腾格里沙漠沙坡头地区固沙植被对生物多样性恢复的长期影响

地处腾格里沙漠东南缘的沙坡头人工固沙植被始建于1956年,46 a来不仅确保了包兰铁路沙漠地段的畅通无阻,而且对区域生态环境的恢复产生了巨大的影响,成为我国干旱沙漠地区交通干线荒漠化防治与生态恢复的成功模式。长期定位监测结果表明:人工固沙植被建立4~5 a后,沙丘表面物理结构初步得到稳定,并由大气降尘形成的无机土壤结皮逐渐演变形成土壤微生物结皮。荒漠藻类、苔藓和地衣等隐花植物在结皮层中得到了大量的繁衍:固沙植被建立46 a后出现藻类24种;苔藓仅有5 种,少于天然固定沙丘结皮上的种类,此外,地衣也在植被区发现,这说明固定沙丘景观逐渐趋于稳定的状态;相对于流沙区,固沙植被区近地面风速降低了 40%,土壤有机质含量增加了60%,其中氮、磷、钾等荒漠生态系统主要限制养分因子及土壤理化性质得到了改善,沙丘表层成土过程明显;土壤水分循环的时空变异驱动了植被的演变,为大量的草本的侵入和定居创造了条件;此外,对鸟类、昆虫和土壤动物及荒漠动物的生存产生了积极的影响。46 a后,固沙植被区共有鸟类 28 种,昆虫 50 种,动物 23种。生物多样性的恢复使原有的相对单一的固沙植被演变成一个结构、组成和功能相对复杂的荒漠生态系统。沙坡头地区生态环境在人为促进下的恢复为我国西部生态建设提供了科学依据。     

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。     

沙坡头固定沙丘结皮层的微生物区系动态

对中科院沙坡头沙漠研究试验站的人工植被固定沙丘、红卫自然植被固定沙丘的结皮层和流动沙丘表层(0~ 05cm)中的微生物类群数量的研究结果表明:①好气性细菌数量影响着微生物总数量的变化趋势;②微生物总数量分布依次排列为:自然植被固定沙丘>1956年栽植区>1964年栽植区>自然半固定沙丘>1982年栽植区>流动沙丘;③土壤微生物类群数量与结皮层的形成、植物覆盖度和土壤含水率等因子有密切的关系;④结皮层中的微生物类群数量与流动沙丘的固定程度呈正向关系。     

古尔班通古特沙漠纵向沙垄植被空间异质性

在古尔班通古特沙漠南部纵向沙垄上按5 m×10 m的网格测度植被样方100个,采集浅层风沙土样品184件。调查发现,乔灌木层片和草本层片的分布及相互关系明显受沙垄地形影响,并且在干旱环境下种群间的竞争和空间上的互补使两层片生态优势度具有显著的相关性。地统计分析结果显示,纵向沙垄上植被空间异质性表现为木本层片的物种多样性呈斑块状分布,草本层片物种多样性呈现平行沙垄的带状结构和斑块结构叠加的特点,而植被盖度则在垂直沙垄走向的方向上具有强烈的梯度性变化。和沙垄土壤理化性质空间格局特征相对比,植被盖度及物种多样性与风沙土浅层含水量在自相关空间（变程）及空间异质性程度上比较接近。这是纵向沙垄小生态系统中草本植物和浅层土壤水分耦合关系在空间上的反映,也是木本植物对水分和土壤资源在小尺度（m）上竞争及中小尺度（10～100 m）上互补的结果。     

土壤水分对流动沙丘迎风坡与丘间低地过渡带植被入侵的制约

在半干旱沙区植物天然更新过程中,种子萌发、幼苗出土是植物种群维持和实现更新的关键阶段。通常认为,在这一阶段,土壤水分和土壤种子库是主要制约因素。分别对流动沙丘迎风坡与丘间低地过渡带的出土幼苗密度与土壤种子库密度和土壤水分进行二元相关分析。结果表明,生长季的出土幼苗密度与土壤种子库密度的相关性未达到显著水平（P>0.05）;出土幼苗密度与土壤水分呈显著正相关（P<0.05）,而且,幼苗密度随土壤水分呈对数增加。这说明,在植被入侵流动沙丘迎风坡与丘间低地过渡带裸沙的过程中,土壤水分是主要的制约因素,而土壤种子库的制约作用则没有表现出来,植被自然恢复更多地依赖于从沙丘附近植物群落传播来的种子。     

