科尔沁沙质草地不同恢复年限草本层群落结构及其与土壤理化性质的关系

草本植物在沙地植被恢复过程中具有重要作用,研究自然恢复沙质草地草本层植物群落组成变化规律及其与土壤因子之间的关系,对植被与土壤恢复具有重要的意义.本研究对科尔沁严重退化沙地封育12、17年和20年的自然恢复沙质草地植物组成和土壤理化性质进行研究,同时分析了植物组成与土壤因子的相关关系.结果表明:随着恢复年限的增加,土壤...     

沙质草地土壤动物的研究进展及建议

中国北方农牧交错带,生态背景脆弱,在自然因素和人为活动的严重干扰下,生态系统遭到了严重破坏,草地面临严重沙化的威胁。而土壤动物是沙质草地生态系统物质循环和能量流动的不可或缺的一环,对保护和改善土地资源,控制由于各种原因而导致的土地退化、土地沙漠化有着重要意义。从沙质草地土壤动物的物种组成、研究方法、时空动态变化及其对生态系统的作用等方面进行了总结,分析了当前沙地土壤动物研究中存在的问题,并为未来沙地土壤动物研究提出了一些建议,从而为沙质草地生态系统恢复和重建及沙漠化逆转等提供了基础资料。     

科尔沁沙质放牧草地土壤动物多样性特征研究

在科尔沁沙质放牧草地,人为的小面积实验放牧情况下,土壤动物群落结构随放牧强度的提高发生变化,主要体现在动物密度降低、群落丰富度减小。放牧强度提高时,土壤动物生物量、密度季节动态和多样性指数无明显变化规律,重度放牧下以上指标并不明显低于封育区。土壤动物优势类群对放牧扰动的响应各自不同。以相似性指数比较土壤动物对不同牧压的响应,结果为中度放牧区较接近封育区,而重牧区分异最大。     

科尔沁沙质草地不同水热梯度植物群落叶功能性状特征

植物功能性状可以响应生境的变化并决定生态系统的功能,探究植物功能性状间的关系及其随温度和降水梯度的变化规律,对认识不同气候条件下植被在群落水平碳水代谢关系和维持水分平衡的生理生态学机制具有重要意义。近年来,有关群落水平功能性状与环境因子关系的研究较少,尤其是半干旱区沙质草地植物群落功能性状对气候梯度响应的研究鲜有报告。因此,本研究以科尔沁沙质草地群落为研究对象,分析了温度和降水梯度上群落功能性状以及性状间的相关关系。结果显示：（1）随着区域温度增加（2.1～6.4℃）和降水减少（451.1～370.0 mm）,沙质草地群落功能性状变化趋势不一。群落高度和叶面积随温度升高显著增加。群落高度、叶面积和比叶面积随降水减少显著降低,群落叶厚度、叶干物质含量和叶组织密度随降水减少显著增加。（2）群落高度与叶面积显著正相关,叶厚度与叶干物质含量显著正相关,叶面积、比叶面积与叶干物质含量、叶厚度显著负相关,叶组织密度与叶干物质含量呈显著负相关。（3）气候因素驱动了54.66%植物性状变异,其中降水是影响沙质草地群落功能性状的主要影响因子。     

科尔沁沙质草地植物群落的放牧退化及其自然恢复过程

 为了了解不同放牧强度对我国北方沙质草地的影响及其封禁停牧后草地植被的自然恢复过程,我们于1992—2006年在科尔沁沙地开展了草地放牧和封育试验,分析研究了人类放牧活动对草地植被的影响,比较了不同程度退化草地恢复速度及其所受气候变化影响。研究结果表明:①在科尔沁沙地,随着放牧强度的增加,草地植被受放牧影响的程度会加重,但只有持续重牧才会导致植被的严重退化,而且持续重牧对植被盖度、高度和草地生产力的危害程度要大于对物种丰富度和多样性的危害程度;中度放牧可以导致植被盖度、高度、生物量的轻度下降,但对物种丰富度、多样性没有不良影响;对于退化草地而言,持续轻牧可促进植被的有效恢复;②封禁停牧以后,草地原受干扰程度不同,其恢复的相对速度也不同,表现为原草地退化越严重,其恢复速度相对越快,而且是植被高度、盖度、生物量的恢复速度要大于物种丰富度、多样性和频度的恢复速度;③草地植被的恢复演替明显受到气候变化的影响,暖湿气候有利于植被的恢复,暖干气候对于植被的恢复不利。     

