塔里木河下游生态输水对植被恢复和沙漠化逆转的影响

针对近50 a来人类不合理的资源开发,导致塔里木河下游地区沙漠化程度加剧等一系列生态环境问题,结合实地考察和野外调查资料以及遥感影像数据,运用植被覆盖度、沙漠化动态度模型分析法,对塔里木河下游生态输水前后植被和沙漠化状况进行了分析。研究结果表明,生态输水后,植被覆盖度增大,植物种数明显增加;胡杨冠幅增大;裸地、沙地面积减少;非沙漠化和轻度沙漠化土地面积不断扩大,而重度沙漠化面积有减小趋势。生态输水对塔里木河下游植被恢复和沙漠化逆转起到了明显的作用。     

人为干扰对塔里木河干流水文情势的影响

 结合塔里木河下游正在实施的生态应急输水工程,以输水年(2000年)前后干流不同测站的径流量以及下游地下水位的变化为基础,分析人为干扰后,塔里木河干流水文情势的变化。结果表明:由于源流区农业灌溉引水剧增,到达干流的水量逐年减少,进入塔里木河干流的水量20世纪50—90年代以0.2亿m3/年的速度递减,但90年代中期以后有略微增加的趋势;中游英巴扎的径流在输水年前后仍继续减少;下游卡拉站由于人工输水径流量呈增加趋势,从春季到初冬,径流量都大幅度增加,夏季洪峰流量是输水前的2倍,且在时间上有所推后。人工输水后,下游9个生态监测断面的地下水位发生较大变化。纵向上,从大西海子水库向台特马湖方向,地下水位抬升幅度呈逐级递减的趋势;横向上,各个断面的监测井水位呈波段式上升,且愈远离河道波动愈小,5次输水的响应范围达到1200 m。下游区生态输水的积极干扰,在一定程度上缓和了源干流上游区人为干扰的负面影响。应急输水工程产生了明显的生态效益。     

水情波动下2006-2011年塔里木河下游植被变化研究

由于开都-孔雀河来水量的减少,塔里木河下游生态输水量自2006年开始锐减,之后连续枯水3a,直至2010年来自上游的输水水头才重新到达塔河下游台特玛湖处。采用2006-2011年Landsat TM卫星遥感影像数据,对塔里木河下游区域进行了植被分类和覆盖度信息提取;在连续植被变化监测数据的基础上,研究了水情波动影响下的塔里木河下游地区植被时空变化格局,探讨了形成植被变化时空差异的主要原因。结果表明,2006-2011年植被覆盖面积总体上呈现先下降再升高的现象,其中灌木林地变化最为显著;2011年研究区植被覆盖度总体高于2006年,大部分区域的植被覆盖度呈缓慢增加趋势,覆盖度显著增加区域面积占2011年植被覆盖面积6.3%;生态输水量的变化是影响塔里木河下游植被生长与恢复的主导因素,大范围的植被恢复的主要原因在于地下水位的显著抬升,而地下水位的升降主要依赖于生态输水量的变化。     

塔里木河下游生态环境对输水的积极响应

塔里木河下游是我国西部生态与环境问题最为突出的地区.由于人类不合理的资源开发,导致该地区生态问题日益突出.本文结合塔里木河下游5次生态输水,通过3年对输水后生态环境变化的监测,就塔里木河下游生态环境对输水的积极响应进行了分析.结果显示:(1)生态输水后地下水位在时间上和空间上各有其变化规律,在时间上近河道水位响应快,远河道水位响应慢.在空间上距河道不同距离和不同河段上地下水上升的幅度不同.(2)输水后天然植被的响应主要表现在植被种类和植被盖度的增加上;(3)鉴于输水后生态响应的范围仍然较小,因此输水工程还应该继续进行并适当调整输水的方式.     

