河西绿洲边缘积沙带的生态意义

半个多世纪的防沙治沙,在甘肃河西绿洲边缘上风向形成了一条积沙带。积沙带作为防沙治沙的副产物,具有怎样的生态功能,有何生态意义?通过全面考察河西绿洲边缘积沙带并运用21个样点资料进行了分析。结果表明:1)积沙带作为绿洲边缘防沙固沙的副产物,其自身也具有防风阻沙的功能,积沙带的形成有利于绿洲边缘的防风阻沙。2)高度是表征积沙带防御风的功能的一个重要指标,积沙带越是高大,防御风的范围就越大。3)目前,河西绿洲边缘积沙带处于发育状态。只要控制了积沙带就能有效控制流沙侵入农田。今后应将绿洲边缘防沙治沙的重点放在积沙带上,尤其是积沙带的沙脊线上,而对荒漠-绿洲过渡带(阻沙带)实行封育,无需采取其他投入措施,这样就可以大面积压缩实施人工措施的范围,大大降低防沙治沙的资金投入,提高防沙治沙的投资效益。     

河西绿洲边缘积沙带的稳定性及其生态效应

甘肃河西沙区经过60多年的防沙治沙,在绿洲边缘尤其是上风向形成了一条积沙带。积沙带作为绿洲边缘造林固沙和沙障固沙过程中的副产物,其稳定性如何?又具有什么样的生态效应呢?本文分析了甘肃河西沙区绿洲边缘积沙带上21个样点风速、风向等观测资料。结果表明:1)河西沙区绿洲边缘积沙带均处于稳定状态。2)积沙带具有显著的防风作用,且防御风的作用随风速的增大而增强,当风速≥2 m·s-1时,积沙带下风向防风距离大于积沙带高度的20倍。风速越大,则沙丘下风向降低风速越明显。3)高度是表征积沙带防风功能的一个重要指标,而当风速≥8 m·s-1时,积沙带顶部风速小于上风向空旷风速。4)气流到达积沙带迎风坡时,通过沿坡面抬升和向两翼分流2种方式释放能量并降低流速。风向偏转会降低迎风坡主风方向的风速。     

河西绿洲边缘积沙带与环境因子的关系

绿洲边缘积沙带的形成是一个新的科学问题。甘肃河西地区经过半个多世纪的防沙治沙,在绿洲边缘形成了一条积沙带。为了研究积沙带的形成及其与环境因子的关系,本文对河西走廊东端至走廊中西部绿洲边缘的积沙带进行了调查。结果表明:1)河西走廊东端至中西部绿洲边缘积沙带平均高12.77m,平均带宽308.48m。2)积沙带的宽度与高度呈显著正相关;积沙带的高度与当地的年降水量和年平均风速呈显著正相关;积沙带的增高速率与当地年降水量和年平均风速呈正相关。3)降水条件是决定积沙带高度的关键因子,其次是年平均风速。4)在高大沙丘顶部设置柴草沙障,能促使积沙带(沙丘)继续增高。     

民勤绿洲边缘积沙带植物群落健康分析

甘肃河西走廊经过60多年的防沙治沙,在绿洲边缘形成了一条积沙带。其中,民勤绿洲边缘积沙带相对最典型、最完整。积沙带上的植被不仅是积沙带的形成因素,更是维持积沙带稳定的重要因素。从一定意义上说,积沙带上植被的健康状况,决定着积沙带的稳定性。为了分析积沙带上的植被状况,在民勤绿洲边缘积沙带上等间距设定了11条样线,通过60多个样方的植被调查,对民勤绿洲边缘积沙带上植物群落进行了健康序列分析。结果表明:民勤绿洲边缘积沙带上的植被普遍是不健康的,民勤绿洲边缘人工固沙林积沙带上的植被健康状况相对好于天然灌丛积沙带上的植被健康状况,乔灌混交林积沙带上的植被健康状况最差。民勤绿洲下游积沙带上的优势种植物柽柳严重枯死,健康状况最差,积沙带潜在风蚀活化的危险。农田弃耕后,沙区农田边缘防护林及其积沙带的保护是一个新的值得考虑的问题。     

民勤绿洲边缘积沙带的稳定性动态

甘肃河西走廊经过60年的防沙治沙,在绿洲上风向边缘形成了一条流沙堆积带,即积沙带。其中,民勤绿洲上风向边缘的积沙带最高大、最连续。为了揭示积沙带的稳定性动态,在民勤绿洲上风向边缘设置11条观测样线,从2016年11月上旬至2019年4月上旬进行了7次风蚀积沙观测和沙面特征点位移观测。民勤绿洲上风向边缘积沙带按形成方式可分为人工固沙林积沙带、天然灌丛积沙带和乔灌木混交单行林积沙带。结果表明:人工固沙林积沙带风蚀最严重且前移速率最快,天然灌丛积沙带次之;风蚀程度越轻则积沙带前移速率就越慢,草本植物盖度越高沙面风蚀程度就越轻,积沙带前移速率就越慢。草本植物盖度与沙面稳定性二者相辅相成;积沙带迎风坡为风蚀面,而背风坡为积沙面,一蚀一积,维持着积沙带的前移及其动态稳定性。     

