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北大核心CSCD

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163.71~247.64g·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、102.74g·m^(-2),流动沙丘最高地上生物量为17.48~20.10g·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、370.1g·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。     

科尔沁沙地沙丘固定过程中植物生物量及土壤特性

为了解沙丘固定不同阶段植物群落的生物量特点及土壤理化特性的变化规律,研究比较了科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘、沙质草地4种生境的地上、地下生物量,并分4层土壤深度分析了土壤理化特性的演变特征及相关关系.结果表明:(1)植物地上生物量与地下生物量显著正相关,0~10 cm土层地下生物量最大,随着沙丘的固定,地下10～20、20～40、40～60 cm深度土层的生物量显著增加,植物地上生物量依次增大,分别为2.20、98.10、131.41、190.38 g·m^-2,地下地上生物量比依次为10.44、1.67、0.81、1.18;(2)随着沙丘的固定,表层土壤容重由1.62 g·cm³下降到1.33 g·cm³,各土层的粉沙和极细沙的占比依次增加,中沙比例依次减小,土壤碳氮含量、碳氮比、pH值、电导率均逐渐增加;(3)地上、地下生物量均与表层土壤碳氮含量、pH值、电导率显著正相关,土壤碳、氮含量均与pH值、电导率、土壤水分含量显著正相关,与土壤容重显著负相关(p<0.05).综上所述,沙丘恢复过程中植物生物量的增加与表层土壤颗粒细化、营养物质增多、水分增加密切相关,土壤-植被系统构成了有机的综合体.     

科尔沁沙地植被恢复过程中群落组成及多样性演变特征

流动沙丘、固定沙丘和沙质草地均是科尔沁沙地土地沙化的产物,植被恢复重建则是该区域流沙治理的主要措施,理解植被恢复过程中群落组成及植物多样性演变特征有利于沙地植被恢复和生态重建.本研究基于连续15年对科尔沁沙地流动沙丘、固定沙丘和沙质草地长期植物群落结构调查数据,分析了 3种沙地类型植物群落年际变化特征及不同生活型植物年...     

科尔沁沙地退化植被恢复过程中碳氮化学计量特征的变化

为研究沙地退化植被恢复过程中碳氮化学计量特征的变化,分别于2011年、2013年和2015年8月中旬对流动、半固定、固定沙丘和草地进行植被调查,并测定植被—土壤系统的碳氮化学计量特征。结果表明：（1） 随着沙地退化植被的恢复,地上植物、凋落物和根系的C、N含量及C/N比波动变化,土壤（0～10 cm）C和N含量及C/N比显著增加（P <0.05）。（2）沙地4种生境上的地上植物、凋落物、根系、土壤的C、N含量及C/N比年际间变化显著（P <0.05）。（3） 沙地退化植被恢复过程中地上植物、凋落物、土壤的C/N比与物种丰富度呈正线性关系（P <0.01）。沙地退化植被恢复过程中优势植物演替导致植被—土壤系统中C、N化学计量特征的变化,植被恢复过程中植物的氮素利用效率也在逐渐增强,而封育时间的增加能够促进沙地土壤中N的积累。     

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。     

科尔沁沙地优势固沙灌木叶片凋落物分解的主场效应

在气候变化和人类活动的影响下,科尔沁沙质草地中灌木植物种增加,导致沙质草地逐渐向灌木地转变。选取该地区优势固沙灌木差不嘎蒿（Artemisia halodendron）和小叶锦鸡儿叶（Caragana microphylla）凋落物及其混合凋落物开展交互移置培养试验,分析了培养过程中CO₂释放和干物质损失量以及混合凋落物CO₂释放量实测值与预测值的差异,辨析主场效应产生的原因及其驱动机制,以期为将主场效应纳入到凋落物分解模型提供理论基础。结果表明：与高质量的小叶锦鸡儿叶凋落物相比,质量较低的差不嘎蒿叶凋落物分解具有更强的主场效应;其次,引起叶凋落物分解的主场效应归因于土壤微生物的特化作用,而不是土壤动物的搬运或贮藏行为。此外,混合凋落物主场效应与其分解生境中长期输入的凋落物的质量相似性紧密相关,质量相似性越大,主场效应越强,这也是本研究中混合凋落物分解在差不嘎蒿灌丛土壤下具有较强主场效应的原因。     

福州城市森林凋落物动态及其归还量

2010年11月q011年10月,通过对福建省福州市区江滨公园内番石榴、南洋杉和黄花槐3种人工林的凋落物动态及其归还量进行研究,结果表明：番石榴、南洋杉凋落物量在4月和9月出现凋落高峰,而黄花槐凋落物量在4月和8月出现凋落高峰;亚热带城市森林凋落高峰主要受降水量、气温和人为因子共同影响;黄花槐、番石榴和南洋杉年凋落物量分别为6030．11±422．17、9701．21±657．30和8662．58±291．12kg·hm^-2·a^-1,黄花槐、番石榴和南洋杉凋落物碳含量在40．9—41．5％,凋落物c归还量分别为2466．31±175．20、4026．00±270．81和3568．98±119．07kg·hm^-2;树种和林分密度是各林分凋落物年归还量差异的主要原因,而单株凋落物年归还量主要受林分密度的影响．     

