放牧干扰背景下藓结皮对毛乌素沙地土壤水分与风蚀的影响

为掌握在放牧干扰背景下生物结皮对土壤水分与风蚀的影响,并探讨适度干扰改善土壤水分状况的可行性,在毛乌素沙地选定的典型样地建立监测小区,进行了土壤水分和风蚀的定位监测试验。结果表明:(1)藓结皮的存在能够提高沙蒿、沙柳和柠条0—80cm的根系层土壤水分,但同时也使80—200cm的深层土壤含水量下降;植被间无干扰的藓结皮同样能提高土壤含水量;重度干扰有利于提高0—80cm的根系层和80—200cm的深层土壤水分含量。(2)藓结皮的存在有利于减轻沙蒿、柠条和沙柳下方沙土风蚀,3种灌木投影下方藓结皮小区的风蚀量与植被下裸地相比分别减少了92.8%,11.3%和104.2%;藓结皮受到剧烈及以上强度的干扰会使土壤更易遭受风蚀。(3)在本研究中,重度干扰的藓结皮在不加剧风蚀的同时,有利于提高0—200cm深度内的土壤水分,肯定了适度干扰的可行性。     

黄土高原典型生物结皮对坡面产流产沙过程的影响

[目的] 明确不同类型生物结皮坡面产流产沙过程及其影响因素，为评价生物结皮的水土保持功能提供理论依据。[方法] 选取黄土高原常见藻结皮和苔藓结皮为研究对象，系统研究降雨条件下结皮类型及破坏前后对坡面产流产沙的影响。[结果] ①生物结皮可显著增强土壤黏结力，藻结皮和苔藓结皮土壤黏结力是裸地（4.53 kPa）的1.52倍和1.25倍，结皮破坏后其土壤黏结力仍高于裸地，分别是裸地的1.22，1.10倍；②生物结皮可以增加坡面产流，抑制坡面产沙。藻结皮和苔藓结皮产流量分别增加了21.64%和55.75%，产沙量分别减少了94.06%和89.24%。结皮破坏后，产流量分别增加了58.76%和59.66%，产沙量分别减少了16.18%和29.45%，仍可促进产流，抑制产沙；③随累积径流量的增加，累积产沙量增长速度由大到小依次为：裸地 > 藻结皮去除 > 苔藓结皮去除 > 苔藓结皮覆盖 > 藻结皮覆盖。黏结力是表征生物结皮抑制土壤侵蚀的有效指标。随黏结力的增大，产沙量呈线性降低（R²=0.66）。[结论] 增加生物结皮覆盖并有效防止生物结皮被破坏，可最大程度发挥其水土保持功能。     

毛乌素沙地植被类型对生物结皮及其下伏土壤养分的影响

为了解旱区荒漠生物结皮的养分效应及其同植被灌丛间的关系,研究以毛乌素沙地广泛分布的苔藓、藻结皮为对象,选取4类典型植被样地,深入探讨了植被对生物结皮及其下伏土壤的养分分布的影响。结果表明:(1)沙蒿植被冠层下的藻结皮及其下伏土壤的全氮、全磷、有机质含量显著高于植被冠层间,沙柳、柠条群落则为植被冠层下的相应值显著低于植被冠层间(p0.05)。(2)沙蒿、沙柳、柠条3种群落的生物结皮及下伏土壤养分含量均随土层加深逐渐降低,而草地则表现为5—10 cm土层的土壤养分显著高于上层土壤;苔藓结皮的全氮、有机质表现为:柠条草地沙柳沙蒿,苔藓结皮的全磷以及藻结皮的养分含量均表现为:草地柠条沙蒿沙柳。(3)总体上,各类型植被下的苔藓及藻结皮均能够显著增加表层0—10 cm土壤的养分含量,且苔藓结皮的养分富集作用优于藻结皮。     

毛乌素沙地油蒿群落生物结皮的分布特征

为研究毛乌素沙地油蒿群落中生物结皮分布状况,根据放牧强度选取沙利(禁牧)、陶利(轻度放牧)和乌审召(正常放牧)3个试验点,分别调查了油蒿群落中固定沙地和半固定沙地植被盖度、油蒿盖度、生物结皮盖度、凋落物盖度、生物结皮破碎度、生物结皮厚度等指标。结果表明,毛乌素沙地油蒿群落中固定沙地生物结皮平均盖度为83.74%,半固定沙地生物结皮平均盖度为23.54%;油蒿群落中半固定沙地生物结皮绝大部分是处于初期发育阶段的藻结皮,而固定沙地苔藓和地衣结皮所占比例接近总盖度的1/2;半固定沙地大多数处于初期发育阶段的生物结皮受上层植被的影响更大;轻度放牧干扰对油蒿群落固定沙地生物结皮盖度和厚度的影响均不显著,而正常的放牧干扰会导致生物结皮盖度显著下降;半固定沙地生物结皮对放牧干扰的影响更为敏感,即使是轻微的放牧干扰,也会产生与正常放牧干扰相当的效果。     

