民勤荒漠绿洲过渡带白刺灌丛沙堆演化阶段及其空间格局

通过野外调查,分析了民勤荒漠绿洲过渡带不同地下水位埋深的3个白刺灌丛沙堆样方内灌丛沙堆水平投影面积与高度的关系、灌丛沙堆的空间分布及空间自相关关系,确定各个样方白刺灌丛沙堆的演化阶段,并分析了地下水位、沙源及植被生长对灌丛沙堆发展的影响。结果表明,白刺灌丛发育阶段灌丛沙堆的水平投影面积和高度之间为线性关系;稳定阶段白刺灌丛沙堆高度与水平投影面积为幂函数关系;退化阶段白刺灌丛沙堆高度和水平投影面积为二次函数关系。不同演化阶段白刺灌丛沙堆的空间自相关尺度为5 m,且3个样方之间自相关尺度没有显著差异。     

民勤荒漠绿洲过渡带灌丛沙堆形态特征及分布格局

以民勤荒漠绿洲过渡带为研究区,通过样方调查,研究了荒漠区、荒漠绿洲过渡区到绿洲内不同梯度生境中灌丛沙堆的形态特征及分布格局。结果表明:(1)3种生境中灌丛沙堆的形态呈极显著性差异(p<0.01);绿洲区灌丛沙堆的平均高度、底面积、纵横断面积和体积均最大,其次为荒漠区,过渡区最小。(2)过渡带3种生境灌丛沙堆的长、短轴之间均呈二次函数关系,但相关程度不同,过渡区相关性最高,相关系数达0.78;绿洲区相关性最低,相关系数为0.57;高度与底面积、体积与高度间均呈幂函数关系,相关系数均在0.59以上;(3)过渡区灌丛沙堆分布密度较大,呈聚集分布,而荒漠区及绿洲区沙堆分布密度较小,均呈随机分布。     

气象因子对黑河中游荒漠-绿洲过渡带斑块植被区风沙活动的影响

气候变化对荒漠-绿洲过渡带斑块植被区的风沙活动影响巨大,对该区植被的演化趋势有着重要作用。利用2012-2013年的气象资料,结合植被区255个样点的风蚀积沙量野外观测资料,分析了甘肃临泽县荒漠-绿洲过渡带气候变化特征及其对地表风沙活动的影响。结果表明:(1)2012年和2013年平均气温、积温(≥10 ℃)变化均呈单峰型,平均温度影响近地面空气对流运动,积温(≥10 ℃)影响植被的生长,两者间接地影响风沙运动;(2)2012年和2013年降水差异显著,空气相对湿度呈双谷型变化,降水和空气湿度对地表下垫面的影响十分复杂,对风沙活动的影响较为复杂;(3)2012年和2013年起沙风频率变化呈三峰型,全年输沙势分别为412.21VU、375.41VU,分别属于高风能环境、中风能环境,方向变率指数0.31~0.78,以中变率为主;(4)2012年和2013年输沙率同输沙势或合成输沙势均呈非线性相关且强弱不同,2012年在小变率条件下输沙率受输沙势的影响较大,受合成输沙势的影响较小;2013年在中变率条件下输沙率受合成输沙势的影响较小,受输沙势的影响较大。     

黑河中游荒漠-绿洲过渡带斑块植被区风沙蚀积强度特征

荒漠-绿洲过渡带对风沙防治具有重要作用。对黑河中游荒漠-绿洲过渡带斑块植被区2012-2015年风沙蚀积状况进行了连续观测,并选用风沙蚀积强度R_e为评价指标对风沙蚀积状况进行了半变异函数及空间格局分析。结果表明：观测期间,风沙活动由风蚀向风积方向转变,但具体日期不能仅由风沙蚀积强度R_e的频率和平均值做出判断。风沙蚀积强度R_e的半变异函数理论拟合模型均为Linear模型,块金系数0.8508~0.9616,为强变异,变异主要由风、降水、动物活动、人为扰动等随机性因素引起。风沙蚀积强度R_e的空间分布格局显示研究区以轻度和微度风蚀风积为主,且风蚀面积下降而风积面积增加,风沙蚀积强度的空间格局变化与区域地形、植被盖度、气象因素等有关。     

