塔克拉玛干沙漠高矿化度水灌溉苗木地下生物量研究

2003年在塔克拉玛干沙漠腹地肖塘地区进行了高矿化度水(28g/L)滴灌造林试验。秋季用根系挖掘法研究了定植当年的梭梭、柽柳和盐穗木的地下生物量,研究结果表明:(1)定植当年苗木地下生物量主要分布在表层20cm,向下逐渐减小,生物量的分布与深度呈显著的负指数关系。(2)不同样地间比较发现苗木根系生长遵循限制因子定律:在灌溉水质、灌水定额、施肥量、施肥时间等人为影响因子一致时,土壤类型、土壤结构、坡向和坡位等自然因子中差异最大的因子是苗木根系生物量累积的限制因子,它们分别通过改变土壤的紧实度和水分状况、地表太阳辐射强度和与风速有关的地表蚀积状况和壤中流向影响土壤含水率来影响苗木的生长。(3)树种间根系生长和分布也显著不同,根系分布深度和生物量表现为梭梭>柽柳,在丘间粘土质土壤中盐穗木>柽柳。     

准噶尔盆地典型地段植物群落及其与环境因子的关系

沿88°E线,南北纵穿新疆北部准噶尔盆地,选择环境梯度明显的典型地段,设置33个具有代表性的野外样方,应用TWINSPAN与DCCA分析样方的物种数据和环境数据。研究结果表明:(1)样方TWINSPAN分类结果的第一级分类将分布于流动、半流动沙丘(垄)上的白梭梭群落与固定、半固定沙地上的梭梭群落区分开来,进一步的分类,可将33个样方划分为12个组。35种优势植物种TWINSPAN第1级分类把沙漠内部植物种与外缘物种分开。第2级分类把沙漠内部垄上与垄间植物种以及沙漠外缘旱生、中生和盐生植物种分开。(2)在各种环境因子中,土壤水分与相对高度(或地面活动性)是影响植物群落分布的最主要环境因子,DCCA第一排序轴反映生境水分环境条件,第2轴反映土壤结构梯度的变化。(3)除相对高度(或地面活动性)与土壤水分外,在沙漠南部外缘的山前冲积、洪积扇扇缘,土壤盐分状况亦为植物生长的重要胁迫因子;在沙漠北部外缘的砾石戈壁平原,基质的机械组成对群落分布格局有重要影响;在沙漠内部,土壤质地、地面坡度对植物群落的分布有较大影响。(4)以沙漠为中心的准噶尔盆地地势相对高度与地面活动性、土壤有机质与土壤粘粒、土壤水分与土壤总盐、pH值、有机质、相对高度之间存在显著相关关系。     

腾格里沙漠东南缘固沙植被区生物土壤结皮及下层土壤有机碳矿化特征

植被恢复与重建是沙区退化土地修复的有效途径,是生物土壤结皮(Biological Soil Crusts, BSCs)拓殖和发育的关键影响因素。采用室内恒温培养-碱液吸收法研究了腾格里沙漠东南缘不同恢复年限固沙植被区BSCs及其下层0—5 cm土壤的碳矿化特征,分析了其与水分及土壤理化性质的关系。结果表明:BSCs及其下层土壤有机碳的瞬时速率、最大和平均矿化速率以及累计释放量均随着恢复年限的延长而增大,同一植被区表现为BSCs大于下层0—5 cm土壤(P<0.001)。土壤含水量的增加显著促进了有机碳矿化过程(P<0.001),土壤水分含量从5%增加到20%时,BSCs有机碳的平均和最大矿化速率及累计释放量分别增加了1.48—2.08倍、1.60—2.00倍和1.48—2.08倍,下层土壤分别增大了1.36—2.08倍、1.21—2.00倍和1.36—2.08倍。土壤电导率、有机碳和黏粒含量是影响有机碳矿化的主要影响因素。结果表明沙区植被恢复与重建背景下BSCs的发生发展促进了土壤碳矿化过程,而BSCs参与的碳循环过程受其理化属性及水分等环境因子的共同影响。     

