毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤养分的空间异质性

毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域是沙地-草地景观界面的关键部位,研究该区域土壤养分的空间格局和生态学过程,对于土地沙漠化的机理研究具有重要的意义。采用经典统计与地统计学相结合的方法,通过半变异函数及其模型、克里格局部插值估计、空间分布图等研究了毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤养分的空间异质性特征。结果表明:研究区土壤速效钾含量符合球状模型,全氮和速效磷含量符合指数模型;速效钾含量具有强空间自相关性,其结构方差比为0.882,而全氮和速效磷含量表现为中等程度的空间自相关性,其结构方差比分别为0.501和0.514;3种土壤养分空间自相关距离存在差异,其中全氮和速效钾的变程均为511m,而速效磷的变程为143m;3种土壤养分的分布格局呈现明显的空间规律性,从牛枝子群落到黑沙蒿群落,速效钾和速效磷含量先降低后升高,与研究区的界面变化过程一致,而全氮含量逐渐降低,与研究区的植被覆盖度变化一致;3种土壤养分的标准差都较小,Kriging插值结果比较可靠。     

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.     

毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤水分和植被空间格局

应用地统计学和经典统计学方法,对毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤水分和植被特征的空间分布格局及其相互关系进行研究,结果表明: 0-5 cm和5-10 cm土壤水分符合指数模型,10-15 cm土壤水分和植物群落物种数、植被盖度、植被密度都符合球状模型;0-5 cm土壤水分、植物群落物种数和植被盖度都具有强空间自相关性,5-10 cm、10-15 cm土壤水分和植被密度都具有中等程度的空间自相关性;从牛枝子群落到黑沙蒿群落,各层土壤水分与植物群落物种数之间具有相似的空间格局,都呈先升高后降低的变化趋势,而植被盖度和植被密度呈逐渐减小的变化趋势;0-5 cm土壤水分与植物群落物种数之间具有显著的正相关,是制约植被物种空间分布的关键因素。     

毛乌素沙地根茎禾草拂子茅对异质性水分供应的表型可塑性

拂子茅(Calamagrostis epigejos（L.)Roth)为根茎型多年生禾草,具细长根茎。为了探讨拂子茅在异质性水分环境中的表型差异,在内蒙古鄂尔多斯高原的毛乌素沙地对拂子茅由母株、子株组成的分株对给予了高水、低水两种不同的异质性土壤水分处理。实验结果表明：土壤水分状况显著地影响着拂子茅分株的生长表型。在高土壤水分条件下,拂子茅的分株产生的根茎、新生后代分株较多,并使生物量主要分配于地上部分,地上生物量积累多;在低土壤水分条件下,拂子茅分株产生较少的根茎与新生后代分株,并且分配到根系的生物量明显增大。在具有一定对比度的异质性土壤水分环境中,拂子茅分株并不因相连的其他分株所处的土壤水分状况而在根茎生长、新生后代分株的产生和生物量分配等特征上,与同质环境中的具有相同土壤水分状况的分株相比,有明显差异。这些结果揭示：拂子茅仅以分株的形式对异质性水分供应发生表型反应;相连的克隆分株在向顶向和向基向这两个基本方向上,不能对另一分株的土壤水分状况在生K表型上发生反应,它们在水分关系上可能是相互相对独立的。分株的相对独立可能有利于在气候干旱、扰动强烈的沙地环境中实现风险分摊,提高基株的存活几率。     

毛乌素沙地南缘植被景观格局演变与空间分布特征

以1991、1999和2007年TM/ETM+影像为数据源,利用RS和GIS技术提取研究区植被覆盖度信息,将其按地貌分区,计算景观格局指数,分析植被景观格局变化特征.结果表明:(1) 1999年是研究区16a植被景观结构变化的转折点,植被覆盖状况前期恶化后期好转.1991-1999年两区极低和低级植被覆盖度占绝对优势,继续增强,风沙区55％-70％,丘陵区70％-80％.高等级比例均在5％以下,持续下滑.2007年两区的优势级别提升为低级和中级,风沙区比例55％,丘陵区70％.极低级别比例减小,风沙区40％-20％,丘陵区50％-15％.高级比例不同程度增大.(2)1999年前后植被景观格局反向演变,两区变化趋势基本相同程度不同.植被多样性和均匀度先减小后增大,等级问交替分布规律先弱后强.风沙区景观形状由复杂到简单,破碎度先增后减;丘陵区破碎度持续增大,形状变化微小.整体上来看,风沙区植被多样性高整体性好,植被均匀度指数大,交替分布规律明显,丘陵区植被格局较差.但外界对风沙区的干扰比丘陵区强烈.(3)植被景观格局演变过程中始终保持多核心模式,核心面积、形状甚至类型发生不同程度的变化.风沙区核心多为无植被斑块,丘陵区多为高植被覆盖度斑块.核心外围植被分布具有梯度性.     

