低覆盖度固沙林的乔木分布格局与防风效果

低覆盖度植被是我国干旱、半干旱区经过漫长的自然演替过程逐步发育形成且广泛分布的植被类型。前人研究认为,植被覆盖度达到40%为固定沙地,40%-20%为半固定-半流动沙地。但在实践观察中发现:在低密度(或覆盖度)时,灌丛的水平分布格局对固定流沙和阻止风沙流的作用差异显著。在干旱区、半干旱区,存在着大量天然的乔木疏林,其覆盖度均在低于40%,地表处于半流动状态,而配置成行带式后,即使覆盖度降低到20%时,地面也不会出现风蚀现象。因此,在内蒙古浑善达克沙地,针对覆盖度在20%左右的乔木疏林,同时测定了随机与行带式两种分布格局的防风阻沙效果。结果表明:(1)在不同的对照风速下,行带式配置的林内的相对风速均低于随机分布,其中在200 cm高度处行带式配置的平均相对风速比随机分布的低53.89%,在50 cm高度处低36.82%;(2)行带式林内的水平风速流场变化有一定规律,而随机分布林内风速流场变化主要受树冠在空间的分布影响,变化非常复杂;(3)随机分布的疏林内出现风速超过旷野对照的现象,在50 cm和200 cm的两个观测高度上分别有约27.45%和22.55%的风速测定值超过对照风速,说明出现明显的局部风速"抬升"现象,形成了强的涡流;(4)行带式配置林内的平均地表粗糙度达到1.01 cm,比随机分布的疏林内增大约5倍之多;(5)总体而论,行带式分布格局第1带降低风速的作用最显著,第2带及其以后各带间的风速均比第1带后的风速小,但逐带降低的叠加效益不明显;(6)由于乔木基本(枝下高)没有枝条对风的阻碍,乔木行带式固沙林在迎风面的第1林带的基部有一定的风力"抬升"作用,对林带基部地面产生较强的侵蚀作用,多数第1带树木的根系被侵蚀裸露,过境的风沙流只能在林带后树冠外侧堆积;(7)随机分布林内在许多位置出现了非常低的地表粗糙度,地表粗糙度低的位置基本与风速"抬升"区相吻合,这种"抬升"区形成的强的涡流是疏林内出现风蚀坑的重要因素,这也是浑善达克沙地出现榆树与风蚀坑相间分布的主要原因。     

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.     

低覆盖度灌木群丛的水平配置格局与固沙效果的风洞试验

针对覆盖度为18%～20%的灌木固沙疏林,在风洞内,模拟了行带式、等株行距和随机不均匀等3种水平配置格局的风力侵蚀机理和固沙效果.结果表明:1.当风速为10m/s时,行带式内吹风30min后不出现风蚀,等株行距和随机模式内分别在吹风8min和3min出现风蚀;2.当风速增大为15m/s时,行带式仅在模式内出现微弱的风蚀和积沙,吹风30min后形成稳定的凹月形沙面,最大蚀、积厚度为0.4cm和0.7cm,没有形成风沙流,而等株行距和随机模式则出现强风沙流,吹风30min后,模式内65.57%和66.96%的沙被吹走;3.等株行距主要风蚀灌空隙丛间的沙面,随机配置主要风蚀灌丛分布的大空隙间的沙面,而在灌丛相对集中的部位积沙,因此形成非常复杂的沙面形状.     

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。     

柠条抗旱的生理生态与土壤水分关系的研究

采用LI－1600气孔计和压力室测试了风沙土上生长的柠条的SPAC系统的水分关系和P－V水分特征曲线,结果表明：当沙土含水率（W）的水分特征曲线的回归方程为：ψs=-40．32196×0．427905W,沙土平均含水率大于45％,柠条固沙林生长正常,叶水势高。沙土含水率小于4．5％时,柠条生长速度显著下降,柠条清晨叶水势（ψm）与沙土含水率（W）的回归方程为：ψm=－0．35926·e6．31144／W,风沙土上生长的柠条的“经济水阈”大约在4．5％左右,“生命水阈”大约在3．5％左右。     

