不同土地利用方式下沙地土壤水分空间变异规律

利用地统计学的方法 ,研究了科尔沁沙地甸子地不同土地利用方式草地和玉米地春季土壤含水量的空间变异规律。结果表明 ,草地表层、亚表层土壤含水量的变异函数均可很好地拟合成球状模型 ,具有明显的空间结构特征 ,其空间相关度分别为 0 979、0 999,变程分别为11 5 7m、19 4 1m ,分数维分别为 1 5 71、1 5 35 ,Moran’sI系数表现为在近距离内 (0 5～ 2 5m)为较强的正相关 (I=0 3～ 0 8) ,随着距离的增大 ,相关性变小 ,>5m后表现为较弱的负相关(I =0 2 )的变化趋势 ,克立格制图均表现出中央和四周高 ,西北角存在明显过渡带的空间分布格局 ,表层和亚表层具有很大的相似性。而耕地表层、亚表层土壤含水量变异函数分别拟合成线性和球状模型 ,其空间相关度分别为 0 344、0 914 ,变程分别为 7 6 7m、9 31m ,分数维分别为 1 92 8、1 6 81,Moran’sI系数分析和克立格制图表明表层、亚表层土壤含水量存在明显的差异。因此草地和耕地土壤含水量变异函数模型及参数、分数维、Moran’sI系数和克立格制图均存在明显的区别。同草地相比 ,玉米地土壤含水量空间格局特征表现为空间依赖性小 ,随机性大 ,空间自相关作用范围小 ,破碎化程度高。所以有必要采取退耕还草的措施来保护和恢复沙地生态系统的健康。     

科尔沁沙地植被恢复中差不嘎蒿种群不同龄级个体的点格局分析

差不嘎蒿(Artemisia halodendron)主要分布在呼伦贝尔沙地和科尔沁沙地的流动和半固定沙丘上, 是良好的乡土固沙半灌木, 也是退化沙地固定和植被恢复过程中的建群种。点格局分析方法是20世纪末发展起来的多尺度空间格局分析方法。通过对差不嘎蒿种群的点格局分析, 发现差不嘎蒿幼体的空间格局多为集群分布, 在各个尺度上都极为显著, 而随着差不嘎蒿龄级的增加, 其空间分布也逐渐显现为随机分布。差不嘎蒿相邻龄级的空间关系差异不显著, 而间隔龄级间则呈空间负相关。这与其幼体聚集, 成体随机分布的空间格局相一致。     

基于器官-凋落叶-土壤生态化学计量特征的樟子松和赤松人工林养分利用策略

以科尔沁沙地樟子松与赤松人工林为对象,分析不同器官、凋落叶和土壤的C、N、P化学计量,比较研究两个树种的养分保存与利用机制。结果表明：樟子松叶C含量及C∶N、C∶P和N∶P、枝N含量以及根N和P含量显著高于赤松,而叶P含量、枝C∶N、根C含量及C∶N和C∶P显著低于赤松。樟子松N和P含量随枝叶年龄增加而下降,而赤松P含量表现为当年和二年生枝叶显著高于一年生枝叶。樟子松凋落叶C、N、P含量均显著高于赤松,C∶P和N∶P显著低于赤松。赤松叶片P重吸收效率显著高于樟子松,并且两个树种的P重吸收效率显著高于N重吸收效率。樟子松林土壤P含量显著低于赤松林,而C∶N和C∶P显著高于赤松林。樟子松养分主要供给新生组织器官,而老年枝叶的养分保存能力下降,凋落叶更易于分解,不利于土壤养分保存,土壤P含量较低。赤松养分保存能力更强,通过维持较高养分重吸收效率,提高体内养分利用效率,降低对土壤P的消耗。     

科尔沁沙地几种乔灌木树种耐受极端土壤水分条件与生存能力野外实地测定

用有限面积法野外实地测定了科尔沁沙地几种常见乔灌木树种所能耐受的极端临界土壤含水量和极端干旱条件下的生存能力。有限面积法通过限制植物根系水平分布的范围,降低了根系分布区土壤含水量的空间异质性,提高了土壤含水量测定结果的准确性。通过减少植物的吸水范围,加重了植物的受旱程度,有利于对植物耐受极端干旱能力的检验。测定是在植物野外实际生存状态下进行,测定结果更加符合实际情况。野外实地测定结果表明：按从低到高的顺序,山杏、小叶锦鸡儿、差巴嘎蒿、黄柳、榆树、杨树的最低临界土壤含水量分别是0．82％、0．87％、1．61％、1．89％、2．04％和2．27％,形成了一个梯度顺序,反映了几个树种耐旱性的差异和适宜生境条件的不同。植物在极端干旱条件下的生存能力表现为叶片枯黄、萎蔫、脱落和枝条从上到下逐渐干枯,但枝条基部和根系仍然存活,并保持较长时间的存活能力,在遇到适宜的降水后能继续萌发、生长。这一特性具有蓄种、保种作用,对维持荒漠植物种群稳定与种源续存具有重要意义。测定结果对评价物种的抗旱能力和维持人工林群落稳定具有参考价值。     

