流动沙地灌丛内外生境中土壤动物群落结构研究

以中国科学院奈曼沙漠化研究站为依托,调查了小叶锦鸡儿灌丛内外生境中土壤动物群落特征及土壤理化特性,分析了灌丛内外生境中土壤动物群落结构的差异性,并探讨了土壤动物对灌丛覆盖流沙地表产生小生境的响应特征。结果发现,共捕获土壤动物30科,优势类群有大赤螨科、等节跳科和虱啮科,常见类群有球角跳科,中型土壤动物占绝对优势。土壤动物密度、类群数和多样性指数灌丛内显著高于灌丛外（p<0.05）;土壤动物群落均匀度和优势度变化趋势相反,但灌丛内外无显著差异性（p>0.05）。调查季节（夏季）灌丛内外小生境的土壤温度、酸碱度及有机碳含量差异是主要影响因素。流动沙地灌丛下生境中土壤动物分布表现出了明显的聚集现象,土壤动物多样性显著增加,表明小叶锦鸡儿灌丛覆盖流动沙地后能够显著改变土壤动物生存的微生境,从而导致土壤动物群落结构发生了深刻变化。而且,由于对灌丛内外微生境的选择性和适应性差异,动物类群产生了不同的响应模式。     

毛乌素沙地南缘固沙灌丛下地表凝结水特征

尽管凝结水在干旱生态系统中所发挥的重要作用已被广泛关注,但对其在固沙灌丛下时空变化特征的研究仍然比较薄弱。为探明固沙灌丛对地表凝结水的影响,在毛乌素沙地南缘沙区选择3种典型固沙灌丛（沙柳Salix psammophila、柠条Caragana korshinskii和油蒿Artemisia ordosica）,以无固沙灌丛影响的裸沙作为对照,用微型蒸渗仪测定了固沙灌丛下不同位置（根部、1/2冠幅和外缘）和不同方向（东、南、西、北）上地表凝结水的形成和蒸发特征。结果表明：（1）与对照相比,固沙灌丛的存在显著降低了地表凝结水量,沙柳、油蒿和柠条灌丛下凝结水量分别降低了29%、32%和33%;(2)不同类型固沙灌丛下地表凝结水量由里向外均呈显著增加的趋势,但不同方向上地表凝结水量差异不显著;（3）固沙灌丛的存在减缓了凝结水的形成和蒸发过程,即凝结水自19:00开始形成,到次日08:00基本结束,至13:00—15:00蒸发殆尽,其形成过程整体上表现出增加—平缓—增加的趋势,柠条和油蒿灌丛下地表凝结水在03:00—05:00甚至有少量蒸发,而蒸发过程呈稳定下降趋势;（4）凝结水的形成过程与空气...     

沙坡头人工植被固沙区天然降水的入渗和分配研究

土壤、植被冠层与大气界面间(SVAT)物质传输过程日益成为水文学研究最感兴趣的领域,降水量的迁移与转换是非灌溉区SVAT主要的物质传输过程.干旱半干旱区稀疏灌丛蒸散量占降水量的90%以上,因此对降水入渗与水分在土壤内植物根际区再分配的研究显得十分重要.试验于2001年8月17日至9月30日在中国科学院沙坡头试验站进行,主要观测人工植被荒漠灌木柠条(Caragana korshinskii) 灌丛固定沙丘降水入渗与再分配过程.结果表明:在7次不连续降水过程中,土壤入渗深度与降水强度呈简单线性相关关系,土壤入渗速率约为降水强度的10倍.当次降水过程中降水强度小于0.46 mmh-1时,土壤入渗速率约为0 cm*h-1,此时的降水对沙区土壤基本上没有水分补给作用.受荒漠灌木柠条根系吸水作用的影响,其根系密集剖面深度40～140 cm内降水水分入渗积累不明显.降水入渗速率及入渗深度受土壤剖面初始含水率多寡而变化,干燥土壤剖面有助于提高瞬时入渗速率.降水以后随着时间的推移,人工固沙区微环境内空气温度、湿度等气象条件适宜,柠条生长进入相对旺盛阶段,其根系密集层140 cm深度处土壤含水率在总体上下降的过程中,表现出昼消夜长的趋势,试验期间翌日 8:00时土壤含水率值略高于前一日20:00时水分值 0.1%～0.3%.     