黄土丘陵区生物结皮对坡面流水动力特征的影响

[目的]探究生物结皮对坡面流水动力特征的影响,为黄土高原丘陵区生物结皮防蚀机理研究提供理论指导。[方法]设置生物结皮覆盖及破坏处理,进行人工模拟降雨试验。[结果](1)生物结皮覆盖及破坏处理下坡面流均属于层流急流。(2)生物结皮可显著降低坡面流流速,增加水流剪切力,阻力系数和水流功率(p<0.05)。其中,藻结皮处理和苔藓结皮处理较裸地流速分别减少了48.74%和62.24%,水流剪切力、阻力系数、水流功率较裸地分别增加了130.01%和308.07%;703.35%和2 532.01%;21.16%和57.43%。(3)生物结皮破坏后其阻力系数与裸地无显著变化,流速、水流剪切力、水流功率均显著高于裸地(p<0.05)。其中,藻结皮破坏和苔藓结皮破坏处理较裸地流速、水流剪切力、水流功率分别增加了10.84%和16.46%;36.83%和42.44%;60.90%和62.14%。[结论]生物结皮覆盖会增大坡面流阻力系数,降低流速。生物结皮破坏后坡面流阻力系数与裸地无差异,流速增加。此外,生物结皮覆盖及破坏处理均会增大坡面流水流剪切力及水流功率,进而增加径流侵蚀能量。     

毛乌素沙地3种主要植物群落的阻沙效益

[目的]对毛乌素沙地天然沙蒿、沙柳和锦鸡儿这3种主要植物群落的阻沙效益进行分析,为毛乌素沙地沙漠化防治及生态建设提供理论依据。[方法]通过测定标杆风蚀沙埋程度,分析各植物群落的风蚀量与阻沙量,从而对其阻沙效益进行比较分析。[结果](1)植被盖度越大,各植物群落的防风阻沙效果越明显;(2)地形条件相似,风速相同的情况下,3种植物群落在风蚀季节的临界防风蚀盖度不同。沙蒿群落的临界防风蚀盖度最小,约为60%,沙柳群落与锦鸡儿群落的临界防风蚀盖度相对较大,均大于60%,但锦鸡儿群落相对沙柳群落的临界防风蚀盖度小;(3)相同盖度下,3种植物群落的风蚀量与阻沙量之和大小顺序为:沙柳锦鸡儿沙蒿。[结论]在毛乌素沙地固定、半固定沙地上,沙蒿群落的防风阻沙效益突出,可作为主要固沙植物进行推广。     

毛乌素沙地三种植被下苔藓结皮的土壤理化效应

分析了沙蒿、沙柳、樟子松三种植被下有苔藓结皮、无苔藓结皮（对照）样地0—2,2—5,5—10 cm剖面土壤的理化指标,探讨毛乌素沙地苔藓结皮对土壤理化性状的影响及其与植被类型的关系。结果表明:（1）三种植被下苔藓结皮均能够明显提高土壤稳定性,增加细砂粒（0.02～0.2 mm）含量、降低粗砂粒（0.2～2 mm）含量。（2）沙柳及沙蒿植被下苔藓结皮均能够显著提高各层土壤的有机质、全氮、速效钾、全磷含量（P>0.05）,降低全钾、速效磷含量;樟子松下苔藓结皮0—2 cm剖面的理化效应同沙柳、沙蒿类似,但2—5,5—10 cm剖面内,有机质含量显著降低（P>0.05）,全氮、全钾、全磷、速效磷含量则无显著变化（P<0.05）。（3）荒漠生态恢复过程中,苔藓结皮对土壤理化性状的改善作用主要集中在表层土壤,改善程度同植被类型的关系密切。     

