乌兰布和沙漠典型灌木群落结构及数量特征

灌木群落是乌兰布和沙漠生态系统中最重要的组成部分,根据野外样地的调查资料,从各群落物种组成、生活型谱、盖度特征、物种多样性、群落相似性等方面对乌兰布和沙漠中典型灌木群落结构和数量特征进行分析,为该区生物多样性保护与植物资源持续利用提供理论依据。结果表明:(1)梭梭、白刺、沙冬青、沙蒿、油蒿、盐爪爪是乌兰布和沙漠中主要灌木群落类型;各典型灌木植被群落中仅出现12科47属共计58种植物,各群落间物种组成差异较大,但均以藜科、菊科、禾本科、蒺藜科、豆科等干旱荒漠区的表征科数量居多;(2)沙漠中分布范围最广的梭梭群落、白刺群落、沙冬青群落和油蒿群落其生活型谱均以一年生植物所占比例最大,与研究区干旱的气候特征相吻合;(3)各群落中灌木层植物所占群落盖度的比重均超过了50%,其贡献率大于草本植物;(4)分布于生境条件较好的群落类型其物种多样性相对较高,从整体看各典型灌木群落的H′多样性指数的变化范围在0.98～3.42之间,而D多样性指数的变化范围在0.415 5～0.879 5之间,其物种多样性指数较低,物种组成比较简单;(5)各典型植物群落的相似性系数在0.068 2～0.604 7之间,均未达到极相似水平,其中白刺群落、梭梭群落以及沙冬青群落之间呈轻度相似水平,而其他各群落之间相似性系数均低于0.25,表明各群落间生境差异较大。     

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.     

民勤绿洲荒漠过渡带植物群落数量分类和排序研究

绿洲-荒漠过渡带作为绿洲与荒漠的连接区域,在干旱区生态环境退化与恢复研究中具有重要意义。该研究以民勤绿洲荒漠过渡带为例,在47个植物群落调查样地的基础上,应用双向指示种分类法(TWINSPAN)和除趋势对应分析法(DCA)对研究区典型植物群落进行数量分类和排序,并讨论了影响植物群落类型及空间分布的环境因子。结果表明:(1)研究区植物群落结构简单,植物种以旱生耐盐植物为主。(2)TWINSPAN分类将研究区的植物群落划分为11个群丛类型,即白刺+盐生草群丛、白刺+芦苇群丛、白刺+盐爪爪群丛、盐爪爪+黑果枸杞群丛等,分类结果在空间上反映了民勤绿洲荒漠过渡带植物群落的演替变化趋势。(3)DCA排序结果验证了TWINSPAN分类结果的合理性,同时指出制约民勤绿洲荒漠过渡带植物群落类型及空间分布的重要环境因子是地下水埋深和地貌形态。     

沙蒿与油蒿灌丛的防风阻沙作用

沙蒿与油蒿广泛分布于我国沙漠地区,是沙地植被的重要建群种和优势种。在腾格里沙漠南缘半流动沙地,实测了两种典型固沙植物沙蒿与油蒿的防风阻沙作用,从灌丛空间构型对比分析了其防风阻沙机制。结果表明,沙蒿与油蒿灌丛均具有明显的降低风速作用,但油蒿灌丛较沙蒿灌丛具有更显著的防风作用,而且对灌丛后不同位置、近地面不同高度层风速的降低程度明显不同。在灌丛后6倍株高范围内,沙蒿灌丛对50cm高度风速降低程度显著大于20cm,而油蒿灌丛对近地面20cm高度层风速降低程度显著大于50cm。在相同风速下,油蒿灌丛后20cm高度平均风速是沙蒿灌丛的1/2,而50cm高度平均风速与沙蒿灌丛相近。同时,沙蒿灌丛阻沙作用弱,而油蒿灌丛具有明显的阻沙作用,单株积沙体积达到45.2±16.1dm3,积沙重量达到72.1±25.7kg,油蒿灌丛积沙量大小与灌丛结构间存在显著的正相关。研究表明,紧密型结构的油蒿灌丛是较松散型结构沙蒿灌丛更为理想的防风固沙植物,其灌丛分枝数多、分枝角度小、生物量大且多分布在近地面层是具有显著防风阻沙作用的根本原因,该结论可为干旱区防风固沙植被建设物种选择提供依据。     

