科尔沁沙地不同类型沙地植被恢复过程中地上生物量与凋落物量变化

植物体生长、死亡及分解是沙地生态系统物质周转的重要环节。以科尔沁沙地流动沙丘、固定沙丘及草地为研究对象,通过对2009-2011年3个生长季各生境植被特征、地上生物量和凋落物的测定,分析了沙地恢复过程中地上生物量和凋落物量的变化趋势和季节动态。结果表明:(1) 地表植被存在显著的生境差异,植被盖度、生物量和密度等均表现为草地 > 固定沙丘 > 流动沙丘。(2) 3类生境地上生物量均存在显著的单峰曲线的季节差异性,其中草地最大生物量分别出现在7月(2009年)和8月(2010、2011年),最大生物量为163.71~247.64 g·m^-2;固定沙丘最大生物量均在2009、2010、2011年7月达到最高,分别为96.13、96.02、102.74 g·m^-2,流动沙丘最高地上生物量为17.48~20.10 g·m^-2,分别出现在7月(2009年和2010年)和9月(2011年)。(3) 2009、2010、2011年3类生境中的年最大凋落物量分别为21.0、267.6、370.1 g·m^-2,其中草地和固定沙丘中凋落叶和凋落枝等非立枯有较大比重,流动沙丘凋落物主要为立枯;同时各生境凋落物具有与地上生物量相反的季节特征。     

科尔沁沙地退化植被恢复过程中碳氮化学计量特征的变化

为研究沙地退化植被恢复过程中碳氮化学计量特征的变化，分别于2011年、2013年和2015年8月中旬对流动、半固定、固定沙丘和草地进行植被调查，并测定植被—土壤系统的碳氮化学计量特征。结果表明：（1） 随着沙地退化植被的恢复，地上植物、凋落物和根系的C、N含量及C/N比波动变化，土壤（0～10 cm）C和N含量及C/N比显著增加（P <0.05）。（2）沙地4种生境上的地上植物、凋落物、根系、土壤的C、N含量及C/N比年际间变化显著（P <0.05）。（3） 沙地退化植被恢复过程中地上植物、凋落物、土壤的C/N比与物种丰富度呈正线性关系（P <0.01）。沙地退化植被恢复过程中优势植物演替导致植被—土壤系统中C、N化学计量特征的变化，植被恢复过程中植物的氮素利用效率也在逐渐增强，而封育时间的增加能够促进沙地土壤中N的积累。     

科尔沁沙地沙质草地与固定沙丘植物群落结构对极端干旱的响应

为了探究沙地植物群落结构特征对极端干旱的响应,通过野外模拟试验开展了极端干旱（生长季减雨60%与干旱60 d）对沙质草地和固定沙丘植物群落丰富度、地上生物量和叶性状等群落结构特征影响的研究。结果表明：（1）生境变化对植物群落地上生物量和叶干物质含量（LDMC）具有显著影响（P<0.05）,草地地上生物量和LDMC显著高于固定沙丘,而物种数、植被盖度、高度和比叶面积（SLA）在两种生境间无显著差异（P>0.05）;（2）极端干旱处理显著影响沙地植物群落盖度、地上生物量和LDMC（P<0.05）,减雨60%显著降低了植物群落盖度和地上生物量,而干旱60 d显著降低了植物群落盖度、地上生物量、高度和LDMC;植被特征和叶性状在减雨60%和干旱60 d处理间无显著差异（P>0.05）;（3）减雨60%和干旱60 d显著降低了草地和固定沙丘的植被盖度和地上生物量,而干旱60 d也降低了固定沙丘的植物高度和LDMC（P<0.05）;（4）相关分析表明,沙地植物群落地上生物量与盖度、高度和LDMC显著正相关（P<0.05）。极端干旱事件的发生会极大地改变沙地一年生为主的植物群落组成和功能,而沙地不同生境植被则通过改变植物群落组成、优势种及其关键性状的变化来适应极端干旱。     

