巴丹吉林沙漠南部高大沙丘包气带水分空间分布特征研究

水是影响沙漠生态系统的主要因子,决定着多年生植物的种类和数量。受恶劣的自然条件和研究手段限制,目前对沙漠地区包气带水分时空动态变化的研究相对薄弱。以巴丹吉林沙漠南部湖泊密集区为研究对象,通过随机采样和同一坡向剖面采样,综合运用DCCA和地统计学分析方法,揭示0～10 m较深层包气带沙丘水分的空间变化规律和局部控制因子对包气带水分的影响。结果表明,0～10 m沙丘包气带水分变化曲线呈指数、对数和对数正态分布3种类型,分别受地下水或下伏黏土层的毛管作用、湖心距和综合地形因子控制;影响沙漠包气带水分空间变化的主要局部控制因子与小流域的研究结果差异显著。地形、植被等局部控制因子影响对数分布型包气带水分的深度为表层1 m,而影响对数正态分布型的深度为3～4 m;沙丘水分随相对湖面高程空间变化差异显著,而空间相关距离则不显著。     

半干旱区不同类型沙丘风沙流结构特征

采用两种阶梯式集沙仪和小型气象站于2017年4—5月对科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘0~75 cm气流层风沙流的总输沙量、输沙率、粒径组成分布和风蚀特征值进行了观测。结果表明：（1）随着高度增加,总输沙量下降,随着风速增加,总输沙量上升;92.20%~95.60%的输沙量发生在0~21 cm高度。（2）总输沙率（Q）流动沙丘>半固定沙丘>固定沙丘,将Q与地上200 cm风速进行函数拟合,流动沙丘幂函数最佳（R²=0.986）,半固定（R²=0.990）和固定沙丘（R²=0.956）指数函数最佳。（3）将各高度的输沙率与地上200 cm风速进行函数拟合,流动沙丘（R²≥0.905）和半固定沙丘（R²≥0.968）拟合度幂函数好于指数函数,固定沙丘（R²≥0.923）指数函数优于幂函数。（4）在一定高度下,3类沙丘输沙率均随着风速的增加而增加;在一定风速下,输沙率随着高度的增加而逐渐递减。（5）3类沙丘的特征值随着风速的增加呈现出逐渐递增的趋势;流动沙丘以λ>1为主,表现出持续侵蚀输送沙粒的能力;半固定沙丘当风速>9.0 m·s^-1时逐渐出现侵蚀状态;固定沙丘以λ<1为主,近地表风沙以堆积状态为主。（6）3类沙丘主要由粒径为0.1~0.25 mm的细沙构成,在0~30 cm高度,细沙占输沙量的50.09%~85.11%,在30~75 cm高度,细沙占输沙量的43.53%~75.53%。     

腾格里沙漠东南缘不同类型沙丘的微生物学特性

我们在腾格里沙漠东南缘的-碗泉-甘塘地区采样进行了土壤微生物研究。这个地区位于半荒漠灰钙土地带^[1]。气候特点是雨量稀少, 年平均降雨量203毫米左右, 分布不均匀, 多集中于7、8, 9三个月。蒸发量为降雨量的11-40倍。夏季酷热, 年温差悬殊, 最高气温37℃, 冬季最低气温-25℃, 日温差也很大, 土壤表层尤为明显, 沙面最高温度达74℃。风多且大, 每年≥5米/秒的起沙风约有200天。土壤瘠薄, 有机质缺乏, 水分含量少, 土壤淋溶作用弱, 虽不受地下水的影响, 但土壤剖面中可溶盐也逐渐累积。植物稀少, 仅有的植物主要是草本植物和多年生的半灌木和灌木。     

