荒漠草原灌丛沃岛的结构特征和生态效应

荒漠草原地区草地的灌丛化使得草地资源空间分布具有异质性,并且灌丛的自持能力也逐渐得到了增加。荒漠草原灌丛沃岛是荒漠草原地区灌木灌丛下限制性土壤资源的显著聚集现象,其中的资源为土壤水分、养分、微生物、动物以及由灌丛带来的非生物环境等的总和。沃岛集聚养分,改善土壤构造,在养分的空间和养分循环中发挥着重要的生态和水文效应,成为许多生物物种,包括草本植物和小型动物的庇护所,这种效应被称之为"沃岛"效应。"沃岛"效应的发生很可能促进了灌丛化草地的形成和维持,同时也加速了草原的荒漠化过程。"沃岛"效应的存在是荒漠草原受损生态恢复与重建的重要基础和依据。学者对于"沃岛"效应引起的土壤资源的异质性分布研究较深,但对于养分在灌木植物下土壤表层的积累研究较浅。如何把握"沃岛"效应各个复杂过程中植物、土壤和土壤生物扮演的确切角色,还亟待解决。本文从"沃岛"的概念和形成机制出发,对"沃岛"的结构特征和生态效应以及土壤与植被系统的关系进行了总结,对于深入了解"沃岛"效应的机理具有重要的意义,也对荒漠草原地区的植被演替和恢复重建具有重要的生态学意义,同时也为荒漠草原地区的水土治理提供基础理论。     

干旱、半干旱地区天然草原灌木及其肥岛效应研究进展

灌丛可以改变局部的生态小环境,使其周围植物生物量、植物组成、植物化学成分、土壤中大量营养元素和微量营养元素产生变异,将养分集中于灌木灌丛下,改变其周围的局部小环境,影响灌丛下的植被和土壤养分,称作灌丛肥岛效应。灌丛因截留水分、养分及遮阴等作用使其周围局部土壤和植被环境发生变化,导致其树冠下养分和水分聚集,土壤养分相对周围空地更肥沃。探讨干旱和半干旱地区天然草原的灌丛化过程及其生态学效应,了解其对荒漠草地恢复过程的作用,减缓土壤侵蚀和草地生产力下降,对植被的演替和恢复重建等都有重要的生态学意义,并为防治干旱半干旱荒漠生态地区土地退化提供理论依据。     

小叶锦鸡儿灌丛对草地土壤固氮微生物群落的影响

草原灌丛化已成为全球干旱和半干旱地区的普遍现象,关于灌木扩张对草地土壤固氮微生物群落的影响及其机制尚不清楚。小叶锦鸡儿是广泛生长于内蒙古草原的豆科灌木,研究其对土壤固氮微生物群落的影响具有重要意义。本研究采用传统培养法结合分子生物学技术,比较了荒漠草原（干旱地区）和典型草原（半干旱地区）小叶锦鸡儿灌丛内外不同土壤深度固氮微生物群落的差异,并从灌丛对群落物种的选择性、灌丛沃岛效应、灌丛效应和干旱效应的相互关系等方面探讨引起这些差异的机制。结果表明：小叶锦鸡儿灌丛不仅增加了固氮微生物群落的物种丰富度和多度,而且改变了群落组成。群落组成的改变表现在37.50%~58.33%种属的多度发生显著变化、优势属及其优势地位改变、灌丛内外Jaccard相异性指数较大（0.40~0.76）和灌丛内外NMDS（非度量多维度尺度分析）群落组成排序图的分异;ANOSIM检验表明灌丛内外群落组成差异显著。灌丛对固氮微生物群落的效应随着土层深度增加而衰减,随着干旱增加而加强。灌丛对固氮微生物群落的影响大于气候干旱对其的影响。灌木小叶锦鸡儿对固氮微生物群落影响机理是：1）灌丛对固氮微生物物种具有选择性;2）灌丛通过改变土壤理化性质而影响了固氮微生物群落;3）气候干旱增强了灌丛对固氮微生物群落的影响;4）灌丛还通过缓解干旱的作用而影响固氮微生物群落。     

