科尔沁沙地小叶锦鸡儿灌丛下土壤水分对降雨响应的空间变异性

采用地统计学的方法,研究了科尔沁沙地小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)灌丛下土壤水分对降雨响应的时空变化规律。结果表明:降雨后第1,5,10,15 d的4次土壤水分测定中,锦鸡儿灌丛下表层(0~20 cm)和亚表层(20~40 cm)土壤水分随着时间的延续均逐渐降低;表层土壤水分首先是外围大于灌丛内部,然后达到内外基本一致,最后灌丛内高于灌丛外;亚表层土壤水分一直是外围高于灌丛内部。4次测定的土壤水分含量均能较好地拟合成变异函数的理论模型。两层土壤水分除第4次表层在本研究范围内不具有空间自相关性外,其他的均具有较强的空间自相关性。4次测定中,表层土壤水分含量的变程均小于亚表层,表层土壤水分的空间依赖性小于亚表层。     

科尔沁沙地小叶锦鸡儿人工林防风固沙及改良土壤效应研究

为探讨小叶锦鸡儿防风固沙、改良土壤养分状况和生物活性的能力,选取6年和11年生小叶锦鸡儿人工固沙林为对象,以流动沙丘为对照,研究不同年龄固沙林降低风速和风沙流结构特征、土壤有机质和N,P含量、土壤酶的活性以及微生物生物量C,N,P含量的变化特征.结果表明:在小叶锦鸡儿灌木林内,各个高度风速和输沙量均显著低于流动沙丘,防风固沙效果明显.随着小叶锦鸡儿固沙群落发育时间的增长,其综合防风性能提高,土壤有机质、N,P,K含量和生物活性逐渐得到改善.O～30 cm土层中磷酸单酯酶、蛋白酶、脲酶、蔗糖酶、硝酸还原酶、多酚氧化酶、脱氢酶的活性和土壤微生物生物量C,N和P含量均大幅度提高,其中O～10 cm土层增幅最大.土壤酶中蔗糖酶的活性增加最为迅速,6年和11年生固沙林O～10 cm 土层分别是流动沙丘的28.58倍和55.21倍.小叶锦鸡儿不仅具有较好的防风固沙性能,而且表现出强大的改善土壤养分和生物活性的能力,可作为优良的固沙植物材料在科尔沁沙地大面积推广应用.     

内蒙古高原小叶锦鸡儿灌丛沙堆对气流结构与风蚀的影响

小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)灌丛沙堆是内蒙古高原东南部农牧交错区的主要风沙堆积类型。通过对该区典型灌丛沙堆周围风沙气流的野外观测,结果表明,气流方向与强度和输沙率,随沙堆不同位置而发生变化。绕过沙堆两侧的气流和越过沙堆上部的气流在背风侧汇集,并在同等沙堆高度的范围内和1.5倍沙堆高度的水平范围内出现涡流。从灌丛沙堆迎风坡脚经南北两侧至背风坡脚以及背风侧5倍沙堆高度的水平距离间,风速依次出现逐渐增大—最大—逐渐减小—最小—回増至旷野风速的变化过程。在不同风向条件下,灌丛沙堆背风侧气流的风速廓线,并不完全遵循对数变化规律,沙堆南侧气流在0.3~0.6 m高度处出现变异。另外,沙堆周围输沙率在迎风侧和南北两侧与风速变化基本一致,但在背风侧因气流方向紊乱而出现变异。输沙率随高度增加,在沙堆迎风侧至两侧各部位呈有规律递减,但在背风侧无规律。     

亚玛雷克沙漠猫头刺和小叶锦鸡儿灌丛结构与风影沙丘间的关系

以亚玛雷克沙漠丘间地猫头刺(Oxytropis aciphylla Ledeb.)及小叶锦鸡儿(Caragana microphylla Lam.)2种典型灌丛及其风影沙丘为研究对象,采用摄影测量法获得了灌丛及其风影沙丘野外测量数据,分析了2种灌丛结构及其与风影沙丘间的关系。结果表明:在生境相同的情况下,猫头刺的平均积沙面积远小于小叶锦鸡儿,但平均积沙量却大于小叶锦鸡儿。植株高度、冠幅及植株迎风面剖面面积均为控制灌丛积沙效果的关键特征参数。在灌丛大小相近的情况下,猫头刺灌丛结构与风影沙丘特征参数间相关性更大些,积沙效果要优于小叶锦鸡儿。2种灌丛高度及灌丛迎风面剖面面积与其风影沙丘底面积、沙丘长度与沙丘体积总体上具有较高的拟合程度。2种灌丛的阻沙能力随着灌丛高度和灌丛迎风面剖面面积的增加呈不同增加趋势,且猫头刺阻沙能力大于小叶锦鸡儿。     