毛乌素沙地优势灌丛对两种松树幼苗的保育作用

选择毛乌素沙地优势灌丛柠条(Caragana intermedia)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)和沙柳(Salix psammophila)作为保育植物,选择2年生油松(Pinus tabulaeformis)和樟子松(Pinus sylvestris)幼苗作为目标植物,将其分别种植在开阔地、柠条、紫穗槐和沙柳4种微生境下,连续3a监测油松和樟子松幼苗的存活和生长动态,从而确定毛乌素沙地优势灌丛是否对植物幼苗的定居有促进作用。结果表明:柠条、紫穗槐和沙柳冠层下光照强度、大气温度和土壤温度都显著低于开阔地,致使土壤湿度增高,油松幼苗总存活率均显著高于开阔地,而樟子松幼苗总存活率仅紫穗槐冠层下显著高于开阔地(P0.05)。紫穗槐冠层下油松和樟子松幼苗总存活率均最高(P0.05),外来种紫穗槐可选为保育植物。保育灌丛下松树幼苗的主枝生长良好,并未受到抑制,但第1年主枝生长长度最小。光照强度和土壤湿度是决定主枝生长长度的重要因素。保育灌丛高度和冠幅面积与油松和樟子松幼苗存活率呈显著正相关(P0.05)。固氮灌丛(紫穗槐和柠条)对松树幼苗存活有持续的促进作用,但柠条冠幅结构紧密,可能因为对光的竞争,减弱了促进作用。沙柳灌丛下松树幼苗的存活率较低。油松幼苗具有一定程度的耐阴性,樟子松幼苗喜光性强,保育灌丛下油松幼苗存活率显著高于樟子松幼苗(P0.05)。总的来说,保育灌丛对松树幼苗的定居有促进作用,保育植物技术可作为一种有效的恢复措施,应用在毛乌素沙地的植被恢复中来。但是,保育灌丛的选择要考虑是本土种或外来种,以及灌丛的高度、冠幅大小、冠幅结构和化学效应,恢复物种的选择要考虑其自身的生物学特性及其与保育植物的相互作用。     

毛乌素沙地游击型克隆半灌木羊柴对局部沙埋的反应

不同程度的沙埋是生长在干旱和半干旱区内陆沙丘的植物经常遭遇的事件,沙埋可以改变植物所处的生物和非生物环境条件。已有研究表明不同程度的沙埋对于植物的影响不同。轻微程度的沙埋可以增加植物高度、促进生物量的积累和新生分株的产生。如果沙埋强度不断增加,对植物的影响由正效应逐渐转变为负效应。即超过一定沙埋阈值后,沙埋会削弱植物的生长,甚至影响植物的存活。干旱和半干旱区内陆沙丘中常常生长着许多克隆植物,克隆整合常常可以缓解克隆植物分株所遭受的局部环境胁迫。根茎型克隆植物羊柴(Hedysarum laeve)是毛乌素沙地的优势半灌木之一,也是当地重要的固沙植物。为了探讨克隆整合的作用是否可以提高沙埋阈值,并有助于羊柴忍受高强度的沙埋,以其为研究对象开展了野外实验。结果表明:轻微程度的沙埋(例如沙埋深度是原始羊柴分株高的10%~20%)可以加速羊柴分株的高生长,提高叶片生物量、茎生物量以及整个地上部分的生物量。高强度的沙埋(例如沙埋深度是原始羊柴分株高的80%~100%)会削弱羊柴分株的存活和生长。在与不遭受沙埋分株相连的情况下,羊柴分株遭受沙埋的阈值高于没有分株相连的,而且在高强度的沙埋下,前者(有分株相连的遭受沙埋的分株)比后者(没有分株相连的遭受沙埋的分株)在株高增量、茎生物量、叶片生物量以及地上分株生物量上都要显著高。这暗示着克隆整合提高了羊柴遭受沙埋的阈值并有助于羊柴分株忍受高强度的沙埋。     