乌兰布和沙漠生态系统服务价值时空动态

以乌兰布和沙漠为研究区,基于1990—2018年4期土地利用类型数据,以"当量因子法"为基础,运用网格分析、热点分析、权衡协同分析等方法,探究乌兰布和沙漠近30年生态系统服务价值的时空动态特征。结果表明:(1)生态系统服务价值总量以2000年为拐点先下降后逐期上升,由1990年17.03亿元上升至2018年25.94亿元,其中调节服务价值贡献量最大,4期平均占71.34%,供给服务增幅最大,近30年间增加85.04%;(2)生态系统服务价值呈东部和东北部高、中部和西南部低的空间分布特征,1990—2010年空间格局基本不变,但2018年高值区有所扩展;(3)1990—2018年间生态系统服务冷点区面积占比由2.85%增至4.23%,热点区面积占比由0.22%增至10.45%,热点区分布在黄河沿岸及部分生态恢复区,但东南部冷点区逐渐增大,生态治理时应着重关注;(4)1990—2018年生态系统服务间以协同关系为主,权衡关系存在于初期供给服务与其他类型服务之间。     

生物结皮对3种荒漠草本植物光合生理特性的影响

通过人工去除生物结皮实验,研究古尔班通古特沙漠生物结皮对3种荒漠草本植物生理特性的影响,根据生物结皮对土壤养分和水分的影响,综合分析生物结皮对3种草本植物光合生理特性的影响。结果表明,生物结皮对3种荒漠草本植物光合生理的影响基本一致,在植物生长早期,生物结皮区的尖喙牻牛儿苗（Erodium oxyrrhynchum M.Bieb.）、条叶庭荠（Alyssum linifolium Steph.ex Willd.）和琉苞菊（Hyalea pulchella（Ldb.） C.Koch）的叶片相对含水量（RWC）、净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、蒸腾速率（E）、水分利用效率（WUE）、PSⅡ最大光化学量子效率（F_v/F_m）、PSⅡ实际光化学效率（φ_PSⅡ）和叶绿素（Chl）含量均高于去除生物结皮区;但是,在植物生长后期,却是去除生物结皮区的各项生理指标高。生物结皮对3种荒漠草本植物光合生理过程的影响与其对植物生长的影响基本一致,这与土壤养分和水分状况的变化密切相关。     

阿拉善荒漠灌丛群落谱系结构及其影响因子

为探究阿拉善荒漠灌丛群落的构建机制,该研究选取净亲缘关系指数(NRI)作为谱系结构指数,在对阿拉善荒漠灌丛群落野外调查的基础上,以群落物种组成为基础数据,计算各样地群落的NRI,并分析NRI在经纬度梯度上的变化趋势及其与土壤因子和水热因子的关系。结果表明:(1)阿拉善荒漠灌丛群落谱系结构在阿拉善高原东南部以发散状态为主,在阿拉善高原西部和北部地区以聚集状态为主。(2)阿拉善荒漠灌丛群落的NRI随经度的升高而减小,随纬度的升高而增大。(3)阿拉善荒漠土壤质地、土壤容重、土壤pH值和土壤有机碳含量与其群落谱系结构均无显著相关性;在降水因子和温度因子中,与群落谱系结构相关系数最大的分别为年降水量和年温度变化范围(最暖月最高温与最冷月最低温的差值),其中:年降水量与NRI呈显著负相关关系,年温度变化范围与NRI呈显著正相关关系,且最暖月最高温和最冷月最低温与NRI均有显著相关性,推测年温度变化范围对阿拉善灌丛群落谱系结构的影响是通过最暖月最高温和最冷月最低温起作用的。研究发现,阿拉善高原东南部区域的荒漠灌丛群落构成主要受竞争排斥的作用,其西部和北部地区的群落构成主要受环境过滤的影响;阿拉善荒漠灌丛群落的谱系结构主要受年降水量和极端温度的影响。     

荒漠草地生态优化的调控原则和总体模式

扬长避短,开发利用荒漠草地,具有重要的生态、经济和社会意义。本文分析了荒漠区草地的基本生态问题和优化目标,着重探讨了必须从区域和系统的水平上实行调控;以扩大人工饲草料生产能力为调控的驱动力;以深化农牧结合,发挥山地—平原—绿洲复合系统整合效应为调控核心的原则。提出了以新疆南准噶尔荒漠区为代表而又有普遍意义的草地利用优化总体模式。     

