荒漠草原向灌丛转变过程两种优势植物定植土壤水分阈值特征

为探究宁夏东部荒漠草原灌丛转变过程中两种优势种蒙古冰草（Agropyron mongolicum）和柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）植物更新土壤水分需求特征,在前期萌发土壤水势阈值研究的基础上,进一步通过野外观测和室内干旱胁迫试验分析确定转变过程中两种优势植物种的定植土壤水分阈值。结果表明：荒漠草原灌丛近30年人为转变过程中0-200 cm土壤水分呈降低趋势,灌丛地土壤水分含量较荒漠草地显著降低了52.43%（P<0.05）,灌丛转变加速了土壤旱化;柠条锦鸡儿和蒙古冰草幼苗定植过程中叶绿素含量随干旱胁迫程度加深呈先增加后降低趋势,其死亡率逐渐上升。通过渗透势和死亡率的拟合函数以及其对应样地的土壤水势、土壤水分关系分析得出,随样地转变柠条锦鸡儿定植土壤水势、水分阈值均低于蒙古冰草,两者平均土壤水势阈值分别为-9.38—-9.95 kPa、-8.72—-9.28 kPa,平均土壤水分阈值分别为4.93%-5.23%、5.92%-6.50%。与蒙古冰草相比,柠条锦鸡儿更适应灌丛引入下或降雨减少引起的土壤旱化,其旱生条件下的定植成功更易发生。     

荒漠草原-灌丛镶嵌体的植被稳态转变特征

以柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）灌丛引入形成荒漠草原-灌丛地镶嵌体为研究对象,选择其内部荒漠草地（DG）、草地边缘（GE）、灌丛边缘（SE）、灌丛地（SL）为试验样地,开展荒漠草原向灌丛地人为稳态转变过程土壤水分与植被变化特征研究。结果如下：各样地0-200 cm土层水分含量随着转变过程呈显著降低趋势（P<0.05）,其中荒漠草地、草地边缘和灌丛边缘样地的土壤水分均在秋季雨水补充期增加,灌丛地由于深层土壤水分过度消耗而愈加降低,且灌丛边缘和灌丛地深层水分显著低于荒漠草地、草地边缘（P<0.05）,垂直动态不显著;地上植被随样地转变除优势度指数表现为灌丛地多样性、均匀度、丰富度指数均显著低于各样地（P<0.05）,多年生优势草本蒙古冰草（Agropyron mongolicum）、短花针茅（Stipa breviflora）逐渐被一年生草本刺藜（Dysphania aristata）、猪毛蒿（Artemisia scoparia）所代替;土壤种子库萌发种类随样地转变逐渐减少,种子库密度则显著升高（P<0.05）,灌丛地以一年生草本植物为主（占总密度的97.51%）,荒漠草地则以多年生草本萌发为主,且各样地土壤萌发种子库及多年生草本多集中于0-5 cm土层（P<0.05）;转变过程荒漠草原和灌丛地植被地上地下相似度分别为0.14和0.19,均显著低于两边缘样地0.35,较两边缘样地群落更为稳定,呈现草原灌丛化过程中草地-灌丛共存的植被双稳态特征。     

沙埋和种子大小对柠条锦鸡儿种子萌发、出苗和幼苗生长的影响

研究了沙埋深度和种子大小对内蒙古毛乌素沙地植被群落中占优势的柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom.)种子萌发、出苗、幼苗存活和生长的影响.结果表明,沙埋深度显著影响柠条锦鸡儿的种子萌发率、休眠率、出苗率、幼苗存活率及生物量.在0.5-2cm的浅层沙埋下,种子萌发率、出苗率、幼苗存活率及生物量最高,休眠率最低;沙埋深度≥4 cm时,柠条锦鸡儿的种子萌发率、出苗率、幼苗存活率及生物量随着沙埋深度增加显著降低,而休眠率却显著升高;沙埋深度≥12 cm时,柠条锦鸡儿种子不能够出苗,幼苗也不能够存活.种子大小对柠条锦鸡儿种子萌发率没有显著影响,但对出苗率、幼苗存活率及生物量影响显著.在各个沙埋深度下,不同大小的柠条锦鸡儿种子间的萌发率没有显著差异.当沙埋深度≤6 cm时,不同大小的柠条锦鸡儿种子在同一沙埋深度下的出苗率间没有显著差异;但当沙埋深度≥8 cm时,在同一沙埋深度下,大种子的出苗率显著高于中种子和小种子的出苗率,而中种子和小种子出苗率间没有显著差异.0.5-10 cm的沙埋深度中,除6 cm和8 cm深度下中种子和小种子萌发幼苗的生物量间没有显著差异外,其余深度下,大种子萌发的幼苗的存活率及生物量显著高于同一沙埋深度下中种子萌发的幼苗的存活率及生物量,后者又显著高于小种子萌发的幼苗的存活率及生物量.可能正是种子萌发对沙埋环境的忍耐或响应能力以及种子的多态性提高了柠条锦鸡儿在毛乌素沙地的适合度,为其在流动或半流动沙丘环境中成功定居并形成优势群落奠定了基础.     

