极端降雨下黄土高原草被沟坡浅层滑坡特征及其对产流产沙的影响

植被恢复作为黄土高原防治水土流失的重要措施,但极端降雨诱发的浅层滑坡在植被恢复的沟坡上频繁发生,影响流域的产流产沙过程。基于野外原位模拟降雨试验,在60 mm/h降雨强度下,研究草被沟坡浅层滑坡发生特征及其发生前后的产流产沙差异。结果表明：（1）极端降雨所诱发的草被沟坡上的浅层滑坡深度为14-36 cm,与自然强降雨所导致的浅层滑坡深度相贴合,均是低于50 cm。（2）植被根系与土壤容重、孔隙度等土壤性质显著相关（P<0.05）,致使滑坡面上、下层土壤物理性质差异显著（P<0.05）。由于土壤性质的差异,在极端降雨下滑坡面上层土壤水分更快达到饱和（饱和度>90%）,导致浅层滑坡的发生。（3）草被坡面浅层滑坡后的径流与产沙均显著增大（P<0.05）。三个小区的平均径流率在滑坡后增大了4.0-13.1倍,其平均含沙量和产沙率在滑坡后分别增大了9.9-54.9倍和70-841倍。研究结果有助于加深了解植被沟坡的侵蚀产沙机理,并为浅层滑坡防治提供科学依据。     

中分辨率遥感像元尺度生物土壤结皮覆盖与植被及土壤间的交互关系

生物土壤结皮（Biological soil crust,BSC）作为干旱、半干旱地区健康生态系统的重要组成部分,具有固碳、固氮、降低土壤水分蒸发、减少土壤径流等多种生态功能,这些功能与BSC的发展阶段及覆盖度密切相关,使其在维系荒漠自然生态系统的稳定性中扮演重要角色。因此,结合遥感数据尺度定量研究影响BSC分布的环境因素是评估沙区生态系统稳定性并以此为依据进行沙化土地治理的重要基础性研究。影响BSC覆盖度的环境因子较为复杂,现有研究方法存在两方面局限,其一是多为小尺度定性分析,其二是多侧重于孤立地分析BSC与环境因子间的单向关系。利用结构方程模型（Structural Equation Modeling,SEM）中的非递归路径分析（Nonrecursive Path Analysis,NPA）对遥感30 m分辨率像元尺度BSC覆盖度、植被覆盖度、土壤pH值、盐度、有机质与粒度进行路径分析,旨在使用综合性方法从整体上阐明大尺度BSC分布与植被、土壤间的交互关系。结果表明：（1）在毛乌素沙地,BSC覆盖度受各环境因子综合影响,无法用单一变量说明。BSC覆盖度与植被覆盖度、土壤有机质、平均粒径和细颗粒占比呈极显著正相关（P<0.01）,与粗颗粒占比呈极显著负相关（P<0.01）。（2） BSC覆盖度与植被覆盖度通过有机质相互影响,BSC覆盖度对植被覆盖度有较大的正向直接影响,路径系数（Path Coefficient,PC）=0.43（P>0.05）,植被覆盖度对BSC覆盖度有交大的负向影响（PC=－0.22;P>0.05）。（3）土壤平均粒径和细颗粒占比均正向影响BSC的覆盖度,其中,平均粒径对BSC覆盖度的总体影响较大（PC=0.67;总效果值=0.590）,细颗粒占比对BSC覆盖度的间接影响较大（间接效果值=0.052）。（4）盐度对BSC覆盖度呈显著负向直接影响（PC=－0.41;P<0.05;总效果值=－0.398）,pH值对BSC覆盖度有极小的正向影响（总效果值=0.072）。上述研究结果可为遥感探测BSC、制定有效的荒漠生态系统保护与修复政策措施提供科学依据。     