放牧强度对科尔沁沙地沙质草地植被的影响

为了研究科尔沁沙地沙质草地在不同放牧强度下植被特征的变化规律,比较了围封、中度放牧、重度放牧3种条件下的植被盖度、群落组成、物种多样性、地上/地下生物量和凋落物量等植被特征的变化特征。结果表明:(1)围封、中度放牧和重度放牧沙质草地的优势植物均为一年生植物,但围封和中度放牧中多年生禾本科植物优势度高于重度放牧,重度放牧沙质草地一年生植物所占优势度最大;(2)放牧强度对沙质草地植被盖度、地上生物量及凋落物量有显著影响。随着放牧强度的增加,植被盖度、地上生物量和凋落物量均降低;(3)围封、中度放牧和重度放牧沙质草地物种丰富度及多样性差异均不显著;(4)放牧强度和土壤深度及其交互作用均能影响地下生物量。随着放牧强度的增加,总的地下根系生物量减小。而重度放牧草地中, 3个土壤深度间地下根系生物量差异不显著。放牧改变了沙质草地植物群落的组成、极大降低了植被盖度和生产力;尤其是重度放牧急剧增加了一年生植物的优势、且对浅层根分布的减少影响最大。     

科尔沁沙地植被恢复过程中群落组成及多样性演变特征

流动沙丘、固定沙丘和沙质草地均是科尔沁沙地土地沙化的产物,植被恢复重建则是该区域流沙治理的主要措施,理解植被恢复过程中群落组成及植物多样性演变特征有利于沙地植被恢复和生态重建.本研究基于连续15年对科尔沁沙地流动沙丘、固定沙丘和沙质草地长期植物群落结构调查数据,分析了 3种沙地类型植物群落年际变化特征及不同生活型植物年...     

科尔沁沙地沙丘生境单元凋落物运移特征

通过测定科尔沁沙地沙丘生境单元凋落物的运移量,分析了沙丘类型和生境变化对凋落物运移的影响,并探讨了是否可以通过凋落物运移量的变化来判断营养物质的迁移。结果表明:科尔沁沙地沙丘凋落物的运移过程主要发生在非生长季,呈明显的单峰型季节波动。凋落物运移量在不同沙丘的丘间地、迎风坡、丘顶和背风坡均表现出明显的空间差异性,丘顶的凋落物运移量最大,迎风坡次之,丘间地和背风坡相对较小。凋落物运移量有随距地表高度增加而下降的趋势,距地表高度为0~25 cm时,凋落物运移量最大,显著高于25~50、50~75、75~100 cm 3个高度区间。凋落物运移量与风速在流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘均呈显著的二次曲线正相关,显示风速是影响凋落物运移量动态变化的重要因素。     

科尔沁沙地草地植被对围封和放牧的响应

研究了科尔沁沙地疏林草地、针茅草原和草甸植被盖度、地上和地下生物量、物种多样性对围封和放牧的响应。结果表明：（1）围封与放牧草地的优势植物不同,围封草地植物群落优势植物为多年生禾本科植物,放牧草地中一年生植物和小半灌木优势明显。（2）围封和放牧草地的植物盖度、凋落物量、地上生物量和物种丰富度存在明显差异（P<0.05）;围封显著提高了植被盖度和地上生物量,由疏林草地、针茅草原到草甸,植物盖度和地上生物量逐渐增加,而3种草地植被凋落物量大小顺序为针茅草原> 疏林草地> 草甸;放牧条件下植物盖度、凋落物量和物种丰富度差异不显著（P>0.05）。（3）3种草地之间的地下生物量无显著差异（P>0.05）,但围封与放牧之间、不同土壤层次之间地下生物量存在明显差异（P<0.05）;围封显著提高草地的地下生物量（P<0.05）;草地地下生物量随着土壤深度表现出下降趋势（P<0.05）。长期放牧增加了草地一年生植物和小半灌木植物的优势,消除了不同草地之间植被盖度和物种丰富度的差异;而围封能提高草地多年生禾本科植物的优势、增加其物种丰富度,对于草地质量和植物多样性的恢复和保育具有积极作用。     

沙地土壤呼吸观测与测定方法比较

采用动态密闭气室法(IRGA)和碱液吸收法(AA)对科尔沁沙地不同生境(固定、半固定和流动沙丘)土壤呼吸的日动态、季节动态及其影响因子进行了测定分析,并对两种方法进行了比较.结果表明:(1)从固定到半固定沙丘、半固定到流动沙丘,随着植物群落盖度及土壤有机质含量的降低,土壤呼吸速率呈现递减的趋势.整个测定期用IRGA法和AA法测定的平均土壤呼吸速率,固定沙丘分别为2.348和0.878μmolCO2·m-2·s-1,半固定沙丘分别为1.666和0.812μmolCO2·m-2·s-1,流动沙丘分别为1.061和0.573μmolCO2·m-2·s-1.(2)各生境土壤呼吸速率的昼夜变化与气温和土壤温度的变化趋势一致,与近地表空气湿度的变化趋势相反.(3)各生境土壤呼吸速率的季节变化与温度不完全同步,但其对温度的依赖程度显著高于土壤水分.(4)AA法测定的结果明显低于IRGA法,平均为IRGA法的48%;两种方法具有很好的相关性(R2=0.649 5,p＜0.001).     