小叶、中间和柠条三种锦鸡儿的分布式样及其生态适应

确定了小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿3种植物的分布式样:小叶锦鸡儿为蒙古高原东部-F松辽平原西部-华北山地分布种,中间锦鸡儿为东戈壁-鄂尔多斯高原-黄土高原北部分布种,柠条锦鸡儿为南阿拉善-西鄂尔多斯分布种。小叶锦鸡儿适应分布于蒙古高原典型草原带和森林草原带以及华北山地落叶阔叶林带,在草原带高平原上可形成灌丛化草原的景观,在草原带的沙地上可形成以小叶锦鸡儿为建群种的沙地灌丛植被;中间锦鸡儿适应分布于蒙古高原的荒漠化草原及草原化荒漠带、鄂尔多斯高原的典型草原和荒漠化草原带的沙地及梁地上、黄土高原北部的黄土丘坡上,常形成以中间锦鸡儿为建群种的沙地灌丛植被;柠条锦鸡儿则适应分布于草原化荒漠和典型荒漠带的固定和半固定沙地上。近缘的3种锦鸡儿的地带性分布从东至西或从北向南形成明显的有规律的地理替代分布格局。     

树锦鸡儿、柠条锦鸡儿、小叶锦鸡儿和鹰嘴豆干旱适应能力比较

对1年生豆科作物鹰嘴豆Rupali品种和Almaz品种以及多年生植物树锦鸡儿、柠条锦鸡儿和小叶锦鸡儿叶相对含水量和叶水势对逐渐干旱胁迫的响应进行了分析,比较了两类植物的干旱适应能力。结果表明鹰嘴豆叶相对含水量随叶水势的下降线性下降,树锦鸡儿、柠条锦鸡儿和小叶锦鸡儿叶相对含水量在叶水势分别下降到-2.4MPa、-2.5MPa和-1.5 MPa之前没有下降,之后随水势的下降线性下降。树锦鸡儿、柠条锦鸡儿和小叶锦鸡儿这种叶相对含水量下降的滞后性表明该类植物叶具有较硬而弹性较差的细胞壁,使得植物在干旱胁迫下叶具有良好的保水能力。鹰嘴豆叶具有的最低水势为-4.5MPa,对应的土壤相对含水量为14％,锦鸡儿植物叶具有的最低水势可达-6.7MPa,对应的土壤相对含水量为6％,说明锦鸡儿植物比鹰嘴豆具有更好的干旱适应能力,这种能力可能取决于锦鸡儿植物体内大量渗透调节物质的累积。     