科尔沁沙地复叶槭等3个阔叶树种的光合特性及其水分利用效率

在自然条件下,利用LI-6400型便携式光合作用测定系统测定了科尔沁沙地3个阔叶树种复叶槭、紫叶矮樱和紫叶稠李的光合参数,研究各树种水分利用效率特征。结果表明:复叶槭、紫叶矮樱和紫叶稠李的净光合速率日变化呈双峰型,最大峰值出现在8:00~10:00,分别为12.22、11.70和7.24μmol.m-2.s-1。通过比较3个树种的蒸腾速率,得出紫叶矮樱和紫叶稠李的蒸腾速率日均值较低,分别为5.10和4.95mmol.m-2.s-1,而复叶槭蒸腾速率日均值最高,为6.21mmol.m-2.s-1;对于水分利用效率而言,3个树种的日均值由高到低分别为紫叶矮樱(1.08μmol CO2mmol-1H2O)>复叶槭(0.78μmol CO2mmol-1H2O)>紫叶稠李(0.69μmol CO2mmol-1H2O),说明紫叶矮樱对干旱环境适应能力更强。最后,通过净光合速率与各影响因子的相关分析得出,3个阔叶树种净光合速率与其胞间CO2浓度相关系数最大,分别为r复叶槭=-0.954、r紫叶矮樱=-0.968和r紫叶稠李=-0.970,说明胞间CO2浓度是影响树种净光合速率最主要的影响因子。     

短脚锦鸡儿灌丛对植物群落和土壤微生物群落的促进效应研究

以内蒙古荒漠区短脚锦鸡儿灌木为研究对象,采用野外调查法分析灌丛对植物群落的影响,采用传统培养法,结合分子鉴定法分析灌丛对土壤微生物群落的影响。结果表明:(1)灌丛内植物群落多度和总生物量显著大于灌丛外,但是物种丰度和Shannon-Wiener指数灌丛内外无显著差异;(2)随土壤深度的增加,表层土与深层土的土壤可培养细菌丰度和真菌多度差异不显著,其余土壤微生物群落多样性特征均表现为:表层土显著大于深层土;(3)灌丛对土壤微生物群落具有正效应,且表层土正效应最大;(4)灌丛对植物群落的促进作用大于对土壤微生物群落的作用。     

不同地理种群疏叶骆驼刺光合和水分代谢特性的差异

选取极端干旱区的策勒种群和干旱区的阜康种群,利用LI-6400测定了净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、光合有效辐射(PAR)、空气温度(Ta)、水汽压亏缺(Vpd)、相对湿度(RH)等相关参数,对2个不同分布区骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap.)的光合特性和水分代谢特性进行了比较研究。结果表明:不同地理种群骆驼刺适应环境的方式不同,策勒种群的光饱和点(1 300μmol·m~(-2)·s~(-1))、光合最适宜温度(35℃)均高于阜康种群(光饱和点为1 000μmol·m~(-2)·s~(-1),光合最适宜温度为31℃);与阜康种群相比,策勒种群采用低光合、低蒸腾、高水分利用效率的节水对策来维持植物在极端干旱环境下的正常生长。策勒种群的净光合速率(5.68μmol·m~(-2)·s~(-1))、蒸腾速率(2.71 mmol·m~(-2)·s~(-1))和光能利用效率(10.35 mol·mol~(-1))远低于阜康种群(净光合速率为8.57μmol·m~(-2)·s~(-1),蒸腾速率为6.11 mmol·m~(-2)·s~(-1),光能利用效率为12.56 mol·mol~(-1)),而水分利用效率(1.79μmol·mmol~(-1))和水汽压亏缺(3.96 k Pa)明显高于阜康种群(水分利用效率为1.33μmol·mmol~(-1),水分亏缺为3.28 k Pa),说明策勒种群对环境的适应能力更强。     

不同土壤水分处理对疏叶骆驼刺幼苗光合特性及干物质积累的影响

为探讨土壤含水量变化对疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap.)幼苗生长发育的影响,于2008年7～10月,在塔克拉玛干沙漠南缘绿洲外围设置了土壤水分控制下限为田间持水量的80%(T-80,下同)、60%(T-60)和40%(T-40)3种灌溉梯度。结果表明:土壤水分状况对骆驼刺幼苗的光合特性及干物质积累均有显著影响。随着土壤含水量的增加,骆驼刺幼苗气孔导度增大,蒸腾速率也随之增加,同时水分利用效率降低;而净光合速率和叶绿素含量则随着土壤含水量的增加呈先增加后降低的趋势,干物质积累也有相似的变化趋势,与T-60相比,高水分条件(T-80)和低水分条件(T-40)下骆驼刺幼苗叶片的叶绿素含量降低,净光合速率下降,同时干物质积累减少,根冠比和根质比也有不同程度下降。说明适宜的土壤水分有利于骆驼刺幼苗的生长发育,土壤含水量过高和过低都会限制其光合能力,减少生物量积累及地下分配的比例,最终对其生长发育产生不利影响。     

