天然固定沙地与人工固沙植被区土壤种子库的比较研究

土壤种子库是退化生态系统植被恢复重建的重要基础,研究土壤种子库特征对于阐明退化生态系统受损与恢复机理具有重要的科学意义。通过野外土样采集、野外种子萌发定位跟踪调查和室内周期性种子萌发实验,对腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区和天然固定沙地的土壤种子库特征进行了对比研究。结果表明：人工固沙植被区土壤种子库包含21个物种,分属于8科;天然固定沙地土壤种子库有33种植物,属于11科。人工固沙植被区以一年生植物为主,天然固定沙地以多年生植物为主。人工固沙植被区的种子总密度明显低于天然固定沙地,但不同物种种子的密度变化存在显著差异。人工固沙植被区的物种丰富度和多样性指数均较天然固定沙地低。人工固沙植被区和天然固定沙地的土壤种子库与地上植被物种的相似性系数分别为0.73和0.71。尽管人工固沙植被区土壤种子库存在少量多年生植物种子,但仍未发展到以多年生草本植物为主的群落演替阶段,说明人工固沙植被区的植物多样性恢复尚需要漫长的过程。     

沙坡头地区固沙植被土壤水分动态研究

沙坡头地区始建于1956年的无灌溉人工固沙植被,是我国交通干线防沙体系的成功模式。利用40余年的土壤水分定位观测数据,分析了不同期间建立的固沙植被土壤水分的时空变化特征及对植被的影响。结果表明,固沙植被发展至9~10a后土壤含水量开始明显下降,特别是较深层(>100cm)的含水量下降明显;0~40cm层土壤水分含量与降水相关显著,而降水对40~300cm层土壤水分的含量影响不显著;深根系固沙植物对根际区域水分的利用,进一步恶化了固沙区土壤深层的水分状况,进而抑制了这些植物的生长和生存,间接地影响了原有固沙植被组成和稳定性;经过40多年的演变,固沙植被中优势灌木种的盖度从最大盖度47.6%降至6%~9%,群落中草本和微生物结皮层得到发育。当深根系灌木的盖度降低至6%~9%时,深层土壤可维持一个相对稳定的低含水量。     

科尔沁沙地几种固沙植物光谱-生物量模型构建与分析

在控制背景反射噪音、植被盖度和水分含量的条件下,利用ASD光谱仪对科尔沁沙地4种主要固沙植物杨树(Populus spp.)、黄柳(Salix gordejevii)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)、樟子松(Pinus sylvestris)光谱反射特征和地面光谱生物量模型构建进行了研究.结果表明:科尔沁沙地4种主要固沙植物光谱反射曲线的趋势基本一致,但是在620～670 nm与841～876 nm波长范围内存在差别,其中在波长620～670 nm最易识别的植物为小叶锦鸡儿,其次是黄柳、杨树,在波长841～876 nm范围最易识别的植物为樟子松、杨树.不同植物的NDVI与盖度和生物量的关系密切,模型拟合精度较高.相对而言,NDVI-盖度模型优于NDVI-生物量模型.不同植物种构建的NDVI盖度模型计算结果相差较小,而NDVI生物量模型的计算结果相差较大.在区域植被生产力遥感监测中,植被样方选择要考虑优势植物种影响,数据采样要涵盖研究区主要植物种.     

不同固沙区结皮中微生物生物量和数量的比较研究

沙地生态系统是温带干旱区、半干旱区的重要草地类型, 沙地的稳定性是生态系统健康的重要条件。在中国科学院沙坡头沙漠试验研究站, 笔者对不同程度固沙区结皮和流动沙丘表层中的微生物生物量和数量进行了比较研究。结果表明: 自然和人工植被固沙区结皮及流沙表层的微生物数量分布不同, 细菌数量比真菌和放线菌数量多数百倍, 在所有微生物类群中, 细菌数量最大, 微生物总数的变化取决于好气性细菌数量的多少, 但生物量却与之不同。在不同程度固沙区结皮中, 微生物生物量大小依次排列为: 自然植被区>1956年人工植被区>1964年人工植被区>1982年人工植被区>流沙区, 微生物生物量在自然植被固沙区中最多, 分别是1956年、1964年、1982年人工植被固沙区和流沙区的2.63、4.17、9.25和44.29倍, 表明微生物生物量随人工植被的栽植年代增加而增大, 在流动沙丘中最小, 而菌丝生物量方面是1956年人工植被固沙区已与自然植被固沙区十分接近。微生物生物量和数量与沙丘固定程度、人工植被栽植年代、结皮厚度、苔藓种类等均呈正相关, 人工植被栽植年代越长, 结皮越厚、微生物生物量和数量也越大。在不同年代人工植被固沙区结皮中, 微生物生物量和数量与相对稳定的自然植被固沙区相比, 仍未达到稳定状态。     