不同温度下PEG-6000模拟干旱对柠条锦鸡儿种子萌发的胁迫效应

在人工气候箱控制的不同温度(10、15、20、25℃和30℃)下,设置聚乙二醇(PEG-6000)质量百分比浓度分别为0%、5%、10%、15%、20%、25%和30%的7个模拟干旱胁迫处理,研究了柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom.)种子的萌发特性。结果表明:(1)温度和PEG模拟干旱胁迫及二者的交互作用对柠条锦鸡儿种子的萌发率、萌发速率系数、萌发值、萌发指数和活力指数均具有极显著影响(P0.01)。(2)种子萌发率在15℃下最大,显著大于10℃下的(P0.01),随着温度的继续升高逐渐减小;萌发速率系数随着温度的升高有减小的趋势,30℃下又显著增大;萌发值和萌发指数分别在25℃和20℃下最大,但均随温度的继续升高而显著减小(P0.05);活力指数随着温度的升高而减小,除在10℃和20℃间无显著差异外,其他温度间均差异显著(P0.05)。(3)种子萌发率、萌发值和萌发指数在15℃下与PEG浓度呈不显著的负相关关系,而在其他温度下均与PEG胁迫浓度显著负相关(P0.05),且相关系数均在25℃或30℃下最大;萌发速率系数在各温度下均与PEG胁迫浓度显著正相关;活力指数与PEG胁迫浓度呈显著负相关,相关系数随着温度的升高逐渐增大。(4)萌发参数与PEG胁迫浓度间的回归模型表现为三次曲线、二次曲线和直线模型3种类型,其中以三次曲线模型为主,全部回归模型均达到显著性水平(P0.05);在20℃以下的温度条件下,较低浓度PEG处理对柠条锦鸡儿种子萌发具有一定的促进作用,在15℃下种子萌发对PEG模拟干旱胁迫的耐受性最强;柠条锦鸡儿种子在不同温度和干旱胁迫下的萌发模式是对其分布区生境长期适应和进化的结果。     

红砂和霸王种子萌发对干旱与播深条件的响应

红砂(Reaumuria soongorica)和霸王(Zygophyllum xantho xylum)分别是我国西北干旱荒漠区重要的超旱生小灌木和灌木.试验室条件下,研究了两种灌木种子萌发对干旱胁迫(以PEG模拟干旱条件)和播深的响应.干旱胁迫设0、 -0.3、 -0.6、-0.9、-1.2、-1.5、-1.8、-2.1、-2.4、-2.7MPa共10个处理,播深设0、0 .3,0.5,1.0,1.5,2.0,3.0,4.0cm共8个处理.结果显示模拟干旱条件下,供试种的发芽势(3d发芽率)皆从-0.3MPa起即开始显著下降(P<0.05) .发芽率红砂从-0 .9MPa渗透势、霸王从-0.6MPa开始显著降低;种子萌发的最低渗透势阈值红砂和霸王分别为-1.8MPa和-1.5MPa.干旱胁迫对种子胚芽生长有抑制作用,但轻度干旱可促进初生根生长,重度干旱胁迫抑制初生根生长.播深实验表明,红砂和霸王种子均为子叶出土发芽类型 .一般情况下,供试种随播深增加胚芽长度呈增加而初生根呈下降趋势,但霸王在播于土表时初生根生长受到抑制.实验室条件下,达到最大出苗率的播深红砂为0～0.5cm,霸王为0 ～2cm.在适宜条件下,红砂和霸王种子萌发的最低需水量分别为110%和90%,初始萌发时间分别为40h和48h.红砂种子发芽势低(28%)、萌发持续而分散;霸王种子发芽势高(87%) 、萌发整齐.讨论了两种种子发芽对干旱和播深的响应特征及其生态生物学意义.     

柠条种子萌发对不同光照强度和沙埋深度的响应

为揭示柠条(Caragana korshinskii Kom.)种子萌发对光照强度和沙埋深度的响应,在不同光强(55.4%自然全光照(natural sunlight,NS)、18.9%NS、5.5%NS和2.2%NS)和沙埋深度(0、0.5、1.0、2.0和4.5 cm)下,研究了柠条种子的萌发特征。结果表明:光强对柠条种子的萌发率、萌发速率、萌发指数和活力指数均影响显著;沙埋深度显著影响萌发指数和活力指数;光强与沙埋深度的交互作用显著影响萌发率、萌发指数和活力指数。柠条种子的萌发率、萌发速率和萌发指数在除0 cm外的其他沙埋深度均随着光强的减弱逐渐减小;活力指数在0 cm沙埋深度随着光强的减弱表现为增大趋势,而在其他沙埋深度随着光强的减弱持续减小或波动性减小。在55.4%NS、18.9%NS和5.5%NS光强下,萌发率在1.0 cm沙埋深度最大(分别为45.0%、30.6%和27.5%),0 cm沙埋深度最小(分别为22.2%、22.1%和20.0%),萌发速率、萌发指数和活力指数均随着沙埋深度的增加先增大后减小,且均在0.5～2.0 cm沙埋深度最大;在2.2%NS光强下,所有萌发参数均随沙埋深度的增大逐渐减小,其中萌发率、萌发速率和萌发指数在1.0、2.0和4.5 cm沙埋深度均显著小于0 cm沙埋深度(P0.05),而活力指数在0 cm沙埋深度与其他沙埋深度间的差异均达显著水平(P0.05)。研究表明,光照和沙埋是影响柠条种子萌发的重要环境因子,沙埋可增大种子萌发对光照的依赖;适度沙埋在强光下促进柠条种子萌发,但在弱光下则抑制种子萌发。     