樟子松幼树株高及其逆境生理指标对沙埋的响应特征

以3龄樟子松幼树为材料,2013年在科尔沁沙地研究了不同沙埋深度下其株高、叶片膜透性、渗透调节物质含量及保护酶活性变化,以揭示沙埋条件下樟子松幼树生长及其对逆境的生理响应特征。结果显示:(1)在沙埋深度低于株高以上2cm时被埋樟子松幼树能够正常生长,其株高和芽长均明显高于非沙埋对照,并以沙埋深度为株高的50%时增长幅度最大;当沙埋深度超过株高2cm以上时,虽然植株高度和芽长也较埋前有一定增长,但均低于对照,且所有处理植株均未破土,后来全部死亡。(2)所有沙埋处理的叶片可溶性糖含量均显著低于对照,而POD活性显著高于对照,可溶性蛋白质和脯氨酸含量也高于对照。(3)随沙埋深度增加,叶片相对含水量总体呈增加趋势,但大多数处理与对照差异不显著;丙二醛含量基本呈显著下降趋势,可溶性蛋白和脯氨酸含量先增加后下降,而大多数处理的膜透性与对照差异不显著;随着沙埋深度增加,叶片可溶性糖含量显著下降,SOD和POD活性均先增加后下降。(4)相关分析显示,樟子松幼树叶片膜透性变化与MDA含量变化相关性几乎为零,可溶性蛋白与脯氨酸含量呈显著正相关关系,可溶性糖含量与脯氨酸含量呈显著负相关关系。研究表明,沙埋深度低于樟子松株高以上2cm能够促进其幼树生长;沙埋并没有导致樟子松幼树体内的膜脂过氧化,也没有引起细胞膜的损伤,在受到沙埋胁迫时,樟子松幼树体内SOD、POD以及可溶性蛋白和脯氨酸分别在防止其膜脂过氧化和维持细胞膨压中起到重要作用,而可溶性糖含量在沙埋过程中没有起到渗透调节作用。     

黄河调水调沙对黄河口海域双酚A的影响

于2011年6—7月黄河调水调沙前、中期、后对黄河口海域双酚A(BPA)污染情况进行调查,研究了调水调沙对黄河口海域双酚A的影响。结果表明:黄河口13个站位表层海水和沉积物中均有双酚A检出,以调水调沙前测得的海水和沉积物中双酚A含量评估黄河口附近双酚A的污染程度。海水中双酚A浓度范围为13.6—64.0 ng/L,平均浓度为26.2 ng/L;沉积物中双酚A的浓度为0.559—2.73μg/kg干重,平均浓度为1.19μg/kg,是海水中平均含量的48倍。黄河河口区域海水中双酚A浓度受调水调沙影响而呈现较大变化,调水调沙后双酚A浓度明显增加,调水调沙前、后呈显著性差异(P0.01),说明陆源输入是黄河口区域中双酚A的主要污染来源。离入海口近的站位沉积物中双酚A浓度受调水调沙影响较大,呈显著性差异(P0.01),调水调沙后含量显著降低。黄河口海域已经遭受双酚A污染,存在生态安全问题。     

天山北麓绿洲-荒漠过渡带芨芨草地地表能量通量研究

利用天山北麓绿洲-荒漠过渡带芨芨草地的小气候实测资料,分析了该地区不同天气条件下地表能量及其能量分配日变化特征,并进一步探讨了潜热与其它地表能量的关系。结果表明:晴天各地表能量分量曲线呈"单峰型",阴天表现为峰谷频繁交替的"多峰型",雨天则显示为"偏峰型"。由于该区以晴天为主,阴雨天气发生频率少,平均情况下的各能量曲线变化与晴天基本一致。任何天气条件下能量传输均以潜热(LE)为主,其次为感热(H)和土壤热通量(G)。观测期内LE/Rn平均值介于沙漠和绿洲之间,很好地在能量分配上体现出自身的过渡性。各种天气条件下能量分配的日动态变化趋势基本一致,白天均以潜热为主,夜间则有所不同。LE/Rn、H/Rn、G/Rn曲线白天变化平稳,夜间持续波动,日出和日落前后波动最为剧烈。其中,日出时刻以LE/Rn和G/Rn曲线波动最为强烈,且两者峰谷互补。因辐射强度和日照时数的不同,不同天气条件下曲线早、晚剧烈变化开始时间也有所差别。晴天、平均、阴天(8:00—18:00)波文比依次减小,且均小于1,表明它们在白天能量分配均以潜热为主。而雨天波文比则表现出较大的波动性,整体呈上升趋势。LE与Rn、H、G相关性程度均表现为:晴天与平均相当,阴天次之,雨天最小。     