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。     

低覆盖度下两种行带式固沙林内风速流场和防风效果

研究在风速为10m/s和15m/s的风洞实验条件下,覆盖度为20%和25%的单行一带和两行一带模式乔木固沙林内的水平和垂直空间的风速变化情况,达到对两种不同模式的风速流场和防风效果进行比较分析的目的。通过分析得出:两种配置模式都形成了风影区和风速加速区相互组合的复杂的水平流场结构。两种模式对垂直空间风速影响相近,根据对不同高度风速的不同影响划分为微变化层(20-35 cm)、显著变化层(6-12 cm)和稳定变化层(0.4-3 cm)层次,两种模式在这几个层次风速表现出相同的变化规律。两行一带模式在第一带前降低水平空间风速的效果低于单行一带模式,第一带后高于后者。降低垂直空间风速规律为:对0.4-50 cm高度的风速均有一定的降低作用,0.4-12 cm高度的风速的降低效果较显著,且两行一带模式降低近地表(0.4 cm)风速的效果要高于单行一带模式。     

鄱阳湖沙地蔓荆灌丛沙堆形态特征及空间分布格局

目前灌丛沙堆研究主要集中在干旱半干旱区的沙质草原和沙漠边缘,对亚热带湿润区灌丛沙堆的形成、演变过程并不清楚。以鄱阳湖沙地为研究区,通过样方调查和地统计学的方法,研究不同沙化程度下蔓荆灌丛沙堆的形态特征及分布格局。结果表明:鄱阳湖沙地蔓荆沙堆的形态以盾形为主,其冠幅变化幅度为1.2—18.2 m~2,固定和半固定沙地显著高于流动沙地;对灌丛沙堆的形态参数来说,其长轴与短轴在固定和半固定沙地上呈极显著的线性相关关系,流动沙地上呈二次函数关系;半固定和流动沙地上沙堆底面积与沙堆高度呈二次函数关系(r0.6);3种类型沙地上灌丛底面积与沙堆体积之间极显著线性相关,其中半固定沙地线性函数的斜率最大;除固定沙地的沙堆高度和半固定沙地的灌丛高度外,3种沙地上蔓荆灌丛与沙堆的其他形态参数间均极显著相关,说明随着沙地的固定,蔓荆灌丛有利于沙堆水平尺度的增长;3种沙地上蔓荆沙堆均呈随机分布。     

不同植被配置下土壤碳矿化潜力

通过实验室培养的方法,研究了沙坡头地区不同植被配置区(纯柠条、纯油蒿、柠条油蒿混交林)土壤碳矿化潜力及不同凋落物在土壤中的分解.结果表明,通过103 d的室内培养,相同配置不同处理的土壤碳矿化差异不显著,灌丛密度高的植被配置碳矿化量高.不同生境土壤CO2-C的释放在灌丛下不加凋落物处理的情况下,单行油蒿与双行柠条样地间碳矿化存在显著性差异(P=0.047),其他各样地及各处理差异均不显著.总的来说,柠条样地土壤碳矿化潜力高于其他2种样地.凋落物分解速率在不同生境土壤最初的分解速率均为1年生草本混合样＞油蒿＞柠条,在培养40 d之后,3种凋落物的分解速率趋于一致,这与草本较高的C、N、C/N比有关.另外,柠条样地的土壤加油蒿凋落物比在柠条样地的土壤中加柠条凋落物有较高的初始碳矿化潜力,这除与油蒿凋落物较易分解有关外还与不同生境土壤养分的可利用性有关,但在培养过程中出现拐点,这与柠条较高的C、N、C/N有关.在不同生境的土壤中,碳矿化潜力均为灌丛下＞灌丛外,灌木的存在使更多的有机质和养分积聚在灌丛下,形成灌丛肥岛,对碳的固存具有显著贡献.     