毛乌素沙地盐池地区固定沙丘主要固沙灌木的空间分布格局与空间关联性研究

种群的空间分布格局与关联性的研究对预测种群的演替趋势和植被重建具有重要意义。基于毛乌素沙地固定沙丘上固沙灌木的地理位置和生长发育阶段数据,采用单变量、双变量成对相关函数和Monte-Carlo拟合检验方法,对油蒿(Artemisiaordosica)、杨柴(Hedysarummongolicum)和柠条(Caraganakorshinskii)三种优势种群进行空间分布格局和关联性分析。结果表明:(1)三个种群在小尺度下呈现聚集分布,大尺度下呈现随机或均匀分布;杨柴和柠条种群在研究尺度范围内主要表现为聚集分布。(2)种间关系表明:油蒿和杨柴在小于5 m尺度下负相关,其他尺度下基本不具有相关性。(3)种群不同生长发育阶段之间的种内关联关系表明:在小尺度下, 3个种群的种内关系基本呈正相关;在大尺度下,油蒿种内关系呈负相关,杨柴和柠条的种内关系不存在相关性。     

毛乌素沙地不同类型生物结皮细菌群落差异及其驱动因子

生物结皮在干旱半干旱区具有极为重要的生态功能,细菌是生物结皮中的重要微生物类群,在生物结皮形成、养分循环与调控过程中发挥着关键作用。然而,对于毛乌素沙地生物结皮演替过程中细菌群落多样性和关键环境因子的认识尚不清楚。因此,本文通过q PCR和高通量测序方法调查了毛乌素沙地裸地、藻结皮、地衣结皮和藓结皮之间的细菌丰度和群落多样性,并探究了生物结皮中细菌群落及其与关键环境因子之间的关系。结果表明,随着生物结皮的演替,细菌16S rRNA基因丰度呈显著上升趋势,细菌Chao1、Shannon指数和系统发育多样性呈先降低后增加的模式。生物结皮不同阶段的细菌门、目和属的相对丰度均存在显著差异,在裸地阶段优势细菌类群是拟杆菌门的噬几丁质菌目、放线菌门的红色杆菌目和变形菌门的根瘤菌目;藻结皮和地衣结皮中均以蓝藻门的颤藻目占绝对优势;藓结皮的细菌以拟杆菌门的噬几丁质菌目和变形菌门的根瘤菌目占优势。全磷、全氮、pH和总有机碳是影响土壤细菌群落的关键环境因子。综上所述,生物结皮的演替通过改变土壤理化特性,为细菌群落提供了不同生态位,其中,土壤养分和pH等环境因子对毛乌素沙地生物结皮细菌物种筛选和群落塑造发挥...     

毛乌素沙地根茎禾草拂子茅对异质性水分供应的表型可塑性

拂子茅(Calamagrostis epigejos(L.)Roth.)为根茎型多年生禾草,具细长根茎.为了探讨拂子茅在异质性水分环境中的表型差异,在内蒙古鄂尔多斯高原的毛乌素沙地对拂子茅由母株、子株组成的分株对给予了高水、低水两种不同的异质性土壤水分处理.实验结果表明:土壤水分状况显著地影响着拂子茅分株的生长表型.在高土壤水分条件下,拂子茅的分株产生的根茎、新生后代分株较多,并使生物量主要分配于地上部分,地上生物量积累多;在低土壤水分条件下,拂子茅分株产生较少的根茎与新生后代分株,并且分配到根系的生物量明显增大.在具有一定对比度的异质性土壤水分环境中,拂子茅分株并不因相连的其他分株所处的土壤水分状况而在根茎生长、新生后代分株的产生和生物量分配等特征上,与同质环境中的具有相同土壤水分状况的分株相比,有明显差异.这些结果揭示:拂子茅仅以分株的形式对异质性水分供应发生表型反应;相连的克隆分株在向顶向和向基向这两个基本方向上,不能对另一分株的土壤水分状况在生长表型上发生反应,它们在水分关系上可能是相互相对独立的.分株的相对独立可能有利于在气候干旱、扰动强烈的沙地环境中实现风险分摊,提高基株的存活几率.     