科尔沁沙地风蚀作用对土壤碳、氮分布的影响

对位于科尔沁沙地奈曼旗中部的沙漠化区域(S区)和舍力虎湖盆(潜在沙漠化区域,P区)表层土壤理化性质、O ～100 cm土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和土壤各级颗粒密度进行了对比分析;S区内设对照点MS、风蚀发生地TS和颗粒沉降地LS,P区内相应位置设为MC、NC和SC.结果表明:自西北向东南由以中粗沙组分为主的土壤向以粘粉粒和极细沙组分为主的土壤过渡;粘粉粒密度每减少1 kg·m-2,SOC和TN密度分别下降10和1.1 g·m-2;0～ 20 cm土壤容重平均值在1.322～1.651 g·cm-3变化,表现为TS＞MS＞LS＞NC＞SC＞MC,粘粉粒含量表现出完全相反的趋势,pH表现为NC＞SC＞MC＞S区;相对各区域的对照点,以风力侵蚀作用为主的TS和SC处SOC和TN含量及密度有不同程度的下降;同样以土壤可蚀性颗粒的沉降堆积作用为主,LS的SOC和TN含量及密度较TS和MS有明显的增加,而NC较SC和MC均大幅减少.S区土壤粘粉粒中的SOC和TN含量远高于P区,但风蚀引起的粘粉粒吹蚀和沙沉积对P区土壤质量的影响程度显著大于S区.区域自然条件下,特定的土地利用方式增大了潜在沙漠化土壤的风蚀风险,风蚀作用的持续效应导致了不同的土壤碳、氮储量变化.     

地上竞争与地下竞争对科尔沁沙地榆树幼苗生长的影响

榆树疏林草原对科尔沁沙地植被恢复和景观保护有着重要意义.本文采用双因素两水平控制试验,从幼苗生物量、地下/地上生物量、茎高、根茎比、叶片数等方面,研究了草-树地上、地下竞争对科尔沁沙地榆树幼苗生长的影响.结果表明:对于1年生榆树幼苗,单株平均生物量表现为无竞争＞地上竞争＞全竞争＞地下竞争;地下/地上生物量表现为地下竞争＞全竞争＞无竞争＞地上竞争;幼苗高度表现为地上竞争＞无竞争＞全竞争＞地下竞争;根茎比表现为地下竞争＞全竞争＞无竞争＞地上竞争;叶片数表现为地上竞争＞无竞争＞地下竞争＞全竞争.地下竞争对1年生榆树幼苗生长影响显著,而地上竞争对榆树幼苗生长无显著影响.地上竞争与地下竞争对2年生榆树幼苗生长的影响均不显著.科尔沁沙地草本植物对榆树幼苗生长的影响主要通过地下竞争的方式实现,但地下竞争并没有改变榆树幼苗的资源分配方式.随榆树幼苗龄级的增长,草本植物竞争作用的影响逐渐减弱.     

科尔沁沙地流动沙丘造林后表层土壤有机碳和轻组有机碳的变化

以流动沙丘为对照,研究了科尔沁沙地25年生和35年生樟子松人工固沙林表层土壤(0～15cm)有机碳(SOC)和土壤轻组有机碳(LFOC)的变化.结果表明:流动沙丘造林后,粗沙含量明显降低,土壤极细沙和粘粉粒含量显著增加;SOC和LFOC含量均显著增加,但随土层加深趋于减少;流动沙丘造林显著增加了表层土壤的SOC和LFOC储量,且林龄越长,SOC和LFOC储量越高.人工林地0～15cm层LFOC储量的增幅远高于SOC储量,说明流动沙丘造林对表层土壤LFOC的影响大于SOC.     

科尔沁沙地灌丛的“虫岛”效应及其形成机理

为了了解沙地灌丛对于土壤动物是否存在聚集作用,于2008-2009年在科尔沁沙地调查了流动沙地小叶锦鸡儿和黄柳灌丛内外大型土壤动物的群落特征.结果表明:流动沙地灌丛内大型土壤动物类群数量、密度和Shannon多样性指数较灌丛外流沙地分别高125.0％ ～ 175.0％、52.8％ ～263.9％和34.6％ ～57.1％,显现出明显的“虫岛”效应,其中小叶锦鸡儿灌丛的“虫岛”效应大于黄柳灌丛;灌丛内外土壤优势动物类群虽然相同,并有少量共有类群,但灌丛下聚集了多个流沙裸地没有的大型土壤动物类群,群落功能群结构也发生明显改变;流动沙地灌丛的“虫岛”效应主要源于灌丛的小气候效应和肥岛效应,其降风滞尘、遮蔽暴晒、改善土壤质地和养分条件的作用是导致流动沙地灌丛“虫岛”效应形成的主要机理.     

科尔沁沙地草地植被恢复演替进程中群落优势种群空间分布格局研究

通过对处于流动沙地、半固定沙地和固定沙地等不同恢复演替阶段的群落的取样调查 ,研究了科尔沁沙地草地植被恢复进程中群落优势种群的空间分布格局及其动态变化。运用扩散系数、聚集指数、平均拥挤度、聚块性指数、Green指数、聚集强度、Poisson分布和负二项分布的 χ2 拟合检验等 7项指标 ,对群落优势种群的分布格局的研究结果基本一致 ,大多数物种的空间分布呈显著的聚集分布。在演替进程中种群格局强度的变化和群落总体聚集程度的变化与种群动态和群落结构的空间异质性相对应 ,较高的聚集程度是种群分布斑块化和群落结构的空间异质性的反映 ,随着演替进展 ,优势种的种群数量扩展 ,但种群分布的聚集强度下降 ,群落结构的空间异质性降低。在 7种测定分布格局的指标中 ,聚块性指数、Green指数和聚集强度是无量纲的指标 ,其大小不受种群大小的影响 ,其变化可以较好地指示格局强度本身的变化 ,并与种群动态和群落结构变化相联系