科尔沁沙地两种典型灌木独生和混交的根系分布规律

对比研究了科尔沁沙地黄柳、差不嘎蒿这两种典型灌木在独生和混交情况下的根系分布和根量变化。结果表明,独生情况下,黄柳根量要显著的高于差不嘎蒿。在整个剖面,黄柳总根量为30.84 kg.m-3,是差不嘎蒿的5.47倍。差不嘎蒿根系主要分布在0—20 cm的表层,黄柳根系主要分布在20—50 cm的深层土壤中。混交条件下,黄柳总根量为9.94 kg.m-3,相比于独生根量明显减少,差不嘎蒿为5.45 kg.m-3,并没有多大变化,但在距冠丛50 cm、100 cm处根量要大于独生(P<0.05),尤其是细根生物量有了显著增加。同独生相比,黄柳根系在深层和水平方向上扩展,但其总根、粗根、细根生物量均未有显著增加(P>0.05);差不嘎蒿的根系由主要在表层分布变化为在各层均匀分布。混交条件下两种植物之间的竞争是导致根系发生上述变化的原因之一。     

毛乌素沙地臭柏与油蒿群落细根生物量的季节动态及其空间变化

 为了探讨沙地生态系统植物根系生物量的季节动态及其空间变化,采用根钻法,从2005年4月至2005年10月对毛乌素沙地天然臭柏、油蒿群落0—90 cm土层中细根（D≤2 mm, D为直径）生物量动态进行了测定,臭柏细根总生物量为13.87~18.22 t·hm-2,细根平均生物量占总根量的60.10%;油蒿的细根总生物量为1.173~1.389 t·hm-2,细根平均生物量占总根量的73.04%。臭柏细根平均生物量为油蒿的12.50倍（P＜0.05）。臭柏、油蒿群落细根生物量动态呈双峰曲线,峰值分别出现在4月、8月和6月、10月。两者的活细根生物量大致呈上升趋势,死根生物量则相反。臭柏、油蒿群落细根生物量的垂直分布随土层加深,生物量明显减少,细根在不同层次上的动态变化与总细根量的季节变化有所不同。臭柏细根生物量从坡顶到坡底分别为16.8067 t·hm-2、16.1656 t·hm-2、10.9834 t·hm-2,呈下降趋势,其细根生物量比率从坡顶、坡中到坡底依次增大;油蒿细根生物量最高值出现在坡顶,坡中与坡底变化不明显,其细根生物量比率随坡位变化并不明显。     

半干旱区沙地沙蒿生物量及根系分布特征研究

沙蒿是中国西北半干旱地区主要的固沙植物,其根系分布影响包气带水分运移过程,准确的植被特征和根系密度分布对根系吸水模型的建立十分重要。采用整体挖掘法获取不同层位的根系和根际土壤含水量,引入冠级和龄级的概念对沙蒿根系分布特征进行研究。分析结果表明：沙蒿种群以低龄级沙蒿占优,其根系生物量随龄级呈'S’型增长;根系长度分布和均一化根系密度分布均符合对数正态分布,最大值出现在浅层土壤20 cm处;沙蒿生长不依赖于地下水,其根系主要利用包气带中的水分,持续干旱条件下,为满足蒸腾作用根系出现两种调节方式：（1）横向生长增加根系量,利用横向土壤剖面的水分。（2）浅层根区由于水分胁迫造成的吸水量减少由深部相对湿润的根区补偿。因此沙蒿根系吸水模型中的根系密度分布函数应为对数正态分布,且吸水过程不仅依赖于根系密度分布,同时受土壤水分的影响。     