鄱阳湖滨沙地植物多样性特征

采用线路踏查法和空间代替时间的方法,调查统计鄱阳湖滨多宝沙山沙地植物组成、优势类群以及风沙化过程中植物组成、多样性、生态习性和生活型的变化特点。结果表明：（1）鄱阳湖滨多宝沙山沙地植物有129种,隶属于58科104属,其中被子植物为研究区沙生植物的重要组成部分;生活型谱以高位芽植物居首位,其次为一年生植物,具有明显的亚热带荒漠属性;优势类群主要为蔷薇科(Rosaceae)、蝶形花科(Papilionaceae)、菊科(Compositae)和禾本科(Gramineae)植物。（2）土地风沙化过程中,植物组成变化较大,固定沙丘上以特有种占优势,流动沙丘上主要是共有种,半流动沙丘上以共有种和稀有种组成;植物丰富度、多样性指数逐渐降低;旱生植物比例增多,中生植物减少,湿生植物仅在固定沙丘阶段出现;一年生植物的减少,地下芽植物的增加,变化幅度较大的为半流动沙丘至流动沙丘阶段。     

科尔沁沙地典型生境下芦苇的生长特征分析

对科尔沁沙地两类典型生境下芦苇根茎生长及生物量等特性进行了分析研究。结果表明,固定样地芦苇株高、分蘖株数、不定芽数、根茎节数及根茎总长均大于半流动样地。从半流动样地到固定样地,芦苇根茎表现出节间长度缩短,节间直径变粗的趋势。固定样地芦苇叶长、叶宽明显大于半流动样地,并且固定样地芦苇叶间距是半流动样地上的近3倍。与半流动样地相比,固定样地根茎生物量在总生物量中所占比例有所增加,而地上生物量所占比例减小。芦苇根茎生长及生物量分配在两类样地间的变化特征与土壤质地、紧实度以及养分含量等因素有密切的联系,同时也反映了芦苇对不同沙生生境的适应对策。     

腾格里沙漠不同类型沙丘土壤水分含量与地形-植被因子关系研究

土壤水分是沙区主要的生态限制因子,其分布受气候、地形和植被等众多因素的影响。以腾格里沙漠沙坡头地区3种类型的沙丘（固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘）为研究对象,利用方差分析和冗余分析（RDA）等方法对沙丘不同部位和不同深度土壤水分的分布特征及其与地形-植被因子之间的关系进行了综合分析。结果表明：（1） 不同类型沙丘上0~300 cm的土壤水分随着深度的增加而增加,表层土壤水分的波动程度大于中层和深层。（2） 固定沙丘不同部位及不同深度的土壤水分之间没有明显的差异,半固定沙丘和流动沙丘迎风坡与丘底的土壤水分高于背风坡和丘顶。（3） 固定沙丘上的土壤水分受地形-植被因子的影响较半固定沙丘和流动沙丘小,影响固定沙丘土壤水分的主要因子有坡向、高差和灌木多度。（4） 地形-植被因子与研究区绝大多数半固定沙丘和流动沙丘的土壤水分均有负相关关系。研究揭示了腾格里沙漠土壤水分的分布规律及其与地形-植被因子的关系,对制定相应的防风固沙措施以及建立科学合理的植物固沙模式有积极的指导作用。     

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。     

Camel grazing affects species diversity and community structure in the deserts of the UAE

Camel grazing plays a crucial role in the desert ecosystems of the UAE. In this study, we compare areas grazed by small antelope (Al Maha Resort – the AMR) with areas grazed by both camels and small antelope (Dubai Desert Conservation Reserve – the DDCR). A total of 126 plots were selected during the growing season 2006/07 on three soil substrates: gravel plains, sand flats and sand dunes. In each plot, several vegetation parameters were assessed: density, frequency, percent cover and diversity indices. The replacement of camels with wild antelope has significantly increased the number of species on gravel plains, vegetation density on sand dunes and diversity indices on both sand flats and sand dunes, but significantly decreased plant cover on sand flats and sand dunes. The increase in species diversity in the AMR was attributed to moderate grazing by antelope. Replacement of camels by antelope in the AMR has resulted in change in plant community composition of the three substrate types. Species recovered after protection from camel grazing are palatable, especially for camels, except Heliotropium kotschyi and Aerva javanica. The absence of most of the palatable species from the DDCR was attributed to both selective foraging and overgrazing by camels.     

