黑河中游荒漠绿洲过渡带土壤水分与植被空间变异

荒漠绿洲过渡带是绿洲生态系统的重要组成部分,对维持绿洲稳定具有重要作用。过渡带土壤湿度和植被之间的相互关系是了解荒漠绿洲过渡带的重要科学问题,从而开始受到重视。研究是在黑河中游荒漠绿洲过渡带,选择一条1700m×200m的样带（包括3条平行样线）,在对土壤湿度、植被高度、盖度等调查的基础上,应用统计分析和地统计的方法,研究了荒漠绿洲过渡带土壤水分和植被的空间变异性特征。结果表明：在荒漠绿洲过渡带上,0～200cm土层中土壤平均湿度介于1．45％～3．85％,变异系数在27．7％～83．2％;植被盖度介于9％～80％,变异系数为80％。植被盖度、冠幅与0～20、20～40cm两层土壤湿度显著负相关（p〈0．05）,与120～140、140～160cm两层土壤湿度显著正相关（p〈0．01）。土壤水分和植被空间分布在样带上存在明显的空间异质性,表现在小于100m的尺度上随机分布,而在100～3110m的尺度上呈聚集分布格局。     

荒漠绿洲过渡带植被空间异质性的可塑性面积单元问题

 以荒漠绿洲过渡带植被为研究对象,采用地统计理论与方法,以优势植物泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)和红砂(Reaumuria soongorica)种群为例,采用一个样地内2 500个10 m×10 m小样方中获取的植物盖度数据来研究采样尺度和划区方式对荒漠植被空间异质性的影响。其中尺度效应研究的思路是：一是保持粒度（样方）不变,增加幅度（样地）分析其对空间异质性的影响;二是保持幅度不变,改变粒度进行分析。划区效应是在样地尺度（500 m×500 m）上,把整块样地数据聚合成10 m×200 m、20 m×100 m、40 m×50 m、50 m×40 m、100 m×20 m和200 m×10 m等不同形状和不同方向的网格进行地统计分析。结果表明：荒漠绿洲过渡带植被空间异质性受采样尺度和划区方式影响显著。当样地面积小于200 m×200 m 时,所获取的数据不能真实反映泡泡刺种群的空间异质性;当样地面积小于100 m×100 m 时,所获取的数据不能真实反映红砂种群的空间异质性。调查泡泡刺和红砂种群的空间格局时,样方面积在20 m×20 m到30 m×30 m较为合适。植被空间异质性参数对划区方式的敏感性较强,其中泡泡刺种群的敏感性高于红砂种群。     

民勤绿洲-荒漠过渡带植被梯度特征及其土壤水环境

民勤绿洲-荒漠过渡带的植被和土壤水环境随着与绿洲距离的增加具有明显的空间异质性,在景观分异角度沿绿洲至荒漠方向可划分为4个区段。本文研究了各景观区段上的植被特征以及各区段丘间地及灌丛沙包土壤水分特征。结果表明:过渡带植被总盖度约为36%,灌木盖度为18.7%,草本盖度为18.0%,物种丰富度为19。区段1至区段4,物种组成、植被盖度、优势种、建群种均表现出与各区段立地条件相适应的特征,呈现出大灌木→草本→小灌木→草本的格局,对应的地貌呈现出固定→半流动→半固定→流动的格局。各区段丘间地土壤含水量垂直分布差异较大,5～60cm为降水主要持水层;因弱透水层的出现,区段1至区段3在60～180cm含水量出现了第二次波动,水分在弱透水层上的积累为地上植物的生存提供了重要的补给。沙包内土壤含水量从区段1到区段3显著减少。     

荒漠-绿洲过渡带不同生境植被生产力格局对降雨的响应

景观格局分析是理解生态过程发生、发展的重要方法。为了探讨干旱区不同生境植被生产力格局对偶发降雨事件的响应,本研究以荒漠-绿洲过渡带砾质荒漠和沙质荒漠生境为对象(样区面积分别为1650 hm²),利用2017年6月22日—6月29日MODIS系列日数据,对一次降雨事件后不同生境生产力格局变化过程进行了分析。结果表明:两种生境景观变化不同,砾质荒漠生境植被生产力(NDVI)未增加面积大于沙质荒漠生境,砾质荒漠生境的植被生产力变化主要集中在0～0.01,景观面积波动范围为612.5～1200 hm²;沙质荒漠生境植被生产力增加范围集中在大于0.01,景观面积波动范围为150～1587.5 hm²;在干旱区降雨事件发生后,随时间推移砾质荒漠生境景观趋于破碎化,沙质荒漠生境景观中简单斑块成为景观格局主体。     

