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。     

呼伦贝尔沙地和松嫩沙地草地沙漠化过程中土壤理化特性变化规律的比较研究

分别在松嫩沙地和呼伦贝尔沙地,选择沙漠化梯度样地,测定了土壤主要理化特性指标,比较了两地土壤沙漠化演变过程的差异。结果表明:①松嫩沙地非沙化草地的土壤黏粉粒、硬度、土壤温度、土壤有机质、全养分、土壤含水量和含盐量明显高于呼伦贝尔沙地,而土壤粗沙含量和土壤容重明显低于呼伦贝尔沙地;②随着沙漠化的发展,无论是松嫩沙地还是呼伦贝尔沙地,其土壤细沙含量、黏粉粒含量、土壤含水量、土壤含盐量、土壤硬度、有机碳、全养分含量均明显下降,土壤粗沙含量、土壤温度、土壤容重明显增加,其变化幅度是松嫩沙地大于呼伦贝尔沙地;③沙漠化对草地土壤理化特性的影响程度表现为松嫩沙地大于呼伦贝尔沙地,其原因主要是松嫩沙地原始土壤的理化性质要好于呼伦贝尔沙地。     

从太阳视运动入手正确认识日出、日落时的太阳方位

由于太阳在天球上的周日视运动,导致同一日期日出、日落时的太阳方位产生纬度差异,同一纬度地区日出、日落时的太阳方位产生季节变化。春分日和秋分日,全球各地太阳均从正东方升起、正西方落下,其它日期均偏离正东、正西方位,纬度越高的地区偏角就越大;对于同一纬度地区,越接近夏至日和冬至日的日期,日出、日落方位的偏角就越大。     

毛乌素沙地油蒿(Artemisia ordosica)群落土壤水分动态特征

以流动沙地作对照,在毛乌素沙地选择半固定沙地油蒿(Artemisia ordosica)群落、具生物结皮的油蒿群落和油蒿+本氏针茅(Stipa capillata)群落设置样地,以10min间隔获取5、15、30、50、70cm深度土壤水分实时监测数据,分析生长季不同植被覆盖下沙地土壤水分动态变化特征。结果表明:(1)4个样地均为秋季储水量最大,油蒿+本氏针茅群落0~80cm层土壤储水能力最强,平均增加了30mm。(2)受土壤蒸发影响的同时,得不到春季小降水事件的补给,流动沙地20~60cm层春季土壤含水量只有4%,生长季波动明显,呈双峰型,0~20cm层和60~80cm层土壤含水量较稳定;半固定沙地油蒿群落0~60cm层土壤含水量长期处于6%左右,60~80cm层春季最低、夏季和秋季得到较好的补给,呈双峰型;具生物结皮的油蒿群落0~10cm平均土壤含水量大于10~20cm层,0~10cm层土壤水分受生物结皮影响呈双峰型,而10~60cm土壤水分较稳定,呈单峰型,60~80cm层土壤含水量在春季最低,呈双峰型;油蒿+本氏针茅群落土壤持水性有明显增加,夏季和秋季土壤含水量可长期处于12%~14%,呈明显的双峰型,而60~80cm土层得不到充分的降水补给,长期处于4%左右,呈单峰型。(3)不同植被覆盖的沙地土壤水分对30mm左右降水的响应深度不同,流动沙地可到70cm,半固定沙地油蒿群落到50cm,具生物结皮的油蒿群落到30cm,油蒿+本氏针茅群落到40cm;极端降水能够影响所有样地0~70cm土壤含水量。     

干旱区油蒿种群结构和分布格局分析

对宁夏中卫市沙坡头、甘肃古浪县鸣沙咀和民勤县扎子沟这3个干旱区天然油蒿分布区的油蒿种群结构和空间分布格局进行了研究,其中根据大小结构图和存活曲线分析油蒿种群动态,用平均拥挤度m*、丛生指数(I)、聚块性指标(m*/m)、Cassie指标(CA)、扩散系数C、负二项分布中的K指标来判断格局类型并且根据双项轨迹方差法来分析格局规模。结果表明,沙坡头和扎子沟油蒿种群处于稳定阶段,鸣沙咀固定沙地和半固定沙地的油蒿种群处于增长阶段;各油蒿种群的分布格局类型为聚集分布,但是各样地聚集度大小存在着差异,具体表现为:鸣沙咀半固定沙地鸣沙咀固定沙地沙坡头样地扎子沟样地;对各样地种群格局规模的分析表明格局规模存在差异。     