黑河中游荒漠绿洲过渡带固沙植被根区土壤含水量

土壤水分在很大程度上决定着荒漠固沙植被的生长状况和分布格局，不同植被对土壤水分的需求也不相同，研究植被根区土壤含水量的分布特征，可为合理调控固沙植被空间分布格局提供理论依据。以黑河中游荒漠绿洲过渡带上的固沙植被泡泡刺（Nitraria sphaerocarp）、沙拐枣（Calligonum mongolicum）为对象，于2014—2018年每年5月上旬（雨季前）和10月中旬（雨季后）钻取植被根区不同深度的土壤样品，研究不同植被根区垂直方向和水平方向上土壤含水量的分布特征及其变异性。结果表明：（1）土层越深，固沙植被根区土壤含水量越高；（2）除2017年外，其余年份两种固沙植被根区的土壤含水量均是雨季后大于雨季前；（3）水平方向上距离植被根区越远，土壤含水量越高；（4）两种植被根区土壤含水量的变异性在垂直方向上浅层大于深层，且垂直方向的变异性大于水平方向。     

神农架红桦林的孢粉学研究

本文是在鄂西神农架山区的红桦林中,进行的孢粉组合与植被关系,及其森林植被历史的实验研究。在孢粉统计中、计算了各种类成分的百分频度、浓度、“R”值及其置信区间。论证了由华山松林——红桦林的植被变化过程,各种植物成分间的生态关系。实验证明,研究当地现代花粉与植物间数量关系,以校正化石花粉数值,对于用孢粉学方法研究历史时期的植被与环境,是至关重要的。     

腾格里沙漠南缘花棒（Hedysarum scoparium）人工固沙林演替规律与机制

人工固沙林演替决定着固沙造林的成效。在腾格里沙漠南缘,应用空间代替时间的方法,选择造林封育5、15、25年花棒(Hedysarum scoparium)人工固沙林,对照流动沙丘和地带性植被样地,从生态水文、土壤种子库、土壤-植被相互关系等方面研究了人工固沙林演替的生态学机制,为区域人工固沙植被建设、保护和修复提供理论依据。结果表明:腾格里沙漠南缘花棒人工固沙林演替过程中,花棒、沙米(Agriophyllum squarrosum)和沙蒿(Artemisia rtemisia sphaerocephala)逐渐退出,自然优势种由一年生草本植物向半灌木、半灌木与多年生草本植物演替,25年后形成相对稳定的近自然固沙植被,呈现向草原化荒漠演替的趋势,但与地带性植被相似性只达到50%。表层土壤持水力持续增强,25年后达到流动沙丘的3.4倍,引起土壤水分浅层化和深层土壤干旱,驱动了深根系植物的衰亡和浅根性草本植物的发展。土壤种子库中沙米和沙蒿快速减少,并在造林25年后消失;油蒿(Artemisia ordosica)持续增加,短花针茅(Stipa breviflora)在25年后出现;土壤种子库与地上植被组成的相似性超过50%,驱动人工固沙林向油蒿+多年生草本植被演替。伴随人工固沙林植被演替,土壤容重持续降低,黏粒、粉粒、有机质和全氮含量持续增大,与人工固沙林群落、物种组成形成密切的对应关系,决定了固沙林演替阶段和物种组成。固沙造林启动并加速了自然植被的恢复演替,是干旱区沙化土地生态恢复的必要措施,但要充分考虑地带性植被和生境条件,以快速建立稳定的近自然植被。     

