毛乌素沙地油蒿群落演替的生理生态学机制

对毛乌素沙地稀疏阶段、建成阶段和衰老阶段的油蒿群落的野外观测实验结果表明,不同演替阶段的油蒿群落对环境的适应性和生理生态特性表现出明显的差异。随群落盖度的增加,0—20 cm土层中土壤含水量明显增加,而在20—80 cm范围内有所下降。与稀疏阶段和建成阶段的油蒿群落相比,衰老阶段的油蒿群落的平均净光合速率低,光饱合点低,光能及水分利用效率最低,并且日变化过程也表现出受到了明显环境胁迫。在不同的演替阶段,油蒿的气孔导度与植物水势均呈线性相关。随植物水势的降低,处于衰老阶段的油蒿气孔导度降低速率最快。结合气孔导度和水分循环的关系,还初步探讨了毛乌素沙地油蒿群落演替的主要驱动因子。     

基于分层投影盖度的荒漠植被相对生态功能测定

以往有关荒漠植被的生态功能的研究基本上是以盖度为主要指标的,而荒漠植物枝条极不规则,盖度不能反映植物覆盖地表的真实状况,且盖度与投影盖度一般不存在对应关系,加之荒漠植被稀疏,用盖度不仅不能表征植物的生态功能和地位,而且往往忽视了植物高度的生态功能。以2002-2013年民勤荒漠区定位样方观测资料为例,运用分层投影盖度分析了5种主要植物群落的生态功能,结论表明:2002-2013年这5种植物群落的盖度大小的排序是:白刺梭梭+白刺沙蒿麻黄梭梭,投影盖度大小的排序是:梭梭+白刺白刺麻黄沙蒿梭梭,生态功能排序是:白刺麻黄梭梭+白刺梭梭沙蒿,即植被盖度、投影盖度和生态功能并不对应。研究结论认为:今后在做荒漠植物功能分析亦即用到植物的盖度时,应以投影盖度为主,而冠幅盖度只应作为一个对照参考指标;在研究荒漠植物的生态功能时,植株高度是一个不可忽视的重要指标。     

土壤质地与埋深对白刺群落主要伴生植物出苗的影响研究

在田间条件下,研究了3种土壤质地与5个埋深对白刺群落主要伴生植物苦豆子、黄花矶松、沙蒿、油蒿和红砂出苗的影响,为白刺群落恢复、优良植物的筛选及其种群扩展提供理论依据与技术支撑。试验研究表明,尽管白刺群落主要伴生植物在田间的出苗率均较低,但各植物的出苗能力明显不同。土壤质地仅对伴生植物苦豆子、沙蒿和黄花矶松出苗有显著影响,而埋深处理对伴生植物出苗均有显著影响。不同土壤质地与埋深处理的平均出苗率以苦豆子最高,红砂、沙蒿和黄花矶松次之,油蒿最低;不同土壤质地的最高出苗率,沙土以沙蒿最大,沙壤土以黄花矶松最大,黏土以红砂最大;出苗适宜埋深,苦豆子为1.0~2.0 cm,沙蒿、黄花矶松、油蒿和红砂为0.5 cm。研究结果表明,选择适宜的植物及其人工促进技术对退化白刺固沙植被的恢复至关重要。     

差不嘎蒿的分布及其在天然植被演替中的地位

在中国差不嘎蒿主要分布在北纬42～50°,东径116～124°之间的温带半湿润、半干旱区的沙地上。差不嘎蒿群落类型较多,植物种丰富,结构较复杂,在半流动、半固定沙地植物群落中占绝对优势,起建群种作用。差不嘎蒿生态幅广,从流动沙丘背风坡到固定沙丘均有分布,但其最适宜的生境是水分条件较好、有些风蚀与沙埋的半流动、半固定沙地。随沙丘固定程度的提高,差不嘎蒿将退出群落,让给级冷蒿、糙隐子草等植物。     

