民勤绿洲边缘地下水位变化对植物种群生态位的影响

在民勤绿洲边缘,利用空间区域不同地下水位(湖区8～12m,泉山区15～17m,坝区20～23m)和时间序列(1984～1992年)民勤沙井子地区地下水位下降(7.45～11.65m)梯度,研究地下水位下降对荒漠植物种群生态位的影响。结果表明:空间区域地下水位下降,植物种群生态位宽度均减小,种群退化;时间序列地下水位下降,白刺种群在扩展,其它植物种群在退化。白刺种群生态位宽度在民勤绿洲边缘荒漠植物群落中最大,是该区的建群种。由于白刺种群在地下水位7.45～11.65m范围内扩展,民勤绿洲生态环境治理中地下水位达到该范围是一个主要目标。     

花棒液流变化规律及其对环境因子的响应

在西北干旱沙区,采用茎流热平衡技术对花棒主茎、一级分枝和二级分枝液流进行研究.结果表明,在整个生长季内液流速率日变化曲线峰型表现各异,但在短时间段内其液流速率日变化有较强的规律性.主茎和一级分枝液流速率的曲线在生长季中期出现了剧烈动荡,在生长季末期到达最大值后同一数值维持较长时间;二级分枝的液流量在生长季初期出现了“昼低夜高”、生长季中期的液流量低于6、9月份液流量;主茎和一级分枝单日液流量的最大值出现在7月份,分别为5 781.6 g和3 180 g,二级分枝的最大值出现在9月份(480 g).日液流量大小依次为主茎>一级分枝>二级分枝,而液流通量在整个生长期内表现比较复杂.通过对同时观测的气象因子的分析,表明在整个生长季影响花棒液流速率的主导因子是土壤含水率,而在一个较短的时间段内,光照强度、气温和水汽压亏缺则是影响花棒液流速率的主导因子.     

玛曲高寒草甸沙化过程中群落结构与植物多样性

针对玛曲高寒草甸沙质荒漠化和水土流失日趋严重的问题,采用群落样方调查的方法,研究了潜在、轻度、中度和重度4种典型高寒沙化草甸的植被结构特征和α多样性与β多样性变化规律。结果表明:随着沙化程度的加剧,1)群落植被盖度持续下降(分别为99.216%,80.078%,49.895%,36.398%)、物种数逐渐减少(分别为53,32,14,13)、群落结构趋向简单(重要值大于1的物种分别有28,16,10,8种),典型高寒草甸优势种和伴生种逐渐退出群落,而适应沙质荒漠的物种逐渐占据群落中的优势地位,玛曲高寒草甸生态系统有向高寒沙质荒漠生态系统转化的趋势,群落以青藏苔草+高山早熟禾群落→青藏苔草+防风+高山嵩草群落→高山嵩草+防风+青藏苔草群落→毛穗赖草+藏虫实+青藏苔草+防风群落的方向演替;2)群落丰富度和植物多样性指数均呈下降趋势,差异显著;均匀度指数先增加后减小,在轻度沙化草甸达到最大,但差异不显著;而群落优势度逐渐增加,在中度沙化草甸增加极显著;3)潜在沙化草甸与沙化草甸之间的Whittaker指数差异极显著,中度沙化草甸与重度沙化草甸之间差异显著,而轻度沙化草甸与中度沙化草甸之间差异不显著。4)潜在沙化草甸与3种沙化草甸和轻度沙化草甸与重度沙化草甸之间群落相异性系数较高(0.705—0.937),群落共有度指数较低(0.034—0.173),而重度沙化草甸与中度沙化草甸、轻度沙化草甸与中度沙化草甸之间群落相异性系数相对较低(0.545—0.553),群落共有度指数相对较高(0.293—0.303)。以上分析表明,玛曲高寒草甸在沙化过程中存在轻度沙化和重度沙化两个关键过程,因此对潜在沙化草甸应采取封育、禁牧、轮牧、抚育等科学管护措施,而对沙化草甸应采取草皮移植、补播、施肥等植被快速恢复措施和流沙治理措施进行生态修复,防止草甸沙化的加剧和蔓延。     

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。     

民勤绿洲荒漠过渡带人工梭梭种群年龄结构及动态

基于野外样地调查数据，通过分析静态生命表、存活曲线、动态指数等参数，结合时间序列模型，研究了人工梭梭种群年龄结构动态，旨在预测人工梭梭种群演替趋势，为退化人工梭梭种群恢复与重建提供理论依据。结果表明：(1)民勤绿洲荒漠过渡带人工梭梭种群的年龄结构近似于“金字塔”型，幼龄林个体占总物种数的90.1%;(2)人工梭梭种群存活曲线趋近于Deevey-Ⅱ型，为稳定型种群。不同区域人工梭梭种群的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ龄级个体死亡率和消失率最高；(3)动态量化结果显示人工梭梭种群总体均表现为增长型，对外界干扰敏感性较强；(4)时间序列预测分析表明，在未来2、4个龄级时间后，种群Ⅱ、Ⅳ龄级个体数量大幅度增加，人工梭梭种群发展趋势较好。民勤绿洲荒漠过渡带人工梭梭种群为稳定增长型种群，种群具有一定的自然更新能力。针对该种群幼龄个体死亡率较高的问题，未来建议加强对第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ龄级幼株的精准抚育管理，通过人为辅助措施提高幼苗的保存率，促进人工梭梭林的可持续发展。     

