黑河中游绿洲及绿洲-荒漠生态脆弱带 土壤含水量空间分异研究

以黑河中游平川绿洲和六坝绿洲为例,对绿洲及绿洲-荒漠生态过渡带土壤含水量空间分异进行了分析研究。结果表明:在无灌溉条件下绿洲及绿洲-荒漠生态过渡带的土壤含水量水平分异明显,绿洲土壤含水量高于绿洲-荒漠生态过渡带和荒漠地区土壤含水量,并出现从绿洲到绿洲-荒漠过渡带和荒漠依次递减的趋势,主要受土壤性状、土壤水分水平运动和绿洲-荒漠局地大气环流影响;绿洲活动层土壤含水量垂直分异上表现为从表层向下逐渐增加,而过渡带和荒漠区活动层土壤含水量垂直分异则是表层和底层比20~30cm处低,可能与荒漠土壤凝结水的形成与运动有关。受绿洲地下水过度开采和绿洲边缘人类活动影响,在绿洲-荒漠过渡带形成了生态裂谷,对绿洲生态系统的安全构成威胁。     

民勤绿洲荒漠带土壤水分的空间分异研究

 通过野外试验和室内分析,对民勤绿洲荒漠带土壤水分的空间分异进行了研究。结果表明,在水平方向上,土壤水分的平均最大值基本出现在绿洲区,最小值出现在绿洲荒漠过渡带。在绿洲区,土壤含水量由表层向下逐渐递增;过渡带土壤含水量呈现出表层和底层低,中间层高的特点;荒漠区土壤含水量呈现出表层和底层高,中层低的特点。土壤水分特性的变异系数最大的是过渡带,最小的是绿洲。土壤水分含量各层最佳拟合模型不尽相同。水分含量的自相关性不强,受随机因素的影响较大。     

荒漠-绿洲区土壤性质过渡特征

荒漠-绿洲区是干旱区地表景观格局变化最频繁的地区,深入研究荒漠-绿洲区不同景观格局土壤环境的差异对揭示干旱区生态系统过程至关重要。本研究通过采集石羊河流域荒漠、过渡带和绿洲土壤样品,综合运用多种分析方法,研究荒漠-绿洲区不同景观格局土壤理化属性的差异及其相互作用关系。结果表明：从荒漠、过渡带到绿洲景观,土壤质地和持水性能在不断好转,酸碱度和盐分状况变化不大,养分状况则表现为荒漠和过渡带具有近乎相同的有机碳和全氮含量,绿洲具有显著增加的有机碳、全氮和全磷含量。在不同深度上,荒漠景观土壤理化属性几乎没有变化;过渡带土壤质地由表层至深层不断改善,含水量逐层增大,全磷含量缓慢增加,C∶N和C∶P的值波动减小;绿洲景观土壤含水量由表层至深层显著增加,养分含量显著降低,C∶N和C∶P的值显著减小。总体而言,荒漠景观土壤理化属性的分异程度最小,绿洲景观分异程度最大,过渡带景观在土壤质地和含水量方面的分异程度较大,在土壤养分方面的分异程度较小。此外,过渡带景观土壤理化属性的自相关程度最高,且土壤质地是引起其他土壤理化属性分异的主要原因。     

不同环境背景下的艾比湖区域土壤水盐差异性特征研究北大核心CSCD

由于不同的环境背景下环境机制不同,所以导致了水盐(主要指水分、盐分)空间变异存在很大差异,在此背景下分析艾比湖地区含水量与含盐量空间变异,有助于更加合理的了解土壤含水量与含盐量一体化规律。以艾比湖为中心把艾比湖区域分为三个靶区:绿洲、荒漠、湖区,运用统计学方法,分析三个区域的土壤水分、盐分差异性特征。结果表明:绿洲、荒漠、湖区这三个区域表层土壤盐分积聚严重,其含盐量大小依次为:荒漠→绿洲→湖区,而含水量却相反;绿洲、荒漠和湖区土壤含盐量的变异系数均在85%~150%之间,属高强度变异,含水量变异系数均介于55%~75%之间,属中强度变异。说明荒漠区域盐分含量的水平分布不均匀,空间异质性较强;而水分含量的水平相对较为均匀,空间异质性较弱。绿洲、荒漠、湖区土壤层10~20 cm与20~40 cm土壤层含盐量的存在显著性相关性(p<0.01),即绿洲的相关系数0.913,荒漠的相关系数0.966,湖区的相关系数0.941,绿洲与湖区土壤表层与亚层含水量存在显著性相关性(p<0.01)相关系数分别为0.851和0.908。说明绿洲与湖区土壤层0~10 cm与10~20 cm土壤含水量存在水分转移现象,荒漠区域这种现象不明显,可能与沙漠炎热地表环境和土壤性质等因素有关。研究结果揭示了艾比湖地区不同环境背景下秋季的土壤含水量与含盐量分布特征,为艾比湖地区农作物灌溉管理及土壤盐渍化治理提供了科学依据。     