甘肃景电灌区不同栽植年限枸杞生物量分配特征

枸杞(Lycium barbarum L.)常作为我国干旱区盐渍化土地开发利用中的首选灌木型经济林,研究枸杞各构件及根系生物量的分配特征可以为提高枸杞生产力及资源的持续利用提供理论依据.在甘肃景电灌区选择栽植4年、7年和11年的构杞,研究构杞枝条、果实、叶片生物量在垂直空间上的分布特征,并按地下根系径级的大小,研究了根系生物量在各径级的分配规律.结果表明:构杞栽植初期植株间高度、冠幅差异较小,栽植7年进入生长旺盛期后差异较大,而栽植11年个体间形态指标差异又减小.栽植4年、7年、11年的构杞总生物量及枝条生物量在50 ～ 100 cm空间最大,而栽植4年的果实及叶片生物量最大值在50～100 cm空间,栽植7年时果实及叶片生物量最大值在100 ～ 150 cm空间.4年生与7年生构杞粗根和细根生物量所占的比例均比较大,11年生时细根的生物量比例明显减小,而粗根的比例则超过了50％.果实与叶片以及中根与粗根的生物量均随栽植年限的增加而增加,但枝条以及细根和极细根的生物量为7年生＞11年生＞4年生.用二次函数可以较好地预测该区域枸杞叶片及地下根系各径级生物量与生长年限之间的关系.     

乌兰布和沙漠沙冬青种群结构和空间分布

对乌兰布和沙漠不同区域分布的沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)种群结构和空间分布格局进行了研究,根据大小结构图分析沙冬青种群动态,用平均拥挤度(m·)、丛生指数(I)、聚块性指标(m·/m)、Cassie指标(CA)、扩散系数C、负二项分布中的K指标判断格局类型,并根据双项轨迹方差法分析格局规模.结果表明:沙漠中部分布的沙冬青种群年龄结构完整,而其他区域分布种群结构均不完整;各区域分布种群均以中龄级个体居多,种群目前处于相对稳定的状态,但是由于幼龄级个体少,种群更新困难,且部分区域种群有"老龄化"的趋势.在西北边缘和沙漠北部分布的种群为聚集分布类型,而其他区域均为均匀分布;对各样地种群格局规模的分析也表明格局规模存在差异.     

石羊河中游沙漠化逆转过程土壤种子库的动态变化

在石羊河中游,应用空间代替时间的方法,选择流动沙丘以及封育恢复5a、15a和25a的沙漠化逆转过程序列,研究了沙漠化逆转过程土壤种子库的变化特征。结果表明:石羊河中游沙漠化土地土壤种子库由4科12种植物组成,种子库主要分布于表层0-5cm。在沙漠化逆转过程中,土壤种子库物种数趋于增加,物种组成以1年生草本植物占优势逐渐向多年生草本植物和半灌木植物转变;种子库密度、表层土壤种子比例、物种多样性指数、与地上植被的相似性呈现先增大后降低趋势;沙漠化土地生态恢复间隔的时间越长,土壤种子库间的相似性程度越低;沙漠化土地与地带性植被区种子库的相似性逐渐增大,但是恢复25a沙漠化土地也仅达到0.36。研究认为,沙漠化逆转过程也是沙漠化土地土壤种子库向地带性植被土壤种子库演变的过程,而且是一个十分缓慢的过程,该研究有助于丰富干旱区土壤种子库的理论和指导干旱内陆河流域沙漠化土地的生态恢复实践。     

干旱荒漠白刺灌丛植被演替过程土壤种子库变化特征

土壤种子库是反映气候与土地利用变化的指示器,也是荒漠植被更新与恢复的基础。典型荒漠白刺灌丛植被广泛分布于我国西北绿洲边缘地带,对保护绿洲免受风沙危害发挥着重要作用。但是,对干旱荒漠白刺灌丛植被土壤种子库仍未见研究报道。应用空间代替时间的方法,选择石羊河下游白刺灌丛植被演替的初始阶段、稳定阶段、衰退阶段与严重衰退阶段样地,研究了白刺灌丛植被演替过程的土壤种子库物种组成、时空分布和数量变化特征。结果表明:石羊河下游白刺灌丛植被演替过程中,土壤种子库共出现9科18种植物,其中草本植物占到55%—80%,是白刺灌丛植被土壤种子库的主体。不同演替阶段土壤种子库密度以稳定阶段最高,达到660.7粒/m2,是初始阶段、衰退阶段和严重衰退阶段的5.6、14.5倍和6.2倍。不同沙堆部位,土壤种子库密度以迎风坡中部与背风坡中部最高,分别达到329粒/m2和309粒/m2;沙堆土壤种子库密度是堆间地的1.9倍,土壤种子库主要分布于灌丛沙堆上。不同演替阶段土壤种子库间的相似性系数均在0.6以下,除稳定阶段外,其他阶段间均属于中等相似水平;土壤种子库与地上植被的相似性系数均在0.5以上,达到中等相似或极相似水平。该研究进一步证明了灌丛沙堆和土壤种子库在白刺灌丛植被中的重要性,也说明人为干扰损害了白刺灌丛地下潜在植被及其恢复潜力。因此,需要开展人工种子库或人工植被建设以控制干旱荒漠白刺灌丛沙堆活化,并实现退化白刺灌丛植被恢复。     

