科尔沁沙地降雨特征分析——以奈曼旗为例

了解降水的当前特征及未来的变化趋势对理解气候变化对区域生态系统的影响具有重要的意义。科尔沁沙地是中国北方农牧交错带的典型区域,年降雨量300~500 mm,对气候变化(特别是降水的变化)非常敏感。对科尔沁沙地沙漠化较为严重的奈曼旗1971-2013年的降水资料进行了分析研究。结果表明:(1)该地区多年平均降水量为338.8 mm,5-9月降雨量占全年降水量的(85.32±7.71)%,5-9月降雨量,年降水量1971-2000年经历了先增加后减少的趋势,2001-2013年有缓慢增加的趋势;同时降水量的年际变异性近10年也呈增加的趋势。(2)5-9月降雨量呈先增大后减小的趋势,在7月最大,为104.2 mm,5月和9月最小(分别为32.7 mm和32.8 mm),月降雨量的年际变率均大于49%;生长季内降雨主要以<10 mm的事件为主,占总降雨事件的64.41%,却仅占总降雨量的16.95%;≥30 mm的降雨事件占总降雨事件的10.96%,占到总降雨量的45.93%,且对总降雨量具有决定性的影响。(3)≥5 mm降雨的平均间隔为9.4 d,以1~10 d为主,占到69.5%,10~20 d(19.5%)的次之;≥30 d的发生频率最小,为3.81%,降雨间隔的年际变异性均呈增加的趋势。(4)生长季降雨日数呈减少的趋势,降雨事件降雨量的变异性与生长季降雨量的变化具有相似性,从2001年开始呈增加的趋势。该地区的降雨量年际变异性强,降雨日数的减少和降雨事件降雨量变异性的增加将提高极端干旱事件发生的频率,可能对该地区的生态系统产生严重影响,加剧该地区的沙漠化发展方向。因此,加强气候变化对生态系统影响的研究,可为合理利用土地资源及调整土地管理方式提供理论依据。     

科尔沁沙地沙丘生境单元凋落物运移特征

通过测定科尔沁沙地沙丘生境单元凋落物的运移量,分析了沙丘类型和生境变化对凋落物运移的影响,并探讨了是否可以通过凋落物运移量的变化来判断营养物质的迁移。结果表明:科尔沁沙地沙丘凋落物的运移过程主要发生在非生长季,呈明显的单峰型季节波动。凋落物运移量在不同沙丘的丘间地、迎风坡、丘顶和背风坡均表现出明显的空间差异性,丘顶的凋落物运移量最大,迎风坡次之,丘间地和背风坡相对较小。凋落物运移量有随距地表高度增加而下降的趋势,距地表高度为0~25 cm时,凋落物运移量最大,显著高于25~50、50~75、75~100 cm 3个高度区间。凋落物运移量与风速在流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘均呈显著的二次曲线正相关,显示风速是影响凋落物运移量动态变化的重要因素。     

科尔沁沙地植物功能性状的尺度变异及关联

调查了科尔沁沙地流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘18个样地的物种组成,测定了28种植物的叶面积(LA)、比叶面积(SLA)和叶干物质含量(LDMC)等3个植物功能性状,并用性状梯度分析法对3个功能性状在群落水平上的变化进行了分解,研究了沙丘固定过程中的植物功能性状的尺度变异及其与生境变化的关系。结果表明:(1)随着沙丘的固定,群落平均LA逐渐增大,群落平均SLA及LDMC在半固定沙丘上最小;(2)群落平均SLA的生态位宽度随着沙丘固定程度依次减小,流动、半固定沙丘植物群落的适应能力较固定沙丘更强;(3)沙丘固定过程中物种性状值的变化与群落内共生植物种性状间变异的关联相比于群落间性状的变异更密切。沙丘固定导致了物种LA与LDMC较强的正相关关系,两性状在群落间的依赖性比群落内的强。物种在群落内和群落间采取不同的策略来适应沙丘固定过程生境的变化。     

