封育措施对巴塘高寒草甸植被群落结构及土壤持水能力的影响

选取巴塘高寒草甸设置封育及自然放牧样地,通过野外实地监测及室内试验相结合的方法,分析封育措施对植被群落结构及土壤持水能力的影响。结果显示:1)封育措施显著提高了高寒草甸植被群落总盖度及平均高度(p0.05),增加了群落的物种丰富度、均匀度及复杂程度,植被群落中禾本科和豆科植物等优良牧草显著增加,菊科、莎草科以及有毒杂草类植物所占比重有所下降。2)封育措施丰富了高寒草甸植被群落垂直分层结构,退化草地垂直结构由一层增加至三层。3)封育措施降低了高寒草甸0~40 cm层面土壤容重,二者差异在10~20 cm层面最明显(p0.05)。4)尽管未达到显著水平(p0.05),封育样地0~40 cm层面土壤有机碳密度均高于自然放牧样地。5)封育措施明显改善了高寒草甸土壤持水能力。其中,封育样地0~10、10~20、20~40 cm深度土壤饱和持水量、毛管持水量及田间持水量均高于自然放牧样地,封育条件下0~40 cm整个土层土壤饱和持水量、毛管持水量及田间持水量增加速率分别为1.4、1.9、1.7 mm/a。封育措施有利于退化草地生态环境的恢复,是遏制和改善高寒草地退化的有效措施。     

乌兰布和沙漠白刺灌丛土壤水分及物理特性的研究

以乌兰布和沙漠流动沙地白刺灌丛土壤为研究对象,在灌丛阴面、阳面垂直方向挖取100cm深土壤剖面,对土壤水分及其土壤物理特性进行研究。结果表明,乌兰布和沙漠白刺灌丛阴阳面土壤水分具有季节性变化。6～9月阳面沙土含水量呈下降趋势（1．10％～0．72％）,而阴面呈上升趋势（1．05％～2．90％）。阳面各土层贮水量0～20cm为1．22～4．66mm、20～60cm为3．90～6．37mm、60～100cm为5．55～7．86mm,而阴面：0～20cm为4．38～4．96mm、20～60cm为16．30～17．08mm、60～100cm为11．44～17．07mm。阳面除表层外,其他各层土壤孔隙度、田间持水量、最大持水量均低于阴面,阳面各层的土壤容重除了表层其它层均高于阴面。     

塔里木河下游土壤风蚀期0～15cm层土壤含水率分布规律

土壤表层含水率是影响土壤风蚀的一个重要参数。在塔里木河下游土壤风蚀期间对0~15 cm层土壤水分进行调查,发现0~15 cm层土壤含水率极低,平均含水率仅0.84%,含水率>2%的区域主要分布在绿洲边缘和河道边缘。进一步探讨植被盖度、风沙活动强度和土壤结皮对0~15 cm层土壤含水率分布的影响,结果表明:①0~15 cm层土壤含水率与植被盖度的相关性不显著;②0~15 cm层土壤含水率与风沙活动强度呈显著指数负相关;③土壤结皮能够有效保护表层土壤水分,抑制土壤风蚀。     

基于地统计学的甘肃臭草群落土壤水分空间异质性

土壤水分是植被格局形成和演变的主要因素,土壤水分的空间异质性对于认识干旱区草原植物对环境的响应机制具有重要意义.应用地统计学方法,对祁连山北坡甘肃臭草(Melica przewalskyi)退化草地土壤表层含水量的变异性进行研究.结果表明,臭草型退化草地浅层(0 ～30 cm)土壤水分符合正态分布,土壤含水量沿垂直方向逐渐增大,介于9.56％ ～11.21％.各层土壤水分的变异系数分别为12.97％ (0～10 cm)、8.8％ (10～20 cm)和14.09％ (20～30 cm),均属弱变异;0～ 30 cm土壤含水量具有高度的空间异质性,其中34.92％～42.71％的空间异质性是由空间自相关部分引起的,主要体现在16.87 ～ 69.14 m尺度上.在0～ 10 cm土层,引起土壤水分空间变异的主要因素是植被覆盖度的不同,而在10 ～ 30 cm土层,土壤水分空间变异性主要是根系分布的差异引起的.     