荒漠灌丛降雨再分配对土壤pH值的影响

对腾格里沙漠东南缘沙坡头地区1989年建植人工植被区优势固沙灌木柠条（Caragana korshinskii）和半灌木油蒿（Artemisia ordosica）树干茎流及穿透雨的pH值,以及灌丛基部、灌丛下和灌丛外裸地0～10 cm和10～20 cm剖面深度土壤pH值分别进行测定,并与大气降雨pH值进行比较,以探讨荒漠灌丛降雨再分配对土壤pH值空间变异的影响。结果表明:大气降雨pH值最高,穿透雨pH值次之,树干茎流pH值最低,三者之间具有显著差异（p<0.05）。灌丛外裸地土壤pH值最高,灌丛下次之,树干基部最低。总体而言,0～10 cm剖面深度土壤pH值小于其下方10～20 cm剖面深度土壤pH值。柠条灌丛产生的树干茎流对土壤的酸化作用强于油蒿灌丛。树干茎流和穿透雨的酸化作用是导致土壤pH值从灌丛间裸地到灌丛基部方向上降低的一个重要原因。     

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。     

沙地柠条(Caragana)灌丛微生境节肢动物群落特征

以宁夏荒漠草原柠条（Caragana）灌丛林地为研究对象,于2011年春、夏、秋季,利用陷阱诱捕法,调查了灌丛微生境节肢动物群落分布特征。结果表明：（1）调查共获得节肢动物9目31科32个类群,分属于4种功能群（植食性、捕食性、腐食性和杂食性）。其中,优势类群为蚁科（Formicidae）和拟步甲科（Tenebrionidae）,个体数占总个体数的71.97%;常见类群有7科8个类群,个体数占总个体数的19.72%;其余22个类群为稀有类群,个体数仅占总个体数的8.30%。（2）随着季节变化,灌丛内外节肢动物类群组成和个体数分布均发生改变。春季灌丛内外均包括优势类群、常见类群和稀有类群;夏季灌丛内外均包括优势类群,而灌丛下仅有常见类群,无稀有类群,灌丛外既没有常见类群也没有稀有类群;秋季灌丛内外均有优势类群和常见类群,但灌丛内外均无稀有类群。（3）夏季灌丛内外共有类群数最少,相似性指数最低,秋季次之,而春季灌丛内外共有类群数最多,相似性指数也最高。（4）春季和秋季,灌丛内外微生境中节肢动物个体数、丰富度和Shannon指数均无显著差异（P>0.05）。夏季,节肢动物个体数灌丛内外无显著差异性（P>0.05）,但丰富度和Shannon指数均表现为灌丛内显著高于灌丛外（P<0.05）。（5）春季灌丛内外捕食性、植食性和杂食性节肢动物的个体数和丰富度均无显著差异性（P>0.05）;但是,腐食性动物个体数和丰富度均表现为灌丛内显著高于灌丛外（P<0.05）。夏季,仅有捕食性动物丰富度呈现出灌丛内显著高于灌丛外（P<0.05）,而其他指标灌丛内外均无显著差异性（P>0.05）。秋季,每种功能群动物的个体数和丰富度灌丛内外均无显著差异性（P>0.05）。沙地灌丛内外生境中节肢动物的空间分布,既与灌丛本身生理生态学特性相关,也与季节性降雨和温度等气象条件的改变密切相关。     

地表径流对荒漠灌丛生境土壤水分空间特征的影响

土壤水分是干旱区多尺度生态水文过程的关键影响因素和驱动因子,其时空格局是生态、水文、气象、地形等自然过程研究的重要参数。笔者研究了降水径流事件后3种不同灌丛个体尺度土壤水分空间异质性特征,结果表明,珍珠灌丛个体尺度土壤水分空间分布特征表现为灌丛边缘>灌丛内部>灌丛间裸地,驼绒藜灌丛表现为灌丛内部>灌丛边缘>灌丛间裸地,而狭叶锦鸡儿灌丛不同微生境土壤水分差异不显著。珍珠和驼绒藜灌丛同一微生境土壤水分存在坡位梯度,珍珠灌丛3个微生境土壤水分均表现为上坡位大于下坡位,而驼绒藜灌丛边缘表现为上坡位小于下坡位,其他两个微生境无明显规律;狭叶锦鸡儿灌丛土壤水分无明显的坡位梯度。3种灌丛不同微生境土壤含水量随土层深度增加的变化不明显。这说明在降水径流事件中,不同斑块的反应差异引起了地表径流的形成以及随之发生的资源再分配,从而导致了景观内土壤水分的空间异质性。     

