黑河中游荒漠绿洲过渡带典型灌丛植物防风固沙效应北大核心CSCD

为探究黑河中游荒漠绿洲过渡带典型灌丛植物防风固沙效应,通过野外调查观测,定量分析了固沙植物梭梭(Haloxylonam modendron)、泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)对风沙流流量及风沙流结构的影响规律,并应用空气动力学原理分析了影响机制。结果表明:固沙植物防风效果表现为梭梭>沙拐枣>泡泡刺,且在迎风面和背风面差异显著,梭梭与其他灌丛植物相比防风效果更加显著,风速降幅可达到62.9%,有效防护距离最大;梭梭、泡泡刺、沙拐枣的阻沙效率分别为60.7%、51.0%、46.3%,且各灌丛植物在相同风速下输沙率随高度呈阶梯式递减;灌丛植物输沙率与风速符合指数函数或多项式函数关系,风速超过7.0 m·s-1时输沙率增加速度最为剧烈。梭梭的阻风效果优于泡泡刺和沙拐枣,但其近地表防风蚀效果一般,泡泡刺因为低矮密集的植株结构表现出较好的防风蚀性,但有效防护距离最小,且在高度较大时防风效果较差。     

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。     

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。     

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。     

荒漠绿洲湿地水分来源及植物水分利用策略

水分是干旱区不同景观界面间的水分循环过程与水力联系的主体,维持着干旱区湿地生态系统的结构与功能。为量化水分来源及其对植物水分的贡献率,以河岸灌木湿地和草地盐沼湿地为研究对象,通过测定降水、径流、地下水、土壤水和植物水中δD、δ¹⁸O组成,利用多源线性混合模型分析水分来源对荒漠植物水分利用的贡献率。结果表明：（1） 黑河流域荒漠绿洲湿地年均降水量104.6 mm,约占蒸散量（604.47 mm）的17.03%,具有明显的季节性分布特征。地下水位与土壤含水量的波动取决于河流距离,离河道较近的河岸灌木湿地地下水深度及土壤含水量随季节波动较小,而离河道较远的草地盐沼湿地则变化很大。（2） 当地大气降水线δD=6.33δ¹⁸O+4.04 （R²=0.931）,斜率和截距均略小于全球大气降水线则符合黑河流域湿地整体降水少而蒸散量大的特点。黑河径流δD和δ¹⁸O均值分别为-43.80‰±12.09‰和-8.65‰±23.33‰,地下水为-50.98‰±13.18‰和-9.74‰±25.49‰,土壤水为 -42.07‰±6.89‰和-7.22‰±2.49‰,植物水为-51.84‰±14.46‰和-8.50‰±24.13‰。（3） 地表蒸发是荒漠绿洲湿地土壤氢、氧同位素富集的主要原因。地下水和河水分别是草地盐沼湿地与河岸灌木湿地的主要水分来源,贡献率分别约为61%和50%,表明湿地植物相比于干旱区脉冲式降水更依赖较为稳定的水源。（4） 植物根系深度和毛细根分布是决定荒漠绿洲湿地植物水分利用策略的重要因素。     

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。     

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。     

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。     

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。     

新疆策勒沙漠-绿洲过渡带不同下垫面地表蚀积变化特征

沙漠-绿洲过渡带天然植被具有良好的防风阻沙效益,对绿洲内部农田起到重要生态保护作用。在新疆策勒沙漠-绿洲过渡带流沙地、半固定沙地、绿洲边缘固定沙地6个不同植被覆盖度样地风蚀、风积变化观测基础上,结合地表风速数据,探讨流沙地、半固定沙地、固定沙地不同植被覆盖度和地形下地表风蚀风积变化特征及其影响因素。结果表明：流沙地表现出较强烈的地表风蚀;半固定沙地整体表现出强烈的地表风积;固定沙地上植被覆盖度越高、植株越高和排列方式越均匀、整体地势越低,单位面积风积量也就越大、风蚀量越小,风蚀主要发生在灌丛沙堆的上风向、侧翼、背风风向的裸低凹沙地表面,较高沙堆侧翼的地表风蚀量最大。植被覆盖度与单位面积风蚀量呈多项式或指数函数关系递减,植被覆盖度与单位面积风积量不呈函数分布,说明除了植被覆盖度外,植株类型、高度、排列方式、地形等都会对地表风积量产生一定影响。     

荒漠-绿洲过渡带斑块植被区起沙风对风蚀积沙量的影响

以黑河中游荒漠-绿洲过渡带斑块植被区的风蚀积沙观测资料为基础,结合中国生态系统研究网络（CERN）临泽内陆河流域研究站的风况资料,应用地统计学方法对2012-2013年风蚀季（3-8月）的风蚀积沙过程进行分类,并分析起沙风对风蚀积沙量的影响。结果表明：（1）2012-2013年风蚀季风蚀积沙量的空间变异过程分为随机性变异过程（2012年4-7月）和结构性变异过程（2012年8月及2013年3-7月）。（2）在随机性变异过程中,风蚀积沙量与起沙风的风速,风向,风频率依次相关;在结构性变异过程中,风蚀积沙量与起沙风的风向,风速,风频率依次相关。③输沙势（DP）与风蚀积沙量的相关性大小为随机性变异过程>结构性变异过程;在随机性变异过程中,合成输沙势（RDP）与风蚀积沙量无明显相关关系（R²=0.0745）;而在结构性变异过程中,合成输沙势（RDP）与风蚀积沙量的相关系数较高（R²=0.9343）。④在随机性变异过程中,各月风蚀积沙量呈不规则的片状分布;在结构性变异过程中,各月积沙量呈明显的带状分布。     

