干旱区绿洲荒漠带土壤水盐异质性及生态环境效应研究——以黑河中游张掖绿洲为例

对黑河中游地区典型绿洲的土壤含水量与含盐量分析表明,在无灌溉情况下,绿洲及绿洲边缘过渡带表层土壤含水量水平分异明显,由绿洲区的20%左右递减到绿洲荒漠生态过渡带的2.9%。绿洲荒漠带土壤水分变化反映了人类利用绿洲水资源的程度,在绿洲地下水资源开发过度和绿洲边缘人类活动剧烈的区域均存在着生态裂谷,对绿洲生态系统的稳定极为不利。绿洲荒漠带土壤可溶性盐分含量的水平分异表现为绿洲土壤可溶性盐分含量比绿洲荒漠生态过渡带和荒漠区低;绿洲界外区不同荒漠类型土壤含盐量变化不同,在绿洲外围沙质荒漠区,土壤含盐量较低,在绿洲外围砾质荒漠（戈壁）区,土壤含盐量明显高于绿洲区;荒漠区土壤含盐量的垂直变化表明,含盐量最高的聚集层一般不在表层,而在40～60 cm的亚表层。受土壤水盐分异的影响,绿洲外围荒漠植被类型出现分异,从高位绿洲到中位绿洲,外围区荒漠植被的耐旱性和耐盐性均增加。     

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。     

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。     

塔里木河下游绿洲荒漠过渡带土壤异质性及对植物群落的影响

结合塔里木河下游铁干里克绿洲荒漠过渡带9个土壤剖面的81个土样分析数据,利用非参数检验、单因素方差分析和灰色关联方法,分析了塔里木河下游铁干里克绿洲荒漠过渡带土壤特性及其对植物群落的影响。结果表明,研究区土壤除全磷外,有机质等指标存在垂直分布差异,出现显著差异的土层深度为50 cm。研究区上段的土壤养分含量相对较高,下段较低;植物物种多样性指数自上段至下段的下降趋势与有机质等的变化相同,而植物群落退化则表现为从复合群落到单一群落的演变趋势,即从乔(胡杨为主)、灌(柽柳为主)、草复合群落演变到单一的柽柳灌丛群落。灰色关联分析表明,塔里木河下游铁干里克绿洲荒漠过渡带上层(0～50 cm)土壤有机质、全氮、全磷、全钾含量与物种多样性的相关性较高。     

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。     

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。     

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。     

绿洲荒漠过渡带夏季晴天地表辐射和能量平衡及小气候特征

利用张掖试验基地2006年6月24日至7月17日的加密观测资料,系统分析了夏季典型晴天张掖绿洲荒漠过渡带地表辐射收支和地表能量平衡特征及小气候特征。结果表明:夏季晴天绿洲荒漠过渡带总辐射值还是比较大的,并且净辐射值也很大,这说明绿洲荒漠过渡带地表具有比较充足的可利用热能,为加热大气和土壤提供了必要的热能条件。在地表能量分配中,晴天绿洲荒漠过渡区主要用于大气运动引起的感热交换,其次是土壤交换,用于水蒸发相变的能量相对较小。近地层空气温度和湿度的变化刚好相反。气温白天随高度的增加而递增,夜晚随高度的增加而递减。近地层大气温度变化要比地表温度缓慢。白天土壤辐射增温,越接近地表增温越快,夜间辐射冷却,地表温度下降最为明显。近地层水平风速在白天较大,夜间逐渐减小。在绿洲荒漠过渡带全天以上升气流为主,水平风速随高度增加明显递增。     

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。     

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。     

不同防护措施对梭梭幼苗生长和土壤水分的影响

在策勒绿洲-荒漠过渡带流动沙地对种植的梭梭幼苗采取了不同的处理措施（凋落物防护、固沙剂防护、防沙网防护和裸沙地,其中裸沙地作为对照）,研究不同防护措施对梭梭幼苗生长状况及地表100 cm内土壤含水率的影响,对恢复和重建绿洲-荒漠过渡带防护林体系具有重要意义。研究结果表明：（1）初春采用滴灌一次性供水135 L·m^-2,可以确保梭梭幼苗当年的生长需求。（2）不同防护措施下梭梭幼苗的株高、冠幅、基径、新枝长度均表现为：凋落物防护 > 固沙剂防护 > 防沙网防护 > 裸沙地,在生长末期凋落物防护下梭梭的株高、冠幅、基径、新枝长度分别达到115.7 cm、131.8 dm²、22.5 mm、73 cm。（3）不同防护措施对土壤含水率的影响比较明显,土壤含水率表现为：凋落物防护 > 固沙剂防护 > 防沙网防护 > 裸沙地,其中凋落物防护、固沙剂防护土壤含水率分别是裸沙地的1.31倍和1.16倍。因此,在极端干旱的绿洲-荒漠交错带,采用凋落物防护和固沙剂防护措施对提高沙地蓄水保墒能力和促进梭梭幼苗生长均有积极作用。     

