围封对退化矮嵩草草甸群落结构和主要种群空间分布格局的影响

通过研究围栏封育1年后中度退化的矮嵩草草甸(夏季牧场)群落结构的变化,探讨主要植物种群在小尺度(50 cm×50 cm)上的空间分布格局,并从生活史特征和生态适应对策等角度探讨产生和维持这些格局的机理。结果表明,围封1年显著降低了群落中主要种群矮嵩草(Kobresia humilis)、高山唐松草(Thalictrum alpinum)和雪白委陵菜(Potentilla nivea)的重要值,而增加了线叶龙胆(Gentiana farreri)的重要值;显著增加了群落的地上生物量和总生物量,但对地下生物量和群落多样性的影响不显著。围封使退化矮嵩草草甸主要种群矮嵩草、高山唐松草、珠芽蓼(Polygonum viviparum)、线叶嵩草(Kobresia capillifolia)和金露梅(Potentilla fruticosa)等空间分布格局从放牧后的随机分布向聚集分布发展,而雪白委陵菜、重齿风毛菊(S.katochaeteMaxim)、矮火绒草(Leonto-podium nanum)和美丽风毛菊(Saussurea pulchra)等种群的空间分布格局没有发生改变;但黑褐苔草(Carex atro-fusca)的空间格局从放牧后的聚集分布转向随机分布。因此,退化的矮嵩草草甸在围封的初始阶段,由于避免了家畜的选择性采食及其践踏作用,首先可能是使主要种群的空间分布格局有从随机分布向聚集分布变化的趋势,从而使小尺度的种间隔离来降低种间的竞争强度,从而改变了不同物种对资源和空间的竞争能力,进而推动群落物种组成和结构的恢复演替。     

干旱过程中荒漠生物土壤结皮-土壤系统的硝化作用对温度和湿度的响应——以沙坡头地区为例

以腾格里沙漠东南缘天然植被区由藻类、藓类结皮所覆盖的土壤和流沙为研究对象,采用原状土室内培养法,在15和20 ℃两个温度、10%和25%两个湿度下连续培养20 d,分别在培养后的第1、2、5、8、12、20天连续测定土壤样品中的NO₃^--N含量,探讨不同温度和湿度条件下荒漠土壤的净硝化速率在干旱过程中的变化规律.结果表明： 藓类结皮的NO₃^--N含量（2.29 mg·kg^-1）高于藻类结皮（1.84 mg·kg^-1）和流沙（1.59 mg·kg^-1）,3种类型的土壤净硝化速率介于-3.47～2.97 mg·kg^-1·d^-1之间.10%湿度条件下,藻类和藓类结皮在25 ℃下的净硝化速率比15 ℃分别减少75.1%和0.7%;25%湿度条件下,分别减少99.1%和21.3%;15 ℃、10%湿度条件下藻类和藓类结皮的净硝化速率比25 ℃、25%湿度条件下增加193.4%和107.3%.表明在全球变暖背景下,无论土壤湿度增加或减少,干旱过程中的荒漠生物土壤结皮-土壤系统净硝化速率在一定程度上都会受到抑制.     

