沙地人工植物群落生物量动态及其更新途径

小叶锦鸡儿群落是科尔沁沙地固定、半固定沙丘具有代表性的人工固沙植物群落之一，其群落种类组成，群落特征均趋于不断稳定和完善。根据小叶锦鸡儿生长发育过程中的两个不同阶段，探讨了不同龄级小叶锦鸡儿人工群落生物量的季节性动态，提出了生物量动态曲线模型。确定萌芽更新是该群落的主要更新途径，采取平茬措施可促进萌蘖，提高地上部生物量。平茬更新的适宜年龄级为６～８ａ。     

京津风沙源浑善达克沙地治理区退耕还林地的植被变化

本文选择京津风沙源区浑善达克沙地治理区大兴安岭南部亚区2004年退耕的榆树-小叶锦鸡儿林及山杏林和浑善达克沙地亚区2002年退耕的榆树-小叶锦鸡儿、小叶锦鸡儿退耕林及榆树疏林沙地设置监测样地,对植被盖度、生物量、物种多样性等进行了连续4年的监测调查,结果表明:在大兴安岭南部亚区,退耕后4~7年,榆树-小叶锦鸡儿林总盖度和总生物量均极显著高于对照的蒿类草地(p<0.01),且呈逐年上升趋势;山杏人工林总盖度在前期低于天然胡枝子灌丛,但后期优于对照;山杏人工林总生物量逐年增加,并在2010年和2011年显著大于胡枝子灌丛(p<0.05)。榆树-小叶锦鸡儿和山杏人工林及其对照样地的Shannon-Wiener指数均呈波状变化,差异不显著。在浑善达克沙地亚区,退耕后6~9年,榆树-小叶锦鸡儿林地的总盖度显著高于小叶锦鸡儿和榆树疏林沙地(p<0.05),但榆树疏林沙地在年际间的变化更稳定,榆树疏林沙地总生物量在2008-2010年间均高于榆树-小叶锦鸡儿和小叶锦鸡儿人工林,但人工林逐年增加的趋势更明显。小叶锦鸡儿人工林和榆树疏林沙地的Shannon-Wiener指数明显高于榆树-小叶锦鸡儿林地,并且都呈波状增加趋势,而榆树-小叶锦鸡儿林地的Shannon-Wiener指数表现出与降雨变化同样的趋势。     

小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)群落蒸散发模拟

基于2016、2017年生长季原位气象监测数据,利用Shuttleworth-Wallace(S-W)模型模拟了科尔沁沙地主要固沙植物小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)群落的蒸散发,对蒸散组分进行了拆分,并利用涡度相关系统对模拟蒸散发值进行了验证。结果表明:2016、2017年生长季小叶锦鸡儿群落蒸散发量分别为345.4、325.2 mm,土壤蒸发量分别为93.8、83.8 mm,植被蒸腾量分别为251.6、241.4 mm,土壤蒸发占总蒸散发分别为27.2%、25.8%。30 min尺度上模拟值与实测值一致性较高,模拟精度大体表现为晴天阴天雨天。持续干旱和降水后,小叶锦鸡儿蒸腾耗水规律明显不同,持续干旱时期小叶锦鸡儿保持较低的蒸腾耗水,且具有明显的"午休"现象,连续降水后小叶锦鸡儿"午休"消失,蒸腾耗水增强。饱和水汽压差是影响小叶锦鸡儿蒸散发的主要因子。     

科尔沁沙地几种常见植物茎叶吸水特征

植物通过茎叶吸水能够极大地改善自身水分条件。为研究科尔沁沙地植被茎叶吸收水分变化特征,于2017年7-8月选取科尔沁沙地常见植物差不嘎蒿（Artemisia halodendron）、小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）、猪毛菜（Salsola collina）,通过自然降雨、茎叶隔雨、根部隔雨的控制试验,运用压力室法测定了降雨前后的植物水势（Ψ）变化。结果表明：（1）根部隔雨试验中,差不嘎蒿、小叶锦鸡儿和猪毛菜降雨后的水势值与降雨前相比分别升高了约66.7%、59.5%和87.9%,在降雨后第2天的水势值与降雨前相比分别升高了约73.2%、86.7%和90.6%。（2）差不嘎蒿和猪毛菜在不同部位隔雨试验中的茎叶水势值差异不明显（P>0.05）,小叶锦鸡儿茎叶水势值存在显著差异（P<0.05）。（3）差不嘎蒿、小叶锦鸡儿和猪毛菜都存在茎叶吸水现象。小叶锦鸡儿比差不嘎蒿和猪毛菜更能够适应科尔沁沙地的生存环境。     

