基于无人机影像的阿拉善东南部荒漠灌丛植被空间格局研究

干旱区灌丛植被空间格局受多种物理和生态过程影响，能够指示生态系统的状态。研究通过量化灌丛斑块大小的空间分布来评估阿拉善高原东南部覆沙荒漠植被生态系统的状态，采用点格局分析法分析灌木种群的相互关系，以阐明不同灌木种在斑块格局形成中的作用，并结合土壤条件及下垫面粗糙度等指标验证评估的准确性，探讨灌丛空间格局差异的内在机理。结果表明，研究区样方2灌丛斑块大小符合截尾幂律分布，其他样方符合对数正态分布，前者的空间结构及生境条件均优于后者，说明植被空间格局可以准确表征生态系统状态。在局地尺度上灌木种内和种间呈现不同的相互关系，以竞争关系为主导是导致斑块破碎化的主要驱动机制。小灌木（如猫头刺）的种内互利关系有利于促进多样化斑块形态的形成，而大灌木（如沙冬青和蒙古扁桃）种间的互利作用则有利于形成异质性更强的复杂空间格局。基于灌丛斑块的空间格局评估生态系统状态，可为保护和恢复生态脆弱区受损植被提供重要的借鉴。     

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.     

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.     

天然固定沙地不同微生境下土壤种子库差异

研究了腾格里沙漠东南缘天然固定沙地不同微生境下土壤种子库的种类组成和种子密度。结果表明:(1)灌丛下土壤种子库的物种丰富度大于灌丛边缘和灌丛间裸地。(2)不同微生境中土壤种子密度因物种而异。就距灌丛中心的距离来说,雾冰藜、刺蓬、地锦、虎尾草、虱子草和冷蒿灌丛下土壤中种子多于裸地,无芒隐子草和狗尾草种子裸地多于灌丛下,小画眉草在距灌丛各距离间土壤种子密度差异不显著。(3)就灌丛的不同方向来说,雾冰藜和刺蓬土壤中种子在东南方向最多,地锦和无芒隐子草土壤中种子密度在西南和西北均大于东南,狗尾草的土壤种子密度东北大于西北,虱子草的土壤种子密度在西南方向最大,冷蒿的土壤种子密度在西南方向最小,小画眉草和虎尾草在各方向间种子密度差异不显著。(4)不同微生境中物种的结籽量对土壤种子分布格局的影响力十分有限。种子离开母株后所经历的传播、消耗等过程在很大程度上打乱了植物结籽量的空间样式。     

沙坡头地区藓类结皮土壤净氮矿化作用对水热因子的响应

采用室内控制温度(-10、5、15、25、35和40 ℃)和湿度(29%、58%、85%和170%田间持水量,FWC)培养原状土柱的方法,研究腾格里沙漠东南缘天然植被区藓类结皮土壤氮矿化特征及其对水热因子的响应.结果表明： 低温(<15 ℃)培养时,土壤氮素转化以微生物固持作用为主,>25 ℃后土壤氮素转化速率显著增加.藓类结皮土壤氮素转化速率及其对温度的敏感性均高于无结皮土壤,且在85%FWC时敏感性最高,表明藓类结皮的存在有利于土壤氮素的转化.随着土壤湿度的增加,土壤氮素转化速率呈先增加后减小的趋势,85%FWC时最大.藓类结皮土壤净氮矿化速率在高温(25～40 ℃)和中等水分条件下(58%FWC和85%FWC)最大,呈现明显的温湿度交互作用.藓类结皮的繁衍和拓殖能够提高土壤的供氮能力,促进氮素循环,有助于土壤生态系统的修复.
     

沙坡头地区吸湿凝结水对生物土壤结皮的生态作用

以沙坡头植被固沙区为研究对象,采用野外试验与室内分析相结合的方法,探讨了吸湿凝结水对生物土壤结皮的生态作用.结果表明:在沙坡头人工固沙植被区内,吸湿凝结水90％分布在表层3 cm以内,不影响土壤表层水分含量;夜间形成的吸湿凝结水在日间参与了地表水分与大气层水汽的交换过程,弥补了日间蒸发作用导致的土壤水分的散失,使表层土壤水分不会迅速降低.吸湿凝结水形成量与生物土壤结皮中的叶绿素含量呈正相关关系,能够提高该区生物土壤结皮的生长活性,有利于其生物量的积累.     

沙坡头地区藓类结皮土壤净氮矿化作用的季节动态

以腾格里沙漠东南缘天然植被区藓类结皮和无结皮土壤为对象,采用野外原状土柱封顶埋管法对无机氮库和净氮转化速率的季节动态特征进行研究.结果表明:藓类结皮和无结皮土壤有效氮含量和净氮转化速率存在明显的季节变化特征,不同月份间差异显著.在非生长季,3和10月土壤有效氮含量和净氮转化速率显著高于其他月,氮矿化过程以固持态为主,两样地间土壤净氮转化速率无显著差异;在生长季,土壤有效氮含量和净氮转化速率显著增加,6—8月时达到峰值,分别为17.18 mg·kg-1和0.11 mg·kg-1·d-1.两样地土壤净硝化速率和净氮矿化速率在各月间差异显著,均表现为藓类结皮土壤>无结皮土壤.土壤铵态氮和硝态氮含量4和5月时表现为藓类结皮土壤(2.66和3.16 mg·kg-1)>无结皮土壤(1.02和2.37mg·kg-1);6—9月则表现为无结皮土壤(7.01和7.40 mg·kg-1)>藓类结皮土壤(6.39和6.36mg·kg-1).藓类结皮的繁衍与拓殖能够调节土壤有效氮含量、促进土壤氮矿化过程,是影响土壤氮素循环的重要生物因素.