壤因子和DSE定殖对克隆植物入侵的响应

克隆植物,尤其是游击型克隆植物,具有很强的扩展能力,通过克隆扩展可侵入到不同生境斑块。克隆植物入侵可能会影响入侵地土壤营养状况和微生物群落。为了探明克隆植物入侵对DSE(dark septate endophytes)活动和土壤理化性质的影响,于2013年6月在克隆植物羊柴(Hedysarum laeve)和沙鞭(Psammochloa villosa)群落空地沿根状茎延伸方向设置样方,分别于6月、8月和10月在样方内分0—10、10—20、20—30、30—40、40—50 cm土层采集土样和根样,研究了不同采样时间羊柴和沙鞭群落空地DSE和土壤理化性质时空变化。结果表明,从6月到10月,随时间后延,克隆植物逐渐侵入群落空地,沙鞭入侵群落空地数和分株数高于羊柴。羊柴群落空地根系DSE定殖率随采样时间后延,逐渐降低,最大值在6月;沙鞭群落空地根系DSE定殖率随采样时间后延,逐渐升高,最大值在10月。随着克隆植物入侵,入侵地土壤中可利用的营养物质含量显著提高,羊柴入侵提高了入侵群落空地土壤碱解N、有效P和速效K含量,沙鞭入侵提高了入侵群落空地土壤碱解N和有效P含量。相关性分析表明,羊柴群落空地DSE定殖率与土壤p H值和电导率显著正相关,沙鞭群落空地DSE定殖率与土壤p H值极显著负相关,与电导率、碱解N和有效P极显著正相关。克隆植物入侵使得土壤环境更有利于克隆植物自身生长,为荒漠植被恢复提供了前提。     

Resource sharing among ramets in the clonal herb,Fragaria chiloensis

Summary The herbaceous perennial, Fragaria chiloensis, reproduces vegetatively on coastal sand dunes in California by growth of stolons that bear rosettes. Movement of water and photosynthates through stolons integrates water and carbon metabolism of rosettes both before and after they root. New, unrooted rosettes import sufficient water and nitrogen to maintain levels near those of established rosettes; yet support of an unrooted rosette did not decrease growth of a connected, rooted sibling given abundant light, water, and soil nutrients. Under such conditions strings of unrooted rosettes with the associated stolon appeared self-sufficient for carbon; shade and drought induced import of photosynthates. New rosettes produced and maintained a limited root mass upon contact with dry sand, which could increase probability of establishment. Rooting did not induce senescence of stolons. Connection between two established rosettes prevented death by drought and shade, even when neither rosette could have survived singly. Results suggest that physiological integration of connected rosettes may increase total growth of clones of F. chiloensis through sharing of resources among ramets, especially when resource availability is changeable or patchy.     

Colonization of the root zone ofAmmophila arenaria by harmful soil organisms

The role of harmful soil organisms in the degeneration ofAmmophila arenaria at coastal foredunes was examined by the growing of seedlings ofA. arenaria in soil samples collected from its root zone. Three sites, each representing a successive stage in foredune succession were examined: (1) a highly mobile dune (sand accretion of 80 cm year⁻¹) with vigorousA. arenaria, colonizing only the upper 30-cm of the annually deposited layer of sand, (2) a mobile dune with vigorousA. arenaria (sand accretion of 22 cm year⁻¹) and a 1-metre soil profile completely colonized by roots and (3) a stable dune (no sand accretion) with degeneratedA. arenaria and young roots mainly present in the upper 0–10 cm. In the upper part of the highly mobile site, the presence of harmful soil organisms was confined to the root layers and at the mobile site for all depth layers a significant growth reduction ofA. arenaria was observed due to the activity of harmful soil organisms. At the stable site, however, growth had only been reduced in some of the depth layers. At all sites newly formed roots ofA. arenaria had been colonized by harmful soil organisms within one year. If present in sand prior to root growth harmful soil organisms reduced root length and root hair formation severely and they enhanced branching of the roots. It is concluded that harmful soil organisms initiate degeneration ofA. arenaria in stable dunes by attack of the root system, which makes the plants suffer from abiotic stress.     

Growth and gas exchange response to water shortage of a maize crop on different soil types

The effect of water shortage on growth and gas exchange of maize grown on sandy soil (SS) and clay soil was studied. The lower soil water content in the SS during vegetative growth stages did not affect plant height, above-ground biomass, and leaf area index (LAI). LAI reduction was observed on the SS during the reproductive stage due to early leaf senescence. Canopy and leaf gas exchanges, measured by eddy correlation technique and by a portable photosynthetic system, respectively, were affected by water stress and a greater reduction in net photosynthetic rate (A _N) and stomatal conductance (g _s) was observed on SS. Chlorophyll and carotenoids content was not affected by water shortage in either condition. Results support two main conclusions: (1) leaf photosynthetic capacity was unaffected by water stress, and (2) maize effectively endured water shortage during the vegetative growth stage.     

科尔沁沙地不同地形小叶锦鸡儿灌丛土壤水分动态

根据科尔沁沙地广泛分布的小叶锦鸡儿灌丛的植被调查和土壤水分监测数据,分析了沙地人工固沙灌丛的土壤水分时空动态和土壤储水量变化,并应用水量平衡法测定了灌丛蒸散发.结果表明:丘间地的土壤水分条件最好,丘中次之,丘上最低;灌丛区的土壤水分含量随深度增加而增加,在生长季内不会发生水分胁迫.灌丛区土壤水分与降雨过程高度相关,深层(50～180 cm)土壤水分同降雨的相关性高于表层(0～50 cm)土壤,并且深层土壤水分的变异也大于表层.整个生长期内,小叶锦鸡儿灌丛土壤储水量增加,土壤水分处于积累中,估算蒸散量占同期降雨量的64%以上.     

荒漠绿洲区不同种植年限人工梭梭林土壤化学计量特征

为阐明梭梭建立对林下土壤养分化学计量特征的影响,分析了2、5、9、13、16、31、39a荒漠绿洲区梭梭林灌丛下和流沙区(0a)土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、碳酸钙(CaCO_3)、速效磷(Available P)含量及其化学计量特征变化规律。结果显示:1)SOC和TN在9a后出现显著的成层化分布,而TP的这一特征相对滞后;不同土壤深度SOC、TN均随林龄增加而显著增加,而TP未表现出明显变化。2)C∶P和N∶P在9a后表现出明显的成层化分布且不同土层C∶P和N∶P随林龄增加显著增加,而C∶N保持相对稳定。3)较低含量的Available P在2a后即表现出0—5 cm含量大于5—20 cm且表层Available P和CaCO3随林龄增加而显著增加。而Ca CO3∶Available P在不同林龄间并未发生显著变化。4)随林龄增加,土壤表层风蚀可蚀性极显著降低且与土壤表层养分含量呈显著的负相关关系。以上结果表明,梭梭的建立提高了土壤SOC和TN含量且随林龄增加变化更显著,而变化较小的C∶N说明土壤氮的形成需要固定比例的碳。变化幅度较小的TP说明主要来源于岩石风化的磷素受时间作用的限制,而较低含量的Available P和变化幅度较小的CaCO_3∶Available P则表明梭梭的生长受P的限制且有限的Available P易被CaCO_3固定。另外,土壤养分含量与土壤风蚀可蚀性显著的负相关关系,进一步说明梭梭的建立改善了土壤质地,增加了土壤养分含量,这对荒漠绿洲区土壤恢复和植被建设有极大的促进和指导作用。