土壤碳矿化潜力对沙坡头人工固沙植被演变的响应

土壤呼吸是土壤有机C矿化分解,释放无机养分的重要生物化学过程。本研究通过实验室培养的方法,分析了沙坡头地区人工固沙区不同固沙年限土壤碳矿化潜力的变化。经过103d的室内培养,土壤CO2-C的释放量表现为55龄>47龄>30龄>24龄>21龄>流动沙丘,在垂直方向上表现为0～5cm>5～10cm>10～20cm。而流沙区土壤碳矿化潜力为10～20cm土层最高。不同固沙年限土壤碳矿化潜力、全氮、有机碳、电导率有明显的差异,均表现为随植被恢复年限的延长而增加,随深度的增加而递减。相关性分析表明,土壤碳矿化潜力与土壤有机碳、总氮、C/N、pH、电导率、温度、土壤水分含量呈极显著相关,土壤各环境因子之间亦呈极显著相关。土壤养分含量随着恢复时间的延长而得到明显的改善,土壤碳矿化潜力与土壤养分状况改善程度一致。人工固沙植被的建立促进了土壤微生物活性,通过潜在的土壤呼吸得到表征。植被恢复和凋落物积累使土壤免遭风蚀,显著增加了土壤有机质的输入,因而显著作用于大气C的固存。     

模拟增温对高寒沙区生物土壤结皮-土壤系统呼吸的影响

生物土壤结皮是高寒沙区重要的地表覆盖类型, 研究增温对高寒地区生物土壤结皮-土壤系统呼吸的影响, 能够为准确评估高寒生态系统中生物土壤结皮对气候变化的响应和反馈提供一定的参考。该文以人工植被恢复区的苔藓和藻类结皮为研究对象, 采用开顶式被动增温装置(OTC)进行模拟增温, 观测增温条件下苔藓和藻类结皮-土壤系统呼吸速率的日动态和生长季动态, 探讨增温对其CO₂释放量和温度敏感性的影响。研究结果显示, 增温未改变苔藓和藻类结皮-土壤系统呼吸速率的日动态和生长季动态特征, 均呈“单峰”曲线, 日动态峰值出现在13:00左右, 生长季动态峰值出现在8月左右; 增温改变了生物土壤结皮-土壤系统呼吸速率的日动态峰值。相对干旱年份(2017), 适度增温增加了两类生物土壤结皮-土壤系统生长季累积CO₂释放量, 过高幅度增温, 两类生物土壤结皮-土壤系统CO₂释放量的增加程度降低; 相对湿润年份(2018), 增温幅度越高, 两类生物土壤结皮-土壤系统CO₂释放量增加程度越大。两种类型生物土壤结皮-土壤系统呼吸速率与温度间的关系均可用指数函数较好地描述, 相对干旱年份, 增温幅度越高, 苔藓和藻类结皮-土壤呼吸的温度敏感性越小, 变化范围分别为1.47-1.61和1.60-1.95; 相对湿润年份, 增温幅度越高, 温度敏感性越大, 变化范围分别为1.44-1.68和1.44-1.76。该研究表明, 全球气候变暖很大程度地增强了高寒生态系统中生物土壤结皮-土壤系统的呼吸作用, 因此在准确评估高寒生态系统碳循环过程时, 应充分考虑气候变暖对该区广泛分布的生物土壤结皮所产生的影响。     