半干旱沙区3种优势固沙灌木生物量分配及其生态学意义

为探究科尔沁沙地3种优势固沙灌木生物量的分配特征,以黄柳（Salix gordejevii）、差不嘎蒿（Artemisia halodendron）和小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）为对象,采用全挖法在个体水平上研究了固沙灌木生物量构件及其占比、R/S（root-shoot ratio）、地上新生生物量占比、地上新生生物量与老枝生物量占比及其与冠幅的相关性和地下-地上生物量关系。结果表明：（1）科尔沁沙地3种优势固沙灌木生物量构件及其占比存在显著性的种间差异（P<0.05）;黄柳的老枝生物量及其占比居于首位,NAB（new aboveground biomass,新枝生物量）/OBA（old branch biomass,老枝生物量）为43.90%;差不嘎蒿的地上生物量占比居于首位,地上新生生物量是老枝生物量的2.43倍;黄柳和差不嘎蒿地下生物量集中分布在浅土层,不存在深根系（根系长度>100 cm）。（2）小叶锦鸡儿地下生物量及其占比和R/S（root/stem）均居于首位;地下生物量在根系长度>30 cm处的生物量占比达到61.61%,深根系（根系长度>100 cm）层地上生物量占比达到22.33%。（3）黄柳和差不嘎蒿的R/S、NAB/AGB（aboveground biomass,地上生物量）和NAB/OBA均与冠幅呈负线性关系,在固沙后期该两种灌木随着冠幅的增大,地上新生部分锐减,生产力下降,植被出现衰退。（4）通过非线性回归拟合得到3种灌木地上（y）-地下（x）生物量异速生长模型为：黄柳y=2.928x ^1.039（R²=0.901,P<0.01）,差不嘎蒿y=32.802x ^0.685（R²=0.469,P<0.01）,小叶锦鸡儿y=1.337x ^0.066（R²=0.833,P<0.01）。     

毛乌素沙地沙丘活化过程中油蒿(Artemisia ordosica)根系特征

根系是植物的重要营养器官,轻微的环境变化也会引起根系的变化。采用时空代替法,在毛乌素沙地选取固定沙丘、轻度活化沙丘、中度活化沙丘、重度活化沙丘上的油蒿(Artemisia ordosica)植株,采用全根分层挖掘的方法调查根系生态特征。结果表明:油蒿表现出深根性轴根植物的特点,不同活化程度沙丘油蒿根系生物量均以粗根最大\,中粗根次之\,细根最小,但沙丘的活化显著弱化了油蒿的轴根特征;在沙丘活化的初期(固定沙丘、轻度活化沙丘)油蒿根系垂直方向分布较深(平均200 cm),水平方向分布范围较小,侧根数量较多,随着沙丘活化程度的增加,油蒿根系分布浅层化,侧根数量减少但水平方向分布范围增加,根幅增大,油蒿有向须根植物演变的趋势;从固定沙丘到重度活化沙丘,由于植被盖度的降低,风沙活动的加剧,沙埋的发生导致油蒿地下总生物量不断增加,根冠比也呈增加趋势。生境的改变,导致油蒿根系的分配格局发生改变,最终适应沙丘活化后的土壤水分条件以及相应的生态环境的改变。     

差不嘎蒿的分布及其在天然植被演替中的地位

在中国差不嘎蒿主要分布在北纬42～50°,东径116～124°之间的温带半湿润、半干旱区的沙地上。差不嘎蒿群落类型较多,植物种丰富,结构较复杂,在半流动、半固定沙地植物群落中占绝对优势,起建群种作用。差不嘎蒿生态幅广,从流动沙丘背风坡到固定沙丘均有分布,但其最适宜的生境是水分条件较好、有些风蚀与沙埋的半流动、半固定沙地。随沙丘固定程度的提高,差不嘎蒿将退出群落,让给级冷蒿、糙隐子草等植物。     

沙漠人工植物群落的根系分布及动态

2004年植物生长季,利用根钻取样研究了沙漠4种不同配置类型油蒿与柠条植物群落的根系分布及生长动态;另外,采用挖沟分层取样研究了半固定沙丘两种植物的粗根剖面结构,结果表明：尽管4个样地高峰值和低峰值出现的时间不一致,但沙漠植物细根的生长动态表现为双峰型;整个生长季纯油蒿样地细根密集分布于0~40 cm,其余样地密集分布于10~60 cm;受一年生植物的影响,9月份4个样地表层（0~30 cm）细根的根长密度和根重密度均出现最大值。采用边灌水边取样的办法获得4个样地300 cm深的根系数据,4个样地90%以上的细根分布在0~200 cm层次,其中纯油蒿样地的根系的最大深度是270 cm,其余3个样地均在300 cm以下;细根的根长密度和根重密度随深度而减小且呈指数递减形式（P<0.01）。除纯油蒿样地外的其他3个样地,根瘤的最高值出现在4月份;粗根的根长密度远远小于细根的根长密度。挖沟分层取样研究表明,与柠条相比油蒿具有较高的根冠比;柠条的粗根长主要分布于0~60 cm,粗根重主要分布在0~40 cm;油蒿的粗根分布比柠条的更浅,粗根长主要分布于0~40 cm,粗根重主要分布在0~20 cm。     