黄河三角洲湿地不同植被群落下土壤养分含量特征

以黄河三角洲潮上带湿地为对象,通过采样、分析,研究了4种典型的植被群落下水盐梯度和土壤养分含量的变化特征。结果显示．沿植物群落演替方向,土壤水分含量无显著差异,土壤盐分呈逐渐降低的趋势,在一定程度上反映了植物群落的不同演替阶段。在这种水盐梯度下,植被群落的变化能够影响土壤养分含量,沿着植被演替方向,全碳与有机质含量随着演替方向呈先逐渐降低后增加的趋势,土壤碳氮比（C／N）在植被演替中期相对较高;全氮含量沿着演替方向呈现增加趋势,硝态氮与铵态氮先增加后降低;全磷与有效磷随演替变化系数较小,演替中期各理化性质变异系数相对较大。各群落土壤C／N值均小于25。相关分析表明,全氮、有机质与有效磷两两显著相关（p〈0.01）,有效磷还与含水率显著相关（p〈0．05）,硝态氮、铵态氮和全磷未显示出与其他理化性质的相关关系。含水率与pH值显著相关（p〈0．05）,且二者均与土壤盐分显著负相关（P〈0．01）。     

4种不同植被群落类型表土的抗蚀力学特性

[目的]研究黄土高原农林业生产表层土壤水土流失,为该区域及其相似地区生态修复中树种选择及配置提供科学依据。[方法]以杨树+柠条乔灌混交林、杨树纯林、油松常绿针叶林和柠条灌木纯林下4种不同植被群落类型下表土为对象,进行抗剪力学特性研究,并分析土壤含水率对其力学特性的影响力。[结果]在测试表土含水率2.5%～12.5%范围内,4种不同植被类型及裸地对照样地土壤结皮抗剪强度和黏聚力均随着土壤含水率的增加呈增大的趋势,表明在一定范围内表土湿润程度的增加对提高土壤表层抗蚀能力起到积极作用;4种不同植被群落类型表土抗剪强度和黏聚力的值均显著大于裸地的值,说明水土保持的林草措施对表层土壤结构的改善起到了促进作用,从而提高了表层土壤的抗侵蚀能力;在测试含水率2.5%～12.5%范围内随着含水率的增加各样地表土内摩擦角无明显的变化规律。[结论] 4种不同植被群落类型中柠条+杨树混交林下表土抗剪强度、黏聚力总体表现最大,这也从另外一方面说明了水土保持的林草措施中营造混交林的优越性。     

不同退耕年限干旱绿洲植被群落及灰棕漠土特性变化

为了探讨不同退耕年限对植被恢复及土壤特性的影响,选择民勤绿洲不同年代退耕地(1,2, 4,8,13,20,30,40年)和耕地（对照CK）为研究对象,运用时空替代法,测定并系统分析其植被组成、土壤理化特性、土壤微生物特性和土壤酶活性。结果表明：在40年退耕地植被自然演替过程中,9个样地（包括一个CK）的所有样方中共出现43种植物,植被群落由一年生草本植物逐渐演替为单一的灌木,表现出较强的连续性与递进性。随着退耕年限的增加土壤含水率呈先降再升后降的趋势,总体呈倒“N”字型变化。土壤容重总体表现为逐渐减小;土壤粒径变化规律不明显,各样地细砂粒占比最大,黏粒最少;土壤全氮、速效钾、土壤有机质含量及土壤微生物量碳呈先上升后下降趋势,速效磷含量变化不明显,但是变化幅度较大;细菌与放线菌数量不同程度的减少,细菌是土壤中主要的微生物类群,最大数量达到611.46×105 cfu.g-1;土壤酶活性随退耕年限延长呈波动式下降。随着土层深度增加,土壤容重、土壤养分及土壤微生物总体表现为逐渐减小,表聚现象明显;通过退耕地聚类谱系图可以推断出退耕第4年是民勤绿洲退耕地恢复治理的关键时期。     

塔里木河下游断流河道输水的生态变化分析

根据连续多年监测获得的塔里木河下游地下水位、植被数据,对比分析了塔里木河下游生态输水后地下水位、生物量、物种多样性的变化。结果表明:实施生态输水工程后,地下水位变化显著,地下水位逐渐抬升,下降趋势得以控制。草本植物生物量的变化趋势与每次输水量变化趋势基本一致,即随着输水量的增加草本植物的生物量也相应增加,输水的时间、输水量的多少对草本植物生物量有较强影响。地下水位埋深上升,物种多样性也呈上升趋势,但二者并不同步,物种多样性上升趋势滞后于地下水位的上升,这表明地下水位的抬升有利于植物多样性的增加,但是地下水位变化对植物多样性的影响是一个渐变的过程。     