河南省旬降水量的标度不变性分析

利用河南省107个气象观测站1961-2012年逐旬降水量资料,分析了河南省旬降水量的时空变化特征,并利用去趋势波动分析方法探讨了河南省旬降水量的标度不变性。结果表明:(1)河南省逐旬平均降水量及其站间均方差52 a平均为20.6 mm和15.4 mm,其概率分布均不服从正态分布,为正偏态分布。(2)河南省逐旬降水量及其站间均方差的累积离差均具有阶段性变化特征,在阶段内均具有极为显著的线性变化趋势,能够通过信度为0.001极显著水平的检验。(3)河南省逐站旬降水量的标度指数均在0.5以下,表明时间序列具有非持久性。河南省旬降水量标度指数空间变异性较小,具有正态分布的特征。     

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。     

塔里木河下游典型胡杨群落大气凝结水的形成规律与数量评估

在极端干旱的塔克拉玛干沙漠边缘地区,凝结水可能是一种重要的水源。然而,目前对该地区凝结水的形成、数量等特征所知甚少。借助于涡动协方差观测系统于2013年6~12月对沙漠边缘胡杨林群落的水汽通量、气象要素等进行观测,目的是揭示凝结水的形成特征及其在区域水量平衡中的作用,初步探讨凝结水定量评估方法。研究结果表明:胡杨林群落具有明显水汽凝结现象,在整个182 d的观测期内,凝结水出现的天数达到了148 d,占整个观测期总日数的81%,累积凝结水量为19.78 mm;凝结水出现时,夜间平均持续时间为3~4 h左右,平均日凝结水量为0.13 mm。单一冠层凝结出现天数为47 d,凝结总量8.5 mm,明显大于单一的地面凝结(44 d,6.65 mm),生长季冠层凝结是主要的。基于观测数据,构建了凝结水出现天数、日持续时间与凝结速率的评估方程,模拟结果在长时间尺度上(月、季)可较好的反映实测结果(R20.9)。观测结果显示,凝结水总量超过同期降水量0.48 mm,并达到当年年降水量的84%,凝结水对水分收支的作用与年降水相当,在区域水量平衡中扮演了重要的角色。     

不同降雨量下人工重建林土壤性状及微生物特性比较

分析和比较了甘肃省中部典型黄土丘陵区不同降雨量下人工重建林土壤性状及微生物特性.结果表明:随降水量的增加,土壤含水量升高,pH值变化不明显;土壤有机碳、全氮、微生物量碳、微生物量氮含量均表现为以400 mm降水量为分界线,降水量≥400 mm样地的含量显著高于降水量<400 mm样地(p<0.05);降水量为500 mm样地的全磷、速效磷、速效钾含量及土壤微生物呼吸最高,但土壤微生物呼吸熵为200 mm降水量样地最高;微生物熵变化不显著.相关性分析表明,不同降水量梯度下,土壤理化性质与微生物特性之间存在不同程度的相关性.     

可可西里土壤凝结水形成特征及其影响因素研究

青藏高原受气候变化影响,干湿过渡状况不断扩大,凝结水是旱区重要的水分补给来源,研究凝结水对青藏高原生态具有重要意义。为探究凝结水在青藏高原的形成特征以及影响凝结水形成因素,选取近年来受气候影响较大的可可西里盐湖地区作为研究区,使用微型蒸渗仪探究其0~10 cm土壤水分蒸发凝结特征,并利用相关回归分析、主成分分析探究影响凝结水形成因素。结果表明：（1） 在14:00—次日14:00期间,气温和土层温度均呈现出先减小后增大的变化趋势,0~10 cm土壤在00:00—10:00内有明显土壤凝结水形成,而在其余时间水量蒸发明显。大气水汽和土壤深层水汽组成土壤凝结水的比例约为1:3。当夜间近地空气相对湿度大于64%,近地气温小于3.8 ℃,5 cm土层温度低于4.1 ℃,有利于土壤凝结水的形成,平均水量可达0.2 mm·d^-1。（2） 相关分析表明土壤总凝结水量与5 cm土层温度和5~30 cm土层温度差呈显著负相关,而且凝结水量与相关因子的线性拟合效果较好;大气水汽凝结水量与气温呈现显著负相关,与相对湿度呈现显著正相关。主成分分析结果显示0~10 cm以上土层微气象因子对凝结水形成因素较大。     

