科尔沁沙地生态环境及其可持续管理--科尔沁沙地生态考察报告

中国科学院沈阳应用生态研究所和中央电视台于 2 0 0 3年 8月联合对科尔沁沙地进行了生态科学考察。草地退化仍呈加剧态势。大面积开垦荒地造成科尔沁草地退化和面积减少的主要原因之一。科尔沁水资源目前存在的主要环境问题是水资源呈现明显减少趋势、主要河流供水量减少、沙地内部水体明显减少、部分地区地下水位明显下降。科尔沁沙地的沙地面积在近些年呈减小的趋势 ,人工植被恢复力度日益加大效果显著但分布在科尔沁沙地的沙丘面积还很大 ,且未治沙丘的治理难度相对更大。     

科尔沁西部地区荒漠化土地植被恢复技术研究

在科尔沁沙地西部对植物抗旱性、抗旱造林技术、沙丘植被恢复技术、退化草地改良技术进行了研究试验。抗旱生理的研究结果表明,差巴嘎蒿、小叶锦鸡儿比紫穗槐、胡枝子更适应干旱。对于杨树、山杏和樟子松,施用保水剂、固体水和在根际地表覆膜可分别提高造林成活率10%~30%。1.0 m×1.0 m的草方格在当地较适宜。如果综合利用生物措施和工程措施,固沙植物选择适当,在二、三年内就可将流沙固定。通过围栏封育、翻耙、补播、施肥、施用土壤改良剂等技术改良退化、碱化草场,平均产量提高2~4倍。施加氮肥明显提高了牧草蛋白质含量。改良后的草场土壤中蛋白酶、磷酸酶、脲酶、转化酶等总体上向良性发展。     

科尔沁沙地封育恢复过程中植物群落特征变化及影响因素

封育是退化沙地植被恢复与生态重建的重要措施, 理解长期处于封育状态下不同类型沙地植物群落特征变化及其影响因素有利于沙地植被恢复和生态重建。该文基于对科尔沁沙地长期封育的流动沙丘(2005年封育)、固定沙丘(1985年封育)和沙质草地(1997年封育)连续多年(2005-2017年)的植物群落调查, 结合土壤种子库、土壤养分以及气象数据, 分析了植物群落特征变化及其对环境变化的响应。研究结果表明流动沙丘植被盖度显著增加, 群落生物量和物种多样性年际间波动变化, 但无明显趋势; 固定沙丘植物群落存在逆行演替趋势, 具体表现为群落生物量、灌木和半灌木以及豆科优势度显著下降, 而一年生和多年生杂类草优势度显著增加; 沙质草地群落物种丰富度和多年生禾草优势度存在降低趋势, 并且一年生杂类草优势度明显高于其他功能群, 群落存在退化现象。3类沙地土壤种子密度变化不显著, 而种子丰富度在流动沙丘显著增加, 在固定沙丘和沙质草地有下降趋势, 土壤养分仅有有效氮和有效磷含量增加。回归分析结果表明气温和降水是影响年内生物量积累的主要因素, 但对年际间群落生物量和物种丰富度变化影响不大。除趋势对应分析结果显示土壤种子库与植物群落之间存在很高的相似性, 典型相关分析结果表明沙质草地植物群落与土壤养分紧密相关, 而固定沙丘群落主要与土壤水分紧密相关。综合以上结果可知, 封育33年的固定沙丘群落和封育21年的沙质草地群落都存在退化现象, 而封育11年的流动沙丘群落正在缓慢恢复, 因此封育年限的设定对退化沙地植被恢复至关重要, 封育时间过长不仅不利于植物群落恢复, 反而会使群落发生逆行演替, 建议封育年限的设定应综合考虑植被退化程度、土壤养分状况、土壤种子库基础以及气候条件等因素的影响。     