沙坡头地区铁路两侧流沙上人工植被的生态效果

包兰铁路通过的沙坡头地区, 位于腾格里沙漠东南缘, 地貌为起伏连绵的高大格状流动沙丘。因地处西北内陆, 加之地势较高, 具有降雨少而集中, 气候干旱, 温度变化剧烈和风大沙多、植被稀少的特点。是典型的半荒漠地带。     

沙丘人工差不嘎蒿植被建立后的微气候变化

运用文比热量平衡法和空气动力学梯度法初步分析了人工固定沙丘过程中的微气象变化。研究结果表明,随着流沙的固定,反射率减小;净辐射占太阳辐射的比例增大;热收支中,潜热通量所占的份额增多;近地表风速及其垂直切变减小。     

巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带沙丘移动规律北大核心CSCD

巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠分别为中国面积第二、第三大流动性沙漠,对两大沙漠连接带新月形沙丘的动态监测可以揭示该地区沙丘形成演化规律,为沙漠连接带风沙地貌发育研究提供科学支撑。通过Google Earth高清历史影像对巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带的新月形沙丘带进行监测,分析了两大沙漠交界处沙丘的移动速率和形态变化。结果表明:巴丹吉林沙漠与腾格里沙漠连接带沙丘移动速率范围5.88-19.55 m·a^(-1),平均移动速率10.03 m·a^(-1);移动方向范围109°-135°,平均移动方向122°。风况为沙丘移动提供动力条件,合成输沙方向与沙丘移动方向吻合。受NW、WNW方向输沙影响,新月形沙丘南翼在移动速率增加的同时长度不断伸长,显著区别于北翼。沙丘移动受控于沙丘本身形态,沙丘各形态参数(迎风坡长度、高度、宽度、周长、底面积)与移动速率呈现显著负相关关系(P<0.01)。植被覆盖以及沙丘密度的差异导致了研究区沙丘移动速率的差异。沙丘移动前后,形态参数变化具有复杂性,而沙源丰富度差异以及丘间地灌丛沙包对沙丘形态的改变,是沙丘形态变化复杂性的主要原因。两大沙漠连接带年输沙通量170-521 t·m^(-1),均值为301 t·m^(-1)。     

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。     

腾格里沙漠东南缘不同固定程度沙地土壤表层水分时空变化遥感分析

土壤表层水分是固沙植被生长的主要水分来源,其时空变化格局决定了固沙植被的稳定性和演替方向。整合被动微波和光学数据的时空分辨率优势建立模型、反演土壤表层水分,可为不同固定程度沙地固沙植被稳定性评价提供科学依据。以腾格里沙漠东南缘为研究区,选取2003-2011年生长季(5-9月)AMSR-E土壤水分产品与MODIS数据,利用归一化植被指数NDVI、地表温度T_s,采用多元回归的方法,将空间分辨率为0.25°的AMSR-E土壤水分数据降尺度为每月的1 km平均表层土壤水分的时间序列数据,结合沙丘类型数据,分析了不同沙丘类型下土壤水分的时空异质性。结果表明:流动沙地的土壤水分空间分布与整个区域的差异性高于半固定沙地和固定沙地,而在极端干旱年份,研究区的整体分异不大,但同一类型间,固定沙丘空间差异明显高于半固定沙丘和固定沙丘;3种沙地类型表层土壤平均含水量在不同月份具有相似的变化规律,即土壤含水量5-9月呈抛物线形状,先下降后上升,7月达到最低,从同一月份不同沙地类型看,研究区表层土壤水分含量依次是固定沙地>半固定沙地>流动沙地;年际土壤水分在流动沙地和半固定沙地随降雨的变化而变化,而固定沙地基本不变。     