石羊河下游白刺灌丛演替过程中群落结构及数量特征

白刺灌丛(Nitraria tangutorum Bobr.)是在石羊河下游存活面积最大的天然植被类型,研究不同演替阶段白刺灌丛群落的结构和数量特征可为该区白刺群落保护与恢复提供科学依据.根据白刺灌丛生长及其生境状况,在石羊河下游选择了初期发育、稳定、衰退、严重衰退的群落,研究了各演替过程中各阶段的群落物种组成、生活型谱,群落盖度、群落物种多样性及各演替阶段群落的相似性特征.结果表明,从初期发育阶段到稳定阶段的群落物种数量明显减少,而从稳定阶段至严重衰退阶段的演替过程中群落物种是逐渐增加的.在整个演替过程中,1年生植物所占比例逐渐增加,至严重衰退阶段时1年生植物所占的比重高达80％.不同演替阶段群落盖度最高、最低值出现的月份也不相同,5-10月群落盖度的平均值为稳定阶段＞初期发育阶段＞衰败阶段＞严重衰败阶段.各演替阶段多样性Simpson、Shannon-Wiener指数以及Pielou均匀度指数5-10月均呈现波动变化特征,Simpson、Shannon-Wiener指数大小顺序均表现为初期发育阶段＞严重衰退阶段＞衰退阶段＞稳定阶段,而均匀度Pielou指数为衰退阶段＞严重衰退阶段＞稳定阶段＞初期发育阶段.各演替阶段群落之间的相似性均较低,演替序列越相近,相似性系数越高.     

高寒沙区生物土壤结皮覆盖土壤碳通量对模拟降水的响应

生物土壤结皮作为干旱半干旱地区重要的地表覆盖类型和景观特征之一,其自身具备的光合与呼吸能力对荒漠生态系统地表与大气界面中的碳交换与循环产生了重要影响。水分是干旱半干旱地区许多生态过程中的主要限制因子,能够影响生物土壤结皮的光合与呼吸过程,进而影响生物土壤结皮覆盖土壤的碳通量规律。针对高寒沙区藓类和藻类结皮为主的生物土壤结皮覆盖土壤,设置了1、2、5、10mm以及0(对照)的模拟降水梯度,利用LI-8100土壤碳通量测定系统,对模拟降水后结皮覆盖土壤的碳通量进行测定,以探讨不同结皮种类和不同强度降水对碳通量的影响。结果表明:(1)降水对生物土壤结皮覆盖土壤的净碳通量、暗呼吸均有激发作用,使碳通量在极短时间内到达峰值且与对照差异显著,但各降水量之间差异不显著。两种不同结皮覆盖类型相比,藓类结皮覆盖土壤在降水后的碳通量峰值和受降水激发的有效时间均显著高于藻类结皮。(2)两种结皮覆盖土壤在模拟降水后的48h累积碳释放随降水量的增加而增加且与对照差异显著。同时藓类结皮覆盖土壤累计碳释放显著高于藻类结皮覆盖土壤。(3)两种生物土壤结皮覆盖土壤的碳通量和土壤水分体现出显著的相关性,净碳通量和暗呼吸均随水分的增加而增加。因此,在降水条件下生物土壤结皮覆盖土壤表现出明显的碳源效应,其碳通量以及碳释放量都有显著的改变,在研究干旱半干旱地区碳交换规律时应该考虑不同生物结皮的覆盖和降水事件的影响。     

高寒沙区生物土壤结皮对吸湿凝结水的影响

高寒沙区,水资源匮乏,吸湿凝结水是维持当地生态环境的重要非生物影响因子。采用自制微渗仪(直径10 cm,高度分别为3、4、6、11 cm)观测3类生物土壤结皮(苔藓结皮、藻类结皮、物理结皮)和流沙的吸湿凝结水量变化规律。结果表明:观测期间,除去大风和降雨天气外,吸湿凝结水每天都会产生;不同地表类型产生的吸湿凝结水量存在差异,生物土壤结皮生成的吸湿凝结水量显著大于流沙上产生的吸湿凝结水(P0.05),即生物土壤结皮有利于吸湿凝结水的生成;随着结皮的发育,吸湿凝结水量呈增加趋势,主要表现为:流沙物理结皮藻类结皮苔藓结皮;凝结现象自19:00开始,次日7:00结束;日出后,吸湿凝结水量迅速下降,持续时间为5 h,其中苔藓结皮与流沙下降速率最快;吸湿凝结水主要集中在土壤表层5 cm内,达总凝结量的90%以上,且观测值变异系数小,可作为代表性土壤深度进行吸湿凝结水的相关研究;吸湿凝结水量与大气温湿度密切相关,与大气温度呈负相关关系,与大气湿度呈正相关关系;吸湿凝结水量受取样深度、地表类型、大气温湿度等多方面因素的影响。     

