火因子对荒漠化草原草本层片植物群落组成的影响

火烧是世界许多地区关键的生态因子,也是人工和自然生态系统重要的干扰因素和管理工具,对格局与过程有着深刻的影响。采用人为放火试验研究了春季不同时间火烧对典型温带荒漠化草原草本植物群落组成的影响,结果表明:晚春火烧后当年,草本植物层片物种多度显著高于未火烧样地(P<0.05),而晚春火烧后第2年和早春火烧当年草本植物层片物种多度与未火烧样地差异不显著(P>0.05);晚春火烧后当年和第2年及早春火烧后当年,草本植物物种丰富度、多样性和均匀度均有所降低,且晚春火烧对植物群落组成的影响大于早春火烧。晚春火烧当年草本植物层片地上部分生物量显著大于未火烧样地(P<0.05),而晚春火烧后第2年和早春火烧当年草本植物层片地上部分生物量大于未火烧样地,但差异不显著(P>0.05);不同物种多度、高生长对火因子的响应不同。表明春季不同时间火烧处理对荒漠化草原草本植物层片植物群落组成的影响存在差异。     

荒漠人工固沙植被区土壤水分的时空变异性

表层土壤水分具有高度的时间和空间变异性.研究的目的:(1)揭示沙坡头人工固沙植被区浅层土壤水分的时空变异性特征;(2)确定驱动土壤水分变异的主要环境因子.在人工固沙植被区内一个4500m2的网格样地上每隔10m设置取样点,在连续7个月的时间内 (2005年4～10月),每隔15d用时域反射仪测量各样点表层以下15cm和30cm深度的土壤容积含水量.结果表明,该区网格尺度上浅层土壤水分的分布具有明显的空间变异性,其变异性随着土壤水分含量的降低而减小;相对海拔是驱动土壤水分空间变异的主要环境因子,其作用在降雨后尤为显著,且其对土壤下层的影响比上层更明显;植被和土壤水分含量的相关性时间序列与相对海拔一致--降雨使其相关性增加;土壤质地(土壤粒径分布)和土壤水分含量的相关性时间序列特征与植被和相对海拔相反,且其对土壤上层的影响比下层更明显.因此,在沙坡头荒漠人工固沙植被区,降雨后的短暂湿润期,地形和植被是驱动浅层土壤水分变异的主要影响因子,而随着降雨之后土壤逐渐变干,土壤质地的影响变得更加明显.     

不同灌水量下限对高羊茅绿期及抗寒性生理指标的影响

采用盆栽试验的方法,研究了秋末冬初不同灌水量下限\[分别占田间持水量(FC)的80%、70%、60%、50%\]对高羊茅绿期及抗寒性生理指标的影响.结果表明：在冬季低温条件下,80%和70%FC灌水处理使高羊茅叶片相对含水量、保护酶(SOD、POD和CAT)活性、叶绿素、可溶性糖和游离脯氨酸含量维持在较高水平,丙二醛含量和电解质外渗率降低,高羊茅的抗寒性增强.80%FC灌水处理分别较70%、60%和50%FC处理的草坪草绿期延长4、22和28 d,到达枯黄休眠的时间最晚,完成返青的时间最早.综合考虑节水和提高水分利用效率等多种因素,70%FC灌水处理为高羊茅秋末冬初季节最佳的灌水下限.     

腾格里沙漠东南缘荒漠草地不同群落类型土壤有机碳分布及储量特征

荒漠生态系统环境的复杂性及其高度的空间异质性是土壤碳储量估算结果不确定性的重要因素。通过调查取样和室内分析, 研究了腾格里沙漠东南缘10种主要荒漠草地群落各土壤层(0-5、5-10、10-20、20-30、30-50、50-70和70-100 cm土层)的土壤有机碳(SOC)含量、垂直分布特征和影响因素, 以及0-5、0-20、0-50和0-100 cm土层剖面的土壤有机碳密度(SOCD)。结果显示, 灌木群落是SOC含量的重要影响因素, 各土层SOC含量在10种群落间均存在显著差异。从土壤表层到深层, SOC含量主要表现为由高至低和先升高后降低两种特征。SOC含量与黏粉粒含量、全氮(N)、全磷(P)和电导率呈显著的正相关关系, 与砂粒含量呈显著的负相关关系。各群落之间, 0-5、0-20、0-50和0-100 cm土层剖面的SOCD均存在显著差异, 其平均值分别为0.118、0.478、1.159和1.936 kg·m ^-2。这一结果低于全球和全国草地SOCD的平均值, 利用全国数据或该研究的平均值可能会高估或低估区域土壤有机碳储量, 因此利用不同群落的SOCD能增加荒漠地区土壤有机碳储量估算的确定性。     

