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。     

沙化草地土壤碳氮磷化学计量特征及其对植被生产力和多样性的影响

沙化草地土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征及其对植被生产力与多样性的影响对于认识草地沙漠化过程中土壤与植被的互馈关系,以及沙漠化发展的生态学机理具有重要的意义。通过对科尔沁沙地75个沙化样地的野外调查,研究了科尔沁沙地不同程度沙化草地的表层土壤C、N、P化学计量特征及其与生产力和多样性的相关关系。结果表明:1)科尔沁沙地沙化草地表层土壤具有较低的有机C、全N、全P含量及C∶N、N∶P和C∶P,平均值分别为1.39 mg/g、0.117 mg/g、0.079 mg/g和7.50、2.22、16.91;草地沙漠化过程中,土壤有机C、全N、全P含量显著降低的同时,C∶N、N∶P和C∶P亦显著降低,表明土壤有机C、全N、全P在沙漠化过程中的损失是不同步的;2)科尔沁沙地沙化草地表层土壤有机C、全N、全P元素间均呈显著正相关,具有一定的耦合关系,且土壤有机C和全P间的耦合关系不随沙漠化的发展而发生改变;3)草地沙化过程中,土壤养分的损失限制着草地生产力,而土壤N∶P较全N、全P含量更能反映土壤养分对生产力的限制作用;4)沙化草地土壤全N含量与物种丰富度间具有显著正相关关系,而土壤全P含量与其无显著相关性;多样性指数与全N、全P含量间均具有显著正相关关系;相对于土壤全N、全P含量,N∶P能更好地反映养分平衡对物种多样性的影响作用。     

科尔沁沙地优势固沙灌木叶片氮磷化学计量内稳性

为科学认识科尔沁沙地优势固沙灌木的生态适应性和固沙植被演变规律, 该研究对科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘和丘间低地的优势固沙灌木小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和盐蒿(Artemisia halodendron)进行野外调查, 研究了这两种固沙灌木的叶片氮(N)、磷(P)化学计量特征、灌丛土壤养分状况以及内稳性特征。结果表明: 1)与盐蒿相比, 灌木小叶锦鸡儿具有较高的叶片N含量及N:P, 而P含量仅为盐蒿的1/2; 2)两种优势固沙灌木灌丛下土壤的全N、全P含量及速效N、速效P含量高于该地区土壤的平均水平, 小叶锦鸡儿灌丛下土壤养分含量显著高于盐蒿灌丛下土壤; 3)盐蒿叶片N、P化学计量内稳性指数(H)表现为H_P > H_N:P > H_N, 说明盐蒿更易受土壤N的限制; 小叶锦鸡儿叶片N、P化学计量内稳性指数表现为H_N:P > H_N > H_P, 意味着小叶锦鸡儿更易受土壤P的限制。在N含量较低的沙化草地, H_N较高的固沙灌木小叶锦鸡儿比盐蒿更具生长优势, 对于该地区生态恢复及保护具有不可替代的作用。然而, 小叶锦鸡儿额外吸收的N, 使其生长过程可能易受P的限制, 因此在沙地恢复过程中应注意土壤P的供应。     

春季小降雨事件对科尔沁沙地尖头叶藜萌发的影响

通过人工模拟降雨试验研究了科尔沁沙地优势草本植物尖头叶藜萌发和幼苗建成对春季小降雨事件(2、4、8 mm和自然降雨)的响应。结果表明:不同降雨处理对尖头叶藜的萌发和幼苗建成有显著影响(P0.05)。8mm降水量是促使尖头叶藜萌发的最小降雨阈量。不同降雨量处理下尖头叶藜萌发数量大小顺序为:8mm处理对照4 mm处理2mm处理;而高度和冠幅依次是2 mm处理(2.23 cm和7.15 cm2.)对照(2.03 cm和6.21 cm2)4mm处理(1.86 cm和5.01 cm2)8mm处理(1.48cm和4.72 cm2);降雨量为8mm的地上生物量最多(45.26 g/m2),对照为35.49g/m2、4mm处理为26.54g/m2、2mm处理为15.26g/m2。尖头叶藜幼苗的水分利用效率与每次降水量呈显著地正相关关系,随着每次降雨量的增大地上生物量逐渐增大。本试验中各处理的总降雨量一致,但地上生物量不同且差异显著。每次降雨量×降雨次数的分布状况影响了尖头叶藜幼苗的地上生物量。科尔沁沙地尖头叶藜萌发及其幼苗建成在密度、形态和水分利用效率和地上生产力上对不同模式的小降雨做出了积极的响应。     

