荒漠化地区地衣结皮厚度分布特征研究

生物结皮是干旱、半干旱荒漠化地区生态环境变化的急先锋,能够很好地反映当地的生态环境改善情况。本研究于2010、2011年在宁夏盐池县沙泉湾国家生态定位站和内蒙古自治区巴彦淖尔市磴口县境内的中国林业科学研究院沙漠林业实验中心第一实验场设置试验地,通过野外调查,测量不同植被覆盖条件下的地衣结皮厚度分布特征,以期找出生物结皮厚度变化规律,为当地防护林建设提供数据支持。研究结果表明:在宁夏盐池县沙泉湾,不同植被覆盖下地衣结皮厚度大小表现为花棒羊柴油蒿,而在内蒙古磴口县,不同植被覆盖下地衣结皮厚度大小表现为柽柳油蒿;比较两个地区油蒿覆盖下地衣结皮厚度大小表现为盐池沙泉湾磴口沙林中心;以油蒿植被为例,离植株根部越近,地衣结皮厚度越大。     

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。     

毛乌素沙地人为干扰苔藓结皮的土壤水分和风蚀效应

[目的]为了探讨在毛乌素沙地人为干扰生物结皮的必要性与可行性,并为该区生物结皮的高效利用提供实验依据。[方法]在毛乌素沙地东南缘设置裸沙、苔藓结皮、干扰苔藓结皮、沙蒿、沙蒿+苔藓结皮以及沙蒿+干扰苔藓结皮6个处理小区,通过动态监测各小区土壤水分及风蚀变化过程,分析人为干扰苔藓结皮对土壤水分及风蚀过程的影响。[结果](1)沙地苔藓结皮能够显著提高浅层土壤含水量,降低深层土壤含水量。(2)人为干扰苔藓结皮会引起浅层土壤含水量的降低和降雨入渗深度的增加。(3)与裸沙对照相比,几种处理的减蚀效率大小顺序为:沙蒿+苔藓结皮(97.01%)沙蒿+干扰苔藓结皮(90.87%)苔藓结皮(89.63%)干扰苔藓结皮(69.50%)沙蒿(64.62%)。[结论]植被覆盖度较高时,对苔藓结皮进行适当破坏,能够在不加剧土壤风蚀的前提下,一定程度上改善土壤水分状况。而在无植被或低植被覆盖的地块,要禁止对苔藓结皮的干扰破坏。     

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。     

库布齐沙漠东缘荒漠藻人工生物结皮的光谱特性简

为了探明库布齐沙漠东缘荒漠藻人工生物结皮的光谱特性,采用HR1024地物光谱仪,测定研究区包括荒漠藻在内的主要地物光谱数据,分析内蒙古林业科学研究院达拉特旗沙漠综合科学研究站不同年份接种的荒漠藻黑色、绿色结皮及裸沙、沙打旺、油蒿、沙柳的光谱特性及其变化规律.结果表明：1）沙打旺、油蒿、沙柳3种绿色植物光谱曲线与健康植被光谱曲线相近,“红边”位置明显,但荒漠藻黑色、绿色结皮及裸沙的光谱反射率变化比较平缓.2）荒漠藻绿色结皮表现出绿色植物所具有的光谱曲线变化特点;荒漠藻黑色结皮与绿色结皮光谱反射率相比,总的变化趋势为,在350～ 710 nm波段之间,黑色结皮光谱反射率较绿色结皮高,在710～1350nm波段之间,黑色比绿色结皮的光谱反射率低.     

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。     

不同土壤和植被生境下生物结皮对土壤性质的影响

生物结皮作为干旱和半干旱地区重要的生物组分,对该区域生态过程中的生物地球化学循环产生重要的影响。以陕北水蚀风蚀交错区的生物结皮为研究对象,调查该区域2种土壤(黄绵土和风沙土)和3种植被(长芒草、油蒿和小叶杨群落,以农田为对照)生境下生物结皮对土壤性质的影响。结果表明:(1)结皮层与结皮下层0-10 cm各土壤性质指标的变化存在显著差异(p0.05);(2)3种植物群落生境下结皮层各土壤性质指标的变化差异不显著,表明结皮层内生物结皮生态功能作用是结皮层土壤性质的主导影响因素;(3)3种植物群落生境0-10 cm土层的土壤性质如C、N、C/N、Mg、Mn、δ~(13)C和δ~(15)N等指标变化存在显著差异(p0.05),但风沙土油蒿和小叶杨群落生境下所有调查的土壤性质指标间均无显著差异,这表明样地间0-10 cm土层土壤性质差异的主要是受到土壤类型自身特性的影响;(4)不同植被和土壤生境下的结皮层和0-10 cm样品间的空间排序分异明显,表明土壤性质间的差异依赖于生境下多因素的综合作用,生物结皮、土壤类型和植被是预测该区域表层土壤空间异质性的重要因素。     

