黑河下游额济纳绿洲植物群落物种多样性的空间异质性

采用地统计学方法研究了黑河下游额济纳绿洲物种多样性的空间异质性.结果表明:Margalef丰富度指数(Ma)、Shannon多样性指数(H')、Simpson多样性指数(Ds)和Pielou均匀度指数(J')均服从正态分布,变异系数(CV)为55.8%～67.8%,均属中等变异;Ma和H'符合指数模型,Ds和J'符合球体模型;H'的空间变异程度最高,其次是Ma和J',Ds最小;在变程范围内,各物种多样性指数空间变异的结构性因子占主导地位,所占比例为81.1%～93.0%.各多样性指数沿河流方向的格局变化明显,绿洲核心区达来呼布镇(42°N,101°E)附近为显著高值区,在100°—101°E和102°—102°30'E的带状范围内呈明显的低值区,主要包括东、西戈壁及巴丹吉林沙漠腹地.     

干湿季节下基于遥感和电磁感应技术的塔里木盆地北缘绿洲土壤盐分的空间变异性

土壤盐渍化问题是制约干旱半干旱区植被生长最主要的生态环境地质问题,也是影响绿洲农业生产的障碍性问题.而将遥感与近感技术相结合,是当前评价、监测及预报土壤盐渍化程度的先进方法.以新疆塔里木盆地北缘的渭干河-库车河三角洲绿洲为例,以遥感数据和解译后的电磁感应数据为基础数据源,利用解译后的数据结合GIS和地统计学知识以及野外实测所得到的土壤电导率和盐分资料,分别采用泛克里格(Universal Kriging)、光谱指数回归(Spectral Index Regression)和回归残差泛克里格(Regression-Universal Kriging)3种方法研究了该地区两个关键季节(干季和湿季)土壤盐分的空间变异特征.研究结果表明:研究区的土壤浸提液电导率EC1∶5和土壤盐分呈现显著相关,可以用EC1∶5来代替土壤的全盐量进行分析;电磁感应仪(EM38)所测各季节土壤表观电导率与EC1∶5的相关系数均达到1％显著水平,以表观电导率垂直读数(EMv)和水平读数(EMH)为自变量的多元回归模型拟合效果较好;研究区各季节的表层土壤电导率的空间分布均表现为强相关性,说明土壤采样点间的内部结构性良好,采用能够充分考虑到干旱区表层土壤电导率空间变异的尺度依赖性的球状套合模型,能够更好的拟合土壤表观电导率的空间结构;经过精度比较,回归残差泛克里格法为最优预测方法,这表明将遥感和电磁感应技术相结合,能够有效的提高预测与评估土壤盐分空间分布的精度,为精确地进行土壤盐分预测以及土壤次生盐渍化的防控提供了一定的依据.     

不同灌溉量对绿洲-荒漠过渡带多枝柽柳幼苗根系生长和分布的影响

为了探讨绿洲-荒漠过渡带上受损柽柳群落幼苗适宜生长的土壤水分条件,在塔南策勒绿洲外围设置A（不灌溉）、B（适度灌溉）、C（充分灌溉）3个处理的田间试验,于7～10月份考察了各处理柽柳幼苗粗根（>2 mm）和细根（<2 mm）生物量积累、空间分布等变化特征。结果显示:（1）随着灌溉量的增加,柽柳根系生物量积累不断增加,且在生长季末（10月份）增速最大,同时细根占总根重的比例从20.5%上升到29.8%,显著提高了幼苗吸收养分和水分的能力。（2）干旱胁迫（处理A）下柽柳幼苗根系的下扎深度大,但水平根幅的扩展却有限;适度灌溉（处理B）的生物量较处理A大,但小于处理C;根系扎根深度表现为处理A>处理B>处理C,各指标均处于中间状态;水分条件最好（处理C）时虽然垂直扎根深度小,但水平根幅最大,可以更有效利用浅层土壤资源。（3）柽柳幼苗大量根系集中在0～40 cm的土壤表层,而且水分条件越好,这种集中趋势越明显;根系生物量随土壤深度的增加呈递减变化,细根的根长密度也有相似变化,但细根的比根长变化规律不明显,这可能与各层土壤微观环境的变化有关。研究表明,灌溉对柽柳幼苗根系的生长和分布有显著影响,充分灌溉下柽柳幼苗根系生物量积累最多且空间分布最大,该灌溉量有利于柽柳幼苗根系的正常生长和合理分布。     