近50 a来民勤绿洲-荒漠过渡带气候变化及沙尘天气特征

 根据近50 a民勤绿洲-荒漠过渡带气象和风沙观测资料,对过渡带温度、降水、蒸发量、相对湿度、风沙活动等气候要素进行了系统的分析。结果表明,近50 a过渡带平均增温率为0.009 ℃·a-1,20世纪80年代后增温显著,增温率高达0.025 ℃·a-1,增温主要发生于冬、春两季; 降水呈波动上升趋势且年际稳定性增强,近8 a与60年代相比,增加幅度达27.45%,增加主要发生于春、秋两季; 蒸发量减少,相对湿度线性增加; 受气候变化,沙尘暴在近50 a持续减少,而扬沙和浮尘天气与人为干扰关系密切,存在波动和反弹; 气候变化对过渡带退化植被的恢复与重建以及沙漠化的逆转将起到正面作用。     

荒漠绿洲过渡带柽柳和泡泡刺光合作用及水分代谢的生态适应性

对分布于荒漠绿洲过渡带的柽柳(Tamarix ramosissima)和泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)光合和水分代谢特性进行了比较研究。结果表明,柽柳和泡泡刺：①净光合速率与环境因子响应具“光合下调”现象,其曲线符合Gauss model。②净光合速率最大值分别为20.2 μmol CO2·m-2·s-1和23.8 μmol CO2·m-2·s-1;光补偿点和饱和点为244.62 μmol·m-2·s-1和1 180.31 μmol·m-2·s-1,73.67 μmol·m-2·s-1和1 467.85 μmol·m-2·s-1。③净光合速率近似双峰型抛物线;光能利用效率单峰曲线;柽柳蒸腾速率和水分利用效率为单峰旗形,泡泡刺波浪型。 ④泡泡刺利用较高的净光合速率、蒸腾、水分利用效率,柽柳通过高光能利用效率来适应荒漠生态环境。因此,光抑制所导致的“光合下调”现象是柽柳和泡泡刺对水分胁迫所产生的保护性机制,反映了荒漠植物在与环境协同进化过程中的生态适应性;较低的水分利用效率是荒漠植物对其环境响应的普遍适应机理。     

塔里木河下游绿洲-荒漠过渡带植物多样性特征及优势种群分布格局

结合10个断面的30个样地野外调查结果,采用物种丰富度指数(R)、Shannon-Wiener指数(H)、Simpson优势度指数(D)、物种均匀度指数(JSW)、Whittaker指数、Cody指数、扩散系数(C)、负二项参数(K)、平均拥挤度(m*)、丛生指标(I)、聚块性指标(PI)、Green指数(CA)、Cassie指标(GI) 综合分析了塔里木河下游绿洲-荒漠过渡带植物群落多样性及优势种群的空间分布格局。结果表明:塔里木河下游绿洲-荒漠过渡带优势种群为胡杨(Populus euphratica)、柽柳(Tamarix spp.)、黑果枸杞(Lycium ruthenicum)、盐穗木(Halostachys caspica)、花花柴(Karelinia caspica)、芦苇(Phragmites communis)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)、甘草(Glycyrrhiza inflata)、罗布麻(Apocynum hendersonii),受生境中水分条件的影响,各种群均呈聚集分布格局;各群落α-多样性指数低,物种多样性呈梯度变化,受环境水土资源条件限制,物种丰富度变化为:绿洲内>交错区>荒漠区;受地下水埋深的影响,群落结构呈规律性变化:乔-灌-草结构—灌-草结构—单一灌木结构—灌-草结构—乔-灌-草结构;Whittaker指数、Cody指数显示群落β-多样性随着地下水埋深梯度发生变化,过渡带是绿洲和荒漠物种分布变化的分界地带。因此,地下水埋深是决定塔里木河下游绿洲-荒漠过渡带物种多样性和种群分布的决定因素。     

荒漠-过渡带-绿洲界定——以石羊河流域为例

中国西北干旱区发源于山地的河流为中下游地区带来了丰富的水土资源,在荒漠中孕育出绿洲,过渡带位于其间,构成荒漠-过渡带-绿洲地理景观单元。界定荒漠、过渡带、绿洲的空间分布,可为干旱区生态系统格局、过程和服务方面的精确认知评价提供空间参考。以石羊河流域为例,选取训练样本,利用常用遥感指标和景观格局指数,通过判别分析方法,对荒漠、过渡带和绿洲空间范围进行界定。结果表明:采用通过逐步判别分析筛选出的6项遥感指标和2项景观指数构建的判别函数,与单独利用遥感指标或景观指数构建的判别函数,计算出训练样本的判别准确率分别为92.4%、84.0%、70.2%。采用遥感指标结合景观指数的综合判别分析,比单独利用遥感指标或景观指数判别准确率分别提高了8.4%\,22.2%。经综合指标判别分析,得出除主要山地外的石羊河流域荒漠、过渡带和绿洲面积分别为133万、49万、58万hm²。     