化学联合调控对玉米光合特性及产量的影响

在水分胁迫条件下,结合有机-无机复合型土壤保水剂(SAP)与膜反射型抗蒸腾剂黄腐酸(FA)两种化学制剂,探究联合调控与单一调控下春玉米光合作用的响应规律及其产量驱动机理。试验采用随机区组设计,设置了CK,SAP,SAP+FA,FA 4个处理。结果表明:SAP是调蓄土壤含水量的控制因素,较CK增加12%以上;化控制剂有其有效作用期,SAP作用于整个玉米生育期,而FA在拔节中后期对光合的促进最明显;SAP+FA处理比CK产量增加21.3%,比FA和SAP分别增加9.3%、11.7%,与光合强度呈现出一致性。     

干旱和复水对两种葡萄砧木叶片光合和叶绿素荧光特性的影响

采用盆栽称重控水法,干旱胁迫处理1103P和101-14M两种砧木,处理21 d后复水,分别测定干旱处理0、7、14、21 d及复水第7、14 天,葡萄砧木叶片光合和叶绿素荧光参数。结果显示：干旱胁迫后,1103P和101-14M的净光合速率(Pn)均逐渐降低,101-14M的Pn降幅大于1103P,短时间干旱胁迫引起两种砧木Pn降低的主要因素是气孔限制,而长时间干旱胁迫后Pn降低主要是非气孔限制。随着干旱胁迫的持续,1103P和101-14M的初始荧光产量(Fo)呈增加趋势,但101-14M的增幅大于1103P,说明干旱胁迫后101-14M的光反应中心受损害程度大于1103P;复水后1103P和101-14M两种砧木的Pn值逐渐增加,复水第7天,二者分别为对照的83.20%和66.31%,复水第14天,分别为对照的107.30%和88.43%; 复水后1103P和101-14M两种砧木的Fo值呈现逐渐降低趋势,复水后第7天,1103P和101-14M 的Fo值为对照的102.95%和109.60%,复水后第14天,1103P和101-14M Fo为对照的101.56%和101.81%,说明复水后1103P和101-14M两种砧木受损的光合反应中心得到了修复,光合速率也逐渐恢复,1103P复水后恢复生长的能力高于101-14M。     

Variation in soil water content to rainfall under Caragana microphylla shrub in Horqin Sandy Land

In order to investigate the spatio-temporal variability of soil water content to rainfall under Caragana microphylla shrub in Horqin Sandy Land,a plot of 25 m × 25 m,where there were 6 shrub canopies of C. microphylla,was sited for measuring soil water content at two soil layers of 0-20 cm (top layer) and 20-40 cm (lower layer). Soil water content was measured on the 1st,5th,10th and 15th day after a 42 mm rainfall in Naiman of Inner Mongolia. The results showed that soil water contents at both layers under C. microphylla shrub were gradually decreased after the rain. Soil water content at the top layer outside the shrub canopy was higher than that inside the shrub canopy within 5 days,and became similar inside and outside the shrub canopy on the 10th day after the 42 mm rainfall,and it was lower outside than that inside the shrub canopy on the 15th day. The soil water content at lower layer in the area without shrubs was higher than that under shrub canopy all along. All the measured values of soil water content can be fitted to a variogram model. There was significant autocorrelation of the values of soil water content between top layer and lower layer,except for the fourth measured values of soil water content at top layer. The range and spatial dependence of soil water content at top layer were lower than that at lower layer.     

