生态水文阈值在中国沙区人工植被生态系统管理中的意义

中国北方风沙区是全球沙漠化发展和生态退化最为严重的地区之一。利用植被固沙是遏制沙化土地扩张和生态重建与恢复的主要途径,但人工植被的稳定维持是可持续性风沙治理所长期面临的挑战。作为人工植被生态系统管理的依据,对生态水文阈值的认识及界定具有重要的理论和实践意义。本文以固沙植被中人工种植的灌木和乔木（仅限东部沙区）的盖度与深层土壤水分含量互馈互调作用的长期变化为依据,基于对中国不同气候带沙区典型人工植被系统生态和水文过程的模拟,通过建立生态水文模型初步界定了不同沙区适宜于人工植被生态系统管理的生态水文阈值,对现有沙区固沙植被的生态系统管理和未来风沙区植被建设具有一定的借鉴意义。     

贝壳砂生境典型灌草植被的土壤水分生态特征

为探讨黄河三角洲贝壳堤岛典型灌草植被的土壤蓄水及持水性能,选取贝壳砂生境的酸枣（Ziziphus jujuba var.spinosa）、杠柳（Periploca sepium）和二色补血草（Limonium bicolor）3种典型植被,以裸地作为对照,测定分析不同植被类型下的土壤颗粒组成、水分物理参数和土壤水分特征曲线,以明确贝壳砂生境不同植被类型的土壤水分生态特征。结果表明：（1）贝壳砂生境下,不同灌草植被均具有减少石砾和粗砂粒、增加细砂粒和粉黏粒含量的作用,其中酸枣林可显著减少粗砂粒、增加粉黏粒含量;杠柳林可显著减少石砾、增加细沙粒含量;草本对减少粗砂粒和石砾含量、增加细沙粒和粉黏粒含量的作用较弱。（2）灌草植被可显著提高贝壳砂的蓄水能力,其中酸枣林最强,杠柳林次之,草本最差。0~30 cm土层的有效含蓄量和含蓄降雨量均值均表现为酸枣林 > 杠柳林 > 草地 > 裸地。（3）0~30 cm的酸枣林贝壳砂持水能力最强,杠柳林次之,草本最差;同一植被类型下0~15 cm贝壳砂的持水能力显著高于15~30 cm的持水能力。贝壳砂生境3种植被类型改善土壤物理性质及蓄水保土功能表现为灌木林优于草地,其中酸枣林的蓄持水分能力最强,杠柳林次之,草本最差。酸枣更适于贝壳砂生境退化生态系统的植被恢复。     

蒋家沟干热河谷区灌草层植被与土壤的养分分布及生态化学计量特征

蒋家沟干热河谷区泥石流与滑坡灾害频发、植被枯败稀疏、土壤结构紊乱、生态环境脆弱,是金沙江上游生态严重退化的典型流域。植被和土壤在退化生态系统修复和治理中扮演着至关重要的角色。对该流域植被与土壤的研究,多侧重从单一物种或土壤酶活性等角度分析植被与土壤的养分耦合关系,缺少对灌草层植物体养分含量与土壤养分含量的耦合机制研究,即植被-土壤耦合机制机理尚不明确。本文选取蒋家沟干热河谷区典型灌草层植被,研究碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)元素在植被地上、根系和土壤的养分分布和生态化学计量特征及其相关性。结果显示：(1)与全国陆地植物平均水平相比,干热河谷区灌草层植被地上和根系表现出低C,高N、P、K的特点;土壤表现出低C高P的特点。(2)植被地上部分的C、N、P、K含量均显著高于根系,C、N、P含量均显著高于土壤;土壤K含量(56.05 g/kg)显著高于植被地上(18.43 g/kg)和根系(8.41 g/kg);除P∶K外(地上0.10>根系0.09>土壤0.01),其余5种化学计量比均表现为根系>地上>土壤。(3)灌草层植被地上、根系N、P、K含量及生态化学计量...     