荒漠区不同大小灌丛周围土壤微生物生物量及活性特征

为了解不同大小灌丛对荒漠区土壤生物学性状的影响与作用,本研究在东阿拉善荒漠区选择两组不同大小的红砂灌丛,研究其周围土壤资源的空间异质性和土壤微生物特性的变化规律。结果表明,红砂灌丛下沙堆土壤有机碳和全氮含量显著大于其内部和外部土壤,随灌丛增大,沙堆有机碳和全氮含量无显著变化,而土壤水分含量显著增加;另外,灌丛周围土壤微生物生物量碳氮含量较低,分别为55.23~113.81 mg/kg和5.46~7.66 mg/kg,其中,灌丛内部土壤微生物生物量碳含量和微生物熵(qMB)显著高于灌丛外部与沙堆,而土壤微生物呼吸熵(qCO₂)变化与之相反;随灌丛增大,内部土壤微生物生物量与微生物活性保持稳定,变化较小。以上结果说明红砂灌丛对风蚀拦截形成的沙堆富含大量养分,但沙堆养分含量与灌丛大小无关,同时沙堆的形成对维持灌丛内部土壤微环境的稳定与健康具有重要作用。     

乌兰布和沙漠不同演替阶段白刺灌丛沙堆土壤养分和粒径的变化特征

为探究乌兰布和沙漠不同演替阶段下白刺灌丛沙堆土壤理化性质的变化特征。本研究按照白刺灌丛枯死率和盖度划分不同演替阶段,分别为发育阶段(枯死率10%～30%,盖度20%～40%)、稳定阶段(枯死率≤10%,盖度40%～60%)和衰退阶段(枯死率≥50%,盖度≤20%),每个演替阶段选取3个相对独立的白刺灌丛沙堆作为研究对象,研究土壤养分和土壤粒径的变化特征。结果表明：不同坡向白刺灌丛沙堆表层土壤养分含量随着沙堆演替呈下降趋势。背风坡发育阶段有机质、速效氮和速效磷含量分别较衰退阶段高164.58%,144.44%和215.93%,而迎风坡发育阶段有机质、速效氮和速效磷含量分别较衰退阶段高107.95%,200%和45.64%。演替阶段对迎风坡处白刺沙堆灌丛土壤养分含量和粒径组成产生显著影响(P<0.05)。综上所述,不同演替阶段白刺灌丛沙堆表层土壤养分富集现象明显,但不同坡向相同演替白刺灌丛沙堆土壤理化性质存在差异。     

民勤荒漠绿洲过渡带白刺沙堆土壤呼吸空间异质特征

对民勤绿洲-荒漠过渡带广泛分布的白刺(Nitraria tangutorum)灌丛沙堆的土壤呼吸进行了野外观测,研究灌丛沙堆不同部位的土壤呼吸速率在空间和时间上的异质性。结果表明,1)白刺灌丛沙堆上不同部位的土壤呼吸速率日动态在不同的生长时期表现不同:生长初期和生长休眠期土壤呼吸速率日变化基本呈"单峰曲线",但是在生长旺盛期沙堆各部位日动态变化既有"单峰曲线"又有"双峰曲线";2)各部位土壤呼吸速率峰值出现的时间段不一致:生长初期峰值集中出现在11:00左右,旺盛期上午各位点的峰值集中出现在09:00左右,下午峰值在17:00左右出现,休眠期峰值出现在13:00-15:00;3)白刺沙堆各位点土壤呼吸速率对水分含量的敏感性强,在低水分含量(1%)条件下二者相关性强,而在较高水分条件下(1%)二者的相关性降低;4)沙堆上不同部位土壤呼吸速率具有时空异质性:生长初期和休眠期各部位土壤呼吸速率差异不显著(P0.05),旺盛期各部位差异显著(P0.05),不同生长期之间沙堆土壤呼吸速率差异显著(P0.01),平均土壤呼吸大小为生长旺盛期[0.53μmol·(m~2·s)~(-1)]生长初期[0.24μmol·(m~2·s)~(-1)]生长休眠期[0.12μmol·(m2·s)-1],白刺灌丛沙堆不同部位近地表层大气水分条件以及土壤5-20cm的温度和湿度共同导致了沙堆上各个位点土壤呼吸通量具有明显的异质性。     