半干旱区沙地沙蒿生物量及根系分布特征研究

沙蒿是中国西北半干旱地区主要的固沙植物,其根系分布影响包气带水分运移过程,准确的植被特征和根系密度分布对根系吸水模型的建立十分重要。采用整体挖掘法获取不同层位的根系和根际土壤含水量,引入冠级和龄级的概念对沙蒿根系分布特征进行研究。分析结果表明：沙蒿种群以低龄级沙蒿占优,其根系生物量随龄级呈'S’型增长;根系长度分布和均一化根系密度分布均符合对数正态分布,最大值出现在浅层土壤20 cm处;沙蒿生长不依赖于地下水,其根系主要利用包气带中的水分,持续干旱条件下,为满足蒸腾作用根系出现两种调节方式：（1）横向生长增加根系量,利用横向土壤剖面的水分。（2）浅层根区由于水分胁迫造成的吸水量减少由深部相对湿润的根区补偿。因此沙蒿根系吸水模型中的根系密度分布函数应为对数正态分布,且吸水过程不仅依赖于根系密度分布,同时受土壤水分的影响。     

民勤绿洲边缘人工梭梭(Haloxylon ammodendron)林衰败过程中植被组成动态及群落相似性

以民勤绿洲边缘未退化(ND)、轻度退化(SLD)、中度退化(MD)及重度退化(SD)的人工梭梭(Haloxylon ammodendron)林为研究对象,通过野外定点监测与样方调查方法对其植被组成、物种多样性、优势种种群结构变化以及群落间相似性进行了研究。结果表明:(1)ND、SLD及MD林地植物群落灌木层植被均由4种植物组成,SD林地灌木层由3种植物组成,其优势种演替过程为单优种梭梭—共有种梭梭、红砂、白刺—单优种红砂;在草本层中,ND林地出现6种植物,SLD、MD及SD林地均出现9种植物,其优势种演替过程为五星蒿、盐生草—画眉草、黄花矶松。(2)人工梭梭林退化过程中,灌木层优势种梭梭、白刺和红砂种群龄级结构动态变化分别为稳定型—衰退型、增长型—稳定型—衰退型、持续增长型。(3)4种类型林地植物群落物种多样性指标数也发生了不同程度变化,但整个林地植被趋向于更稳定方向发展。(4)4种林地植被群落两两之间的相似性为ND与SD之间的相似性最低,MD与SLD之间的相似性最高。这说明人工固沙林逐渐衰败过程其实质是林地固定改变了林地生境,植物群落发生了由沙生植物群落向沙旱生植物群落演替。因此,在民勤绿洲边缘开展人工固沙林恢复与重建工作时,应将沙旱生植物红砂作为植物材料之一。     

巴丹吉林沙漠南缘的植物固沙问题

在野外考察的基础上,选择13个典型样地,研究了巴丹吉林沙漠南缘植被组成、群落特征和植被格局。结果表明：调查的样地中有荒漠植物31种,其中灌木12种,多年生草本11种,一二年生草本8种。种群密度3 000—14 000株·hm^-2,优势种在群落中地位显著,群落稳定性较差;植被斑块面积小、最大斑块指数低。沙漠南缘年降水量虽然仅100 mm左右,但有霸王（Zygophyllum xanthoxylon）、红砂（Reaumuria soongarica）和沙蒿（Artemisia desertorum）等灌木和半灌木天然植物群落分布,有白刺（Nitraria tangutorum）和膜果麻黄（Ephedra przewalskii）灌丛沙堆,沙丘上生长着沙拐枣（Calligonum mongolicum）、沙鞭（Psammochloa villosa）等种群生存,且在沙漠延伸带流动沙丘上已成功建立了梭梭（Haloxylon ammodendron）人工固沙植被,表明在巴丹吉林沙漠南缘建立以乡土植物为主的固沙植被是可行的。在未来研究中,应在山水林田湖草沙生命共同体理念下加强从区域尺度上解析水、植被和沙的关系,系统了解生态系统的原真性、完整性和连通性及生态系统稳定性维持等问题,优化生态景观格局,确定生态保护目标和建设规模,同时要加强对乡土植物适应干旱风沙机制和扩繁保育技术研究,以便为区域生态建设和生态保护提供科技支撑。     

西鄂尔多斯铁路防护林柠条锦鸡儿和沙冬青对不同管护措施的生理生态响应

对西鄂尔多斯铁路防护林中滴灌栽植围封、无灌溉栽植围封和天然围封样地中柠条锦鸡儿和沙冬青的生理生态响应特点进行了研究。结果表明:滴灌栽植围封样地中柠条锦鸡儿和沙冬青比另两样地中有较好的水分状况和生长状况,较高的蒸腾速率和净光合速率。两种植物在滴灌栽植样地中蒸腾速率和净光合速率日变化都呈单峰曲线;在无灌溉栽植围封和天然围封样地中的蒸腾速率、净光合速率日变化都呈双峰曲线,有较明显的光合“午休”现象。3个样地间,柠条锦鸡儿及沙冬青的水分利用效率（WUE）差异不显著,说明本研究中的滴灌量没有使植物的WUE低于其在自然降水条件下的值。此外,柠条锦鸡儿对水分条件变化的响应较为敏感,水分条件改善时可大幅提高生产力;而沙冬青对水分条件变化的响应较平稳,水分条件改善时生产力提高幅度相对较小。可见柠条更适合用于建立滴灌人工防护植被,而沙冬青更适合自然状态下的恢复。     