荒漠绿洲过渡带柽柳灌丛沙堆特征及其空间异质性

以甘肃金塔县和内蒙古额济纳旗的荒漠绿洲过渡带为研究区,研究了戈壁和沙漠两种生境中柽柳灌丛沙堆的形态特征,定量分析了不同生境中柽柳灌丛沙堆形态参数间的关系、空间格局以及空间异质性.结果表明:(1)大部分沙堆为独立型,在沙漠生境通常沿风向形成沙堆链(额济纳NE 83°15',金塔NE 53°13').沙堆高度、体积和植被冠幅的均值在戈壁生境均小于沙漠生境,植被高度和盖度的均值在戈壁生境均大于沙漠生境.此外,沙堆高度、体积和植被冠幅、高度、盖度的最大均值都出现在额济纳,依次为4.47 m、1133.5 m3、534.5 m2、2.27 m和0.47.(2)沙堆长短轴间、体积和冠幅间均为线性关系;沙堆高度和面积间的回归曲线为抛物线;植被冠幅和高度的回归曲线在戈壁生境是抛物线,沙漠生境中却是线性关系.(3)戈壁生境中沙堆相互分隔呈斑块状格局,沙漠生境中呈沙丘链状分布.(4)空间异质性由非随机的结构原因形成的变异为主,在额济纳的空间异质性高于金塔.空间相关性在额济纳戈壁生境中较强,沙漠生境和金塔戈壁生境中属于中等程度;在金塔空间异质性存在由随机的原因形成变异为主的可能性,其环境因素对空间异质性产生大的影响.此外,结论表明高强度的风积产生较深的沙埋对柽柳灌丛生长的促进作用及灌丛与沙堆间的反馈效应是柽柳灌丛沙堆的适应性机理.     

基于NDVI的塔里木盆地北缘绿洲-荒漠过渡带时空演变分析

基于2001、2007、2013和2017年的ETM/OLI遥感影像,使用复合植被指数构建的植被覆盖度模型与目视解译相结合提取塔里木盆地北缘绿洲-荒漠过渡带,并对其时空演变过程进行分析,为推动干旱区绿洲经济的可持续发展,土地荒漠化防治以及区域生态环境改善提供依据。结果表明:(1)2001—2017年间研究区绿洲面积呈扩增趋势,荒漠面积呈下降趋势;过渡带面积先减少后趋于稳定,年均扩增速率为-0.264%。(2)近16年来绿洲面积沿其边缘向外有不同程度的扩增,过渡带扩张面积主要由荒漠变化而来,缩小面积主要变化为绿洲,未变化面积趋于稳定,年均变化面积为-0.058×10^4 hm^2;(3)研究时段内受人为因素影响,绿洲面积迅速扩张,过渡带内侧的荒漠植被被开垦为耕地;位于区域东部和南部的地带,由于受地形和水文等自然因素的影响,过渡带面积扩增,荒漠面积缩减。近16年来塔里木盆地北缘加快了绿洲化进程,较为有效的控制了荒漠化;但过渡带空间变动较大,绿洲扩张过快且普遍存在环境恶化现象,该区域的生态环境还需进一步改善。     

1960-2005年民勤典型绿洲-荒漠过渡带景观格局与动态

利用ERDAS、GIS等技术,系统分析了1960—2005年间民勤典型绿洲 荒漠过渡带的景观格局与动态.结果表明：林地和耕地是影响过渡带景观变化的主导因素;研究期间,绿洲向外围扩张了2～3 km,且过渡带向荒漠位移,过渡带宽度由1960年的4 km增至1987年的约9 km,之后又迅速变窄;1978—1987年间,研究区景观变化强度达到历史最高水平,1998年后,景观格局相对稳定;整个过渡带景观破碎程度较大的时期出现在景观类型转化最快的1978—19
87年,景观较破碎的区域出现在距绿洲边界2 km处和造林区.1960—2005年间,研究区乔木林趋于消失;灌木林在1987年前大面积增加,之后急剧减少;耕地开垦强度在1960—1998年间持续增加,1998年之后有所降低,但研究期间的弃耕率则呈直线增加趋势.     