人工柠条-荒漠草地交错带拟步甲昆虫群落多样性

选取宁夏东部盐池县人工柠条灌丛-荒漠草地交错带为研究样地,以距离梯度形式,利用巴氏诱罐法对拟步甲科昆虫群落多样性进行了调查,研究了边缘效应对拟步甲昆虫群落多样性的影响。共采集拟步甲昆虫1405只,分属8属13种。结果表明,克小鳖甲和弯齿琵甲个体数量分别占总个体数的32.74%和43.27%,为该地区的优势种类。拟步甲昆虫在人工柠条灌丛-荒漠草地交错带的分布可分为3种类型,优势种克小鳖甲和弯齿琵甲属于栖息地广布型,但二者并没有表现出十分均匀的适应性,而且他们在各样带的分布呈显著负相关,克小鳖甲的分布趋向于沙生荒漠环境,弯齿琵甲的分布趋向于柠条灌丛;常见种蒙古漠王、小皮鳖甲的分布偏向于喜好荒漠草地;异距琵甲、奥氏真土甲、网目土甲和淡红毛隐甲的分布则偏向于喜好柠条灌丛。拟步甲昆虫丰富度与Shannon-Wiener多样性沿边缘分别向柠条灌丛和荒漠草地内部降低,个体数量总体上沿柠条灌丛、交错带向荒漠草地内部降低,但各样带差异不显著。从季节动态看,荒漠草地和柠条灌丛物种多样性季节变化相似,3种生境拟步甲活动密度季节变化相似。边缘效应强度分析呈现边缘正效应。CCA排序图显示分类地位相近的物种在生态适应上具有趋同性。多元回归分析表明,植被密度影响拟步甲昆虫群落的优势种和个体数量,植被盖度和高度分别影响拟步甲群落的均匀度和丰富度。主坐标分析(PCo A)排序表明人工柠条灌丛-荒漠草地交错带的拟步甲昆虫群落组成与柠条灌丛内部没有明显分化,但趋于向柠条灌丛生境演替。     

Comparative study on spatial patterns of the Artemisia ordosica population in the Mu Us sandy land

Artemisia ordosica is an under-shrub species, which dominates the vegetation of the Mu Us sandy land in North China. The spatial patterns of the A. ordosica population in different sandy lands were compared with the methods of Spatial Auto-correlation Analysis, Semi-variance Analysis and Nine-Term Local Quadrat Variance (9TLQV). The results show that, by contrast with the A. ordosica population in fixed sandy land, the population in semi-fixed sandy land is of stronger auto-correlation and greater spatial heterogeneity, and meanwhile it presents more intense differentiation between patches and gaps. The spatial patterns of the A. ordosica population in semi-fixed sandy land are probably governed by drifting sand caused by strong winds. Drifting sand can easily put A. ordosica shrubs to death unless they live together in form of A. ordosica patches, where the distances between shrubs are short. In semi-fixed sandy land, patches are not only the form of the A. ordosica population to survive drifting sand, but also the foundation of the A. ordosica population to develop and broaden the area. The A. ordosica population is supposed to broaden the area through edge extending out from the patches scattering in semi-fixed sandy land. The spatial patterns of the A. ordosica population in fixed sandy land are possibly affected by intra-specific competition related to high plant coverage. This study is ecologically useful to improve the practice of vegetation restoration in sandy land. When transplanting A. ordosica shrubs to bare sandy land, one had better arrange them in form of patches separated by gaps, which can promote the survival of transplanted shrubs, and also help to take advantage of A. ordosica patches to revegetate bare gaps.     