干旱区沙漠化逆转过程土壤水分的空间异质性特征

土壤水分是干旱地区固沙植被生长发育的主要限制因素,是决定沙地生态系统结构和功能的关键因子。在腾格里沙漠南缘,应用空间代替时间的方法,选择流动沙丘以及封育恢复5 a、15 a和25 a的沙漠化逆转过程序列样地,研究了沙漠化逆转过程不同层次土壤水分的动态变化特征;采用地统计学原理与方法,分析了沙漠化逆转过程不同层次土壤水分的空间异质性。结果表明:干旱区沙漠化逆转过程中,土壤水分含量以初始阶段流动沙丘最大,之后逐渐降低,到封育恢复25 a后又出现恢复趋势,而且不同阶段样地及其不同层次土壤水分总体差异显著。不同逆转阶段样地各层土壤水分模型均为指数模型和球状模型,土壤水分呈现斑块状分布,具有明显的空间异质性,其中由自相关部分引起的空间异质性占总空间异质性的程度均高于50%。0~20 cm土壤水分总空间异质性程度随沙漠化逆转过程逐渐增强,而20~40 cm和40~60 cm土壤水分的总空间异质性程度随沙漠化逆转过程呈现先增强后减弱趋势。研究认为干旱区流动沙丘固沙植被的恢复首先降低土壤水分含量,增强了土壤水分的空间异质性,但伴随植被-土壤系统的恢复,封育恢复25 a后土壤水分含量出现增加趋势,空间异质性出现减弱趋势,土壤水分与植被间逐渐趋于平衡,该结论有助于进一步认识土壤水分与固沙植被相互作用的生态学机制。     

高寒草甸草地退化对土壤水热性质的影响及其环境效应

青藏高原高寒草甸草地的大面积退化,将改变浅层土壤的水热性质,影响地表水热交换,甚至导致区域生态环境的变化。本文通过系统分析典型原生高寒草甸与中度退化高寒草甸的植物群落特征、地上地下生物量和土壤理化特征的差异,研究高寒草甸草地退化对土壤水热性质的影响及其环境效应。结果表明:随着高寒草甸草地退化,植被覆盖度显著降低(p<0.01),适应旱生、深根系的杂草侵入适应湿润生境、浅根系的以莎草科植物为主的原生植被,生物多样性显著增加(p<0.01);草毡表层(0～10 cm)地下生物量显著减少(p<0.01),30～50 cm地下生物量显著增加(p<0.01)。草毡表层变薄降低了土壤容重的垂向异质性,使表层土壤容重显著增加(p<0.01),土壤颗粒显著变粗(p<0.01)。受浅层土壤有机质降低和土壤容重增加的影响,中度退化高寒草甸土壤的持水量和饱和导水率降低,土壤导热率升高。高寒草甸草地植被退化,土壤持水量、饱和导水率降低和导热率增加将加速地表水热交换,对高寒草甸草地退化和下伏多年冻土消融都可能是正反馈。     

土壤分层关键因子确定——以新乡实验农地为例

层状土壤是普遍存在的一种土壤结构,提取出表征土壤层次的关键因子有助于简单准确地划分土壤的层次。在河南省新乡农田挖掘了实测剖面(160 cm厚),通过野外观测和室内分析,获取了土壤质地,以及容重、饱和含水量、饱和导水率、滞留含水量和非毛管孔隙度等土壤水分运动因子的取值。通过对这些因子进行特征分析、系统聚类分析和主成分分析,将土壤分成0~50 cm、50~80 cm、80~140 cm和140~160 cm四个基本层次,得到滞留含水量饱和含水量饱和导水率土壤容重非毛管孔隙度的土壤分层因子的重要性次序并验证了文中分层方法具有鲁棒性(Robust)。这些结果将为土壤水分运动模拟提供科学依据。     

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。     

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。     

干旱半干旱地区砂田结构及水分特征

为研究砂田的剖面结构和水分特征,对可用砂田和废弃砂田的剖面结构、土壤含水量、容重和田间最大持水量进行分析测定;建立模拟砂田,研究不同的砾石覆盖条件对土壤水分的影响。结果表明,具有共性的砂田剖面分为5层,分别命名为覆盖层、混合层、根系密集层、淋溶层和钙积层。砾石覆盖可以显著增加土壤含水量,加深淋溶层的下限,剖面结构完整的砂田比结构不完整的砂田的土壤水分状况好。下层土壤含水量显著受上层土壤含水量的影响。以小粒径砾石覆盖且覆盖厚度9 cm,最适土壤水分积累。砂田在覆砂的第一年土壤水分含量最低,之后逐渐增加,至覆砂后的6~12 a,土壤水分含量达到最高,之后逐渐降低。覆砂后6 a左右,土壤容重最小,田间持水量达最大值,此后随着砂田使用年限的增加,土壤容重逐渐增大,田间持水量逐渐减小。     