古尔班通古特沙漠地区短命植物土壤种子库研究

采用野外定点取样和室内萌发相结合的试验方法,研究了短命植物在沙丘不同部位的空间分布、萌发状况、密度、物种多样性及土壤种子库生物多样性与地上植物多样性的关系。结果表明:短命植物种子主要集中分布于地表0~5 cm土壤中,5 cm以下土壤中极少存在有活力的种子;沙丘间及沙丘不同部位的种子库密度大小不同,密度自坡底随高度增加逐渐减少,坡底、坡中部及坡顶部密度分别为124粒/m2、91粒/m2、66粒/m2。迎风坡种子库密度比背风坡面少,迎风坡种子库平均密度为81粒/m2,而背风坡种子库平均密度为100粒/m2;短命植物种子在4月上旬达到萌发高峰,沙丘不同部位物种多样性存在差异,土壤种子库和地上植被存在较高的相似性,此外短命植物在沙丘不同部位的分布存在较高的空间异质性。     

高寒沙地乌柳(Salix cheilophila)林根系分布特征

对青海共和高寒沙地植被恢复区不同林龄(6年、11年、16年和21年)乌柳(Salix cheilophila)人工防护林根系分布及根量进行了调查、测定,同时测定了土壤有机质含量的垂向变化。结果表明:①不同林龄乌柳林根系主要由中根和细根构成,其数目占土壤剖面根系总数的90%以上,其中又以直径小于2.0mm细根所占比例最高,细根占剖面根系总数的50%以上;②各林龄乌柳根系在0~50cm土层分布较为集中,在30cm以下土层,根量随深度的增加逐渐减少,6年生乌柳林根系垂直分布在0~130cm,20年生乌柳可达200cm,随植被恢复时间的增长,各林龄根量显著增加(p0.05);③各林龄乌柳林有明显发达的垂直主根,属典型的垂直状根系,随植株不断生长,根系表现出深根性;④以不同深度根系重量作为解释变量,以土壤有机质含量作为响应变量,回归结果显示不同林龄乌柳林根系重量显著影响土壤有机质含量(p0.001),这也为评价沙地植被改良土壤功能提供了依据。     

共和盆地中间锦鸡儿人工林根系的分布特征

采用剖面法对青海共和盆地中间锦鸡儿（Caragana intermedia）人工林的根系进行调查,分析5 a、9 a和25 a根系的生物量、比根长和根长密度的垂直分布格局,同时测定土壤含水量的垂直变化。结果表明:①不同林龄中间锦鸡儿人工林的吸收根（d≤1 mm）和输导根（d>1 mm）的主要分布范围不同。5 a、9 a和25 a吸收根主要分布土层分别是10～30、10～50 cm和10～60 cm,输导根主要分布土层分别是10～50、10～60 cm和10～90 cm。②随着林龄的增加,根系的吸收根、输导根的总生物量、总比根长和总根长密度均显著增加（P<0.05）;各林龄根系中的吸收根比输导根具有更高的比根长和根长密度（P<0.05）。因此,吸收水分和养分的能力随着林龄增加而增大。③中间锦鸡儿人工林根系,尤其是吸收根的分布影响土壤水分变化,吸收根集中分布土层的土壤含水量显著降低。     

差不嘎蒿特性的初步研究

对差不嘎蒿(Artemisia halodendron)的叶片解剖结构、生物学和生态学特性的初步研究表明: 差不嘎蒿是一种叶肉质化的旱生植物。生长期长(4月底或5月初至9月上旬), 地上部分的生长分为生殖枝、上部营养枝和基部营养枝生长。根系非常发达, 以水平根系为主, 根系多分布于20-60cm土层内。它通过发达的根系吸收水分和保水力较强的叶片保持水分的能力抗旱来抵抗干旱的胁迫, 通过强大的根系来抵抗风蚀和萌发不定根来适应沙埋的环境, 是一种优良的先锋固沙植物。     