海滨沙地单叶蔓荆匍匐茎对沙埋适应的生长对策

单叶蔓荆(Vitex trifolia var.simplicifoli)是一种耐盐、耐旱固沙地被植物。依据海滨沙地自然沙埋特点对单叶蔓荆匍匐茎进行了不同厚度(半埋和全埋)和不同长度交叉沙埋处理,研究探讨了单叶蔓荆沙埋适应生长对策,为其开发利用、科学管理和海滨环境修复提供指导。结果表明,正常情况下,单叶蔓荆匍匐茎基部和中部生长缓慢,顶部生长快。轻度(沙埋匍匐茎基部)和中度(沙埋匍匐茎基部和中部)半埋和全埋使匍匐茎顶部生长加速,茎长增长量较对照高出1.5到3.1倍;但重度(沙埋整个匍匐茎)半埋和全埋使匍匐茎顶部净增长量减少12%和13%。在20d沙埋中,对照整个匍匐茎各段均无不定根长出,但不同程度半埋和全埋沙埋处理下沙下匍匐茎上均长出不定根,重度半埋使不定根生长受抑;同时匍匐茎上各段茎生物量上升,枝叶生物量下降,且随着沙埋程度的增加而增减幅度提高,在重度半埋和全埋达到最大。在轻度和中度半埋和全埋下,匍匐茎上未沙埋部位枝条生长加速。研究表明,在自然环境中,单叶蔓荆匍匐茎顶端是一个对环境变化反应敏感的部位,并与沙埋后单叶蔓荆茎延伸生长和植株能否生存密切相关。当匍匐茎顶部没被沙埋时,沙埋促进沙埋部位匍匐茎和枝叶中物质转移,加速匍匐茎顶部快速生长和物质积累以弥补沙埋带来的损伤维持物质和能量的代谢平衡。沙埋后,单叶蔓荆以茎顶端快速生长、形成不定根、枝条生长维持茎水分平衡和能量和物质代谢平衡,以快速生长摆脱沙埋影响的生长方式为其对沙埋环境的重要适应对策。因此,在海岸沙地单叶蔓荆种群管理和维护中,在强风移沙引起的重度沙埋后,及时剥离匍匐茎顶部沙子对维护单叶蔓荆种群的延续生存和扩散均有重要作用。     

海滨滨麦叶片和根对不同厚度沙埋的生理响应差异分析

以烟台海岸抗风沙植物滨麦为研究材料,通过对不同厚度沙埋下其叶片和根部抗氧化酶活力(超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT))、丙二醛(MDA)含量和渗透调节物含量变化的分析,探讨了叶片和根部对沙埋生理响应的差异。试验按滨麦成株株高(约40 cm)对其进行了轻度沙埋(在株高1/4处)、中度沙埋(2/4处)和重度沙埋(3/4处)。在沙埋第6天,分别测定了不同厚度沙埋处理下,植株各段叶片和根抗氧化酶活力、MDA和渗透调节物含量。结果表明,轻度和中度沙埋均加速植株生长。与对照相比,经轻度、中度沙埋处理6 d,叶片平均MDA含量增加,在重度沙埋下降低。不同厚度沙埋6 d,叶片平均SOD活力和脯氨酸含量增加,而CAT活力、可溶性糖和可溶性蛋白质含量下降。但不同厚度沙埋均使沙上叶片MDA、脯氨酸、可溶性蛋白质含量和SOD和CAT活力增加,尤其是叶片顶部增加最为明显,使沙下叶片MDA、可溶性糖、可溶性蛋白质含量和CAT活力下降,导致同株沙上和沙下叶片MDA、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白质含量和SOD和CAT活力差异显著(P0.05)。与叶片相比,根中MDA、可溶性蛋白质含量和SOD和CAT活力较低,而POD活力和可溶性糖含量较高并与叶片差异显著(P0.05)。不同厚度沙埋6 d,滨麦根中MDA和可溶性蛋白质含量变化较小,可溶性糖含量和CAT、POD、SOD活力略有降低。研究表明,滨麦根和叶片对不同厚度沙埋的生理响应不同。沙埋直接作用于叶片并诱发叶内氧自由基积累,但叶片通过快速激活的抗氧化酶保护系统(CAT、SOD)维持氧自由基代谢平衡,以及渗透调节物(脯氨酸、可溶性糖)的积累维护细胞水分代谢平衡,并满足能量的需求和快速生长。但在不同厚度沙埋下,由于根系不受沙埋直接影响而生理变化较小,并且还维持较低的膜脂过氧化水平,这可能是根能维持正常的吸水输水功能并在沙埋处理过程中和沙埋后地上叶片快速生长摆脱沙埋的重要物质基础。     