放牧及围封对科尔沁沙质草地土壤呼吸的影响

放牧及围封是引起沙质草地生态系统变化的重要因素。对科尔沁地区放牧和围封不同年限的沙质草地进行土壤呼吸动态测定与分析,结果表明:(1)植物生长初期土壤呼吸速率日平均值,围封样地的显著大于放牧样地的(p<0.05);植物生长末期土壤呼吸速率日平均值,放牧样地的显著大于围封样地的(p<0.05)。围封17年和围封22年样地的土壤呼吸速率日平均值相比较,7月上旬之前,围封17年样地的较围封22年样地的大,而7月中旬以后,围封22年样地的较围封17年样地的大,且差异均显著(p<0.05)。(2)土壤呼吸速率的季节动态对放牧和围封的响应过程相似,但围封引起的变异相对较小;土壤呼吸速率季节平均值,围封22年样地的显著大于围封17年的(p<0.05)和放牧的(p<0.01),围封17年样地的大于放牧的(p>0.05),故围封可以增强土壤CO₂的排放,且在一定的时间内,土壤CO₂的排放速率与围封时间正相关。(3)土壤温度和土壤体积含水率可解释土壤呼吸速率的变异从大到小依次为放牧(58%)>围封22年(39%)>围封17年(28%)。     

放牧对阿拉善荒漠草地土壤性状的影响

对阿拉善荒漠草地不同放牧条件下土壤理化性状的变化进行了研究,结果表明:在草地基况一致的条件下,经过连续6a不同强度的放牧,0~ 20cm土层土壤容重轻牧和重牧区低于中牧区。随着放牧强度的增加,土壤颗粒组成极粗砂、粗砂和中砂含量增加,细砂、极细砂、粉砂和粘粒含量减少,过度放牧加快了土壤风蚀沙化。0~20cm土层中土壤有机C、全P的含量和C/N随着放牧强度的增加而依次降低;全N、全K、pH末发生明显变化;速效N和速效K重牧区显著高于轻牧区和中牧区;速效P轻牧区高于中、重牧区。土壤有机C与全P、速效P呈显著正相关;全P与速效N和K呈显著负相关,与速效P呈显著正相关(P<0.05)。     

围封对沙漠化草地土壤理化性质和固碳潜力恢复的影响

过度放牧是科尔沁沙地退化的主要原因,禁牧围封可以有效地控制牲畜对植被-土壤系统的破坏,促进退化生态系统的有效恢复。以过度放牧后的沙漠化草地为对象,调查了禁牧围封13年后沙漠化草地土壤理化性质的变化特征,并分析了围封对土壤固碳潜力的影响。结果表明：（1）沙漠化草地围封13年后,土壤砂粒含量减少、粉粒和黏粒含量增加,且粉粒增加最为明显,平均含量增加123%;土壤容重在不同土壤深度均呈下降趋势。（2）围封后土壤有机质、全氮、速效氮和速效钾含量呈增加趋势,分别增加了102%、97%、123%和24%,但土壤有效磷和缓效钾呈减少趋势;土壤pH显著升高,阳离子交换量呈现增加趋势。（3）除土壤有效铁外,其余有效微量元素包括有效铜、有效锰和有效锌平均含量均呈增加趋势,分别增加44%、30%和82%。（4）土壤有机质与pH值、阳离子交换量、全氮、速效氮、速效钾、有效铜、有效锰、有效锌含量呈显著正相关关系。（5）沙漠化草地围封13年后,100 cm深度土壤有机碳储量增加393.45 g·m^-2,碳截存速率为30.27 gC·m^-2·a^-1。对于因持续过度放牧所导致的严重退化草地,禁牧围封可有效促进土壤有机质、养分和微量元素的增加,影响土壤质地及固碳潜力等的变化,但严重退化沙漠化草地的恢复需要一个长期的过程,土壤有机碳储量要恢复到科尔沁非沙漠化草地水平至少需要百年的时间尺度。     