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。     

科尔沁沙地植物萌动期不同类型沙丘土壤微生物区系特征

通过对科尔沁沙地植物萌动期不同类型沙丘中0－50 cm土壤层微生物组成及其与生态因子的关系研究表明:微生物的活动强弱程度是:固定沙丘>半固定沙丘>半流动沙丘>流动沙丘,每种沙丘类型中不同微生物类群数量分别是:细菌>放线菌>真菌。微生物数量在垂直分布上表现为:流动沙丘表层最少,30—40 cm层活动相对强烈;半流动沙丘和半固定沙丘在垂直分布上变化相对较小;固定沙丘表层最多,表层以下变化不大。各类群微生物数量与电导率、植被盖度、凋落物量和沙丘固定程度都呈显著正相关（P≤0.01）;pH值对放线菌的影响最大,其次为细菌,而对真菌的影响较小。微生物活动与地温的相关性不高,与土壤水分含量呈负相关。影响科尔沁沙地土壤微生物的主要生态因子是植被盖度和土壤可溶性无机盐含量。     

不同气候带的河道与沙丘分布格局及其类型划分

风水交互作用是干旱区常见的地貌现象和重要的地表过程,干旱区河流通过提供物源和场所控制沙漠分布的格局,沙漠分布与风沙活动制约河道发育和泥沙输移,在不同时空尺度表现不一,但关于二者交互作用的分类处于探索阶段,尚未形成分类体系,尤其在地貌格局分类上多为定性描述。因此,自西向东选择位于3个气候带的中国西部克里雅河、中部毛不拉格孔兑以及东部西拉木伦河,利用遥感影像解译获取河道与沙丘信息,探讨近源沙丘的分布与河型之间的组合关系。结果表明：河型、河流流向与风向之间的关系、水文以及距离河道的远近影响河道与沙丘组合的地貌格局;在河道-沙丘尺度上,划分为弯曲河道-对称式边滩沙丘、顺直河道-边滩沙丘、分汊河道-心滩式沙丘、网状河道-格状镶嵌式沙丘4种类型。     

科尔沁沙丘—草甸相间地区不同地貌类型地下水位对降雨的响应研究

通过对科尔沁沙地典型沙丘—草甸相间地区天然降雨和地下水位数据的联合观测,研究了科尔沁沙地七种地貌类型下地下水位对不同等级降雨的响应关系,对比分析了同一次降雨对不同地貌类型区地下水位的影响和同一地貌类型区地下水位对不同降雨事件的响应。结果表明:(1)降雨量13 mm和4 mm的降雨事件对流动、半固定沙丘和固定沙丘、沙丘林地的地下水位没有影响。(2)大雨量事件发生后,沙丘地区地下水位会有一段时间的下降期,但在此期间当降雨强度达到某一临界值时地下水位会发生突变。(3)在一些较小级别的降雨过程中,草甸区地下水位在快速上升期的水位升幅会大于一些较大量级的降雨。(4)耕地对干旱区草甸地下水的补给和附存有明显的不利影响。研究结果对该地区生态环境的保护具有一定的指导意义。     

黑龙港易旱地区不同类型农作物的水分生态适应性研究

本文通过二个不同土壤水分年型的试验,用农田水分平衡法和彭门公式分别计算了黑龙港地区作物的蒸散量和需水系数,由此计算了旱地作物的水分亏缺率;运用生长分析进行平行分析,应用多年气候资料计算年型频率,对不同类型农作物一秋粮,夏粮和棉花的水分生态适应性进行了研究。秋粮中玉米和高粱的气候生态适应性较好。干旱年份虽在干旱时期水分亏缺比谷子严重,生育状况不如谷子,但由于玉米和高粱在雨后比谷子和大豆有较高的干物质累积速度,最终也能获得与谷子相同的产量、水分利用效率和光能利用率。正常年和夏涝年份,水份亏缺率各作物差异不大,但生育状况玉米和高粱则明显地优于谷子和大豆,具有较高生产力、水分利用率和相对较强的抗涝能力,经济效益也高于谷子和大豆。春播作物生育期间旱年占37%,初夏降水正常,湿润和夏涝的年份占63%;夏播作物旱年占21%,夏常和夏涝的年份占79%。底墒足和春多雨的年份冬小麦可获得一定产量(亩产可达500-600斤)。底墒的作用可以维持到4月下旬前后。在冬小麦获得一定产量的基础上,加上夏播构成二熟,可比一熟获得较高的年产量、光能利用率和经济效益。若7月下旬(雨期)土壤水分达到田间持水量,计算得出达到底墒足指标所需的8～9月降水量为167.4毫米。     