荒漠草原不同植物根际与非根际土壤养分及微生物量分布特征

通过对宁夏荒漠草原6种地带性优势物种长芒草、蒙古冰草、甘草、牛心朴子、黑沙蒿和苦豆子植物根际与非根际土壤养分和微生物量分布特征进行研究,探讨不同植物根际养分的富集的相关性和差异性。研究结果表明:6种植物根际土壤养分和微生物量均表现出明显的富集效应,根际富集率大小依次为菊科(黑沙蒿)豆科(苦豆子、甘草)禾本科(长芒草、蒙古冰草)萝藦科(牛心朴子);全磷(TP)在根际和非根际中无显著差异(P0.05),其它土壤养分及理化指标在根际中均表现出显著富集(P0.05),土壤养分中以有机碳(SOC)的富集作用最为明显;土壤有效态养分较全量养分对植物根际微小的变化响应更为灵敏;不同荒漠植物根际与非根际SOC与全氮(TN)呈极显著线性关系(P0.01),TN与碱解氮之间呈极显著线性关系(P0.01),TP与有效磷(AP)没有显著的相关性(P0.05)。荒漠植物土壤有效养分在根际存在一定的富集,灌木和豆科植物的根际效应的大于禾本科植物,它们通过降低根际pH值可以提高根际养分,有利于在脆弱环境下对土壤养分的有效利用。     

海岸单叶蔓荆沙埋胁迫下碳水化合物变化与其耐沙埋的关系

选择烟台海岸沙地抗沙埋强的单叶蔓荆(Vitex trifolia var.simplicifolia)为试材,在自然环境条件下根据单叶蔓荆匍匐茎长度进行了轻度(1/3茎长)、中度(2/3茎长)和重度半埋以及全埋处理。在沙埋20d后,测定了不同沙埋处理下匍匐茎各段上匍匐茎长度、枝条高度、不定根长度,以及可溶性糖、淀粉、纤维素含量,以探讨单叶蔓荆碳水化合物变化和转化在其耐沙埋中作用。结果显示,在轻度、中度半埋和全埋下单叶蔓荆匍匐茎长度均显著大于对照,被沙埋匍匐茎处有大量不定根生成;同时,可溶性糖和淀粉含量增高和纤维素含量下降,尤其是生长最快的匍匐茎顶部(如轻度半埋),茎中可溶性糖较低、淀粉增加最多,纤维素最低。但是被重度半埋和全埋的匍匐茎生长较少,茎中纤维素含量较多、淀粉含量较少。研究表明,沙埋是一种胁迫,它损伤叶片、扰乱碳水化合物代谢平衡。但它又是胁迫信号使植物产生适应性反应,它使未遭沙埋的匍匐茎顶端通过加速碳水化合物转化、分解纤维素、提高淀粉和可溶性糖含量,为顶端生长提供能量和营养,以加速匍匐茎快速生长摆脱沙埋。同时沙埋部位枝叶通过分解其纤维素,产生更多的可溶性糖和淀粉为匍匐茎不定根生长提供能量。因此,沙埋后匍匐茎内碳水化合物的转化是其快速生长和摆脱沙埋的能量来源而在其适应沙埋生长中起重要作用。单叶蔓荆对沙埋的适应性反应表现了其具有表型可塑性特性,该特性是其沙埋后维护匍匐茎顶部快速生长、不定根形成、碳水化合物转化以及具有较高抗沙埋能力的关键。     

准噶尔荒漠大翅霸王的生殖物候及结实格局

大翅霸王是多年生早春开花草本植物,是准噶尔荒漠地区的建群种之一。对野生大翅霸王的生殖物候、果实形态、结实格局和种子萌发特性进行了研究。结果表明:(1)大翅霸王的营养期生长期为20—30d,占整个生活周期的1/4,生殖生长期长约90—100d,其中花期约占1/2,果熟期短;(2)大翅霸王种群能产生3种形态的果实,可将植株分为5翅型、4/5翅型和3/4/5翅型植株,它们分别占种群植株数的3.45%、83.15%和13.40%。(3)依据个体大小的变化,3种类型果实在植株上的比例发生了显著变化。随植株个体的增大,三翅果所占比例逐渐增多,由0增加到2.65%;四翅果所占比例也增多,但在二级个体上有最大比例17.01%;五翅果实所占比例最高(80%)且没有显著变化。(4)三翅果、四翅果和五翅果内种子形态无差异,萌发率均小于30%;划破种皮能不同程度的加速和促进种子的萌发。大翅霸王特有的生殖物候和果实的表型多样性是其对荒漠干旱地区恶劣多变环境长期适应的结果。