黄土高原植被建设与土壤干燥化:问题与展望

黄土高原大规模植被建设有效减少了水土流失、改善了区域生态环境,大规模人工植被种植也造成了土壤水分的过度消耗,导致了土壤干燥化,成为当前黄土高原生态恢复的重要制约因素,威胁区域生态系统健康与稳定。系统综述了黄土高原地区人工植被恢复对土壤干燥化的作用机制,植被群落特征与土壤干燥化的耦合关系,多尺度土壤干燥化时空分异规律及其影响因素,明确了当前大规模人工植被恢复过程中土壤水分持续利用面临的问题与挑战。建议今后加强植被动态对水文过程影响的研究,明确多尺度植被格局与土壤干燥化时空分异的耦合关系,系统开展变化环境下不同尺度植被与土壤水分相互作用的模拟研究,探讨基于植被格局优化的土壤水分调控机制,维护黄土高原地区土壤安全,提升区域生态系统服务功能。     

中国东北样带对全球变化响应的动态模拟——一个遥感信息驱动的区域植被…

对中国东北样带植被生物量的时空变化进行了计算机模拟。模型以１２种植被类型的绿色和非绿色生物量以及３层土壤水分为其状态变量。模拟绿色生物量被转成ＡＶＨＲＲ归一化植被指数（ＮＤＶＩ）,并与１９８６￣１９９０年观测到的植被指数进行了比较。大气ＣＯ２浓度、气温和降水被用作样带对全球变化响应研究的３个基本驱动变量。模型中还包括了降水和气温改变对日照百分率、相对湿度、辐射及土壤水分和植物生长的影响。ＣＯ２取当     

淡水湿地种子库的研究方法、内容与展望

种子库是指存在于土壤表面和土壤中全部存活种子的总和.种子库的研究是深入探讨湿地植被结构、功能与动态等方面的重要基础,同时也是对湿地生物多样性研究的一个重要补充,对于了解植被演替动态、植被更新和受损湿地植被重建与恢复具有指导意义.本文结合国内外淡水湿地种子库研究现状,对湿地种子库的形成、研究方法以及湿地种子库时空格局、种子库与地表植被的关系、水文变化对湿地种子库的影响、湿地种子库在湿地恢复中的应用等主要研究内容进行了系统的总结;同时对湿地种子库的时间动态、种子库的分类、种子库与地表植被的关系、湿地恢复重建及湿地景观营造等研究进行了展望.     

半干旱黄土高原苜蓿草地撂荒过程土壤水分变化特征

土壤水分是黄土高原植被恢复和生态建设的主要限制因子,明确土壤水分随植被演替的变化规律是阐明黄土高原植被与水分相互作用机制的重要基础。以半干旱黄土高原小流域苜蓿草地撂荒过程为研究对象,通过对2016-2018年生长季苜蓿群落、苜蓿+赖草群落、赖草群落和长芒草群落四种草地群落0-1.8 m土壤水分进行动态监测以及0-5 m深度土壤水分测定,分析不同演替阶段苜蓿草地土壤水分的动态特征,探讨土壤水分对苜蓿草地撂荒过程的响应。结果表明：（1）在苜蓿草地撂荒演替过程中,土壤水分随群落恢复时间的延长呈先增加后降低的变化,降水的年际动态显著影响不同演替群落的土壤水分响应;（2）0-0.4 m土壤水分主要受降水影响,使得各草地群落在这一层次没有显著差异（P>0.05）,而1 m以下的土壤水分含量则主要受植被类型的影响,各草地群落之间存在显著差异（P<0.05）;（3）0-5 m深层土壤水分随群落的演替,1 m以下各土层土壤水分含量逐渐增加,表明撂荒过程中使土壤水分得到了一定程度的恢复。研究结果揭示了苜蓿草地撂荒过程土壤水分的变化规律,可为黄土高原生态恢复提供理论依据。     

库布齐沙漠南缘风沙-植被相互作用及其景观效应

干旱区尤其沙漠边缘地区的风沙与植被相互作用对塑造地表景观具有重要意义。选择库布齐沙漠南缘的油蒿灌丛地为研究区,开展了植被调查、风沙流观测和表层沉积物粒度采样测试,分析了顺风向植被盖度、风沙流结构与沉积物特征的沿程变化,探讨了风沙-植被相互作用及其对地表景观格局的影响。结果表明,风沙流与植被相互作用方式的改变使植物生长状况与地表蚀积模式发生变化,进而导致顺风向景观表现出明显的空间异质性。自上风向裸地过渡到均匀分布的新生油蒿和油蒿灌丛再至斑块状分布的灌丛沙堆,植被盖度与覆沙厚度先增大后减小,空气动力学粗糙度沿程不断增加且在过渡时其增幅最大,输沙率与沉积物粒度呈先减小后增大趋势,并在植被盖度与覆沙厚度最大处出现最小值。在沙漠边缘剥蚀高原上,起初适量风沙堆积促进油蒿定植与生长,均匀分布的油蒿灌丛进一步促进沙物质堆积,但当堆积厚度超过油蒿耐沙埋深度时发生退化,灌丛出现斑块状分布且风沙流在丘间地处侵蚀。据此,可理解为剥蚀高原风沙区景观异质性是风沙与植被相互协同与抑制作用的结果。     