不同环境背景下的艾比湖区域土壤水盐差异性特征研究

由于不同的环境背景下环境机制不同,所以导致了水盐（主要指水分、盐分）空间变异存在很大差异,在此背景下分析艾比湖地区含水量与含盐量空间变异,有助于更加合理的了解土壤含水量与含盐量一体化规律。以艾比湖为中心把艾比湖区域分为三个靶区：绿洲、荒漠、湖区,运用统计学方法,分析三个区域的土壤水分、盐分差异性特征。结果表明：绿洲、荒漠、湖区这三个区域表层土壤盐分积聚严重,其含盐量大小依次为：荒漠→绿洲→湖区,而含水量却相反;绿洲、荒漠和湖区土壤含盐量的变异系数均在85%～150%之间,属高强度变异,含水量变异系数均介于55%～75%之间,属中强度变异。说明荒漠区域盐分含量的水平分布不均匀,空间异质性较强;而水分含量的水平相对较为均匀,空间异质性较弱。绿洲、荒漠、湖区土壤层10～20 cm与20～40 cm土壤层含盐量的存在显著性相关性（p<0.01）,即绿洲的相关系数0.913,荒漠的相关系数0.966,湖区的相关系数0.941,绿洲与湖区土壤表层与亚层含水量存在显著性相关性（p<0.01）相关系数分别为0.851 和0.908。说明绿洲与湖区土壤层0～10 cm与10～20 cm土壤含水量存在水分转移现象,荒漠区域这种现象不明显,可能与沙漠炎热地表环境和土壤性质等因素有关。研究结果揭示了艾比湖地区不同环境背景下秋季的土壤含水量与含盐量分布特征,为艾比湖地区农作物灌溉管理及土壤盐渍化治理提供了科学依据。     

再议绿洲－沙漠过渡带——以策勒绿洲－沙漠过渡带为例

 被长期质疑的绿洲－荒漠过渡带在不断观测和丰富积累的基础上让我们有了一个完整的认识。以策勒绿洲为例对其进行剖析,作为绿洲－荒漠过渡带的一种典型类型,绿洲－沙漠过渡带可以界定为自绿洲边缘（人工防护体系或天然稀疏灌木林边界）到植被盖度为20%～25%的固定－半固定沙地为外缘边界（绿洲与流动沙漠之间）的荒漠地带。过渡带的内缘边界为绿洲外缘的人工防护体系,包括防风阻沙林带或天然稀疏灌木林。过渡带形成是因为从绿洲到外部荒漠存在水热环境因子的梯度变化,导致植被、土壤、地貌等综合景观展现出过渡特征,其组成与结构模式为：由绿洲向沙漠方向,稀疏灌木林（或边缘防护林体系）地－缓起伏灌草沉沙地－起伏灌丛沙堆和高起伏灌丛沙堆地。过渡带是乡土动植物重要的保留与保护地,是绿洲与沙漠间能流物流输送交换的缓冲带、绿洲的天然生态屏障,对地貌、土壤以及植被具有保护功能,且具有重要的固碳作用。     

荒漠绿洲过渡带不同立地条件下物种多样性及其与土壤理化因子的关系

通过于2007-2011年对甘肃河西走廊中部荒漠绿洲过渡带不同立地条件下植被样方的调查,应用 Margalef丰富度指数、Pielou均匀度指数、Shannon-Weiner指数和Simpson指数研究了不同立地条件下物种多样性的变化,并采用典范对应分析方法(CCA)研究植物物种分布与土壤环境因子的关系。结果表明：荒漠绿洲过渡带丘间低地的植被盖度和Margalef、Simpson、Shannon-Wiener、Pielou指数值均最大,流动沙丘条件下最小;Hill多样性指数排序结果显示,随着土壤水分条件的变差,物种多样性同样表现出降低的趋势。按多样性从高到低的顺序,其相应的立地条件分别为丘间低地、缓平沙坡、固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘。选取的土壤因子对过渡带植被分布的影响程度大小为土壤含水量＞pH值＞全钾＞有机质＞速效氮＞全氮＞速效钾＞全磷＞土壤盐分＞速效磷。土壤含水量和pH是荒漠绿洲过渡带植被分布空间差异的最主要影响因子,前3个轴的环境解释率为98％,证明排序可信。     