绿洲荒漠过渡带生态环境变化预警线提取与分析研究以新疆和田绿洲为例

运用MODIS时间序列数据,以干旱区和田绿洲为例,在对2002年、2004年SMVC-NDVI（Seasonal Maximum Value Composite NDVI）图进行分类后,通过对土地覆盖变化类型多度、重要度和评价等级的计算,将干旱区绿洲的生态环境强烈变化区定位于低草和中草的界限,并以此提取了过渡带生态环境变化的预警线。结果表明：从2002—2004年,预警线呈现整体缩小趋势,说明绿洲整体的生态环境在这3 a内有所退化,向恶性发展。通过对以气候因子为主的自然和人类活动因素定量分析后,认为预警线对干旱区荒漠绿洲脆弱生态环境的连续实时监测和可持续性发展研究具有很好的指示作用。     

轻度沙埋对典型荒漠植物的影响北大核心CSCD

中国西北干旱区以荒漠生态系统为主体,是中国典型脆弱生态系统。沙埋对该区域植物生存和生长、植被分布和组成以及荒漠生态系统功能和结构有重要影响。以典型荒漠植物梭梭(Haloxylon ammodendron)、柽柳(Tamarix chinensis)、白刺(Nitraria tangutorum)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)为研究对象,对比研究了轻度沙埋和非沙埋植物在生理和生长方面的差异,并从土壤盐分、土壤水分、土壤温度等方面探究了造成这种差异的原因。结果表明:轻度沙埋环境下,梭梭、柽柳、白刺、沙拐枣的光合速率普遍高于非沙埋植株,蒸腾速率显著低于非沙埋植株,水分利用效率也均高于非沙埋植株。轻度沙埋梭梭、柽柳、沙拐枣、白刺株高明显低于非沙埋植株,但地径、冠幅、叶面积指数普遍高于非沙埋植株。主要原因是轻度沙埋植物下方土壤黏粒含量、土壤湿度高于非沙埋植物下方,轻度沙埋植物下方土壤温度、含盐量低于非沙埋环境。     

黑河中游绿洲及绿洲-荒漠生态脆弱带土壤含水量空间分异研究

以黑河中游平川绿洲和六坝绿洲为例,对绿洲及绿洲-荒漠生态过渡带土壤含水量空间分异进行了分析研究。结果表明:在无灌溉条件下绿洲及绿洲-荒漠生态过渡带的土壤含水量水平分异明显,绿洲土壤含水量高于绿洲-荒漠生态过渡带和荒漠地区土壤含水量,并出现从绿洲到绿洲-荒漠过渡带和荒漠依次递减的趋势,主要受土壤性状、土壤水分水平运动和绿洲-荒漠局地大气环流影响;绿洲活动层土壤含水量垂直分异上表现为从表层向下逐渐增加,而过渡带和荒漠区活动层土壤含水量垂直分异则是表层和底层比20~30cm处低,可能与荒漠土壤凝结水的形成与运动有关。受绿洲地下水过度开采和绿洲边缘人类活动影响,在绿洲-荒漠过渡带形成了生态裂谷,对绿洲生态系统的安全构成威胁。     

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。     

绿洲-荒漠过渡带芨芨草地SPAC系统蒸散与多环境因子关系分析

利用波文比能量平衡法对天山北麓绿洲荒漠过渡带芨芨草地的夏季蒸散量进行测定,采用通径分析与相关分析相结合的方法探讨了蒸散与主要环境因子之间的关系,建立了适合该地区的蒸散预测模型。结果表明：（1）各种环境因子对蒸散影响的大小排序为：净辐射Rn）>土壤热通量（G）>空气温度（T_气）>空气相对湿度（RH）>5 cm土壤温度（T_{土-5 cm}）>实际水汽压（ea）>风速（V_wind）>5 cm土壤含水率（S_{土-5 cm}）;（2）各因子通过[Rn]对蒸散产生的间接作用都大于其自身直接作用,反映出净辐射是制约蒸散大小的主导因子,是决定干旱区蒸散量的关键;（3）土壤热通量对蒸散的直接负效应远小于通过其他因子的间接正效应,出现其直接负效应与综合效应相反的结果;（4）建立并经过检验的蒸散预测模型表明：与温暖湿润区蒸散依靠水、热并重情况不同的是,极端干旱区主要依靠热量因子强度的增加,才能有较大的蒸散量。     