荒漠绿洲湿地土壤优先流与水分入渗特征

地表水分、溶质和污染物以土壤优先流的形式下渗到深层土壤或地下水中,将导致土壤养分流失与地下水污染等问题。因此,土壤优先流研究将为干旱区荒漠绿洲湿地水分运移与盐分积累过程提供理论依据。以荒漠绿洲湿地为研究区,选取柽柳灌丛、盐碱草地和杨树林,以道路为对照,采用室外染色示踪法对湿地土壤优先流特征与水分入渗进行研究。结果表明:不同植被类型土壤优先流入渗深度存在显著差异,其柽柳灌丛和盐碱草地几乎是杨树林和道的2倍;染色面积比随深度的增加而波动下降,0—20 cm土层染色面积比占总染色面积的54.42%—89.27%;染色路径宽度以20—250 mm和250 mm为主;优先流类型以高相互作用混合流和非均质指流为主。在荒漠绿洲湿地,砾石促进土壤优先流发生,增加了侧向流;同时,粗根的减少抑制了优先流的发生;此外,土壤盐分通过影响土壤大孔隙分布而影响水分入渗过程。因此,荒漠绿洲湿地土壤优先流与水分入渗差异是土壤质地、根系分布与盐分离子共同作用的结果。     

基于NDVI绿洲-荒漠过渡带宽度识别——以河西走廊中部荒漠绿洲为例

绿洲-荒漠过渡带是荒漠与绿洲之间的生态缓冲区,在维持绿洲能量流动、物质循环和景观稳定方面具有重要作用。过渡带宽度和属性直接影响到了其在整个绿洲系统中的功能发挥。以河西走廊中部张掖绿洲的Landsat(OLI)NDVI(归一化植被指数,Normalized Difference Vegetation Index)数据为基础,结合野外调查将过渡带类型划分为绿洲与石质裸山、砾质荒漠、沙质荒漠和人工固沙区4类。采用缓冲分析、分段线性趋势分析和尺度分别为30 m、90 m、210 m、330 m焦点分析等方法研究了不同类型过渡带宽度和尺度依赖特征。结果表明,在不同尺度上绿洲外缘NDVI变化存在二种线性回归趋势,趋势线交点至绿洲边界距离可确定为过渡带宽度。不同尺度分析表明,绿洲-石质裸山过渡带宽度为165—220 m,在其内NDVI线性变化趋势显著(P0.05)。绿洲-砾质荒漠过渡带宽度保持在330 m,在其内NDVI变化趋势极显著(P0.001)。绿洲-沙质荒漠过渡带宽度变化在230—290 m,NDVI变化趋势也为极显著(P0.001)。绿洲-人工固沙区过渡带宽度变化在570—580 m,与其它类型不同地是在过渡带内存在二种变化趋势,在210—240 m范围内变化趋势极显著(P0.001),超出此范围线性回归趋势不显著(P0.05)。     

塔里木河上游典型绿洲不同连作年限棉田土壤质量评价

开展农业生态系统土壤质量评价是保证生态农业持续高效发展的重要内容。以塔里木河上游阿拉尔垦区为典型样区,选择0a、3a、8a、12a、20a、30a等不同连作年限棉田为研究对象,综合考虑土壤物理、化学和生物学性质,分析了12个土壤理化及酶活性指标;基于因子分析和聚类分析法评价棉田间土壤质量的差异并划分等级,利用产量持续指数验证评价结果。研究表明：不同连作年限的棉田土壤的理化性质和酶活性均存在一定差异;棉田的土壤质量随年限呈先上升后下降的趋势,8a、12a棉田土壤质量相对较高,20a、30a土壤质量有退化趋势;土壤质量评价值与产量持续指数变化趋势一致,后者略显滞后效应。     

开垦对绿洲农田碳氮累积及其与作物产量关系的影响

以新疆策勒绿洲近百年来不同开垦年限农田为研究对象,采用空间序列换算时间序列的方法,研究绿洲农田开垦过程中土壤有机碳和全氮密度、碳氮比(C/N)及速效氮含量的垂直变化特征,并探讨了农田土壤碳氮变化与作物产量的关系。结果表明:荒漠土壤开垦后,显著增加了表层土壤(0-20 cm)有机碳和全氮密度,随开垦年限延长对深层土壤(40-200 cm)有机碳密度也有一定的影响,如在开垦30 a左右时下降了36.4%,但在100 a左右时则增加了52.0%。耕层土壤C/N随开垦年限延长而明显增加,深层土壤除100 a农田外其它均有不同程度下降;不同土层C/N与速效氮含量呈负相关关系,仅在开垦初期(0-10 a)达到显著水平。不同年限农田的玉米产量存在显著差异,且和有机碳及全氮密度(0-200 cm)均呈显著正相关;棉花除100和10 a农田产量差异较小外,在其它农田间均达显著水平,但和有机碳及全氮密度无明显相关性。由此可见,在现有投入条件下,提高土壤碳氮累积量对增加玉米产量仍有十分重要作用,但对棉花产量的影响不明显。     

