土壤pH值变化对3种草原类型土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响

酸碱性是土壤的重要化学性质,土壤pH值的升高和降低会影响土壤养分的分布及转化情况,进而影响群落组成及生态系统的功能。全球变化和人类活动降低了草原生态系统的土壤pH值,而不同草原类型的土壤碳氮磷生态化学计量特征对土壤pH值变化的响应尚不清楚。本研究以内蒙古自治区土壤酸碱性不同的荒漠草原、典型草原和草甸草原3种草原类型作为研究对象,通过酸碱添加试验改变土壤pH值,研究土壤碳氮磷生态化学计量特征的相应变化。结果表明：1）荒漠草原和典型草原0~10 cm土层的土壤pH值显著高于草甸草原,3种草原类型10~30 cm土层的土壤pH值无显著差异;荒漠草原土壤有机碳、全氮和全磷以及土壤碳氮比、氮磷比和碳磷比均低于典型草原和草甸草原,除土壤全磷外均存在显著差异;典型草原的土壤全氮在10~30 cm土层显著高于草甸草原;草甸草原0~10 cm土层的碳氮比显著高于典型草原。2）对于0~10 cm土层而言,酸添加显著增加了荒漠草原的土壤有机碳、碳氮比和碳磷比;碱添加显著降低了荒漠草原的土壤有机碳和氮磷比以及典型草原的土壤全氮和全磷,升高了荒漠草原的土壤碳磷比。对于10~30 cm而言,碱添加升高了荒漠草原的土壤碳氮比,降低了典型草原的全氮和氮磷比以及草甸草原的碳磷比。3）荒漠草原0~10 cm土层的土壤有机碳、全氮、碳磷比和氮磷比均与土壤pH值具有显著负相关关系;典型草原和草甸草原的土壤碳氮磷生态化学计量特征与土壤pH值不存在显著相关关系。以上结果说明,不同草原受土壤pH值改变的影响表现为荒漠草原>典型草原>草甸草原,且表层土壤相比下层土壤受到的影响更为明显。酸碱添加对不同草原类型土壤碳氮磷化学计量特征的影响揭示了生态系统对土壤pH值改变的短期响应。因此,在全球气候变化和人为活动引起的土壤pH值发生变化的背景下,草原生态系统在土壤退化后的恢复重建中应合理调节土壤pH值,以保证土壤养分元素的平衡及循环过程。     

内蒙古草原不同土壤pH条件下植物生物量和多样性的关系:样带调查和控制实验的比较研究

生物量与多样性的关系一直是生态学研究的热点问题,已有研究显示二者的关系受环境因子的影响,但是关于土壤pH变化对草原植物群落生物量和多样性的影响及其在样带空间调查实验与定点控制实验之间差异的研究还无报道。采用样带调查实验和控制实验相结合的方法,研究了在自然条件下内蒙古草原样带上植物群落生物量和多样性的关系变化及其与土壤pH的关系,同时通过外源添加硫酸或氢氧化钠溶液,研究人为改变土壤pH后草原植物群落生物量和多样性的关系变化,并比较样带调查实验和控制实验两种方法所得结果的差异及机制。研究结果表明:1)在样带空间梯度上,土壤pH变化主要受土壤类型、植被类型及干旱指数的影响。沿天然的pH梯度,地上生物量与土壤pH间呈现为显著的U型曲线关系,物种丰富度与土壤pH也呈显著的U型曲线关系,生物量与多样性二者之间为显著正相关关系;2)在定位的酸碱控制实验中,地上生物量与土壤pH间呈显著的上凸单峰曲线关系,物种丰富度与土壤pH之间也呈显著的单峰曲线关系,生物量与多样性的关系因植被类型而异:在荒漠草原二者为正相关,而在典型草原二者无显著相关性。可以看出,草原生物量和多样性与土壤pH密切相关,并且在样带上和控制实验中呈现出相反的结果,多样性和生物量的关系也不完全相同。两种研究方法出现差异的原因是样带观察反映的是生态系统长期适应的结果,而控制实验结果反映的是生态系统对环境变化的短期响应,这种时空尺度的差异造成了两种研究方法所得结果的不同。     

