乌兰布和沙漠典型灌木群落结构及数量特征

灌木群落是乌兰布和沙漠生态系统中最重要的组成部分,根据野外样地的调查资料,从各群落物种组成、生活型谱、盖度特征、物种多样性、群落相似性等方面对乌兰布和沙漠中典型灌木群落结构和数量特征进行分析,为该区生物多样性保护与植物资源持续利用提供理论依据。结果表明:(1)梭梭、白刺、沙冬青、沙蒿、油蒿、盐爪爪是乌兰布和沙漠中主要灌木群落类型;各典型灌木植被群落中仅出现12科47属共计58种植物,各群落间物种组成差异较大,但均以藜科、菊科、禾本科、蒺藜科、豆科等干旱荒漠区的表征科数量居多;(2)沙漠中分布范围最广的梭梭群落、白刺群落、沙冬青群落和油蒿群落其生活型谱均以一年生植物所占比例最大,与研究区干旱的气候特征相吻合;(3)各群落中灌木层植物所占群落盖度的比重均超过了50%,其贡献率大于草本植物;(4)分布于生境条件较好的群落类型其物种多样性相对较高,从整体看各典型灌木群落的H′多样性指数的变化范围在0.98～3.42之间,而D多样性指数的变化范围在0.415 5～0.879 5之间,其物种多样性指数较低,物种组成比较简单;(5)各典型植物群落的相似性系数在0.068 2～0.604 7之间,均未达到极相似水平,其中白刺群落、梭梭群落以及沙冬青群落之间呈轻度相似水平,而其他各群落之间相似性系数均低于0.25,表明各群落间生境差异较大。     

嘉峪关草湖湿地土壤水分含量与植被盖度的空间格局

土壤水分含量是植被格局形成和演变的主要因素。探讨干旱区盐沼湿地土壤水分含量的空间异质性,有助于揭示湿地植物的环境适应机理和土壤水分与湿地植物的相互关系。本研究利用地统计学方法建立了嘉峪关草湖湿地3个不同长势(植被盖度高、中、低)假苇拂子茅(Calamagrostis pseudophragmites)单优种群斑块土壤(0～90 cm)水分含量与植被盖度的变异函数理论模型,以Kriging插值法绘制了土壤水分含量与植被盖度的空间格局分布图,采用Moran I系数确定了湿地土壤水分含量和植被盖度的空间自相关关系,分析了湿地土壤水分含量与植被盖度的空间异质性及其相互作用关系。结果表明:草湖湿地样地土壤的平均含水量为湖边干湖沙丘间平地;盐分平均含量为干湖湖边沙丘间平地;在斑块尺度上,土壤水分含量和植被盖度均符合正态分布;各层土壤水分含量和假苇拂子茅盖度的空间结构均具有明显的斑块状分布特点,且均存在高度的空间异质性; 3个样地各层土壤的水分含量和植被盖度均具有空间正相关性和空间集聚特征,60～90 cm土壤水分含量的空间集聚强度较0～30和30～60 cm土层更大,湖边样地植被盖度空间集聚特征更明显。假苇拂子茅最大限度利用土壤水分资源,提高了其对干旱生境的适应力,且在一定程度上影响小尺度土壤水分的空间分布格局。     

民勤绿洲-荒漠过渡带植被梯度特征及其土壤水环境

民勤绿洲-荒漠过渡带的植被和土壤水环境随着与绿洲距离的增加具有明显的空间异质性,在景观分异角度沿绿洲至荒漠方向可划分为4个区段。本文研究了各景观区段上的植被特征以及各区段丘间地及灌丛沙包土壤水分特征。结果表明:过渡带植被总盖度约为36%,灌木盖度为18.7%,草本盖度为18.0%,物种丰富度为19。区段1至区段4,物种组成、植被盖度、优势种、建群种均表现出与各区段立地条件相适应的特征,呈现出大灌木→草本→小灌木→草本的格局,对应的地貌呈现出固定→半流动→半固定→流动的格局。各区段丘间地土壤含水量垂直分布差异较大,5～60cm为降水主要持水层;因弱透水层的出现,区段1至区段3在60～180cm含水量出现了第二次波动,水分在弱透水层上的积累为地上植物的生存提供了重要的补给。沙包内土壤含水量从区段1到区段3显著减少。     