人类活动对植被退化/恢复影响的空间格局——以陕西省为例

基于陕西省1998～2005年SPOTVEG NDVI月数据和月降水序列的相关性分析,构建修正的归一化植被指数(C-NDVI)剔除降水量对NDVI的影响,探讨了人类活动对植被影响的空间格局.主要结论:①陕西省NDVI和降水量间存在显著的相关性,相关系数呈现出北高南低中间最低的空间格局,与所处气候带和土地利用状况的差异有关;② 1998～2005年人类活动对植被的影响表现出显著的空间差异性,北部地区以植被恢复为主,年增长率在2.1%～4.1%,其驱动力主要是退耕还林(草)、防沙治沙工程中对植被的保护和恢复性措施;中部平原区水浇地、城镇用地集中分布,表现出水浇地区人为活动对植被变化基本无影响,而城镇用地扩展区导致植被退化;中北部、南部林地分布区地形坡度大、降水量相对丰富,人类活动对植被的影响表现为植被退化,可能是经济林、用材林的周期性采伐所致.研究可为区域优化土地利用结构,合理规划和调整生态建设布局提供依据.     

河岸带生态系统退化机制及其恢复研究进展

恢复和重建自然和人为干扰导致的退化河岸带生态系统是目前恢复生态学、流域生态学等学科研究的重要内容之一．对河岸带生态系统的干扰表现在河流水文特征改变、河岸带直接干扰和流域尺度干扰3个方面,分别具有不同的影响机制．河流水文特征改变通过改变河岸土壤湿度、氧化还原电位、生物生存环境以及沉积物传输规律对河岸带生态系统产生影响;河岸带直接干扰通过人类活动及外来物种入侵而直接影响河岸带植被多样性;流域尺度干扰则主要表现在河道刷深、河道淤积、河岸带地下水位降低和河流冲刷过程改变等．河岸带生态恢复评价对象包括河岸带生态系统各要素,评价指标已从单一的生态指标转向综合性指标．河岸带生态恢复应在景观或者流域尺度上进行考虑,识别对其影响的生物和物理过程以及导致其退化的干扰因子,通过植被重建与水文调控来进行．扩展研究尺度和研究对象及采用多学科的研究方法将是今后相关研究中的重要问题．     

放牧后自然恢复沙质草地土壤节肢动物群落结构与多样性

以中国科学院奈曼沙漠化研究站为依托,对不同放牧强度后自然恢复沙质草地土壤节肢动物群落进行了调查,分析了土壤节肢动物群落结构及其多样性变化,探讨了植被和土壤环境对土壤节肢动物群落的影响.结果表明: 无牧草地土壤动物种类丰富,个体数量较多,多样性最高;中牧后恢复草地土壤动物个体数量少,但主要类群较多,分布较均匀,多样性较高;重牧后恢复草地土壤动物主要类群少,但个体数量多,多样性较高;而轻牧后恢复草地土壤动物分布均匀性最差,多样性最低.植物个体数、高度及盖度和土壤酸碱度是影响不同放牧强度后恢复草地土壤动物种类和个体数量分布的主要因素.说明沙质草地经过12年的围封可以一定程度上恢复土壤动物群落,而放牧干扰对土壤动物群落的负面影响是长期的.     