黄土高原植被恢复的水分生态环境研究

水分是制约黄土高原地区植被恢复与生态环境重建的决定性因子,在分析现有关于该区植被建设中的水分生态环境的各项研究的基础上,从水资源,土壤水分背景,土壤水分动态,土壤干层,土壤水分的林草生产力,水分性质分区,林草对策等7个方面,对黄土高原的土壤水分环境进行了阐述,针对该问题的研究现状,指出其中存在的问题,并对今后的研究进展了展望。     

高时空分辨率植被覆盖获取方法及其在土壤侵蚀监测中的应用

土壤侵蚀是全球性生态问题,准确监测区域土壤侵蚀状况是评估区域生态质量和生态保护成效的基础。准确获取高时空分辨率植被覆盖信息并与降水动态匹配是土壤侵蚀准确监测的关键。然而,受卫星传感器限制,大区域高时间分辨率与高空间分辨率遥感数据无法同时获取,高空间分辨率植被动态遥感监测面临巨大挑战。为解决这一问题,本研究提出了一套多源遥感数据融合的高时空分辨率绿色植被覆盖度(半月尺度,空间分辨率2 m)获取方法,并与半月尺度的降水因子匹配应用于CSLE开展了天津市蓟州区的土壤侵蚀监测。研究结果表明:1)降雨和植被覆盖度因子在一年之内变异较大,半月降雨量的平均值为43.32 mm,变异系数可达150%,绿色植被半月植被覆盖度的平均值为54.74%,变异系数为18%。考虑土地覆盖类型的高时空分辨率绿色植被覆盖度融合方法,可以获取合理的高空间分辨率绿色植被覆盖度动态,为高空间分辨率土壤侵蚀监测提供了一个有效手段;2)土壤侵蚀发生范围与强度与降水及植被因子在年内的动态匹配高度相关,土壤侵蚀发生范围最大为10月上半月,发生面积为137.55 km~2,土壤侵蚀发生强度最为严重为7月下半月,25 t/hm~2以上土壤侵蚀发生面积为12.70 km~2;3)高时空分辨率植被与降水因子耦合下的土壤侵蚀监测结果与地面一致性较好(判定系数可达0.88),明显好于仅用一期高空间分辨率植被因子的土壤侵蚀监测结果(判定系数仅为0.097),采用高时空分辨率植被与降水因子耦合的土壤侵蚀监测方法可以大幅度提高土壤侵蚀监测的准确性,本研究为其他区域准确开展土壤侵蚀监测提供了一套有效的方法。     

干旱沙漠区土壤微生物结皮及其对固沙植被影响的研究

在腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区,采用已有的数据和长期的定位观测,分析了固沙植被区生物结皮的形成特点及其对植被动态的影响。流沙经过沙障固定和种植植物后,沙土表层形成风积物结皮,再演化成以藻类为优势种的微生物结皮,而这一过程是因沙物质得到固定后,大气降尘和粉粒在沙表层堆积、下沉、再经雨滴的冲击等物理作用和土壤微生物的活动共同作用的结果。在降水不足２００ｍｍ的条件下,结皮的形成改变了土壤水分的传有限,     

塔里木河下游土壤水分与植被时空变化特征

运用变异系数、Pearson相关和回归的方法,分析了塔里木河下游2002-2006年土壤水分的时空变化和植被的分布,以及二者之间的相互关系。结果表明:土壤含水率水平空间分布随离水源地距离增加而降低,垂直分布随土层深度的增加而增加;0-60cm土壤含水率变异性最小,属中等变异性;60cm以下土壤含水量变异性增大,属强变异性;土壤含水率的时间变化受生态输水量和持续时间的制约。土壤含水率与植被的时空分布具有同步性;植被特征指数与80-280cm土壤含水率显著相关,且二者与地下水埋深均呈现极显著负相关,说明60cm以下的土壤含水率显著影响植被的生长和分布,而且地下水位是影响土壤水分和植被时空变异的主要因素。     

