退耕还林与还草对土壤理化性质及分形特征的影响——以宁夏荒漠草原为例

以宁夏荒漠草原区为研究对象,分别选取农田、退耕还草地、退耕还林地和天然草地为研究样地,研究了退耕还林与还草对土壤理化性质及分形维数变化特征的影响。结果显示:1)土壤含水量、pH和电导率既受到退耕还林与还草措施的影响,亦受到季节变化的影响。2)农田实施退耕还林与还草工程后,退耕还草地的土壤全氮和有机碳含量最高,其平均含量分别为0.60%和5.93%。3)农田、退耕还草地、退耕还林地和天然草地的土壤黏粉粒含量分别为10.87%、7.47%、8.73%和6.53%;极细沙含量分别为39.07%、35.20%、38.87%和31.00%;细沙含量分别为29.73%、34.93%、32.80%和36.73%;粗沙粒含量分别为20.27%、21.93%、19.60%和25.73%。退耕还林地与天然草地相比土壤粒径在各粒级中均存在显著差异(P<0.05),退耕还草地与天然草地相比仅极细沙和粗沙粒含量存在显著差异(P<0.05)。4)分形维数介于1.87~2.08。土壤分形维数(D)值从高到低表现为农田(2.08)>退耕还林地(2.01)>退耕还草地(1.94)>天然草地(1.87)。5)土壤黏粉粒与土壤电导率达到正相关水平(P<0.05),与土壤碳氮比为显著负相关关系(P<0.01);土壤细沙粒与土壤pH为负相关关系(P<0.05),与电导率为显著负相关关系(P<0.01),而与碳氮比达到显著正相关水平(P<0.01);土壤分形维数与电导率达到显著正相关水平(P<0.01),与碳氮比呈显著负相关关系(P<0.01);而土壤极细沙粒和粗沙粒与各指标之间均无相关性(P>0.05)。6)土壤粒径分布分形维数与细沙粒含量呈线性负相关关系(P<0.01),而与极细沙粒含量呈线性正相关关系(P<0.01),与黏粉粒含量呈对数相关关系(P<0.01),但与粗沙粒含量未表现出相关性(P>0.05)。研究表明,在宁夏荒漠草原区实施退耕还林与还草工程,对土壤理化性质、土壤粒径分布和分形维数特征均产生一定的影响。与天然草地相比,退耕还草地中土壤有机碳和全氮含量显著提高;而退耕还林地中土壤黏粉粒、极细沙粒的分布及分形维数显著上升。说明实施退耕还林与还草工程,有利于农田退耕导致的退化区域土壤质地的改善以及退化生态系统的有效恢复。     

草地开发与保护过程中土壤颗粒分形特征

为加强草地土壤修复状况的定量化表征,以毛乌素沙区天然草地与人工灌溉饲草料地为研究对象,对开发与保护过程中土壤理化性状变化及其与颗粒分形维数的关系进行了研究,结果表明,不同土壤分形维数为2.352.54;人工草地沙粒含量、分形维数大于天然草地,有机质含量小于天然草地。研究认为,土壤颗粒含量分形维数与粘粉粒、有机质含量呈正相关关系,与沙粒含量呈负相关关系,土壤颗粒分形维数能够定量表征土壤颗粒性状变化,可作为评价沙、退化草地土壤退化程度的定量综合指标。     

不同利用方式土壤颗粒分形特征及其与土壤有机碳库稳定性的关系

本文研究了不同利用方式下巴音布鲁克高寒草原0~50 cm土层土壤颗粒组成及其分形特征与土壤有机碳库活度的关系。结果表明:该区土壤颗粒以粉粒为主,分形维数分布在2.675~2.845之间,与0.05 mm粒径关系密切。长期封育和重度放牧分形维数随土层加深而降低,且与碳库活度显著相关;短期封育和中度放牧分形维数变化小,与碳库活度无显著相关性。     