冀北山区生态恢复下生态输水现状分析——基于东北沟流域的实证

冀北山区作为京津的水源区对于保障下游的水资源安全发挥着重要作用。以京津水源区东北沟流域为例,基于土地利用调查数据、降雨数据和参与式农户调查获得流域生态环境变化和生态输水的现状,对近年来冀北山区生态环境变化以及这种变化对下游输水的影响进行了研究。结果表明:东北沟流域生态建设已取得了一定的成就,经过二十余年的自然封禁,林地占了流域面积的一半以上,近年来发生土壤侵蚀的频率和强度都明显减少了,这方面的变化是有利于为下游生态输水;但降雨量减少,可利用的水资源减少,森林面积增加,植被对降雨和径流的拦截,下游输水能力下降。加之,水源区的居民生态保护意识不强,没有认识到所处区域的重要地位。大量的化肥投入诱发的面源污染不利于该区域为下游的生态输水,而为上游提供生态补偿可协调上下游的利益冲突。     

黄土丘陵区自然植被恢复下土壤微生物学质量演变特征

为了探讨黄土丘陵区自然植被恢复过程中土壤微生物学质量演变特征,用时空互代法对燕沟和县南沟典型小流域自然植被恢复下5个演替阶段（退耕1~6 a、7~17 a、18~35 a、36~60 a、> 60 a）土壤养分含量、微生物量和酶活性进行了研究。结果表明:随着地区植被退耕后自然演替的推进,土壤有机碳、全氮、有效氮与有效钾含量持续增加,土壤全磷含量在不同植被演替阶段变化不明显,有效磷含量在植被演替至多年生草本阶段（18~35 a）时含量最低;土壤细菌约占土壤微生物量的65%左右,且其数量在植被演替至多年生草本阶段时最多,土壤真菌和放线菌随退耕年限的延长呈现不断增加的趋势;土壤碱性磷酸酶、脲酶和蔗糖酶活性也随着植被自然演替的推进呈不断增加趋势,但脲酶和蔗糖酶在植被演替至灌木阶段（36 a）后增速放缓。相关性分析表明,自然恢复过程中土壤微生物数量与酶活性的提高程度比较一致,其与土壤养分关系密切,因此土壤微生物群落与土壤酶活性是反映植被恢复中土壤生物学质量变化的重要指标。     

黄土高原退耕还草土壤水分对植物地上部化学计量特征的影响

揭示土壤水分含量变化对植物养分吸收的影响,对阐明草本植被对环境变化的响应和适应性具有重要意义,可为黄土高原区生态治理提供理论依据。研究以安塞纸坊沟流域不同退耕还草年限(6 a,15 a,25 a和45 a)的草本植物和0—50 cm深度土壤样品为研究对象,测定了植物地上部C,N,P,K,Ca和Mg含量及土壤含水率,并分析了植物养分含量及其生态化学计量与土壤含水率的关系。结果表明:土壤含水率随退耕还草过程呈先增加后降低趋势。植物体中C,N,K,Ca和Mg含量整体上随着退耕年限延长先降低后升高,植物P含量在退耕还草初期下降,中后期保持稳定。植物C/N,C/P和N/P比值随退耕年限呈先升高后降低的趋势,并且在退耕还草过程中植物生长主要受到N限制。植物Ca和Mg含量与土壤含水率呈显著负相关。另外,退耕45 a含水率最低,植物C/Ca,C/Mg,N/Ca,N/Mg,P/K,P/Ca,P/Mg比值也是最低的,表明植物可以增加吸收K,Ca和Mg以应对水分胁迫。研究表明土壤含水率随退耕还草过程降低,土壤水分降低促进干旱半干旱地区植被对环境的适应。研究结果为改善干旱半干旱区植被生态稳定性提供科学依据。     