西藏定结地区不同类型沙丘表层沉积物粒度特征及其环境意义

为了探讨粒度特征所指示的环境意义,对西藏定结地区现代沙丘进行采样,分析不同类型沙丘表层沉积物的粒度特征。结果表明：（1）流动沙丘和爬坡沙丘粒度组成相似,灌丛沙堆与二者粒度组成差异较大。流动沙丘和爬坡沙丘表层沉积物主要以细砂和中砂为主,而灌丛沙堆表层沉积物以极细砂、细砂和粉砂为主。（2）不同类型沙丘粒度参数呈现不同变化趋势,流动沙丘和爬坡沙丘表层沉积物分选较好,近对称,中等尖锐,灌丛沙堆表层沉积物分选中等,正偏,很尖锐。（3）流动沙丘和爬坡沙丘频率分布曲线呈近似对称的单峰分布,灌丛沙堆频率分布曲线呈双峰分布;不同类型沙丘表层沉积物概率累积曲线差异较为明显。（4）不同类型沙丘表层沉积物沉积环境主要以风成沉积为主,少数为河流沉积。（5）不同类型沙丘表层沉积物粒度特征对比可知,粒度特征的差异主要是沙源、植被覆盖度和风况共同作用的结果。     

科尔沁沙地不同尺度上沙丘景观格局动态变化分析

研究了科尔沁沙地过去30 a不同尺度上沙丘景观格局及其动态变化。结果表明,大尺度研究区（892.74 km2）从1975—1995年流动沙丘面积、斑块数、景观面积百分比和最大斑块指数逐渐增加;1995—2005年流动和半流动沙丘面积减小,半固定沙丘和固定沙丘面积增加。中尺度（110.42 km2）和小尺度（14.14 km2和14.10 km2）研究区从1975—1985年流动沙丘面积、斑块数增加,1985年后流沙面积减小。通过沙漠化过程指数计算表明,大尺度上沙漠化经历了发展（1975—1995年）—逆转（1995—2005年）的过程,中尺度和小尺度上,沙漠化经历了发展（1975—1985年）—逆转（1985—2005年）的过程。科尔沁沙地不同尺度上景观结构变化具有差异性,显示出景观空间格局变化存在尺度效应;景观格局变化主要受流动沙丘斑块变化的影响,而这一变化的主要原因是人类生产活动引起的。     

毛乌素沙地南缘不同活性沙丘土壤水分时空变化

以毛乌素沙地南缘风沙活动区典型的不同活性沙丘(流动沙丘、半流动沙丘、固定沙丘)为研究对象,于2011、2012年4-10月,每月2次,利用烘干法对3种沙丘迎风坡、丘顶、背风坡底部的0~100 cm深度土壤水分进行定位监测,分析了3种沙丘土壤水分时空变化特征。结果表明:土壤水分含量总体表现为固定沙丘>半流动沙丘>流动沙丘。3种沙丘平均土壤水分含量大体上都表现为秋季 >春季 >夏季。3种沙丘背风坡底部土壤水分含量最高,其次是迎风坡,丘顶最低,且迎风坡和丘顶两年平均土壤水分含量差距不大。表层0~10 cm土壤水分含量季节之间差异最大,随深度增加,土壤水分季节变异系数减小。沙丘各部位土壤水分含量垂直变异系数总体变化趋势为从春季到夏季增加,从夏季到秋季减小。土壤水分含量在0~100 cm的垂直变异系数与土壤水分含量为负相关关系,水分含量越高,土壤水分在0~100 cm之间的变化幅度越小。研究区3种沙丘土壤含水量变化水分可分为4个时期:4-5月为春季缓慢积累期,6-8月为夏季消耗期,9-11月为秋季积累期,12月到次年3月为冬季稳定期。总体上,天然植被对水分的涵养效果大于其消耗,本区降水可以维持不同活性沙丘的天然植被生长。     