库姆塔格沙漠不同区域种子植物物种组成与区系特征研究

库姆塔格沙漠是我国西北荒漠地区较典型的沙漠之一,本文基于实地调查并结合遥感资料,对该地区植被的物种组成及种子植物区系特征进行了研究。结果表明:(1)库姆塔格沙漠地区共有种子植物29科91属143种;该地区植物物种贫乏、生活型简单,主要以灌木、一年生及多年生草本植物为主。(2)库姆塔格沙漠地区的植物组成受水分、高温以及土壤盐分等因子影响,形成了3个主要的种子植物分布区(阿奇克谷地、阿尔金山山前洪积扇戈壁、西湖湿地),且各区的物种组成差异显著。(3)从3个主要植物分布区的物种组成与生活型组成来看,阿尔金山山前洪积扇戈壁区域植物生活型比阿奇克谷地和西湖湿地丰富;因阿尔金山山前洪积扇戈壁环境复杂,在3个区域中其物种相对丰富,科、属、种的种类较多;阿奇克谷地和西湖湿地植物的属、种相似度较高;3个区域的植物属、种总体上相似度较低。(4)库姆塔格沙漠地区种子植物区系表征科主要为藜科(Chenopodiaceae)、菊科(Compositae)、麻黄科(Ephedraceae)等;3个主要植物分布区科的分布型均以世界分布为主,属的分布型以北温带分布和地中海区、西亚至中亚分布为主,具体表现为:阿奇克谷地和西湖湿地植物属的分布型以地中海区、西亚至中亚分布为主,阿尔金山山前洪积扇戈壁植物属的分布型以北温带分布为主。(5)库姆塔格沙漠地区种子植物以旱生种所占比例较高,物种类型具有明显的残遗性;由于环境条件特殊,形成了库姆塔格沙漠地区特有的植物类群和区系特征。本研究结果为库姆塔格沙漠地区植物组成及区系研究提供了基础资料。     

沙冬青灌丛地的土壤颗粒大小分形维数空间变异性分析

通过土壤颗粒大小分形维数对土壤质地定量分析表明,土壤颗粒大小分形维数与沙粒含量（＞0.1mm）呈显著的线性负相关,与粘粉粒含量（＜0.05mm）呈显著的线性正相关关系（p＜0.0001）,沙粒和粘粉粒含量每增加1﹪,分形维数则降低或升高0.022个单位,沙粒增加导致分形维数的降低和粘粉粒增加导致分形维数升高幅度一致,所以土壤颗粒分形维数可以作为评价土地沙质荒漠化程度的定量指标之一.荒漠地带以沙冬青为优势种的沙生植被地段,地表土壤颗粒粗粒化和50～70cm土层土壤颗粒的细粒化,为该区有限降水的深层渗漏提供了基质,为沙冬青的存活提供了保障,一定程度上支持了一些专家提出的概念模型,验证了粗质土壤质地支持以灌木为主的群落的假说.但从空间变异性分析来看,荒漠区沙冬青群落因地表物质的吹蚀和堆积过程频繁以及灌丛沙堆发育程度引起的分枝形态差异,导致了土壤颗粒含量空间变异尺度并未集中在冠幅范围,并不支持灌丛在沙漠生态系统对降尘等细粒物质拦截所形成的＂沃岛＂作用.正是因为以沙冬青为优势种的沙生植被地段土壤颗粒组成的高度空间异质性,并且空间变异的范围并不局限于灌木冠幅范围和冠幅间的裸地,没有为其它植物种的入侵创造土壤基质条件,才使得沙冬青群落在该区稳定存在,为荒漠残遗植物种--沙冬青的迁地保护和干旱沙区植被恢复过程中合理地利用土壤资源,以避免营林失败等问题提供了理论依据.     