内蒙古荒漠草原植被盖度的空间异质性动态分析

利用半方差函数分析法对内蒙古荒漠草原生长盛期(6—8月)的植被盖度时空变异特征的研究表明,荒漠草原生长盛期的植被盖度半方差函数形态符合指数模型,但函数曲线的形态和各参数在不同月份变化较大。其中,6月的植被盖度变程最大,达到100 m;7月植被盖度的半方差函数形态具有巢式等级结构;8月植被盖度的变程最小,仅为15 m,但空间变异程度最高。3个月的结构比介于72%—85%,具有较强的空间自相关。各向异性分析表明,6月植被盖度在135°方向的半方差函数值明显低于其它3个方向(0°、45°、90°),具有各向异性特征;而7月和8月植被盖度的各向异性比接近于1,表现为各向同性。研究结果表明,荒漠草原植被盖度空间异质性的时间动态不容忽视,在野外采样或制图时,要根据时间合理控制采样范围。     

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。     

不同荒漠化阶段植被生态特征对土壤环境因子的响应——以民勤荒漠绿洲过渡带为例

荒漠绿洲过渡带是荒漠化和绿洲化两种地理过程共同影响的生态交错区,是恢复生态学重点关注的区域。利用第五次全国荒漠化和沙化监测数据,采用方差分析和冗余分析,研究了民勤荒漠绿洲过渡带4种不同荒漠化发展阶段的植被生态特征和土壤环境因子的变化规律与相互关系。结果表明:(1)随着荒漠化的发展,土壤环境因子中,除有效土层厚度逐渐变浅外,风蚀痕迹占地率、表土砾石含量、盐碱斑占地率和坡度均呈现增加的动态趋势;植被因子中,除优势种盖度与植被总盖度的比值逐步增加,物种丰富度、优势种多度等其他指标均表现出明显的下降特征;(2)土壤环境因子中,有效土层厚度在4种荒漠化阶段对植被生态特征的影响程度达显著水平(P0.05),风蚀痕迹占地率在轻度、中度和重度阶段是植被生态特征变化的主导驱动因子。其他因子在多数荒漠化阶段与植被生态特征相关性不显著;(3)相比其他荒漠化阶段,中度阶段中植被生态特征对土壤环境因子的响应更加敏感,应是荒漠化防治重点关注的阶段。     

沙坡头人工固沙植被土壤水分空间异质性

利用传统统计学和地统计学相结合的方法对沙坡头人工固沙植被区0～200 cm 之间的各层土壤水分的空间变异性进行研究.结果表明,1）土壤水分相对变异较大的层是在160～180 cm层和180～200 cm层,变异系数分别为0.72和0.73.表层0～5 cm层的相对变异也较大,变异系数为0.662）半方差函数分析结果表明,各层土壤水分均具有明显的空间变异性,各层土壤水分自相关部分的空间异质性占总空间异质性的程度很高,所占比例在87.7%～99.9%范围内.各层土壤水分的有效变程大小有较大差异,最小值出现在60～80 cm层(7.04 m),最大值出现在20～40 cm层(19.71 m),土壤水分有效变程从表层到深层没有明显的变化规律;3）土壤水分插值图反映出0～140 cm之间相邻各层土壤水分变化较大,140～200 cm各层土壤水分变化较小;4）土壤水分在0°、45°、90°、135°四个方向的半方差函数基本上是一条直线,表明在这四个方向上半方差和距离的相关性较低,土壤水分变化是独立、随机的,是同质性的.     