沙埋对两种一年生藜科植物存活及光合生理的影响

为了解沙埋对沙生植物存活的影响及其光合生理响应特征,比较不同藜科沙生植物耐沙埋能力及其光合响应,在内蒙古科尔沁沙地研究了沙米(Agriophyllum squarrosum)和大果虫实(Corispermum marocarpum)在不同沙埋深度下第5、10、15天的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率的变化,并于植物生长末期对存活率进行了测定。结果表明:沙米较大果虫实具有较强的耐沙埋能力,其中沙米幼苗最大耐沙埋深度超过苗高10 cm,大果虫实在埋深等于其苗高时全部死亡;随沙埋深度增加,沙米和大果虫实的存活率均显著下降,但沙米的下降幅度明显小于大果虫实;沙埋后,2种植物的气孔关闭或开放程度减小,通过降低蒸腾速率和提高水分利用效率来适应沙埋胁迫;随着沙埋胁迫的加剧,2种植物的净光合速率下降,表明沙埋胁迫对植物的光合作用破坏较大;相比于大果虫实,沙米对于沙埋胁迫有着更好的光合适应,随着胁迫的时间增加,其净光合速率有所恢复。     

科尔沁沙地植被生产力对模拟增加降水和氮沉降的响应

采用随机区组设计,利用降水收集装置和地表施氮处理,模拟降水和氮沉降增加对科尔沁沙地典型小叶锦鸡儿群落植被生产力的影响.结果表明:降水量增加1/7,植被平均高度增加不明显,植被生物量增加了17.6%;降水量增加2/7,植被平均高度增加了23%,植被生物量增加了31.8%;模拟氮沉降处理的一年处理结果对植被生物量增加不明显;降水是影响沙地植被生产力的关键因素,植被生产力对降水量增加响应迅速,短期的氮沉降对植被生产力的影响不显著.     

樟子松人工林营建对土壤颗粒组成变化的影响

植被恢复是退化生态系统的主要恢复措施,也是人类改善区域生态环境较为重要和直接的活动。目前,针对不同植被恢复方式对干旱半干旱地区土壤理化性质及生物特征开展了大量研究。然而,关于科尔沁沙地樟子松人工林营建对土壤颗粒组成变化的影响却鲜有报道。因此,以辽宁省章古台地区不同生长阶段(包括幼龄林、中龄林、成熟林和过熟林)的20块樟子松人工林样地为研究对象(以临近的7块天然草地为对照),研究了沙地樟子松人工林营建对0—100 cm土层土壤颗粒组成变化的影响。结果表明:沙质草地营建樟子松人工林后,不同土层土壤细颗粒(0.05 mm)含量均呈增加趋势,并且在0—10 cm层增加趋势明显,随土层深度增加土壤细颗粒增加量逐渐降低(除幼龄林外),但樟子松林地土壤颗粒组成仍以砂粒为主,土壤粘粒和粉粒含量极低(仅占5%左右)。随着樟子松人工林林龄的增加,土壤细颗粒变化量在0—10 cm层逐渐升高,而在10—100 cm层并无显著变化趋势。土壤细颗粒含量的变化在10—100 cm层与土壤含水量呈显著正相关,在0—10、20—40 cm和80—100 cm层与土壤全钾极显著负相关,在20—60 cm层与土壤有机碳呈显著正相关,在10—40 cm和80—100 cm层分别与土壤全磷呈显著正相关和负相关。综上所述,樟子松人工林营建可有效提高土壤细颗粒含量且在土壤表层效果明显,但短期内并不会使土壤颗粒组成发生显著变化,樟子松林改善土壤颗粒组成的同时也会使其他土壤因子发生相应的变化。     