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。     

恢复草地和退化草地土壤微生物类群数量的分布特征

内蒙古鄂尔多斯皇甫川流域恢复草地和退化草地土壤微生物类群数量分布特征的研究结果表明: 恢复草地和退化草地土壤微生物各类群数量是, 好气性细菌>放线菌>芽孢型细菌>真菌; 0~10cm的微生物总数超过其他土层, 其垂直分布的基本趋势是0~10cm>10~20cm>20~30cm>30~40cm>40~50cm; 微生物各类群中, 细菌是最多的一个类群, 这一结果取决于好气性细菌的数量; 恢复草地各土层中的土壤微生物类群数量均高于退化草地; 在恢复草地的土壤微生物数量中, 好气性细菌, 芽孢型细菌, 放线菌, 真菌为秋季大于夏季; 土壤微生物数量与土壤肥力有着密切的关系, 恢复草地是防止皇甫川流域草地退化, 提高土壤质量, 保护生态环境的重要措施。     

科尔沁沙地围封草地种子库特征

科尔沁沙地自由放牧草地围封7a后土壤种子库中植物种类有25种,其中一、二年生植物 19种。土壤种子库密度 3314粒·m^-2,其中,黄蒿(Artemisia scoparia)、狗尾草(Setaria viridis)、三芒草(Aristida adscensinis)等一年生植物种子占总数的95.3%,而多年生植物仅占4.7%。若以单子叶和双子叶植物统计,单子叶植物种子数占14%,双子叶植物的种子数占86%,其中豆科植物仅占2.4%。土壤种子库植物的种子数与其相应植物在植被中出现频率有明显的相关性。从种子库组成分析,围封7a的草地植被维持在黄蒿-杂类草混合植被阶段。围封草地对农牧生产方式转换频繁的科尔沁沙地草地植被恢复起着"种子岛"作用,它们的存在可以缩短周围被干扰草地恢复的时间,应该加强围封草地的管理利用研究。     

科尔沁沙地生态系统典型土壤养分空间分布特征

通过对位于科尔沁沙地中南部的奈曼旗中部沙地灌溉农田、旱作农田和流动沙丘土壤有机C和全N含量空间分布特征的分析发现:由灌溉农田、旱作农田到流动沙丘,土壤10cm深度内有机C和全N的含量与相对高度的变化密切相关。随着相对高度的增加,上述土壤的有机C和全N的含量逐渐减少,而且全N含量比有机C含量与相对高度的相关性更为显著。从旱作农田到流动沙丘有机C和全N的含量随着相对高度的减小而减少。如果不考虑灌溉农田和流动沙地土壤,旱作农田土壤有机C和全N含量与相对高度的相关性显著程度更高。科尔沁沙地中部沙质灌溉农田土壤全N和有机C含量的垂直分布呈锯齿状,表现为明显的多'峰谷'性,这种变化与土壤的粘土层/有机质层和沙层交错分布的特点有关。尽管研究区的土壤发生了明显的空间变化,但是土壤的全N含量和有机C含量之间依然存在着显著的相关性     

科尔沁沙地荒漠化土地初析

应用1996年TM卫星影像资料得出,科尔沁沙地中心地区荒漠化土地占总土地面积的34.02%,以风蚀荒漠化土地为主。各种荒漠化土地在14个旗(县)的分布不同,按严重程度划分为重度荒漠化地区、中度荒漠化地区和轻度荒漠化地区。对历史时期和近期的分析表明,科尔沁沙地荒漠化土地产生和扩展的根本原因是过度开垦。     