陕北小流域生物结皮空间分布影响因子的通径分析

选择黄土高原典型坡面,通过全面调查,采用通径分析方法,研究了生物结皮盖度和厚度的空间特征及其与环境因子之间的关系。结果表明:（1）研究区内,生物结皮在沙土区呈连续分布,平均盖度在30%以上,在黄土区则呈离散的零星分布,盖度大多在20%以下;而其厚度和抗剪强度在沙土区和黄土区的差异不显著（p > 0.05）。（2）通径分析表明,土壤质地是影响结皮盖度的直接因子（直接通径系数P_sand=0.720）,沙蒿盖度是其间接因子（间接通径系数P_sh,sand=0.422）,两者均对结皮盖度有促进作用,土壤含水率的直接正作用和间接负作用相当,因而总体贡献并不明显,海拔的直接和间接作用均为负;沙蒿盖度是影响结皮厚度的直接因子（P_sh=0.329）,而海拔（P_ele,other=-0.206）及坡向（P_asp,other=-0.311）对结皮厚度的间接负作用最大。（3）土壤含水率、土壤质地、海拔及沙蒿盖度是影响生物结皮盖度的主要决策变量,且土壤质地的直接作用,以及沙蒿盖度通过土壤质地的间接作用是其主要的作用路径;沙蒿盖度、坡向及海拔是影响生物结皮厚度的主要决策变量,且沙蒿盖度的直接作用,以及坡向通过沙蒿盖度及海拔通过硬质早熟禾盖度的间接作用是其主要的作用路径。     

风沙采煤沉陷区小叶杨下生物结皮空间分异规律

为了解小叶杨林下生物结皮分布状况及其影响因素,从而能够为风沙采煤沉陷区小叶杨植物群落演替和植被恢复提供理论基础,以风沙采煤沉陷区小叶杨林下生物结皮为研究对象,采用样线法对小叶杨林下生物结皮分布进行调查,测定了小叶杨林下生物结皮的分布半径和厚度,分析了小叶杨林下生物结皮在东南、东北、西南和西北4个方向的分布特征。结果表明:(1)小叶杨下生物结皮在不同方向上的分布存在差异,东南方向生物结皮分布半径最大,为树冠半径的0.90倍;西北方向上结皮分布半径最小,为树冠半径的0.72倍;东北和西南介于二者之间。(2)小叶杨下生物结皮厚度分布存在差异,生物结皮距小叶杨基部0 cm处出现最大值,其值为1.64 cm,随着距离的增加生物结皮厚度逐渐减小。(3)在4个方向上,东南方向生物结皮最厚,平均厚度为1.44 cm;西北方向生物结皮最薄,平均厚度为1.23 cm。小叶杨下生物结皮厚度与土壤含水率变化从小叶杨基部距离到距基部140 cm处,呈现随距基部距离的增加而降低,变化趋势基本一致。     

宁夏风沙区不同人工固沙灌丛林土壤质量评价

在宁夏盐池风沙区选取油蒿(Artemisia ordosica)、花棒(Hedysarum scoparium)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)、柠条(Caragana korshinskii)4种草方格人工固沙灌丛林地为研究样地,以周围流动沙地为对照,研究了4种固沙模式下土壤理化性质变化特征,采用土壤质量综合指数探讨了不同人工灌丛固沙措施对土壤质量的影响。结果表明:(1)与流动沙地相比,土壤粗砂含量表现为油蒿林地显著提高,花棒、柠条和沙拐枣林地无显著变化。土壤细砂含量表现为沙拐枣林地显著提高,而油蒿、柠条和花棒林地无显著变化。土壤极细砂含量表现为沙拐枣林地显著降低,而油蒿、柠条和花棒林地无显著变化。土壤黏粉粒含量表现为油蒿林地显著增大,而花棒和沙拐枣林地显著减小,柠条林地则无显著变化。(2)从流动沙地到固沙林地,土壤容重表现为沙拐枣林地显著增大,而油蒿林地显著减小,花棒和柠条林地则无显著变化。土壤pH表现为沙拐枣林地显著增大,而油蒿、花棒和柠条林地无显著变化。土壤含水量、电导率、有机碳、全氮和碳氮比均表现为油蒿林地显著提高,而花棒、沙拐枣和柠条林地间以上5项指标均无显著变化。(3)土壤质量综合指数表现为油蒿林地(3.15)流动沙地(-0.03)柠条林地(-0.56)花棒林地(-1.05)沙拐枣林地(-1.54)。研究表明,流动沙地扎设草方格营造油蒿林能在短期内提高风沙土壤综合质量,而其他造林方式固沙效果有限。     