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。     

黄土丘陵区坡面柠条(Caragana korshinskii)林地草本植物分布特征

人工植被恢复会显著影响林下草本的分布及多样性,而人工植被恢复耦合坡面微地形变化对草本群落分布及其多样性响应尚缺乏系统的认识。以位于半干旱黄土丘陵区的甘肃定西龙滩小流域为研究区,系统调查和监测了不同坡向上、中和下坡位人工柠条(Caragana korshinskii)林地草本群落组成、生物量与柠条生长状况、凋落物量及土壤水分含量,分析草本群落的分布特征及其影响因素。结果表明:(1)不同坡向草本群落组成明显不同,阴坡人工柠条林地草本物种丰富度、优势度和多样性指数显著高于半阳坡和阳坡,而均匀度指数各坡向间差异不显著;(2)不同坡向间草本地上生物量为阴坡>半阳坡>阳坡,但差异不显著;阴坡上、中坡位草本生物量显著高于下坡位,半阳坡和阳坡各坡位间草本生物量差异不显著;(3)pRDA分析结果表明,坡向影响了坡面水热条件,对草本分布的影响最大,解释了15.2%的草本群落变异;(4)柠条种植密度和坡向与草本物种丰富度呈显著负相关;阿尔泰狗娃花(Heteropappus altaicus)和长芒草(Stipa bungeana)与坡向呈显著正相关,主要分布在阴坡,茵陈蒿(Artemisia capillaris)和赖草(Leymus secalinus)等与坡向呈显著负相关,主要分布在阳坡。半干旱黄土丘陵区坡向通过影响水热条件从而影响了植被生长,坡面微地形调整可以在一定程度上削弱坡位对草本植物生长的影响,但坡向及人工植被种植密度决定了草本的分布格局。     

青藏高原东北部观赏地被植物马蔺根系固土护坡效应研究

为了进一步丰富青藏高原东北部地区植被护坡工程植物选择,推动区内植被护坡工程实用性和观赏性兼顾发展。该项研究以青藏高原东北部观赏地被植物马蔺为研究对象,以青海省大通县朔北藏族乡至东峡镇之间区域为研究区,在野外植物分布特征和生长特征调查的基础上,结合单根拉伸试验和重塑根-土复合体三轴压缩试验,定量评价了野生马蔺植株和根系生长特征、单根抗拉特性以及根系对土体抗剪强度的增强效应。试验结果表明：马蔺主要分布在研究区内洪积扇、坡积裙和河漫滩等地貌单元,立地条件包括上述地貌单元内的林下坡地、田间、道旁、湿地、荒地等;通过选取两处试验区开展调查可知,马蔺平均株高、冠幅和植株密度分别为75.22±11.40 cm、106.09±25.62 cm和1.51±0.55 株/m2;马蔺标准株根系分布深度可达50 cm,主要分布在0~30 cm深度范围内,根幅约40~50 cm;马蔺根径为0.20～0.70 mm,单根抗拉力、抗拉强度和延伸率平均值分别为7.94±2.91 N,46.30± 11.06 MPa和54.17%±17.08%,随着根径的增大,单根抗拉力和单根抗拉强度分别呈幂函数增大和幂函数降低关系,单根极限延伸率随着根径的增大呈逐渐增大变化趋势,但二者之间未表现出相对显著性的关系;马蔺根系对土体黏聚力和内摩擦角均有增强作用,可分别显著增强0~30 cm和0~10 cm深度范围内土体黏聚力和内摩擦角,且对土体黏聚力的增强作用较为显著。该项研究成果对于选用观赏地被植物马蔺进行研究区坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害现象的生态防护工作,具有理论研究价值和实际指导意义。     

马蔺根系固土护坡效应研究

研究以青藏高原东北部观赏地被植物马蔺为研究对象,通过野外调查和材料力学、土力学试验,定量评价了野生马蔺植株和根系生长特征、单根抗拉特性以及根系对土体抗剪强度的增强效应。结果表明,马蔺平均株高、冠幅和植株密度分别为(75.22±11.40)cm、(106.09±25.62)cm和(1.51±0.55)株/m²;马蔺标准株根系分布深度可达50 cm,主要分布在0~30 cm深度范围内,根幅约40~50 cm。马蔺根径为0.20～0.70 mm,单根抗拉力、抗拉强度和延伸率平均值分别为(7.94±2.91)N,(46.30±11.06)MPa和54.17%±17.08%。随着根径的增大,单根抗拉力和单根抗拉强度分别呈幂函数增大和幂函数降低趋势,单根极限延伸率随着根径的增大呈逐渐增大变化趋势,但二者之间未表现出相对显著性的关系。马蔺根系对土体黏聚力和内摩擦角均有增强作用,可分别显著增强0~30 cm和0~10 cm深度范围内土体黏聚力和内摩擦角,增长率分别为9.48%~17.40%和7.62%。本文研究成果对马蔺用于坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害现象的生态防护工作,具有实际指导意义。     