西鄂尔多斯荒漠灌丛生态系统碳密度

为了估算西鄂尔多斯天然荒漠灌丛生态系统碳密度并揭示碳储量在不同层片（灌丛植株、草本层、枯落物层及土壤层）、器官间的分配规律,以该区5种优势荒漠灌丛（沙冬青Ammopiptanthus mogolicus、霸王Zygophyllum xanthoxylum、四合木Tetraena mongolica、半日花Helianthemum songaricum和红砂Reaumuria songarica）群落为对象,测定了5种灌丛生态系统碳密度。结果表明：西鄂尔多斯5种荒漠灌丛生态系统碳密度40.28~55.51 t·hm^-2,其中土壤层碳密度占绝对优势（97.15%~98.51%）,为39.40~54.48 t·hm^-2,且在0~50 cm随着土层深度的增加而增加;植被层生物量密度垂直分布格局表现为灌丛层 > 草本层 > 枯落物层,灌丛层碳密度空间上表现为距离黄河越近碳密度越大（沙冬青和半日花灌丛生物量碳分别占各自植被层生物量密度的92.16%和62.42%）,而草本层碳密度表现出与之相反的规律;草本层根系生物量碳也是灌丛生态系统碳重要组成部分,碳密度8.41~38.29 g·m^-2,占植被层碳密度的5.36%~45.18%;除红砂灌丛外,灌丛草本层地下部分碳密度显著高于地上部分（P<0.05）;灌丛个体碳储量分布表现为枝条 > 根系 > 叶片,粗枝和粗根是单株灌丛碳储量的主要贡献者,且在灌丛种间差异显著（P<0.05）,根系生物量碳占植被层碳储量的20.00%~33.53%,叶片生物量碳占总植被层碳储量的2.02%~24.54%。     

藏北高原土壤的温湿特征

通过藏北高原两个站点(D110和安多)土壤温湿特性的分析,表明浅层土壤温度的变化幅度明显的比深层的要大,而且浅层土壤温度受地表随机天气过程的影响较大。浅层(20cm)土壤在未冻结前湿度的变化幅度不但受形成降水的地表随机天气过程的影响,而且受其下层土壤湿度状况的影响。下层土壤湿度越小,浅层(20cm)土壤湿度的变化幅度越大。土壤湿度和土壤温度之间存在着明显的相互关系,土壤的湿度状况能够影响土壤温度变化的幅度和土壤温度变化的趋势。     

黄土高原半干旱区天然锦鸡儿灌丛对土壤水分的影响

本文选择黄土高原半干旱区定西地区的一种地带性植被,天然甘蒙锦鸡儿灌丛,将其0～99m深的土壤水分含量与人工柠条锦鸡儿灌丛、人工杏树林、天然草地、放牧荒坡和农地的土壤水分含量进行了比较。结果发现,天然锦鸡儿灌丛在1m以下土壤各层的水分含量均高于人工柠条灌丛和人工杏树林,而与放牧荒坡和农地的土壤湿度接近,略低于农地。天然锦鸡儿灌丛4m以上土层的土壤湿度还明显高于天然草地;天然锦鸡儿灌丛形成的难效—无效水层深度在2m土层以上,而人工柠条灌丛形成的难效无效水层则深达56m,人工杏树林42m,天然草地、放牧荒坡分别为36m和33m,农地1m。     

Effects of shrubs and precipitation on spatial-temporal variability of soil temperature in microhabitats induced by desert shrubs