红壤侵蚀裸地植被恢复及土壤有机碳对团聚体稳定性的影响

植被恢复后土壤有机质提高 ,可能提高土壤团聚体稳定性 ,从而增强土壤抗蚀性 ,防止土壤退化。研究目的 :(1 )模拟自然条件下土壤团聚体破碎机制 ,研究不同恢复植被下团聚体稳定性的变化 ;(2 )确定不同恢复植被下土壤有机碳的积累与团聚体稳定性的关系 ,以期理解侵蚀裸地植被恢复过程及土壤有机碳对土壤结构性质的贡献。供试土壤采为侵蚀裸地、恢复 1 4 a的胡枝子和樟树林地、30～ 40 a树龄的稀疏马尾松林地以及菜园地等 5种土地利用方式。研究结果表明快速湿润是团聚体破碎的主要机制 ,其团聚体稳定性 (NMWD)次序为 :快速湿润 <湿润震荡 <慢速湿润。不同恢复植被对团聚体稳定性影响也表现不同 ,在快速湿润中 ,马尾松 >菜园地 >胡枝子 >樟树、裸地。湿润震荡处理后 ,其稳定性顺序是 :菜园地、马尾松 >裸地 >樟树 >胡枝子。而在慢速湿润中不同植被影响不明显。小团聚体的稳定性显著高于大团聚体的稳定性。快速湿润和湿润震荡下土壤团聚体稳定性与有机碳含量呈显著正相关 (r=0 .82 **,r=0 .66*) ,但慢速湿润下其相关性很低 (r=0 .2 2 )。结果还表明与活性 Al2 O3 相比 ,活性 Fe2 O3 对团聚体稳定性作用更显著。土壤团聚体湿润破碎后 ,有机碳含量和 C/N比随着破碎团聚体粒级的增大而提高。研究结果说明植被     

青藏高原东缘半湿润沙地典型生态恢复模式的效果比较研究

草地退化与沙化直接影响草地生态系统的功能与服务,植被恢复是沙地恢复治理的重要方式之一,但是探究沙化草地典型生态恢复模式的恢复效果及模式优化研究不足。以野外调查与室内分析相结合的方法,以重度沙化草地为对照(CK),比较研究了青藏高原东缘沙地三种典型生态恢复模式(围栏封育(Fencing enclosure, FE)、布设高山柳沙障(Salix cupularis sandy barrier, SCSB)、布设高山柳沙障+种草(Salix cupularis sandy barrier plus planting grasses, SCSBPPG))对草本植物群落和土壤理化性质的影响。结果显示:(1)与CK相比,FE的地上草本盖度、生物量、Margalef丰富度指数和Shannon-Weiner多样性指数分别显著提高了13.54倍、13倍、3.09倍和1.80倍,且SCSBPPG的这些指标分别显著提高了11.24倍、10.50倍、1.05倍和0.83倍(P<0.05),而SCSB对以上指标影响均不显著。(2)三种典型生态恢复模式对沙地的土壤容重无显著影响,而三种典型生态恢复模式0—10 cm、10—20 cm和20—30 cm土层土壤含水量变化规律一致(SCSBPPG>FE>SCSB),且SCSBPPG和FE的0—10 cm土层土壤含水量的增加最明显,分别为244.90%、176.92%(P<0.05),而SCSB土壤含水量相较于CK无显著差异。(3)该研究区的pH在5.74—6.21之间,FE和SCSBPPG较CK显著降低了0—30 cm各土层土壤pH(P<0.05)。此外,三种生态恢复模式0—30 cm各土层土壤有机质、全N、全P、全K含量递减变化规律为FE>SCSBPPG>SCSB,FE和SCSBPPG各土层土壤有机质、全N、全P均高于CK,且都在土层10—20 cm增幅最大,FE的最大增幅分别为243.62%、93.94%、68.97%,SCSBPPG的最大增幅分别为118.46%、45.45%、41.38%,而SCSB显著降低了各土层土壤有机质、全N和全P量(P<0.05)。因此,在青藏高原高寒轻度沙化草地围栏封育有利于其恢复,而重度沙化草地的生态恢复需采用植灌和种草结合的模式。研究结果可为沙地的恢复治理和可持续管理提供依据。     

Reporting vegetation condition using the Vegetation Assets, States and Transitions (VAST) framework

Summary   The Vegetation Assets, States and Transitions (VAST) framework classifies vegetation by degree of human modification as a series of states, from intact native vegetation through to total removal. VAST is a simple communication and reporting tool designed to assist in describing and accounting for human-induced modification of vegetation. A benchmark is identified for each vegetation association based on structure, composition and current regenerative capacity. Benchmarks are based on the best understanding of pre-European conditions (sometimes called 'fully natural'). Relative change in condition from this benchmark is assessed for each site or patch. Three case studies demonstrate use of the diagnostic criteria that underpin VAST. We argue that VAST has potential to provide a consistent framework for monitoring and reporting vegetation modification at a range of scales. Uses of VAST datasets for natural resource planning and management are discussed including a reporting and communication framework for describing the response of vegetation to changes in land use and land management practices, measuring progress toward vegetation targets and describing and mapping vegetation changes and trends.     