腾格里沙漠东南缘荒漠植被盖度月变化特征及生态恢复

 研究表明:封育区植被盖度一年四季大于未封育区,在正常年份的生长季内前者植被盖度为17.89%~29.39%,后者为11.60%~16.05%。封育区和未封育区150 m样线上的灌木植物在70~90株(丛)和60~70株（丛）之间,基本保持稳定;草本植物个体数月变化则显著,未封育区从4月份以后数量递增, 7、8月显著增加,8月底达到最大值,而封育区则表现为4、 5月增加,6月减少,7、8、9月线性增加,达到最大值,且未封育区草本植物的数量少于封育区。未封育区由于植被盖度低,灌丛分布不均匀,沙面裸露多,地面风沙流活动强烈,白刺沙包风蚀严重;而封育区植被盖度较大,灌丛分布较均匀,风沙流活动弱,白刺沙包稳定,形成了较为稳定的自然植被生态系统。试验表明,在当地气候和地理条件下,通过封育或避免人为干预,荒漠区生态植被的自然恢复,可大大增加防风固沙能力,改善当地的生态环境。     

覆砂年限对砂田砂层质量、土壤水热状况及西瓜生长的影响

为探明砂田土壤水、热状况乃至西瓜生长发育随覆砂年限的变化趋势,为提高中、老砂田的生产效率提供理论依据,本试验选取了5～40年砂田为研究对象,对其砂层含土量、砂层厚度、土壤水热效应及西瓜生长发育进行了研究。结果表明:铺砂年限每增加一年,砂层含土量平均增加0.6%左右,砂层厚度减少0.12 cm左右;西瓜生育期内,10、15、20、30、40年砂田较5年砂田0～20 cm土层积温分别降低了47.68、117.28、122.49、206.56、320.06 ℃;1 m土层内土壤贮水量分别下降了11.74、33.15、39.31、51.99、57.3 mm,表现出新砂田与中砂田较老砂田的增温、保墒效果均随着土层的加深递减,且该趋势在西瓜生育前期较强,中后期逐渐减弱。西瓜生育期随着铺砂年限的延长而延长,土壤水、热状况及西瓜产量、品质、水分利用效率均随着种植年限的延长而逐渐降低,以30年砂田为对照,5、10、15、20年砂田西瓜产量分别增加了170.91%、85.06%、58.76%、46.83%;西瓜含糖量分别提高了1.7%、1.6%、1.3%和0.8%;水分利用效率分别提高了83.48%、35.18%、35.35%和31.50%。     

基于Hydrus-1D模型的科尔沁沙地沙丘-草甸相间区土壤水分动态模拟

土壤水分是干旱半干旱地区生态环境的主要限制性因子,研究科尔沁沙地流动沙丘和草甸地土壤水分动态规律有助于荒漠化地区的生态恢复和保护。以2018年5月25日至10月31日为研究期,利用土壤各项实测参数和气象数据,评价Hydrus-1D模型在科尔沁沙地的适用性,并揭示科尔沁沙丘-草甸相间区土壤水分分布特征,重点分析研究区流动沙丘200 cm剖面和草甸地80 cm剖面土壤水分的动态规律。结果表明:研究区典型土地类型流动沙丘和草甸地土壤水分模拟值和实测值的决定系数均高于0.76,均方根误差0.01~0.02 cm³·cm^-3;在土壤剖面上具有明显的分层结构,流动沙丘分为3层,即0~20 cm为干沙层,20~120 cm为活跃层,120~200 cm为稳定层,其中40 cm土壤水分波动性最大;草甸地分为2层,即0~40 cm为活跃层,40~80 cm为稳定层,主要受降雨、蒸散发和地下水位影响;流动沙丘和草甸地降雨与表层土壤水分呈极显著相关,降雨量与地下水位变化仅草甸地呈显著正相关;在整个研究期内,流动沙丘土壤水分储量变化量为12.6 mm,土壤实际蒸发量为105.9 mm,200 cm深层渗漏量为173.9 mm,占总降雨量的59.5%;草甸地土壤水分储量变化量为8 mm,80 cm深层渗漏量为-27.2 mm(地下水补给量),土壤实际蒸发量为67 mm,植被蒸腾量为244 mm,地表径流量为0 mm。     