Soil temperatures at 0, 5, 10 and 20 cm depths were monitored continuously at different microhabitats (beneath shrub canopy (BSC); bare intershrub spaces (BIS)) induced by xerophytic shrub (Caragana korshinskii Kom.) canopy, respectively. We mainly aimed to assess the effects of shrub canopy and precipitation on the spatial-temporal variability of soil temperature. Results indicate that both precipitation and vegetation canopy significantly affect soil temperature. In clear days, soil temperatures within the BSC area were significantly lower than in the BIS at the same soil depth due to shading effects of shrub canopy. Diurnal variations of soil temperature show a unimodal sinusoidal curve. The amplitude of soil temperature tended to decrease and a hysteresis of diurnal maximum soil temperature existed at deeper soil layers. Vertical fluctuations of soil temperature displayed four typical curves. In the nighttime (approximately from sunset to sunrise), surface temperature within the BSC area was higher than in the BIS. In rainy days, however, soil temperatures were affected mainly by precipitation and the shrub canopy had a negligible effect on soil temperature, and little difference in soil temperature at the same soil depth was found between the BSC area and in the BIS. Diurnal variations in soil temperature decreased exclusively as rainfall continued and the vertical fluctuations of soil temperature show an increased tendency with increasing soil depth.     

科尔沁沙地优势固沙灌木的生物量预测模型

灌木生物量预测模型对于快速估算固沙灌木林生产力具有重要作用。以科尔沁沙地3种常见的固沙灌木小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）、差不嘎蒿（Artemisia halondendron）、黄柳（Salix gordejevii）为对象,基于对灌木地上、根系和整株生物量及高度、冠幅等的测定,建立3种灌木地上、根系和总生物量的估算模型,通过决定系数（R²）、估计值的标准误（SEE）和回归检验显著水平（P<0.05）筛选最优的生物量预测模型。结果表明：小叶锦鸡儿和黄柳生物量的最佳估算变量为冠幅体积,而差不嘎蒿的最佳预测变量为冠幅面积。幂函数回归模型具有最大的R²和较小的SEE,说明相对生长方程是估算小叶锦鸡儿、黄柳、差不嘎蒿灌木生物量较理想的模型。通过实测值检验,3种灌木幂函数模型预测生物量的预估精度在93%以上,具有较好的预测精度。     

灌丛对流动沙地土壤特性和草本植物的影响

通过对流动沙地灌丛内外土壤特性、土壤养分含量、土壤种子库和草本植物群落特征的差异性调查,分析了灌丛对沙地土壤特性和林下草本植被的影响。结果表明,在流动沙地0—20 cm土壤中细沙、极细沙、粘粉粒、有机质、总氮和总磷、有效磷和土壤水分含量,小叶锦鸡儿灌丛下分别较灌丛外高17.3%、4.4%、 49.5%、43.8%、40.0%、23.1%、16.3%和10.8%,黄柳灌丛下较灌丛外分别高3.5%、21.3%、0.0%、20.0%、16.7%、8.3%、10.6%和28.1%。小叶锦鸡儿、差不嘎蒿和黄柳灌丛下凋落物蓄积量要比灌丛外分别高18.3倍、365.2倍和15.5倍。差不嘎蒿灌丛下土壤种子库密度较灌丛外高10.9倍。原为半固定、半流动沙地优势种的多年生草本植物白草,不仅能在流动沙地灌丛下存活,而且具有较高的密度、高度、盖度和地上生物量。结果还表明,从灌丛中心到灌丛边缘,凋落物产量、土壤种子库密度、草本植物密度、盖度、生物量均存在明显的递减梯度,在灌丛外不远处消失。这些结果说明,在流动沙地,灌丛具有明显的“肥岛”效应和“保种”作用。     

塔克拉玛干沙漠腹地土壤热通量变化特征

利用2009-2011年塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站测得的土壤热通量数据,分析了塔克拉玛干沙漠腹地土壤热通量在不同天气条件下的变化特征。结果表明：（1）塔克拉玛干沙漠腹地1 cm处土壤热通量年平均值为1.9 W·m^-2,5、20、40 cm处分别为1.0、0.4、0.4 W·m^-2;1 cm处土壤热通量年最大值为334.1 W·m²,年最小值为-184.2 W·m^-2;土壤热通量基本表现为夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季。（2）各土层土壤热通量具有明显的日变化特征。随着土壤深度的加大,土壤热通量的日变化幅度明显减小,最大值出现的时间有一定的滞后性。土壤热通量5 cm出现最大值的时间比1 cm处延迟3 h,延迟速率为0.75 h·cm^-1,20 cm比5 cm出现最大值的时间晚2 h,延迟速率约为0.13 h·cm^-1。（3）不同天气情况下的土壤热通量日变化特征有一定的差异,晴天较为规则,阴天、雨天、沙尘天则较不规则,且1 cm处土壤热通量受天气影响最显著。晴天1 cm处土壤热通量平均值为9.0 W·m^-2;阴天、雨天、沙尘天1 cm处土壤热通量值平均值分别为5.1、-6.1、-1.9 W·m^-2。     