Comparative study on spatial patterns of the Artemisia ordosica population in the Mu Us sandy land

Artemisia ordosica is an under-shrub species, which dominates the vegetation of the Mu Us sandy land in North China. The spatial patterns of the A. ordosica population in different sandy lands were compared with the methods of Spatial Auto-correlation Analysis, Semi-variance Analysis and Nine-Term Local Quadrat Variance (9TLQV). The results show that, by contrast with the A. ordosica population in fixed sandy land, the population in semi-fixed sandy land is of stronger auto-correlation and greater spatial heterogeneity, and meanwhile it presents more intense differentiation between patches and gaps. The spatial patterns of the A. ordosica population in semi-fixed sandy land are probably governed by drifting sand caused by strong winds. Drifting sand can easily put A. ordosica shrubs to death unless they live together in form of A. ordosica patches, where the distances between shrubs are short. In semi-fixed sandy land, patches are not only the form of the A. ordosica population to survive drifting sand, but also the foundation of the A. ordosica population to develop and broaden the area. The A. ordosica population is supposed to broaden the area through edge extending out from the patches scattering in semi-fixed sandy land. The spatial patterns of the A. ordosica population in fixed sandy land are possibly affected by intra-specific competition related to high plant coverage. This study is ecologically useful to improve the practice of vegetation restoration in sandy land. When transplanting A. ordosica shrubs to bare sandy land, one had better arrange them in form of patches separated by gaps, which can promote the survival of transplanted shrubs, and also help to take advantage of A. ordosica patches to revegetate bare gaps.     

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。     

库布齐沙漠南缘风沙-植被相互作用及其景观效应

干旱区尤其沙漠边缘地区的风沙与植被相互作用对塑造地表景观具有重要意义。选择库布齐沙漠南缘的油蒿灌丛地为研究区,开展了植被调查、风沙流观测和表层沉积物粒度采样测试,分析了顺风向植被盖度、风沙流结构与沉积物特征的沿程变化,探讨了风沙-植被相互作用及其对地表景观格局的影响。结果表明,风沙流与植被相互作用方式的改变使植物生长状况与地表蚀积模式发生变化,进而导致顺风向景观表现出明显的空间异质性。自上风向裸地过渡到均匀分布的新生油蒿和油蒿灌丛再至斑块状分布的灌丛沙堆,植被盖度与覆沙厚度先增大后减小,空气动力学粗糙度沿程不断增加且在过渡时其增幅最大,输沙率与沉积物粒度呈先减小后增大趋势,并在植被盖度与覆沙厚度最大处出现最小值。在沙漠边缘剥蚀高原上,起初适量风沙堆积促进油蒿定植与生长,均匀分布的油蒿灌丛进一步促进沙物质堆积,但当堆积厚度超过油蒿耐沙埋深度时发生退化,灌丛出现斑块状分布且风沙流在丘间地处侵蚀。据此,可理解为剥蚀高原风沙区景观异质性是风沙与植被相互协同与抑制作用的结果。     

内蒙古荒漠草原防风固沙服务变化及其驱动力

荒漠化是内蒙古荒漠草原面临的最严重的生态环境问题之一,而风蚀则是造成土地退化的主要因素。采用修正风蚀方程（Revised wind erosion equation,RWEQ）定量评估了内蒙古荒漠草原2000和2017年的固沙量,并结合土地利用、降水、风速、植被覆盖度数据分析了该区域防风固沙服务的影响因素。结果表明：内蒙古荒漠草原的防风固沙服务表现出明显的空间异质性,不同土地利用类型提供的防风固沙服务有所差异,其中高覆盖度草地的固沙量相对较高。总体来说,2000年固沙量与降水、风速、植被覆盖度均为正相关,2017年固沙量与降水为负相关,与风速和植被覆盖度为正相关。2000-2017年内蒙古荒漠草原固沙物质总量增幅为53.95%,其中9.65%来源于土地利用变化区域,土地利用方式发生变化的面积占研究区总面积的5.6%。2000-2017年土地利用变化以林地的恢复、建设用地的扩张以及不同覆盖度间草地的转换为主。2000-2017年,风力因子的分布模式对防风固沙服务的空间分布变化的影响较大。总的来说,土地利用变化对内蒙古荒漠草原的防风固沙服务有一定的增强作用,防风固沙服务的空间分布在时间上的变化主要受气候因子的影响。     