盐碱地人工栽培枸杞营养元素分配、累积及输出特征

枸杞(Lycium barbarum)是我国干旱地区重要的传统药用植物,也是近年来干旱区盐碱地改良利用中优先选择的经济型灌木,具有改良盐碱地和增加农户经济收入的双重作用。为掌握不同营养元素(碳、氮、磷、硫、钾和灰分)在枸杞植株不同构件(花、果、叶、枝条、主杆和根系)、不同空间层次(地上0—50、50—100、100—150 cm和150—200 cm;地下0—100 cm)的分布特征,在地处干旱地区的甘肃景电灌区,选择盐碱地人工栽培的4年生、7年生和11年生枸杞林,研究了人工栽培枸杞营养元素的分配、累积和输出特征。结果表明,成龄枸杞不同构件营养元素含量显著不同,其中花富含碳、氮、磷和钾,果实富含碳、钾和硫,叶富含碳、硫和灰分,主杆和枝条富含碳,根系富含碳和氮。碳是构成枸杞各构件的最主要元素,在主杆的含量最高,达到44.25%;在叶片的含量最低,但也达到29.8%,占到主杆的67.3%。单株枸杞不同构件和空间层次营养元素的累积量也显著不同。其中,成龄单株枸杞不同构件营养元素的累积总量表现为根系≈主杆枝条叶果实花,碳是主要累积物质,其累积量所占生物量干重的比例均超过30%;而氮、磷、钾和硫累积量所占生物量干重的比例均在3%以下。成龄单株枸杞不同空间层次营养元素的累积总量在150—200 cm层最少;50—100 cm层最大,是栽培管理的关键层次。成龄枸杞林落叶、果实采收与枝条修剪每年造成大量营养元素输出。植物必须三大营养元素氮、磷和钾在枸杞林的输出量全年累积达到190.4 kg/hm~2,其中果实产生的输出量达到91.1 kg/hm~2,占到全年累积输出量的47.7%;枝条修剪产生的输出量达到23.2 kg/hm~2,占到全年累积输出量的12.2%。上述结果说明枸杞不同构件对不同营养元素的吸收不同,而且每年因果实采收与修剪造成大量营养元素流失。因此,合理施肥对保持枸杞林健康生长以及维持高产量十分关键,而修剪枝的粉碎还田也十分必要。     

乌兰布和沙漠沙蒿与油蒿群落的物种组成与数量特征

沙蒿与油蒿群落均是我国最典型的沙地植被类型,在沙漠地区发挥了重要的生态防护作用,掌握其分布、组成及其数量特征对沙漠化防治具有一定的指导作用。调查研究表明,沙蒿与油蒿群落是乌兰布和沙漠典型的沙地植被类型,其中沙蒿群落多分布于沙漠中东部、南部和东北部,而油蒿群落仅分布于沙漠东部、东北部和东南部;其群落类型可划分为沙蒿群落、油蒿群落、沙蒿+油蒿群落、沙蒿+沙竹群落、沙蒿+花棒+沙拐枣群落、油蒿+白刺群落、沙蒿伴生群落和油蒿伴生群落;群落的物种组成比较简单,其中沙蒿群落共有9科21属22种,油蒿群落共有10科35属37种。草本植物是沙蒿与油蒿群落的主体,所占总物种数的比例均超过70%;Simpson、Shannon多样性指数和Pielou均匀度指数高,反映了沙蒿与油蒿群落具有较高的物种多样性。与沙蒿群落相比,油蒿群落物种丰富度、单位面积个体数、盖度、Simpson和Shannon物种多样性指数均明显大于沙蒿群落,而群落相似性显著低于沙蒿,说明乌兰布和沙漠油蒿群落较沙蒿群落具有更丰富的物种组成、多样性和群落结构,更具保护和人工促进潜力。研究结果可为乌兰布和沙漠沙蒿、油蒿群落的保护及人工促进提供理论基础,对区域沙漠治理物种选择具有一定的指导意义。