科尔沁沙地典型固沙人工林地土壤水分时空特征及其对环境因子的响应

土壤水分时空动态特征对于干旱地区人工林的可持续经营与管理起着至关重要的作用。以位于科尔沁沙地南缘的樟子松和柠条固沙人工林为对象，于2018年11月-2019年11月连续观测了林地0-200 cm土壤剖面的含水量、温度及微气象因子，系统分析了土壤水分的时空变化特征及其对环境因子的响应。研究期内，两种林地土壤水分的季节变化可分为冻结期、补充期、消耗期和稳定期；依据土壤剖面的水分特征可分为易变层、活跃层和稳定层，但两种林地的分层深度有一定差异。在生长季内（5-10月），土壤含水量对大气降雨的响应随着土层深度的增加而减弱；降雨对樟子松人工林0-20 cm层土壤水分的影响极显著（P<0.01），对柠条人工林0-10 cm层的影响极显著（P<0.01）、20-60 cm层显著（P<0.05）。在土壤冻融周期内（2018年11月-2019年4月），两种林地的土壤均表现为"单向冻结"和"双向融化"的特点；土壤温度是影响冻融期内土壤含水量的关键因素，两者呈极显著的指数函数关系；樟子松和柠条人工林土壤的最大冻结深度分别为170 cm和190 cm，前者10 cm土层解冻时间要比后者晚11 d，可能与乔木树冠的遮阴作用有关。潜在蒸散与柠条林0-60 cm层、樟子松林0-20 cm和200 cm层的土壤水分呈极显著相关（P<0.01），而与樟子松林60 cm和160 cm层呈显著相关（P<0.05），这与树木蒸腾和土壤蒸发等综合作用有关。研究表明，由于两种人工林的树种组成、树冠大小、郁闭程度和根系分布等结构特征不同会导致林地土壤水分时空特征的异质性及其对环境因素响应的差异。     

锡林郭勒草原国家级自然保护区种子植物区系研究北大核心CSCD

该研究以查阅文献和野外实地调查相结合的方法,对锡林郭勒草原国家级自然保护区种子植物进行调查、统计、排序,并对该区系种子植物的种类组成、水分生态类型、生活型及种的地理成分进行分析。结果表明:锡林郭勒草原国家级自然保护区有野生种子植物856种,分别隶属于87科,345属;其中,裸子植物3科,5属,11种;被子植物84科,340属,845种。植物水分生态类型以中生植物为主,共559种,占区系总种数的65.30%;旱生植物213种,占区系总种数的24.88%。生活型以草本植物为主,占区系总种数的88.67%。区系中种的地理成分较为复杂,既反映出保护区植物地域性强的特征,也反映出该区域生境类型多样、植物丰富度高的特征。     

半干旱矿区侵蚀营力对黑沙蒿根系生长特性的影响及其自修复

以半干旱矿区典型分布的黑沙蒿为研究对象,通过野外原位不离体试验,模拟侵蚀拉拔破坏对黑沙蒿根系生长特性的影响,并分析其受损自修复能力,旨在揭示植物根系在脆弱生态区中抵御外力侵蚀的生存策略。结果表明,拉拔破坏形成机械损伤后,根系生长速率和活性均明显降低,持续拉拔对二者的抑制作用显著大于瞬时拉拔,重度损伤产生的负反馈显著大于轻度损伤。黑沙蒿根系在拉拔破坏后,会出现大量死亡的现象,造成活根数量锐减,瞬时和持续拉拔分别可造成活根减少60.6%和66.9%,轻度和重度损伤后活根分别减少59.7%和67.8%。黑沙蒿根系生长速率和活性修复率均随修复时间的推移而逐渐增大,但自修复能力有限,无法有效消除侵蚀破坏造成的负反馈,生长修复率平均仅为56.8%,活性修复率为70.5%。综上所述,在侵蚀多发区进行植被恢复时,应充分考虑植物根系应对外力破坏时的生长特性和受损自修复能力,以保证植物对逆境的适应并发挥有效固土抗蚀等生态功能。     

土壤水分对黄土区苹果园土壤-植物-大气连续体(SPAC)中水势梯度的影响

开展土壤-植物-大气连续体(SPAC)中水势变化的联动分析对于揭示植物水分状况对环境变化的响应机制有重要意义。在黄土高原苹果园对果树生长季大气水势(Ψ_air)、木质部水势(Ψ_stem)、土壤水势(Ψ_soil)进行连续监测与分析。结果表明: 苹果树在生长季的日平均Ψ_stem为-0.57 MPa,在-0.24～-2.0 MPa间变化。苹果树SPAC连续体中水势梯度(Ψ_soilΨ_stemΨ_air)平均为1∶9.8∶1155,其中植-土界面的水势梯度(Ψ_stemΨ_soil)与土壤体积含水率(VWC)间呈极显著的线性正相关关系,Ψ_stem与Ψ_soil间呈良好的线性关系,且相关性强于Ψ_stem与Ψ_air间的相关性。当Ψ_soil<-0.08 MPa(VWC=17%,约为田间持水量的0.56倍)时,Ψ_stem对Ψ_soil变化响应的敏感性明显降低,气-植界面的水势梯度(Ψ_airΨ_stem)与Ψ_soil间由无明显关系转变为紧密的线性相关关系(R²=0.93)。Ψ_air对Ψ_stem的驱动存在阈值效应,在Ψ_air降到-69 MPa前,Ψ_stem日变化幅度随Ψ_air增加而增加,之后呈下降趋势。土壤含水率降低引起苹果树水势、SPAC各界面上的水势梯度明显下降,且在土壤含水率降至约17%时存在阈值效应。研究结果为理解树木水分状况对土壤、大气干旱的响应机制提供了重要依据。     