绿洲-荒漠交错带环境特征初步研究

以甘肃省石羊河下游的民勤绿洲为例,对其绿洲外围与荒漠交错地带的植被和植被关系密切的灌丛沙包特征进行了系统研究,结果表明,由于生态交错带边缘效应的存在,植被盖度的变化呈现绿洲附近与交错带外围靠近流沙的地方较低,而位于流沙和绿洲之间的部分相应较高,植被盖度较高的部位主要集中于自流动沙丘至绿洲外600m处,而非紧靠近绿洲、这与地下水自沙漠向绿洲方向运移有关,在绿洲外缘300～600m的范围内植被盖度出现下降,原因可能与绿洲荒漠交错带界外区的形成有关,说明研究区绿洲0～600m范围即是该区域绿洲界外区的存在区域,灌丛沙包上的裸沙率以绿洲界外区为最大,大量沙包裸露,可致沙子的活动性增强,因此该地带是对绿洲土地造成沙质荒漠化的最大流沙来源。     

绿洲-荒漠过渡带土壤蓄水量的空间分布及其时间稳定性

掌握土壤水分动态变化规律是绿洲地区水资源管理与生态建设的关键.本文在黑河中游绿洲与荒漠交错地带设置面积约50 km²的研究区域,持续监测2012—2014年间植被生长季节土壤水分含量,利用地统计分析与时间稳定性分析探索土壤水分的时空分布特征.结果表明: 黑河北岸绿洲-荒漠过渡带土壤蓄水量8月最大、10月最小,0～2 m土层土壤平均蓄水厚度约367 mm.绿洲-荒漠过渡带土壤水分梯度除受河流影响外,还与土地利用方式密切相关.不同土地利用类型土壤蓄水量依次为农地>乔木林地>灌木林地>荒漠,农地土壤蓄水量平均高出外围荒漠土壤蓄水量300%以上.研究区内各采样点土壤水分时间稳定性具有明显的空间差异,不同土地利用类型土壤水分稳定程度依次为灌木林地>荒漠>农地>乔木林地.河流对沿岸绿洲土壤水分的直接影响集中在3 km以内,在河岸绿洲与新垦沙地农田之间存在一条土壤水分较为稳定的样带,可以用于指示绿洲生态系统的发展与演变.     

广州城市绿地系统景观异质性分析

选用景观多样性等7个指数对广州城市绿地景观异性质进行了分析.结果表明,广州绿地斑块密度和绿廓道密度分别为118和187km·km-2,在老城区绿地具有斑块小,破碎度大,多样性高,以随机分布为主的高异质性空间结构;在新城区,绿地斑块大,以均匀分布为主,因此,在同等大小的区域内,这类绿地空间结构更能提高景观的异质性,更有效地发挥绿地的生态功能     

荒漠绿洲过渡带泡泡刺灌丛沙堆形态特征及其空间异质性

以甘肃省金塔和临泽的荒漠绿洲过渡带为研究区,定量分析了戈壁和沙漠生境中泡泡刺灌丛沙堆的形态特征、形态参数间的关系、空间格局以及空间异质性．结果表明：泡泡刺灌丛沙堆呈凸起的独立型沙包,在金塔有严重的风蚀现象．沙漠生境的沙堆高度、体积和植被冠幅的平均值均大于戈壁,其中金塔沙漠最大,其平均值为1．43m、65．19m^3和94．06m^2临泽沙漠植被高度和盖度的平均值均大于戈壁,且其最大平均值为0．48m和0．55,金塔却相反．沙堆长短轴间、沙堆体积和植被冠幅间呈显著线性关系;沙堆高度和面积、植被高度和盖度间具线性关系．沙堆沿丘间低地呈带状分布和斑块状格局．在金塔和临泽的戈壁中泡泡刺灌丛沙堆空间相关性较强,而金塔沙漠属于中等程度,临泽沙漠存在由随机的原因形成变异为主的可能性．此外,沙堆空间异质性由结构原因形成的变异为主,以临泽戈壁最高,临泽沙漠最小,金塔的戈壁和沙漠位于二者之间．     