沙埋对河西走廊荒漠绿洲过渡带一年生草本植物的影响

一年生草本植物是荒漠绿洲过渡带入工固沙植物群落草本层的优势植物类群,由于风沙活动剧烈,风蚀和沙埋成为一年生草本植物生存的关键选择动力因素.以河西走廊荒漠绿洲过渡带典型一年生草本植物狗尾草(Setaria viridis)、虎尾草(Chloris virgata)、白茎盐生草(Halogeton arachnoideus...     

夏秋季绿洲荒漠过渡带芨芨草地蒸散及能量平衡特征研究

以实测气象资料为基础,运用波文比能量平衡法计算绿洲-荒漠过渡带芨芨草的蒸散量,并分析了其蒸散日变化规律及地表能量平衡特征。结果表明:①不同天气条件下的蒸散日变化曲线特征差异显著。晴天因辐射强、蒸散量大,蒸散曲线显示为“高耸”型;由于受云量和降水的影响,阴天曲线呈“平缓”型;雨天曲线则表现为“偏态”型,而平均蒸散曲线变化与晴天较为相似。②随着气候由夏季向秋季转变,早晨蒸散发生和夜间蒸散结束的时间点分别表现出1.73 min·d-1的滞后性和2.02 min·d-1的前移性;同时,蒸散峰值以0.0036 mm·d-1的速度递减。与一些相对叶宽的植被覆盖地相比,芨芨草地蒸散量日际波动幅度较小。③净辐射通量(Rn)、 潜热通量(LE)、感热通量 (H)及 土壤热通量(G)的平均值都表现出较为一致的日循环变化趋势。G/Rn、H/Rn、LE/Rn曲线白天平滑,夜间波动,日出和日落前后波动最为剧烈。潜热占净辐射的58.8%,远大于沙漠、戈壁,而低于绿洲。④晴天波文比（β）日内变化曲线呈明显的下降趋势,平均变化率接近-2%,但日间变化曲线略呈上升趋势,变化率为4.8‰。前者反映了晴天的潜热活动在日内随时间变化而愈来愈强,后者则表明感热活动在夏秋季中随日期的推移而逐渐增强。     

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。     

TM影像目视解译显示尺度的选择及尺度效应分析——以内陆河流域绿洲-荒漠过渡带为例

选择干旱区对目视解译显示尺度敏感的绿洲—荒漠过渡带的TM影像,应用格局指数法和转移矩阵法,从受显示尺度影响明显的面积和斑块形状特征两方面进行尺度效应分析。将显示尺度划分为3个尺度区间:≥1∶7.5万,数据精确,信息丰富;1∶7.5万～1∶12.5万,尺度效应明显,细节信息大量丢失;≤1∶12.5万,细节信息较少,而形状复杂、面积较大的斑块出现尺度效应。研究结果表明,1∶7.5万是研究绿洲—荒漠过渡带景观的最小适宜尺度。     

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。     

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。     

敦煌-格尔木铁路沿线荒漠灌丛风动力环境与沉积物粒度特征北大核心CSCD

敦煌-格尔木铁路穿越西北干旱荒漠区,地表裸露、沙源丰富、风沙活动强烈。通过野外风沙定位监测和地表沉积物粒度特征分析,揭示了铁路沿线灌丛路段风动力环境和地表沉积物特征。结果表明:研究区年均风速和起沙风频率分别为2.13 m·s^(-1)和3.91%,年输沙势19.89 VU,属低风能环境,年际变率小,季节变化明显,冬季输沙势最高。主导风向相对单一,以南风和西风为主,且随季节变化差异显著。灌丛地表细颗粒占绝对优势,<250μm细颗粒含量超过85%,并以<63μm粉沙为主;无植被覆盖路基边坡<250μm细颗粒含量60%~80%,>500μm粗颗粒含量高达22%。灌丛沉积物平均粒径43.85μm、偏度0.29、峰度1.41、分选系数2.06,边坡处对应值分别为117.18μm、0.16、1.00、2.09,两地沉积物分选较差,灌丛沉积物更细且粒径分布更集中,说明灌丛保护下地表物质较为稳定,细颗粒被较好地保存。