枝条覆盖对平茬花棒生长特征和浅层土壤水分的影响

为了综合评价枝条覆盖对不同立地(平地、丘顶、丘间低地)平茬花棒(Hedysarum scoparium)生长特征和浅层土壤水分的影响,以吉兰泰荒漠-绿洲过渡区平茬花棒为研究对象,于2017年4—10月对覆盖与无覆盖平茬花棒物候期、土壤容积含水量、土壤储水量和生长指标等相关指标进行测定。实验结果表明:(1)枝条覆盖有利于平茬花棒提前萌芽,较无覆盖提前5 d以上。(2)枝条覆盖使不同立地平茬花棒生长初期和生长末期0—100 cm土层平均土壤容积含水量增加20.12%以上,且土壤含水量变异系数随土层深度增加变化减缓;土壤储水量在生长初期和生长末期枝条覆盖较无覆盖增加27%以上。(3)枝条覆盖使平茬花棒株高、新生枝数、基径、冠幅较无覆盖增加10.91%以上,同时其生物量鲜重和干重较无覆盖分别增加4.45%—24.17%和3.78%—18.93%。尤其丘间低地平茬花棒生物量增加效果更加明显(P0.05)。但枝条覆盖不能改变平茬花棒生物量分配格局;(4)枝条覆盖和平茬对花棒生长均具有积极作用,枝条覆盖对丘间低地平茬花棒生长促进作用最好。     

希拉穆仁草原近自然恢复状态下植被-土壤响应特征

通过对内蒙古阴山北麓围封区域草原近自然状态下植被群落特征及其土壤颗粒物理特性的研究,探讨草地群落与土壤颗粒物理特性在自然风蚀条件下的特征。结果表明:(1)草地全覆盖时以羊草、赖草为优势种,当草地盖度下降为40%以下时以指示草地退化的冷蒿为优势种;且随着植被盖度的降低,草地植物群落生物量呈降低趋势,Shannon-Wiener指数、Simpson指数均呈现出先升高后降低的趋势;(2)草地植被覆盖度对地表土壤颗粒分形维数有显著影响(P0.05),随着盖度的降低,其地表土壤颗粒分形维数呈显著降低趋势,地表土壤颗粒粗化明显;(3)在近自然状态下,草地植被覆盖较低时,地表0—1 cm土壤颗粒粗粒化现象尤为显著,粒度累计差异达到1 mm,垂直结构上表现为由3—5 cm、1—3 cm土层至0—1 cm土层,土壤颗粒粗粒化程度加重,粗颗粒粒度累积差异分别出现在0.1、0.25、1 mm;(4)在近自然状态下,随着草地植被盖度增加,表层土壤受植物遮蔽,得到有效保护,土壤颗粒逐渐细化,容重也缓慢下降。在近自然状态下,草地及土壤环境发生有层次且多样性的变化,草地植被的斑块状变化使得希拉穆仁围封区草原在近原始状态下出现自然风蚀现象成为可能。     

浑善达克沙地黄柳种群性比及空间分布

雌雄异株植物的性比和空间分布格局对其繁殖策略、种群进化及发展起着至关重要的作用。黄柳是浑善达克沙地重要的固沙先锋植物,但针对其种群性比方面的研究却鲜有报道。采用点格局分析的方法,对黄柳4个天然种群的性比、空间分布格局以及空间关系进行了调查分析。结果表明:黄柳雌雄群体间在形态上的差异与种群所处环境条件密切相关;在调查样地内(50 m×50 m)种群性比(雌/雄)均极显著偏雌性(P0.01)。决定性比的主要组成部分为第I径级和第II径级雌雄个体的数量;随着年龄的增长,性比由原本的偏雌性转变为接近于1∶1。4个种群的雌雄群体在全部尺度范围内主要以聚集分布为主,偶尔在小尺度内呈随机分布。扎格斯台、饮马井、巴格来3个种群雌雄群体的空间关系均表现为相互独立,说明性别之间对资源的竞争不激烈;而宝绍岱种群两性的空间关系为相互排斥,即存在性别空间分离现象。研究结果揭示了天然黄柳雌雄群体的组成、结构及分布特征,为提高人工黄柳林群落稳定性奠定了理论基础。     