土地利用方式对荒漠草地生物量分配及碳密度的影响

草地生态系统群落生物量的分配模式对于研究生态系统碳储量和碳循环有着重要的意义。为了解内蒙古荒漠草地群落生物量垂直分配格局,从不同土地利用方式着手探讨群落生物量不同成层性分配规律并估算荒漠草地生物量碳密度。结果表明:(1)人工灌溉草地灌木层生物量明显高于放牧和原生草地,草本层生物量表现出灌溉草地>原生草地>放牧草地,而凋落物层表现出灌溉草地<放牧草地<原生草地,地上生物量集中在草本层(60%以上),地下0~10 cm生物量大于其他层生物量(P<0.05)。(2)灌木层生物量、草本层生物量、凋落物层间存在极显著的相关关系(P<0.0001);地下各层生物量之间存在极显著相关关系(P<0.0001);且灌溉草地与原生草地群落地上层生物量与地下层生物量之间存在显著相关关系(P<0.05),故可以建立生物量成层性分配模型。(3)生物量碳密度原生草地<放牧草地<灌溉草地。     

科尔沁沙地3种灌木凋落物分解速率及其与关键气象因子的关系

选取科尔沁沙地3种代表性灌木（差不嘎蒿、黄柳、小叶锦鸡儿）作为研究对象,采用网袋法对其凋落物进行研究,每月取样测试,结合试验期间当地气象资料,对凋落物在不同类型沙丘、不同深度的分解率进行相关分析。结果表明,生长季节内,放置在地表的凋落物在固定沙丘上的分解率大于其在流动沙丘上的分解率,而在冬春季节却相反;凋落物在地下10 cm深处的分解普遍快于地表;经过一年的分解,差不嘎蒿的分解率大于另两种植物,以固定沙丘地表放置为例,其最终分解率为53.6%,大于小叶锦鸡儿的28.5%及黄柳的21%;降水对凋落物的分解影响较地温更大。     

干旱区油蒿生物量凋落分解与土壤呼吸

生物量的凋落分解与土壤呼吸影响流沙基质中CaCO3的淋溶和淀积。为研究腾格里沙漠油蒿群落中土壤CaCO3的形成,对油蒿当年生物量的凋落分解与土壤呼吸进行了探讨。结果表明：在腾格里沙漠,固定沙地上油蒿当年生物量[（41.51±1.76）g·m-2]显著高于半固定沙地[（32.31±0.92)g·m-2],固定沙地上油蒿叶量籽量和[（32.89±1.34)g·m-2]也显著高于半固定沙地[（19.32±0.64)g·m-2];但不同立地油蒿叶量和籽量的分解速率均大于0.6692 g·g-1·a-1,且油蒿的凋落物需要4.48 a才能达到分解最大值。另一方面,油蒿半固定沙地、油蒿固定沙地和油蒿+冷蒿固定沙地的土壤呼吸速率均存在显著差异;统计分析表明,油蒿+冷蒿固定沙地土壤呼吸速率最低[（7.37±1.07)mg CO2·m-2·h-1]可能与油蒿+冷蒿固定沙地土壤中较高的pH值和较低的土壤呼吸脱氢酶活性有关。可见,干旱区油蒿群落越到固定阶段,凋落量越大,释放的Ca2＋越多,土壤呼吸速率越低,土壤中的pH值越高,而这越有利于土壤中CaCO3的形成。     

科尔沁沙地植物萌动期不同类型沙丘土壤微生物区系特征

通过对科尔沁沙地植物萌动期不同类型沙丘中0－50 cm土壤层微生物组成及其与生态因子的关系研究表明:微生物的活动强弱程度是:固定沙丘>半固定沙丘>半流动沙丘>流动沙丘,每种沙丘类型中不同微生物类群数量分别是:细菌>放线菌>真菌。微生物数量在垂直分布上表现为:流动沙丘表层最少,30—40 cm层活动相对强烈;半流动沙丘和半固定沙丘在垂直分布上变化相对较小;固定沙丘表层最多,表层以下变化不大。各类群微生物数量与电导率、植被盖度、凋落物量和沙丘固定程度都呈显著正相关（P≤0.01）;pH值对放线菌的影响最大,其次为细菌,而对真菌的影响较小。微生物活动与地温的相关性不高,与土壤水分含量呈负相关。影响科尔沁沙地土壤微生物的主要生态因子是植被盖度和土壤可溶性无机盐含量。     