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。     

腾格里沙漠沙坡头地区固沙植被对生物多样性恢复的长期影响

地处腾格里沙漠东南缘的沙坡头人工固沙植被始建于1956年,46 a来不仅确保了包兰铁路沙漠地段的畅通无阻,而且对区域生态环境的恢复产生了巨大的影响,成为我国干旱沙漠地区交通干线荒漠化防治与生态恢复的成功模式。长期定位监测结果表明:人工固沙植被建立4~5 a后,沙丘表面物理结构初步得到稳定,并由大气降尘形成的无机土壤结皮逐渐演变形成土壤微生物结皮。荒漠藻类、苔藓和地衣等隐花植物在结皮层中得到了大量的繁衍:固沙植被建立46 a后出现藻类24种;苔藓仅有5 种,少于天然固定沙丘结皮上的种类,此外,地衣也在植被区发现,这说明固定沙丘景观逐渐趋于稳定的状态;相对于流沙区,固沙植被区近地面风速降低了 40%,土壤有机质含量增加了60%,其中氮、磷、钾等荒漠生态系统主要限制养分因子及土壤理化性质得到了改善,沙丘表层成土过程明显;土壤水分循环的时空变异驱动了植被的演变,为大量的草本的侵入和定居创造了条件;此外,对鸟类、昆虫和土壤动物及荒漠动物的生存产生了积极的影响。46 a后,固沙植被区共有鸟类 28 种,昆虫 50 种,动物 23种。生物多样性的恢复使原有的相对单一的固沙植被演变成一个结构、组成和功能相对复杂的荒漠生态系统。沙坡头地区生态环境在人为促进下的恢复为我国西部生态建设提供了科学依据。     

干旱和半干旱区油蒿对土壤空间异质性的响应

空间异质性影响种群的分布和波动。在对数据进行归一化处理的基础上,应用地统计学方法研究干旱和半干旱区两个气候带内油蒿对土壤空间异质性的响应。结果表明：在中等尺度（500 m样线,间隔10 m取样）上,腾格里沙漠沙坡头固定沙地土壤水分的空间异质性大于毛乌素沙地芹河半固定沙地,相应地,沙坡头地段油蒿密度、有机质、全氮和有效磷含量的空间异质性大于芹河地段,因而认为,土壤水分的空间异质性决定油蒿密度的空间异质性,进而又反作用于土壤养分的空间异质性。结合油蒿生物量的空间异质性分析认为,土壤水分的空间异质性并不总是能够影响植物生物量的空间异质性。进一步分析表明,对于沙坡头地区,适当进行放牧或者其他干扰,将有助于增大土壤属性的空间异质性,以促进油蒿植被的持续存在。     

毛乌素沙地臭柏根系分布及根量

毛乌素沙地臭柏(Sabina vulgaris)灌丛根量、根系直径和分布特征的研究结果表明,臭柏根系分布深度可达2.0 m,水平延伸幅度达灌丛边缘以外1.0 m左右处;其根量主要集中在0~60 cm的土层内,占根系总量的60%~70%,呈倒金字塔型分布。根系直径以< 3 mm的细根居多,占剖面总根量的72%左右,集中分布在0~30cm的土层中。> 7 mm的粗根数量很少,占总根数的0%~5%。臭柏根量和直径分布特征依立地条件及土层深度的不同而异。     

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。     

低覆盖度治沙理论的核心水文原理概述

土壤水分的渗漏过程是陆地生态水文的3个最核心过程之一,降水向土壤深层渗漏或者补给地下水,关系到干旱沙区水平衡维持和植被稳定持续发育。多年的治沙实践和研究结果表明：（1）天然分布稳定的沙生植被,覆盖度一般低于30%,降水均能够渗漏到土壤深层或者补给地下水;（2）人工营造的固沙林,当林分的覆盖度大于40%后,林下土壤含水率逐步降低,降水不能够渗漏到土壤深层或者补给地下水,林木出现衰败或者死亡;（3）低覆盖度固沙林设计出了带间的土壤渗漏补给带,确保了降水能够渗漏到深层或者补给地下水,固沙林及其带间植被能够稳定持续发育;（4）在极端干旱区,基本上没有降水能够渗漏到2 m以下土层,灌溉才能确保林分的稳定持续;在干旱区,深层渗漏水量占年降雨量的1%—13%,半干旱地区的深层渗漏水量占年降雨量的11%—23%,半湿润干旱区的深层渗漏水量占年降雨量的15%—45%,能够确保沙区的水平衡和雨养植被的稳定持续发育。这也是低覆盖度治沙理论最基本的生态水文原理,为中国防沙治沙事业开拓了新领域、新方向和新思路,对推动中国今后的防沙治沙工作有着重要意义。     