毛乌素沙地几种灌木生长季土壤水分动态特征

土壤水分是影响沙漠植物生长的主要因素之一,该文以毛乌素沙地3种灌木为研究对象,分析了其生长季土壤水分变化特点,并采用Brownl-Forsythe检验方法比较几种灌木覆盖下土壤表层(0-20 cm)水分含量与裸沙地的差异.结果表明:土壤水分的变化受到根系深度和降雨特征的影响较大.不同灌木地下30-50 cm处土壤水分含量波动明显,是由于根系吸水导致.2004年灌木地土壤含水量在8月最大,而2005年为7月底最大,是由于降雨特征不同导致.油蒿与裸沙地土壤表层含水量差异显著(sig=0.04<0.05),而沙地柏、杨柴与裸沙地土壤表层含水量差异不显著(Sig值分别为0.239和O.308,均大于0.05),即油蒿对保持沙地土壤表层水分含量效果显著.     

干旱胁迫对沙枣幼苗根茎叶生长及光合色素的影响

干旱半干旱地区水分是植被恢复和演替的限制性生态因子,沙土生物结皮能降低水分入渗,造成土壤水分浅层化和加剧土壤水分时空分异,因此有必要采取措施进行适度干扰,以促进生态恢复和重建。土壤蒸发是天然降水无效损失的一个重要途径,研究生物结皮对土壤蒸发的影响十分必要。以陕北水蚀风蚀交错区沙土生物结皮为研究对象,分析了移除生物结皮和沙埋2种干扰下生物结皮类土壤水分蒸发特性。结果表明,移除生物结皮并不能起到显著地抑制土壤蒸发的作用(p>0.05),而沙埋对土壤蒸发具有显著地抑制作用(p<0.01),且随沙埋厚度的增加,蒸发抑制率提高。20mm沙埋的抑制蒸发作用最大,蒸发抑制率达到了58.15%。5mm和10mm沙埋的蒸发抑制率则分别为25.20%和28.29%,二者之间的差异未达到显著水平(p>0.05)。可见,沙埋对于改善土壤水分状况具有极积意义,但应控制沙埋的厚度。     

人工藻结皮对旱区农田土壤风蚀的防控效应

[目的]分析人工藻结皮对土壤起沙风速和风蚀速率的影响及其风蚀防控效果,探索人工藻结皮在农田土壤风蚀防控中的可行性,为农田土壤风蚀防控提供新思路。[方法]研究了400,600,800,1 000,1 200 ml/m²共5个藻液接种量对农田土壤藻结皮形成的影响,进而采用风洞试验,研究人工藻结皮对土壤风蚀的防控效应,探讨了该技术应用于农田土壤风蚀防控的可行性。[结果]在室外自然环境条件下,通过接种藻液可形成不同盖度的藻结皮。藻接种量为1 200 ml/m²时,培养14 d盖度可达30%,50 d后,其盖度可达60%以上,藻生物量、结皮厚度是对照的52和9倍,均有显著差异(p<0.05)。人工藻结皮可显著提高农田土壤的起沙风速,降低风蚀速率。当藻结皮盖度为30%左右,起沙风速(9 m/s)较裸土增加44%,风蚀速率较裸土降低80%以上。[结论]通过在农田土壤接种藻液形成藻结皮,可显著改变土壤物理属性,增强土壤抗风蚀性。农田土壤接种藻液形成藻结皮可以作为一种快速、有效的方法应用于农田土壤风蚀防控。     

沙漠化逆转过程中毛乌素沙地土壤风蚀可蚀性影响因子的变化特征

[目的]揭示毛乌素沙地沙漠化逆转过程对土壤风蚀可蚀性的影响,为该区风蚀防治和生态重建提供科学参考。[方法]选取1986—2021年共8期遥感影像,以ENVI 5.3和ArcGIS 10.7为平台对毛乌素沙地不同时期土地沙漠化进行反演,同时构建研究区2021年沙漠化差值指数(DDI),并按照自然断裂法将毛乌素沙地土地分为非、轻度、中度、重度和极重度5种沙漠化类型代表沙漠化逆转的不同阶段。根据反演结果,应用空间代替时间的方法,对不同沙漠化类型土壤进行样品采集,并对土壤机械组成、土壤有机质含量、土壤结皮、植被因子等土壤风蚀可蚀性影响因子进行测试分析。[结果]毛乌素沙地1986—2021年沙漠化整体呈逆转趋势,沙漠化土地面积由1986年的47 877.81 km²缩减至2021年的45 914.06 km²,以56.11 km²/a的速率逆转。该区土地沙漠化可分为3个时期：1986—2001年为沙漠化发展期,土壤黏粒、粉粒百分含量、有机质含量呈降低趋势,土壤砂粒百分含量、结皮因子和植被因子值呈增加趋势;2001—2011年为沙漠...     