民勤绿洲边缘积沙带植物群落健康序列分析

甘肃河西走廊经过60多年的防沙治沙,在绿洲边缘形成了一条积沙带。其中,民勤绿洲边缘积沙带相对最典型、最完整。积沙带上的植被不仅是积沙带的形成因素,更是维持积沙带稳定的重要因素。从一定意义上说,积沙带上植被的健康状况,决定着积沙带的稳定性。为了分析积沙带上的植被状况,在民勤绿洲边缘积沙带上等间距设定了11条样线,通过60多个样方的植被调查,对民勤绿洲边缘积沙带上植物群落进行了健康序列分析。结果表明:民勤绿洲边缘积沙带上的植被普遍是不健康的,但相对本文的健康序列看,民勤绿洲边缘人工固沙林积沙带上的植被健康状况相对好于天然灌丛积沙带上的植被健康状况,乔灌混交林积沙带上的植被健康状况最差。民勤绿洲下游积沙带上的优势种植物柽柳严重枯死,健康状况最差,积沙带潜在风蚀活化的危险。农田弃耕后,沙区农田边缘防护林及其积沙带的保护是一个新的值得考虑的问题。     

绿洲-荒漠交错带环境特征初步研究

以甘肃省石羊河下游的民勤绿洲为例,对其绿洲外围与荒漠交错地带的植被和植被关系密切的灌丛沙包特征进行了系统研究,结果表明,由于生态交错带边缘效应的存在,植被盖度的变化呈现绿洲附近与交错带外围靠近流沙的地方较低,而位于流沙和绿洲之间的部分相应较高,植被盖度较高的部位主要集中于自流动沙丘至绿洲外600m处,而非紧靠近绿洲、这与地下水自沙漠向绿洲方向运移有关,在绿洲外缘300～600m的范围内植被盖度出现下降,原因可能与绿洲荒漠交错带界外区的形成有关,说明研究区绿洲0～600m范围即是该区域绿洲界外区的存在区域,灌丛沙包上的裸沙率以绿洲界外区为最大,大量沙包裸露,可致沙子的活动性增强,因此该地带是对绿洲土地造成沙质荒漠化的最大流沙来源。     

黄土丘陵区坡面植被盖度及其配置格局的水蚀效应模拟

黄土高原因土壤侵蚀严重被视为生态脆弱地带,探讨植被盖度及其所处坡位对土壤侵蚀的响应,对坡面侵蚀产沙的预测和调控具有重要意义。基于WEPP模型情景模拟,分析了分布广泛、耐旱性强的长芒草和典型恢复灌木植被柠条在不同雨强(0.5、1.0、1.5 mm/min)、不同植被盖度(20%、40%、60%、80%)和不同坡位(坡上、坡中、坡下)条件下的土壤侵蚀变化情况,运用双因素方差分析和相关贡献指数阐明坡面侵蚀产沙特征对坡位和植被盖度交互作用的响应,并提出植被配置的优化模式。结果表明:(1)提高植被有效覆盖度是减小土壤侵蚀的重要举措,且当植被分布在下坡位时坡面土壤侵蚀最少;(2)植被盖度可以有效减少产沙量。小雨强时,柠条和长芒草随盖度增加对泥沙的拦截率分别从38%增加到90%,64%增加到96%;中、大雨强时,植被盖度小于20%或者大于80%时,长芒草坡面产沙量大于柠条坡面。盖度为40%—60%时,长芒草坡面产沙量小于柠条坡面;(3)双因素方差分析表明:坡位和植被盖度对坡面侵蚀产沙量有极显著的影响(P0.001);当植被是长芒草时,坡位和植被盖度交互作用对坡面侵蚀产沙有显著影响(P0.01),植被是柠条时,坡位和植被盖度交互作用对坡面侵蚀产沙作用不显著;(4)通过模拟柠条和长芒草不同配置情景得出:长芒草分布在坡面下部产沙量较小,且当柠条和长芒草配比为1∶2时产沙量最小。     