浑善达克沙地小叶锦鸡儿灌丛的空间异质性

豆科锦鸡儿属(C arag ana)植物因其可以生物固氮而在草原生态系统中具有特殊的地位。定量分析小叶锦鸡儿(C arag anam icrophy lla)灌丛在浑善达克沙地不同生境条件下的分布格局,有助于理解植被与土壤养分循环之间的关系和合理制定退化沙地的恢复对策。采用地统计学中的半方差分析和分形分析两种方法研究了浑善达克沙地小叶锦鸡儿灌丛的空间分布格局,分析了不同生境中小叶锦鸡儿灌丛的植被、土壤水分和养分间的相关性。结果表明:(1)小叶锦鸡儿灌丛在3种生境条件下(滩地、固定沙丘和半固定沙丘)的盖度、土壤有机质和全氮的空间分布符合球状模型,空间自相关显著;(2)土壤pH值在滩地和固定沙丘的空间分布符合球状模型且空间自相关显著,但在半固定沙丘空间自相关不显著;(3)土壤水分在3种生境中的空间分布都符合线性模型,空间自相关显著。(4)植被的变异尺度(变程)小于各个土壤要素的变异尺度。植被(小叶锦鸡儿灌丛)的分布和形成过程决定了土壤养分的分布和形成过程。当地的小叶锦鸡儿灌丛在养分“沃岛”现象的形成中起了重要作用,合理的利用和布局当地的小叶锦鸡儿灌丛的分布,可以更加有效地补充草地生态系统的养分,从而有利于加快生态系统的恢复进程。     

毛乌素沙地景观格局变化研究

通过对毛乌素沙地不同时期的景观分类和制图以及景观格局计算,分析了50年代到90年代毛乌素沙地景观动态与景观格局变化的特征和模式。研究表明,50年代以来,毛乌索沙地景观发生了巨大变化,流动沙地、半固定沙地面积大幅度增加,固定沙地面积迅速减少,农田面积明显增加,草原、柳湾和盐湿低地等面积显著减少。50年代时,整个景观以流动沙地和固定沙地占优势,而90年代,则以流动沙地占绝对优势。伴随着荒漠化的发展,各种景观要素类型之间相互转化,景观格局发生显著变化。固定沙地面积减少伴随着斑块的破碎化,大型斑块数量减少,小型斑块数量增加;流动沙地面积增加的同时,一方面,较小的斑块不断联合形成更多的大型斑块,另一方面,流动沙地不断向固定、半固定沙地内部渗透,形成更多的小型斑块,使整个景观更加破碎。不合理的人类活动是荒漠化扩展及景观格局发生显著变化的主要驱动因素。     

毛乌素沙地气候因素对沙尘暴频率影响作用的模拟研究

沙尘暴是一种强烈的风蚀输沙形式,是造成流沙蔓延和土地沙化最重要、最直接的作用过程之一。借鉴国际上最新的研究进展,建立了适合毛乌素沙地气候特征的定量模型,比较深入地考察了毛乌素沙地的气候因素对沙尘暴频率的影响作用,利用沙地位于不同方位的6个气象台站多年气候记录资料,分别计算了各月气候对沙尘暴频率的影响作用指数,分别对6个气象台站各月沙尘暴频率进行回归,并利用气候影响指数对沙尘暴频率进行了拟合,取得比较理想的效果。     

典型毛乌素沙漠-黄土高原过渡带土壤盐渍化空间异质性及其影响因素

毛乌素沙漠-黄土高原过渡带土壤盐渍化的空间异质性和生态学过程,对沙荒地整治的机理研究具有重要的意义.以毛乌素沙漠-黄土过渡带为研究区,结合布点取样和室内分析,运用经典统计学和地统计学方法对其pH、电导率、全盐含量的空间异质性进行分析.结果表明: 1)土壤pH、电导率、全盐含量的平均含量分别为8.44、5.13 mS·cm^-1和21.66 g·kg^-1,变异系数范围为6.9%～73.3%,pH属于弱变异,电导率和全盐含量属于中等程度变异.2)半方差分析结果显示,3个指标的空间变异性的最佳拟合模型均为球形模型,块金值/基台值比值范围为8.6%～14.3%,均具有强烈的空间自相关性,结构性因素对变异起主导作用;变程由小到大表现为pH＜全盐<电导率.克里金插值图显示,pH、电导率、全盐含量整体呈条带状分布,连续性较好.pH值表现出随着地势的升高而升高的特点,而电导率和全盐含量则表现出随着地势的升高而降低的特点.3)在垂直分布上,重度盐渍化区域的盐分有表聚现象,轻度盐渍化区域盐分垂直分布为先减少后增大.毛乌素沙漠-黄土过渡带土壤盐渍化的空间变异性与气候、地质条件、地形地貌、水文地质条件、植被分布等有关,以地形因素和水文地质条件的影响为主.     