油蒿在沙坡头地区沙地植被演替中的地位

本文通过对沙坡头地区铁路两侧人工植被和天然植被演替过程的调查研究,应用定性和定量分析方法,论述了油蒿在沙坡头地区沙地植被演替中的地位及稳定性。油蒿是沙生演替系列中的前期植物种之-,随着沙面表土层的增厚及生境的旱化,如果不受人为干扰,最终将被其它植物群落所代替。然而,只要地表保持沙质疏松,油蒿就能很顺利地天然更新,并以其发达的浅层根系对水分的竞争能力,使其在群落中占据着优势地位。因此,在人畜对地表的长期扰动下,油蒿在本地区可以形成-种相对稳定的群落或偏途演替顶极。     

民勤绿洲外围不同林龄人工梭梭林的土壤水分特征

 2009年6月到9月,每月中旬在民勤绿洲边缘不同林龄(2 a,5 a,10 a,20 a,30 a)的人工梭梭林内测试不同深度(20 cm,30 cm,50 cm,100 cm,150 cm和200 cm)的土壤含水量变化情况。分析结果表明,不同林龄的梭梭林内土壤含水量与时间和深度有关。土壤表层含水量主要受自然降雨控制,8月底发生比较大的自然降雨后,9月不同林龄梭梭林内20 cm和30 cm的含水量显著高于其他3个月。土壤50 cm以下的含水量比较稳定,当降雨少,土壤表层含水量低时,可以作为梭梭利用的水分来源。在7月和8月,5 a梭梭林内土壤含水量最低,表明梭梭对土壤水分的消耗最多,栽植密度过大,因此,需要间伐减少植株数量才能维持其稳定性。     

古尔班通古特沙漠南缘丘间地梭梭群落蒸散特征

根据2016年古尔班通古特沙漠南缘丘间地梭梭生育期定点观测的土壤水分、气象要素等资料,基于水量平衡原理估算了梭梭生育期蒸散量,分析了蒸散变化规律。结果表明：（1）在梭梭生长季,降雨量为206.7 mm,降雨分布不均,梭梭萌发期,降雨量最多;梭梭生长旺盛期,月降雨量逐月减少;梭梭枯落期,降雨量最少。（2）在梭梭生长季,梭梭群落0~400 cm土壤贮水量变化整体呈下降趋势,梭梭萌发期是土壤贮水量盈余期,生长旺盛期和枯落期为土壤贮水量亏损期;梭梭群落发挥土壤水库效应,依靠生长季前土壤蓄水来弥补梭梭群落生长季需水缺额。（3）在梭梭生长季,蒸散量变化特征为多峰曲线,峰值主要出现在降雨集中期,最低值出现在土壤贮水量亏损期。（4）在梭梭生长季,梭梭群落累积蒸散量增幅始终高于累积降雨量增幅,累积蒸散量大于累积降雨量。     

梭梭对降水的响应与适应机制——生理、个体与群落水平碳水平衡的整合研究

水是荒漠生态系统的首要限制因素.近20年来全球气候变化以及人类活动的加剧,导致古尔班通古特沙漠南缘原始盐生旱生荒漠地区的降水与地下水位正在发生显著的改变;这些改变正导致荒漠植物用水策略的适应性变化,其种间差异性影响着荒漠植物群落组成与生态系统碳水平衡.本研究以中亚荒漠关键种梭梭Haloxylon ammodendron为对象,在生理生态、个体形态与群落尺度整合研究两个优势种对自然生境水分条件改变的响应与适应.实验于2005-2006年生长期开展,在地下水位于5.2-7.9 m之间波动的典型原始生境,追踪自然降水过程并设置人工降水梯度.观测生境水分条件变化时光合作用、蒸腾作用、叶水势和瞬时水分利用效率等生理活动的响应;研究根系分布和地上生物量累积等个体形态特征的适应性改变;利用涡度相关系统测定群落碳水通量,从而揭示不同尺度上梭梭的用水策略和碳同化维持机制.实验数据表明,梭梭主要利用降水形成的浅层土壤水维持生存;极为有效的形态调节和较强的气孔控制是其维持光合能力以及适应降水变化的主要机制;适量增多且在生长期内均匀分布的降水可对其产生明显正效应,这预示梭梭可能在未来种间竞争和群落演替中占有优势.本研究表明,应对环境水分胁迫与改变,荒漠植物具有高效的自我协调与适应能力,不同水平调节适应机制之间存在内在协调性;生理、个体、群落尺度整合研究是了解全球变化背景下生态系统过程与植物适应性的有效途径.     