民勤绿洲农田生态系统服务价值变化及其影响因子的回归分析

绿洲是干旱区特有的生态系统,而农田生态系统的数量和质量的变化很大程度上决定着绿洲的变化,进而影响到区域社会经济的可持续发展。以西北干旱区典型绿洲--民勤绿洲为例,采用生态经济学的方法,对民勤绿洲2000-2009年近10年的农田生态系统服务价值进行了定量计算及其驱动力分析,结果表明:民勤农田生态系统服务价值从2000年的3.21×10⁸元逐年增加到2009年的6.95×10⁸元,年均增长0.374×10⁸元,其中,单纯生态系统服务价值年均增加约0.289×10⁸元;社会保障功能价值每年保持在1.0×10⁸元左右;使用化肥等导致农田环境污染,使得农田生态系统损失的价值由2000年的0.43×10⁸元增加到2009年的0.64×10⁸元;由于节水技术的采用,水资源利用效率的提高,农业耗水价值在不断减少,平均每年减少0.104×10⁸元;采用资源紧缺度修正后的农田生态系统服务价值比原先都有所增加,但增幅不同,系每年水资源紧缺状况不同所致。采用多元回归分析法研究了人类活动对农田生态系统服务价值变化的影响,结果表明:民勤绿洲农田生态系统服务价值的这种变化是社会经济发展水平、农业管理水平、水资源利用、种植结构转变、以及人们的生态环保意识等多种因素共同驱动下的结果。     

柽柳（Tamarix spp．ammodendron））和梭梭（Haloxylon的“肥岛”效应

灌丛“肥岛”是全球干旱生态系统中的普遍现象,其发生和发展对干旱灌木、草原生态系统的结构和功能都具有重要影响,但其物种效应容易得到忽视。对准噶尔盆地南缘柽柳（Tamarix spp．）和梭梭（Haloxylon ammodendron）这两种不同地表形态灌木的冠下、冠缘和灌丛间地3种生境的土壤进行了采样、分析,结果表明：（1）柽柳和梭梭都存在“肥岛”现象,主要表现在土壤表层,其土壤性状与“岛”外土壤的差异随土壤深度增加而减弱;（2）生物性限制土壤养分由“岛”内向外梯度递减,而非生物性限制土壤要素可能高于、也可能低于“岛”外土壤,或者两者无显著差异;（3）从“肥岛”的空间尺度来看,柽柳“肥岛”的水平范围可能超出了本身冠幅覆盖区,而梭梭“肥岛”要小于本身冠幅覆盖区,其深度亦小于柽柳“肥岛”;（4）相对于不同土壤要素而言,即使是同一物种,其“肥岛”也具有不同的空间范围。总的来看,研究区灌丛“肥岛”的发育具有明显的物种效应,相对梭梭而言,柽柳“肥岛”发育更广、更深,养分聚集更明显,其原因主要是柽柳的半球型树冠更利于保护和捕获凋落物,而较多的凋落物输入与土壤结构和土壤养分间的正反馈机制使柽柳冠下加速的生物地球化学循环能达到更广、更深的范围。灌丛“肥岛”的发育是干旱景观中生物过程与物理过程交互作用的产物,全面揭示其形成机理,探讨其对干旱生态系统结构、功能与动态的影响,需要更系统的研究。     

长期施肥土壤微生物群落的剖面变化及其与土壤性质的关系

【目的】认识不同施肥模式对土壤微生物群落的长期影响及其与土壤理化属性的联系。【方法】利用新一代高通量测序技术,研究绿洲农田20年单施化肥(N 300 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2与K2O 60 kg/hm2)与化肥配施秸秆(同量的N与P肥配施5.4 t秸秆)对土壤剖面(0-300 cm)微生物群落结构的影响。【结果】放线菌与α-变形菌为土壤表层(0-20 cm)的优势类群。随土壤剖面深度的增加,放线菌相对丰度减少,而变形菌,特别是γ-变形菌与β-变形菌相对丰度增加,逐渐成为深层(20-300 cm)土壤中的优势类群。长期施肥对整个土壤剖面的微生物群落结构均有显著影响,并且明显提高了0-40 cm土层中氨氧化古菌的相对丰度。此外,农田管理模式如灌溉可能是氨氧化细菌在土壤垂直剖面的重要驱动因素。统计分析表明土壤全氮含量对表层土壤中微生物群落结构的影响最大,而有机碳含量则是影响深层土壤微生物群落的最重要因子。【结论】长期施肥改变了土壤剖面碳源与氮源的可利用量,导致了施肥处理间土壤微生物群落结构的差异,特别在剖面深层更为明显。