荒漠草原典型群落土壤粒径和养分的分布特征及其关系研究

为了明确荒漠草原区土壤机械组成与养分的关系,以宁夏盐池荒漠草原4种典型群落为研究对象,通过对不同群落(柠条、沙蒿、蒙古冰草、短花针茅)表层(0~5cm)、亚表层(5~10cm)和深层(10~15cm)土壤粒径分布分形(PSD)、养分含量的动态变化分析,揭示荒漠草原区土壤结构与土壤养分的相关性。结果表明:(1)4种典型群落土壤PSD均呈正态分布,不同群落间的土壤PSD差异显著,粒径100~500μm颗粒含量对PSD影响最大,不同群落间的差异大于不同生境间或不同土层间。(2)4种典型群落除全磷(TP)外,其余土壤全肥均随土壤深度增加呈降低趋势,且冠下大于丛间,表现出荒漠草原区特殊的"肥岛"聚集效应,不同群落间分布特征均表现为:柠条短花针茅蒙古冰草沙蒿,速效养分含量相对较高,各群落均达到适宜水平。(3)土壤养分与土壤PSD显著相关,除速效磷(AP)外,其余土壤养分与土壤分形维数(D)均呈正相关关系,粒径100~250μm、250~500μm颗粒与土壤养分呈显著或极显著负相关关系,土壤中的黏粒、粉粒在有机无机胶结过程及土壤良好的结构维持中起主要作用。     

荒漠草原两种类型土壤的水分动态对比

基于2017—2018年的定位监测数据,分析了宁夏东部的盐池荒漠草原2种不同类型土壤(灰钙土和风沙土)的水分时空动态特征。结果表明: 2017和2018年生长季(5—10月),研究区降雨量分别为208.2和274.8 mm,降雨在各月份的分配差异较大。2018年除5月存在极端降雨事件(129.6 mm)外,其余各月降雨量均低于2017年。土壤水分变化的季节动态规律大致可以分为两个阶段:土壤水分补偿期(5月初至6月初)和土壤水分波动期(6月中旬至9月底)。0～20 cm土层土壤含水量在降雨后呈骤增骤减的脉冲式特点,深层土壤含水量较稳定。灰钙土土壤含水量随土层加深表现为“升-降-升”的变化,风沙土土壤含水量在0～60 cm土层出现井喷式增加,而后增加缓慢,但随着土层深度的增加土壤含水量逐渐增大。2017年,灰钙土全剖面(0～100 cm)土壤水分表现为积累型,风沙土表现为消耗型;2018年,两种类型的土壤水分在全剖面均表现为消耗型。两种土壤类型土壤水分的时间稳定性随土壤深度的增加而增强,灰钙土和风沙土全剖面的平均土壤含水量代表性土层分别为80～100和40～60 cm。2种类型土壤的土壤水分时空分布不同,风沙土受降水的影响高于灰钙土。降水会降低土壤水分的变异性,改变土壤水分的时间稳定性。     

Effects of desertification on the C:N:P stoichiometry of soil,microbes, and extracellular enzymes in a desert grassland

为探讨荒漠草地沙漠化对“土壤-微生物-胞外酶”系统生态化学计量的影响机理, 该研究采用空间序列代替时间演替的方法, 研究了宁夏盐池荒漠草地沙漠化过程中土壤、土壤微生物及土壤胞外酶碳(C)、氮(N)、磷(P)生态化学计量的变异特征。结果表明: (1)随着荒漠草地沙漠化的不断加剧, 土壤C、N、P含量和土壤C:P、N:P均呈降低趋势, 而土壤C:N逐渐增加。(2)荒漠草地沙漠化过程中, 土壤微生物生物量C (MBC):微生物生物量P (MBP)、微生物生物量N (MBN):MBP和土壤β-葡萄糖苷酶(BG):N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)逐渐降低, 而土壤BG:磷酸酶(AP)和NAG:AP基本表现为增加趋势。(3)随着荒漠草地沙漠化程度的加剧, 土壤微生物C利用效率CUE_C:N和CUE_C:P与土壤微生物N利用效率NUE_N:C和土壤微生物P利用效率PUE_P:C的变化趋势相反。(4)荒漠草地土壤、土壤微生物生物量和土壤胞外酶C:N化学计量(C:N, MBC:MBN, BG:NAG)与土壤、土壤微生物生物量和土壤胞外酶N:P化学计量(N:P, MBN:MBP, NAG:AP)显著负相关, 而土壤和胞外酶C:N化学计量(C:N, BG:NAG)与土壤和胞外酶C:P化学计量(C:P, BG:AP)显著正相关。土壤N:P与土壤MBN:MBP显著正相关, 而与土壤NAG:AP显著负相关。分析表明, 荒漠草地沙漠化过程中土壤微生物生物量及胞外酶活性随着土壤养分的变化而发生变化; 微生物-胞外酶C:N:P生态化学计量与土壤养分存在协变关系, 为理解荒漠草地土壤-微生物系统C、N、P循环机制提供理论依据。     