沙坡头地区草本植物层片对施加氮素的响应

以沙坡头人工固沙区草本层片植物为研究对象,分析不同氮肥处理下,物种丰富度、多度、盖度、高生长以及地上部生物量等群落学特征对不同氮肥水平的响应。人工施加氮肥1年的试验结果表明:除50g·m-2的施肥水平外,其他各施肥水平下群落物种丰富度均高于对照;多度随施肥梯度的增加整体上呈下降趋势,施肥梯度越高,下降越明显,其中在50g·m-2的施肥水平下,多度相比于对照下降了86.7%;盖度随施肥水平梯度的增大呈先上升后下降的趋势,在20g·m-2的施肥水平下盖度达到最大值,其与对照间的差异达到了显著性水平(P<0.05);植物高生长对氮肥水平的响应存在种间差异;地上部生物量则在低肥水平下高于对照,而高肥水平下低于对照。总体而言,氮肥水平对荒漠生态系统群落物种多样性和生产力的影响呈低肥促进、高肥抑制的效应。     

腾格里沙漠东南缘苔藓结皮对荒漠土壤种子库的影响

对腾格里沙漠东南缘沙坡头人工植被区和天然植被区苔藓结皮种子库进行了研究.结果表明,土壤种子库密度随着苔藓结皮的发育呈现增加的趋势,天然植被区是24年生人工植被区的3.4倍.种子库中共发现12种植物种子,分属于6科,其中1年生草本植物占70%以上.人工植被区未发现有多年生草本的植物种子,天然植被区多年生草本占20%,半灌木植物在人工植被区和天然植被区分别占20%和10%.人工植被区土壤种子库物种丰富度指数相对较低,而天然植被区物种丰富度指数是人工植被区的2倍;人工植被区土壤种子库物种多样性指数随着结皮的发育略有下降,天然植被区的多样性指数最高,为0.693;人工植被区土壤种子库物种相似性指数为1,相对较高,而人工植物区与天然植被区的物种相似性指数为0.4.苔藓结皮的出现增加了地表粗糙度,有利于对种子的捕获,同时显著地改善了土壤环境,有利于更多植物的定居.     

水热因子对沙漠地区土壤呼吸的影响

利用Li-6400-09土壤呼吸室和Li-6400便携式光合测定仪,在植物生长季对腾格里沙漠东南缘植被区和流沙区的土壤呼吸进行了连续测定,并分析了温度和水分对土壤呼吸的影响.结果表明:(1)植被区和流沙区土壤呼吸速率的日变化特征相似,即夜间土壤呼吸速率保持在较低的水平,而白天则呈现单峰变化趋势;而季节变化趋势明显不同,即植被区内的土壤呼吸有明显的季节变化,流沙则没有明显的季节变化;(2) 植被区和流沙区0～5cm土壤含水量与土壤呼吸速率均呈显著的线性关系,但植被区的相关性好于流沙区.当0～5cm土壤含水量大于测定期间的平均值 (植被区为6.78%、流沙区6.94%)时,植被区和流沙区的土壤呼吸速率都明显高于土壤含水量小于平均值时的土壤呼吸速率,其土壤呼吸速率平均值之比分别为:2.6、1.5;(3) 土壤呼吸速率与地表5cm处土壤温度呈显著的指数关系,当土壤含水量小于测定期间的平均值时,植被区与流沙区的Q10值分别为1.23和1.43;当土壤含水量大于测定期间的平均值时,植被区与流沙区的Q10值分别为2.23和1.72.由此可见,土壤水分不仅影响了土壤呼吸速率的大小,而且还影响了土壤呼吸速率的温度敏感性.     

沙坡头人工植被演替过程的土壤呼吸特征

为探讨人工植被演替过程对土壤呼吸速率的影响,本文利用碱液吸收法同步测定了腾格里沙漠东南缘1956、1964、1981、1987、1989、2007年始植的人工植被区和2007年新铺设的草方格固沙区及流沙区的土壤呼吸速率变化,同时分析了土壤水分和温度对上述不同样地土壤呼吸的影响。结果表明:1) 总体而言,土壤呼吸速率随着人工植被演替时间的延长而逐渐增大。当土壤含水量较高时,不同始植年代人工植被区的土壤呼吸速率具有显著的差异(P<0.05);当土壤含水量较低时,不同始植年代植被区的土壤呼吸速率没有显著的差异(P>0.05)。2)土壤呼吸速率与土壤含水量呈正相关关系,且相关系数随着人工植被演替时间的延长而逐渐增大。3)利用土壤呼吸速率-土壤温度指数函数关系计算得到不同人工植被演替阶段土壤呼吸速率的Q₁₀值均较低(平均值仅为1.02)。土壤温度对1987、1989年人工植被区内的土壤呼吸速率产生了显著影响(P<0.05),而对其他样地的土壤呼吸速率影响不显著 (P>0.05)。综合说明,人工植被的演替过程改变了土壤呼吸速率大小及其对土壤水分和温度的响应。     