践踏和降水对环县典型草原土壤颗粒分维特征的影响

采用试验践踏与模拟降水控制试验,对16个不同试验组合样区表土(0~15 cm)质地的机械组成进行分析,结果表明,随着践踏强度增加,土壤颗粒表现出不同程度的粗化趋势,降水具有双向调节的作用。利用分形模型计算了土壤粒径分形维数,计算结果表明,分形维数指标与践踏强度呈负相关关系。但分形维数递减幅度与模拟降水处理水平相关,在模拟降水处理水平依次为干旱、自然降水、平水、丰水时,粒径分形维数递减幅度依次为4.33%,2.61%,1.34%和1.23%。降水与践踏的匹配关系,对形成确定的分形维数具有决定性作用。由于具有较高分形维数的土壤更易发生放牧侵蚀,若管理不善则会发展为荒漠化。因此,在此种意义上来说,土壤分形维数的测算对进一步研究放牧侵蚀机理和荒漠化形成过程可能具有推动作用。     

苏尼特右旗荒漠草原三种放牧方式下群落斑块特征

利用景观指数、分形模型以及稳定性指数、单变量点格局方法，对内蒙古苏尼特右旗荒漠草原不同放牧方式下群落微斑块特征、形状分形及稳定性、分布格局进行探究，以期揭示荒漠草原微斑块自身特征及其与环境的关系。结果表明：1）3种放牧方式下群落斑块特征差异明显。休牧状态下芨芨草斑块面积占景观整体面积的91.15%，蔓延度指数（CONTAG）为77.92，连接性较好，为优势斑块，分形维数为1.43，稳定性较差；自由放牧状态下银灰旋花斑块空间分布最为密集；轮牧状态下锦鸡儿数量最多，分离度指数（SPLIT）为46.99，破碎化程度较高，分形维数为1.88，形状最不规则。2）3种放牧方式下各斑块类型在样地尺度范围（120 m×120 m）内主要呈聚集分布，且自由放牧状态下各斑块类型的聚集规模均较大，表明其资源分布不均匀。     

浑善达克沙地3种灌木土壤分形特征与养分关系

以浑善达克沙地广泛分布的3种典型荒漠草原灌木柄扁桃、小叶锦鸡儿和狭叶锦鸡儿灌丛下土壤为研究对象,测定分析3种灌丛下0~60 cm土层深度的土壤颗粒机械组成、土壤体积分形维数和土壤养分含量的垂直分布特征,探讨草原灌丛化后土壤分形特征与土壤肥力的关系,揭示灌丛植被在荒漠草原的生存与扩散机制。结果表明,3种典型灌丛形态结构存在差异,拦截风沙流后沉积在灌丛下的土壤粒度特征不同,其中粘粉沙体积含量和分形维数在不同物种间差异显著(P<0.05)。土壤分形维数表现为小叶锦鸡儿(2.346)>狭叶锦鸡儿(2.259)>柄扁桃(2.149)>裸沙地(2.057);土壤分形维数主要由粒径小于0.25 mm的粘粉沙(<0.05 mm)、极细沙(0.05~0.1 mm)和细沙(0.1~0.25 mm)体积百分含量决定,其中0.1 mm粒径是决定研究区灌丛下土壤分形维数的临界粒径,即小于该粒径的粘粉沙、极细沙含量越多,土壤分形维数越高。灌丛下土壤有机质和全氮含量与土壤分形维数存在极显著正相关关系(P<0.01);土壤有机质含量随土层深度增加而递减,全氮和全磷含量随土层波动性较强,不同物种间土壤有机质和全氮含量差异显著(P<0.05),而全磷含量差异不显著。灌丛覆盖的土壤结构和肥力均较裸沙地有明显改善,不同物种改良土壤的效果依次为小叶锦鸡儿>狭叶锦鸡儿>柄扁桃。     