科尔沁沙地优势植物叶凋落物分解及碳矿化——凋落物质量的影响

凋落物矿化分解是维持生态系统养分循环的关键过程,也是陆地生态系统C向大气释放的主要动力,因此影响和控制生态系统凋落物矿化分解的主要因素一直备受关注。土地沙漠化是科尔沁沙地最严重的环境问题,并且导致土壤粗质化和贫瘠化,凋落物输入和矿化分解对于改善该地区土壤质地和养分状况至关重要。通过室内培养的方法,对科尔沁沙质草地27种主要植物叶凋落物矿化分解及其与凋落物C含量、N含量、木质素含量、C/N、木质素/N、极易分解有机物含量(LOMⅠ)、中易分解有机物含量(LOMⅡ)及难分解有机物含量(RP)等指标关系进行研究。结果表明:科尔沁沙地27种植物叶凋落物质量存在较大差异(P<0.001),相应的27种植物叶凋落物培养样品矿化有机碳总量和干物质损失量存在显著差异(P<0.001),分别在9.0 mg C·g^-1干土至12.7 mg C·g^-1干土和14.7%至40.4%之间变化。添加凋落物后培养样品的CO₂释放总量显著大于对照(不添加凋落物),说明土壤中添加凋落物后,培养样品的有机碳矿化速率明显增大。27种植物叶凋落物矿化有机碳总量以及损失干物质总量与凋落物的N含量、C/N、木质素/N、LOMⅠ、LOMⅡ和RP等指标存在显著的相关性,叶凋落物的矿化分解主要受LOMⅠ和木质素/N的影响。     

氮素及水分添加对科尔沁沙地4种优势植物地上生物量分配的影响

氮素和水分是半干旱沙地生态系统植物生长主要的影响因素,氮沉降和降水量与降水格局的变化可能会对植物生长产生深刻影响,进而影响沙地生态系统功能。本文通过科尔沁沙地草地连续2年增加水分（夏季增雨,冬季增雪）、添加氮素和同时添加氮素和水分的田间试验,分析了不同处理对4种优势草本植物种（尖头叶藜Chenopodium acuminatum 、白草Pennisetum centrasiaticum 、糙隐子草Cleistogenes squarrosa 和狗尾草Setaria viridi ）地上生物量积累和分配的影响。结果表明：单纯添加氮素或水分对当地4种优势植物平均地上总生物量、各构件平均生物量及繁殖体和茎平均生物量分配无显著影响。夏季增雨×氮素添加使4种植物平均地上总生物量及各构件平均生物量在2010年显著增加,冬季增雪×氮素添加使叶生物量分配在2010年显著增加;但是在2012年各处理对生物量的分配影响不显著。这说明夏季增雨×氮素添加能够解除氮素对水分的限制作用,使植物将所获得的有限资源供于叶片生物量的积累和分配。但是添加氮素与水分影响的生物量分配变化程度因物种而异,对尖头叶藜、白草、糙隐子草的影响不明显,对狗尾草的影响显著。     

侵蚀红壤区马尾松人工林恢复过程中凋落物碳氮归还量变化

以福建省长汀县侵蚀红壤区恢复0、16和34年马尾松人工林为研究对象,采用"时空代换"法,研究侵蚀退化地植被恢复过程中马尾松和林下植被芒萁凋落物年输入量以及碳、氮归还量的变化.通过对不同恢复年限样地为期4年的凋落物观测,结果表明:植被恢复过程中凋落物输入量逐渐增加,不同恢复年限样地马尾松凋落物年输入量平均分别为0.60、...     

不同强度放牧后自然恢复的沙质草地土壤性状特征

通过对科尔沁沙质草地不同强度放牧后自然恢复过程中土壤的物理、化学和生物学性状特征的研究,结果表明,土壤有机碳、全氮、全磷、有效氮和速效磷含量以及基础土壤呼吸活性在各处理表层土壤的特征为:中牧后恢复草地>轻牧后恢复草地>无牧恢复草地>重牧后恢复草地;重牧后的恢复草地表层土壤较其它处理有较高的土壤容重和pH值以及较低的过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性;沙质草地的土壤养分和生物学活性在剖面中的分布为上高下低,主要富集于0~ 25cm表层,放牧对土壤系统的影响主要表现在0~ 75cm土层。重度放牧使沙质草地超出了其承载能力和承受干扰的阈限,土壤性状恶化,恢复力降低;而适度的放牧后恢复有利于土壤化学和生物学性状的保持和提高。     