雅鲁藏布江山南宽谷风沙化土地土壤养分和粒度特征

在雅鲁藏布江山南宽谷区,选择流动沙地、平缓沙砾地、半固定沙地、固定沙地和覆沙河滩地等类型样地,研究了不同深度(0—10 cm、10—20 cm和20—40 cm)土壤层的养分状况和粒度特征,探讨了风沙运动对土壤粒度组成和养分含量的影响。结果表明:1)风沙化土地土壤pH值呈中性、碱性和强碱性,土壤有机质和全氮含量均很低,但全磷和全钾均很高。土壤粒度组成表现为砂粒含量(53.83%—95.93%)>粉粒(3.3%—40.5%)>粘粒(0.77%—5.68%)。2)粘粒和粉粒含量均以覆沙河滩地(分别为4.02%和27.95%)最大、半固定沙地(分别为1.35%和5.27%)最小。粘粒含量表现为覆沙河滩地>固定沙地(2.98%)>河滩流动沙地(2.89%)>平缓沙砾地(1.69%)>河岸流动沙地(1.54%)>山坡流动沙地(1.49%)>半固定沙地。不同类型沙地粉粒含量的大小顺序与粘粒含量相似,仅在山坡流动沙地和河岸流动沙地的大小顺序有所差别。砂粒含量以半固定沙地(为93.40%)最大、覆沙河滩地最小(68.05%)。不同类型沙地的砂粒含量与粉粒含量的大小顺序正好相反。3)土壤养分含量与粘粒、粉粒、极细砂粒和细砂粒等细沙物质的相关性较强,与中砂粒、粗砂粒和极粗砂粒等粗沙物质呈负相关或相关性较弱。其中,粘粒和极细砂粒含量的增加对土壤养分的增加贡献较大。流动沙丘随风沙运动而不断往复摆动的现象和土壤细颗粒的迁移和损失,对不同类型沙地和沙丘部位的土壤养分状况及其再分配过程产生较大影响。     

延安市生态修复双赢模式实证研究

\"越穷越垦、越垦越穷\"的贫困陷阱是困扰全球可持续发展的学术难题之一,探索摆脱贫困陷阱的有效途径,是生态修复的核心目标。因此,生态修复不仅要依据当地气候与地理条件开展生态治理,同时要改变当地居民的生产生活行为,发展有利于生态修复的绿色产业,使当地居民的生产生活行为既可以提高收入、改善生活,又有利于生态修复。从而摆脱\"越穷越垦、越垦越穷\"的被动局面,实现生态修复与居民生计改善的双赢目标。为了验证这一模式的可行性,该研究在退耕还林项目实施的基础上,通过补短板的方式,在延安市开展了生态修复双赢模式实证研究。结果表明,新方案实施前,延安市NDVI增长速度是陕西省平均水平的41%;新方案实施后,是陕西省平均水平的195%,新方案的贡献率为74.0%。双赢模式较好解决了环境保护与社会经济发展彼此分离的这一矛盾,提高了生态修复的治理效果,为我国生态脆弱区精准扶贫和生态文明建设提供了理论依据和治理样板。     