沙坡头流动沙丘固沙植物引种栽培卅五年

通过对沙坡头流动沙丘35年来不灌溉条件下引种栽植固沙植物工作的回顾提出:(1)固沙植物选择的原则:国外引种需在温带范围内的沙地,能忍受-25℃的低温。国内引种应在半荒漠、荒漠区内,年雨量在300mm以下的沙地。不采用任何乔木和湿生系列的种。既要选择先锋种又要有演替中期种。能适于流动沙丘迎风坡混交或背风坡栽植。(2)引种固沙植物成功的标准:成活率较高,在70％以上。生长迅速,能在数年内起固沙作用并能开花、结果。寿命较长,在10年以上。能在迎风坡形成人工植被或在背风坡起固沙作用。最好能天然更新。     

沙坡头人工固沙植被演替过程中主要结皮生物生态位和种间关联变化特征

为探究干旱沙区人工固沙植被演替过程中结皮生物的种间关系变化规律,利用空间代替时间的方法,调查了宁夏沙坡头地区分别始建于1956、1964、1981、1987年人工固沙植被区（分别代表固沙植被建立后的64、56、39、33年4个演替阶段）中发育的6种典型结皮生物——蓝藻（Cyanobacteria）、球胶衣（Collema coccophorum）、石果衣（Endocarpon pusillum）、真藓（Bryum argenteum）、土生对齿藓（Didymodon vinealis）和齿肋赤藓（Syntrichia caninervis）的盖度及频度变化,并以不同样方作为资源状态计算其生态位宽度和重叠值,随后利用方差比率法、卡方检验和种间关联系数分析了它们在固沙植被演替过程中种间关联性变化规律。结果表明：（1）随着固沙植被演替,结皮生物的生态位宽度与重叠指数因具体结皮生物的不同而显现出显著差异：蓝藻生态位宽度迅速变窄（由演替33年的3.865降到演替64年的0）,且与其他结皮生物之间生态位重叠值逐渐降低;真藓与球胶衣生态位宽度基本保持不变且高于其他类型,且二者保持较高生态位重叠;土生对齿藓、齿肋赤藓和石果衣生态位宽度在固沙植被演替前期较小,但随着固沙植被演替的进行明显上升（分别由演替33年1.607、0和0.693上升到演替64年的3.699、3.227和3.373）,三者间生态位重叠值也随之提高。（2）结皮生物的种间总体关联性随着固沙植被演替由负关联向正关联转变,在演替64年时达到最大值（VR=1.15）;不同结皮生物间联系随着固沙植被演替逐渐增强,地表隐花植物群落结构和种类组成趋于稳定。本研究不仅为揭示干旱沙区结皮生物的相互作用、共生共存及演变机制提供了依据,而且对以结皮生物作为新型固沙材料及相关技术的研发具有重要的参考价值。     

腾格里沙漠不同类型沙丘土壤水分含量与地形-植被因子关系研究

土壤水分是沙区主要的生态限制因子,其分布受气候、地形和植被等众多因素的影响。以腾格里沙漠沙坡头地区3种类型的沙丘（固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘）为研究对象,利用方差分析和冗余分析（RDA）等方法对沙丘不同部位和不同深度土壤水分的分布特征及其与地形-植被因子之间的关系进行了综合分析。结果表明：（1） 不同类型沙丘上0~300 cm的土壤水分随着深度的增加而增加,表层土壤水分的波动程度大于中层和深层。（2） 固定沙丘不同部位及不同深度的土壤水分之间没有明显的差异,半固定沙丘和流动沙丘迎风坡与丘底的土壤水分高于背风坡和丘顶。（3） 固定沙丘上的土壤水分受地形-植被因子的影响较半固定沙丘和流动沙丘小,影响固定沙丘土壤水分的主要因子有坡向、高差和灌木多度。（4） 地形-植被因子与研究区绝大多数半固定沙丘和流动沙丘的土壤水分均有负相关关系。研究揭示了腾格里沙漠土壤水分的分布规律及其与地形-植被因子的关系,对制定相应的防风固沙措施以及建立科学合理的植物固沙模式有积极的指导作用。     