喀斯特山区不同草地土壤结构及分形特征

以喀斯特区域不同草地生态恢复阶段为研究对象,采用时空互代法对喀斯特山区耕地、退耕还草地、草地、林草间作地的土壤颗粒、团聚体、微团聚体粒径分布及分形维数进行研究,并分析分形维数与土壤理化性质的相互关系。结果表明,在石漠化恢复过程中,粗粒径微团聚体、团聚体含量随生态的不断恢复而增加,细粒径含量降低,但土壤机械组成与之相反。0~10 cm土层土壤微团聚体平均重量直径(MWD)表现为林草间作地、草地>耕地>退耕还草地,退耕还草地显著低于其他草地类型,分别比林草间作地、草地、耕地低0.15、0.15和0.11 mm;团聚状况在10~20 cm下均表现为草地>林草间作地>耕地>退耕还草地,其中退耕还草地显著低于林草间作地和草地,分别低8.26%和13.18%;土壤结构特征表明退耕还草地结构最弱。生态恢复过程中,土壤微团聚体和团聚体的分形维数从大到小依次为退耕还草地>耕地>林草间作地>草地,土壤颗粒分形维数从大到小依次为草地>林草间作地>耕地>退耕还草地,表明喀斯特山区土壤结构随生态恢复而逐渐变好,土壤分形维数一定程度上能反映喀斯特石漠化区域生态恢复的过程与特征。同时喀斯特地区土壤分形维数与其理化性质存在较好的相关性,微团聚体及团聚体分形维数能够较好的表征土壤结构及抗蚀能力的强弱。在石漠化区域生态恢复与石漠化治理过程中,通过人工调控措施,缩短退耕还草阶段,加快草地等植被覆盖度的增加,能有效减少水土流失,改善该区生态环境。     

北疆退化荒漠草地土壤颗粒的分形特征

研究了新疆北部退化荒漠草地土壤颗粒的分形特征,探讨了土壤颗粒分形维数与土壤理化性质的关系。结果表明,该退化草地土壤颗粒的分形维数在2．316～2．753,随着草地退化程度加剧,土壤黏粒含量增高,分形维数逐渐增大。表层土壤的分形维数与粉粒含量呈极显著负相关,与黏粒含量显著正相关。土壤颗粒的分形维数与土壤物理性质没有相关性。由于土壤表层（0～10cm）受放牧影响较大,致使其化学性质与土壤颗粒的分形维数没有相关性。土壤颗粒的分形维数与土壤下层（10-30cm）的全磷、pH值、全钾和速效钾含量显著正相关。土壤颗粒的分形维数的变化在一定程度上能够很好地表征退化草地土壤的理化性质的变化趋势,可以作为评价退化草地土壤性状的一个综合指标。     

封育对荒漠草原沙芦草群落土壤粒径分形维数及理化性质的影响

退化草地的恢复问题已经成为草地生态学关注的热点之一。作为宁夏草原的主体类型的荒漠草原,既是天然的生态屏障,也是重要的自然资源,对保障国家的生态安全具有重要意义。封育是保护荒漠草原的基本措施,封育的效果不仅表现为植被的恢复,也表现为土壤理化性质的改善。为了更好的恢复与重建荒漠草原退化生态系统,本文通过研究宁夏荒漠草原沙芦草群落围封内外土壤机械组成、土壤养分含量和土壤颗粒分形维数的变化,旨在揭示围封对荒漠草原土壤粒径组成及分形特征的影响,为荒漠草原生态系统的恢复治理与重建提供理论依据参考。研究结果发现：研究区土壤粒径分布在0~250 μm之间。其中,围栏内黏粒（< 2 μm）、粉粒（2~50 μm）含量占主导地位,围栏外以极细砂粒（50~100 μm）所占比例最大,围栏内和围栏外粒径> 250 μm的比例几乎为0。与围栏外相比,围栏内0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm土层的土壤黏粒含量显著增加,而极细砂粒含量显著减少（P<0.05）。围封对土壤养分有不同程度的影响。围栏封育后,0~10 cm土层土壤全N、全P含量显著增加,而碱解氮、速效磷含量显著降低（P<0.05）;10~40 cm土层的土壤养分均没有表现出一定的变化规律。沙芦草群落的土壤粒径分形维数在2.65~2.69之间变动。围栏封育后,0~10 cm、10~20 cm土层的土壤粒径分形维数显著增加（P<0.05）,20~40 cm土层无显著差异。总之,围封可以促使土壤颗粒细化,对土壤养分有不同程度的影响,并有助于提高土壤颗粒的分形维数;土壤粒径分形维数与土壤黏粒、极细砂粒含量均呈极显著的线性关系,说明土壤分形维数能够作为一个用来表征土壤质地以及退化土壤恢复程度的指标。     