生长季流动沙地水量平衡研究

利用水分分配箱对流动沙地土面蒸发量和入渗补给量的月动态特征及其水量平衡作了定量研究。结果表明:①生长季流动沙地土面蒸发量从４月开始逐渐增大,至８月达到蒸发的最高点,９月蒸发量开始回落;5月、6月受气温的影响蒸发量相对较小,只占到同期降水量的30%~40％,有利于土壤储存更多的水分;生长季总蒸发量为167.42 mm,占同期降水量的76.07％,远小于固定沙地小叶锦鸡儿灌丛蒸散量占同期降水量的135.83％的比值。②补给量从4月开始逐渐增大,8月达到最大值16.79 mm,进入9月,随着降水量的减少以及8月较大的蒸发消耗,补给量迅速减少。补给系数从5月至8月逐渐增大,最大值可达到26.73％,平均值为15.09％。     

宁夏河东沙地不同植被覆盖度的土壤起沙特征试验研究

为了评价宁夏河东沙地不同生态破坏与植被恢复措施的防沙治沙效果,利用自行设计的5个高度降尘接沙仪和4台内蒙古农牧大学生产的水平输沙接沙仪,通过人工吹风的方式,于2004年5月20—23日在不同植被覆盖度的下垫面上,开展不同垂直高度和不同距离的降尘试验和不同垂直高度的沙尘粒子截留试验。植被类型为自然裸露沙丘、低覆盖度天然草场、围栏禁牧的自然恢复草场、人工草方格沙丘治理结合飞播的生态恢复治理草地及原退耕还牧的复垦农田。结果表明,裸露沙丘土壤风蚀最严重,防沙治沙以围栏禁牧效果最好,其次为草网格治理,复垦农田和流动沙丘均容易起沙。     

高寒沙区吸湿凝结水凝结过程与温湿度的关系

吸湿凝结水作为干旱半干旱地区除降雨外主要的水分来源，具有十分重要的生态水文学意义。以青海共和盆地高寒沙区1997年植被恢复区生物土壤结皮吸湿凝结水为研究对象，2018年5—9月采用自制微渗仪观测吸湿凝结水量，同时观测近地层空气温湿度和土壤温湿度。结果表明：观测期间，不同类型结皮吸湿凝结水量存在差异，表现为苔藓结皮>藻类结皮>物理结皮>流沙，且差异性与观测时间无关；吸湿凝结水量与近地层空气湿度正相关，与近地层空气温度、土壤温度湿度负相关，且相关性与地表类型无关；吸湿水凝结过程主要受近地层空气温湿度的影响，累积贡献率85.294%；生长季吸湿凝结水主要产生时间为19：00至次日07：00，期间凝结速率呈波动性变化；19：00—23：00吸湿凝结水凝结速率不断上升，且上升趋势与近地层空气温湿度无关；00：00—03：00吸湿凝结水凝结速率出现滞后效应，滞后于近地层空气温湿度变化1 h；04：00—07：00呈先升高后降低趋势，04：00出现该时间段凝结速率最低值，05：00出现该时间段凝结速率的最高值。     

西沙赵述岛地表蒸散发实验

蒸散是岛礁水循环过程中的重要组成部分,对保护珊瑚岛礁生态有重要意义。2018年6月27日—2018年8月8日利用自制的微型蒸渗仪及蒸发皿,在中国西沙群岛赵述岛开展了野外蒸散观测实验,获得了岛礁砂壤土裸地雨后实际蒸发速率,以及不同下垫面及钙质砂质地情形下潜在蒸散特征。其中,砂壤土裸地实际蒸发观测表明,雨后第2日至第4日平均蒸发速率为（1.6±0.2） mm/d,第5日至第7日迅速下降,7日后蒸发速率逐渐稳定在（0.5±0.2）mm/d,实际蒸发过程受土壤含水量调节,裸地实际蒸发（E）与蒸发皿潜在蒸发（E_o）的比值E/E_o与土壤表层含水量关系表明两者呈明显的线性相关。蒸散控制实验表明,蒸渗仪潜在蒸散呈现空旷地草地>空旷地砂壤土>林间带草地>林间带砂壤土的规律,林间带遮挡减少草地蒸散比减少裸地蒸发影响更加明显。裸地蒸发速率受岛礁钙质砂质影响,岛礁钙质砂颗粒越大,快速蒸发阶段持续时间越短,蒸发速率越小。微型蒸渗仪日蒸发量和午间蒸发速率呈一定线性相关,其中细粒钙质砂、中粒钙质砂及砂壤土三种土壤类型两者相关性更加明显。     