塔里木河下游生态需水估算

量化生态需水是流域水权分配的重要依据。以塔里木河下游大西海子水库至尾闾台特玛湖段为研究区,借助湿周法计算了该段河道内最小生态需水量,并基于2009年和2010年河段地下水分布特征,计算沿线河道两岸各1 km范围地下水恢复至目标埋深(5～4 m)的地下水恢复量,采用潜水蒸发法和面积定额法估算了沿线天然植被生态需水量。结果表明：（1）塔里木河下游大西海子-台特玛湖河道内年最小生态需水量为1.455×108 m3;（2）以5年为恢复期限,确定该河段地下水埋深恢复至5～4 m的年恢复需水量为0.608×108～1.466×108 m3;（3）取潜水蒸发法和面积定额法计算结果均值,确定研究区天然植被生态需水量为1.042×108 m3;（4）综合考虑,塔里木河下游大西海子-台特玛湖年生态需水总量为3.105×108～3.963×108 m3。     

干旱、半干旱地区乔灌木树种耐旱性及林地水分动态研究进展

干旱、半干时地区人工植被恢复生态学伴随着沙漠科学恙发展而不断进步,为国民经济建设和干旱、半干旱地区沙漠化防治而起重要作用,近年来有关树木耐旱性生理,耐旱性评价指标筛选、蒸腾耗水、土壤水分动态、林地水量平衡、人工植被演替等方面研究取得了重大进展,未来乔灌木树种耐旱性及林地水分研究的重点领域是：树木抗旱性生理基础,良种培育、沙地植被恢复生态学、人工林地研究的系统化和人工造楚的模式化等方面。     

黄土高原植被恢复潜力研究

黄土高原从1999年开始大规模退耕还林（草）,植被覆盖发生了较大变化,对黄土高原植被恢复现状和恢复潜力进行评估具有重要意义。本文使用1999-2013年SPOT VEG NDVI数据,采用线性回归、Hurst指数分析法、统计学方法以及地理空间分析技术,对黄土高原植被恢复状况和潜力进行了探讨。结论主要为：① 1999年退耕还林（草）以来,黄土高原植被覆盖度呈显著上升趋势,黄土高原三分之二地区的植被将会持续改善;② 植被响应曲线分析表明,黄土区植被覆盖度和干旱指数呈显著的指数关系,且缓坡相关性大于陡坡。土石山区植被响应函数为线性函数,相关系数下降;③ 整个黄土高原地区平均植被恢复潜力为69.75%。植被恢复潜力值东南高而西北低,黄土高原东南地区植被恢复状况较好,其植被恢复潜力指数较小,而植被恢复潜力指数较高的地区主要为北方风沙区及西部丘陵沟壑区;④ 不同降水量条件下,植被恢复速度差别显著,其中降水量在375~575 mm之间的地区,植被恢复最快。植被恢复措施应该“因水制宜”,避免因造林带来的土壤干化加剧。研究结果以期为黄土高原生态文明建设提供科学支撑。     

免灌人工梭梭林生长与土壤水分变化的耦合关系

为了研究古尔班通古特沙漠荒漠-绿洲过渡带区域龟裂土立地条件下免灌人工梭梭林生态特征,探讨林分的最佳建植密度,对莫索湾1983—2021年38 a集水造林地初始种植梭梭、梭梭自然更新苗及不同坡位的土壤水分进行了调查,研究了梭梭生长对密度差异的响应,同时分析了各林地土壤水分的变化特征,探讨了梭梭生长与土壤水分的关系,以期为人工梭梭林的营建与可持续性提供科学依据。结果表明：（1） 当梭梭造林密度为6 m×3.5 m时（480 株·hm^-2）,母树存活率最高。随造林密度增大,母树保存率与梭梭自然更新比逐渐下降;母树保留密度越大的林地,其长势越差、生物量越低;盖度、郁闭度越高的林地,阻碍浅层土壤水分的补给,导致梭梭更新苗长势及生物量越差。（2） 梭梭母树的林木生长与其根部140~280 cm深度土壤含水量之间均呈显著负相关（P<0.05）,且主要利用根部140~240 cm土壤水分,对比3个林地可知该层土壤水分含量越高的林地,其母树的长势越好、生物量越高。（3） 当母树保留密度为360株·hm^-2（株行距4 m×7 m）时,梭梭长势较好、整体生物量最高,林下植被更为丰富,林地土壤水分条件相对较好。综上所述,在该地区进行集水造林时,保持该密度更有利于免灌人工梭梭林结构稳定、持续发挥防风固沙效益。     