绿洲荒漠过渡带风况对波文比和蒸散发的影响

波文比-能量平衡法是目前蒸散发研究常用的方法之一。在利用波文比-能量平衡法对荒漠地区,尤其对绿洲荒漠过渡带的蒸散发进行研究时,发现有波文比波动大、蒸散发结果准确性不高等问题。如何提高波文比-能量平衡法在绿洲荒漠过渡带的准确性成为荒漠干旱区精确研究水分收支急需解决的问题。在以前的研究基础上,发现绿洲荒漠过渡带的不同风况对波文比有不同影响,这可能是造成波文比-能量平衡法在绿洲荒漠过渡带精度不高的主要原因。为了证明这个假设,于2010—2012年在西北民勤绿洲荒漠过渡带进行了野外连续观测,观测了不同风况条件下波文比、不同高度的温度差、湿度差以及蒸散发的变化规律,分析了它们的特征及其影响因素。结果表明,研究区观测期内波文比值在-17.3—16.2范围内变化,波动较大,呈"U"型变化,生长季中期波文比值低于初期和末期;在无风天气,绿洲荒漠过渡带温度、湿度梯度不受水平气流的影响,波文比波动小,异常值少,波文比方法测算出的蒸散量较为准确,能够代表实际蒸散量,所测得民勤绿洲荒漠过渡带波文比日均值为0.07,日蒸散量为1.6mm/d;在绿洲风和荒漠风天气,绿洲荒漠过渡带空气温度、湿度结构发生明显改变,波文比波动大,不同风况使得大气处于逆温或逆湿的状态,波文比-能量平衡法所测得的蒸散量负值增多,适用性降低。因而在应用波文比-能量平衡法估算绿洲荒漠过渡带的蒸散发时应该选择合适的天气和观测点,避开风况对观测结果的影响。     

Spatial variation in vegetation structure coupled to plant available water determined by two-dimensional soil resistivity profiling in a Brazilian savanna

Tropical savannas commonly exhibit large spatial heterogeneity in vegetation structure. Fine-scale patterns of soil moisture, particularly in the deeper soil layers, have not been well investigated as factors possibly influencing vegetation patterns in savannas. Here we investigate the role of soil water availability and heterogeneity related to vegetation structure in an area of the Brazilian savanna (Cerrado). Our objective was to determine whether horizontal spatial variations of soil water are coupled with patterns of vegetation structure across tens of meters. We applied a novel methodological approach to convert soil electrical resistivity measurements along three 275-m transects to volumetric water content and then to estimates of plant available water (PAW). Structural attributes of the woody vegetation, including plant position, height, basal circumference, crown dimensions, and leaf area index, were surveyed within twenty-two 100-m² plots along the same transects, where no obvious vegetation gradients had been apparent. Spatial heterogeneity was evaluated through measurements of spatial autocorrelation in both PAW and vegetation structure. Comparisons with null models suggest that plants were randomly distributed over the transect with the greatest mean PAW and lowest PAW heterogeneity, and clustered in the driest and most heterogeneous transect. Plant density was positively related with PAW in the top 4 m of soil. The density-dependent vegetation attributes that are related to plot biomass, such as sum of tree heights per plot, exhibited spatial variation patterns that were remarkably similar to spatial variation of PAW in the top 4 m of soil. For PAW below 4 m depth, mean vegetation attributes, such as mean height, were negatively correlated with PAW, suggesting greater water uptake from the deep soil by plants of larger stature. These results are consistent with PAW heterogeneity being an important structuring factor in the plant distribution at the scale of tens of meters in this ecosystem.     

植被覆盖对土壤线虫营养类群空间分布的影响

以中国科学院沈阳生态实验站的裸地和撂荒地为研究对象,采用经典统计学与地统计学相结合的方法,研究裸地和撂荒地土壤线虫总数及各营养类群的空间分布特征.结果表明,裸地和撂荒地植物寄生线虫与土壤pH呈显著负相关;撂荒地土壤线虫总数的平均值显著大于裸地,分别为每百克干土1 485.3和464.0条;撂荒地土壤线虫总数、植物寄生线虫和食细菌线虫的块金值/基台值（27.3%～45.6%）低于裸地（49.5%～100%）,裸地和撂荒地土壤线虫总数及各营养类群的空间分布格局均有明显差异,表明植被覆盖对土壤线虫的空间分布有较大影响.