黑河流域LUCC(1988-2000)的生态环境效应研究

利用1988年和2000年Landsat 5的4、3、2(RGB)波段合成影象解译结果，采用中国科学院资源环境数据库中的全国1：10万土地资源利用分类系统．基于GIS(arcview 3．2a)，通过对黑河流域近12年来土地利用／覆被变化(LUCC)特点揭示，研究了其生态环境效应。结果表明：(1)土地利用结构变化表现出耕地、林地和城镇用地有明显增加，草地和水域都呈减少趋势，反映出区域城镇化进程的加快和生态环境恶化的趋势。LUCC的区域差异明显：上游地区水域在减少．草地和未利用地大量增加，林地和城镇用地变化不大；中游地区耕地、城镇用地大量增加，草地急剧减少；下游地区水域面积大量减少，草场严重退化，未利用地大量增加；(2)上游地区主要表现为冰川退缩，土壤生态系统退化，地表径流中泥沙含量增加，林地水源涵养能力降低，天然植被退化；(3)中游地区农业绿洲虽有较大发展．但天然植被减少，土壤盐渍化、土地沙化、草场退化较为严重；(4)下游地区河道断流加剧，湖泊干涸，地下水位下降，水质恶化．地表植被严重退化，生态功能降低．土地沙化、盐碱化面积迅速扩大．灾害性天气频增。最后，基于流域各段生态环境效应分析，提出了生态重建的对策措施。     

塔里木河下游植被耗水量的时空演变

[目的] 分析塔里木河下游天然植被耗水量,为其生态修复研究提供科学指导。[方法] 基于Landsat系列影像和日尺度气象数据,采用改进的Penman-Monteith公式法,在30 m空间分辨率上,对生态输水以来大西海子水库至阿拉干断面间植被耗水量的时空演变趋势进行了分析。[结果] ①研究区天然植被耗水量时空分布存在着明显的梯度化差异,高耗水区主要分布在主河道沿线及自然漫溢区,下游植被耗水量整体偏低,年内主要集中于植被生长中期。②2000—2020年天然植被平均耗水量为1.90×10⁸ m³/a,并以2.44×10⁷ m³/5 a的速率增长;同期大西海子水库至阿拉干断面间的河水消耗量为2.79×10⁸ m³/a;植被耗水量占河道消耗水量的68.23%,二者随输水进程均呈上升趋势。③天然植被面积以12.37%/5 a的速率增长,耗水量以12.82%/5 a的速率增长,植被面积与耗水量增长速率相匹配,天然植被的修复对输水的响应较为积极,继续输水仍会促进植被的快速恢复。[结论] 截至2020年,经过21 a的生态输水,塔里木河下游天然植被得到明显改善;但受既有输水方式固化的影响,加大了水面及浅埋深区的无效蒸发,生态耗水的时空分布仍存在优化的可行性和必要性。     

塔里木河下游土壤种子库的季节差异分析

以因不合理的水土资源开发而出现严重生态退化的典型区--塔里木河下游为研究区,通过在塔里木河下游开展的土壤种子库实验,分析了塔里木河下游土壤种子库的基本特征和种子库密度、物种组成上的季节差异,并从土壤种子库的角度探讨了塔里木河下游生态恢复的可行性.(1)塔里木河下游土壤种子库的季节差异较大,如果排除放牧的影响,3月份土壤种子库的密度和物种丰富度总体上要小于8月份的土壤种子库;(2)从物种组成上看,3月份物种组成以一年生草本占优势,而胡杨和柽柳的种子基本上都出现在8月份的土壤种子库中;(3)随塔里木河下游地上植被群落退化程度的加重,种子库的密度和物种数均呈现明显的下降趋势;(4)鉴于土壤种子库无论在物种还是密度上均要远丰富于地上植被群落的事实,认为通过激活土壤种子库来实现下游生态的局部恢复在理论上是可行的.考虑到主要建群植物的生态恢复,建议今后的输水时间应该选择在8月到11月之间.     