近30年中国陆地生态系统NDVI时空变化特征

气候变化已明显影响到陆地植被的活动,但在不同生态系统间存在差异,研究不同陆地生态系统归一化植被指数(NDVI)的时空变化特征,不仅可揭示各生态系统植被活动对气候变化的响应规律,而且可为我国不同生态区制定应对气候变化的策略和生态文明建设提供科学依据。基于1982—2012年GIMMS NDVI3g和中国陆地生态系统类型数据,利用一元线性回归、集合经验模态分解和相关分析等方法,研究了近30年中国各陆地生态系统NDVI的时空变化特征,分析了其与气候事件的关系。结果表明,近30年中国植被活动显著上升,年平均归一化植被指数(ANDVI)的上升幅度为0.0029/10a(P0.05),年最大归一化植被指数(MNDVI)的上升幅度为0.0076/10a(P0.01);植被活动显著增强的区域主要是分布在东部季风区的农田和森林生态系统,显著下降的区域主要是分布于西北的荒漠生态系统和东北的森林生态系统;尽管ANDVI和MNDVI线性趋势的显著性有所差异,但农田、森林、草地和水体与湿地生态系统的NDVI总体呈非稳定的上升趋势,上升过程中伴随着较大波动,荒漠生态系统的NDVI呈下降趋势,植被退化显著;与线性趋势不同,各生态系统植被活动的残差趋势包含"上升—下降"两个阶段,并相继于20世纪90年代到21世纪初发生转折;上述5类生态系统的植被活动存在不同尺度的周期特征,年际周期波动特征(1.9—7.6a)比较显著,而年代际周期(10.7a和22.2a)的显著性相对较差;各生态系统的空间异质性在趋强过程中存在2.1—7.1a的年际周期节律;海洋与大气环流的短周期脉动与各生态系统植被活动的周期性节律有着明显关联,ENSO事件和太阳活动是推动植被活动周期性振荡的重要因素。     

宁夏震湖滩涂湿地盐生植物群落多样性与土壤盐碱度分析

该研究以宁夏西吉震湖滩涂湿地4种典型盐生植物群落作为研究对象,通过野外调查采样,实验室分析,结合经典统计学方法,研究柽柳(Tamarix sp.)、盐角草(Salicornia europaea)、碱蓬(Suaeda glauca)、芦苇(Phragmites australis)(矮生型)等4种盐生植物群落多样性格局,分析4种盐生植物群落及湖滩裸地土壤全盐和pH特征,为湿地自然保护区湖滨湿地的保护与恢复提供依据。结果表明:(1)在4种盐生群落斑块中共发现植物26种,藜科、禾本科、菊科分别占植物总数的23.08%、19.23%和19.23%;柽柳群落为盐生灌丛,物种数繁杂;盐角草群落、碱蓬群落和芦苇群落属于盐生草甸,物种组成单调,大多是单优群落斑块;3种盐生草甸群落中优势种的重要值显著高于盐生灌丛中柽柳的重要值(P0.05)。(2)Margalef丰富度指数、Shannon-wiener指数和Simpson优势度指数均是柽柳群落最大,分别为1.105、1.706和0.552;Pielou均匀度指数为:盐角草群落芦苇群落碱蓬群落柽柳群落,分别为1.166、1.021、0.997和0.813。(3)4种盐生群落类型及湖滩裸地土壤全盐表层(0~10cm)表聚效应显著(P0.05);表层土壤全盐依次为湖滩裸地盐角草群落碱蓬群落柽柳群落芦苇群落,土壤盐度分别在0.44%~0.58%、0.49%~0.53%、0.15%~0.54%、0.27%~0.45%和0.18%~0.39%之间;柽柳群落土壤pH随土层加深依次降低,3种盐生草甸土壤pH随土层加深先迅速增大后基本不变,湖滩裸地pH随土层加深先迅速减小后基本不变。     