黄河口滨岸潮滩不同生境下翅碱蓬氮的累积与分配特征

2008年5～11月,采用定位研究方法对黄河口滨岸潮滩不同生境下翅碱蓬(Suaedasalsa)氮的累积与分配特征进行了研究。结果表明,中潮滩翅碱蓬(JP1)和低潮滩翅碱蓬(JP2)不同器官生物量均具有明显季节变化特征,总体表现为JP1高于JP2,二者枯落物量均呈递增变化;JP1、JP2根、茎和枯落物的全氮(TN)含量在生长季均呈递减变化,符合指数衰减模型,而叶的总氮(TN)含量波动变化明显;二者不同器官及枯落物的氮累积量和累积速率(VN)季节变化明显,JP1地上部分的氮累积量和VN一般明显高于JP2,且二者地上部分氮累积量和VN均明显高于地下;JP1、JP2不同部分的氮分配比差异明显,其中叶的分配比最高,分别为(46.91±16.97)%和(55.21±9.79)%,说明叶是翅碱蓬重要的氮累积器官;二者氮的年吸收量和最大现存量分别为5.29g/m2、2.63g/m2和13.76g/m2、3.19g/m2;二者氮的吸收系数(0.0145和0.0065)均较低,而利用系数表现为JP2(0.8243)>JP1(0.3844),JP1在氮的吸收方面要强于JP2,而在利用方面却低于JP2。JP1和JP2生物量、TN含...     

极端降水事件对科尔沁沙地一年生植被的影响北大核心CSCD

在科尔沁沙地奈曼旗,大于10mm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(T_1,共288mm、分18次;T_2,共288mm、分9次;T_3,共576mm、分36次;T_4共576mm、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,T_3、T_4维持在400株·m^(-2),而T_I、T_2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)T_1、T_2、T_33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)T_3、T_4显著降低了沙地一年生植被的水分利用效率。     

科尔沁沙地沙丘固定过程中植物生物量及土壤特性

为了解沙丘固定不同阶段植物群落的生物量特点及土壤理化特性的变化规律,研究比较了科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、沙质草地4种生境的地上、地下生物量,并分4层土壤深度分析了土壤理化特性的演变特征及相关关系.结果表明:(1)植物地上生物量与地下生物量显著正相关,0~10 cm土层地下生物量最大,随着沙丘的固定,地下10～20、20～40、40～60 cm深度土层的生物量显著增加,植物地上生物量依次增大,分别为2.20、98.10、131.41、190.38 g·m^-2,地下地上生物量比依次为10.44、1.67、0.81、1.18;(2)随着沙丘的固定,表层土壤容重由1.62 g·cm³下降到1.33 g·cm³,各土层的粉沙和极细沙的占比依次增加,中沙比例依次减小,土壤碳氮含量、碳氮比、pH值、电导率均逐渐增加;(3)地上、地下生物量均与表层土壤碳氮含量、pH值、电导率显著正相关,土壤碳、氮含量均与pH值、电导率、土壤水分含量显著正相关,与土壤容重显著负相关(p<0.05).综上所述,沙丘恢复过程中植物生物量的增加与表层土壤颗粒细化、营养物质增多、水分增加密切相关,土壤-植被系统构成了有机的综合体.     