内蒙古高原荒漠区四种锦鸡儿属植物灌丛沙包形态和固沙能力比较

测定了内蒙古高原荒漠区4种锦鸡儿属优势植物(柠条锦鸡儿、狭叶锦鸡儿、荒漠锦鸡儿和垫状锦鸡儿)不同大小灌丛的灌丛形态参数、沙包形态参数和沙包体积,目的是掌握这些锦鸡儿属植物灌丛的沙包形态特征、沙包发育特征和固沙能力随着灌丛发育的变化,比较4种锦鸡儿属植物灌丛沙包的形态、发育特征和固沙能力的差异。研究发现:柠条锦鸡儿沙包形态呈球冠状,狭叶锦鸡儿沙包呈圆锥状,荒漠锦鸡儿沙包呈圆台状,垫状锦鸡儿沙包呈半球状。同种锦鸡儿属灌丛沙包的底面直径与地上枝条鲜重呈极显著正相关关系(P<0.01),沙包高度与地上枝条鲜重无显著相关性(P>0.05),沙包高度与植物株高呈显著正相关关系(P<0.05),沙包坡角与地上枝条鲜重呈显著负相关关系(P<0.05),沙包半径与沙包高度呈显著正相关关系(P<0.05)。灌丛水平扩展快于垂向生长,灌丛沙包的水平发育也快于垂向发育。随着灌丛地上生物量的增加,4种锦鸡儿属植物不仅沙包体积增大,而且固沙效率也显著增加(P<0.01)。不同锦鸡儿属植物灌丛和沙包形态参数存在显著差异。柠条锦鸡儿和狭叶锦鸡儿的灌丛水平和垂直方向成比例扩展,而荒漠锦鸡儿和垫状锦鸡儿无论灌丛面积多大,高度基本不变。随着灌丛地上枝条鲜重的增加,4种锦鸡儿灌丛沙包底面积都在增大,其中荒漠锦鸡儿增长最快,垫状锦鸡儿次之,柠条锦鸡儿排位第三,狭叶锦鸡儿增长最慢。随着灌丛沙包水平方向的扩展,荒漠锦鸡儿沙包垂向扩展最慢,最终导致其沙包垂向尺度最小;柠条锦鸡儿、垫状锦鸡儿和狭叶锦鸡儿沙包两个方向发育较为均衡。4种锦鸡儿属植物的固定沙包体积和固沙效率都表现为:荒漠锦鸡儿>柠条锦鸡儿>狭叶锦鸡儿>垫状锦鸡儿。这些研究结果表明,灌丛地上生物量的不同决定了种内沙包的体积、形态和植物固沙能力的差异;灌丛形态和发育特征的不同决定了种间沙包形态、沙包发育和植物固沙能力的差异。     

3种锦鸡儿种子萌发对温度和水分的响应

对本地种白毛锦鸡儿（Caragana licentiana）和甘蒙锦鸡儿(Caragana opulens)以及外来种中间锦鸡儿（Caragana intermedia）种子进行了室内和野外萌发试验。结果表明,白毛锦鸡儿种子最适萌发温度为20℃,5℃时种子不萌发,甘蒙锦鸡儿最适萌发温度为10-20℃,在5℃和30℃时萌发率显著低于其它温度下的萌发率,中间锦鸡儿种子最适萌发温度为15-30℃,5℃下的萌发率为8.5%。室内萌发试验和野外萌发试验都表明白毛锦鸡儿种子萌发的速度缓慢,这体现在达到最大萌发率需要的时间长,萌发速度慢,且有4.0%的硬实种子,甘蒙锦鸡儿种子萌发的速度快,无硬实种子,高温下萌发受到一定的抑制。中间锦鸡儿种子在高温下萌发率高,速度快。启运白毛锦鸡儿种子萌发的最低土壤含水量为1.25%,甘蒙锦鸡儿和中间锦鸡儿的分别为3.75%和2.50%。白毛锦鸡儿种子萌发需要的土壤含水量低,种子萌发慢,且有小部分硬实种子,这可能是白毛锦鸡儿适应特殊环境的对策之一。     