毛乌素沙地海流兔河流域植被净初级生产力估算

采用CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型,结合TERRA MODIS卫星数据和气象数据,对毛乌素沙地海流兔河流域2015年各月的植被净初级生产力(NPP)进行估算,并对植被NPP月平均值的时空分布规律及其与气象因子和地下水位埋深的关系进行了分析.结果表明:毛乌素沙地海流兔河流域2015年植被NPP总量为2.88×1011 g,生长季(4月份至10月份)的植被NPP总量达2.81×1011 g,占全年植被NPP总量的97.57%.随着时间推移,植被NPP月平均值和归一化差分植被指数(NDVI)月平均值呈"缓慢增加—急剧增加—急剧下降"的变化趋势.植被NPP月平均值季节变化明显,春季、夏季、秋季和冬季植被NPP月平均值之和分别为20.55、69.39、20.46和0.48 g·m-2.从空间分布上看,中部河谷和滩地的植被NPP月平均值总体上高于东南部、西部和西北部等沙丘荒漠区.月平均气温对植被NPP月平均值变化的影响最大,其次为平均实际日蒸散发量和地表月太阳辐射.植被NPP月平均值随着地下水位埋深的增加而减小,最大值出现在地下水位埋深1~2 m之间.上述研究结果显示:采用CASA模型可以较好地估算毛乌素沙地海流兔河流域植被NPP值,月平均气温和地下水位埋深对该流域植被NPP值的影响较大.     

毛乌素沙漠-黄土高原过渡带土壤养分空间异质性

毛乌素沙漠-黄土高原过渡带土壤养分的空间异质性和生态学过程,对沙荒地整治的机理研究具有重要的意义。以毛乌素沙漠-黄土过渡带为研究区,结合布点取样和室内分析,运用经典统计学和地统计学方法对其全氮、有效磷、速效钾含量的空间异质性进行分析。结果表明,(1)土壤全氮、有效磷、速效钾的平均含量分别为0.39 g/kg、9.65 mg/kg和106.84 mg/kg。3种养分的变异系数为40.54%—84.62%,均属于中等程度变异,其中全氮变异系数最大,速效钾变异系数最小。(2)半方差分析结果显示,3种养分空间变异性的最佳拟合模型均为高斯模型,空间自相关性均随着滞后距离的增加而呈下降趋势。3种养分空间变异性的块金值/基台值比值在0.09%—32.82%,全氮、有效磷具有强烈的空间相关性,结构性因素对变异起主导作用;速效钾具有中等强度的空间相关性,结构性因素和随机性因素共同对变异起主导作用。(3)克里金插值图显示3种养分含量均表现为随着地势的降低而逐渐升高的趋势,全氮含量整体呈斑点状分布,插值图较破碎,有效磷和速效钾含量整体呈条带状分布,连续性较好。(4)毛乌素沙漠-黄土过渡带土壤养分的空间变异性与地形、地貌、植物分布以及非自然因素都有关,但是以地形因素的影响为主。开展沙漠-黄土过渡带土壤养分空间异质性特征研究,为开展沙荒地整治工程,生态系统修复提供了理论依据。     

毛乌素沙地北沙柳形态特征与花序分布习性研究

采用随机抽样法,对毛乌素沙地鄂尔多斯市乌审旗图克乡境内的北沙柳株丛的形态特征和花序数量进行了调查分析,以明确北沙柳的形态特征及其花序分布习性.结果显示:北沙柳树冠最大横截面积在5～10 m2的株丛最多,占总株丛数的40%,频率呈现偏左正态分布.北沙柳株高、近地直径和枝条长度频率均呈现正态分布;80%以上的株丛其花序数量小于3万个,频率呈现偏左正态分布;株丛树冠最大截面积与花序数量的相关系数为0.588(P＜0.05);着生花序枝段长度与花序数量间的相关系数为0.355(P＜0.05);2年和3年生萌蘖枝数平均花序数量分别为92个和138个.研究表明,花序数量主要取决于株丛最大横截面积、2年和3年生萌蘖枝数量以及着生花序枝段长度;生产中平茬周期以4年为宜,雌雄树比例应为1:0.75.