石羊河下游不同衰退程度多枝柽柳灌丛水分利用格局研究

多枝柽柳(Tamarix ramosissima)灌丛是石羊河下游防风固沙林的重要组成,对绿洲免受风沙灾害侵袭发挥着关键作用。由于区域水文环境的恶化,多枝柽柳灌丛大面积退化死亡,亟需人工恢复,但其季节水分来源尚不清楚。为此,基于氢氧稳定同位素示踪技术,运用IsoSource模型,定量分析了不同衰退程度多枝柽柳灌丛的水分利用策略。 结果表明：2016年石羊河下游降雨以小于5 mm小降雨事件为主,降雨氧稳定同位素值(δ¹⁸O)的季节效应明显。降水线方程为氢稳定同位素氘值δD=6.46δ¹⁸O-5.11, R²=0.87。整体上,不同衰退程度多枝柽柳灌丛土壤水分在夏季较低,秋季略为恢复。由于衰退程度越严重蒸腾耗水越低,生长季多枝柽柳灌丛土壤水分大小排序为重度(3.48%)>极重度(2.69%)>中度(1.97%)> 轻度(1.87%)。降雨与土壤水δD 的变化关系分析表明,6-10月降雨对衰退多枝柽柳灌丛土壤水补给贡献较大。土壤水、降水、地下水是不同退化程度多枝柽柳灌丛的潜在水源。受春季蒸发损失小,冠层截留少,以及土壤生物结皮的综合影响,不同衰退阶段多枝柽柳春季对降水的平均利用比例达40.63%,大小排序为重度衰退(58.5%)>中度衰退(41.7%)>轻度衰退(39.3%)>极重度衰退(23%)。春季到秋季衰退多枝柽柳灌丛趋向于利用可靠的深层地下水。随生境水分可获得性的变化,不同衰退程度多枝柽柳选择性利用降雨、土壤水、地下水。虽然能勉强维持生存,但石羊河下游衰退多枝柽柳灌丛有被红砂(Reaumuria soongarica)等超耐旱小灌木替代的趋势。建议干旱区人工植被建设应以水定绿,灌草结合,少选择乔木、大灌木等高耗水植物种作为固沙造林树种。     

石羊河下游7种沙生灌木的构型比较

为了明确比较相同环境下不同灌木的构型特征,揭示其防风固沙机理,也为仿真模拟研究提供基础数据,该研究对石羊河下游的相同环境下,高度相似的梭梭(Haloxylon ammodendron)、油蒿(Artemisia ordosica)、沙蒿(A.arenaria)、花棒(Hedisarum scoparium)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)、白刺(Nitraria tangutorum)、红砂(Reaumuria kaschgarica)7种灌木的分枝角度、枝长和分枝数等构型指标进行测量分析。结果表明:(1)7种灌木中有6种的平均分枝角度自冠层内部向外逐渐变大,枝序级可分为四级,除油蒿外,其余灌木的冠层外枝均较长。(2)分枝分维数以红砂最大,其次为梭梭和白刺,沙拐枣和花棒最小;除梭梭外,其余灌木的总体分枝率都小于1。(3)除沙拐枣外,其余灌木的侧影面积随高度增加而增加,达到最大值后又逐渐减少。研究认为,生长在相似环境的灌木形成了不同构型,红砂、白刺、油蒿和花棒可归为密生枝型灌木,梭梭、沙拐枣和沙蒿则可定为疏生枝型灌木。     