中国人工蓝藻结皮研究进展北大核心CSCD

沙漠化是中国面临的主要生态环境问题之一。持续遏制沙漠化、修复沙化土地是中国生态建设的紧迫任务。通过人工植被种植、机械固沙、化学固沙和工程固沙的方式进行生态恢复和沙漠化防治是中国主要的治沙方法和途径,但也存在一定的局限性,如水分限制和环境污染等。在生态文明建设和绿色发展的背景下,对固沙和沙化土地治理方法提出了更高的要求。生物土壤结皮(Biological soil crusts,BSCs)广泛分布在中国沙区,能够在气候干旱、辐射强、降水量极低的沙漠地区生长,不仅能够减少沙面的侵蚀,还能增加土壤肥力,提高土地质量,控制沙面径流入渗平衡。蓝藻是BSCs形成的先锋物种,并在BSCs发育后期的物种形成和演替中发挥着重要作用。然而,自然条件下BSCs形成往往需要10~20 a,因此通过人工培育加速BSCs形成,即人工生物土壤结皮固沙技术,可显著缩短固沙时间、加速生态恢复速率。基于近年来中国学者对人工BSCs,尤其是人工蓝藻结皮的研究,从固沙蓝藻种选择、培养方式/模式、人工蓝藻结皮属性、影响因子以及其应用进行综述,分析当前研究的主要进展,并展望未来人工蓝藻结皮的研究方向,以期为中国人工BSCs的研究提供依据。     

百喜草治理对退化红壤生态系统碳库及分配的影响

侵蚀退化红壤植被恢复后生态系统碳库变化的研究对全面认识生态恢复的作用以及碳汇经营具有重要意义．试验地位于福建省长汀县河田镇,本文以采用种植百喜草治理侵蚀退化地上典型“小老头”马尾松林（百喜草治理地）为对象,以相邻的未治理地为对照,研究生态系统及其各个分室碳库的变化．结果表明：侵蚀地种植百喜草治理后生态系统、乔木层及土壤层碳库均显著（P〈0．05）或极显著（P〈0．01）高于对照地,分别是对照的2．32倍、5．23倍和1．81倍．乔木层各器官碳贮量均显著高于对照地（P〈0．05）,其中树干碳贮量增量最大．与对照地土壤相比,表层0—20em土壤碳贮量增量高达5．84t·hm^-2,同时土壤深层（20～100cm）碳库增量（6．04t·hm^-2）与其相当．对照地的土壤碳库占生态系统碳库的比例为70．88％,而百喜草治理地的土壤碳库所占比例下降至55．28％,表明侵蚀地种植百喜草治理后生态系统碳库分配趋于合理．因此,从森林碳汇与可持续经营角度出发,种植百喜革治理侵蚀退化红壤是一项可行有效的措施．     

沙坡头人工固沙植被演替过程中主要结皮生物生态位和种间关联变化特征

为探究干旱沙区人工固沙植被演替过程中结皮生物的种间关系变化规律,利用空间代替时间的方法,调查了宁夏沙坡头地区分别始建于1956、1964、1981、1987年人工固沙植被区（分别代表固沙植被建立后的64、56、39、33年4个演替阶段）中发育的6种典型结皮生物——蓝藻（Cyanobacteria）、球胶衣（Collema coccophorum）、石果衣（Endocarpon pusillum）、真藓（Bryum argenteum）、土生对齿藓（Didymodon vinealis）和齿肋赤藓（Syntrichia caninervis）的盖度及频度变化,并以不同样方作为资源状态计算其生态位宽度和重叠值,随后利用方差比率法、卡方检验和种间关联系数分析了它们在固沙植被演替过程中种间关联性变化规律。结果表明：（1）随着固沙植被演替,结皮生物的生态位宽度与重叠指数因具体结皮生物的不同而显现出显著差异：蓝藻生态位宽度迅速变窄（由演替33年的3.865降到演替64年的0）,且与其他结皮生物之间生态位重叠值逐渐降低;真藓与球胶衣生态位宽度基本保持不变且高于其他类型,且二者保持较高生态位重叠;土生对齿藓、齿肋赤藓和石果衣生态位宽度在固沙植被演替前期较小,但随着固沙植被演替的进行明显上升（分别由演替33年1.607、0和0.693上升到演替64年的3.699、3.227和3.373）,三者间生态位重叠值也随之提高。（2）结皮生物的种间总体关联性随着固沙植被演替由负关联向正关联转变,在演替64年时达到最大值（VR=1.15）;不同结皮生物间联系随着固沙植被演替逐渐增强,地表隐花植物群落结构和种类组成趋于稳定。本研究不仅为揭示干旱沙区结皮生物的相互作用、共生共存及演变机制提供了依据,而且对以结皮生物作为新型固沙材料及相关技术的研发具有重要的参考价值。     