沙地小叶锦鸡儿群落持续经营的对策

主要研究了极度干旱对小叶锦鸡儿生长的影响及小叶锦鸡儿人工固沙林的密度和现有林的经营利用对策,探讨了干旱条件下土壤水分与植株密度、植被盖度的关系。结果表明:天然群落表现出对干旱条件极强的适应性,人工群落则出现了生长衰退甚至大面积枯萎现象,这主要是由于人工群落密度过大所造成的。轻度放牧可以增加小叶锦鸡儿可食部分,是持续经营利用小叶锦鸡儿群落的有效途径。     

科尔沁沙地两种固沙灌木林地土壤理化性质和酶活性比较

小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和差不嘎蒿(Artemisia halodendron)是科尔沁沙地典型的固沙灌木,它们在退化沙地的恢复过程中起着重要的作用。本研究对这两种灌木林地表层土壤理化性质和酶活性进行了比较。结果表明:小叶锦鸡儿比差不嘎蒿对沙丘土壤理化性质和酶活性的改善作用较大。其中,小叶锦鸡儿林地土壤黏粉粒含量比差不嘎蒿高3倍左右,土壤含水量是差不嘎蒿的1.31倍,土壤有机碳和全氮分别是差不嘎蒿的1.35和1.36倍,土壤过氧化物酶和脲酶活性分别是差不嘎蒿林地土壤的2和3倍。科尔沁沙地流动沙丘中种植小叶锦鸡儿和差不嘎蒿后,两种灌木均能改善沙丘土壤理化性质和酶活性,但是其改善能力存在一定差异,总体来说,在退化沙地土壤肥力和生物活性的恢复方面,小叶锦鸡儿的优势高于差不嘎蒿。     

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.     

基于茎干液流法和涡度相关法的小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)群落蒸散特征

运用Dynamax茎流测量系统、涡度相关系统、气象-土壤环境观测系统进行连续观测,利用基径横截面积对单枝茎干液流进行尺度扩展,得到科尔沁沙地小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)群落蒸腾量(T),并与涡度相关系统观测的蒸散发量(ET)进行对比,详细分析了小叶锦鸡儿群落T与ET的变化特征以及群落水分收支状况。结果表明:(1)小叶锦鸡儿群落T、ET日变化趋势基本一致,均值分别为1.61 mm·d~(-1)、2.43 mm·d~(-1);(2)T、ET日内变化曲线分别呈宽幅单峰型、钟型分布,日累积量均呈"S"型增长趋势;(3)不同天气条件下T、ET日变化峰型各异,峰值及总量变化水平晴天高于阴雨天;(4)不同降水事件中,降雨时间不同导致T启动时间推迟或结束时间提前,ET发生时间降水前后无显著差异;降雨量P≤10 mm或P20 mm时,雨后T有所降低,10 mmP≤20 mm时,雨后T显著提高;不同降雨强度下,雨后ET较雨前有所升高,且ET波峰大小与降雨量成正相关;(5)观测期间ET/P为1.04,小叶锦鸡儿群落水分收支基本平衡。     

湿润条件下几种锦鸡儿属灌木的气体交换特征及调节机制

土壤水分充足时柠条、中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿的Pn、E和Gs均大幅度提高,Pn和Gs值的大小顺序为:中间锦鸡儿>小叶锦鸡儿>柠条,E值的大小顺序为:柠条>中间锦鸡儿>小叶锦鸡儿。柠条一日内的Fv/Fo、Fm/Fo和Fv/Fm值最高,日间没有明显的降低;中间锦鸡儿的上述各项荧光参数值最低,且在13:00~ 17:00出现"低谷",说明发生了明显的光合作用光抑制;小叶锦鸡儿各项测值的大小和波动幅度居于两者之间;3种灌木的光抑制均可在黄昏得到恢复。3种灌木的Chl以中间锦鸡儿为高,柠条和小叶锦鸡儿相近;Car的日均值仍以中间锦鸡最高,柠条和小叶锦鸡儿则相近。一日内以柠条的水势最低且波动平缓;中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿的水势较高,日间降幅较大,在15:00~ 17:00降至最低。柠条脯氨酸含量在日间明显增加,中间锦鸡儿稍有增加,小叶锦鸡儿则不明显;3种灌木的脯氨酸含量依次为柠条>中间锦鸡儿>小叶锦鸡儿。     