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。     

科尔沁沙地草地植被对围封和放牧的响应

研究了科尔沁沙地疏林草地、针茅草原和草甸植被盖度、地上和地下生物量、物种多样性对围封和放牧的响应。结果表明：（1）围封与放牧草地的优势植物不同,围封草地植物群落优势植物为多年生禾本科植物,放牧草地中一年生植物和小半灌木优势明显。（2）围封和放牧草地的植物盖度、凋落物量、地上生物量和物种丰富度存在明显差异（P<0.05）;围封显著提高了植被盖度和地上生物量,由疏林草地、针茅草原到草甸,植物盖度和地上生物量逐渐增加,而3种草地植被凋落物量大小顺序为针茅草原> 疏林草地> 草甸;放牧条件下植物盖度、凋落物量和物种丰富度差异不显著（P>0.05）。（3）3种草地之间的地下生物量无显著差异（P>0.05）,但围封与放牧之间、不同土壤层次之间地下生物量存在明显差异（P<0.05）;围封显著提高草地的地下生物量（P<0.05）;草地地下生物量随着土壤深度表现出下降趋势（P<0.05）。长期放牧增加了草地一年生植物和小半灌木植物的优势,消除了不同草地之间植被盖度和物种丰富度的差异;而围封能提高草地多年生禾本科植物的优势、增加其物种丰富度,对于草地质量和植物多样性的恢复和保育具有积极作用。     

科尔沁沙地的土地利用与沙漠化

根据1985年和2000年的土地利用数据和从相同时期的TM影象上提取的土地沙漠化数据, 运用ARC/INFO软件和Access统计软件, 分析科尔沁沙地近20a来土地利用和沙漠化土地的构成及变化特点、土地利用与土地沙漠化之间的关系得出: 草地和耕地是土地利用的主要类型, 未利用地面积较大, 其他利用类型面积较小; 15a来, 耕地和林地增加幅度最大, 草地减少幅度最大, 土地利用转移的主要方向是草地变为耕地和林地。科尔沁沙地沙漠化土地比例大, 占一半左右, 以中度类型为主; 变化趋势是沙漠化面积增加, 程度减轻。在持续强度利用条件下, 面积广大的草地和耕地发生退化, 由潜在沙漠化土地发展为轻度和中度为主的沙漠化土地; 而土地利用方式变化所形成的沙漠化土地面积较小, 在新增沙漠化土地中的比例亦很小。所以, 草地、耕地等土地利用强度的增大是沙漠化土地面积扩大的最主要原因, 而土地利用方式的改变则能加快土地沙漠化的进程。     

放牧强度对科尔沁沙地沙质草地植被的影响

为了研究科尔沁沙地沙质草地在不同放牧强度下植被特征的变化规律,比较了围封、中度放牧、重度放牧3种条件下的植被盖度、群落组成、物种多样性、地上/地下生物量和凋落物量等植被特征的变化特征。结果表明:(1)围封、中度放牧和重度放牧沙质草地的优势植物均为一年生植物,但围封和中度放牧中多年生禾本科植物优势度高于重度放牧,重度放牧沙质草地一年生植物所占优势度最大;(2)放牧强度对沙质草地植被盖度、地上生物量及凋落物量有显著影响。随着放牧强度的增加,植被盖度、地上生物量和凋落物量均降低;(3)围封、中度放牧和重度放牧沙质草地物种丰富度及多样性差异均不显著;(4)放牧强度和土壤深度及其交互作用均能影响地下生物量。随着放牧强度的增加,总的地下根系生物量减小。而重度放牧草地中, 3个土壤深度间地下根系生物量差异不显著。放牧改变了沙质草地植物群落的组成、极大降低了植被盖度和生产力;尤其是重度放牧急剧增加了一年生植物的优势、且对浅层根分布的减少影响最大。     

科尔沁沙地持续放牧和不同强度放牧后封育草场中生物结皮生物量和土壤因子的变化

通过对科尔沁沙地放牧后封育样地和放牧样地生物结皮生物量的研究,探讨了不同样地生物结皮生物量的变化规律及其与环境因子的相互关系。结果表明,封育样地藓类和藻类植物的生物量显著高于放牧样地;在封育样地内,轻度、中度放牧封育区显著高于重度放牧封育区（P＜0.05）。封育样地生物结皮的土壤微生物量碳、氮含量高于放牧样地,并且各样区藓结皮土壤微生物量碳、氮含量显著高于藻结皮（P＜0.05）。在封育样地内表现为轻度、中度放牧封育区土壤微生物量碳、氮含量较高,重度放牧封育区含量较低,体现出不同强度放牧封育停牧后对土壤微生物量碳、氮影响的滞后效应。藻类植物的生物量与结皮厚度、有机质含量和粉黏粒呈极显著正相关（P＜0.01）,与细沙呈显著正相关（P＜0.05）,与粗沙呈极显著负相关（P＜0.01）。藓类植物的生物量与结皮厚度、有机质含量、粉黏粒呈显著正相关（P＜0.05）,与粗沙呈负相关,但不显著。藻类植物的生物量与土壤因子之间的相关性更为密切。