陕北黄土高原人工林下土壤干化原因与防治

黄土高原的退耕还林是一项史无前例的宏伟工程,成功实施该项工程对恢复该区严重恶化了的生态环境和减少黄河下游水患具重大现实意义。当前植树造林面临的需要解决的重要问题是土壤干化。土壤干化导致人工林生长不良,甚至干枯死亡,查明土壤干化原因对在植树造林工作中采取合理对策有重要作用。野外调查和资料分析显示,陕北黄土高原土壤干化原因有两个方面:一是自然原因;二是人为原因。自然原因包括该区本来降水量较少,近50 a来降水减少和气温升高3个方面。人为原因包括植被破坏,人工林密度过大,在不适于森林发育的地带进行了造林和没有遵循植被演替规律进行了造林4个方面。根据黄土高原已经发生了变化的自然条件,本文建议在陕西延安以南至关中盆地南缘的落叶阔叶林带应采取植被的自然恢复或人工草灌和稀疏的植树相结合的措施恢复森林植被,在延安至长城之间的森林草原带应以人工发展优良草灌为主,配合大间距的植树恢复森林草原植被,在长城以北以种草为主。为提高乔木成活率和确保人工林正常生长,继续采取建造鱼鳞坑等集雨工程措施是很必要的。     

黄土高原丘陵沟壑区植被恢复重建后的物种多样性研究

黄土高原丘陵沟壑区是我国物种多样性研究相对较薄弱的地区。目前关于该区植被恢复重建后的物种多样性研究尚未见报道。研究该区植被恢复重建后的物种多样性对退化生态系统的植被恢复重建具有重要的指导意义。本文选取6个物种多样性指数对纸坊沟流域主要的天然及人工群落物种多样性进行了研究，研究发现：天然灌木林物种多样性最高，均匀度最大，人工乔木林和天然草本的物种多样性及均匀度接近，人工灌木林的多样性和均匀度最小。人工林纯林（包括纯乔木林、纯灌木林及单一乔灌混交林）具有很强的抵抗其它乔灌物种入侵和定居的能力，对林下草本也有很强的控制能力。因此，要建造一个具有较高物种多样性的群落，在建造初期就要选择多物种混交，并注意初值密度。     

The Ecological Importance and Influence of Land Use on Carbonic Anhydrase Activity of Waters in the Upstream Section of the Wujiang River Basin

Thirty-four sampling sites for surface water and twenty-seven sampling sites for ground water in areas of different land use were selected in the Wujiang River Basin, upstream section in Guizhou Province, China. Carbonic anhydrase (CA) activity in surface and ground water was analyzed and compared. The results show that CA activity was detected in all surface and ground water samples. In general, average CA activity in surface and ground water was highest from samples in arbor lands, followed by shrub lands, shrub and grass lands, agricultural lands, and residential areas. The average CA activity in ground water from arbor lands, shrub lands, and shrub and grass lands was higher than that in surface water. Water CA activity was positively correlated with HCO3concentration in surface water and ground water. These results imply that the contribution of CA in water to the karst carbon sink potential of river basins warrants further extensive and in-depth research.     

冀西北坝上地区不同植被类型的生态需水量

为了了解冀西北坝上地区不同植被的生态需水量,为该地区的植被建设提供科学依据,采用实际观测数据及Irmak-Allen公式对张北坝上地区乔木林、灌丛和草地的生态需水量、生态缺水量进行了研究。研究结果表明,冀西北坝上地区3种植被生长季的实际蒸散量由高到低为乔木林、灌丛和草地,分别为401.81 mm、358.78 mm和346.02 mm。生长季乔木林、灌丛和草地的最小生态需水量分别为243.96mm、218.35mm和211.36mm,适宜生态需水量分别为472.99mm、423.34mm和409.77 mm,适宜生态缺水量分别为198.56 mm、148.91 mm和135.34 mm。植被生态缺水量具有明显的季节性,5、6月份缺水量最大,7-10月份较低,甚至还有盈余,5、6月份进行人为补水将有助于缓解植被的干旱胁迫。冀西北坝上地区的降雨量能够满足乔木林最小生态需水量的要求,但与适宜生态需水量差距较大,不足以使乔木林维持良好的生长状态,这是导致坝上地区杨树防护林退化的主要原因。     