宁夏荒漠草原不同林龄人工柠条林地土壤优先流研究

土壤优先流作为土壤中常见的水分流动方式,会造成土壤水分流失、地下水污染及坡面土体稳定性降低等问题。以位于宁夏盐池县的典型荒漠草原为研究区域,通过土壤水分入渗染色法、CT扫描法、图像处理技术相结合的分析方式,选取人工营造9、14、24、35年的柠条灌丛林地,以空白草地作为对照,探究不同恢复年限人工柠条林土壤优先流特征及其与土壤大孔隙与根系的关系。结果表明：(1)不同林龄柠条林地土壤优先流特征及大孔隙度具有显著差异,表现为随着种植年份的增加,土壤大孔隙度逐渐升高,土壤入渗染色深度随之加深,同时染色面积比随着柠条林林龄的增加而增大。(2)土壤基质流深度表现为随着种植年份的增加而增大,人工柠条林地的土壤优先流程度显著高于草地。(3)随着人工柠条林龄的增加,土壤根系数量增加,而灌丛生长发育过程中的根系活动使得灌丛林地土壤具有更多迂曲度低、连通性强的大孔隙,这些大孔隙是导致土壤水分优先迁移的主要因素。因此,植物根系和土壤大孔隙变化是影响荒漠草原人工柠条恢复过程中土壤水分分布的关键因素,合理配置人工林以改善根系及土壤结构特征,或可有效提高荒漠草原地区的土壤水分利用效率。     

宁夏东部荒漠草原灌丛引入对土壤水分动态及亏缺的影响

全球气候变化背景下,荒漠草原人工灌丛引入加速其灌丛化进程,对草原土壤水分产生重要影响。为了解宁夏东部荒漠草原灌丛引入过程中土壤水分动态及亏缺现状,选取了封育草地、放牧草地、不同年限(3a、12a、22a)和间距(40 m、6 m、2 m)灌丛柠条(Caragana korshinskii)地进行土壤水分测定,并利用土壤水分相对亏缺指数(compared soil water deficit index,CSWDI)、样地土壤水分相对亏缺指数(plot compared soil water deficit index,PCSWDI)对土壤水分亏缺进行定量分析。结果表明:灌丛引入过程中不同年限、间距灌丛地0—200 cm土层土壤含水量均显著低于封育草地与放牧地(P0.05);各样地季节动态均表现为春季返潮、夏季消耗、秋季蓄积的季节规律,但不同年限、间距灌丛地表现为春季返潮微弱,土壤含水量仅为7.80%—10.90%,显著低于封育草地和放牧地(11.90%—16.09%);灌丛引入过程中各灌丛地0—100 cm有效储水量(-16.98—18.69 mm)均低于封育草地(34.67 mm),虽在种植22a灌丛地和2 m间距灌丛地略有升高,仍不足20.00 mm。土壤水分相对亏缺量(除封育草地外)为6.69—97.16mm;灌丛引入过程中各样地不同土层CSWDI值呈波动变化,除封育草地各土层无显著的亏缺外,其他样地均存在亏缺,亏缺值为0.03—12.10,PCSWDI值均随着灌丛引入年限和密度的增加呈增大趋势。荒漠草原灌丛引入过程产生土壤水分过度利用,使得土壤水分亏缺,并加剧其深层土壤水分的消耗。     

人工灌丛化对荒漠草原生态系统碳储量的影响

宁夏盐池县从20世纪70年代开始在荒漠草原上人工种植柠条灌木用以防风固沙和生态恢复,这一人为措施极大地改变了区域生态系统的植被结构和碳循环,而定量评估人工灌丛化对荒漠草原生态系统碳储量的影响,不仅能够揭示人类活动的碳循环反馈机制,而且可为地方政府生态治理提供理论指导。结合Biome-BGC模型和Logistics生长模型模拟了1958—2017年间荒漠草原人工灌丛化前后的碳储量变化,定量分析了人工灌丛化对生态系统碳储量和组分的影响。结果表明:(1)结合Biome-BGC模型和Logistics生长模型可以较准确地模拟出荒漠草原人工灌丛化过程中生态系统碳储量的变化。(2)人工灌丛化会快速改变荒漠草原的碳储量累积特征,柠条灌木种植后的快速生长阶段极大增强了生态系统的总碳储量,导致生态系统的碳储量特征由草地型向灌木型转变。(3)人工灌丛化改变了生态系统各类型碳储量的组分结构,其对地上植被和枯落物碳储量的影响非常明显,灌丛化后生态系统的植被和枯落物碳分别增加了6倍和1.76倍;因植被碳向土壤碳转化过程较慢,故人工灌丛化对地下土壤碳储量的影响在短期内较为微弱。以上结果显示,荒漠草原人工灌丛化能显...     