毛乌素沙地植被不同恢复阶段植物群落物种多样性、功能多样性和系统发育多样性

进入21世纪以来, 中国荒漠化恢复取得显著成效, 荒漠化、沙化土地面积持续减少, 植被覆盖度大幅提升, 但关于植被恢复过程中生物多样性如何变化的研究不足, 这制约着对荒漠化恢复成效的全面评估。本文基于群落调查和叶功能性状(叶片厚度、叶片干物质含量、比叶面积和叶片密度)的测定, 分析了毛乌素沙地不同恢复阶段(半固定沙地、固定沙地、结皮覆盖沙地和草本植物覆盖沙地)的植物群落物种多样性、功能多样性和系统发育多样性特征。结果表明: (1)多数叶功能性状的系统发育信号不显著, 表明环境因子对研究区植物功能性状的塑造作用很强。(2)对于α多样性, 结皮覆盖沙地的物种多样性(Shannon-Wiener多样性, H)、物种丰富度(S)、功能丰富度(FRic)及系统发育多样性(PD)指数均显著低于其他恢复阶段, 而其他3个阶段间无显著差异; 这些指数间均显著正相关, 表明物种多样性、功能多样性和系统发育多样性在植被恢复过程中协同变化。(3) β多样性指数随恢复阶段间隔增加而逐渐增大, 表明物种组成、功能属性及系统发育关系随植被恢复持续变化, 且半固定沙地到固定沙地的群落物种组成、功能属性及系统发育关系更替最快, 导致群落间差异最大。(4)固定沙地、结皮覆盖沙地和草本植物覆盖沙地群落系统发育结构均趋向于发散, 表明竞争排斥是群落构建的主要驱动力; 而半固定沙地群落系统发育结构无一致规律, 表明群落构建可能受到生境过滤和竞争排斥的综合作用。研究结果可为植被建设与管理提供参考, 为毛乌素沙地生态保育和生物多样性的保护提供科学依据。     

毛乌素沙地半固定沙丘油蒿种群对土壤湿度空间异质性的响应

将统计学和地统计学方法相结合,探讨了毛乌素沙地半固定沙丘土壤湿度空间异质性与油蒿种群空间异质性之间的关系. 结果表明,在块尺度（80 m×80 m）上,油蒿密度和生物量的空间异质性受制于土壤湿度的空间异质性,尤其油蒿生物量的空间异质性与土壤湿度的空间异质性呈显著正相关关系.表明在半固定沙丘阶段,土壤湿度的空间异质性决定油蒿种群的空间异质性. 由于沙丘地形对降水量的再分配在土壤湿度分布中的作用,土壤湿度和油蒿种群空间异质性相互作用的结果为地形的缀块性→土壤湿度分布的缀块性→油蒿种群分布的缀块性→油蒿生物量和密度的缀块性.     

Can mobile sandy land be vegetated in the cold and dry Tibetan Plateau in China?

Desertification has taken place in the overgrazed grassland of the Tibetan Plateau, China, and the area of mobile sandy land has increased in recent decades. The challenging problem about desertification control is how to restore the vegetation of mobile sandy lands caused by severe desertification. Sand drifting is now regarded as the limiting factor of vegetation restoration in such lands. The initial phase of vegetation restoration is plant colonization, but it is often aborted due to sand drifting, and then vegetation restoration fails to proceed. For the sake of revegetation, the first step is to stop sand drifting to ensure plant colonization. In the northeastern Tibetan Plateau, China, feasible approaches have been found through long-term experiments, and the vegetation is being restored satisfactorily with these approaches in experimental sandy lands. The approaches comprise three types: enclosure, mechanical barriers and biological barriers. Different sandy lands require dissimilar combinations of these approaches. Enclosures may be adequate to revegetate inter-dunes or degraded grassland even in cold regions like the Tibetan Plateau, China, but it is deficient for revegetation of the shifting sand dunes unless mechanical and biological barriers are established simultaneously.     