干旱半干旱区草原灌丛化研究进展

干旱半干旱区草原生态系统中原生灌木/木本植物的植株密度、盖度和生物量增加的现象称为草原灌丛化,是全球干旱半干旱区草原面临的重要生态问题,灌丛化研究正成为陆地生态系统全球变化研究的重要领域。引起灌丛化的因素包括过度放牧、草原火、气候变化、大气CO₂浓度升高及生物和非生物环境因子的变化等,灌丛化是多种因素共同作用的结果。灌丛化过程表现为地表景观由草本植物占优势转向灌木植物占优势的植被转变过程,此过程改变了原有植物群落的物种组成和结构,增强了地表景观异质性,打破了原生态系统的光照、热量、水分、养分等的分配格局,灌丛斑块成为了灌丛化草地中水分、养分等相对富集的“肥岛”。目前灌丛化研究主要集中在具有强烈地域性和限制性的定点研究和因子控制实验等方面,未来应更多关注气候变化与灌丛化的相互联系和影响、草地生态系统对灌丛化过程的反馈以及与灌丛化的监测、缓解措施等方面的研究,模型模拟将是今后研究灌丛化发生、发展及灌丛化生态系统演替的重要方法和途径。     

荒漠绿洲过渡带白刺灌丛沙堆土壤水分空间分布及入渗特征

本研究选取民勤荒漠绿洲过渡带白刺灌丛沙堆3个演化阶段:雏形阶段(流动白刺沙堆)、沙堆形成阶段(发育20年,半固定白刺沙堆)和结皮与土壤形成阶段(发育40年,固定白刺沙堆)为研究对象,采用空间代替时间的方法,研究不同类型沙堆土壤物理属性对水分空间分布及入渗的影响,探索白刺灌丛沙堆土壤水分运行规律,为绿洲荒漠过渡带防护林体系优化配置、绿洲生态安全管理奠定理论基础。结果表明,1)土壤紧实度和结皮厚度:固定白刺沙堆>半固定白刺沙堆>流动白刺沙堆。2)表层土壤密度流动、半固定、固定白刺沙堆分别为2.32,2.30,1.95 g/cm³;最大持水量、毛管持水量、田间持水量和总孔隙度大小为:固定白刺沙堆>半固定白刺沙堆>流动白刺沙堆,而深层土壤各因子变化不稳定。3)在干旱季节,固定、半固定和流动白刺沙堆分别以0,70,150 cm土层含水量最小,50,130,110 cm土层含水量最大;在多雨季节,表层土壤含水量波动幅度较大,深层土壤含水量基本保持不变。4)不同演化阶段沙堆降雨量与累计入渗量之间存在显著的正相关性(P<0.01)。其中固定、半固定白刺沙堆随降雨事件的发生立即开始入渗,流动白刺沙堆当降雨量达到临界降雨量后才开始入渗。在降雨量相同情况下,当降雨量大于0.12 mm时,累积入渗量依次为:固定白刺沙堆>半固定白刺沙堆>流动白刺沙堆。     

草原灌丛化入侵:过程、机制和效应

草原灌丛化已成为全球性问题,也是生态学、畜牧学研究的热点问题。紧扣草原灌丛化过程、发生机理及其生态学后效等关键问题,介绍了国内外的最新研究进展。灌木入侵途径包括有意识引进入侵和自然入侵2类,入侵过程分为传播到达、定居建群和扩散入侵3个阶段。放牧、火烧、温室气体增加,干旱以及降水格局改变等均可导致草本向木本的转化,且机制复杂,主要有影响草本,木本植物盖度、水分利用效率、化感作用等。木本植物入侵打破了草原生态系统的稳定,表现出沃岛效应,影响动植物的分布以及生态系统的功能和服务。阐明草原“草本-木本”群落演替机制,可为我国研究草原灌丛化和管理提供理论借鉴。     