模拟增温对荒漠生物土壤结皮-土壤系统CO2、CH4和N2O通量的影响

目前, 有关增温条件下荒漠生物土壤结皮(BSCs)-土壤系统与大气之间主要温室气体(CO₂、CH₄和N₂O)通量变化的研究十分匮乏, 以致很难准确地评估荒漠生态系统温室气体通量对气候变暖的响应与反馈的方向和程度。该文选择腾格里沙漠东南缘天然植被区由藻类、藓类以及二者混生的3种类型的BSCs覆盖土壤为研究对象, 以开顶式生长室(OTC)为增温方式模拟全球变暖, 采用静态箱-气相色谱法探究了2012年7月至2013年6月增温和不增温处理下CO₂、CH₄和N₂O通量的变化特征。结果表明: 增温和结皮类型对CO₂、CH₄和N₂O通量没有显著影响。采样日期、结皮类型与采样日期, 以及增温与结皮类型和采样日期的互作显著影响CO₂和CH₄通量, 增温和采样日期互作显著影响CH₄通量。BSCs-土壤系统的CO₂、CH₄和N₂O年通量及其增温潜能在增温和不增温处理下的差异均不显著。CO₂通量与5 cm深度的土壤温度呈显著的指数正相关关系, 与10 cm深度的土壤湿度呈线性正相关关系; 藓类、混生结皮的CH₄通量与5 cm深度的土壤温度和10 cm深度的土壤湿度均呈显著的线性负相关关系; 3种结皮类型的N₂O通量与5 cm深度的土壤温度均无相关关系, 藓类结皮的N₂O通量与10 cm深度的土壤湿度呈显著的线性负相关关系。藓类结皮的CO₂和CH₄在增温和不增温两种处理下的通量差异与5 cm深度的土壤温度差异呈显著的负线性相关, 藻类结皮N₂O的通量差异与温度差异呈近似正相关关系(p = 0.051)。以上结果说明: 在全球变暖的背景下, 荒漠BSCs-土壤系统主要温室气体通量不会有明显的变化, 意味着荒漠生态系统温室气体的排放可能对气候变暖没有明显的 反馈。     

黑岱沟露天煤矿排土场不同植被配置对生物土壤结皮拓殖和发育的影响

2012年8—9月对内蒙古准格尔旗黑岱沟露天煤矿排土场乔木、乔木+灌木、乔木+草本(禾本科)、乔木+草本(豆科)和撂荒地5种人工植被配置条件下生物土壤结皮(BSCs)盖度和厚度进行了调查。结果表明:不同植被配置条件下BSCs的总盖度均超过了50%,乔木和乔木+草本(豆科)配置条件下藓类结皮的盖度最高,分别为56%和43%,显著高于其他配置条件下藓类结皮的盖度;乔木+草本(禾本科)配置条件下藓类结皮的盖度最高(34%),显著高于其他配置条件下藓类结皮的盖度。不同植被配置条件下BSCs的厚度均超过了0.30 cm,其中乔木+灌木配置条件下的BSCs厚度最高为0.55 cm,显著高于其他配置条件下BSCs厚度。露天煤矿排土场进行植被恢复有助于BSCs的拓殖和发育,植被配置类型和植被盖度显著影响BSCs的盖度和厚度。     

沙坡头地区生物土壤结皮的固氮活性及其对水热因子的响应

氮是除水分之外影响干旱区生态系统生物活性的关键因子。生物土壤结皮是干旱半干旱荒漠地表景观的重要组成部分, 也是荒漠生态系统氮素的主要贡献者。通过野外调查采样, 利用开顶式生长室, 模拟不同降水梯度, 采用乙炔还原法连续测定了沙坡头地区典型生物土壤结皮(藻类结皮、地衣结皮和藓类结皮)在其主要固氮活跃期(6-10月, 湿润期)的固氮活性, 及其对水热因子的响应特征。结果表明, 试验期三类生物土壤结皮的固氮活性介于2.5 × 10³-6.2 × 10⁴ nmol C₂H₄·m^-2·h^-1之间, 其中藻类结皮的最高(平均达2.8 × 10⁴ nmol C₂H₄·m^-2·h^-1), 地衣结皮的次之(2.4 × 10⁴ nmol C₂H₄ ·m^-2·h^-1), 藓类结皮的最低(1.4 × 10⁴ nmol C₂H₄·m^-2·h^-1), 差异显著(p < 0.001)。在模拟降水3 mm时, 三类结皮均可达到最大固氮速率, 当发生> 3 mm的降水事件时, 它们的固氮速率无显著增加; 不同结皮的固氮活性与温度均呈显著的负相关关系(r_藻类结皮 = -0.711, r_地衣结皮 = -0.732, r_藓类结皮 = -0.755, p < 0.001), 藻类和藓类结皮的固氮活性的最适温度区间为25-30 ℃, 地衣结皮为20-30 ℃。三类结皮之间的这种固氮差异主要归因于结皮组成生物体即隐花植物的差异, 藻类结皮主要成分为大量的蓝细菌和一些绿藻, 地衣结皮也由大量的固氮藻和真菌共生形成, 而藓类结皮的主要组成部分苔藓植物并不具有固氮作用, 其微弱的固氮量是结皮中混生的少量蓝细菌或地衣所致。     