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。     

不同生境下砂蓝刺头(Echinops gmelini)形态结构及生物量分配特征北大核心CSCD

砂蓝刺头(Echinops gmelini)是沙区常见一年生草本,具有繁殖比例高、密度高和生长速度快等特征,是研究区春季和早夏季节植物群落组成中最重要的草本植物。沙区人工植被演替过程中,群落中砂蓝刺头个体构件形态和生物量分配特征及其对土壤生境恢复的指示意义是本研究目的。分析了不同植被恢复阶段的沙地中(2010年铺设草方格、始植花棒、始植油蒿和1989年始植柠条与油蒿的固沙区,分别为生境1、2、3和4)砂蓝刺头构件形态及生物量分配特征。结果表明:(1)人工植被建立早期,初步稳定的沙面条件有利于砂蓝刺头的生长,而随着人工植被建立时间的增长呈现出种群衰退的趋势。4个生境间砂蓝刺头在株高、基径、根长、花序数及各器官生物量方面均差异显著(P<0.05),其大小关系是生境2>3>1>4。(2)不同生境地上-地下生物量间均为等速生长关系,且存在共同相关生长指数1.036,支持等速生长假说;地上-叶生物量间具有共同异速生长指数(0.874,异速生长关系);营养体-繁殖生物量间均表现出α>1异速生长关系,即繁殖生长资源的积累速率快于营养体生长。(3)株高、花序数与地上部分生物量间具有显著或极显著的正相关关系,表现出较好的协同变化趋势。总之,不同生境间砂蓝刺头形态结构及生物量特征具有明显差异,而构件生物量间相关生长关系的一致规律性及较稳定的繁殖生物量分配,有利于其适应异质生境并完成生长发育。     

沙坡头固定沙丘结皮层的微生物区系动态

对中科院沙坡头沙漠研究试验站的人工植被固定沙丘、红卫自然植被固定沙丘的结皮层和流动沙丘表层(0~ 05cm)中的微生物类群数量的研究结果表明:①好气性细菌数量影响着微生物总数量的变化趋势;②微生物总数量分布依次排列为:自然植被固定沙丘>1956年栽植区>1964年栽植区>自然半固定沙丘>1982年栽植区>流动沙丘;③土壤微生物类群数量与结皮层的形成、植物覆盖度和土壤含水率等因子有密切的关系;④结皮层中的微生物类群数量与流动沙丘的固定程度呈正向关系。     

闽江河口湿地芦苇和互花米草生物量季节动态研究

通过对闽江河口湿地芦苇(Phragmites australis)和互花米草(Spartina alterniflora)群落特征和生物量的调查,结果表明:2种植物株高和密度呈显著负相关.芦苇地上部各构件生物量最大值出现在夏季,其值为1 524.8±78.85 g·m-2;互花米草最大值出现在秋季,其值为3 037.2±248.78 g·m-2.互花米草地上生物量显著大于芦苇(P＜0.05),但立枯量无显著差异(P＞0.05).2种植物地下生物量均为0～15 cm＞15～30 cm＞30～60 cm;芦苇夏季各层生物量极显著大于其他季节(P＜0.05),互花米草地下各层生物量在冬季达到最大,生长季节逐渐下降,夏季最小.芦苇和互花米草总生物量积累动态呈典型的单峰值曲线,总生物量互花米草高于芦苇,但二者差异不显著.随着入侵时间推移,互花米草总生物量还要持续增长.     

不同生境下砂蓝刺头(Echinops gmelini)形态结构及生物量分配特征

砂蓝刺头(Echinops gmelini)是沙区常见一年生草本,具有繁殖比例高、密度高和生长速度快等特征,是研究区春季和早夏季节植物群落组成中最重要的草本植物。沙区人工植被演替过程中,群落中砂蓝刺头个体构件形态和生物量分配特征及其对土壤生境恢复的指示意义是本研究目的。分析了不同植被恢复阶段的沙地中(2010年铺设草方格、始植花棒、始植油蒿和1989年始植柠条与油蒿的固沙区,分别为生境1、2、3和4)砂蓝刺头构件形态及生物量分配特征。结果表明:(1)人工植被建立早期,初步稳定的沙面条件有利于砂蓝刺头的生长,而随着人工植被建立时间的增长呈现出种群衰退的趋势。4个生境间砂蓝刺头在株高、基径、根长、花序数及各器官生物量方面均差异显著(P0.05),其大小关系是生境2314。(2)不同生境地上-地下生物量间均为等速生长关系,且存在共同相关生长指数1.036,支持等速生长假说;地上-叶生物量间具有共同异速生长指数(0.874,异速生长关系);营养体-繁殖生物量间均表现出α1异速生长关系,即繁殖生长资源的积累速率快于营养体生长。(3)株高、花序数与地上部分生物量间具有显著或极显著的正相关关系,表现出较好的协同变化趋势。总之,不同生境间砂蓝刺头形态结构及生物量特征具有明显差异,而构件生物量间相关生长关系的一致规律性及较稳定的繁殖生物量分配,有利于其适应异质生境并完成生长发育。