不同水分条件下梭梭和多花柽柳苗期光合特性及抗旱性比较

在新疆墨玉县对不同水分条件下大田栽植的梭梭和多花柽柳苗期的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、水分利用效率(WUE)、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）等光合生理指标进行了测定,同时测定了不同灌水量下梭梭和多花柽柳在不同时刻的叶片水势,以及两树种叶片的稳定碳同位素比率。结果表明:①梭梭和多花柽柳的水势在一天中的变化趋势呈“V”字型,不同处理下多花柽柳的水势日平均值略大于梭梭。②不同灌水量对梭梭和多花柽柳的水分利用效率影响不显著,在相同处理下,梭梭的水分利用效率总是大于多花柽柳。③梭梭的δ13C值为-12.65‰～-13.39‰,多花柽柳的δ13C值为-26.85‰～-27.70‰。梭梭的δ13C值显著大于多花柽柳（P<0.05）,表明梭梭的长期水分利用效率较高。④运用隶属函数综合各个指标的比较结果来看,梭梭的抗旱性强于多花柽柳。     

古尔班通古特沙漠南缘梭梭茎干液流变化及其对环境因子的响应

利用TDP热扩散式茎流计,结合气象观测系统,对古尔班通古特沙漠南缘原生梭梭的树干液流及环境因子进行连续监测,分析了梭梭树干液流对环境要素的响应,基于潜在蒸散发和蒸腾需求指数对梭梭茎干液流进行了模拟。结果表明：（1）梭梭树干液流在晴天的日变化呈单峰曲线,液流速率上升阶段时间短于下降阶段时间,与气象因素的日变化规律不一致。不同季节梭梭树干液流速率日变化规律存在差异,夏季液流与春季、秋季相比,启动早,停止晚,峰值更大且发生更早。（2）环境要素间存在着不同程度的相关性,主成分分析表明：前三个主成分共能解释85%的环境信息,其中以空气湿度、空气温度、水汽压亏缺、潜在蒸散发、净辐射为主的第一主成分能解释47%环境信息变化,以土壤温度、水汽压为主的第二主成分能解释20%环境信息变化,以土壤含水量、风速为主的第三主成分能解释17.6%的环境信息变化。（3）在春季和夏季基于潜在蒸散发的S型模型模拟梭梭液流速率的精度更高,在秋季基于蒸腾需求指数模拟的梭梭液流速率的精度更高。（4）梭梭树干液流速率与大气水分亏缺、净辐射、潜在蒸散发之间存在非对称响应,且不同季节间的响应规律存在差异,在春季和秋季,液流速率与水汽压亏缺呈顺时针状,与净辐射、潜在蒸散发呈逆时针状;在夏季,液流速率与水汽压亏缺呈顺时针状,与净辐射、潜在蒸散发呈斜8字顺时针状。     

Distribution of plant species and species-soil relationship in the east central Gurbantunggut Desert,China

The distribution of plant species and relationships between species and soil factors in the east central part of Gurbantunggut Desert was studied to provide more insight into the flora and determine differences in vegetation across various parts of the desert. Two-way Cluster Analysis showed that the vegetation in the area could be divided into three groups, the first group was dominated by the shrub species, Ephedra przewalskii and the grass species, Carex physodes mainly in areas of flat grounds and gentle slopes; the second group was dominated by C. physodes, Artemisia songorica and A. xerophytica mainly on the slope of sand dunes and the third group was dominated by the shrub species, Haloxylon persicum mainly on the top of sand dunes. There was no difference in plant density between Groups 1 and 2 but there was a significant decrease in Group 3. Soil water under vegetation Group 3 was much lower than that in the other two groups at all soil depths. The EC, organic matter, total P and soluble Na, Ca and Mg varied very similarly with soil water. Canonical correspondence analysis (CCA) satisfactorily assessed the species-soil relations in the area. The distribution of plant species was strongly correlated with the soil factors of water content, organic matter, EC and nutrients. The variations in species occurrence explained by the three CCA axes were about 70%, indicating that some explanatory site variables may exist outside our studied parameters. Soil texture is suggested to be included in future studies to improve the explanation of CCA.     