呼伦贝尔沙地不同植被恢复模式对土壤固氮微生物多样性的影响

利用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)技术及扩增产物序列分析方法,研究了经过4年不同植被恢复模式下呼伦贝尔沙地土壤固氮微生物的nifH基因多样性和群落结构的变化.结果表明:不同植被恢复模式间土壤固氮微生物群落组成差异显著.混播柠条+羊柴+冰草+披碱草模式(ACHE)下的土壤固氮微生物nifH基因多样性指数最高,其次为混播柠条+冰草(AC)、单播柠条(UC)、单播冰草(UA)和单播羊柴(UH)模式,对照(裸地)最低.除单播羊柴(UH)模式与对照的多样性指数差异不显著外,其余4种植被恢复模式均显著高于对照.单一恢复模式(UA、UH、UC)下,绝大多数土壤固氮微生物属于蓝藻门,结构比较单一;而混播模式(AC和ACHE)下,土壤固氮微生物组成发生明显变化,以变形菌门为主,还包含蓝藻门,其种类增加,多样性提高.不同植被恢复模式的速效磷(AP)、全磷(TP)、全氮(TN)和硝态氮(N03-N)对固氮微生物区系的影响均达到显著水平,且AP、TP、TN和NO3--N之间均具有显著相关性.不同植被恢复模式下土壤固氮微生物区系组成的变化是不同理化因子之间相互关联、共同影响的结果.     

Can mobile sandy land be vegetated in the cold and dry Tibetan Plateau in China?

Desertification has taken place in the overgrazed grassland of the Tibetan Plateau,China,and the area of mobile sandy land has increased in recent decades.The challenging problem about desertification control is how to restore the vegetation of mobile sandy lands caused by severe desertification.Sand drifting is now regarded as the limiting factor of vegetation restoration in such lands.The initial phase of vegetation restoration is plant colonization,but it is often aborted due to sand drifting,and then vegetation restoration fails to proceed.For the sake of revegetation,the first step is to stop sand drifting to ensure plant colonization.In the northeastern Tibetan Plateau,China,feasible approaches have been found through long-term experiments,and the vegetation is being restored satisfactorily with these approaches in experimental sandy lands.The approaches comprise three types:enclosure,mechanical barriers and biological barriers.Different sandy lands require dissimilar combinations of these approaches.Enclosures may be adequate to revegetate inter-dunes or degraded grassland even in cold regions like the Tibetan Plateau,China,but it is deficient for revegetation of the shifting sand dunes unless mechanical and biological barriers are established simultaneously.     

Pedoecological effects of a sand-fixing poplar (Populus simonii Carr.) forest in a desertified sandy land of Inner Mongolia, China

To assess the pedoecological effects of a 23-year old poplar ( Populus simonii Carr.) forest on soil amelioration and vegetation restoration via soil erosion reduction and atmospheric dust retention in a desertified sandy land ecosystem, daily dynamics of wind speed, sand transport and dust deposition rates were monitored over an erosive period from April through June in 2001, using fixed observation sites located at different positions within and around the forest. Soil and vegetation characteristics at these sites were also measured. The observation sites were placed at distances of 15H (as control), 6H and 3H (H is mean tree height) from the forest edge of the windward side (abbreviated CK, 6H-W and 3H-W respectively), forest center (FC), and at distances of 0H, 6H and 8H from the forest edge of the leeward side (FE-L, 6H-L and 8H-L respectively). Daily mean wind speed was significantly lower in different observation sites than CK, with FC having the greatest reduction of wind speed and 6H-W the least reduction. Daily transport rate of sand by wind was also significantly lower in different observation sites than CK, with FE-L having the greatest reduction of wind erosion and 6H-W the least reduction. The fact that the poplar forest will lose its functions against wind at a distance of about 12-fold tree height from the forest edge of the leeward side suggests that the effective wind-preventing range of the poplar forest is about 150 m. There was marked spatial and seasonal distribution of dust-fall rate. Over space, the rate of dust-fall was much greater within the forest than outside the forest. Over time, the daily dust deposition rate was greatest in April, followed in decreasing order by May, June, July, September and August, closely linked to the seasonal distribution pattern of dust storm. Significant positive changes in soil and vegetation parameters of the different observation sites during the 23 years that the poplar forest was established suggest the perceptible pedoecological effects of the poplar forest on soil development and restorative succession of plant community within its immediate vicinity through windbreak, soil erosion reduction and atmospheric dust retention. Understanding these pedoecological effects may aid in the design of protective forest systems in arid and semi-arid areas.