科尔沁沙地不同沙漠化成因区域的景观动态比较

在3S技术支持下,比较分析了科尔沁沙地不同沙漠化成因区域的沙地景观动态变化过程。结果表明：近20年来,以人为活动干扰为主的区域（八仙筒镇）,沙漠化土地变化幅度较大,各种沙漠化土地的转化主要表现在沙漠化土地中流动和半固定沙地向固定沙地转化、固定沙地向农田和林地转化;以自然干扰为主的区域（苇莲苏乡）,沙漠化土地变化幅度较小,主要表现为各种沙地类型之间的转换;在人为活动为主的区域固定沙地的空间格局变化显著,1985—1995年固定沙地的联合度降低,人为活动干扰较强,而1995—2005年联合度增高,人为活动干扰相对较弱;在自然干扰为主的区域,同一时期空间格局的变化明显的是流动沙地,在1985—1995年,流动沙地斑块破碎度减小,流动沙地发育显著,在1995—2005年,流动沙地的破碎度继续减小,但其面积得到控制,表明治沙效果在这一时期是显著的。     

封育对科尔沁沙地小叶锦鸡儿群落植被特征及空间异质性的影响

以科尔沁沙地小叶锦鸡儿群落为对象,分析了放牧和不同封育年限下小叶锦鸡儿群落的植被特征及植被分布的小尺度空间异质性.结果表明:放牧和封育样地内植被均以1年生草本植物为主,物种数没有明显差异;封育6年、封育12年样地的植株密度分别为(124.46±5.22)株·m~(-2)和(203.05±10.38)株·m~2,显著高于放牧样地(P<0.05);封育样地的Shannon-Wiener多样性指数、Simpson多样性指数、Pielou均匀度指数均低于放牧样地,并随着封育年限的增加而减小;封育样地植被分布的小尺度空间异质性小于放牧样地,并且封育年限越长,空间异质性越小.

Abstract：

This paper studied the vegetation characteristics and small-scale spatial heterogeneity of Caragana mirophylla community in Horqin Sandy Land in northeast Inner Mongolia of China under grazing and under 6-and 12 years enclosure, aimed to assess the effects of grazing and enclosure on vegetation restoration. In the sampling plots of grazing and different years enclosure, the species composition of C. mirophylla community all dominated by annual herbaceous plants. The species richness in grazed plot and in the plots enclosed for 6 and 12 years was 22, 19, and 20, respectively, with no significant difference. In the plots enclosed for 6 and 12 years, the plant density was (124.46±5.22) plants·m~(-2) and (203. 05±10. 38) plants·m~(-2), respec- tively, being significantly higher than that in grazed plot, which suggested that enclosure was an effective method to accelerate the vegetation restoration in Sandy Land. The Shannon-Wiener index, Simpson species diversity, and Pielou evenness in enclosed plots were lower than those in grazed plot, and decreased with increasing enclosure duration. The small-scale spatial heteroge-neity of vegetation in enclosed plots was smaller than that in grazed plot. The longer the enclosure duration, the smaller the spatial heterogeneity was.     

科尔沁沙地植物群落恢复演替系列种群生态位动态特征

以科尔沁沙地草地植被恢复过程不同阶段和不同演替时间的6个群落类型的取样为对象。研究了植被恢复过程群落演替序列主要种群的生态位动态特征。结果表明：演替过程每一群落类型优势种的作用明显,具有最大的生态位宽度。生态位宽度在演替序列的动态变化较好地对应着种群动态,生态位宽度是种群动态的一个间接测度。是种群在群落中的地位和作用的数量表达。能够较好地解释群落演替过程种群的环境适应性和资源利用能力。沙米、雾冰藜、狗尾草、差巴嘎蒿、猪毛菜、隐子草分别是演替时间为1a、3a、5a、12a、20a和30a群落的优势种群。在群落演替序列较高的生态位重叠是适宜生境斑块化和空间异质性的结果,同时也反映了演替序列群落的过渡性质以及群落结构的不稳定性。