黄土高原半干旱区集流灌草立体配置与水分调控

该区干旱与水土流失并存,降雨量时空分配不均,且水热并不同步(在春夏,植物常因缺水而枯死),致使生态环境建设中恢复植被的难度大。为此,采用工程整地措施与灌草立体配置模式,发展集流灌草植被,调蓄土壤水分,促进灌草植被的快速恢复。结果表明,在水平阶营造柠条和披碱草,在生长初期0-500cm土层含水量可分为3个明显的层次;在生长的第4年随着灌草根系深扎,土壤水分过耗,出现明显的干土层,分布深度在120-200cm,厚度为100cm。在第8年干土层扩大到100-300cm,厚度为200cm。第14年土壤含水量有所回升,但幅度不大,同第8年相比,仅提高1.5-2.0个百分点。水平阶的柠条灌木林随着生长时间的延续,其水分贮量变化是否增加,仍有待继续研究。该区0-500cm多年土壤贮水量,在生长初期(4月份),15年生柠条480.15mm,12年生沙棘、山桃分别为414.6mm和385.4mm,在生长末期(10月),柠条498.31mm,沙棘423.31mm,山桃445.9mm。仅占田间持水量的30%-58%,接近或略高于凋萎湿度,因此,目前的土壤贮水量并不能满足灌木林的生长,仅能维持其生命。从土壤水分的消耗与贮量分析,柠条与禾本科配置是适宜该区建造的优良灌木类型,其次为山桃和沙?     

土壤灭菌与水分处理下糙毛以礼草苗期根鞘和根系生长的关系分析

根鞘是沙地植物根系对干旱和贫瘠条件的适应性特征，受土壤微生物和水分影响。为探究糙毛以礼草苗期根鞘形成与根系生长的关系，采用双因素设计，分别设置2个土壤处理(未灭菌和灭菌)和3个水分处理(田间持水量的10%,25%和40%)。结果显示：灭菌与水分的互作对根系生物量、根冠比、根长、根表面积、根体积、分叉数、根系活力、脱落酸和赤霉素均有极显著影响(P<0.01)。土壤灭菌处理后，10%水分的根系生物量显著增加(P<0.05),25%水分的根长、根表面积和根体积显著增加(P<0.05),40%水分的根系活力显著增加(P<0.05),不同水分处理的脱落酸、吲哚乙酸、赤霉素含量均显著升高(P<0.05)。不同水分处理下，10%水分的根鞘重、根系活力和细胞分裂素含量最低(P<0.05),25%水分的根鞘重最大(P<0.05),40%水分的细胞分裂素含量最高。土壤未灭菌时，根系活力对根鞘重的直接作用最大；土壤灭菌处理后，吲哚乙酸对根鞘重的直接和间接作用均最大。本研究可为揭示根鞘的形成机制提供参考。     

东祁连山金露梅灌丛不同恢复期碳储量和土壤养分变化

为科学评价灌丛不同恢复期碳储量和土壤养分变化规律,采用"空间代替时间"的方法,对比分析了从1997年至2018年20年来金露梅(Potentilla parvifolia)灌丛不同恢复期碳储量和土壤养分含量变化特征。结果表明,随着金露梅灌丛的逐渐恢复,灌木碳储量增加1.4～6.2倍,灌丛下草本碳储量减少0.9～1.7倍,灌丛群落碳储量增加1.1～2.0倍;0–10 cm土层容重减小,10–30 cm土层容重则呈先减后增趋势;0–30 cm丛间土壤全磷含量减小0.7%～6.0%,速效磷含量减小6.3%～28.8%,速效钾含量总体减小53.9%～61.0%,土壤有机质、速效氮含量呈先增后减趋势,全钾含量则呈先减后增趋势。丛内各层土壤有机质、全钾、速效氮、速效磷、速效钾含量变化趋势与丛间的变化相同。综上,随植被恢复,碳贮量增加,但部分土壤养分呈减少或先增后减趋势,故建议以放牧利用为目的草地应适度控制金露梅灌丛大尺度扩张,以环境效益为目的的草地应促进进展演替。     