中国沙漠(地)深层渗漏量及动态特征

土壤水分深层渗漏是沙区水循环的重要环节,深层渗漏的定量测定对沙区水资源评估及水量平衡研究具有重要意义。本文采用YWB-01型土壤深层水量渗漏测试记录仪对中国毛乌素沙地等六大沙漠(地)降雨入渗到深层土壤的渗漏水量进行实时动态监测。结果表明:流动沙丘降雨渗漏补给量存在明显的时空差异,与降雨时空变化特征具有相对一致性,降雨格局是影响深层渗漏过程的主要因素,随降雨增大渗漏补给量增加,半干旱区降雨量与渗漏量显著正相关(p<0.05),干旱区相关性不显著(p>0.05);观测期内正镶白旗、伊金霍洛旗、阜康流动沙丘土壤200 cm以下渗漏量为48.5、146.8、1.0 mm,分别占同期降雨的21.4%、33.3%、1.3%;乌审旗、磴口150 cm以下渗漏量为1009.6、52.6mm,分别占同期降雨的55.7%、12.7%。不同气候区固定沙丘渗漏量基本没有差异,降雨格局不是影响水分深层渗漏的主导因素,而植被覆盖的影响占主要作用,且沙丘植被盖度>45%时深层渗漏量不超过同期降雨的2.0%。中国沙区深层土壤水分补给主要来自于强降雨或高频次小降雨事件,特别是干旱区降水少、频次低,其深层土壤水分补给更加依赖于强降水。     

东部沙区表土有机质和速效养分与风沙环境关系初探

东部沙区表土有机质、速效养分含量普遍较低。按照库布齐沙漠、毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地的次序,有机质和速效K含量逐渐增大,这种分布格局与区域风沙环境性质、风沙活动方式密切相关;各沙漠/沙地内部,表土有机质和速效K含量分别与植被盖度、颗粒平均粒径、分选系数之间存在较好的相关性。速效N和速效P含量未表现出上述变化规律。可见有机质和速效K含量对风沙环境的变化较为敏感,因而其在表土中的再分配可以在一定程度上反映局地风沙环境的变化,而速效N和速效P对风沙环境的指示意义不明显。东部沙区表土有机质、速效N及速效P含量普遍高于西部沙区,而速效K含量明显偏低。     

浑善达克沙地植物群落主要类型与特征

浑善达克沙地植被在维护草原与沙地生态系统稳定、保护京津冀地区生态安全方面发挥着重要作用。因水分条件的不同,浑善达克沙地植被从东到西具有明显的地带性,物种组成和群落结构差异明显。本研究在野外样方调查的基础上,对浑善达克沙地不同降水条件下的植被类型进行了划分,分析了不同水分条件下群落的物种组成和多样性特征。结果表明：（1）浑善达克沙地植被类型丰富,可划分为5个植被型组、12个植被（亚）型、27个群系。（2）物种组成多样,共有维管植物46科149属256种,草本植物占75%以上。（3）东西部空间差异明显,由东部的疏林草原、中部的典型草原向西部的荒漠草原过渡。中东部优势科为菊科、禾本科、豆科等,西部的优势科为苋科和禾本科。     

不同演替阶段油蒿群落土壤水分特征分析

油蒿群落是毛乌素沙地最主要的群落类型之一,在维持当地生态系统稳定中起着重要作用。土壤水分是影响油蒿群落演替的重要环境因子,为深入分析不同油蒿演替阶段土壤水分特征,使用EC-5土壤水分传感器连续监测整个生长季内先锋物种阶段(流动沙地)、稀疏阶段(半固定沙地)和建成阶段(固定沙地)油蒿群落土壤水分动态。结果表明,3种样地土壤水分均存在时间和空间上差异,流动沙地各层土壤含水量均显著高于半固定沙地和固定沙地;土壤含水量受降水影响较大, 降水量是影响土壤水分补给深度的重要因素,小于10 mm的降水主要被表层土壤吸收,10～20 mm的降水对土壤水分的补给深度超过30 cm、不及60 cm, 30～40 mm的降水补给深度大于60 cm、不及100 cm;30 cm及其上层土壤水分波动剧烈,60 cm处土壤水分主要受大于30 mm降水事件影响,波动较小,100 cm和160 cm处土壤水分几乎不受降水的影响,土壤含水量较稳定;降水补给深度及植被根系需水的层次差异是导致3种样地土壤水分时间和空间上异质性的重要因素;土壤温度主要受大气温度影响,与土壤水分相关性不显著,且随土壤深度的增加而降低。     