放牧和封育条件下科尔沁沙地小叶锦鸡儿群落土壤种子库特征

以科尔沁沙地小叶锦鸡儿群落为研究对象,对比分析了放牧干扰和不同封育年限下土壤种子库特征。结果表明:①放牧和封育样地土壤种子库均以一年生植物为主,物种丰富度没有明显差异;②放牧样地土壤种子库密度为(3 475±519)粒/m2,封育6年和封育12年样地土壤种子库密度分别为(20 241±1 714)粒/m2和(28 777±3 946)粒/m2,显著高于放牧样地;③Shannon-W iener多样性指数、S impson多样性指数和P ielou均匀度指数在放牧样地分别为1.36,0.68和0.56,并随着封育年限的增加而降低;④放牧和封育样地土壤种子库主要分布于0~2 cm的土壤表层,封育样地各层的种子库密度均显著高于放牧样地;⑤放牧和封育样地土壤种子库均为聚集分布,但放牧样地种子库的空间异质性高于封育样地。     

近60年科尔沁沙地的气候变化

处于季风边缘带的科尔沁沙地气候变化具有复杂性和敏感性特征,文中采用线性倾向估计、非参数检验等方法探讨了其变化规律。结果表明:近60年研究区的年均气温呈上升趋势,变化速率为0.37℃/10a,尤其是20世纪80年代中后期以来增温趋势更为明显。且年际极端最高、最低气温也呈上升趋势。在季节变化中,春、冬季增温明显,夏季和秋季变化略小。而年降水量呈稳中有降的总趋势,变化速率为-13.54mm/10a。且年际、季节的降水日数也出现减少趋势。在季节变化中,除了春季以外其它季节均有减少趋势,与SPI变化一致。气温与降水量总体上呈负相关关系,即气温上升与降水的减少相对应,因而该区气候变化呈暖干化总趋势。夏季气候变化与东亚夏季风强弱有一定联系。     

Effects of Caragana microphylla plantations on organic carbon sequestration in total and labile soil organic carbon fractions in the Horqin Sandy Land,northern China

Afforestation is conducive to soil carbon(C) sequestration in semi-arid regions. However, little is known about the effects of afforestation on sequestrations of total and labile soil organic carbon(SOC) fractions in semi-arid sandy lands. In the present study, we examined the effects of Caragana microphylla Lam. plantations with different ages(12-and 25-year-old) on sequestrations of total SOC as well as labile SOC fractions such as light fraction organic carbon(LFOC) and microbial biomass carbon(MBC). The analyzed samples were taken from soil depths of 0–5 and 5–15 cm under two shrub-related scenarios: under shrubs and between shrubs with moving sand dunes as control sites in the Horqin Sandy Land of northern China. The results showed that the concentrations and storages of total SOC at soil depths of 0–5 and 5–15 cm were higher in 12-and 25-year-old C. microphylla plantations than in moving sand dunes(i.e., control sites), with the highest value observed under shrubs in 25-year-old C. microphylla plantations. Furthermore, the concentrations and storages of LFOC and MBC showed similar patterns with those of total SOC at the same soil depth. The 12-year-old C. microphylla plantations had higher percentages of LFOC concentration to SOC concentration and MBC concentration to SOC concentration than the 25-year-old C. microphylla plantations and moving sand dunes at both soil depths. A significant positive correlation existed among SOC, LFOC, and MBC, implying that restoring the total and labile SOC fractions is possible by afforestation with C. microphylla shrubs in the Horqin Sandy Land. At soil depth of 0–15 cm, the accumulation rate of total SOC under shrubs was higher in young C. microphylla plantations(18.53 g C/(m~2·a); 0–12 years) than in old C. microphylla plantations(16.24 g C/(m~2·a); 12–25 years), and the accumulation rates of LFOC and MBC under shrubs and between shrubs were also higher in young C. microphylla plantations than in old C. microphylla plantations. It can be concluded that the establishment of C. microphylla in the Horqin Sandy Land may be a good mitigation strategy for SOC sequestration in the surface soils.     

气候变化对科尔沁沙地木本植物物候期的影响

物候现象是气候变化的敏感指示器,基于物候资料分析气候变化对科尔沁沙地木本植物物候的影响,对于林业生产实践具有重要的指导意义。利用开鲁农牧业气象观测站1983—2012年小叶杨和榆树物候观测资料及同期气候数据,采用线性倾向估计、Pearson相关系数等方法,分析气候变化对科尔沁沙地小叶杨和榆树物候期的影响。结果表明:(1)1983—2012年,研究区增温明显,气候倾向率0.501℃·(10a)-1;日照时数平均每10 a增加109.65 d。(2)近30多年来,科尔沁沙地小叶杨和榆树花芽开放期"先提前后推迟"特点明显,落叶末期相对稳定。生长季呈相对缩短趋势,平均生长季长度分别为198 d和209 d。(3)气温是影响小叶杨和榆树花芽开放期的关键气象因子;落叶末期对日照时数较为敏感。     