荒漠灌丛和土壤动物关系及对降水变化的响应研究进展

在荒漠生态系统中,以人工灌丛进行植被恢复与重建是土地荒漠化防治最有效、最经济、最持久、最稳定的措施之一。土壤动物是荒漠生态系统土壤生物的重要组分,在物质循环、养分流动和信息传递中扮演着重要角色。荒漠灌丛和土壤动物互相作用能够促进灌丛“肥岛”演变,有利于灌丛生态功能发展和退化生态系统有效恢复。降水变化条件下,基于“荒漠灌丛和土壤动物关系”这一核心问题,在总结荒漠灌丛分布特征、荒漠灌丛和土壤动物分布关系的基础上,分析了荒漠灌丛土壤动物分布对降水变化的响应规律及内在机制。在未来全球变化条件下,从荒漠灌丛土壤动物对地上的反馈效应、研究方法与先进技术应用及荒漠灌丛土壤动物多样性与生态系统服务功能方面,探索了荒漠生态系统中荒漠灌丛土壤动物研究中应重点关注的几个科学问题,为荒漠生态系统生物多样性保护、植被建设及响应气候变化管理提供了科学依据。     

VA菌根对白三叶吸收水分和养分的影响

采用土培试验,研究水分胁迫条件下,施磷肥接种VA菌根菌对白三叶的生长,养分吸收和水分利用的影响.结果表明,土壤干旱严重则抑制地上部和根系的生长,影响植株吸收养分,降低水分利用率.随着施磷量的提高,该状况则得以缓解.在水分胁迫和正常供水条件下,施磷量相同,接种菌根组的地上和根系生物量干重显著高于不接种组,干物质累积增加,减轻水分胁迫对植株生长的抑制程度,改善了植株体内磷素养分状况,提高了白三叶对土壤磷的有效利用及水分利用率.     

先锋植物类芦抗逆性及其应用

禾本科(Gramineae)植物类芦(Neyraudia reynaudiana)以其抗逆性强、生态幅广等优良性状,成为植被恢复先锋植物,在南方生态治理中有较广的应用前景。本文介绍了类芦的自然分布及其生物学特性,从抗旱性、耐贫瘠性、抗污染等方面阐述了类芦的抗逆性,分析了类芦通过缩小根直径、延长根系长度、促进根系增生、扩大根系范围的根系形态策略和提高水分养分利用效率的生理策略来适应干旱贫瘠逆境,以及富集重金属的机理和耐受机制,回顾了类芦在水土流失治理、边坡治理、土壤污染生态修复等方面应用,指出类芦抗逆性的分子机理与调控机制,以及逆境下的生存机制还有待研究。本文综述了类芦在逆境中生存的原因和适应困难立地的机理,以期为类芦在植被恢复、生态建设方面的研究与应用提供理论依据。     

科尔沁沙地小叶锦鸡儿灌丛降雨截留特征研究

本研究于2009年6-9月,在科尔沁沙地选择主要固沙灌木——小叶锦鸡儿为研究对象,通过对该灌丛的穿透雨和树干茎流的观测,确定了截留量、穿透雨量和茎流量在降雨分配中的比例,分析了降雨量和降雨强度对该灌丛的降雨截留量、穿透量的影响。试验期间,完整观测了穿透雨和茎流量的降雨总共为103.1mm,其中的穿透雨量、茎流量和截留量分别为73.1,4.1和25.9mm,分别占降雨的百分比为70.9%,4.0%和25.1%。回归分析表明该灌丛的穿透雨量、树干茎流量和截留量都与降雨量呈正相关关系,而穿透百分比和截留百分比则与降雨量的指数函数拟合较好;穿透百分比与1h最大降雨强度呈指数相关关系,而截留百分比和1h最大降雨强度与幂函数拟合较好。     

贺兰山不同海拔植被生物量与土壤分形特征和土壤水分的相关关系

为了解干旱与半干旱区域山地生态系统植被生物量与土壤分形特征和土壤水分含量的垂直分异规律，探究植被生物量与分形特征和土壤水分的相关关系，选取贺兰山不同海拔典型植被带作为研究区，采用单因素方差分析、Pearson相关分析等方法分析植被生物量、土壤分形特征和土壤水分含量的垂直分异特征及三者间相互关系。结果表明：1）草本植被生物量与灌木植被生物量沿海拔未呈明显的线性变化趋势，灌木植被生物量在浅山灌丛（QSGC）样地具有最大值，草本植被生物量在亚高山灌丛（YGSGC）样地具有最大值，植被条件较好，植被生产力较高。2）贺兰山土壤颗粒以粉粒和极细砂粒为主，随着海拔的升高，土壤质地变细。3）土壤水分含量随海拔增高显著增加，但在青海云杉（QHYS）样地土壤水分含量略低。4）相关分析表明，年降水量以及土壤黏粒含量是影响植被生物量的主要因子。总体上，贺兰山植被生物量、土壤分形特征以及土壤水分含量受多个环境因子共同作用和影响，呈明显的空间异质性。本研究对于揭示贺兰山植被生物量空间变化机制及促进贺兰山退化植被恢复具有重要的意义，可为促进贺兰山山地生态系统植被与土壤资源合理利用提供参考。     