基于电磁感应技术的塔里木盆地北缘绿洲土壤盐分空间变异特性

土壤盐渍化是影响绿洲农业生产、抑制作物生长的主要生态环境问题。当前,将电磁感应技术与地面实测技术相结合是监测土壤盐渍化分布及其变化的先进方法。本文以新疆渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区,以电磁感应仪在水平模式下（EM_H）和垂直模式下（EM_V）所获取的土壤表观电导率数据以及野外实测数据为基础,通过建立EM_V和EM_H与土壤盐分含量及组成元素的多元线性回归模型,采用泛克里格法（Universal Kriging）对研究区两个关键季节（干季、湿季）的土壤盐分含量及组成的空间变异特征进行了分析。结果表明：研究区干季和湿季表层盐渍土含盐量均与EM_V和EM_H具有良好的相关性,以EM_V+EM_H为自变量建立的土壤盐分解译模型的精度较高,且通过0.01水平检验;研究区干、湿两季的表层土壤含盐量数据符合P-P正态分布,空间分布均呈现强相关性;采用能够充分考虑到干旱区表层土壤盐分空间变异的球状套合模型,能够更好地拟合土壤表层含盐量的空间结构;研究采用泛克里格法将解译出的土壤盐分及其主要组成离子（Na⁺、Cl^-）含量进行空间插值分析,其变化趋势与土壤含盐量的变化趋势基本一致,因而采用电磁感应技术可以有效地监测不同季节干旱区绿洲土壤盐分及其组成的空间变化。     

临泽荒漠绿洲湿地植物生态系列及其物种多样性研究

在对黑河中游临泽县荒漠绿洲湿地植物群落组成野外调查的基础上,采用TWINSPAN数量分类方法和多变量排序等方法,研究典型内陆盐沼植被类型及空间分布特征,分析了物种多样性特征,探讨了影响临泽荒漠绿洲湿地植物群落分布的主要环境因子。结果表明,在临泽荒漠绿洲湿地,共监测到40种高等植物,隶属于18科38属;湿地植被分为3个植被类型,11个群丛。在湿生带、湿生—旱生交错带和旱生带的梯度上,植被类型从以小粒苔草(Carex karoi)、小花灯芯草(Juncus articulatus)和芦苇(Phragmites australis)为主的盐碱化沼泽植被,经以赖草(Leymus secalinus)、碱蓬(Suaeda glauca)和小花棘豆(Oxytropis glabra)为主的盐化草甸植被,过渡到以苦豆子(Sophora alopecuroides)为主的碱化草原植被。物种丰富度指数、多样性指数和均匀度指数都表现为湿生—旱生交错带最高、旱生带最低的特征,而群落优势度指数表现为交错带最低、旱生带最高的特征。湿生—旱生交错带基本包括了湿生带和旱生带的优势种,其物种丰富度指数最大(21种),而旱生带最小(8种)。土壤含水量、土壤养分含量和全盐含量均是影响植被分布的主要环境因子。其中土壤含水量和全盐含量的贡献率最大,是影响临泽荒漠绿洲湿地植物群落演替的关键因子。土壤表层含水量和全盐含量也是影响物种丰富度的关键因子。此外,土壤含水量还是影响群落优势度的主要因素,而土壤全氮含量是影响群落均匀度的重要因子。     

新疆准噶尔盆地典型荒漠区不同景观植被对土壤养分的影响

在群落演替的不同阶段,土壤与植被之间存在不同的互动关系。在新疆准噶尔盆地南缘,选择荒漠-绿洲交错区、沙漠边缘、沙漠腹地典型景观类型取样,监测不同景观条件下土壤水分、土壤有机质、全氮、全磷和植被盖度。结果表明,不同景观植被盖度、土壤水分、土壤养分含量存在显著的差异性(P0.5)。土壤水分含量、植被盖度、土壤养分含量表现为荒漠-绿洲交错区沙漠边缘沙漠腹地的变化趋势;土壤含水量由荒漠-绿洲交错带10.4%递减到沙漠边缘5.8%、沙漠腹地3.5%;植被盖度、土壤养分含量随土壤类型由荒漠灰钙土向风沙土过渡,呈现显著的下降趋势。在相同土壤属性情况下,植被盖度与土壤有机质、土壤全氮之间存在显著的线性正相关关系,表明不同区域内植被在一定程度上影响土壤养分的积累。     