鄂尔多斯沙地土壤生物结皮的理化性质

本文通过野外取样和室内分析相结合, 对鄂尔多斯沙地不同植物群落下的土壤生物结皮的理化性质进行了初步的研究。研究表明沙地固定的时间越久,其下的生物结皮越多,厚度也越大,结皮的厚度在0.3 ~ 1.5cm之间;在流动沙丘表面形成生物结皮后,结皮中的颗粒组成发生明显的变化,其中0.25 ~ 0.05mm级别的粗砂粒明显减少,而且随着结皮形成的厚度增加,其减少的幅度越大,最大减少的幅度可达30%;随着结皮厚度的增加,结皮的容重也明显增大,室内测定的毛管持水量明显增加,表现出强烈非孔隙吸水现象。但较厚的生物结皮也具有明显的阻水作用,也是导致老固定沙丘植物群落衰退的原因之一。结皮厚度越大,其有机质、全N、全P、速效N、速效P、速效K含量也越高,且以沙地柏下的各种养分含量最高,结皮中的最高有机质含量是流沙的13.5倍(未除去生物残体时),说明生物结皮具有显著的养分富积作用。随着有机含量的增加,其C/N和C/P比呈增加趋势,而pH有轻微的下降趋势。总之,通过对鄂尔多斯沙地生物结皮的初步分析,可以明显看出沙地生物结皮对土壤理化性质有明显的影响,对沙地的生态系统的影响需要进一步研究。     

流沙固定过程中土壤-植被系统演变对水环境的影响

横穿腾格里沙漠的防风固沙体系始建于 1 95 6年 ,确保了包兰铁路近半个世纪的畅通无阻。在几十年的土壤 -植被系统演变中 ,花棒 柠条 油蒿 -干旱砂质新成土的人工系统演变为油蒿 雾冰藜 小画眉草 -简育正常干旱土的半天然、天然系统 ;生物结皮发育、结皮层形成改变了降水的再分配过程 ;在 2 0～ 5 0 0cm深度的干旱层因灌木的排水作用而形成 ,低等植物也开始与草本和灌木竞争水分 ,深根系的灌木很难得到降水的补给 ,逐渐退出了防护体系 ;土壤 -植被系统趋于更薄的活动层。水环境的这些变化正影响着整个防护体系的结构和功能     

黑河流域沙区植被恢复及演替研究——以高台县为例

用机械和植物措施固定流动沙丘后,随着土壤和水分等生态因子的改善,原来适应于流沙环境或弱固定沙地生境的天然植被趋向于适合固定沙丘生长的人工、天然植被.高台沙区人工和天然植被经25a变化后.多枝柽柳+沙蒿+花棒群落演变为多枝柽柳+油蒿+花棒群落,盖度达到42%,蒙古沙拐枣+多枝柽柳+油蒿群落演变为多枝柽柳+罗布麻+油蒿群落.盖度达到9%,花棒+沙蒿+多枝柽柳+骆驼刺群落演变为多枝柽柳+罗布麻+花棒+油蒿+骆驼刺群落,盖度达65%,沙拐枣+红砂群落被多枝柽柳+骆驼刺所替代.     

黄土高原干旱半干旱区生物结皮覆盖土壤水汽吸附与凝结特征

生物结皮是一种广泛分布于干旱半干旱地区土壤表层的特殊复合体,为揭示其对土壤水汽吸附与凝结过程的影响,该研究通过室内定量水汽吸附试验和野外对水汽凝结的连续观测,对黄土高原典型生物结皮(藻结皮、藻藓混生结皮、藓结皮)与裸沙的水汽吸附和凝结特征进行对比研究。结果表明:生物结皮的覆盖显著提升了表层土壤的水汽吸附能力,其平均水汽吸附量比裸沙高66.7%。不同类型生物结皮水汽吸附能力差异显著,表现为藓结皮最高,混生结皮次之,而藻结皮最低。GAB(Guggenheim-Anderson-de Boer)吸附模型能较好的描述生物结皮土壤水汽吸附与解吸附过程,模拟结果决定系数R20.99、均方根误差RMSE0.001 2 g/g及平均相对偏差百分比E16.0%;此外,生物结皮加剧了土壤水汽吸附与解吸附曲线之间的滞后效应,其滞后指数平均是裸沙的2.0～2.9倍。水汽凝结结果显示,水汽凝结过程均受气温与相对湿度等气象因子制约,且生物结皮覆盖下表层土壤的水汽凝结和蒸发过程相较于裸沙更为迅速。同时,生物结皮的日均水汽凝结量是裸沙的1.6～1.8倍。综上,干旱和半干旱地区生物结皮覆盖显著提高了表层土壤的水汽吸附能力、并增加了水汽凝结量,对区域表层土壤的水分运动过程产生了重要影响。     