沙埋对干旱沙区真藓结皮层细菌群落结构和多样性的影响

作为干旱沙区常见干扰之一的沙埋显著影响着生物结皮的结构和功能,但其内在的生物学机理还不清楚。利用高通量测序技术,通过对0(对照)、0.5(浅层)、2和10mm(深层)沙埋处理后的腾格里沙漠东南缘沙坡头地区真藓(Bryum argenteum)结皮层细菌群落物种组成与丰度的测定,研究了沙埋对真藓结皮层细菌群落结构和多样性的影响。结果表明:(1)共检测到沙坡头地区真藓结皮层细菌38门106纲181属,以放线菌、变形菌、蓝藻、浮霉菌、拟杆菌和酸杆菌等为主(占细菌群落的78.4%—83.0%);(2)PCA分析表明沙埋导致该地区真藓结皮层细菌群落结构组成发生明显改变。无沙埋时,真藓结皮层细菌群落中相对丰度最高的是蓝藻(18.6%),随着沙埋厚度的增加,依次变为变形菌(21.5%,沙埋厚度0.5mm)、浮霉菌(21.5%,沙埋厚度2mm)和放线菌(23.3%,沙埋厚度10mm);浅层沙埋显著增加了真藓结皮层细菌群落中光合菌、固氮菌和产菌丝体细菌等关键功能菌的丰度,但深层沙埋降低了它们的丰度;(3)沙埋显著增加了真藓结皮层细菌群落多样性(P0.05)和物种丰富度(P0.05),0.5mm沙埋后的细菌群落丰富度指数最高,2mm沙埋后的结皮层细菌群落多样性指数最高。揭示了沙埋对干旱沙区真藓结皮层细菌群落结构与多样性的影响,为深入理解沙埋对沙区生物结皮结构和生态功能影响的生物学机制提供了一定的理论依据。     

腾格里荒漠红砂-珍珠群落CO2收支变化及其不同观测方法间的比较

由于荒漠生态系统植被覆盖度低、生产力低下,其在全球碳循环中的作用被长期忽视。为探讨荒漠生态系统碳收支各组分的变化规律,以腾格里荒漠红砂(Reaumuria soongorica Maxim.)-珍珠(Salsola passerina Beg.)群落为研究对象,采用静态箱式法研究了该群落的净生态系统CO2交换量(NEE)、生态系统呼吸、土壤呼吸的日变化规律,同时将该方法所获得的NEE结果与涡动相关法观测的结果进行了比较。结果表明:(1)红砂-珍珠群落NEE的日变化表现为,在6:00—9:00左右出现一个CO2吸收的高峰值,随后在12:00—15:00左右出现一个CO2释放高峰值。红砂种群、珍珠种群和整个群落NEE的平均值分别为0.018、0.020和0.028 mg CO2m-2s-1;(2)红砂种群、珍珠种群、土壤及整个群落生态系统呼吸速率的日变化规律一致,均表现为明显的单峰变化趋势,在12:00—15:00左右出现一个CO2释放的高峰值。红砂种群、珍珠种群、土壤和整个群落的生态系统呼吸的平均值分别为:0.121、0.062、0.029和0.040 mg CO2m-2s-1。以盖度为加权因子计算得到红砂种群、珍珠种群和土壤呼吸占生态系统呼吸的比例分别为:9%、21%和70%,由此可见,生态系统呼吸主要来源于土壤呼吸。(3)将箱式法和涡动相关法观测的NEE进行比较,结果表明两种方法观测的NEE变化规律基本一致,相关系数达到0.7。采用箱式法观测的NEE高于涡动相关法观测的结果,平均值分别0.028 mg CO2m-2s-1(箱式法)和0.015 mg CO2m-2s-1(涡动相关法),涡动相关法的观测结果与箱式法观测结果的比值为0.54。综上可得,荒漠生态系统土壤呼吸的变化速率决定了生态系统呼吸的变化规律,采用箱式法可能高估了荒漠生态系统CO2的释放量。