地下水位埋深对沙质草地典型植物群落土壤环境因子和根系生物量的影响

干旱半干旱地区水分蒸发剧烈且植被生长依赖于地下水分补给,因此植被地下部分的生长受限于地下水位埋深的高低.为探明植被地下部分(根系生物量)与生长环境因子(土壤养分和pH)及其相互关系受地下水位埋深的影响,在科尔沁沙质草地进行了地下水位埋深梯度倍数递增(0.5、1.0和2.0 m)控制试验.结果表明:1)在不同地下水位埋深控制试验中土壤全氮、全磷和pH均随年际变化而上升,且各处理间存在显著差异(P<0.05);而土壤有机碳含量则呈下降趋势,且各处理间无显著差异(P>0.05).土壤有机碳、全氮和全磷含量总体上均随地下水位埋深土层深度的加深而降低,而pH随着土层深度的加深而上升,但变化差异不显著.2)根系生物量在不同地下水位埋深深度中均随土层深度的加深而下降.3)土壤有机碳、全氮和全磷与根系生物量显著正相关,pH与根系生物量负相关,但不显著.因此,本研究证明不同地下水位埋深梯度处理对不同的土壤养分类型影响不一,但科尔沁沙质草地地下水位埋深会加快土壤有机碳、全氮和全磷含量的丧失和根系生物量的增加.     

丛枝菌根对羊草的综合效应及其对退化羊草草原植被修复的研究展望

羊草(Leymus chinensis Tzvel.)草原是我国北方地区最好的天然草原类型。由于近年来的过度放牧、开垦破坏与干旱等原因,导致羊草草原退化面积逐年扩大,产草量和草群营养价值降低,经济和生态功能日趋削弱,羊草草原的修复需求是紧迫的。然而,由于气候干旱、土壤贫瘠,羊草草原的修复面临诸多难题。丛枝菌根真菌广泛存在于草原生态系统中,能与宿主植物形成共生体,对植物具有多种有益效应。本文从养分吸收、生长发育、抗逆性、根际土壤环境及种间关系这些方面介绍丛枝菌根真菌对羊草的综合效应,并对丛枝菌根修复退化羊草草原植被提出展望,旨在为开展退化羊草草原的菌根修复研究提供参考。     

地下水位埋深对沙质草地典型植物群落土壤环境因子和根系生物量的影响

干旱半干旱地区水分蒸发剧烈且植被生长依赖于地下水分补给,因此植被地下部分的生长受限于地下水位埋深的高低。为探明植被地下部分(根系生物量)与生长环境因子(土壤养分和pH)及其相互关系受地下水位埋深的影响,在科尔沁沙质草地进行了地下水位埋深梯度倍数递增(0.5、1.0和2.0 m)控制试验。结果表明:1)在不同地下水位埋深控制试验中土壤全氮、全磷和pH均随年际变化而上升,且各处理间存在显著差异(P 0.05);而土壤有机碳含量则呈下降趋势,且各处理间无显著差异(P 0.05)。土壤有机碳、全氮和全磷含量总体上均随地下水位埋深土层深度的加深而降低,而pH随着土层深度的加深而上升,但变化差异不显著。2)根系生物量在不同地下水位埋深深度中均随土层深度的加深而下降。3)土壤有机碳、全氮和全磷与根系生物量显著正相关,pH与根系生物量负相关,但不显著。因此,本研究证明不同地下水位埋深梯度处理对不同的土壤养分类型影响不一,但科尔沁沙质草地地下水位埋深会加快土壤有机碳、全氮和全磷含量的丧失和根系生物量的增加。