植被覆盖度的时间变化及其防风蚀效应

 在防治风蚀过程中过去人们只关注植被覆盖度的空间特性,但对其随时间变化的特性未引起足够的重视。该文着重强调了植被覆盖度随时间变化的特性,并对不同类型植物覆盖度的动态变化特征进行了研究。通过调查研究与理论分析,在土壤风蚀量与植被覆盖度及风蚀气候侵蚀因子三者之间建立了随时间变化的定量关系,并利用该公式计算和比较了不同类型植物防风治沙性能的动态差异、总植被覆盖度及相应的总土壤风蚀量的动态变化。结果表明在防风蚀的作用效应中灌木＞多年生牧草＞林木＞作物＞一年生牧草;总时空植被覆盖度与总土壤风蚀量呈“反相位”的动态变化;风蚀季节总植被覆盖度较低,介于0.11～0.14之间,低于20%的临界覆盖度,这也是该地区风蚀危害严重的一个重要原因所在。     

黄土高原4种植被类型的细根生物量和年生产量

细根(≤2 mm)在陆地生态系统净初级生产力的分配中占有重要地位,在碳循环和水土保持方面具有重要意义. 本文采用土钻法和内生长法,以黄土高原刺槐人工林、落叶灌木、退耕草地和沙蒿群落4种主要植被类型为对象,研究0～40 cm土层细根生物量、垂直分布和细根年生产量. 结果表明： 细根生物量与纬度呈线性负相关. 4种植被类型0～40 cm土层细根生物量的大小顺序为落叶灌木(220 g·m^-2)>刺槐人工林(163 g·m^-2)≈退耕草地(162 g·m^-2)>沙蒿群落(79 g·m^-2). 退耕草地直径≤1 mm细根生物量占直径≤2 mm总细根生物量的74.1%,在4种植被类型中最高;4种植被类型细根生物量随着土层深度的增加而减少,最大值均出现在0～10 cm土层. 退耕草地0～10 cm土层细根生物量占0～40 cm土层总细根生物量的44.1%,显著高于其他3种植被类型;细根年生产量与纬度呈线性负相关. 4种植被类型0～40 cm土层细根年生产量大小顺序为退耕草地(315 g·m^-2·a^-1)>落叶灌木(249 g·m^-2·a^-1)>刺槐人工林(219 g·m^-2·a^-1)>沙蒿群落(115 g·m^-2·a^-1),其中退耕草地显著高于其他3种植被类型. 退耕草地0～10 cm土层细根生产量占0～40 cm土层总细根生产量的40.4%,在4种植被类型中最高. 退耕草地细根周转时间为0.51 a,低于其他3种植被类型.     

基于植被覆盖度的宁夏灵武白芨滩自然保护区防风固沙功能时空变化研究

基于MODIS-NDVI时序数据,利用像元二分模型估算宁夏灵武白芨滩自然保护区2000-2019年的年最大植被覆盖度,分析保护区整体及不同管理站范围的植被覆盖度（Fractional Vegetation Coverage,FVC）时空变化特征,并结合气象数据计算了2000-2019年该保护区生态系统防风固沙功能,并分析了其时空格局及其变化原因,结果表明：（1） FVC在季节和年尺度上均呈上升趋势,年增长量达0.013;不同阶段的植被覆盖类型变化明显,由第一阶段以低覆盖度类型为主逐渐转变为第五阶段以中覆盖度类型为主;（2）不同管理站范围的FVC变化趋势不同,其中甜水河管理站、大泉管理站、羊场湾管理站及长流水管理站西侧的FVC增长快,且拟合好;（3）该保护区潜在风蚀量、实际风蚀量均逐渐减少,防风固沙率逐渐上升,防风固沙功能逐渐增强,明显体现在第三、四、五阶段;（4）不同管理站范围的防风固沙功能均持续增强,其中大泉管理站的防风固沙率增幅最大,从第一阶段的53.39%升至第五阶段的74.44%,增幅达21.05%;临河白芨滩和马鞍山管理站防风固沙率增幅较小,分别为15.81%、15.50%。总体来看,保护区2000-2019年的FVC增幅显著,植被空间变化规律明显,防风固沙功能整体上呈逐渐增强,一定程度上说明了该保护区的生态保护建设成效显著。