喀斯特山区不同草地土壤结构及分形特征

以喀斯特区域不同草地生态恢复阶段为研究对象,采用时空互代法对喀斯特山区耕地、退耕还草地、草地、林草间作地的土壤颗粒、团聚体、微团聚体粒径分布及分形维数进行研究,并分析分形维数与土壤理化性质的相互关系。结果表明,在石漠化恢复过程中,粗粒径微团聚体、团聚体含量随生态的不断恢复而增加,细粒径含量降低,但土壤机械组成与之相反。0～10 cm土层土壤微团聚体平均重量直径(MWD)表现为林草间作地、草地耕地退耕还草地,退耕还草地显著低于其他草地类型,分别比林草间作地、草地、耕地低0.15、0.15和0.11 mm;团聚状况在10～20 cm下均表现为草地林草间作地耕地退耕还草地,其中退耕还草地显著低于林草间作地和草地,分别低8.26%和13.18%;土壤结构特征表明退耕还草地结构最弱。生态恢复过程中,土壤微团聚体和团聚体的分形维数从大到小依次为退耕还草地耕地林草间作地草地,土壤颗粒分形维数从大到小依次为草地林草间作地耕地退耕还草地,表明喀斯特山区土壤结构随生态恢复而逐渐变好,土壤分形维数一定程度上能反映喀斯特石漠化区域生态恢复的过程与特征。同时喀斯特地区土壤分形维数与其理化性质存在较好的相关性,微团聚体及团聚体分形维数能够较好的表征土壤结构及抗蚀能力的强弱。在石漠化区域生态恢复与石漠化治理过程中,通过人工调控措施,缩短退耕还草阶段,加快草地等植被覆盖度的增加,能有效减少水土流失,改善该区生态环境。     

基于NDVI分析渭干河流域绿洲耗水对地表径流的影响

利用NOAA/AVHRR NDVI遥感资料提取渭干河流域绿洲区1982―2006年NDVI数据,将绿洲区NDVI值和绿洲面积指标作为绿洲区以农业活动为主的人类活动综合因素,结合流域地表径流,分析了1982―2006年渭干河流域绿洲耗水与流域地表径流之间的关系。结果表明,近25年来,渭干河流域绿洲区来水量、绿洲总耗水均呈增加趋势,且绿洲总耗水在1995年发生突变,相对绿洲来水量的突变点滞后1年;流域绿洲NDVI值相对研究初期增加94%,表现为持续增加,绿洲面积相对研究初期扩张73.7%,表现为持续扩张;从流域绿洲NDVI值和地表径流变化关系看,绿洲降水对绿洲植被生长有较大作用,冰川径流起了调节绿洲来水量和维持绿洲稳定的功能;从绿洲面积和流域地表径流变化看,绿洲降水对绿洲规模的贡献为22%,冰川径流对绿洲的贡献为44%,绿洲来水量中降水径流对绿洲的贡献为34%。由气候变化和冰冻圈变化情景假设得出,未来冰川径流对绿洲贡献除气温不变外均呈减速增加趋势,绿洲降水对绿洲的贡献呈增加趋势。     