沙埋对干旱沙区生物结皮覆盖土壤温室气体通量的影响

以腾格里沙漠东南缘自然植被区生长的两种典型生物结皮——藓类和藻类-地衣混生结皮覆盖土壤为对象,通过设置0(对照)、1 mm(浅层)和10 mm(深层)沙埋处理,研究了沙埋对该区结皮覆盖土壤温室气体通量的影响,并通过测定沙埋后土壤温度、水分的变化,初步探讨了沙埋影响生物结皮覆盖土壤温室气体通量的环境机制.结果表明: 沙埋显著增加了两类结皮覆盖土壤的CO₂释放通量和CH₄吸收通量(P<0.05);但对N₂O通量的影响因沙埋厚度和结皮类型的不同而异:深层沙埋(10 mm)显著增加了两类结皮覆盖土壤的N₂O吸收通量,浅层沙埋(1 mm)仅显著降低了藓类结皮覆盖土壤的N₂O吸收通量,而对混生结皮覆盖土壤的N₂O通量影响不显著.沙埋显著增加了两类结皮覆盖土壤的表层温度和0~5 cm深土壤湿度,从而增加了其CO₂释放通量.但是沙埋引起的土壤温湿度的变化与CH₄和N₂O通量变化的相关性不显著,说明沙埋引起的土壤温湿度变化不是影响其CH₄和N₂O通量的关键因子.     

古尔班通古特沙漠半固定沙丘植物群落物种组成和种群结构

通过野外调查,研究古尔班通古特沙漠半固定沙丘植物群落的物种组成,采用株高、冠幅、体积大小级代替年龄结构,分析了典型灌木种群的生长状态及发展趋势.结果表明:在古尔班通古特沙漠半固定沙丘共调查到23种植物,出现最多的是藜科,6属8种,其次是菊科,5属6种,该沙漠植被组成数目少,群落结构简单.白梭梭主要分布在丘顶,为稳定增长型种群,而梭梭数量少.油蒿是当地工程建设后进行植被恢复而引入的物种,主要分布在迎风坡和丘顶,为增长型年龄结构,有很大的增长潜力,已经影响到原有的物种组成.白皮沙拐枣和蛇麻黄幼苗缺失,幼龄个体少,形成衰退型年龄结构,且白皮沙拐枣的空间分布区域与油蒿重合,未来可能被油蒿替代.     

沙坡头人工植被固沙区生物结皮-土壤系统温室气体通量特征

荒漠生物结皮-土壤系统温室气体(CO2、CH4和N2O)通量数据的缺乏,给区域尺度上温室气体通量的估算带来很大的不确定性.2011—2012年在腾格里沙漠东南缘沙坡头地区不同时期建植的人工植被固沙区,采用静态箱-气相色谱法研究了不同类型和不同演替阶段生物结皮覆盖的土壤CO2、CH4和N2O的通量特征.结果表明:结皮类型、恢复时间及二者与采样时间的互作显著影响CO2通量;恢复时间、结皮类型与采样时间的互作显著影响CH4通量;采样日期显著影响CO2、CH4和N2O通量.苔藓结皮年均CO2通量(105.1 mg·m-2·h-1)显著高于藻类结皮(37.7 mg·m-2·h-1).荒漠生物结皮-土壤系统年均CH4和N2O吸收通量分别为19.9和3.4μg·m-2·h-1.藻类结皮的年均CH4和N2O吸收通量略高于苔藓结皮,但差异并不显著.随着荒漠生物结皮的发育和演替的深入,生物结皮-土壤系统呼吸逐渐增加,CH4和N2O吸收能力逐渐下降.与藻类结皮相比,苔藓结皮呼吸对温、湿度的变化更为敏感,且随着生物结皮的发育和演替的深入逐渐增强.温度和湿度不是决定荒漠生物结皮-土壤CH4和N2O通量的关键因子.