盐池荒漠草地拟步甲昆虫群落时间结构和动态

从2009年3月到10月采用巴氏罐诱导法调查了宁夏盐池四墩子6个不同生境中的拟步甲的群落组成以及时间动态,结果表明,本次调查共采集拟步甲昆虫5431只,计10属20种,个体数最多的是弯齿琵甲Blapsfemoralis femoralis Fischer-Waldheim和克小鳖甲Microdera kraatzi kraatzi Reitter,分别占总数的47.30%和40.66%,不同季节的优势种类不同。从时间动态上看,拟步甲物种数和个体数成显著正相关(r=0.887,P=0.003),表现为5月和7—8月2个发生高峰期,且5月最高。从整个景观来看,优势种克小鳖甲的盛发期在5月和7月,弯齿琵甲的盛发期在5月和8月,不同景观样地略有差异。物种-时间对应分析表明,拟步甲成虫发生可以分为春季发生型、春夏发生型、夏季发生型、夏秋发生型和全年发生型5类。5月拟步甲群落多样性和丰富度最高,不同月的拟步甲群落相似性可以聚为3类,由于植被类型和干扰程度的差异,月间拟步甲群落相似性会有所差异。     

柽柳灌丛关键物候参数多种植被指数遥感提取的适用性——基于CO2通量观测和Sentinel-2数据

本研究以额济纳绿洲四道桥超级站为研究区,结合2018—2019年涡度通量、气象数据和2017—2020年Sentinel-2遥感影像,分析通量塔总初级生产力(GPP)与环境因子的关系,评估12种遥感植被指数对柽柳灌丛长势模拟和关键物候参数提取的适用性。采用7参数双逻辑斯蒂函数(DL-7)+全局模型函数(GMF)拟合GPP和各植被指数生长曲线,并逐年提取生长季始期(SOS)、生长季峰期(POS)和生长季末期(EOS)3种关键物候参数。结果表明: 有效积温(GDD)和土壤含水量是影响柽柳灌丛物候动态的主要环境因子。与2018年相比,2019年由于气温较低,SOS前的积温累积速率较慢,柽柳灌丛需要更长时间的热量积累来进入生长季,从而导致2019年SOS比2018年晚。在SOS与POS之间,2018和2019年水热条件相似,但2019年POS比2018年晚8 d,可能是2019年SOS较晚所致。POS以后,2019年较高的GDD和较低的土壤含水量使柽柳灌丛遭受水分胁迫,导致其生长季后期时间缩短。标准化的Sentinel-2植被指数与10:00—14:00 GPP均值的线性回归结果表明,宽波段植被指数中的增强型植被指数和窄波段植被指数中的叶绿素红边指数、倒红边叶绿素指数、红边归一化植被指数(NDVI705)能够较好地反映与柽柳灌丛GPP具有较高的一致性。柽柳灌丛SOS和EOS的遥感提取结果表明,Sentinel-2窄波段植被指数比宽波段植被指数的准确性更高,尤其是修正叶绿素吸收反射率指数提取SOS最准确,MERIS陆地叶绿素指数提取EOS最准确;Sentinel-2宽波段植被指数提取POS的准确性更高,尤其是两波段增强型植被指数和植被近红外反射率指数最准确。综合所有物候参数来看,NDVI705综合表现最佳。     