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。     

沙蒿与油蒿灌丛的防风阻沙作用

沙蒿与油蒿广泛分布于我国沙漠地区,是沙地植被的重要建群种和优势种。在腾格里沙漠南缘半流动沙地,实测了两种典型固沙植物沙蒿与油蒿的防风阻沙作用,从灌丛空间构型对比分析了其防风阻沙机制。结果表明,沙蒿与油蒿灌丛均具有明显的降低风速作用,但油蒿灌丛较沙蒿灌丛具有更显著的防风作用,而且对灌丛后不同位置、近地面不同高度层风速的降低程度明显不同。在灌丛后6倍株高范围内,沙蒿灌丛对50cm高度风速降低程度显著大于20cm,而油蒿灌丛对近地面20cm高度层风速降低程度显著大于50cm。在相同风速下,油蒿灌丛后20cm高度平均风速是沙蒿灌丛的1/2,而50cm高度平均风速与沙蒿灌丛相近。同时,沙蒿灌丛阻沙作用弱,而油蒿灌丛具有明显的阻沙作用,单株积沙体积达到45.2±16.1dm3,积沙重量达到72.1±25.7kg,油蒿灌丛积沙量大小与灌丛结构间存在显著的正相关。研究表明,紧密型结构的油蒿灌丛是较松散型结构沙蒿灌丛更为理想的防风固沙植物,其灌丛分枝数多、分枝角度小、生物量大且多分布在近地面层是具有显著防风阻沙作用的根本原因,该结论可为干旱区防风固沙植被建设物种选择提供依据。     

The eco-hydrological threshold for evaluating the stability of sand-binding vegetation in different climatic zones

Soil moisture dynamics are a determinant of the sustainable development of artificial sand-binding vegetation, which directly prevents and controls desertification and sand hazards, such as the sand burial of farmlands and pastures. How to maintain the stability of sand-binding vegetation is a challenge for ecologists and land managers. An eco-hydrological model coupling the dynamics of sand-binding vegetation cover and soil moisture was used to explore the effect of a stochastic daily precipitation regime on soil moisture and vegetation cover after the establishment of sand-binding vegetation. The simulation results indicate that herbaceous vegetation cover, woody vegetation cover and soil moisture increase nonlinearly with increasing annual rainfall. Specifically, herbaceous vegetation cover first increased and then decreased with increasing annual rainfall. Woody vegetation cover increased by a power-law function within the total community cover, and soil moisture increased exponentially. The eco-hydrological thresholds in different climatic zones and in typical revegetated sandy desert regions of China were determined using an eco-hydrological model. These indexes will not only help to promote dryland ecosystem management and maintain the sustainability of wind-breaks and sand-binding benefits but will also provide a quantifiable reference standard for vegetation recovery and reconstruction in sandy areas in the future.     

荒漠绿洲NDVI与气候、水文因子的相关分析

 通过利用1992～1996年NOAA/AVHRR逐旬的归一化植被指数（NDVI）数据和阜康气候、水文资料,分别对绿洲和荒漠进行了NDVI与气候、水文因子间的相关分析,得出了一些初步结论：绿洲与荒漠NDVI具有不同的季节变化规律;与绿洲NDVI相关显著的因子依次为气温、地下水位和降水,     

灰木莲生长对土壤养分和气候因子的响应

对原产地越南以及我国多个引种地的灰木莲的树高和胸径生长特征进行研究,分析了灰木莲生长对土壤养分和气候因子的响应.结果表明: 不同种植地灰木莲的树高和胸径年均生长量差异显著.灰木莲胸径和树高的年均生长量与土壤全N、全P、速效N、速效P含量呈显著正相关,而与土壤有机质、全K、速效K含量相关性不显著,表明土壤N、P含量是影响灰木莲生长的主要养分因子.不同海拔灰木莲树高年均生长量差异显著,而胸径无显著差异.海拔为150～550 m,树高年均生长量随海拔升高而增大,在海拔550 m处达到最大,随后降低,表明海拔550 m为灰木莲引种的最适海拔.灰木莲树高和胸径的年均生长量与年均温、≥10 ℃积温呈显著负相关,与年降雨量呈显著正相关,表明年均温、≥10 ℃积温和降雨量是影响灰木莲生长的主要气候因子.     

不同荒漠化阶段植被生态特征对土壤环境因子的响应——以民勤荒漠绿洲过渡带为例

荒漠绿洲过渡带是荒漠化和绿洲化两种地理过程共同影响的生态交错区,是恢复生态学重点关注的区域。利用第五次全国荒漠化和沙化监测数据,采用方差分析和冗余分析,研究了民勤荒漠绿洲过渡带4种不同荒漠化发展阶段的植被生态特征和土壤环境因子的变化规律与相互关系。结果表明:(1)随着荒漠化的发展,土壤环境因子中,除有效土层厚度逐渐变浅外,风蚀痕迹占地率、表土砾石含量、盐碱斑占地率和坡度均呈现增加的动态趋势;植被因子中,除优势种盖度与植被总盖度的比值逐步增加,物种丰富度、优势种多度等其他指标均表现出明显的下降特征;(2)土壤环境因子中,有效土层厚度在4种荒漠化阶段对植被生态特征的影响程度达显著水平(P0.05),风蚀痕迹占地率在轻度、中度和重度阶段是植被生态特征变化的主导驱动因子。其他因子在多数荒漠化阶段与植被生态特征相关性不显著;(3)相比其他荒漠化阶段,中度阶段中植被生态特征对土壤环境因子的响应更加敏感,应是荒漠化防治重点关注的阶段。     