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。     

沙漠人工植被区生物结皮类土壤的蒸发特性——以沙坡头沙漠研究试验站为例

沙漠人工植被区的建立有助于生物结皮的形成和发育，它将显著改变植被区土壤的持水性能和蒸发过程。利用室内蒸发法研究了流沙和沙漠植被区生物结皮类土壤的蒸发特性。结果表明，随固沙年限的延长生物结皮层及其下的亚土层逐年增厚、容重下降、土壤持水能力增加，且苔藓结皮优于藻类结皮。当土壤样品完全饱和后，生物结皮土壤的蒸发量明显高于流沙，苔藓结皮高于藻类结皮，并随固沙年限的延长而增加；但是蒸发过程表现出明显的阶段性（P〈0．05）。在蒸发的第一阶段（速率稳定阶段），与流沙相比生物结皮的存在有利于蒸发；但在蒸发的第二阶段（速率下降阶段）生物结皮却抑制蒸发。分析后认为，正是生物结皮具有较高的持水能力，在蒸发的第一阶段增加了水分被蒸发的可能性；当土壤干旱时，结皮可以将水分束缚在土壤中从而抑制了蒸发。     

丹江口库区典型小流域生物结皮驱动土壤性质变化及分离响应

为探究生物结皮发育驱动下土壤水蚀特征及机理,选取苔藓发育为优势种的退耕样地,设计5个盖度等级(1%～20%,20%～40%,40%～60%,60%～80%,80%～100%),以裸地为对照,在不同水流剪切力(6.12～19.64 Pa)下进行冲刷试验。结果表明：结皮发育显著影响土壤养分含量,且高盖度结皮覆盖下养分表聚效应更加明显。生物结皮发育显著影响土壤分离能力,裸地土壤分离能力[1.465 6 kg/(m²·s)]为生物结皮[0.004 2～0.468 2 kg/(m²·s)]的3.58～348.95倍,裸地细沟可蚀性(0.293 5 s/m)为生物结皮(0.001 0～0.082 2 s/m)的3.57～293.50倍。相对土壤分离能力及细沟可蚀性均随结皮盖度增加呈指数函数衰减,结皮冲破时间随结皮盖度增加呈指数函数增长;非线性回归分析表明,土壤分离能力可用水流剪切力、生物结皮盖度和土壤黏结力进行模拟(NSE=0.749)。综上,生物结皮发育显著提升土壤抗侵蚀性能,研究结果可为半湿润区水土流失防治及生物结皮管理利用提供理论参考。     

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。     

黄土丘陵区影响生物结皮退化因素的初步研究

通过植被-枯落物-生物结皮的样方调查,分析植被、枯落物及结皮自身生长状况与结皮退化的关系。结果表明：1）植被盖度和基盖度的变化对生物结皮退化影响较大,而对枯落物下结皮退化度和枯落物下结皮盖度的影响不明显,说明高等植物对植物间空地生物结皮退化的影响不明显;2）生物结皮的自身生长状况与其退化过程的关系不明显,其退化主要是受到其他因素的作用影响;3）枯落物的厚度和盖度是枯落物下结皮退化的重要影响因素,也是影响结皮退化盖度的重要因素。     

野外模拟降雨条件下坡面降雨入渗、产流试验研究

利用野外模拟降雨试验,研究了植被类型、降雨强度、地表结皮、覆盖杂草等对荒草地和裸地降雨入渗、产流的影响。结果表明:裸地因降雨易产生地表结皮,产流时间主要取决于降雨强度,两者的关系可用幂函数描述,达显著水平;荒草地由于植被覆盖度较高,产流时间主要取决于土壤初始含水量,两者的关系可用线性公式描述,达极显著水平;与裸地相比,荒草地能延缓产流,并有效拦蓄径流;裸地形成地表结皮后,产流提前,平均入渗率降低,但坡面覆盖杂草(尤其是坡中下部覆盖杂草)能有效拦蓄径流、延缓产流、增加入渗,并促进土壤水分向深层的运移,而雨后采用抑制蒸发的措施能起到类似的效果