民勤天然梭梭种群特征初步研究

对民勤荒漠区新发现的天然梭梭种群进行了调查,并分析了沙地梭梭和盐碱地梭梭种群生长及其与土壤水分的关系,种群结构及其分布格局。结果表明,沙地梭梭种群生长优势明显,种群密度大,盖度高,平均为47株丛·hm-2和2.1%,盐碱地梭梭种群生长缓慢,密度、盖度较小,为24株丛·hm2和1.2%,这与土壤水分条件具有较好的一致性。沙地梭梭和盐碱地梭梭种群均属于衰退型种群,需要采取适宜的措施进行保护,否则将可能被其他更新力较强的伴生种所取代。沙地梭梭种群呈集群分布格局,盐碱地梭梭种群则为均匀分布,这不仅与梭梭种群密度不同出现种内或种间竞争的结果,也与生态环境存在着密切的关系。     

不同生境梭梭对降水变化的生理响应及形态调节

以中亚荒漠关键种梭梭为研究对象,对比2006年生长季土壤水分状况和生长在沙土及黏土中梭梭对3个降水处理的生理响应与同化枝面积的累积变化,分析不同质地土壤生长的梭梭在生长季对降水变化的生理响应及其形态调节。结果表明,沙土中生长梭梭对降水响应明显,生长季同化枝水势较高,且不同降水处理下蒸腾速率和瞬时水分利用效率差异显著,同化枝形态调节幅度不大。黏土不利于降水入渗,梭梭同化枝水势、蒸腾速率和瞬时水分利用效率对降水变化的响应不敏感,同化枝面积和生长速率在不同降水处理间差异显著,同化枝脱落较早。生理响应与形态调节的综合研究表明,不同质地土壤生长的梭梭通过有效的同化枝形态调节保证了其在降水处理下稳定的光合碳同化作用。在全球气候变化的背景下,沙土更有利于梭梭的生长。     

梭梭幼苗死亡与土壤和大气干旱的关系研究

以古尔班通古特沙漠南缘沙漠中的一年生梭梭幼苗为研究对象,对环境气象因子、土壤含水率、幼苗根系垂直伸展状况、幼苗死亡动态进行了全生长期的连续监测研究。结果表明,尽管梭梭幼苗根系伸展迅速,当年可达1.5 m,幼苗死亡率动态变化仍然与土壤表层含水率显著相关,而与根区或深层含水率不显著相关。但统计分析结果显示,土壤表层含水率并不总是梭梭幼苗死亡率波动的主导因素。当土壤含水率低至0.82%时,无论大气干旱程度如何,幼苗死亡率都急剧升高;而当土壤含水率高于1.25%时,幼苗可以耐受大气干旱,幼苗死亡只与土壤表层含水率显著相关;当土壤含水率在0.82~1.25%之间时,幼苗死亡率与大气干旱程度（空气饱和差）显著相关。据此我们推测,当土壤表层含水率低于1.25%时,大气干旱主导死亡率的变化;反之,则土壤水分主导。     

准噶尔盆地南缘荒漠区梭梭维持水源初步研究

为了了解沙漠植物梭梭维持水源的利用情况,探明其对水源的利用策略,利用稳定性同位素技术定位取样,对准噶尔盆地南缘荒漠区梭梭进行了研究.结果表明,冬季,梭梭基本没有直接利用降雪;随着融雪后浅层土壤含水率的上升,梭梭明显利用浅层土壤水;梭梭利用水源中,地下水占有很大比例,这种比例在冬季和夏季最高,最高幅度可达到80％,平均占到30％左右;降雨也是梭梭利用的水源之一,在降雨后的3～5 d内,梭梭木质部δ18O值有明显趋近降雨δ18O值的趋势.因此,本研究区的梭梭维持水源有多个途径,地下水、融雪形成的浅层土壤水是其主要水源,中、大量降雨也是其利用的水源之一.