科尔沁沙地沙丘水分深层渗漏量和侧向运移量

沙丘水分的深层渗漏和侧向运移与深层土壤水、地下水及相邻丘间低地的水分状况密切关联。以科尔沁沙地典型流动沙丘迎风坡坡底，迎风坡坡中、坡顶、背风坡坡中和背风坡坡底监测点为例，采用自制的水分渗漏量及侧向运移量的监测装置，测定了科尔沁沙地流动沙丘各坡位入渗到0~100 cm土层雨水沿坡面的侧向运移量及入渗到100 cm以下的深层渗漏量。结果表明：生长季（5—10月）流动沙丘坡顶、迎风坡坡中、背风坡坡中、背风坡坡底处累积深层渗漏量分别为44.46、78.65、61.84、147.6 mm，分别占同期降雨量的17.03%、30.12%、23.68%、56.53%；迎风坡坡中、背风坡坡中、背风坡坡底处的累积侧向运移量分别为32.35、96.47、82.59 mm，分别占同期降雨量的12.39%、36.95%、31.63%。迎风坡坡中（P<0.01）和坡顶（P<0.05）的月深层渗漏量与月降雨量均显著正相关；背风坡坡中（P<0.01）和背风坡坡底（P<0.05）的月侧向运移量与降雨量均显著正相关。     

科尔沁沙地沙漠化过程中土壤有机碳含量变化特征及影响因素北大核心CSCD

科尔沁沙地是中国半干旱地区沙漠化发展的典型地区和沙漠化防治的重点区域。本研究以科尔沁沙地为研究区域,以沙漠化逆转不同阶段的沙地为研究对象,通过野外调查和室内分析,采用空间代替时间的方法,在区域尺度上探讨了土壤有机碳对沙漠化过程的响应规律,并结合气候、植被和地形因子阐释了该区域土壤有机碳空间变异的主导因素。结果表明:(1)土壤有机碳含量随沙漠化程度的加剧表现出疏林草地(未沙漠化)>固定沙地(轻度沙漠化)>半固定沙地(中度沙漠化)>半流动沙地(重度沙漠化)>流动沙地(极重度沙漠化)。(2)固定沙地、半固定沙地、半流动沙地和流动沙地土壤有机碳密度分别比疏林草地降低了29.1%、49.3%、62.9%和84.1%。(3)随着沙漠化的发展,土壤质地发生粗化现象,即中、细砂粒含量明显增加,而土壤细颗粒(极细砂和黏粉粒)含量明显下降。(4)科尔沁沙地沙漠化过程中,土壤黏粉粒的损失是土壤粗化、有机碳含量下降的主要原因,而pH的变化受沙漠化影响较小。(5)气候因子是导致SOC含量受经纬度影响的主要因素,而地形因子的影响次之。     

乌兰布和沙漠典型植物群落土壤风蚀可蚀性研究

为探明植被恢复对乌兰布和沙漠土壤风蚀可蚀性的影响，以乌兰布和沙漠内不同沙地固 定阶段的 8 种典型植物群落及群落内表土作为研究对象，对土壤物理因子（可蚀性颗粒含量、土壤 含水量、有机质含量）、土壤结皮因子、植被因子 3 类土壤风蚀可蚀性因子指标进行监测，分析土壤 风蚀可蚀性因子在不同植物群落类型间、沙地固定阶段间的差异。结果表明：（1）在乌兰布和沙漠 典型植物群落中，沙蓬、沙生针茅、盐爪爪等草本植物群落的土壤风蚀可蚀性最强，白刺、梭梭、沙 冬青等灌木植物群落土壤风蚀可蚀性弱于草本植物群落，说明灌木林能显著降低土壤风蚀作用。 （2）随着沙地的不断固定，土壤结构不断发育，土壤可蚀性不断降低，土壤风蚀可蚀性强弱表现为 固定沙地<半固定沙地<流动沙地。（3）土壤可蚀性颗粒含量、土壤有机质含量、土壤含水量、土壤结 皮、植被因子与植被类型及沙地固定阶段具有显著相关关系。因此，在沙区生态建设工程中，为了 减少土壤风蚀量，不仅要考虑物种的选择，还要促进人工生态系统的演替和恢复，从而有效降低土 壤风蚀可蚀性。研究结果可为乌兰布和沙区植被生态系统服务功能的科学评价、防沙治沙工程的 建设与管理提供一定参考。