沙丘不同部位土壤呼吸对人工降水的响应

 利用LI-8100土壤呼吸测量仪,对古尔班通古特沙漠南缘阜康北部地区沙丘不同部位（坡底、坡中、坡顶）的土壤呼吸速率进行了测量,探讨了沙丘不同部位土壤呼吸速率对降雨的响应,分析了土壤水分和土壤温度对土壤呼吸速率的影响。结果表明:①沙丘不同部位土壤呼吸速率的日变化呈“双峰曲线”,而增雨处理后,土壤呼吸速率的日变化曲线大部分转变为“单峰曲线”。②增雨处理增加了沙丘不同部位土壤呼吸速率的变化幅度、平均值和极差,推后了土壤呼吸速率最大值到来的时间。③土壤呼吸速率与土壤温度的相关性对降雨表现出积极的响应,降雨改变了土壤温度的日变化曲线类型,提高了土壤温度与土壤呼吸速率的相关系数。④非增雨处理时,沙丘坡底、坡中和坡顶的土壤呼吸速率与土壤水分的相关性系数均较高,而增雨处理后,土壤呼吸速率与土壤水分的相关系数有所下降,仅坡中的相关系数通过了α=0.01的显著性检验。     

不同固沙区结皮中微生物生物量和数量的比较研究

沙地生态系统是温带干旱区、半干旱区的重要草地类型, 沙地的稳定性是生态系统健康的重要条件。在中国科学院沙坡头沙漠试验研究站, 笔者对不同程度固沙区结皮和流动沙丘表层中的微生物生物量和数量进行了比较研究。结果表明: 自然和人工植被固沙区结皮及流沙表层的微生物数量分布不同, 细菌数量比真菌和放线菌数量多数百倍, 在所有微生物类群中, 细菌数量最大, 微生物总数的变化取决于好气性细菌数量的多少, 但生物量却与之不同。在不同程度固沙区结皮中, 微生物生物量大小依次排列为: 自然植被区>1956年人工植被区>1964年人工植被区>1982年人工植被区>流沙区, 微生物生物量在自然植被固沙区中最多, 分别是1956年、1964年、1982年人工植被固沙区和流沙区的2.63、4.17、9.25和44.29倍, 表明微生物生物量随人工植被的栽植年代增加而增大, 在流动沙丘中最小, 而菌丝生物量方面是1956年人工植被固沙区已与自然植被固沙区十分接近。微生物生物量和数量与沙丘固定程度、人工植被栽植年代、结皮厚度、苔藓种类等均呈正相关, 人工植被栽植年代越长, 结皮越厚、微生物生物量和数量也越大。在不同年代人工植被固沙区结皮中, 微生物生物量和数量与相对稳定的自然植被固沙区相比, 仍未达到稳定状态。     

包兰铁路沙坡头地段铁路防沙体系的建立及其效益

沙坡头地段位于腾格里沙漠东南缘,包兰铁路沿线,属草原化荒漠带。在这严酷的条件下不灌溉的人工植物固沙及铁路防护,能否成功成为多年争论的问题。 沙坡头沙漠科学研究站与铁路单位合作30余年;建立了200毫米以下年降水量人工植物固定流沙的典型区;开创了草原化荒漠带治理沙漠的研究站;总结出"以固为主,固阻结合"的铁路防沙体系及措施。为沙区修筑铁路提出了效益显著、易于推广的示范区;成为国际治沙合作和国内外学术交流的基地。     

沙漠人工植被和流动沙丘的小气候特征观测研究

本文利用１９９２年８月在中国科学院沙坡头治沙试验研究站沙漠人工植被防护体系和流动沙丘下垫面近地面层的微气象观测资料，分析了其小气候特征，效应的物理机制及实际和理论意义。     

基于U型神经网络的沙丘-草甸相间地区无人机影像植被覆盖度提取及其影响因素

为了精准监测沙丘-草甸相间地区景观尺度典型地类植被覆盖度动态变化,利用无人机获取的多时相高清RGB正射影像,构建了植被覆盖度提取U型神经网络深度学习模型,并对提取的植被覆盖度进一步分析了其在生长期(5-10月)的变化特征及对环境因子的响应.结果表明:(1)构建的植被覆盖度提取模型精确度较高,训练集准确率为0.82,验证...