盐胁迫对藜麦种子萌发的影响研究

再生水资源可浇灌农田,但水中含有的阴离子可使土壤产生盐胁迫。为研究盐胁迫对藜麦(Chenopodium quinoa)种子萌发特性及胚根、胚芽生长的影响,该研究以6个藜麦品种(红藜麦、国红藜麦、台红藜麦、台紫红藜麦、黄藜麦、台黄红藜麦)为材料,分别以NaCl、Na₂SO₄、NaHCO₃和对照(CK)处理6个藜麦品种种子,测定其发芽率、胚根、胚芽抑制率等指标,运用均方差决策法对不同藜麦品种耐盐性进行综合评价,初步筛选出不同盐胁迫下耐盐性较强的品种。结果表明:(1)三种盐胁迫中,Na₂SO₄对种子萌发指标抑制作用最明显,6个藜麦品种的发芽率均相对较低,一直保持在5%以下,除黄藜麦、台黄红藜麦,其余4个品种的活力指数和生长速率均为0,除黄藜麦外,Na₂SO₄ 对其余5个藜麦品种的胚根、胚芽抑制率均达到100%; NaCl对种子萌发和生长的抑制作用较小,甚至可促进胚根和胚芽生长,国红藜麦和台黄红藜麦的生长速率在NaCl处理下始终高于对照,在9 h和21 h时国红藜麦胚根抑制率为-28.32%和-37.57%。(2)运用均方差决策法对6个藜麦品种的萌发指标和生长指标进行综合评价结果显示,国红藜麦对NaCl、NaHCO₃抗性较高,黄藜麦对Na₂SO₄抗性较高。综合以上结果表明,盐胁迫不利于藜麦种子萌发及生长,但在不同盐分地区种植适宜生长的品种可提高藜麦成活率,提高其生长质量,以达到藜麦园林绿化及再生水资源灌溉的要求。     

人类活动对资源型城市生态系统服务价值的影响——以鄂尔多斯为例

资源型城市通过资源开采驱动城市快速发展,同时通过生态恢复维持生态系统稳定。探究典型人类活动对资源型城市生态系统服务的消极和积极影响对于可持续城市建设具有重要意义。以鄂尔多斯市为例,基于1990-2018年土地利用/覆盖、NDVI等数据,修订了生态系统服务价值计算方法,量化了区域生态系统服务价值的时空格局,进而评估了人类活动过程对生态系统服务的影响。研究结果表明,研究时段内鄂尔多斯市城镇建设用地、林地和草地面积总体增加,耕地及未利用土地面积减少。区域生态系统服务总价值总体呈上升趋势,从1990年的2312.24亿元上升至2018年的2421.38亿元,增加了4.72%。2000年以后鄂尔多斯市退耕还林、未利用地植被恢复等措施使得生态系统服务价值增加了113.53亿元,同期城镇建设用地扩展占用生态生产用地导致生态系统服务价值减少了91.36亿元,生态建设的积极影响大于城镇建设用地扩展的消极影响。     

浑善达克沙地6种灌木生物量模拟

在干旱半干旱区,乔木比较稀疏或难以存活,灌木往往在植被群落中占有很大的优势地位,其生态功能及生态学意义尤其值得重视。浑善达克沙地疏林草地是沙地顶级植物群落,其中乔木稀疏分布,而灌木在沙甸以及沙陇背风坡呈密集分布。灌木在固定沙丘、改良土壤、提供栖息地等方面具有重要的生态意义,其生物量组成也在沙地植被群落中占有很大比重。已往的研究中,灌木相比乔木通常处于次要地位,对灌木的研究尚不充分,灌木生物量的模拟方法亦多采用乔木生物量的模拟方法。然而灌木形态结构与乔木有明显差异,专门针对灌木的生物量模拟方法研究尚不多见。以6种沙地灌木为样本,基于异速生长模型,对比了若干地表测量指标对灌木生物量的预测能力,其中设计了一种更贴近灌木实际形态的圆台体积作为新的预测指标。研究结果表明:(1)在单因素指标中,相比高度和地径,冠幅与灌木生物量的相关性更强。(2)相比单因素指标,复合指标与灌木生物量之间的相关性更强。其中冠幅相关的复合指标更优于地径相关的复合指标。这预示着冠幅以及冠幅相关的复合指标对灌木生物量具有较好的预测能力。(3)圆台体积能进一步提高对灌木生物量的预测能力。相关分析和拟合评价结果显示,圆台体积与灌木生物量的相关性更强,拟合误差较小,并且对于不同的灌木种类,其相关性和拟合精度表现出较高的稳定性。这意味着圆台体积对于不同的灌木种类,均具有较好的生物量预测效果。因此建议,在灌木属性测量较为充分的情况下,圆台体积是更为理想的预测指标,而在测量不充分情况下,冠幅及其相关复合指标更适宜进行灌木生物量预测。研究结果最终建立了6种沙地灌木的圆台体积-生物量的异速生长模拟方程,为进一步研究沙地灌木的碳储量以及灌木在半干旱植物群落中的生态意义提供科学基础。