科尔沁沙地夏秋(6—9月)季不同类型沙丘土壤呼吸对气温变化的响应

 通过测定分析了科尔沁沙地6—9月不同生境（固定、半固定和流动沙丘）土壤呼吸速率的日动态、月际动态及其对气温变化的响应。结果表明：测定期平均土壤呼吸速率在各生境间存在显著差异,其大小为固定沙丘（2.35 μmolCO₂·m^-2·s^-1）＞半固定沙丘（1.67 μmolCO₂·m^-2·s^-1）＞流动沙丘（1.06 μmolCO₂·m^-2·s^-1）;指数模型能够较好地揭示不同生境土壤呼吸对气温变化的响应,但土壤呼吸的月际动态与气温变化不完全同步;各生境土壤在高温环境下的Q10值(土壤呼吸对温度敏感程度)普遍低于低温环境下的Q₁₀值;固定、半固定和流动沙丘基于气温月际变化的Q₁₀值分别为2.34、1.99和1.31,表明不同的植被状况和土壤性质会影响到土壤呼吸对温度变化的敏感程度。     

科尔沁沙地不同类型沙地植被恢复过程中地上生物量与凋落物量变化

植物体生长、死亡及分解是沙地生态系统物质周转的重要环节。以科尔沁沙地流动沙丘、固定沙丘及草地为研究对象,通过对2009-2011年3个生长季各生境植被特征、地上生物量和凋落物的测定,分析了沙地恢复过程中地上生物量和凋落物量的变化趋势和季节动态。结果表明:(1) 地表植被存在显著的生境差异,植被盖度、生物量和密度等均表现为草地 > 固定沙丘 > 流动沙丘。(2) 3类生境地上生物量均存在显著的单峰曲线的季节差异性,其中草地最大生物量分别出现在7月(2009年)和8月(2010、2011年),最大生物量为163.71~247.64 g·m^-2;固定沙丘最大生物量均在2009、2010、2011年7月达到最高,分别为96.13、96.02、102.74 g·m^-2,流动沙丘最高地上生物量为17.48~20.10 g·m^-2,分别出现在7月(2009年和2010年)和9月(2011年)。(3) 2009、2010、2011年3类生境中的年最大凋落物量分别为21.0、267.6、370.1 g·m^-2,其中草地和固定沙丘中凋落叶和凋落枝等非立枯有较大比重,流动沙丘凋落物主要为立枯;同时各生境凋落物具有与地上生物量相反的季节特征。     

科尔沁沙地沙丘生境单元凋落物运移特征

通过测定科尔沁沙地沙丘生境单元凋落物的运移量,分析了沙丘类型和生境变化对凋落物运移的影响,并探讨了是否可以通过凋落物运移量的变化来判断营养物质的迁移。结果表明:科尔沁沙地沙丘凋落物的运移过程主要发生在非生长季,呈明显的单峰型季节波动。凋落物运移量在不同沙丘的丘间地、迎风坡、丘顶和背风坡均表现出明显的空间差异性,丘顶的凋落物运移量最大,迎风坡次之,丘间地和背风坡相对较小。凋落物运移量有随距地表高度增加而下降的趋势,距地表高度为0~25 cm时,凋落物运移量最大,显著高于25~50、50~75、75~100 cm 3个高度区间。凋落物运移量与风速在流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘均呈显著的二次曲线正相关,显示风速是影响凋落物运移量动态变化的重要因素。     