Vegetation change and its response to drought in Inner Mongolia of northern China from 1998 to 2013

Vegetation plays a significant role in global terrestrial ecosystems and in combating desertification. We analyzed vegetation change in Inner Mongolia of northern China using the Normalized Difference Vegetation Index(NDVI) from 1998 to 2013, which is an important composite of Chinese National Ecological Security Shelter. The correlation between vegetation growth and drought quantified using the Standardized Precipitation Evapotranspiration Index(SPEI) was also explored. Results show that vegetation in most of the study area has been rehabilitated to various degrees, especially in regions such as most of the Horqin Sandy Land, eastern Ordos Plateau, Hetao Plain, as well as the middle-northern Da Hinggan Ling Mountains. Vegetation improvement in spring was significant in most of the study area. Vegetation degradation was centrally distributed in Xilingol grassland close to the Sino-Mongolia border and abandoned croplands in Ulanqab Meng. Vegetation change trends and seasonal differences varied among different vegetation types. The biggest vegetation variation in the growing season was the belt-like distribution along those grasslands close to the precipitation isoline of 200 mm and the Sino-Mongolia border, but also variation in summer and autumn exist in obvious spatial differences between grasslands and forests. Drought largely influenced vegetation change of Inner Mongolia at 6-month scale or 12-month scale, except for forests of eastern Hunlun Buir Meng and deserts or gobi deserts of western Alxa Meng. Moreover,drought in the previous winter and early spring seasons had a lag effect on growing-season vegetation. Desert grassland was the most easily affected by drought in the study area. Anthropogenic activities have made great progress in improving local vegetation under the lasting drought background.     

中国戈壁综合自然区划研究

中国戈壁广泛分布于北方的干旱与极干旱区域,直至目前尚未系统地开展戈壁分区研究。本文在综合分析戈壁特征与形成发生机制关系后认为,我国戈壁的最主要特征是地表砾质覆盖;表层具孔状漆漠结皮,其下具棕红色紧实层及石膏层;植物覆盖度极低,生长旱生极旱生灌木—半灌木。戈壁形成发生的区域仅限于干燥度4以上的干旱、极干旱区域。根据戈壁特征及发生条件的区域分异,选取干温指标、区域地质地貌建造指标、地表物质成因形态指标,将中国戈壁分布区划分为温性干旱极干旱戈壁区、暖性干旱极干旱戈壁区和青藏高原北部亚寒干旱极干旱戈壁区3个一级区(区),其下按区域地质地貌建造特征划分出9个二级区(地区),再按戈壁地表物质成因与形态差异划分出19个三级区(亚地区)。还可根据土壤和植被的地域分异进一步划分出若干个四级区(小区)。     

极端降水事件对科尔沁沙地一年生植被的影响

在科尔沁沙地奈曼旗,大于10 mm的降雨属极端降雨。根据当地多年平均降雨量,设置雨量×降雨次数的双因素模拟试验(T₁,共288 mm、分18次;T₂,共288 mm、分9次;T₃,共576 mm、分36次;T₄共576 mm、分18次;CK,接收当年的自然降雨),考察极端降雨对科尔沁沙地一年生植被的密度、多样性指数、生物量及根冠比的影响。结果表明:(1)在萌发期,植株密度在各处理下均维持在2 000株·m^-2;而在生长发育后期,T₃、T₄维持在400株·m^-2,而T_I、T₂维持在1 600株·m^-2,CK下为1 200株·m^-2,说明降雨总量决定了能完成生活史的沙地一年生植被的数量。(2)T₁、T₂、T₃3种极端降雨模式均显著提高沙地一年生植被的生物多样性指数,说明科尔沁沙地一年生植被的生物多样性不是由年降雨量单一因素决定的,而是由每次降雨量与降雨次数的分布共同决定的。(3)T₃、T₄显著降低了沙地一年生植被的水分利用效率。     