外源褪黑素对盐胁迫下紫花苜蓿幼苗抗氧化能力以及光合作用效率的影响

紫花苜蓿为多年生豆科优良牧草,土壤盐碱化是其产量的重要限制因素。该研究以‘中苜1号’紫花苜蓿为材料,在盐胁迫浓度和褪黑素浓度筛选试验基础上,设置盐(150 mmol/L NaCl)和褪黑素(30、50、80μmol/L)单独及复合处理,采用水培根灌褪黑素的方法,探究外源褪黑素对盐胁迫下紫花苜蓿幼苗生长特性、膜透性、渗透调节、抗氧化物酶以及光合作用指标的影响。结果表明:(1)紫花苜蓿幼苗生长受到盐胁迫的显著抑制,而在单独褪黑素处理下无显著变化;各浓度褪黑素处理均可有效缓解盐胁迫对紫花苜蓿生长造成的伤害,并以150 mmol/L NaCl+80μmol/L褪黑素处理(NaCl+MT2)效果最佳,其幼苗根长、根鲜重和根干重分别比盐胁迫处理显著增加了34.52%、41.93%和19.61%。(2)盐胁迫显著增加了紫花苜蓿幼苗细胞膜系统的透性和膜脂过氧化程度,NaCl+MT2处理幼苗叶片的相对电导率和MDA含量分别比盐胁迫处理显著降低了27.18%和30.24%,同时使幼苗叶片的相对含水量显著提高,脯氨酸含量却显著降低,表明外源褪黑素有效缓解了盐胁迫下细胞失水危害和细胞膜损伤的程度。(3)NaCl+MT2处理幼苗叶片的POD和SOD活性分别比盐胁迫处理显著提高31.45%和41.41%,其CAT活性却无显著变化,表明外源褪黑素可显著增强紫花苜蓿幼苗叶片POD、SOD活性,提高其活性氧的清除能力,减轻盐胁迫诱导的过氧化伤害。(4)盐胁迫显著抑制了紫花苜蓿幼苗光合作用效率,而NaCl+MT2处理幼苗叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率较盐胁迫处理分别显著增加了30.27%、45.1%、42.15%。研究发现,盐胁迫致使紫花苜蓿幼苗叶片的活性氧积累显著增加,抗氧化物酶活性显著降低,显著降低了其光合作用效率,外源褪黑素通过提高紫花苜蓿的抗氧化能力和光合作用效率来促进幼苗生长,从而增强了紫花苜蓿的耐盐性。     

荒漠草原沙漠化植物群落及土壤物理变化

沙漠化是草地退化最严重的形式之一。以空间代替时间的方法,通过对宁夏中北部荒漠草原沙漠化过程中植物群落特征和土壤物理特性的研究,探讨草地植物群落与土壤物理特性对沙漠化的响应机制。结果表明:(1)潜在沙漠化阶段草地以牛枝子、猪毛蒿、中亚白草为优势种,轻度沙漠化阶段草地以中亚白草、苦豆子为优势种,中度沙漠化阶段草地以狗尾草、虫实为优势种,重度沙漠化阶段草地以沙米、赖草、狗尾草为优势种,极度沙漠化阶段草地以沙米为优势种。(2)随着沙漠化程度的加剧草地植物群落生物量、Shannon-Wiener指数、丰富度指数、盖度均呈降低趋势,但轻度沙漠化阶段草地植被生物量比潜在沙漠化增加了23%。(3)草地沙漠化导致土壤容重和土壤粗砂粒含量增加,而土壤水分,土壤细砂粒和粘粉粒含量降低。荒漠草原沙漠化导致了土壤环境和植被明显退化,草地生产力明显降低。     

荒漠草原典型植物群落土壤活性有机碳组分特征及其与酶活性的关系

以宁夏荒漠草原典型植物柠条(Caragana korshinskii)、沙蒿(Artemisia ordosica)、短花针茅(Stipa breviflora)和蒙古冰草(Agropyron mongolicum)群落为研究对象,分析不同植物群落不同土层深度(0~5、5~10和10~15cm)土壤活性有机碳组分土壤微生物量碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)和易氧化有机碳(EOC)特征及其与土壤酶(蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶)活性之间的关系。结果表明:(1)4种典型植物群落土壤SOC、MBC、EOC含量均随土层深度的增加而减少,且表层(0~5cm)土壤显著高于亚表层(5~10cm)和深层(10~15cm)土壤(P0.05),而土壤DOC含量随土层深度的增加呈先增加后减少的趋势。在同一土层深度,灌木(柠条和沙蒿)群落土壤活性有机碳组分含量高于禾本科植物(短花针茅和蒙古冰草)。(2)4种典型植物群落土壤酶(蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶)活性整体上随土层深度的增加而降低,局部土层深度表现出波动性;同一土层不同植被群落土壤酶活性未表现出一定的变化规律。(3)4种典型群落土壤活性有机碳各组分除DOC外,其余均与SOC呈显著正相关关系,与土壤酶活性、微生物量熵以及有机碳活度具有一定的相关关系,表明土壤活性有机碳不仅依赖于总有机碳,也与土壤酶活性密切相关。