基于MODIS遥感监测的东南亚地区植被动态

利用2000-2008年的MODIS陆地产品MOD15A2(fPAR)与空间插值的气温和热带降雨观测卫星(TRMM)数据,分析了东南亚地区植被时空动态,主要分析了常绿阔叶林、灌丛草原、热带草丛和农田4种植被fPAR的年际变化、季节变化特征及其与气候的相关性.结果表明:(1)2000-2008年研究区植被的fPAR平均为47.58%,呈由西北向东南递增、沿海高于内陆的空间分布格局.(2)研究区87.34%的区域植被fPAR变化不显著.(3)fPAR能够反映植被时空动态,对气候变化具有较好的响应.fPAR的动态变化表明,不同区域的各植被生长年际变化各有差异,其所受气温和降水的影响程度也不同.     

基于土壤水分平衡的沙地草地最优植被覆盖率的研究

本文从土壤水分平衡出发,用动态仿真模型方法研究我国北方干旱半干旱沙地草地土壤不分平衡与立地条件,如坡度、坡向、土壤物理性状及植被覆盖率之间的关系。有如下初步结论和论点产生：（１）地表因植被的存在而形成的结皮对降水入渗到土壤中的阻滞作用几乎可以忽略。只有在坡度很大,瞬间降水强度很大时,结皮表面才可形成较大的迳流;（２）土壤水分的平衡随植被的覆盖率变化的情况取决于立地条件的差异,笼统地讲“植被覆盖率越     

晋西黄土区土壤水分动态变化与植被群落关系研究

土壤水分是晋西黄土区植被群落生长与恢复的主要限制因素,为定量探讨该区域不同植被群落土壤水分变化规律,选择山西吉县蔡家川流域3种典型植被群落（油松人工林、刺槐人工林、天然次生林）为研究对象,研究土壤水分时空变化特征,以及土壤水分与降雨、气温和土壤养分的变化关系。结果表明：（1）近10年,研究区降雨分布极不均匀,表现为降雨前期不足,集中在中后期;近10年植被群落生长季,天然次生林土壤水分最大,刺槐林最小,且两者存在显著差异,但均与油松林地差异不显著;（2）研究区3种植被群落0~60 cm土层中根系分布存在差异。其中,同种植被群落不同土层间根系分布均存在显著差异;不同植被群落中,天然次生林与油松、刺槐林的根系分布在20~60 cm土层存在显著差异;（3）研究区植被群落土壤水分具有明显分层现象,即0~40 cm土层土壤水分变化较大,而40~100 cm土层波动较小,基本维持在10%~15%;表土层（0~40 cm）土壤水分变化与植被根系分布有关,且植被根系分布与土壤水分呈显著负相关;（4）通过对土壤水分与降雨、气温、有机碳、全氮、全磷、全钾等因素进行分析,发现土壤水分与降雨呈显著正相关,油松林地相关系数最高;气温只与次生林的土壤水分呈显著正相关;土壤水分与有机碳、全氮、全磷、全钾存在正相关,其中与全磷相关度最高。     

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。     

半干旱区人工林草地土壤旱化与土壤水分植被承载力

近年来在黄土高原地区多年生林草地。出现了以土壤旱化为主要特征的土壤退化现象。退化土壤反过来影响植物的生长和发育,最终将导致植物群落衰败和生态系统的退化,从而影响到林草植被的长期稳定,经济效益和生态效益的持续稳定发挥,这已成为当前林草植被建设的重大问题之一。分析了土壤旱化现象与土壤干层的关系,探讨了土壤干层的划分标准。认为防止土壤旱化的主要措施就是控制林草地密度和生产力,而控制林草地密度和生产力的理论依据就是土地植被承载力。在黄土高原大部分地区植物吸收和利用的土壤水分主要依靠当地的天然降水。土壤水分是限制植物生长的决定因子,该类地区土地植被承载力实质上为土壤水分的植被承载力。作者定义土壤水分植被承载力为土壤水分承载植物的最大负荷。它是指在较长时期内,在现有的条件下,当植物根系可吸收和利用土层范围内土壤水分消耗量等于或小于土壤水分补给量时,所能维持特定植物群落健康生长的最大密度。探讨了土壤水分植被承载力的确定方法和影响因素,认为凡是影响林草地土壤水分的补给和消耗,植物群落生长发育和植物水分利用效率的因素,包括地理位置、地形、气候、植被类型及其发育阶段,抚育管理措施都影响土壤水分植被承载力数值。开展土壤水分植被承载力研究对于林草地合理经营与管理具有重要意义。     