基于遥感分析20年来民勤绿洲防护林带植被变化研究

民勤绿洲三面环沙,为了遏制风沙危害,保护绿洲,民勤人长期不懈的开展绿洲防护带体系建设,监测和评价绿洲防护带的变化趋势,这对于绿洲生态环境的保护及指导干旱区生态建设意义重大。利用1996、2006、2016年民勤绿洲防护带植被生长期内Landsat TM/OLI遥感卫星数据,以ENVI 5.3和Arcgis 10.4为影像处理工具,分别计算3期研究区内的NDVI,基于像元二分模型计算植被覆盖度,研究民勤绿洲不同植被覆盖程度的空间分布和动态变化;基于CART算法的决策树分类技术,组合多元数据进行土地利用类型分类,获得绿洲防护带面积以及转移变化情况。结果表明,2006与1996年相比,低覆盖度和高覆盖度面积有所增加,占民勤绿洲面积比例分别增加了32.48%和27.65%;但是,中低覆盖度、中等覆盖度、中高覆盖度面积有所减少,所占比例分别下降了66.28%、17.94%和2.61%。2016与2006年相比,低覆盖度和中高覆盖度面积有所减少,所占比例分别下降了26.28%和24.00%;此外,中低覆盖度、中等覆盖度和高覆盖度面积有所增加,所占比例分别增加了205.47%、4.12%、44.22%。20年来,低覆盖度面积出现先增加后减少的趋势。土地利用分类结果显示,2006与1996年相比,农田防护林和防风固沙林面积均有所增加,分别增加148.68%和16.47%。2016与2006年相比,农田防护林面积有所减少,所占比例下降了33.99%;但是防风固沙林面积继续保持增加趋势,增幅3.55%。说明20年来,民勤绿洲低覆盖度面积不断减少,生态环境不断改善,防风固沙林面积出现先快速增加后缓慢增加的趋势,这与保护天然植被,大力开展人工造林建立防护林息息相关。     

景电灌区新绿洲景观格局分析

以景泰县二期灌区生态经济型防护林建设示范村和景泰县沙漠化地区为例,对比分析了景电灌区荒漠绿洲景观格局的变化,结果表明,随着灌区的开发利用和灌区防护林体系的建设,景电灌区景观格局发生了很大变化,由开发前半固定、流动沙荒地为主的荒漠景观变成了荒漠绿洲景观,即防护林网保护下的农田景观、灌区边缘农田与沙地交接过渡区以防风阻沙林带为主的景观和灌区外围人工封育的半固定、流动沙地景观3种典型景观类型组成的荒漠绿洲景观,景观多样性增加,生态系统稳定性也随之增加.     

可持续发展及荒漠绿洲林业可持续发展研究

在明确了可持续发展的概念、内涵基础上，综述了国内外林业可持续发展研究动态；从绿洲概念、特点及内涵出发，综述了荒漠绿洲林业可持续发展的研究现状，指出今后应从景观生态学角度研究绿洲林业可持续发展问题。     

基于Landsat 8 OLI影像的渭-库绿洲植被地上生物量估算

干旱区绿洲植被地上生物量估算研究可为绿洲生态系统稳定性评价与区域碳储量估算提供重要依据。以渭干河-库车河三角洲绿洲为研究区，利用ENVI 5.3软件对Landsat 8 OLI 影像数据进行预处理，提取反映植被地上生物量信息的植被指数和波段因子，并结合样地实测数据，采用常规统计模型、多元逐步回归和偏最小二乘回归方法建立研究区植被地上生物量最优估测模型，从而揭示该绿洲植被地上生物量的空间分布特征。结果表明：1）所选的20个遥感因子与实测植被地上生物量呈极显著正相关关系，相关系数为0.5~0.7（P<0.01）。2）乔木与灌木地上生物量最优估测模型均为多元逐步回归模型，草本与农作物地上生物量的估测模型以偏最小二乘回归模型为最优，模型验证决定系数均在0.6以上，均方根误差和平均绝对误差均较小。3）研究区植被地上生物量主要在280~1450 g·m^-2 分布，面积约为6973.82 km²，低水平地上生物量（ABG<65 g·m^-2）分布区域约占研究区总面积的15.02%。地上生物量由高到低依次为：农作物>乔木>灌木>草本。根据不同的植被类型，基于地物光谱特征构建的遥感估测模型可准确估算干旱区绿洲植被地上生物量，并对其空间分布特征进行遥感定量反演。     