塔里木河下游退化荒漠河岸林地上植被与土壤种子库关系初探

以塔里木河下游为研究区,选择退化程度不同的4个典型断面19个样地,利用种子萌发法进行了两年的种子库土壤萌发实验,试图就生态严重退化区的土壤种子库与地上植被的关系以及退化程度的差异对种子库特征的影响开展针对性的研究。结果显示: ①塔里木河下游土壤种子库的基本特征是:种子库密度小、物种种类组成较单一、物种的多样性低和地上植被与种子库的相似性较低;②随退化程度的加剧,土壤种子库密度明显下降、表层种子库比例升高、一年生草本占优势逐渐向多年生草本和灌木转变、地上植被与土壤种子库物种组成上差异显著;③退化过程中种子库多样性的变化比地上植被变化要迟缓,但是在植被退化演替的末期,土壤种子库的物种多样性指数衰减的幅度又明显快于地上植被的衰减幅度;④受干旱环境和严重退化的双重影响塔里木河下游土壤种子库与地上植被的关系表现出退化演替末期共有物种数的减少和相似性明显递减的特点。     

不同坡面植被空间布局对坡沟系统产流产沙影响的实验

植被在有效控制水土流失、改善生态环境中具有重要作用。为探讨坡面不同植被覆盖度、不同植被空间布局对坡沟系统侵蚀产沙的影响,以4 m长坡面(坡度为20°)和3 m长沟坡(坡度为50°)组成的坡沟系统为研究对象,采用不同放水流量(3.2 L/min、5.2 L/min)的放水冲刷实验,研究了不同放水流量、不同植被覆盖度、不同植被布设部位对坡-沟系统及沟坡侵蚀产沙的影响。结果表明,在实验条件下,不同植被布设部位在相同放水流量、相同植被覆盖度条件下对坡沟系统侵蚀产沙有明显影响,而对产流量无明显影响;沟坡部分侵蚀产沙量不随坡面植被覆盖度的增大而减小,相反呈增大趋势。说明在实验条件下,对坡沟系统而言,仅在坡面部分布设植被,尽管能在一定程度上减少坡沟系统侵蚀产沙,但并不能有效减小沟坡部分的侵蚀产沙,甚至引起沟坡部分侵蚀产沙的增大。因此,水土流失治理过程中采取有效措施进行坡沟兼治将是减少水土流失的有效手段。     

白龙江中游干旱河谷水土流失与地理环境

基于实地调查研究,结合现有资料和研究成果,总结分析白龙江中游地理环境结构特点,调查研究该区水土流失性质、带状分异特征以及小流域形态结构,剖析地理环境与水土流失作用关系,提出以小流域为单元,以其空间结构有序和区段功能有序特征,配置水土保持防治措施体系,为建立综合治理模式提供有效参考。     

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。     

花岗岩崩岗侵蚀劣地的生态恢复试验研究

花岗岩崩岗侵蚀是红壤区最严重的侵蚀方式，本研究根据生态学的原理和方法，探索了花岗岩崩岗区水土流失治理和生态恢复的途径，提出了植被重建的模式。     

克拜东部黑土区侵蚀沟遥感分类与空间格局分析

近百年来,东北黑土区侵蚀沟的大量发育带来了一系列严重的社会经济问题,弄清侵蚀沟的类型、数量及分布情况是进行水土流失治理和生态环境建设的前提条件。以黑龙江省克拜东部黑土区作为典型研究区,采用2005年SPOT-5高分辨率卫星影象,结合野外调查,根据侵蚀沟的活跃程度,将黑土区的侵蚀沟分为活跃性、半活跃性和稳定性三种类型,阐述了不同类型侵蚀沟的影象特征和遥感分类方法,为利用遥感手段在区域尺度上对侵蚀沟进行快速调查提供了一种新途径。在对侵蚀沟进行信息提取和空间插值后,形成研究区不同类型侵蚀沟密度图,探讨了克拜东部黑土区侵蚀沟分布的空间格局特征及其影响因素,认为地貌发育过程中的“分水岭迁移”现象是造成该地区侵蚀沟密度东西差异的重要原因。