科尔沁沙地不同沙地景观区植被指数对水热因素响应

在全球气候变化背景下,不同尺度下植物对环境条件的响应机制是生态学研究的核心。为了更好理解不同沙地景观区域植被指数(NDVI)对气象水热环境因子的响应机制,以2000-2013年7-9月MODIS遥感影像为数据源,采用3S空间分析技术和通径分析方法,对科尔沁沙地围封保护区、人工造林固沙区和流动沙丘区等3种景观类型区NDVI的变化趋势和影响其变化的同期气象水热因子年降水、关键期降水、关键期最大一次性降水、重要期降水、年均温、关键期均温、关键期最高气温、关键期最低气温等8个因素进行了分析。结果表明:不同景观类型区NDVI整体上呈现增长的态势。降水的影响明显高于气温,且降水主要起正相关作用,气温主要起负相关作用。促进沙地围封保护景观区NDVI增长的气象因子是关键期降水,决策系数最大且为正(0.445);人工造林固沙景观区受到人工造林更新和农业开垦的影响,削弱了水热条件对NDVI的影响,相比较而言,重要期降水影响较大;流动沙丘景观类型区主要受到关键期气温极值的影响,其他因子影响不显著。     

极端降水事件对科尔沁沙地一年生植被的影响

在科尔沁沙地奈曼旗,大于10 mm的降雨属极端降雨。根据当地多年平均降雨量,设置雨量×降雨次数的双因素模拟试验(T₁,共288 mm、分18次;T₂,共288 mm、分9次;T₃,共576 mm、分36次;T₄共576 mm、分18次;CK,接收当年的自然降雨),考察极端降雨对科尔沁沙地一年生植被的密度、多样性指数、生物量及根冠比的影响。结果表明:(1)在萌发期,植株密度在各处理下均维持在2 000株·m^-2;而在生长发育后期,T₃、T₄维持在400株·m^-2,而T_I、T₂维持在1 600株·m^-2,CK下为1 200株·m^-2,说明降雨总量决定了能完成生活史的沙地一年生植被的数量。(2)T₁、T₂、T₃3种极端降雨模式均显著提高沙地一年生植被的生物多样性指数,说明科尔沁沙地一年生植被的生物多样性不是由年降雨量单一因素决定的,而是由每次降雨量与降雨次数的分布共同决定的。(3)T₃、T₄显著降低了沙地一年生植被的水分利用效率。     

科尔沁沙地生态环境特征分析

科尔沁沙地典型地区生态环境特征的分析表明,40年来科尔沁沙地的年均气温呈逐渐增加的趋势,与全球气温升高变化一致。年降水量的变化呈波动式增加,特别是从20世纪70年代中期到90年代中期年降水量的波动幅度增大。气候类型年际间呈半干旱、半湿润和湿润交替出现,其中半干旱气候出现频率为47．5％,半湿润气候为45％,湿润气候为7．5％。沙尘暴的发生日数从1961年以来呈下降趋势,到1984年以后低于平均水平。科尔沁沙地的土壤和植被的异质性决定了该区域的农牧交错特征,特定的风沙环境促进了农牧交错特征的变化。     

内蒙古科右前旗一带梅勒图组火山岩U-Pb测年及地球化学特征

通过对科右前旗一带梅勒图组火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和元素地球化学分析,获得梅勒图组安山质晶屑熔结凝灰岩及安山岩的喷发年龄分别为125.6±1.6Ma和120.2±2.2Ma,指示梅勒图组火山岩的形成时代介于120～126Ma之间,形成于早白垩世中期。岩石具有高的SiO_2(60.4%～65.3%)和全碱(7.0%～9.5%)含量,铝饱和指数A/CNK为0.89～0.98,属于钾玄岩及高钾钙碱性系列;稀土元素总量为124×10~(-6)～169×10~(-6),(La/Yb)N值为5.83～13.4,负Eu异常微弱(δEu=0.84～1.05);在原始地幔标准化微量元素蛛网图上,样品富集Rb、Ba、Th、U、K、La、Nd,亏损Nb、Ta、P和Ti,Sr/Y值介于19.4～29.7之间。其岩石源区为富集地幔,岩浆上升过程中受到地壳物质的混染,岩石形成于板内伸展环境,其地球动力学背景可能与古太平洋板块的俯冲有关。     