石羊河流域下游民勤绿洲草地退化问题分析

石羊河流域是西北内陆河流域中水资源开发利用程度最高、用水矛盾最突出、生态环境问题最严重、水资源对经济社会发展制约性最强的地区。流域下游的民勤绿洲更是生态重灾区,天然草场的严重退化,不仅对绿洲生态安全构成严重威胁,而且严重影响到经济社会的可持续发展。研究民勤绿洲草地的退化问题,对于维系绿洲生态安全、推进社会经济可持续发展,具有重要意义。在总结流域水系演变的基础上,分析了流域水循环格局的改变和民勤绿洲草地的退化问题,结果表明,水循环格局的改变是民勤绿洲草地退化的主要原因,水资源的量、质、时空分布以及开发利用方式、强度显著决定了绿洲生态系统的演化方向,导致了沙漠化威胁加剧和“生态难民”的产生。     

张掖绿洲农业的影响因子

农业是张掖的主导产业,在绿洲经济发展中起着举足轻重的作用。近年来,随着人口增加,不合理的土地开垦,粗放的灌溉方式,导致水土资源矛盾突出,农业生态环境恶化。本研究基于张掖农业背景的基本资料,选取了与绿洲农业生产相关的9个因子进行分析。首先,选择主成分分析方法,探讨各个因子对绿洲农业生产的影响。其次,选用灰色关联方法,以农业总产值为参考指标,其他各因子作为比较指标,分析各因子与农业总产值的关联度。在此基础上,综合两种方法分析的结果,提出促进张掖绿洲农业协调发展的4项具体对策措施。     

河西山地绿洲荒漠植物群落种群多样性研究——I 生态地理及植物群落的基本特征

河西山地绿洲荒漠区包括祁连山北坡中段森林草原区、张掖荒漠绿洲区和东大山森林草原区第3个地理地段，海拔在1450～4200m之间。近50年气候的变化趋势是20世纪60年代冬冷夏热春雨多；70年代冬暖夏冷，夏秋雨多；80年代至本世纪末，年平均气温偏低，降水量增加。相应地，祁连山发育的现代冰川今后将出现稳定乃至前进现象。黑河流量动态变化与降水量的变化趋势一致。主要植被类型有红砂荒漠、山地荒漠草原、典型草原、寒温性针叶林、高山灌丛及高山流石滩植被等。祁连山北坡产高等植物1064种。植物区系从区第特征上可以分为两个区系小区，即祁连山坡中段、东大山森林草原区和河西荒漠区。东大山与祁连山北坡中段属于同一个植物区系类型，是一个年轻衍生的温带植物区系，区系发生在晚第三纪至第四纪。河西荒漠区是一个古老的植物区系。维管植物生活型谱组成中，地面芽植物占优势，其次是高位芽植物、一年生植物、隐芽植物和地上芽植物，分别占60%、17.6%、11%、6.5%和4%。植物生活型谱表现出明显的垂直地带性变化格局。     

干旱区典型绿洲土壤盐渍化特征分析——以渭干河-库车河三角洲为例

渭干河-库车河三角洲绿洲地处世界第二大沙漠塔克拉玛干沙漠的北缘,该绿洲现已成为新疆主要的农业区和棉花基地。但随着经济的快速发展,土地资源开发强度开始加大。而土壤盐渍化是该绿洲可持续发展面临的主要环境问题之一。本研究在野外考察、GPS定点和土壤采样分析的基础上,借助Statistics、Excel等统计软件对盐离子含量、土壤总碱度与离子含量的关系、土壤含盐量与电导率的关系以及盐离子间相关性作了探讨。结果表明,该绿洲土壤pH值的平均值为7.86,属于碱性土壤。土壤含盐量较高,0~10 cm土层中的含盐量最大,平均值达到4.68%。土壤阳离子主要以Na 、K 、Ca2 和Mg2 为主,各阴离子在土体中的含量为Cl->SO42->HCO3-,而CO32-在实验中未检测到。在0~10和10~50 cm土层中Na 与Cl-均呈极显著正相关,相关系数达到0.99,从而进一步说明该绿洲盐渍化土壤为氯化物盐化土。随着一系列环境问题的日益突出,同盐渍化作斗争已成为本绿洲大农业发展的长期任务之一。