黄土高原4种典型植被对土壤活性有机碳及土壤碳库的影响

对黄土高原丘陵沟壑区4种典型植被(荒草地、文冠果林地、柠条灌丛、沙棘林地)进行了活性有机碳(MBC,Microbial Biomass Carbon;EOC,Easily Oxidated Carbon;POC,Particle Organic Carbon)及有机碳的测定,结果表明:4种植被土壤活性有机碳含量随着土层深度的增加呈逐渐降低的趋势,土壤有机碳为文冠果林地荒草地沙棘林地柠条灌丛,且差异显著(P0.05)。荒草地0—40 cm范围内土壤MBC含量分别比文冠果林地、柠条灌丛、沙棘林地显著降低了8.61%、23.84%、41.42%(P0.05);荒草地土壤POC含量分别比文冠果林地、沙棘林地降低了14.47%、16.67%,比柠条灌丛POC高出了25.00%;但荒草地土壤EOC含量、碳库活度及碳库管理指数均显著高于其他3种植被类型(P0.05)。4中植被类型中沙棘林地土壤微生物熵(SME,Soil Microbial Entropy)最大,而柠条灌丛土壤有机碳储量最小。土壤SOC与土壤EOC、有机碳储量(SOCS,Soil Organic Carbon Storage)显著相关(P0.05),而土壤SOC与POC呈极显著的相关(P0.01);土壤EOC与土壤POC显著相关(P0.05),但土壤MBC与SOC、POC、EOC、SOCS均呈现出不同程度的负相关性。因此土壤活性有机碳能客观反映土壤肥力和土壤质量的变化情况,是描述土壤质量和评价土壤管理的重要指标。     

柠条锦鸡儿和沙拐枣主根暴露后的生理响应及抗逆机理

风蚀是固沙植物根系暴露的主导因素。在宁夏白芨滩国家级自然保护区对8年生的柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）和沙拐枣（Calligonum mongolicum）成株进行3个深度（10、20、30 cm）的主根暴露处理,并揭示其生理过程及适应机理。结果表明：（1）柠条锦鸡儿主根暴露10 cm的各项生理指标在21 d内与对照间均无显著差异,暴露至30 cm深度其MDA含量、Pro含量、叶绿素含量、Chl （a/b）、CAT活性在第7天均与对照间存在显著差异,至第21天又恢复至对照组水平,可溶性糖和SOD与对照间始终无显著差异,由此判断主根暴露10 cm对柠条锦鸡儿未产生逆境胁迫,暴露30 cm深度后的7 d内通过启动以游离脯氨酸为主的渗透调节系统以及增强CAT活性清除H₂O₂,使其逐渐恢复至生理稳态;（2）沙拐枣根系暴露10 cm的第7天通过可溶性糖的积累和Chl （a/b）的升高调节生理稳态,暴露20、30 cm深度的第14天和第21天,SOD、CAT、叶绿素含量较对照均显著下降（P<0.05）,即其抗氧化酶系统开始紊乱,光合作用下降。综上,主根暴露30 cm深度仅在暴露早期对开花期的柠条锦鸡儿生理有影响,而展叶期的沙拐枣在根系暴露20 cm深度以上,即表现出中重度干旱胁迫响应。     