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。     

沙漠绿洲过渡带典型下垫面风速脉动特征——以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲为例

以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲西部沙漠-绿洲过渡带为研究区,选择植被盖度 < 5%裸沙样地、植被盖度10%～15%柽柳样地和植被盖度20%～25%骆驼刺样地,利用可移动梯度风测量系统,获取了系统性天气过程中距离地表20 cm、40 cm、60 cm、100 cm和200 cm高度的风速及200 cm高度的风向系列数据,对3个样地平均风速、风速脉动和风向脉动进行分析和研究。结果表明:(1)植被的存在大幅度消弱了平均风速,随着植物密度的增加平均风速逐渐降低,风速廓线显示平均风速发生明显降低的转折高度与植被冠层的平均高度相对应。(2)3个样地脉动风速均近似服从高斯分布,可见植被的存在并未改变风速脉动分布规律。各样地风速脉动强度均随指示风速的增大而增大,随距离地表高度的降低而下降。风速脉动相对值总体上呈现随植物密度增大而增大的趋势,植物群落结构的差异增加了相对风速脉动垂直分布的复杂性。(3)风向脉动幅度以裸沙样地最小、柽柳样地次之、骆驼刺样地最大,即随植物密度增加而增大。同一样地内风向脉动值不随指示风速的变化而发生明显变化。     

刚毛柽柳群落特征及其生态、生理适应性

对新疆境内柽柳属植物的分布与群落类型进行了研究,结果表明:①刚毛柽柳喜盐、耐水湿,多分布在河流两岸、湖沼边缘等地下水位较高、盐分较重的地区,并形成以其为建群种的盐漠;②群落植物组成贫乏,以古地中海退却过程中发展起来的地中海至中亚成分为主,多为旱生植物或盐地植物;③在前人工作基础之上,根据群落种类组成与生境相结合的分析结果,将刚毛柽柳群落划分为3大群丛组;④刚毛柽柳对盐碱生境的适应是由于体内具有某些生理调节功能,如通过积累渗透调节物质Pro、调控离子通道、调节细胞膜透性、降低水势等多种途径来抵抗水分胁迫,通过根部拒盐、体内耐盐及泌盐腺泌盐来达到耐盐碱的目的;⑤刚毛柽柳盐漠属于比较脆弱的生态系统,仅具有相对稳定性,要加以保护。     

河流生态护岸研究进展综述

生态护岸是结合生态工程与土木工程技术的一种护岸形式,对保护岸坡结构稳定和维护河流生态环境的可持续发展起着重要作用。文章简要综述了国内外生态护岸的产生背景及发展现状,在此基础上探讨了生态护岸的概念与内涵。根据应用条件和功能特征,对生态护岸的一些代表性类型、采用的材料、技术以及各类生态护岸的适用范围进行了分类描述。通过国内外的研究实例,对目前生态护岸技术的研究方法进行了系统的归纳,并结合现状分析了当前生态护岸在应用中存在的问题,提出应该针对不同环境条件以及不同功能要求,因地制宜地建设既能确保安全又能兼顾一定生态效应的护岸。最后展望了在生态护岸的生态系统服务功能、评价标准体系以及可持续利用管理等方面尚需继续深入进行的研究和探索。     

农牧交错区土地利用动态与生态效应变化--以榆阳区为例

以榆阳区1988-2003年土地数据为依据,在分析研究区土地利用的数量和结构变化特点的基础上,运用国内外学者在生态价值估算的方法与模式,结合该区的具体情况对估算方法进行修正,然后对研究区研究时段内各年度的生态系统服务功能经济价值进行了估算,并以1988年为基准测算了土地利用类型的数量和结构变化所引起的生态系统服务功能经济价值变化情况,分析了其变化的时段特点及变化原因,定量地揭示了在生态脆弱区环境与经济发展的关系。研究表明：1988-2003年,榆阳区土地利用变化所产生的环境响应总体米说是积极的,生态系统服务功能经济价值年度总量在波动中提高;营造防护林、退耕还林及农用地内部结构调整政策的实施实现了经济和环境双赢的预期效果。     

土壤逐渐干旱对4种荒漠植物光合作用和海藻糖含量的影响

以腾格里沙漠东南缘4种优势植物红砂(Reaumuria soongorica Maxim)、珍珠(Salsola passerina Bge)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom)和油蒿(Artemisia ordosica Krasch)为对象,研究土壤逐渐干旱对叶片相对含水量、净光合速率(Pn)、叶绿素荧光参数及海藻糖含量的影响。结果表明:土壤逐渐干旱过程中,4种植物的叶片相对含水量、净光合速率(Pn)、光系统II(PSⅡ)最大光化学量子产量(Fv/Fm) 、光系统II表观电子传递速率(ETR)、光化学淬灭(qP)都随干旱程度的加剧而下降;非光化学淬灭(qN)和海藻糖含量随干旱程度的增加而升高。4种植物对干旱过程的响应差异明显,随着土壤干旱的加剧,相对于其他三种植物,柠条具有更高的抗逆保护能力。相关分析表明,土壤含水量显著影响着4种植物的光合作用和海藻糖累积,海藻糖含量与光合作用存在相关性。     

从县域尺度的生态系统服务看农牧交错带的生态建设与结构调整

以农牧交错带的典型县——内蒙古武川县为例,计算出武川县生态系统水土保持、涵养水源、气候调节和维持营养物质循环等服务的总价值为6179638.49万元,是2000年该县国民生产总值的151倍,而其中草地发挥了巨大的作用。通过研究该县的生态系统服务功能和价值,试图为农牧交错带地区的生态建设与农业结构调整的战略问题提供理论上的支持。