不同湿度条件下模拟增温对科尔沁沙质草地土壤氮矿化的影响

氮矿化作用是影响沙质草地植物群落物种组成和初级生产力的重要因素之一。温度和水分被认为是影响土壤氮矿化/硝化作用的两个关键环境因子,认识沙质草地土壤氮矿化作用对温度和水分的响应,对于预测全球变化对沙质草地生态系统结构和功能的影响具有重要作用。本文通过测定开顶式生长室（OTC）内不同湿度条件下增温时沙质草地净氨化速率、净硝化速率和净矿化速率的变化,分析增温和湿度变化对土壤氮矿化作用的影响。结果表明:不论增温与否,沙质草地土壤净氨化速率、净硝化速率和净矿化速率随着土壤湿度增加而明显提高。土壤净氨化速率在土壤湿度为15.2%时最大,但是净硝化速率和净矿化速率在土壤湿度为11.8%时最大,土壤湿度达到时15.2%表现下降趋势。增温使沙质草地土壤氮矿化作用发生显著变化,但增温的效应与土壤湿度存在一定的关联。土壤湿度为3.4%、5.1%、8.5%时,增温处理使土壤净氨化速率较对照明显提高;但是土壤湿度为11.8%、15.2%时,增温处理时土壤净氨化速率较对照显著降低;土壤湿度为8.5%和11.8%时,增温使土壤净硝化速率和净矿化速率显著升高（p<0.05）,在湿度为1.7%、3.4%、5.1%以及15.2%时,增温处理和对照之间的净硝化速率、净矿化速率无显著差异。这说明只有在适宜的土壤湿度条件下,增温才显著影响沙质草地土壤矿化作用,当土壤湿度处于相对干旱或过度湿润的状态下,增温对沙质草地土壤矿化作用没有显著影响。     

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。     

古尔班通古特沙漠纵向沙垄植被空间异质性

在古尔班通古特沙漠南部纵向沙垄上按5 m×10 m的网格测度植被样方100个,采集浅层风沙土样品184件。调查发现,乔灌木层片和草本层片的分布及相互关系明显受沙垄地形影响,并且在干旱环境下种群间的竞争和空间上的互补使两层片生态优势度具有显著的相关性。地统计分析结果显示,纵向沙垄上植被空间异质性表现为木本层片的物种多样性呈斑块状分布,草本层片物种多样性呈现平行沙垄的带状结构和斑块结构叠加的特点,而植被盖度则在垂直沙垄走向的方向上具有强烈的梯度性变化。和沙垄土壤理化性质空间格局特征相对比,植被盖度及物种多样性与风沙土浅层含水量在自相关空间（变程）及空间异质性程度上比较接近。这是纵向沙垄小生态系统中草本植物和浅层土壤水分耦合关系在空间上的反映,也是木本植物对水分和土壤资源在小尺度（m）上竞争及中小尺度（10～100 m）上互补的结果。     

科尔沁沙地固定沙丘土壤水体积分数变化

利用2006-2009年5-9月科尔沁沙地固定沙丘0~150 cm土壤水体积分数监测数据及降水资料,采用偏度、峰度检验法检验了固定沙丘不同月及不同土层土壤水体积分数的正态性,并得到了其正态分布相关参数的估计值及其置信区间;同时,对不同土层、不同月及不同年间的土壤水体积分数变化和差异进行了分析。结果表明:(1)固定沙丘同一月的土壤水体积分数以显著性水平α=0.1通过正态分布的假设检验;固定沙丘土壤水体积分数的平均值范围1.82%~4.95%,主要集中在2%~4%;(2)受降水影响,固定沙丘7月土壤水体积分数较高,且与其他月的差异显著;7月土壤水体积分数均值和方差的点估计及置信水平为0.95的置信区间、统计特征均与其他月的有较大差异;(3)固定沙丘0~10 cm土壤水体积分数较低,且与其他土层有显著差异;而10~30 cm土壤水体积分数较高;(4)2008年土壤水体积分数较低,而2009年土壤水体积分数较高;除2007年与2008年土壤水体积分数没有显著差异外,其余年份间的土壤水体积分数均有显著差异。