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.     

塔克拉玛干沙漠南缘荒漠绿洲过渡带不同土地利用影响下土壤化学计量特征

荒漠绿洲过渡带在维护绿洲生态安全和绿洲稳定上具有重要作用。垦荒等土地利用的增强使得荒漠绿洲过渡带的健康稳定受到了巨大的挑战。以塔克拉玛干沙漠南缘典型荒漠绿洲过渡带为研究对象,系统分析了不同土地利用方式(桑田、半自然柽柳林、瓜地、棉花-玉米地)对土壤养分化学计量特征的影响。土壤取样沿农田到荒漠方向进行,分5层进行。研究发现,土壤各养分指标均受土地利用方式(4种)、土层(5层)和与农田边缘垂直距离(4梯度)的显著影响,且存在一定的交互作用。土地利用方式显著影响土壤各养分元素含量。随土层由浅到深,有机碳(C)、有效氮(N)和有效磷(P)基本呈下降趋势,全N具有波动变化,而全P变化不显著。随与农田边缘垂直距离的增加,各养分含量基本呈递减趋势。对同一土层(共选择三层)不同土地利用方式下土壤养分具体分析表明,棉花-玉米地这一利用方式在农田内部具有最高的土壤有机C和全N含量,其次为桑田。随着与农田边缘垂直距离的增加,土壤C、N含量优势减弱。除农田内部样地(0 m)外,三层土壤全P含量基本呈桑田柽柳林棉花-玉米地趋势。表层有效N含量在农田内部样地(0 m)瓜地最高,其他距离处(大于等于20 m)棉花-玉米地高,下层土壤有效氮含量在农田内部各土地利用方式间无差异。在各距离样点处不同土地利用类型间土壤有效P含量的变化无明显规律,在农田内部以瓜地有效P含量最高。棉花-玉米地土壤全量N/P在农田内部和与农田边缘垂直距离20 m处含量最高。三土层土壤有效N/P在农田内部以柽柳林最高,随着与农田边缘垂直距离增加,土壤有效N/P显著改变。综合来看,土地利用对荒漠绿洲过渡带土壤营养含量的增加具有正向作用,由土壤养分变化带来的生态效应值得关注。     

库布齐东段不同植被恢复阶段荒漠生态系统碳氮储量及分配格局

为科学评价植被恢复促进沙漠化逆转对碳氮储量的影响,以流动沙地、半固定沙地、油蒿固定沙地、柠条固定沙地、沙柳固定沙地5个阶段荒漠生态系统为研究对象,采用时空替代法分析植被恢复过程中荒漠生态系统碳氮储量及分配格局。结果表明:不同恢复阶段碳氮储量均表现为:流动沙地(3320.97 kg C/hm~2、346.69 kg N/hm~2)半固定沙地(4371.46 kg C/hm~2、435.95 kg N/hm~2)油蒿固定沙地(6096.50 kg C/hm~2、513.76 kg N/hm~2)柠条固定沙地(9556.80 kg C/hm~2、926.31 kg N/hm~2)沙柳固定沙地(19488.54 kg C/hm~2、982.11 kg N/hm~2)。植被层碳氮储量均呈现随植被恢复逐渐增加的趋势,除流动沙地外,其他阶段碳氮储量均以灌木层为主,占比分别为66.65%—91.41%和52.94%—93.39%,草本和凋落物占比较小。灌木各器官生物量及碳储量分配均为:茎根叶,氮储量分配无明显规律,草本各器官生物量及碳氮储量分配均为地上部分高于地下部分。土壤层是荒漠生态系统碳氮储量的主体,碳储量占比为68.64%—99.62%,氮储量占比为89.26%—99.89%,同样呈现随植被恢复逐渐增加的趋势。碳氮储量随土层加深逐渐降低,具有明显的表层富集特征,且随植被恢复过程富集性显著加强。这说明人工建植促进植被演替实现沙漠化逆转可以显著增强荒漠生态系统的碳氮固存能力。     