科尔沁沙地小叶锦鸡儿群落生长季土壤水分动态和蒸散量估算

以流动沙丘和不同恢复年限的人工和天然小叶锦鸡儿群落为研究对象,从土壤水分平衡角度对小叶锦鸡儿群落生长季土壤水分动态和蒸散量进行了研究.结果表明,与天然小叶锦鸡儿群落的土壤含水量相比,人工小叶锦鸡儿群落内土壤含水量较低,且呈现出随植被生长发育年限的增加而不断减少的趋势;从土层垂直方向看,流动沙丘土壤含水量较稳定,6年生和天然小叶锦鸡儿群落土壤含水量大致随深度的增加而逐渐增加,但11年生和22年生小叶锦鸡儿群落土壤含水量基本呈下降趋势,绝大多数土层含水量均低于1.50%,水分状况较差;在生长季,人工植被区绝大部分的降雨都通过蒸散丧失,在时间分布上,各样地蒸散量呈现单峰型曲线模式.     

中亚热带不同植被恢复阶段林地土壤磷库特征

以湘中丘陵区檵木—南烛—杜鹃灌草丛(LVR)、檵木—杉木—白栎灌木林(LCQ)、马尾松—柯(又名石栎)—檵木针阔混交林(PLL)、柯—红淡比—青冈常绿阔叶林(LAG)4种林地为对象,采用Tiessen和Moir修正后的Hedley磷(P)分级方法,研究不同植被恢复阶段林地土壤P各分级组分含量及其组成比例。结果表明:随着植被恢复,同一土层全磷(TP)、总无机磷(Pi)、总有机磷(Po)含量增加,NaHCO_3-Pi、NaOH-Pi、HCl-Pi和NaHCO_3-Po、NaOH-Po属于快速积累型,Residual-P属于缓慢积累型,Resin-Pi属于稳定型;不同植被恢复阶段林地土壤Pi以NaOH-Pi为主,Po以NaOH-Po为主,土壤P以Residual-P和Po为主;随着植被恢复,同一土层Po含量占TP的百分比增加,Pi先增加后减少,而Residual-P逐渐下降;不同林地土壤TP及P各分级组分含量均随着土壤深度增加而降低;随着植被恢复,群落植物多样性、群落生物量和凋落物层养分含量及质量的变化显著影响着土壤P各分级组分的含量及其组成比例。     

塔里木河下游土壤种子库的空间分布特征分析

以因不合理的水土资源开发而出现严重生态退化的典型区——塔里木河下游为研究区,通过在塔里木河下游开展的两年土壤种子库实验,分析了塔里木河下游土壤种子库密度的空间分布特点。结果显示：（1）塔里木河下游土壤种子库一般在150～2 300粒/m^2之间,属一个较低的水平;从种子库密度的空间分布特点看,地表植被群落退化程度的加重,使土壤种子库在顺河道方向和垂直河道方向表现出不同的变化特点;（2）塔里木河下游土壤种子库在分布上具有较高的密集性,表现出类似沙漠地区种子库的分布特征;（3）微生境条件对土壤种子库的分布影响较大。其中河水漫溢区的种子库密度远高于其它区域,而低洼地、柽柳包和有较多枯枝的退化草地均比光板地和胡杨林地有更多的有活力种子;（4）塔里木河下游严重的生态退化导致了本区土壤种子库垂直分布的差异,主要表现是随着地表植被群落生态退化程度的加重,土壤种子库的垂直分布表现为表层种子库占土壤种子库的比重不断升高的趋势。     

压砂条件下灰钙土地区农田土壤水分垂直入渗特征研究

为探讨压砂条件下灰钙土水分垂直入渗特征,采用土柱模拟法,分别研究了压砂厚度、砂石粒径、土壤初始含水率及灌水量,对压砂条件下水分累计入渗量和土壤湿润锋的影响。结果表明:压砂条件下,土壤水分累计入渗量与入渗时间可以用正相关幂函数拟合。累计入渗量随着压砂厚度的增加呈增加趋势,入渗速率增加值的临界点是压砂厚度为15 cm;当砂石粒径为4.75 ~ 20 mm,明显促进水分垂直入渗过程,而砂石粒径20 ~ 40 mm及2 ~ 4.75 mm的处理,水分入渗速率变慢;土壤初始含水率增加,明显促进土壤水分垂直入渗;而灌水量从59 mm增加至177 mm时,有效促进水分入渗和湿润锋运移过程,但继续增加灌水量入渗过程则无显著性变化。     