水盐动态与土地利用变化相互作用的分析

利用1987年和1998年两期土地利用现状图,1988~1998年水文资料和2000年、2001年地下水和土壤水、盐含量的监测资料,分析三工河流域水盐的时空动态变化对流域土地利用的影响。1988~1998年三条河流年出山口总径流量10年间无显著变化,但上游老绿洲耕地面积逐步扩大,引水量逐年增加,可以占到出山口径流总量的90%以上。1998年相对于1988年,上游绿洲地下水位有所下降,而所有下游观测点的地下水位均有所升高,盐渍化问题加剧。通过2000年和2001年三工河流域下游的新垦绿洲地下水、土壤的连续观测表明,从绿洲、过渡带到沙漠中,土壤盐分含量的变化梯度不大,差异不显著,而水分则有显著的下降趋势。但是在过渡带由于受绿洲灌溉过程的影响,地下水位较浅,土壤含水量较高,植被较为稳定,因此绿洲边界始终没有变化。因此水分的减少是绿洲过渡带动态稳定的关键限制因子。绿洲内的撂荒地和靠近绿洲的荒漠草地受绿洲内部灌溉过程的影响,地下水位升高,超过了地下水的临界深度,同时又因为缺少灌溉的反复淋洗,在强烈的蒸发作用下,盐分的表聚现象十分明显,而且整个剖面内盐分的含量都较高,土壤的盐渍化现象非常严重。     

准噶尔盆地南缘绿洲-沙漠过渡带“肥岛”形成过程中土壤颗粒的分形研究

通过野外调查取样和室内分析的方法研究了准噶尔盆地南缘绿洲-沙漠过渡带不同地段的梭梭灌丛土壤不同空间位置（包括灌丛下和灌丛间）的土壤颗粒分形维数的变异特征,以及分形维数与土壤机械组成、土壤养分的关系。结果表明:①土壤颗粒分形维数与土壤沙粒含量呈极显著负相关(P<0.01),与土壤粉粒和粘粒含量呈极显著正相关(P<0.01),并与土壤养分含量中的有机质、全氮、全磷呈极显著的正相关 (P<0.01),与可被植物吸收利用的速效形态养分碱解氮、速效钾、速效磷等的含量有极显著的正相关关系(P<0.01),土壤颗粒分形维数可用以表征土壤结构性状和肥力特征。②沙漠-绿洲过渡带典型空间位置的土壤粒级分布呈梯度性变化,从绿洲到沙漠1~0.25 mm的土壤颗粒体积百分比从0.4%增加到16%,而小于0.05 mm的颗粒体积百分比从76.6%减少到3.5%,土壤的粗粒组分明显增加,细粒组分明显递减,并且土壤颗粒分形维数从2.50降低到2.03。③不同粒径土粒的分布规律表现为灌丛下的粉粒、粘粒含量均大于灌丛间的,其中沙漠腹地灌丛下的表层土壤粉粒增加了1.23%,粘粒增加了0.06%;退耕还林地灌丛下土壤表层的粉粒增加了10.78%,粘粒增加了2.91%,说明梭梭灌丛能有效截获风蚀带来的微细尘埃、粘粒和粉沙,使灌丛下土壤的结构及肥力性状得以改善,形成灌丛“肥岛”。     

河西走廊荒漠绿洲过渡带封育对土壤和植被的影响

在河西走廊荒漠绿洲过渡带,封育天然植被是植被群落恢复、防止绿洲沙漠化的有效措施。以流动沙丘作为对照(0年),对封育5年和15年的半固沙和固定沙丘植被群落以及土壤进行调查取样和分析。结果表明:随着封育年限增加,天然固沙植被群落生物多样性增加,灌木层和草本层植物密度、盖度和生物量都显著增加,灌木层盖度从10%增加到40%,草本层以一年生草本植物为主,物种从5种增加到8种,生物量从1 g·m^-2增加到13 g·m^-2。随着天然植被盖度增加,土壤表层沙土细粒化明显,沙土中黏粉粒含量显著增加,土壤质地由粗质沙粒向细质沙粒转变;随着沙土中黏粉粒成分的增加,沙土有机质、全氮、全磷含量也增加,灌丛下土壤养分含量高于灌丛间,“沃岛效应”明显。同时,在灌丛下表层土壤出现明显的盐分集聚现象,其中SO₄^2-、K⁺、Na⁺含量分别增加了6、3、17倍。在降水100 mm左右的荒漠绿洲过渡带,封育可以显著恢复固沙植被群落和提高沙土质地和养分。     