夏季不同天气条件下沙漠辐射和能量平衡的对比分析

利用2009 年7 月24 日-9 月12 日“巴丹吉林沙漠陆-气相互作用观测试验”资料,对比分析了典型晴天和阴天下巴丹吉林沙漠地表辐射、能量平衡和土壤温度的日变化规律.结果表明：①巴丹吉林沙漠典型晴天条件下总辐射、地表反射辐射、地表长波辐射、有效辐射、净辐射的峰值和日积分值都比典型阴天条件下大,大气长波辐射比阴天条件下小.两种天气条件下净辐射日积分值占太阳总辐射的1/3.②沙漠地区典型晴天地表反射率呈U型,白天均值为0.32;阴天变化较平缓,均值为0.29.③两种天气条件下地表热量平衡都以感热输送为主,波文比分别为4.55 和1.16.晴天不平衡能量达到净辐射的20%,阴天为30%.④晴天条件下有效能量夜间为负值,白天为正值,阴天全天为正值;湍流能量全天均为正值.能量闭合度(EBR)晴天平均为0.68,阴天为0.76.⑤土壤温度5~10 cm日较差逐渐减小,20、40 cm日变化不明显;5 cm土壤热通量日变化较大,20 cm土壤热通量振幅较小.     

乔木和灌木枝水分传导脆弱性沿降水量递增的分化

植物枝条失去50%水分传导时对应的水势(ψ50),称为枝的水分传导脆弱性。该指标是反映植物干旱适应能力的关键指标,也决定着植物沿降水梯度的分布。乔木和灌木枝水分传导脆弱性沿降水量递增的变化是否一致,有待揭示。基于已发表的文献,筛选出236种乔木、137种灌木,建立ψ50与分布地年均降水量及分布地干旱指数关系,来确认两大类植物的ψ50沿降水递增的变化的异同。结果表明:乔木和灌木的ψ50均随降水梯度、干旱指数的增加而增加,一元线性回归方程显著;ψ50与降水梯度、干旱指数回归方程的回归系数在乔木和灌木间差异不显著,但同一降水量下,乔木比灌木具有较低的ψ50值。我们认为灌木和乔木枝水分传导脆弱性对降水量和干旱指数递增具有相似的适应性。     

荒漠灌丛树干茎流及其入渗、再分配特征

运用铝箔收集法测定了荒漠灌木柠条（Caragana korshinskii Kom.）树干茎流;利用时域反射仪连续测量土壤剖面水分含量,分析树干茎流影响下柠条根际区水分入渗与再分配过程。结果表明,柠条灌丛产生树干茎流需要2.2 mm的前期降雨量,树干茎流占降雨量的7.9%,平均汇流率是89.8。土壤表层含水率对降雨过程响应明显; 当降雨量达到6 mm时,树干茎流有利于增加根际区土壤水分增量,补充深层土壤水分,对荒漠植被在干旱条件下存活起着重要作用。     

Relationships between Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and carbon fluxes of biologic soil crusts assessed by ground measurements

The aim of this research was to study the relationships between the biological soil crusts (BSC), spectral reflectance and photosynthetic activity. Twenty field campaigns, each lasting several days, were conducted during the 2002–2003 rainy season at sand dune and loess environments in the north-western Negev desert of Israel. Simultaneous measurements of CO₂ net exchange and spectral reflectance were carried out for several types of BSC. The Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) was derived from the BSC reflectance and correlated with their CO₂ exchange data. The relationship between NDVI and CO₂ exchange is discussed in detail with respect to environmental factors, such as soil water content, air temperature, and light intensity. Fairly good correlations were found in the rainy season. The NDVI was useful in indicating the potential magnitude and capacity of the BSC assimilation activity. Furthermore, the index corresponded well with different rates of photosynthetic activity of the different types of microphytes. The results demonstrate that spectral reflectances of the BSC can be related to photosynthetic activities and posseses the potential to assess the amount of carbon sequestration by these microphytes on an areal scale using satellite images.