短命植物分布与沙垄表层土壤水分的关系——以古尔班通古特沙漠为例

于2002年3月至2002年8月,对古尔班通古特沙漠南部短命植物分布和沙垄表层30cm厚土壤水分间的关系进行了系统监测和研究．结果表明,早春表层土壤水分在个体沙丘表面的分异直接影响到短命植物的分布．4月下旬,垄间、两坡和垄顶土壤含水率依次为4．62％、3．98％和2．01％,相应的短命植物平均盖度于5月中上旬依次为51．8％、38．2％和4．4％．5月中旬后,短命植物的分布又改变了表层土壤水分分布,上述各地貌部位的土壤含水率依次为1．0096、1．9096和2．45％,形成垄顶最高、两坡次之、垄间最差的新的空间分布格局。     

民勤荒漠区主要植物群落的稳定性及生态效应

以民勤荒漠区5种主要植物群落10个样方12年的定位观测资料为基础,运用植被盖度和投影盖度2个指标对荒漠区植物群落的稳定性及其生态效应进行分析,以期阐释随着全球变暖荒漠植物群落的稳定性和生态效应的变化规律。观测结果表明,沙蒿(Artemisia arenaria)的植被盖度和麻黄(Ephedra przewalskii)的植被盖度以及沙蒿的投影盖度和梭梭(Haloxylon ammodendron)人工林的投影盖度显著下降,白刺(Nitraria tangutorum)的植被盖度亦下降。分析结果表明:(1)植被盖度相对较低的群落的稳定性较强,而植被盖度相对较高的群落的稳定性相对较差。(2)当年降水量是决定植被盖度及其投影盖度的关键因子。(3)单位面积的白刺的生态功能最大,其次是麻黄,再次是白刺+梭梭,单位面积的沙蒿的生态功能最低。荒漠区植被稀疏,植株枝条分布极不规则,以冠幅计算所得的植被盖度不能反映植被实际覆盖地表的状况。     

毛乌素沙地生物土壤结皮对油蒿水分吸收的影响模拟

植物可利用水分是决定沙生灌木生长的主要因子,生物土壤结皮(简称生物结皮)在降雨期影响降水入渗,而在干旱期改变土壤蒸发,从而影响土壤水分分布,最终可能影响灌木水分吸收。然而,关于不同降水条件下生物结皮对灌木水分吸收和水分胁迫的影响机制认识不清。以油蒿为研究对象,基于试验数据和1990—2019年气象数据,采用数学模拟,定量研究了毛乌素沙地不同降水条件下生物结皮对土壤水分分布和油蒿水分吸收的影响,评价干旱期生物结皮对油蒿水分胁迫的影响。结果表明：与无结皮处理相比,生物结皮处理的土壤蒸发降低了5.1%;生物结皮改善了干旱期的土壤水分条件;生物结皮降低了植物水分胁迫的比例,平均降低比例为8.1%;生物结皮提高了植物水分吸收,平均增加比例为12.8%;生物结皮和对照植物水分吸收的比值随季节降水量的增加而降低,均值为1.13。综上,生物结皮的出现并未消极地影响沙生灌木的水分吸收。研究结果有助于理解生物结皮与灌木的共生或竞争关系。     

两类植物型沙丘上植物群落的异同及其对沙丘形态的响应

为探究相同环境条件下发育的两类植物型沙丘上植物群落的异同点,以及相异点与沙丘形态的关系,对毛乌素沙地南缘盐碱地上相间分布的抛物线形沙丘和白刺灌丛沙丘分别进行形态学、植物群落学及土壤理化性质的调查分析。结果显示:抛物线形沙丘的水平尺度虽为白刺灌丛沙丘的12-23倍,但两类沙丘上物种数相当,其植物分属12科31属39种和12科30属33种,均以菊科、藜科、禾本科、豆科植物为主(占70%以上),其中共有植物17种,群落相似度0.66;两类沙丘上的群落建群种不同,优势种的重叠度较低,抛物线形沙丘的不同部位共统计到7个植物群丛,可分为沙生植物群落和喜湿耐盐碱群落,白刺灌丛沙丘上均以白刺为建群种,油蒿、冰草、雾冰藜、沙蓬、狗尾草为主要优势种;沙丘形态造成其不同部位风沙活动及土壤水分、PH值和全盐含量的差异是两类沙丘上植物群落相异的重要影响因素。     

毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤水分和植被空间格局

应用地统计学和经典统计学方法,对毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤水分和植被特征的空间分布格局及其相互关系进行研究,结果表明: 0-5 cm和5-10 cm土壤水分符合指数模型,10-15 cm土壤水分和植物群落物种数、植被盖度、植被密度都符合球状模型;0-5 cm土壤水分、植物群落物种数和植被盖度都具有强空间自相关性,5-10 cm、10-15 cm土壤水分和植被密度都具有中等程度的空间自相关性;从牛枝子群落到黑沙蒿群落,各层土壤水分与植物群落物种数之间具有相似的空间格局,都呈先升高后降低的变化趋势,而植被盖度和植被密度呈逐渐减小的变化趋势;0-5 cm土壤水分与植物群落物种数之间具有显著的正相关,是制约植被物种空间分布的关键因素。     

腾格里沙漠人工植被区固沙灌木影响深层土壤水分的动态模拟研究

灌木是我国沙漠地区主要的优势植物类型,固沙灌木的存在有益于沙丘的固定进而有利于退化沙漠生态系统的生态恢复。基于腾格里沙漠沙坡头地区50多年的人工植被区长期观测研究,建立生态-水文模型模拟了该地区固沙灌木盖度和深层土壤水分的动态变化过程,结果表明,固沙灌木的建立改变了沙区原有的生态-水文过程,在固沙灌木建立40多年后,固沙灌木的盖度和深层土壤水分达到了新的平衡状态。灌木盖度逐渐稳定在(10±0.9)%左右,而深层土壤水分稳定在(2.58±0.2)%左右。因此,在年均降雨量为186mm的腾格里沙漠沙坡头地区,土壤水分的最大植被承载力为:灌木和生物土壤结皮的盖度分别维持在10%和60%,深层土壤水分维持在3%左右。     

不同龄阶梭梭根区土壤水分时空变化特征

土壤水是荒漠植被发育最主要的制约因子。不仅影响植物的生长和发育,还限制着植被的种类、数量和分布。梭梭作为北方荒漠区重要的固沙植物,研究梭梭林地土壤水分动态对其植被生存或恢复以及群落稳定性维持具有重要意义。鉴于少有学者研究过不同龄阶梭梭根区的土壤含水率差异,于2014年2月至2014年11月,采用中子仪法和烘干法对0—400 cm沙层土壤含水率进行了原位观测,分析了不同龄阶梭梭根区土壤水分的时空变化规律。结果表明:(1)梭梭根区土壤水分时间变化可分为4个阶段:2月下旬—3月下旬是土壤水分快速补给期,4月上旬—5月下旬是土壤水分均衡期,6月上旬—10月下旬是土壤水分耗损期,11月上旬—次年2月中旬是土壤水分稳定期;(2)梭梭根区0—50 cm土层,受降雨、融雪水入渗补给和蒸发的影响较大,土壤水分变异系数较大且随深度增加迅速减小,50 cm以下土层变异系数较小且随深度变化微小;(3)不同龄阶梭梭根区剖面平均土壤含水率全年与春、夏、秋季均表现为:枯树成熟梭梭中龄梭梭裸地;(4)随距梭梭树干距离的增大(0—5 m范围内),土壤含水率整体呈减小趋势;降雨前后,梭梭根区浅层(0—10 cm)土壤含水率增量大于裸地土壤含水率增量。     