新疆荒漠类型特征及其保护利用

新疆荒漠具有分布广泛、成因复杂、类型多样等特点。利用新疆数字地貌图结合Landsat卫星TM数据与GIS制图技术，通过长期野外调查结合有关资料编制荒漠类型图，获得荒漠类型面积数据，据此探讨荒漠分布规律、结构特征、形成演变，并提出利用和保护荒漠的建议。主要结果和结论如下：（1）新疆荒漠具有水平地带性分布与垂直地带性分布的规律及非地带性分布特点，荒漠多分布于干旱程度较高的南疆和东部吐鲁番及哈密地区，东部荒漠占新疆面积的45.86 %，占东部区域面积的91.77 %。（2）荒漠分布广，面积大，总面积达1 31.3 ?104 km2，占新疆面积的80.55 %。荒漠类型面积最大的是沙漠为42.7?104 km2，占荒漠面积32.49 %，泥漠面积仅10 638.5?104 km2，占0.81 %。（3）荒漠类型复杂多样，成因各异，有沙漠、砾漠、盐漠等11种类型，分别主要由气候、地貌、地表物质组成、人为作用等因素单独或共同作用所形成。（4）受自然环境变化与人为作用，荒漠类型之间、荒漠类型与其它地物之间可发生演变。（5）各种荒漠类型的要素特征不同，宜合理利用荒漠资源，划分荒漠环境退化敏感区，保护荒漠环境，针对不同荒漠类型采取适应保护措施，以保障区域可持续发展。     

中国东部沙区表层沉积物粒度特征

通过分析中国东部沙区表层沉积物粒度特征及其与风力、植被覆盖的相关性,探讨了东部沙区现代风沙沉积环境及其区域差异性。结果显示:东部沙区各沙漠/沙地粒径级配相对一致,均以细沙、中沙为主,粒度分布整体呈单峰形态,中等分选,粒度分布和分选性均与西部沙区有较大不同。风力和植被覆盖状况的差异决定了各沙地所处的风沙环境性质和风沙活动强度不同,导致东部沙区表层沉积物粒度特征存在明显的区域差异性。其中,库布齐沙漠粒度特征与该区风蚀、搬运、堆积过程频繁交替的风沙活动方式密切关联;呼伦贝尔沙地粒度特征反映了风蚀主导的风沙环境;科尔沁沙地、浑善达克沙地,毛乌素沙地粒度特征和风沙活动方式相对复杂,与这3个沙地内部风蚀主导区和沙尘沉降主导区镶嵌分布的格局有关。东部沙区表层沉积物平均粒径和分选系数均与沙地年均风速和植被总盖度双因素之间具有显著的非线性相关性。     

Variable vegetation cover and episodic sand movement on longitudinal desert sand dunes

Longitudinal (linear) sand dunes of the Simpson and Strzelecki dunefields in eastern central Australia present a paradox. Low levels of activity today stand in contrast to luminescence dating which has repeatedly shown deep deposits of sand on dune crests dating to within the late Holocene. In order to investigate the nature of dune activity in the Simpson–Strzelecki dunefield, vegetation and sand mobility were investigated by detailed vegetation survey and measurement of rippled area and loose sand depth of dunes at three sites along a climatic gradient. The response of both vegetation and sand movement to inter-annual climate variability was examined by repeat surveys of two sites in drought and non-drought conditions. Projected plant cover and plant + crust cover were found to have inverse linear relationships with rippled area and the area of deep loose sand. No relationship was found between these measures of sand movement and the plant frontal area index. A negative exponential relationship between equivalent mobile sand depth on dune surfaces and both vascular plant cover and vascular + crust cover was also found. There is no simple threshold of vegetation cover below which sand transport begins. Dunes with low perennial plant cover may form small dunes with slip faces leading to a positive feedback inhibiting ephemeral plant growth in wet years and accelerating sand transport rates. The linear dunefields are largely within the zone in which plant cover is sufficient to enforce low sand transport rates, and in which there is a strong response of vegetation and sand transport to inter-annual variation in rainfall. Both ephemeral plants (mostly forbs) and crust were found to respond rapidly to large (> 20 mm/month) rainfall events. On millennial time-scales, the level of dune activity is controlled by vegetation cover and probably not by fluctuations of wind strength. Land use or extreme, decadal time-scale, drought may destabilise dunes by removing perennial plant cover, accelerating wind erosion.