洪水漫溢对林窗微环境时空差异的影响——以塔里木河中游荒漠河岸林为例

林窗是森林生态系统中普遍存在的干扰形式。探究洪水漫溢对林窗内部微环境时空异质性的影响,对揭示荒漠河岸林物种多样性变化及其更新特征具有重要意义。在塔里木河中游非洪水和洪水漫溢区各选取一个大小相似的林窗样地,并使用便携式气象监测仪对林窗内不同方位的空气温湿度进行监测,对比分析不同水淹条件下林窗内微环境的时空分布差异,为深入探索荒漠河岸林植被更新机制奠定基础。结果表明：（1）非洪水漫溢区和洪水漫溢区林窗内空气温度均呈现先上升后下降的变化趋势,空气湿度均呈现先下降后上升的变化趋势,且同一个样地中温度与湿度之间存在明显的负相关关系,而洪水漫溢改变了森林微环境,使林窗内湿度升高,温度下降。（2）非洪水漫溢区和洪水漫溢区林窗内不同方位温度分布差异较小,洪水漫溢对温度变化影响不大;两个样地林窗内湿度变化过程较为复杂,差异明显,洪水漫溢区湿度变化梯度更为密集。（3）非洪水漫溢区和洪水漫溢区林窗内温度差界限明显,西南方向温度差较小,中心位置温度差最大,洪水漫溢并未改变不同方位温度变化趋势;湿度差以中心偏北方向较大,其中非洪水漫溢区湿度差在西北方向较小,而洪水漫溢区湿度差最小值出现在西南方向。研究结果表示荒漠河岸林林窗微环境时空差异具有干旱区独特性,同时阐明了林窗微环境对洪水漫溢的响应,为深入研究林窗干扰对荒漠河岸林更新与演替提供了科学依据。     

围封10年对荒漠草原群落物种多样性与优势种空间分布格局的影响

围封是修复退化草原生态系统的主要措施之一,科学与优化围封方式是目前草地资源管理中急需解决的科学问题。以内蒙古围栏封育10年和未围封的荒漠草原为研究对象,分析围封和未围封对内蒙古荒漠草原群落物种多样性和优势种空间分布格局的影响,旨在为荒漠草原的恢复与重建提供科学依据。结果显示:(1)围封10年显著提高了荒漠草原的植被盖度、密度、高度和地上生物量;(2)围封10年对Margalef多样性指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson丰富度指数和Pielou均匀度指数无显著影响,但围封均低于未围封样地;(3)围封10年对优势种短花针茅(Stipa breviflora)及糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)的空间分布格局有较为显著的影响,与未围封相比围封后糙隐子草的分布格局变得单一,短花针茅分布格局变得多样。总体看来,围封10年后,荒漠草原群落物种组成、物种优势度和优势种的空间分布格局均发生一定程度变化,反映出围封后草地生态系统中植物适应其生存环境的策略,围封方式应根据立地条件,科学制定围封年限以达到较好的生态恢复效果。     

塔里木荒漠河岸林物种多样性沿地下水埋深梯度的分布格局

探讨荒漠河岸林土壤水分、物种多样性的空间变异性及其相互关系,可为干旱区天然林保护、可持续经营和生态恢复提供科学依据。以塔里木荒漠河岸林为研究对象,基于野外样带调查和采样测定,系统分析了地下水埋深（GWD）梯度下林地土壤水分与物种多样性的空间变异及其权衡关系。结果表明：随GWD增加和土壤水分减少,荒漠河岸林群落物种数减少、结构简化、群落发生退化,退化顺序为浅根系的中生草本植物和灌木,最后留存的是抗旱性较强的乔灌木或灌木;同时土壤水分和物种丰富度、物种多样性指数均呈显著的线性递减趋势,而物种均匀度指数降幅较小。GWD与土壤水分、物种多样性之间均呈极显著的相关（P<0.01）,土壤水分与物种多样性的相对收益随GWD增加而逐渐降低,表明GWD是控制荒漠河岸林土壤水分和物种多样性空间变异的关键因素。荒漠河岸林土壤水分与物种多样性权衡关系的转折点为GWD 4.5m左右,转折点以下（GWD<4.5m）二者沿GWD以相同速率变化,呈协同关系;转折点以上（GWD>4.5m）土壤水分与物种多样性的权衡明显增大,土壤水分相对收益剧降,即维持当前相应的物种多样性以消耗土壤水分为代价,系统通过反馈调节使物种多样性降低。综上表明,维持塔里木荒漠河岸林物种多样性和生态系统功能的合理GWD在4.5m左右,这为塔里木河流域荒漠河岸林保育与生态输水工程实施提供科学依据。     