油蒿群落不同恢复阶段的土壤水分空间异质性及植被特征

[目的]分析沙地恢复不同阶段(流动沙地、半固定沙地、固定沙地)油蒿(Artemisia ordosica)群落的土壤水分空间变异规律以及植被响应特征,为荒漠地区植被恢复提供科学依据。[方法]利用经典统计学与地统计学相结合的方法进行分析。[结果](1)从流动沙地到固定沙地的演替过程中,土壤水分逐步减少,其空间结构呈现出明显的斑块状和条带状布局特点,同时沙地土壤水分空间异质性逐步增加,土壤水分在不同恢复阶段均表现出随着土层深度的增加,空间相关性逐渐增强的特征。(2)在沙地恢复过程中,油蒿种群的植被覆盖度、生物量、密度呈现逐渐增加的趋势,而植被特征的空间变异性则趋于减弱。(3)在流动沙地和固定沙地上,油蒿种群特征与土壤水分呈现显著负相关(p0.01)。[结论]油蒿种群的植被格局在一定程度上改变了土壤水分的空间异质性与分布格局。     

毛乌素沙地煤矿开采对植被景观的影响

毛乌素沙地气候干燥,水资源短缺,生态环境十分脆弱,对各种人为扰动极为敏感。该地区煤炭资源的开采势必会增加当地环境负担,使得生态环境恶化。以陕西省神木县大保当煤矿为例,通过实地调查,在查明自然植被种类、类型和分布的基础上,借助地理信息系统技术与地表沉陷预测模型,对煤矿开采造成的植被景观格局变化进行了预测,并分析了斑块数、形状指数、多样性指数等指标。结果表明,煤矿开采后矿区景观破碎度上升,斑块形状复杂化,景观异质性降低,植被生物量减少。矿区植被类型发生变化,原先以叉子圆柏(Sabina vulgaris)、北沙柳(Salix psammophila)、斜茎黄耆(Astragalus adsurgens)为优势种的灌木丛向以黑沙蒿(Artemisia ordosica)为优势种的灌草丛转化。从矿区整体变化程度来看,煤矿开采对区域自然生态系统存在一定的干扰,但未造成其根本性改变,自然生态系统仍存在一定的恢复和调控能力,应采取一系列生物与工程措施引导矿区生态环境向可持续方向发展。     

林分密度对毛乌素沙地樟子松人工林林分结构和林下植被的影响

[目的]研究不同密度下,樟子松人工林林分结构和林下物种多样性的变化,以期为毛乌素沙地以樟子松为建群种的植物固沙模式提供理论依据。[方法]以毛乌素沙地榆林地区5种不同密度25a生樟子松人工林为研究对象,采用样方调查和测试分析法,探究樟子松人工林林分结构和林下物种多样性随林分密度的变化特征。[结果]樟子松人工林密度与平均胸径呈幂函数递减关系,与高径比呈显著的线性正相关关系。樟子松人工林林下共出现植物8科13属16种。草本以禾本科的狗尾草为优势种,草本丰富度、多样性指数随着密度的不断减小,表现出明显的增加趋势。林分密度与物种丰富度指数、多样性指数呈显著的负相关关系,Shannon多样性指数对密度变化最为敏感。[结论]毛乌素沙地樟子松人工林的林分密度与林分结构、林下物种多样性的相关关系十分显著,可以将林下物种多样性指数作为衡量林分密度是否合理的参考指标。     

Discriminating soil crust type,development stage and degree of disturbance in semiarid environments from their spectral characteristics