控制降水梯度对荒漠草原优势植物叶功能性状及土壤养分的影响

探究植物叶功能性状随降水梯度的变化规律,对揭示干旱区优势植物对环境变化的响应和适应策略至关重要。以盐池荒漠草原为研究对象,采用遮雨棚和喷灌系统控制降水梯度,分析了优势植物蒙古冰草（Agropyron mongolicum）、短花针茅（Stipa breviflora）及达乌里胡枝子（Lespedeza davurica）叶功能性状变异,以及土壤水分、养分和微生物特性与响应性状间的相关关系。结果表明：HW（增水50%）处理下3个植物LA（叶面积）、LDMC（干物质含量）显著增大,LW处理（减水50%）下短花针茅和达乌里胡枝子LA、LDMC显著减小,降水处理对短花针茅和达乌里胡枝子SLA（比叶面积）影响不显著,LW处理显著提高了蒙古冰草SLA;LW处理显著提高了蒙古冰草和短花针茅LNC（叶氮含量）和LPC（叶磷含量）;HW显著降低了土壤C、N含量,LW和HW均显著减少了真菌数量,而放线菌数量、微生物生物量C、N显著增加;3种优势植物LA均与土壤水分显著正相关,蒙古冰草和短花针茅通过提高SLA、LNC及LNP来适应干旱生境,蒙古冰草和短花针茅LNC及LNP是表征土壤P、微生物生物量有效性的关键指标,达乌里胡枝子通过自我调节养分利用策略来适应C、N、P含量和微生物活性较低的生境,从而决定其在群落中的优势地位。     

荒漠草原人工灌丛化对蒸散发及其组分的影响——以盐池县为例

我国西北防沙治沙工程中大量的种植中间锦鸡儿(Caragana intermedia)会导致荒漠草原发生灌丛化现象,研究人工灌丛化对荒漠草原蒸散发的影响,不仅能够揭示半干旱区人为活动对生态系统水循环的影响机理,还可以指导区域生态治理实践。以宁夏盐池县荒漠草原为例,基于植被的生理生态参数和荒漠草原水热条件,采用生物地球化学模型(Biome Bio-Geochemical Cycles,Biome-BGC)和地球呼吸系统模拟模型(Breathing Earth System Simulator,BESS)结合的方法,模拟荒漠草原生态系统人工灌丛引入前后蒸散发及其组分的变化,定量研究荒漠草原人工灌丛化对区域生态水文循环中蒸散发的影响。结果表明,人工灌丛的引入使植被结构及特征发生了变化,叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)年最大值由0.20增加为0.67,改变了植被年内与年际变化特征。荒漠草原人工灌丛化后,生态系统年均蒸散发由251.74 mm增加到了281.42 mm;人工灌丛化对生长季的蒸散发增强明显,8月蒸散发峰值时,日均蒸散发由1.27 mm/d增加到1.56 mm/d。灌丛化过程使生态系统蒸腾量平均增加了1.35倍,蒸发量增加了1.06倍,改变了生态系统蒸散发的组分结构,导致蒸发比例降低、蒸腾比例增高。由此可知,荒漠草原在防沙治沙和生态治理中大量种植灌木的现象,加大了区域生态系统的蒸散发,并改变了水分耗散结构,从而对生态系统地气水汽交换有较大影响,研究结论对荒漠草原生态治理及未来的植被重建有一定的借鉴意义。     

荒漠草原4种典型植物群落枯落物分解速率及影响因素

测定荒漠草原甘草、赖草、蒙古冰草以及黑沙蒿等植物群落枯落物分解过程中质量损失量分析荒漠草原枯落物分解速,同时通过枯落物自身化学成份、含水率的测定,结合气候因子进行偏相关分析,探讨荒漠草原枯落物分解的影响因素。结果表明:荒漠草原4种植物群落枯落物的质量累积损失率随分解时间的延长而增加,但枯落物分解的质量损失量与时间并不呈线性相关;4种群落枯落物质量损失量大小依次均为:甘草群落赖草群落蒙古冰草群落黑沙蒿群落;荒漠草原枯落物分解采用单指数衰减的Olson模型拟合效果较好,4种植物群落中甘草群落枯落物分解最快,黑沙蒿群落分解最慢;蒙古冰草、赖草和甘草群落枯落物中N、P、K的含量显著高于黑沙蒿群落,但是C、木质素、纤维素、C/N、木质素/N和纤维素/N值则显著低于黑沙蒿群落枯落物,蒙古冰草群落、甘草群落、赖草群落和黑沙蒿群落4种群落枯落物分解速率(k)与枯落物初始N、P、K含量均呈显著正相关;偏相关分析表明,4种植物群落枯落物分解速率与降雨量、枯落物自身含水量的偏相关系数达显著水平,其余因子偏相关系数均未达显著水平。结合上述研究可以确定荒漠草原枯落物分解50%所需时间为2—5a,分解95%需8—24a。