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。     

Screening of cellulose decomposing fungi in sandy dune soil of Horqin Sandy Land

Cellulose decomposing fungi play an important role in litter decomposition and are decisive in nutrient cycling in sandy land ecosystems. Thirty-one strains were isolated to select efficient cellulose decomposers, and four efficient cellulose decomposing fungi (NM3-1, NM3-2, NM3-3, and NM3-4) were screened using a CMC (carboxymethyl cellulose) carbon source in dune soil of Horqin Sandy Land. They were identified as Asperigillus calidoustus, Fusarium oxysporum, Fusarium solani, and Hypocrea lixii by rDNA-ITS molecular biological methods. Cloth decomposition rates were 15.71%, 15.89%, 17.29%, and 17.89% by the four efficient decomposers incubated for 30 days, respectively. Screening of efficient cellulose decomposers can not only increase the dune soil functional microbe bank, but can also accelerate litter decomposition and available nutrient input in the Horqin Sandy Land.     

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

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

Comparison of soil physico-chemical properties under different land-use and cover types in northeastern China's Horqin Sandy Land

The Horqin Sandy Land of northeastern China was originally a grassland with plenty of water and lush vegetation dominated by palatable grass species along with sparsely scattered woody species. However, it has experienced severe desertification in recent decades due to its fragile ecology together with inappropriate human activities. Currently, the landscape of the Horqin Sandy Land is dominated by irrigated croplands and sand dunes with different degrees of vegetation cover, as the region has become the most important part of the semiarid agro-pastoral ecotone of northern China. In this study, we compared soil physical and chemical properties under different land-use and cover types (irrigated cropland, rainfed cropland, sandy grassland, fixed dunes, and mobile dunes). We found that soil particle size distribution; organic C, total N, and total mineral element, microelement, and available microelement and nutrient contents; pH; CEC; and bulk density differed significantly among the land-use and cover types. In general, soil quality was highest in the cropland, intermediate in the sandy grassland, and lowest in the dunes. The most important soil quality attribute, soil organic carbon (SOC) storage, decreased in the following order: irrigated cropland (5,699 g/m²) > sandy grassland (3,390 g/m²) > rainfed cropland (2,411 g/m²) > fixed dunes (821 g/m²) > mobile dunes (463 g/m²). SOC was significantly positively correlated with a large proportion of the other soil physico-chemical parameters. Our results suggest that the key issue in restoration of the degraded soils will be to increase SOC storage, which would also create a high potential for sequestering soil C in desertified areas of the Horqin Sandy Land.     

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。     

科尔沁沙地沙丘-草甸相间地土壤颗粒的分形特征

选择科尔沁沙地典型沙丘-草甸相间地为研究区,利用土壤颗粒的体积分形模型计算了研究区49个采样点土壤颗粒的分形维数,并建立了分形维数与土壤颗粒不同粒级间的相关关系,以探讨半干旱寒冷地区土壤颗粒的分形特征与土壤物理性质以及养分含量之间的关系。结果表明:(1)研究区土壤颗粒的分形维数为1.33~2.50,变幅较大,且呈现出自中部的草甸、农田地带向南、北方向的沙丘地带递减的趋势;土壤颗粒的体积分形维数依照流动沙丘-半流动半固定沙丘-固定沙丘-农田-草甸的顺序而递增。(2)土壤颗粒的分形维数与黏粒、粉粒含量显著正相关,与砂粒含量显著负相关,且表现出明显的对数关系。100 μm是影响土壤颗粒分形维数变化的分界粒径,大于该粒径的颗粒含量越高,土壤颗粒的分形维数越小;反之越大。(3)分形维数与土壤养分含量相关显著,土壤颗粒的分形维数与电导率、pH值及有机质、全氮、全磷含量均显著正相关,但与全钾含量负相关。在分形维数大于2时,基本与土壤饱和含水率正相关、与干容重负相关。