Biological soil crusts (BSCs) are increasingly recognized as common features in arid and semiarid ecosystems and play an important role in the hydrological and ecological functioning of these ecosystems. However, BSCs are very vulnerable to, in particular, human disturbance. This results in a complex spatial pattern of BSCs in various stages of development. Such patterns, to a large extent, determine runoff and erosion processes in arid and semiarid ecosystems. In recent years, visible and near infrared (Vis‐NIR) diffuse reflectance spectroscopy has been used for large‐scale mapping of the distribution of BSCs. Our goals were (i) to demonstrate the efficiency of Vis‐NIR spectroscopy in discriminating vegetation, physical soil crusts, various developmental stages of BSCs, and various types of disturbance on BSCs and (ii) to develop a classification system for these types of ground cover based on Vis‐NIR spectroscopy. Spectral measurements were taken of vegetation, physical crusts and various types of BSCs prior to, and following, trampling or removal with a scraper in two semiarid areas in SE Spain. The main spectral differences were: (i) absorption by water at about 1450 nm, more intense in the spectra of vegetation than in those of physical crusts or BSCs, (ii) absorption features at about 500 and 680 nm for the BSCs, which were absent or very weak for physical crusts, (iii) a shallower slope between about 750 and 980 nm for physical crusts and early‐successional BSCs than for later‐successional BSCs and (iv) a steeper slope between about 680 and 750 nm for the most developed BSCs. A partial least squares regression‐linear discriminant analysis of the spectral data resulted in a reliable classification (Kappa coefficients over 0.90) of the various types of ground cover and types of BSC disturbance. The distinctive spectral features of vegetation, physical crusts and the various developmental stages of BSCs were used to develop a classification system. This will be a promising tool for mapping BSCs with hyperspectral remote sensing.     

毛乌素沙地南缘臭柏群落土壤水分空间分布特征

为对臭柏群落土壤水分空间分布特征进行初步研究,以毛乌素南缘神木大保当镇臭柏(Sabina vulgaris Ant.)群落为研究对象,选取10个样地利用环刀进行土壤取样,通过土壤烘干法测出土壤含水量与蓄水量并进行分析。结果表明:(1)在坡位影响下,各样地间的土壤含水量存在显著性差异(P0.05),含水量和蓄水量整体分别表现为沙丘下部沙丘中部丘间低地沙脊,沙丘中部沙丘下部丘间低地沙脊;(2)在坡向影响下,各样地的土壤含水量存在显著性差异(P0.05),含水量和蓄水量均表现为背风坡迎风坡;(3)在林内外植被影响下,各样地的土壤含水量存在显著性差异(P0.05),含水量和蓄水量均表现为草地臭柏沙地。表明臭柏群落对土壤水分空间分布有一定的影响。     

Ants mediate soil water in arid desert ecosystems: Mitigating rainfall interception induced by biological soil crusts?

As vital components of desert systems, the roles of ants in arid ecological processes have been well documented, while little attention has been given to their effects on soil water. We conducted a six-year investigation in sand dune systems stabilized via revegetation, to explore the hydrological role of ants through comparing the influence of ant nests on rainfall infiltration in different-aged revegetated dunes. The presence of ant nests markedly enhanced infiltration due to weakening the rainfall interception by biological soil crusts (BSCs) in revegetated dunes. The distribution of ant nest was denser in older revegetated areas, due to better developed BSCs of later successional stages, compared to younger revegetated areas. Ants prefer later to early successional BSCs because the later lichen–moss dominated crusts were thicker and their surface was more stable than the early cyanobacteria dominated crusts. Conversely, the crustal rainfall interception was positively correlated with BSC thickness. These findings suggest that the occurrence of ant nests in older revegetated areas benefited to the planted shrubs with deeper root systems and maintain a relative constant cover of shrubs in artificial sand-binding vegetation following an increase in infiltration to deeper soil layers.     

单株油蒿蒸腾耗水特征及其与环境因素的关系

[目的]探究油蒿的蒸腾耗水规律及其对环境因子的响应,旨在为固沙植被建设提供科学依据。[方法]利用野外大型称重式蒸渗仪于2014年6—9月底对单株油蒿的蒸腾过程进行连续观测,并同步监测了土壤含水量及相关气象因子。[结果]油蒿单日蒸腾强度曲线在晴天表现为双峰曲线,而在阴雨天双峰曲线不明显;研究期间,单株油蒿蒸腾耗水量为101.66mm,日平均蒸腾强度为0.83mm/d。蒸渗仪内土壤蒸发量106.05mm,日平均土壤蒸发强度为0.87mm/d,试验期间蒸散量占降雨量的82.98%。降雨可以维持油蒿正常生长,并对土壤水分进行一定补充;油蒿蒸腾强度与空气相对湿度(p0.01)、空气温度(p0.01)、太阳净辐射(p0.01)和20cm深度土壤体积含水量(p0.05)具有很好的相关性,且相关性依次减小。[结论]油蒿蒸腾耗水日变化明显,其蒸腾速率受土壤水分状况、气象条件及自身生理特征等因素的影响。