不同类型沙地中差不嘎蒿种群分布格局的研究

用二维网函数插值法计算绘制出同一尺度下的科尔沁流动、半固定和固定3种类型沙地上差不嘎蒿种群分布格局,分析差不嘎蒿种群斑块的分维数和间隙度指数。结果表明,在流动沙地差不嘎蒿种群分布格局为群聚分布,种群斑块复杂性最高。在半固定沙地差不嘎蒿种群虽然也属群聚分布,与流动沙地相比略趋向于均匀分布。在固定沙地差不嘎蒿种群格局为随机分布,斑块复杂性最低。     

塔干沙漠南缘骆驼刺幼苗根系生长和分布对不同灌溉量的响应

为修复绿洲-荒漠过渡带上受损的骆驼刺群落,创造适宜幼苗正常生长的土壤水分条件,2009年3—10月,在塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲外围研究了不同灌溉梯度对骆驼刺幼苗根系生物量积累、根系空间分布以及根冠比等的影响。结果表明,灌溉对骆驼刺幼苗根系生长和分布有显著影响,干旱胁迫（处理A）下幼苗扎根深度最大,但各月根系生物量积累却有限,根系干重较适度灌溉（处理B）下降了38.8%,尤其是细根（<2 mm）萎缩严重,只占总根重的18.1%;过度灌水（处理C）也导致了根系生物量和细根比重有不同程度的下降。各处理下,骆驼刺幼苗根系干重均随土壤深度的增加而逐层降低,大量根系集中在0~40 cm的表层,而且灌溉量越多,消根系数β越小,这种集中趋势越明显。随着幼苗的生长发育,骆驼刺幼苗根冠比逐渐增大,反映了骆驼刺将越来越多的资源投入到了地下部分,这符合荒漠区植被的生长特性。处理B下骆驼刺幼苗根系生物量积累最多,而且空间分布最大,表明适度灌溉有利于幼苗根系的正常生长和合理分布,对提高其潜在生产力具有积极意义。     

科尔沁沙地采用人工植被对流沙治理的技术

在科尔沁沙地的流动沙丘上采用不同的人工措施,即铺设秸秆栅栏沙障、草方格和栽植差不嘎蒿,对沙丘的固定作用进行了研究。结果表明三种措施都有利于增加沙丘植物的多样性和生物量,但栽植差不嘎蒿和草方格好于秸秆栅栏沙障;沙丘固定过程中,植物的演替顺序有沙蓬-差不嘎蒿-狗尾草-黄蒿的趋势;植物生物量的形成与土壤湿度关系密切,应用试验数据建立了生物量(Y)与土壤湿度(X)的回归关系方程。Y=-13.7x²+72.5x-11.42 R²=0.824。     

浑善达克沙地黄柳人工林根系分布及生物量研究

 对浑善达克沙地一年生、二年生、三年生黄柳人工林根系分布及生物量进行了调查、测定。结果表明:①在流动沙丘上人工栽植的黄柳,其根系主要由直径小于2.0 mm的中根和细根构成,其数目占剖面根系总数的90%以上,其中又以直径小于0.5 mm细根所占比例最高,其数目占剖面根系总数的50%以上。②根系主要分布在10～30 cm的土层中,可见其根系主要吸收10～30 cm土层内的水分和养分。③根系重量在各土层中呈随土层深度加深而降低的分布趋势。④根系主要呈水平分布,水平根非常发达,随着植株的不断生长,这一特征越来越明显。     

科尔沁沙地流动沙丘掘穴蚁（Formica cunicularia）筑丘活动及其对土壤的作用

 以科尔沁沙地典型流动沙丘作为研究对象,通过调查不同坡度地形上掘穴蚁的蚁丘直径、密度和盖度分布,讨论了不同坡度地形对掘穴蚁筑丘活动的影响,并分析了掘穴蚁筑丘对不同坡度地形土壤的作用。结果表明,迎风坡和背风坡的坡底、坡中及丘顶对蚁丘直径、密度和盖度分布影响明显,其中蚁丘直径迎风坡坡中显著小于其他坡度地形（P<0.05）;密度和盖度分布顺序均表现为:丘顶>坡中>坡底。掘穴蚁筑丘改变了土壤性状,导致土壤含水量升高,pH值变小而电导率变大,有机质和全氮含量增加;微地貌条件下,蚁丘含水量和全氮含量迎风坡坡底较高,而蚁丘有机质含量背风坡坡底较高,但蚁丘土壤pH值和电导率丘顶较小。整个流动沙丘土壤基质均比较疏松,流动沙丘微环境易受风力作用而改变,从而影响掘穴蚁的筑丘活动分布,但不同坡度地形间蚁丘分布差异基本上均没有达到显著水平（P>0.05）。