新疆和田地区春季气流和沙尘传输路径的时空特征

文中基于HYSPLIT模式,对和田2010-2014年春季3-5月近地面和1500m气流的3天后向轨迹进行聚类算法,定量分析气流的传输路径,及近地面各路径沙尘天气的发生比例。2010-2014年和田春季两个高度气流轨迹相差较大,但传输路径相同,有五类传输路径:西南、西部、西北、北部和东北。各月近地面气流传输路径相差较大,而各路径均有沙尘天气发生。3-5月东北路径沙尘发生比例最高,分别为67.6%、44%和48%;西南和西部路径只发生在3-4月,分别为西部(10%)、西南(17.4%)和西部(6.2%)、西南(6.8%);北部路径发生在4月和5月,为13%和12.8%。文中定量印证了和田地区春季气流和沙尘传输路径的时空特征,为研究沙尘天气来源等提供参考。     

植株高大的目标作物对防护林防风效应影响的风洞模拟试验

防护林对降低风害,促进农作物稳产高产具有重要作用,但目前防护林配置研究仅注意到防护林本身,忽视了果树等植株高大作物对风速的影响。该文选取1种果树（枣树）,3种疏透度林带（30.12%、25.01%和20.92%）,在3种风速下（8、10、和14 m/s）进行风洞模拟,研究种植枣树等植株高大目标作物时,防护林风场特征及防风效应。结果表明：不同风速和林带疏透度下,枣树对林带前后流场均具有显著影响,特别是林带后近地面风速削减程度较大。1）随风速增大,无枣树林带防风效应减小,有枣树林带变化较小,但增量增大,在8、10、和14m/s风速下分别增大16.40%、23.65%和29.05%;2）疏透度为30.12%时,有枣树林带综合防风效应最佳。随疏透度减小,无枣树林带防风效应增大,有枣树林带变化较小,但增量减小,在3种疏透度下分别增加22.72%、15.22%和1.28%。因此总结认为在集约化和精准农业要求下,进行枣树等植株高大作物防护林带配置时,应考虑目标作物的防风效应,如此可减少防护林面积,显著提高目标作物的经济效益。     

古尔班通古特沙漠南缘优势物种的种间关联特征

基于古尔班通古特沙漠南缘植物多样性的调查,对22个优势物种间的关联性进行了分析。结果表明:231个种对中,正关联种对数(141对)多于负关联种对(90对),且前者达到显著关联的种对数(89对)也多于后者(27对)。乔灌木对草本植物分布具有显著影响,形成种对中正关联种对数(44对)多于负关联种对(28对),且前者达到显著关联的种对数(22对)也多于后者(10对)。其中白梭梭、白茎绢蒿和淡枝沙拐枣分别与18个优势草本中的11个、13个和13个呈正关联,且多为显著关联;但梭梭与这些草本均不存在显著正关联,表现出明显的生境趋异性。绝大部分(211对)种对的OI<0.6,处于中等偏弱联结强度,表明干旱环境胁迫使部分物种在资源利用趋同同时,而不同物种集团之间发生了空间分布的分离。DCA排序图的种间距离和分布位置在一定程度上印证了上述结果。研究认为本沙漠白梭梭、白茎绢蒿和淡枝沙拐枣等灌木不仅具有防风固沙效应,而且对草本具有重要的看护效应,需要重点保护。在人工植被恢复过程中,应重视不同乔灌木与草本植物间的合理搭配,以构成灌木-草本群落,形成立体防风固沙体系,更好地发挥生态效应。     

基于防护保证率的农田防护林林带间距调控

农田防护林林带间距的设置关系到防护林防护效益和农田单位经济效益的权衡。该文以新疆南疆枣树防护林为例,引用水文学中防护保证率的概念和方法,以枣树受风害危害的概率特征为基础,兼顾防护林防风生态效益和经济效益最大为目标,建模分析和野外试验相结合,研究了农田防护林林带间距调控方法。结果表明:1)运用防护保证率的方法能够实现对农田防护林防风生态效益与经济效益权衡的优化;2)枣树防护林的防护保证率在95%,林带间距为132.1 m左右时,单位经济价值达到最优,高出常规防护林间距经济产量6.2%;3)林带疏透度为0.34大于疏透度为0.49的防护效益。该研究可为农田防护林林带间距定量调控提供参考。