黑河流域荒漠区降水格局及其脉动特征

利用1967—2008年日降水资料,对黑河流域荒漠区降水格局及其脉动特征进行系统研究。结果表明:年均降水量为113.3mm,年际变化27.93%,降水呈平稳下降趋势。小降水事件(≤5mm)为主,年际变化较小。大降水事件(≥10mm)频率较低,但年际变化及其对年降水量的贡献较大。降水日期以≤5mmd-1为主,≥10mmd-1变异较大。10d间隔期所占比率最大,频率基本稳定(CV=18.29%),而10d间隔期变异较大(CV=27.21%)。年降水量与降水事件、降水期、10d间隔期以及总降水间隔期存在显著正相关性。≤5mm降水总量变异系数为24.57%,接近年降水量(27.93%),10mm变异系数为76.68%,表明大降水事件在不同年份的差异是降水总量和降水格局差异的主要原因。     

塔里木河中游洪水漫溢区荒漠河岸林实生苗更新

以塔里木河中游荒漠河岸林为研究对象,2008年6月至2009年8月,对洪水漫溢区河漫滩裸地、林下及林隙三种生境植物一年生实生苗进行了调查。结果表明：实生苗更新主要依赖洪水漫溢,在非漫溢区没有发现实生苗存在;洪水降低了漫溢区的土壤盐度,更重要的是其提供了宝贵的水分条件,在时间和水量上都有效地满足了胡杨等植物种子萌发和幼株生长的水分需求;河漫滩是河岸林种子实生苗产生的基地,洪水漫溢后的河漫滩种子实生苗密度显著大于其余两生境内实生苗密度,同时该生境内物种多样性也显著高于林下和林隙生境;光照决定着漫溢区实生苗能否成林,光照不同的空间样点上,实生苗发生数量和个体生长均存在显著差异,光照强的河漫滩,实生苗发生数量较多且幼苗能保持较高的生长活力和较多的生物量积累。     

Evolutionary characteristics of the artificially revegetated shrub ecosystem in the Tengger Desert, northern China

The rain-fed sand-binding vegetation which stabilizes the migrating desert dunes in the Shapotou area at the southeastern edge of the Tengger Desert was initiated in 1956. The shrubs initially employed were predominantly Caragana korshinskii, Hedysarum scoparium, and Artemisia ordosica, and a desert shrub ecosystem with a dwarf shrub and microbiotic soil crust cover on the stabilized sand dunes has since developed. Since 1956 the success of this effort has not only ensured the smooth operation of the Baotou–Lanzhou railway in the sand dune area but has also played an important role in the restoration of the local eco-environment; therefore, it is viewed as a successful model for desertification control and ecological restoration along the transport infrastructure in the arid desert region of China. Some of the effects of recovery from desertification and ecological restoration on soil properties are shown by the increase in the distribution of fine soil particles, organic matter, and nutrients. The physical surface structure of the stabilized sand dunes, and inorganic soil crusts formed by atmospheric dust, have also led to the gradual formation of microbiotic soil crusts. Sand dune stabilization is associated with: (1) decreased soil particle size, (2) increased total N, (3) increased thickness of microbiotic crusts, (4) increased thickness of subsoil, and (5) an increase in volumetric soil moisture in the near-surface environment. After 17 years of dune stabilization, both the number of shrubs and community biomass decreased. The number of microbes, plant species and vegetation cover, all attained a maximum after the dunes had stabilized for 40 years. There is a significant positive correlation between the fractal dimension of soil particle size distribution (PSD) and the clay content of the shallow soil profile in the desert shrub ecosystem; the longer the period of dune stabilization, the greater the soil clay content in the shallow soil profiles (0–3 cm), and the greater the fractal dimension of soil PSD. This reflects the fact that during the revegetation processes, the soil structure is better developed, especially in the upper profile. Hence, the migrating sand dune becomes more stabilized. Therefore, the fractal model can be used to describe the texture and fertility of the soil, and, along with the degree of stability of the previously migrating sand dunes, can be used as an integrated quantitative index to evaluate the revegetation practice in the sand dune areas and their stabilization.