科尔沁沙质草地封育过程中的植被变化及其机制

对科尔沁沙地乌兰敖都地区的沙质草地封育后的植被变化及其机制进行分析研究。结果表明：① 围栏封育使植被物种丰富度、密度显著提高,群落的优势种发生明显变化;围封地的Simpson多样性指数和Shannon-Wiener多样性指数均表现为随封育时间增加而下降,而Pielou均匀度指数随围封时间增加表现出先增加后下降的趋势。② 围栏封育可以增加土壤表层（0~10 cm）的养分含量,但电导率随围封时间表现出先降低后增加的趋势,同时围栏封育使土壤水分含量下降。③ 土壤表层（0~10 cm）各因子对多样性的影响不同,全氮和pH与Pielou指数呈显著(P<0.05)负相关;全氮对于丰富度指数呈显著(P<0.05)正相关;其他土壤环境因子与多样性指数间关系均不显著,表明在沙质草地封育不利于植物多样性的维持,但有利于土壤养分的积累。     

科尔沁沙丘-草甸田间持水量的综合测定与影响

以科尔沁沙丘-草甸相间地区表层土壤为对象,选用4种不同测试方法,对不同地貌与植被类型组合区土壤的田间持水量进行综合测定,并对其影响因素和影响过程进行系统分析。结果表明:1在不同地貌类型区4种试验方法得到的田间持水量变化的规律大体一致,但数值差异很大。威尔科克斯法结果比围框淹灌法和天然降水法测定结果大。2草甸地受地下水位埋深的影响很大,围框淹灌法及天然降水法测定结果不可用;沙丘区地下水位埋深大,围框淹灌法与天然降水法获得的田间持水量对实践更具指导意义,天然降水法在地下水位深埋大的沙丘区表层40 cm以内基本可以获得较准确的田间持水量,取样时间可以在降雨后12~24 h。3科尔沁沙地实施田间持水量测量时建议选用天然降水法,对漫灌型农田土壤小面积也可选择围框淹灌法,大面积测量宜选择威尔科克斯法,但应建立威尔科克斯法与天然降水法和围框淹灌法之间的转换关系,利用威尔科克斯法测量田间持水量时,沙性土壤的测量时间可选择36~40 h、草甸区壤沙土与沙壤土可选择44~48 h。     

科尔沁城镇化过程对沙地景观的影响

城镇空间扩展所表征的城镇化过程及其对区域景观的影响,是景观生态学研究中的重要方向之一,也是景观生态学中格局-过程研究的重要组成部分。以1985—2013年遥感数据为基础,GIS技术与景观格局分析方法为手段,采用主要指标构建的城镇化指数定量分析了城镇化过程对科尔沁沙地景观的影响。结果表明:近28 a来,区域城镇化发展较快,年均提高0.64%,并呈现阶段性特征,研究区景观变化明显。在斑块水平上,农田、固定沙丘、林地、居工地的面积增加,其余景观类型的面积减少;农田、居工地与林地的破碎化程度增加;农田、固定沙丘最大斑块面积增加最显著,在区域中的优势作用增强。在景观水平上,区域景观破碎化程度减轻,空间集聚程度增加,景观类型组成趋于简单。区域内城镇化过程对不同类型景观的影响存在差异性,其特征表现为城镇化对农田、居工地的影响最大,对其他类型景观的影响较小。城镇化指数与斑块数量、散布与并列指数、香农多样性指数之间存在显著的负相关关系,城镇化指数与蔓延度指数为显著的正相关关系,表现为研究区景观破碎化程度、空间散布程度、异质性均随城镇化水平提高而减小,反映出城镇化与景观变化存在一定的内在联系,选取的景观指数能够反映城镇化过程对区域景观的影响。     

1951-2012年科尔沁沙地气温、降水变化特征

科尔沁沙地是中国沙漠化典型区域,生态与环境问题突出,研究其驱动力之一的气候变化特征十分必要.利用1951-2012年62 a气温和降水资料,对科尔沁沙地空间和区域平均气温、降水变化特征进行了分析.结果表明:空间多年平均气温以开鲁、通辽为中心向东西方向递减,自北向南逐渐升高,且各站点均呈显著增加趋势;空间多年平均降水量以开鲁、阿鲁科尔沁旗为中心向四周逐渐增加,除库伦站降水量显著减少外,各站点降水量变化均不显著.区域平均气温上升速率为[0.319℃·(10a)-1],区域平均最高气温的上升速率[0.223℃·(10a)-1]低于区域平均最低气温[0.525℃·(10a)-1],春季气温增幅最大,冬季次之.最低气温的升高可能是导致总体气温上升的主要动力之一.区域平均降水量年际间波动较大,但总体无明显变化趋势;各季节区域平均降水量均无显著变化.年区域平均降水量与年区域平均气温、夏季区域平均降水量与夏季区域平均气温呈显著负相关,整体呈阶段性对称变化.