干旱胁迫下4种锦鸡儿属植物叶脉密度与最低水势关系

以内蒙古中间锦鸡儿(Caragana intermedia)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla),新疆北部粉刺锦鸡儿(Caragana pruinosa)、多刺锦鸡儿(Caragana spinosa)为材料,探讨4种植物叶脉特征是否存在差异,是否促进干旱胁迫下叶忍耐的最低水势的分化。结果表明:中间锦鸡儿、小叶锦鸡儿叶忍耐的最低水势分别为-6.0 MPa和-6.5 M Pa,粉刺锦鸡儿、多刺锦鸡儿忍耐的最低水势分别为-4.0 M Pa和-4.4 M Pa;最低水势与一级脉密度、二级脉密度无线性关系,但随三级叶脉密度和细脉密度的增加而线性增加;最低水势随一级脉、二级脉、三级脉和细脉导管壁厚与导管腔直径比值的三次方(t/b)3增加而增加,但只与细脉(t/b)3显著线性相关。和新疆分布种相比,内蒙古分布种三级脉和细脉密度的增加,细脉抗塌陷能力的增强促进了叶干旱胁迫下忍耐的最低水势的下降。     

黄土高原西部人工灌木生长季土壤水分变异特征

以兰州干旱地区生态植被恢复技术研究与示范基地灌木品种研究小区为试验点,研究了黄土高原西部丘陵区坡面不同灌木下0～200 cm土层土壤水分特征,采用Brown-Forsythe检验方法和变异系数比较不同灌木覆盖下土壤水分含量的差异。结果表明:土壤水分的变化受到坡位、坡向、灌木种类的影响较大。相同土层的土壤水分变异系数基本为阴坡>半阴坡>半阳坡>阳坡。坡上部的土壤水分变化较大,坡中部和坡下部相对较稳定。多数灌木的土壤水分变异系数随着土壤深度的增加而减小,变异系数较大值相对集中在20～80 cm土层。从土壤水分的亏缺量、植物水分亏缺度来看,在植被恢复的过程中,选择荒漠锦鸡儿(Caragana roborovskyi)、甘蒙锦鸡儿(Caragana opulens)、枸杞(Lycium chinense)等耗水量相对较低的植被更加合理。     

基于热红外遥感的沙冬青(Ammopiptanthus Mongolicus)健康状况诊断

近几十年来,由于荒漠地区日益严重的环境问题以及人为破坏,古老荒漠残遗种沙冬青(Ammopiptanthus Mongolicus)群落的衰退现象越来越严重,现已处于濒危状态。研究沙冬青群落在退化过程中的生理变化,以及平茬后沙冬青的生理响应,可以为防止沙冬青退化及其更新复壮提供科学依据。基于多年的野外观察和研究,我们提出了"沙冬青群落在退化过程中,叶片的蒸腾作用加强","沙冬青群落在平茬之后叶片的蒸腾作用加强"的研究假设。为此,利用热红外遥感技术在西鄂尔多斯自然保护区分别对无枯枝和枯枝率分别为30%、60%、90%的沙冬青群落以及平茬后一年、三年的沙冬青群落进行了观测。结果表明:(1)枯枝率较高的沙冬青群落叶片蒸腾速率一般大于枯枝率较低的群落;平茬后的沙冬青群落中,叶片蒸腾速度一般大于未平茬群落,与假设相符。(2)枯枝率为60%和90%的沙冬青群落的植被蒸腾扩散系数hat值一般小于0.5,无枯枝和枯枝率为30%的沙冬青群落的hat值一般大于0.5,因此可以取0.5为阈值,作为诊断沙冬青的健康状况的依据。(3)平茬可以有效促进沙冬青群落的复壮更新。(4)本研究中,hat值是沙冬青健康状况的诊断依据,仅需要测量气温、叶片表面温度和参考叶片表面温度,这些参数均容易获得,同时测量过程对沙冬青无损伤,因此热红外遥感技术是诊断沙冬青健康状况的一种简单有效的无损伤手段方法。     