黄土高原不同植被类型土壤特性与植被生产力关系研究进展

针对黄土高原不同类型植被,不同立地条件下植被及不同的演替阶段的土壤特性进行了综述,包括土壤养分,土壤酸碱度和土壤水热条件与植被生产力的关系。众多的研究表明,土壤水分与营养供应是影响植被生产力的主要因素,而植被的根系分布和细根周转能够影响土壤有机质和理化性质,植被的演替过程改变着土壤的特性,土壤特性的改变驱动着植被演替。     

半干旱沙地封育草场的植被变化及其与土壤因子间的关系

封育措施是一种主要的草场恢复和重建的措施。通过对半干旱沙地完全封育、季节封育和未封育地的比较分析,量化了不同封育措施下植被变化及其与土壤因子的关系。对3种封育措施群落组成和生物多样性的多响应置换过程(M RPP)分析结果表明,封育改变了群落的组成成分并增加了生物多样性,群落的指示种分析及样方相似性指数计算结果则显示,完全封育(>10a)的群落逐渐向旱生化发展,各植物种分布的空间异质性显著提高,放牧价值开始降低,而季节性封育则明显处于一种非平衡的稳定状态。对不同措施下植物种与土壤因子间关系除趋势对应分析(DCA)和除趋势典范对应分析(DCCA)排序结果表明,土壤水分状况是限制3种措施中植物种组成的决定性因子,生物结皮盖度、土壤有机质和土壤容重等因子均在一定的程度上对水分产生影响,其中最为突出的因子是生物结皮盖度,由于长期缺少牲畜的践踏,完全封育区内结皮发育较好,这也是导致群落向旱生化发展的原因之一,同时一些重要因子诸如降水的时空变化或由此而引发的土壤水分的时空变化在本研究中可能被忽略。相关分析表明3种措施的生物多样性除了受土壤水分状况(土壤含水量和结皮盖度)的影响外,还与土壤速效氮呈正相关,与速效磷呈负相关。     

沙坡头人工植被区陆气耦合模式及生物结皮与植被演变的机理研究

论述了研究陆气相互作用的意义和现状。在以前工作基础上,针对腾格里沙漠人工植被区陆气水热传输过程,提出了一个多层陆气耦 .人出了导水率的计算模型和修正后的根系吸水,考虑了结皮层对于土壤水分入渗的影响以及植被演变的过程。陆气耦 地大气,植被,土壤作多层划分,以助于细致了解沿高度分布的各物理量。同时,介绍了当地气候概况和野外观测情况。利用本模式对中国科学院沙坡头沙漠站人工植被区陆气水热交换过程进行了数值模拟,模拟结果与实测值吻合较好,可为当地合理利用水热资源和治理沙漠提供科学依据。     

全球气候变暖胁迫下的雅鲁藏布江流域植被覆盖度变化驱动机制探讨

为了解雅鲁藏布江流域内植被变化对气候变化响应的时空差异性,引入重心模型,分析和探讨了2002-2014年雅鲁藏布江流域植被的变化特点与气候因子的相关性。结果表明,植被的NDVI(归一化植被指数,Normalized difference vegetation index)重心与降水重心年际迁移方向具有正相关性。雅鲁藏布江流域的月植被NDVI受前0-1月降水影响最大,而不同季节植被的NDVI对降水影响表现出一定的滞后性,其中春季和冬季的植被NDVI均与前一季的降水呈现正相关性。该流域中乔木、灌木对降水反应的滞后性比草本植物要大;生长季的温度变化与植被的生长具有相关性。植被NDVI与月均温的正相关性达到最大的时间段差异较大。因此,植被NDVI和气候因子间的时空异质性研究对于雅鲁藏布江流域的生态环境保护具有重要意义。     

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.     

全球变暖对太行山植被生产力及土壤水分的影响

将相同的自然植被用Lysimeter从高海拔下移至低海拔,温度升高2℃,同时设置平均降水,增加10％降水,增加20％降水,减少10％降水和减少20％降水5个降水处理,模拟全球变暖带来的温度升高和降水变化对植被生产力和土壤水分的影响,两年的野外实验表明,温度升高造成生态适应性差的野古草（Arundinelia hirta)生产力显著下降,致使整个测试群落生产力降低,低海拔实验点生产力显著低于高海拔实验点,温度升高对铁杆（Artemisia sacrorum)和黄背草（Themeda japonica)的影响较小,太行山区的植被对降水的变化反映,降水增加使植被的生产力水平显著提高,其中降水增加20％的处理生产力比平均降水处理的生产力增加22％,增加降水处理的土壤含水量显著高于平均降水和降水减少的实验处理,由于植被的减少,温度升高的实验点从第二年开始土壤水分较高。