内蒙古通辽市科尔沁区土壤硒地球化学特征

对通辽市科尔沁区土壤与农作物中硒元素地球化学特征及影响因素的系统研究显示,研究区土壤硒含量水平普遍较低,且空间分布不均,仅局部达到足硒水平.硒元素主要富集在表层土壤中,且与有机碳、Al₂O₃、TFe₂O₃、Mn、P等呈正相关关系,表明土壤中有机碳、黏土矿物、铁锰氧化物对硒元素地球化学行为有重要影响.研究区土壤呈碱性至强碱性,富硒农作物并不严格产出在富硒土壤中.因此,开发富硒农产品要综合考虑土壤硒含量、土壤有效态硒含量、农作物硒含量、土壤理化性质及地理景观等因素.     

绿豆和大豆叶片光合作用对科尔沁沙地光照条件的响应

运用LI-6400便携式光合作用测定系统比较科尔沁沙地大田种植的绿豆(Phaseolus radiatus L.)和大豆(Glycine max)两种豆科作物的净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、气孔导度(Gs) 的日变化;同时用便携式荧光仪(Handy-PEA)测定了PSⅡ最大量子效率(Fv/Fm)和PSⅡ最初电子受体QA的库容(Sm)的日变化。两种作物叶片净光合速率(Pn)的日变化曲线均为单峰曲线,峰值均在08:00;且08:00后绿豆叶片Pn均大于大豆。气孔导度在全天进程中一直呈下降趋势;分析表明:10:00—14:00 Pn的降低的主要原因是非气孔因素。与大豆相比,光照强烈(>1 455 μmol·m-2·s -1)的时段(08:00—14:00),绿豆能够更有效地调控Ci、Gs、Fv/Fm和 Sm。另外,与7月下旬开花期研究结果相比,随着环境条件的变化和植物的生长发育期的不同,绿豆调节其光合适应对策:气孔调节能力增强,叶片对流经PSⅡ的电子传递的调控能力增强。因此,较高的适应强烈光照的能力和对环境条件变化快速响应的能力有利于绿豆在科尔沁沙地灌溉不便的雨养农田中进行广泛栽培。     

科尔沁沙地持续放牧和不同强度放牧后封育草场中生物结皮生物量和土壤因子的变化

通过对科尔沁沙地放牧后封育样地和放牧样地生物结皮生物量的研究,探讨了不同样地生物结皮生物量的变化规律及其与环境因子的相互关系。结果表明,封育样地藓类和藻类植物的生物量显著高于放牧样地;在封育样地内,轻度、中度放牧封育区显著高于重度放牧封育区（P＜0.05）。封育样地生物结皮的土壤微生物量碳、氮含量高于放牧样地,并且各样区藓结皮土壤微生物量碳、氮含量显著高于藻结皮（P＜0.05）。在封育样地内表现为轻度、中度放牧封育区土壤微生物量碳、氮含量较高,重度放牧封育区含量较低,体现出不同强度放牧封育停牧后对土壤微生物量碳、氮影响的滞后效应。藻类植物的生物量与结皮厚度、有机质含量和粉黏粒呈极显著正相关（P＜0.01）,与细沙呈显著正相关（P＜0.05）,与粗沙呈极显著负相关（P＜0.01）。藓类植物的生物量与结皮厚度、有机质含量、粉黏粒呈显著正相关（P＜0.05）,与粗沙呈负相关,但不显著。藻类植物的生物量与土壤因子之间的相关性更为密切。