包兰铁路沙坡头段防护体系研究综述

包兰铁路是中国第一条穿越沙漠的铁路,其中沙坡头段风沙危害最严重,防护体系对铁路的建设和安全运营至关重要。在综合分析相关文献的基础上,从研究区防沙措施及效果、防护体系结构特征、合理宽度设计等方面,总结了60余年来包兰铁路沙坡头段防护体系的研究成果,并指出防护体系当前存在的问题（生态环境脆弱,局部地段土壤水分条件恶化、人工固沙植被退化、防沙措施破损、风蚀“活化斑”现象严重等）,据此提出了相应的对策建议及今后的研究重点,以期为防护体系的养护、完善及可持续管理提供科学参考。     

人工固沙植被区土壤水分动态及空间分布

土壤水分是干旱区固沙植被生长发育最主要的限制因子,了解其动态变化特征对沙区人工植被建设具有重要意义。本研究利用EnviroSMART土壤水分监测系统,于2009-2013年对宁夏沙坡头地区人工固沙植被区的土壤水分动态进行连续监测。结果表明:(1)降水对土壤水分状况及动态变化有较大的影响。土壤水分总体处于过度消耗状态,在非生长季,土壤水分没有明显的回升现象。(2)生长季初期(4-5月)为土壤水分弱消耗阶段;生长旺盛期(6-8月)为土壤水分快速消耗阶段,水分变化波动较剧烈,空间异质性最强;生长季末期(9-10月)的土壤水分处于相对稳定状态。(3)土壤水分随深度增加呈“S”形变化趋势,浅层的土壤含水量明显高于其他深度,200 cm深度土壤含水量较低且年际间变化不大(1.53%~2.10%)。湿润年份土壤水分剧烈变化的土层深度为0～100 cm,而干旱年份为0～20 cm。(4)相对于干旱年份,湿润年份的土壤含水量不但较高,而且水分变化波动较为剧烈。当土壤水分较低时,其变异性会随着土壤水分含量的增加而增加。(5)试验区灌木盖度在5年间呈下降趋势,一年生草本受降水量影响年际变化较大。受降水时空分布影响的土壤水分是沙坡头人工植被演替的重要驱动力。     

腾格里沙漠东南缘不同固定程度沙地土壤表层水分时空变化遥感分析

土壤表层水分是固沙植被生长的主要水分来源,其时空变化格局决定了固沙植被的稳定性和演替方向。整合被动微波和光学数据的时空分辨率优势建立模型、反演土壤表层水分,可为不同固定程度沙地固沙植被稳定性评价提供科学依据。以腾格里沙漠东南缘为研究区,选取2003-2011年生长季(5-9月)AMSR-E土壤水分产品与MODIS数据,利用归一化植被指数NDVI、地表温度T_s,采用多元回归的方法,将空间分辨率为0.25°的AMSR-E土壤水分数据降尺度为每月的1 km平均表层土壤水分的时间序列数据,结合沙丘类型数据,分析了不同沙丘类型下土壤水分的时空异质性。结果表明:流动沙地的土壤水分空间分布与整个区域的差异性高于半固定沙地和固定沙地,而在极端干旱年份,研究区的整体分异不大,但同一类型间,固定沙丘空间差异明显高于半固定沙丘和固定沙丘;3种沙地类型表层土壤平均含水量在不同月份具有相似的变化规律,即土壤含水量5-9月呈抛物线形状,先下降后上升,7月达到最低,从同一月份不同沙地类型看,研究区表层土壤水分含量依次是固定沙地>半固定沙地>流动沙地;年际土壤水分在流动沙地和半固定沙地随降雨的变化而变化,而固定沙地基本不变。     

固沙植被区生物土壤结皮中蓝藻群落的多样性

采用非培养法对腾格里沙漠沙坡头固沙植被区的蓝藻多样性进行了研究,通过蓝藻通用引物PCR扩增其16S rDNA序列并构建16S rDNA文库,对阳性克隆进行测序、比对分析和构建系统发育树,同时通过Shannon-Weaver多样性指数、Chao和ACE丰富度指数及Simpson优势度指数对蓝藻多样性进行比较分析。结果表明:腾格里沙漠沙坡头地区蓝藻可分为5大类:颤藻目(Oscillatoriales,64.55%),色球藻目(Chroococcales,1.82%),念珠藻目(Nostocales,16.36%),宽球藻目(Pleurocapsales,6.82%)和未分类蓝藻(10.45%)。人工固沙植被区经过57年的恢复,蓝藻群落Chao和ACE丰富度指数均明显小于天然植被区(恢复逾100年),而且其群落结构与天然植被区仍然存在着统计学显著差异的区别,说明荒漠区生态系统微生物多样性的恢复是一个长期的过程。