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     

古浪县北部荒漠植被主要植物种的生态位特征

利用Shannon-Wiener生态位宽度公式和Pianka生态位重叠公式,计测分析了甘肃省古浪县北部荒漠植被主要植物种在不同植被演替阶段的生态位宽度和生态位重叠。结果表明:在流动沙地上花棒的生态位宽度最大,其次是沙蒿;在半固定沙地上白刺的生态位宽度最大;在固定沙地上,不论是封育植被还是未封育植被中均是花棒的生态位最宽。同一植物种的生态位随着植被演替阶段的变化而发生变化,这种变化反映了不同演替阶段下的植被恢复效果。优势种的生态位重叠大,生态位宽的物种对重叠值也大,相同物种对在不同演替阶段的生态位重叠不一致。有些物种生态位宽度窄,但重叠值大,是由荒漠植被区物种分布存在生境斑块现象造成的。     

Woody plant encroachment impacts on soil carbon and microbial processes: results from a hierarchical Bayesian analysis of soil incubation data

Quantitative methods were used to examine soil properties and their spatial heterogeneity in a 0-year fenced mobile dune (MD0), an 11-year fenced mobile dune (MD11) and a 20-year fenced mobile dune (MD20) in Horqin Sandy Land, Northern China. The objective of the study was to assess the effect of vegetation restoration on heterogeneity of soil properties in sand dunes and to provide a concept model to describe the relationship between vegetation succession and spatial heterogeneity variation of soil properties in the dunes. The results showed that the average values of vegetation cover, species number and diversity, soil organic carbon (C), total nitrogen (N), and electrical conductivity (EC) increased with the increase in fenced age of mobile dunes, while soil water content (0–20 cm) showed the reverse trend. Geostatistical analysis revealed that the spatial heterogeneity of soil organic C, total N, EC, very fine sand content, and soil water content (0–20 cm) increased from MD0 to MD11 with succession from sand pioneer plant to shrub species then decreased from MD11 to MD20 due to continuous development of herbaceous plants. Canonical correspondence analysis (CCA) showed that there was a relatively high correspondence between vegetation and soil factors, suggesting that the major gradients relating soil organic C, total N, EC, pH, slope, very fine sand content, and soil water content are the main factors for the distribution of dune plants and account for 68.1% of the species-environment relationship among the three sites. In addition, the distribution of the sand pioneer plant was positively related to the relative height of the sampling site and soil water content, and that of most herbaceous plants were determined by soil organic C, total N, EC, pH, and very fine sand content in mobile dunes. The conceptual model of relationship between vegetation succession and spatial heterogeneity of soil properties in mobile dunes suggests spatial patterns of soil properties are most strongly related to plant-induced heterogeneity in dune ecosystems prone to wind erosion, and conversely, the magnitude and degree of spatial heterogeneity in soil properties can influence the plant distribution pattern and vegetation succession of mobile dunes.     

腾格里沙漠东南缘白刺种群性状对沙埋的响应

运用实验生态学和数量生态学方法,研究了腾格里沙漠东南不同沙埋程度的白刺(Nitraria tangutorum)种群特征,并就各特征与沙埋深度的关系进行了分析.结果表明:强沙埋条件(湖盆低地)白刺种群特征均值都大于弱沙埋条件(山前冲积扇),但白刺种群各特征变异却是强沙埋条件小于弱沙埋条件;除弱沙埋条件白剌种群密度外,其他各性状都与沙埋有着显著相关关系;强沙埋条件的种群各性状发育最适沙埋深度均大于弱沙埋条件下;不论沙埋深度强弱和最适沙埋深度的高低,白刺种群各性状发育均受最适沙埋深度制约;低于最适沙埋深度,沙埋深度增加促进种群性状发育,高于最适沙埋深度,沙埋深度增加抑制种群性状发育.白刺种群各性状对沙埋深度的响应主要体现在高生长和生物量上:盖度和密度的发育不仅受沙埋的影响,更主要是受沙埋深度影响下的其他资源特别是水分的限制.     