绿洲-荒漠过渡带典型防护林体系环境效益及其生态功能

 在塔里木河下游绿洲-荒漠过渡带,选取乔灌草结构（胡杨-柽柳-花花柴群落）、乔灌结构（胡杨-柽柳群落）和单一乔木结构（胡杨群落）三种典型防护林为研究对象,采用野外监测和室内分析相结合的方法,探讨了不同类型防护林对空气温湿度、土壤理化特性及防护效应等的作用,并分析了产生差异的原因及生态功能。结果表明：(1）干旱区绿洲-荒漠过渡带不同结构组成的防护林均可提高群落内温湿度的稳定性,改善土壤理化性质,其中乔灌草结构防护林较其它群落更有利于增加0~50 cm土壤有机质、[WTBX]全N、全P[WTBZ]和20~100 cm土壤全[WTBX]K[WTBZ]的积累;能更有效地增加0~30 cm土壤水分、抑制0~100 cm土壤盐分、稳定0~50 cm土壤温度;(2）单一胡杨林群落的有效防护高度为2~3 m,横向有效防护距离为40 m;胡杨-柽柳群落的有效防护高度为2～4 m,横向有效防护距离为60 m;胡杨-柽柳-花花柴群落的有效防护高度分别为小于1 m和2~4 m,高度超过1 m以上的横向有效防护距离为60 m,在1 m以下其横向有效防护距离可达100 m;(3)群落结构、植物密度和覆盖度是影响防护林环境特征和生态功能的主要原因。     

塔里木河下游绿洲-荒漠过渡带植物多样性特征及优势种群分布格局

结合10个断面的30个样地野外调查结果,采用物种丰富度指数(R)、Shannon-Wiener指数(H)、Simpson优势度指数(D)、物种均匀度指数(JSW)、Whittaker指数、Cody指数、扩散系数(C)、负二项参数(K)、平均拥挤度(m*)、丛生指标(I)、聚块性指标(PI)、Green指数(CA)、Cassie指标(GI) 综合分析了塔里木河下游绿洲-荒漠过渡带植物群落多样性及优势种群的空间分布格局。结果表明:塔里木河下游绿洲-荒漠过渡带优势种群为胡杨(Populus euphratica)、柽柳(Tamarix spp.)、黑果枸杞(Lycium ruthenicum)、盐穗木(Halostachys caspica)、花花柴(Karelinia caspica)、芦苇(Phragmites communis)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)、甘草(Glycyrrhiza inflata)、罗布麻(Apocynum hendersonii),受生境中水分条件的影响,各种群均呈聚集分布格局;各群落α-多样性指数低,物种多样性呈梯度变化,受环境水土资源条件限制,物种丰富度变化为:绿洲内>交错区>荒漠区;受地下水埋深的影响,群落结构呈规律性变化:乔-灌-草结构—灌-草结构—单一灌木结构—灌-草结构—乔-灌-草结构;Whittaker指数、Cody指数显示群落β-多样性随着地下水埋深梯度发生变化,过渡带是绿洲和荒漠物种分布变化的分界地带。因此,地下水埋深是决定塔里木河下游绿洲-荒漠过渡带物种多样性和种群分布的决定因素。     

准噶尔盆地东南缘绿洲荒漠交错带土壤动物群落特征

为理解准噶尔盆地东南缘绿洲-荒漠交错带土壤动物群落特征,采用国际通用采样方法在2010年4月、7月、9月及11月中旬对该交错带不同生境土壤动物群落进行了调查研究,比较分析了该区土壤动物群落组成、多样性及其季节动态特征。结果表明:①共采集到大、中小型土壤动物9 788只,隶属于4门12纲32目,其中甲螨目、弹尾目、中气门目和前气门目为优势类群,常见类群有垫刃目、鞘翅目幼虫、膜翅目、无气门目、缨翅目和双翅目幼虫,优势类群和常见类群占群落总个体数的96.27%,其他22类群均属于稀有类群,只占总捕获量的3.73%。②在不同生境土壤动物群落组成、个体数量及多样性都表现出了明显的时空变异（P<0.05）,其类群数高低顺序为自然林＞防护林＞牧草地＞灌木林＞耕地＞菜瓜地＞荒草原＞荒漠,而个体数量顺序为菜瓜地＞耕地＞牧草地＞防护林＞自然林＞荒草原＞灌木林＞荒漠。③不同生境土壤动物的垂直分布具有明显的表聚特征,即从地表向下,随着土壤深度的增加土壤动物个体数量逐渐减少。④在不同生境土壤动物个体数量表现出了明显季节变化,其高低顺序为冬季＞秋季＞春季＞夏季。研究结果为进一步开展干旱区绿洲-荒漠生态系统土壤动物生态学的研究奠定了基础。     

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。