沙坡头沙区锦鸡儿属植物抗旱性的研究

本文对沙坡头沙区的12种锦鸡儿属植物的叶片解剖结构和水分生理等特征进行了比较研究,利用主分量,综合分析了与抗旱性有关的各个特征,客观地列出该属一些植物种的抗旱性顺序:白皮锦鸡儿>刺叶锦鸡儿>垫状锦鸡儿>狭叶锦鸡儿>柠条锦鸡儿>甘蒙锦鸡儿>绢毛锦鸡儿>中间锦鸡儿>小叶锦鸡儿>荒漠锦鸡儿>川西锦鸡儿>树锦鸡儿。供选择适宜的固沙植物种提供参考。     

长白山西坡小叶章侵入苔原带调查与机理分析

受火山活动干扰,长白山各坡向植被演替进程表现出较大差异,东坡植被演替处于早期阶段;而北坡出现岳桦(Betula ermanii Charm.)上侵现象;南坡植被演替处于二者之间。经过多年野外调查对比分析,首次提出长白山西坡苔原带出现小叶章(Deyeuxia.angustifolia(Kom.)Y.L.Chang)侵入苔原的现象。调查显示小叶章呈现从低海拔处向高海拔逐渐侵入的趋势,威胁牛皮杜鹃(Rhododendron chrysanthum Pall.)及笃斯越橘(Vaccinium uliginosum Linn.)等苔原带植物的生存,并导致苔原带景观变化。在调查长白山西坡小叶章侵入苔原带的基础上,根据苔原带的环境变化设计了小叶章移栽与增温实验、小叶章种子着床实验。实证了小叶章上侵是火山喷发后植被演替的一个特殊阶段,并提出长白山苔原带西坡小叶章上侵代表了岳桦林带上移的理论。     

基于叶片微形态结构评价10种锦鸡儿属(Caragana)植物的抗旱特征

以中国西北荒漠地区的10种锦鸡儿属(Caragana)植物的叶片为对象,通过光学显微镜和扫描电子显微镜的观察,选择叶片厚度、气孔密度、绒毛盖度、角质层厚度等10项叶片结构指标对叶肉细胞解剖结构和表皮微形态结构进行了研究,探究10种锦鸡儿对干旱环境的适应特征,并用层次聚类分析法进行分类和模糊数学隶属函数值法进行抗旱性综合评价。结果表明:10种锦鸡儿在长期适应各自生境的过程中,叶片表面微形态结构和叶肉细胞结构均表现出明显的适应特征。10种锦鸡儿属植物的叶片形态结构适应特征聚为3类,第1类主要特征是气孔、叶片厚度和表皮细胞厚度大,绒毛盖度和叶片组织结构紧密度小;第2类是绒毛盖度较大,栅栏组织厚度和叶片组织结构紧密度小;第3类是栅栏组织厚度和叶片组织结构紧密度大,气孔、角质层厚度、叶片厚度和表皮细胞厚度小。根据隶属函数值,10种锦鸡儿属植物的抗旱性由大到小排列的顺序为卷叶锦鸡儿>荒漠锦鸡儿>短脚锦鸡儿>狭叶锦鸡儿>柠条锦鸡儿>小叶锦鸡儿>中间锦鸡儿>红花锦鸡儿>鬼箭锦鸡儿>刺叶锦鸡儿。     

脆弱生态带典型区域几种锦鸡儿属优势灌木的光合特征

小叶锦鸡儿在原产地科尔沁沙地光合速率可达12.21μmol·m^-2·s^-1,引种至腾格里沙漠后降低了11.63倍,光合日变化曲线由"凹谷"型变为"单峰"型;毛乌素沙地中间锦鸡儿的光合速率在引种前为4.5μmol·m^-2·s^-1,引种后降低了3倍,光合日变化曲线由"双峰"型变为"单峰"型;在相同的环境条件下,柠条和中间锦鸡儿光合等特性相似,以小叶锦鸡儿光合速率最低,引种前后降幅最大,说明其对引种地的适应性不及中间锦鸡儿。     