库姆塔格沙漠南缘荒漠植物群落多样性分析

 根据20个样地的调查资料,应用重要值计算多样性指数、均匀度指数、丰富度指数 、优势度指数,对库姆塔格沙漠南缘荒漠植物群落物种多样性进行分析。结果表明: 1）荒漠植物群落分布随其生境地貌不同而不同,山前戈壁上分布有合头草(Sympegma regelii)群落,冲积河道低地分布有荒漠林胡杨(Populus euphratica)、多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、胀果甘草（Glycyrrhiza inflata）群落,戈壁沙漠过渡带为梭梭(Haloxylon ammodendron)群落,低海拔的沙山上分布有沙拐枣(Calligonum mongolicum)群落、膜果麻黄(Ephedra rzewalskii)群落和梭梭群落。2）荒漠植物群落物种多样性水平较低,群落结构简单,物种组成单一。群落Shannon_Wiener物种多样性水平表现为合头草群落最高（1.706）,具有草原化荒漠植被类型的成分;梭梭群落、膜果麻黄群落居中（0.875～0.890）,荒漠植被类型特征明显;沙拐枣群落、胡杨群落、多枝 柽柳群落、胀果甘草群落较低（0.079～0.495）,荒漠林、盐地沙生灌丛及盐化草甸植被均有零星分布。3）荒漠植物群落结构层次中,灌木层占居主导地位,群落灌木层物种多样性水平（0.769～1.451）远远大于草本层（0.193～0.254）,且草本层物种多样性受灌木层影响较大。4）荒漠植物群落物种多样性分布格局表现为经向、纬向和海拔梯度的变化,经向、纬向变化为物种多样性水平较高的草原化植物合头草群落（1.706）向物种多样性水平较低的荒漠植物梭梭群落（1.379）和盐化植物多枝柽柳群落（0.376）的过渡,海拔梯度则 呈现低水平的沙拐枣群落（0.819）到高水平的膜果麻黄群落（0.890）向低水平的梭梭群落 （0.645）变化。荒漠植物群落过渡地带一般具有较高的物种多样性和较低的生态优势度。     

长江源区沙化高寒草地植被群落特征及其与地形因子的关系

草地沙化与植物群落演替关系对高寒草地生态系统功能和结构的维持具有重要的意义。以长江源区七渡口沙化高寒草地为研究对象,基于野外植物群落物种组成及地形因子调查数据,运用数量分类与排序等方法,探究了沙化高寒草地植物群落特征及其与微地形环境因子的关系。结果表明:60个调查样方中出现29个植物种,隶属16科,27属。赖草、细叶亚菊、绳虫实等植物种的出现指示高寒草地沙化处于进展之中,植被群落向旱生方向演替。物种标准频度分布在不同微地形表现各异,总体上优势种比例低于稀有种,植被群落处于高度演替阶段。TWINSPAN将沙化高寒草地划分为7个群丛类型:Ⅰ赖草+阿尔泰狗娃花+牛耳风毛菊Leymus secalinus+Heteropappus altaicus+Saussurea woodiana,Ⅱ赖草+喜马拉雅嵩草+绳虫实Leymus secalinus+Kobresia royleana+Corispermum declinatum,Ⅲ赖草+披碱草+细叶亚菊Leymus secalinus+Elymus dahuricu+Ajania tenuifolia,Ⅳ赖草+高山野决明Leymus secalinus+Thermopsis alpina,Ⅴ老芒麦+早熟禾Elymus sibiricus+Poa annua,Ⅵ老芒麦+批碱草Elymus sibiricus+Elymus dahuricus,Ⅶ绳虫实Corispermum declinatum。7个群丛在DCA排序图上的分布呈现一定的规律性。CCA排序结果表明,坡度和坡向是沙化高寒草地物种分布的微地貌主导因子。     

民勤荒漠区典型草本植物马蔺的物候特征及其对气候变化的响应

植物物候反映了过去一段时间气候条件的累积对植物生长和发育的综合影响.通过收集1974-2007年民勤荒漠区典型草本植物马蔺的物候观测数据以及民勤治沙综合试验站同步观测的气象资料,分析了马蔺的物候特征及其对不同时间尺度气候变化的响应过程,结果表明:(1)马蔺的平均生长季长度约为201.7 d,并呈现出逐年增加的趋势,大致表现为每10a延长0.8d,但随着年份的变化并不显著(P＞0.1).(2)除开花期的开始时间出现明显的延后外(P＜0.1),马蔺其它物候期的开始和结束时间均表现为轻微的延后趋势,且随着年份的变化不显著(P＞0.1).马蔺各个物候期的持续时间不同年份差异较大,其中萌动期、开花期和果熟期的持续时间随着年份出现减少的趋势,而展叶期和黄枯期的持续时间随着年份则出现增加的趋势,但其变化均不显著(P＞0.1).(3)马蔺整个生长季的延长可能受气温和降水的综合作用,其物候期的开始时间对物候期开始之前3周到3个月之间的积温有着显著的响应(P＜0.01),而对于长时间尺度的积温则响应不显著(P＞0.1);其部分物候期的开始时间对于中短时间尺度的累积降雨有着较显著的响应(P＜0.1),但是对于长时间尺度的累积降雨则所有物候期都响应较弱(P＞0.1).(4)马蔺的物候期特征除了受区域气候变化影响之外,可能还与其自身的水分利用机制有关,未来的气候变化可能会进一步影响到该地区典型荒漠草本植物的物候特征.