低覆盖度行带式固沙林对土壤及植被的修复效应

在我国干旱、半干旱地区由于水分条件的制约,经过漫长的自然演替过程,逐步发育形成了广泛分布的低覆盖度植被,这些低覆盖度植被类型中存在大量的天然乔木疏林或稀疏灌丛,地表处于半流动状态,而配置成行带式后,能够完全固定流沙,并且不同配置模式下行带式固沙林土壤与植被自然恢复程度不同.因此,通过对不同带宽的低覆盖度行带式固沙林对土壤及植被修复的影响研究,揭示了不同带宽行带式固沙林带间土壤因子与植被因子的变化过程,从而阐明行带式固沙林对带间植被自然恢复和土壤发育的促进作用.结果表明,行带式杨树固沙林能够明显的促进带间土壤与植被修复;带间距离的宽窄影响植被恢复及土壤发育效果;宽带间距固沙林带间植被多样性指数高,地上生物量大,根系生物量,总长度及表面积均高,土壤水分养分条件好,微生物数量大植物残体分解快,有利于植被的生长;模糊综合评估结果表明,不同带间距行带式固沙林土壤植被恢复程度不同,宽带间距20m的恢复效果＞带间距15m＞带间距10m.行带式固沙林通过带间宽度的变化可以调节植被与土壤之间的相互作用,窄带间距固沙林土壤与植被的相互作用则由于造林密度大而受到抑制.宽带间距可以明显加快土壤及植被修复的速度,进而缩短土壤及植被修复的时间.     

和田地区植被覆盖变化及气候因子驱动分析

基于MODIS NDVI(2000—2016年)数据集,结合气温、降水数据,利用最大值合成法、斜率分析法及相关分析等方法,分析和田地区近17年的植被覆盖时空变化特征及其与气候因子的相关性。结果表明:(1)近17年和田地区植被覆盖的月际变化表现为先增加再减少,年际变化表现为显著上升趋势,增速为0.452/10a;(2)近17年和田地区植被覆盖增加和减少的区域分别占总面积的4.48%和0.21%,绿洲及昆仑山北部部分区域变化剧烈,高海拔区域基本不变;(3)近17年温度和降水小幅增加,增速分别为0.144/10a和0.156/10a;月尺度上,植被覆盖与温度为正相关,植被生长滞后于温度两个月;与降水以负相关为主,滞后效应不明显。(4)NDVI对气候因子响应的空间分布中,NDVI与平均温度以负相关为主,与降水以正相关为主,与降水的相关性较温度的相关性高;昆仑山北部植被对降水变化更敏感,和墨洛绿洲、策勒-于田绿洲和和田地区西南部山区对温度变化更敏感。     

植被恢复对西南喀斯特地区土壤气候韧性的提升作用

土壤质量提升是生态系统应对气候变化能力增强的关键。为探究气候变化背景下不同植被恢复方式对喀斯特地区土壤质量的影响,基于黔桂喀斯特地区气候梯度样带84个样方土壤物理、化学和生物性质综合分析,分别以耕地和次生林作为退化和顶级恢复对照,探讨了自然恢复(灌木林)和人工恢复(人工林)的土壤质量提升效应及其对气候变化的响应。结果表明:(1)植被恢复不仅显著提高了土壤细菌、真菌、放线菌等微生物丰度以及有机碳、全氮、速效氮等养分含量,也对土壤质地有一定改善;(2)自然恢复和人工恢复均提高了土壤质量,两种恢复方式之间土壤质量指数无显著差异,但与次生林依然存在差距。灌木林和人工林的土壤质量仅约为次生林土壤质量的62%-66%;(3)耕地土壤质量随年均温和年平均降雨量的增加而下降,次生林的土壤质量随年平均降雨量的增加而上升,植被恢复对土壤质量的提升率与年均温和年平均降雨量呈正相关关系。阐明了在一定范围的气候变化下进行植被恢复可以显著提升喀斯特地区土壤的气候韧性,揭示了喀斯特地区植被恢复对土壤质量的提升主要是由于提高了土壤碳氮养分含量及改善了土壤微生物群落结构,这为全球气候变化背景下喀斯特退化土地生态恢复和管理提供了理论依据。