荒漠植物不同功能群性状特征及其与土壤环境的关系

研究不同功能群植物性状差异及其与土壤环境关系对于充分掌握植物的环境适应策略至关重要。以艾比湖流域为研究区,利用荒漠植物的植物高度、叶片碳、氮、磷、硫、钾、钙、钠、镁含量等9个性状,将高、低土壤水盐环境下的植物划分为5个功能群,分析不同功能群的植物组成、性状差异及其与土壤环境的关系。结果表明：(1)不同土壤水盐环境下,其植物功能群组成不同;其中白刺、胡杨和罗布麻在两个土壤水盐环境下的功能群中均存在。(2)植物的功能性状在不同土壤水盐环境下也发生了适应性的变化。高土壤水盐环境下3个功能群的植物高度、叶片碳、氮、磷和钙含量显著高于低土壤水盐环境功能群(P<0.05);低土壤水盐环境下2个功能群的植物叶片硫、钠和镁含量高于高土壤水盐环境功能群。(3)土壤含水量(SVWC)、电导率(EC)、pH以及土壤磷含量对荒漠植物功能性状影响较大。在高土壤水盐环境下,EC、pH与植物高度,叶片钾、钙含量正相关,与叶片硫含量负相关;在低土壤水盐环境下,SVWC、EC与植物高度呈显著正相关(P<0.05)。研究有助于理解荒漠植物对极端环境的适应对策,为保护荒漠地区生物多样性提供理论依据。     

短花针茅荒漠草原土壤微生物群落组成及结构

为详细了解内蒙古短花针茅荒漠草原生态系统中土壤微生物群落组成与结构。对其土壤中微生物的总DNA提取后,采用高通量测序技术对土壤中细菌的16Sr DNA和真菌的ITS基因进行了序列测定,分析了短花针茅荒漠草原土壤中微生物群落结构特征。结果表明,共获得细菌OTUs13711个,真菌OTUs 5929个。物种分类显示,细菌种类隶属于29门57纲111目191科485属,其中优势类群为Gammaproteobacteria和Thermoleophilia,它们的相对丰度分别为32.68%和26.83%。真菌隶属于4门16纲45目78科105属,优势类群为Ascomycota和Basidiomycota,它们的相对丰度分别为35.76%和25.90%。土壤中细菌群落的多样性和丰富度均高于真菌。     

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。     

荒漠草原沙漠化植物群落及土壤物理变化

沙漠化是草地退化最严重的形式之一。以空间代替时间的方法,通过对宁夏中北部荒漠草原沙漠化过程中植物群落特征和土壤物理特性的研究,探讨草地植物群落与土壤物理特性对沙漠化的响应机制。结果表明:(1)潜在沙漠化阶段草地以牛枝子、猪毛蒿、中亚白草为优势种,轻度沙漠化阶段草地以中亚白草、苦豆子为优势种,中度沙漠化阶段草地以狗尾草、虫实为优势种,重度沙漠化阶段草地以沙米、赖草、狗尾草为优势种,极度沙漠化阶段草地以沙米为优势种。(2)随着沙漠化程度的加剧草地植物群落生物量、Shannon-Wiener指数、丰富度指数、盖度均呈降低趋势,但轻度沙漠化阶段草地植被生物量比潜在沙漠化增加了23%。(3)草地沙漠化导致土壤容重和土壤粗砂粒含量增加,而土壤水分,土壤细砂粒和粘粉粒含量降低。荒漠草原沙漠化导致了土壤环境和植被明显退化,草地生产力明显降低。