干旱沙区植被恢复中土壤碳氮变化规律

 测定了干旱沙区不同年限植被恢复区土壤0～5（包括结皮层）、5～10和10～20 cm颗粒组成分布、土壤有机碳（Soil organic carbon, SOC） 和全氮含量,并分析了土壤颗粒组成分布中沙粒和粘粉粒含量变化与土壤SOC和氮含量间的关系,探讨植被恢复过程中SOC和氮变化规律。研究 表明,干旱沙区植被恢复过程中,SOC和全氮含量存在明显的固存效应,这种效应不仅表现在植被恢复的时间上,也表现在土壤垂直分布上。植 被恢复区SOC和氮含量随恢复时间的延长呈增加趋势,在垂直方向上呈降低趋势。土壤极细沙（0.1～0.05 mm）和粘粉粒含量（<0.05 mm）的 时间和空间变异与SOC和氮有着相似的趋势。而沙粒含量（0.5～0.1 mm）则随植被恢复时间增加和土层深度的增加呈降低趋势。土壤中极细沙 粒（0.1～0.05 mm）和粘粉粒含量（ <0 .05 mm）分别与SOC和氮含量有显著正相关关系（p<0.01）,而沙粒含量（0.5～0 .1 mm）与SOC和氮 含量呈显著负相关（p<0.01）。从植被恢复或者荒漠化逆转角度阐明了干旱沙区土地利用的变化导致的土壤保护性碳组分的增加是土壤碳储量 汇功能增加的体现。在研究区域,有机碳和全氮因土壤粘粉粒和极细沙而积累的定量关系可以用线性方程很好地预测,从而为更好地估算荒漠 化逆转过程中不同阶段碳汇量提供了依据。而植被恢复中土壤SOC和氮与土壤颗粒间的结论加深了荒漠化逆转过程中土地利用方式的改变对气候 变化响应的陆地生态系统碳循环过程与机理的理解,明确了我国广泛在干旱沙区实施区域治理对全球大气CO₂汇的贡献。植被恢复过程中,表征 土壤肥力特征的SOC和氮在时间和空间上的变异对植被演变的影响,以及土壤物理稳定性的增强对土壤抗风蚀能力的贡献。从另一个方面阐述 了植被恢复过程中土壤和植被间的这种相互关系及其对生态环境改善的贡献,为探讨干旱沙区荒漠化逆转过程中植物种的选育和合理评价生态 环境提供了参考。     

沙冬青群落土壤有机碳和全氮含量的空间异质性

应用地统计学的基本原理与方法,分析了干旱荒漠地带沙冬青群落0～5和50～70 cm土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)及C/N空间异质性.结果表明,0～5 cm的SOC和TN的平均含量分别为0.744和0259 g·kg^-1,平均变异系数分别为0.280和0.213; 50～70 cm的SOC和TN的平均含量分别为1.425和0.295 g·kg^-1,平均变异系数分别为0.195和0.206,反映出该植被区土壤肥力较为贫瘠.该沙生植被区土壤SOC和TN含量存在高度空间异质性,其空间异质性主要由自相关因素引起.0～5 cm土层 SOC和TN含量空间变异尺度分别为20.99和29.19 m;50～70 cm土层分别为42.9和62.1 m.变异尺度未集中在沙冬青冠幅范围,未反映出荒漠地带沙生植物种的“肥岛”效应,为其他物种的入侵创造了障碍.这种空间分布格局和尺度为维持沙冬青在干旱荒漠沙生植被区的优势度提供了保障,解释了其长期存在的机制.     

腾格里沙漠东南缘白刺种群性状对沙埋的响应

运用实验生态学和数量生态学方法,研究了腾格里沙漠东南不同沙埋程度的白刺(Nitraria tangutorum)种群特征,并就各特征与沙埋深度的关系进行了分析.结果表明:强沙埋条件(湖盆低地)白刺种群特征均值都大于弱沙埋条件(山前冲积扇),但白刺种群各特征变异却是强沙埋条件小于弱沙埋条件;除弱沙埋条件白剌种群密度外,其他各性状都与沙埋有着显著相关关系;强沙埋条件的种群各性状发育最适沙埋深度均大于弱沙埋条件下;不论沙埋深度强弱和最适沙埋深度的高低,白刺种群各性状发育均受最适沙埋深度制约;低于最适沙埋深度,沙埋深度增加促进种群性状发育,高于最适沙埋深度,沙埋深度增加抑制种群性状发育.白刺种群各性状对沙埋深度的响应主要体现在高生长和生物量上:盖度和密度的发育不仅受沙埋的影响,更主要是受沙埋深度影响下的其他资源特别是水分的限制.