白刺沙包浅层土壤水分动态及其对不同降雨量的响应

以乌兰布和沙漠典型白刺沙包为研究对象,使用EC-5土壤水分传感器对其浅层(0—50 cm)土壤水分进行长期连续监测,分析了白刺沙包不同深度土层对不同降雨量的响应及整个生长季的土壤水分动态特征。结果表明:降雨是乌兰布和沙漠白刺沙包土壤水分的最重要补给源,降雨量大小是影响浅层土壤水分补给深度的决定因素。小于10 mm的降雨完全被表层(0—10 cm)土壤吸收,无法补给10 cm以下土壤水分;10—20 mm的降雨对土壤水分的补给深度达到20 cm;20—30 mm的降雨对土壤水分的补给深度达到40 cm,大于30 mm的降雨补给深度可达到50 cm,甚至更深土层。在研究区降雨量以小于20 mm降雨为主的情况下,20 cm以下土层土壤水分逐步恶化,久之将有利于浅根系草本植物的生长,不利于白刺的生长繁殖。因此,这种降雨格局将对浅层土壤水分及植被演替产生重要影响。     

荒漠绿洲边缘区泡泡刺种群对风沙干扰的响应

研究了位于黑河中游荒漠绿洲外缘 (荒漠与绿洲过渡带 )戈壁与沙漠两种生境下泡泡刺种群对风沙干扰的响应。结果表明 ,因风沙干扰的响应 ,泡泡刺种群以斑块状格局形式存在 ;独立灌丛沙堆的形成途径主要有 4种 :种子发育、根蘖繁殖、较大的沙堆退化 (生境破碎化 )和邻近沙堆的兼并。水分条件是泡泡刺种群生长的重要制约因素 ,长期对有限的水分资源竞争 ,使其大小和空间分布都形成了明显的特征。绿洲与戈壁交错带 (类似戈壁生境 )样地的泡泡刺种群的沙埋深度、种群高度、种群盖度、种群大小、生物量都小于绿洲与沙漠交错带 (类似沙漠生境 )样地的泡泡刺种群的相应的种群特征变量 ,而绿洲与戈壁交错带样地的泡泡刺种群密度却大于绿洲与沙漠交错带样地的相应的种群特征变量。绿洲与戈壁交错带样地的泡泡刺种群密度为33.3株 / m2 ,而绿洲与沙漠交错带样地的泡泡刺种群密度为 2 5 .4株 / m2 。两样地泡泡刺种群的沙埋深度、种群高度、盖度、密度及大小存在着显著差异 ,只有生物量无显著差异。两样地中泡泡刺的沙埋深度对泡泡刺种群特征的影响明显 ,无论戈壁还是沙漠生境 ,沙埋深度与种群高度、种群大小、种群生物量明显正相关。适度沙埋可以促进泡泡刺种群的生长 ,但当沙埋深度超过10 0 cm时 ,又会对泡泡刺种群     

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.     

Changes in vegetation and soil characteristics in coastal sand dunes along a gradient of atmospheric nitrogen deposition

A field survey was conducted to detect signals of atmospheric nitrogen (N) in 11 dune systems along a nitrogen deposition gradient in the United Kingdom. In the mobile and semi-fixed dunes, above-ground biomass was positively related to N inputs. This increase was largely due to increased height and cover of Ammophila arenaria. In the long term, this increased biomass may lead to increased organic matter accumulation and consequently accelerated soil development. In the fixed dunes, above ground biomass also showed a positive relationship with N inputs as did soil C : N ratio while soil available N was negatively related to N inputs. Plant species richness was negatively related to N inputs. In the dune slacks, while soil and bulk vegetation parameters showed no relationship with N inputs, cover of Carex arenaria and Hypochaeris radicata increased. Site mean Ellenberg N numbers showed no relationship with N deposition either within habitats or across the whole dataset. Neither abundance-weighting nor inclusion of the Siebel numbers for bryophytes improved the relationship. The survey reveals that the relationships of soil and vegetation with atmospheric N deposition vary between sand dune habitats but, despite this variability, clear correlations with N inputs exist. While this survey cannot establish causality, on the basis of the relationships observed we suggest a critical load range of 10 - 20 kg N ha(-1) yr(-1) for coastal sand dunes in the UK.