黄土丘陵区不同植被群落土壤团聚体有机碳及其组分的分布

有机碳是形成土壤团聚体的重要物质,植被群落通过有机残体的输入增加土壤有机碳含量,从而通过影响团聚体的形成而影响土壤结构。为探究不同植被群落对土壤结构改良的意义,对黄土丘陵区森林带和草原带的不同植被群落土壤团聚体中有机碳组分进行了研究。结果表明:(1)研究区域森林带土壤有机碳含量大于草原带,森林带植被群落土壤总有机碳含量大小顺序为:辽东栎群落>人工刺槐群落>狼牙刺群落,草原带植被群落土壤总有机碳含量大小顺序为:人工沙棘群落>达乌里胡枝子+茭蒿群落>铁杆蒿+达乌里胡枝子群落;(2)土壤活性有机碳和腐殖质碳占土壤总有机碳的比例在两种植被带之间基本相同,相同植被群落土壤活性有机碳占土壤总有机碳的比例高于腐殖质碳占总有机碳的比例;(3)森林带土壤>0.25 mm团聚体含量显著高于草原带土壤>0.25 mm团聚体含量,各种形态的有机碳随着土壤团聚体粒级的增大有机碳含量呈先增加后减少或者随着团聚体粒级的增大而增大的趋势,2~0.25 mm和<0.25 mm团聚体中有机碳含量最高;(4)草原带每种植被群落土壤活性有机碳含量空间差异性较大,辽东栎群落各种形态土壤有机碳含量的空间差异性都较大,<0.25 mm团聚体腐殖质碳含量大于其他粒径;(5)草原带人工沙棘群落土壤各种形态有机碳在土壤剖面上的含量差异很小,其他各植被群落0~10 cm土层土壤有机碳含量均大于10~20 cm土层。     

不同放牧强度对呼伦贝尔羊草草甸草原土壤活性有机碳的影响

土壤活性有机碳是土壤中较为活跃的化学组分,能反映土壤有机碳(SOC)的有效性,可作为土壤质量和肥力的指示性指标。研究探讨放牧干扰对羊草草甸草原土壤活性有机碳的影响,从而了解放牧对草地生态系统中碳循环的影响机制,旨在为退化草地生态恢复过程提供理论支撑。依托于呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站的长期肉牛放牧平台,分析6种不同放牧强度[不放牧(G0.00)、较轻度放牧(G0.23)、轻度放牧(G0.34)、中度放牧(G0.46)、重度放牧(G0.69)、极重度放牧(G0.92)]下羊草草甸草原土壤活性有机碳的变化,并探讨其相关性。结果表明:(1)土壤有机碳和活性碳组分的含量在不同土层间差异显著,随着土层深度的增加,SOC和活性有机碳[颗粒有机碳(POC)、可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EOC)]含量均显著降低。(2)不同土层活性有机碳占比与放牧强度呈线性正相关,随着放牧强度的增加土壤活性有机碳占比也随之增加,不同放牧强度不同土层下土壤各形态活性有机碳占比呈POC>EOC>MBC>DOC的趋势,且EOC、MBC和POC占比随土壤深度增加而降低。(3)随着放牧强度的增加,植被群落地上生物量、地下生物量和土壤水分均呈下降趋势。(4)放牧强度与SOC和DOC呈显著负相关;植被群落地上生物量与土壤碳组分间呈显著正相关;地下生物量与DOC之间呈极显著正相关;土壤温度与POC呈显著负相关;土壤水分与POC呈极显著正相关,与SOC之间呈显著正相关。研究表明:放牧会降低地上生物量、地下生物量和土壤水分,适度放牧不仅能增加土壤有机碳和活性碳组分,而且能增加土壤活性碳占比,且符合中度干扰