祁连山西水林区亚高山灌丛水文功能的综合评价

在祁连山西水林区排露沟小流域,与2014年生长季(5~9月)测定5种主要灌丛的冠层、枯枝落叶层、土壤层的多种水文作用,并在此进行了综合评价。结果表明:各灌丛类型的水文作用差别明显,冠层截留率变化在24.54%~52.95%,从大到小依次为鲜黄小檗吉拉柳金露梅箭叶锦鸡儿甘青锦鸡儿;枯落物层的最大持水量变化在50.40~152.50 t·hm-2,有效持水量变化在37.47~96.66 t·hm-2,其中吉拉柳的最大,甘青锦鸡儿最小;0~60 cm土壤层的孔隙度、持水量、入渗速率等水文特性随灌丛样地所处海拔降低而减小,依次为吉拉柳箭叶锦鸡儿金露梅鲜黄小檗甘青锦鸡儿;不同灌丛的生长季径流量变化在12.60~143.93 mm,径流系数变化在3.16%~26.62%,从大到小依次为吉拉柳箭叶锦鸡儿金露梅甘青锦鸡儿鲜黄小檗;由于地表覆盖度较好,土壤侵蚀量均很低,但仍有灌丛类型的明显差别,变化在2.46~19.15 kg·hm-2,从小到大依次为吉拉柳箭叶锦鸡儿鲜黄小檗金露梅甘青锦鸡儿。从各种水文作用的综合评价来看,由大到小依次为吉拉柳箭叶锦鸡儿鲜黄小檗金露梅甘青锦鸡儿。研究结果对深入认识和全面评价祁连山区灌丛的水文作用及科学指导当地的植被建设和水资源管理提供了科学依据。     

固沙常见锦鸡儿属植物的研究

本文对12种固沙常见锦鸡儿属植物的分类、分布、花粉形态进行了比较研究。确定了柠条锦鸡儿、中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿三者的亲缘关系,并认为绢毛锦鸡儿是这12种中最原始种,锦鸡儿属可能正象Komapob所说的,是由一个比较原始的祖先种沿着不同的途径衍化而形成目前的许多种。     

沙埋对小叶锦鸡儿幼苗生长和生物量分配的影响

沙埋是沙地植物生长和分布的重要选择压力之一,是影响植物种子萌发、幼苗出土和幼苗存活的关键因素.本研究对科尔沁沙地常见的沙生灌木小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)幼苗进行了不同深度的沙埋试验.结果表明:各处理间叶片数量在沙埋初期有差异,后期差异不显著;各处理植株生物量均主要分配在叶片中,随着沙埋深度的增加叶片生物量比逐渐降低,而茎生物量比逐渐增加.当沙埋深度达到其株高的133%时,可使幼苗全部死亡;而在沙埋深度与株高相同时,其存活率仅为37%.沙埋30天后,中度沙埋(67%)能促进小叶锦鸡儿幼苗的株高、根长、总生物量以及根茎相对生长速率的增加;而重度沙埋抑制植株地上部分的高生长和叶相对生长速率.这说明中度沙埋在一定程度上可以促进小叶锦鸡儿的生长,而重度沙埋抑制幼苗的生长,甚至导致幼苗的死亡.     

极端条件下几种锦鸡儿属灌木的生理特性

研究了土壤极端干旱和旱后复灌条件下4种锦鸡儿属灌木(黄刺条、甘蒙锦鸡儿、白皮锦鸡儿和狭叶锦鸡儿)的光合作用、蒸腾作用、气孔调节、水势变化、叶绿素荧光和脯氨酸累积等特征。结果显示:土壤极端干旱叠加高温、高光辐射和低空气湿度,使4种灌木的生理活动降到极限,各项生理指标对小气候因子的变化已无明显响应;旱后复灌,使4种灌木的生理活动明显恢复,对小气候因子的变化响应明显;不同种对土壤干湿变化的响应程度不同,以甘蒙锦鸡儿变化幅度最大,以白皮锦鸡儿变化幅度最小;由土壤干湿条件下的生理响应可以说明,甘蒙锦鸡儿为一喜湿种,白皮锦鸡儿对土壤干湿变化的适应幅度较小,而以黄刺条和狭叶锦鸡儿的适应幅度最大。