塔里木盆地南缘2000-2013年人工绿洲扩张特点

利用2000、2005、2011、2013年4期MODIS13Q1、Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像,基于RS、GIS技术,分别提取土地利用/覆被类型信息,探讨塔里木盆地南缘人工绿洲扩张特点。结果表明:塔里木盆地南缘人工绿洲在2000-2013年不断扩张,各时段扩增来源中,天然绿洲比重不断减小,绿洲-沙漠过渡带比重逐步上升,荒漠比重快速增加。各流域人工绿洲扩张的阶段性与区域性差异明显,且扩增来源结构由于扩张的相对区位不同而异。人口增长、政策引导使人工绿洲不断扩张,并具有阶段性与区域差异性特点。人工绿洲扩张过程中,天然绿洲和绿洲-沙漠过渡带有明显退化现象,使其生态屏障功能下降,威胁到绿洲安全和经济社会的可持续发展。     

荒漠绿洲交错区绿洲扩张与主要水文过程

干旱区绿洲扩张主要发生在荒漠绿洲交错区（边缘区），绿洲空间变化对地表主要水文过程有直接影响。为了更好地了解这一变化机制，以绿洲与沙漠、荒漠、石质裸山交错分布的张掖绿洲边缘区为对象，采用F显著性检查和Mann-Kandell趋势分析对1987年以来绿洲与不同生态系统之间转化特点与趋势进行了研究，同时分析了绿洲扩张与主要水文过程关系。结果表明：1987—2017年来荒漠绿洲交错区不同生态系统空间变化主要发生在绿洲与沙漠和荒漠3种生态系统之间。转化以绿洲扩张为主要特点，累积扩张了1 696.86 hm²，平均每年56.56 hm²。其中，沙漠和荒漠分别转化了31.73 hm²·a^-1和24.83 hm²·a^-1。黑河中游干流用水量在研究时段内无显著性突变，多年平均为7.68×10⁸ m³，对绿洲面积扩张无显著性影响。但是地下水埋深在1998年发生显著性突变，突变周期发生在1997—2000年。总体来看，绿洲面积每增加520 hm²，地下水埋深下降1 m。地下水位埋深对绿洲扩张有显著性影响，是绿洲扩张最敏感的水文过程要素。     

新疆于田景观特征变化的遥感分析

以4期Landsat遥感影像为基础,结合两期土地利用图及历年实地考察资料,分析了1977—2002年间新疆于田的景观变化特征。研究发现,于田平原与荒漠区环境退化严重,荒漠增加而交错带减少,高生态级别的高覆盖度草地锐减;绿洲在稳定增长,以绿洲为中心的核心区生态环境质量却明显退化,但天然绿洲整体变化不明显,波动小且变化恢复较快;生态的主要退化期为20世纪70—80年代,此后趋于好转,1999年以后好转明显;人工绿洲的开发只是明显影响了绿洲近缘景观,对远缘影响较弱。     

邻近绿洲的荒漠表层土壤逆湿和对水分"呼吸"过程的分析

利用"我国西北干旱区陆气相互作用试验"2000年8~9月在甘肃敦煌进行的野外观测资料,分析了临近绿洲的荒漠戈壁土壤湿度和大气湿度特征,发现:活动层内土壤空气湿度远离饱和状态,水分以气态和液态两种形态存在和输送;由于绿洲效应影响,临近绿洲的荒漠戈壁不仅近地层空气多为逆湿,而且这种空气逆湿在夜间较强时可以继续向土壤活动层延伸。土壤湿度日变化能清楚地被区分为湿维持(1~6时)、水分损失(7~11时)、干维持(12~18时)和水分补充(19~0时)等4个阶段,其中湿维持阶段的土壤逆湿是最主要的结构特征,这一土壤湿度结构表明夜间土壤可以通过凝结吸收大气水分,它与白天的土壤水分蒸发共同构成土壤对大气水分的"呼吸"过程;活动层土壤逆湿的形成与土壤温度状态、大气逆湿强度和大气稳定度都有关。     

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。