毛乌素沙地樟子松林植物-土壤生态化学计量特征演变关系

[目的]探究沙漠化土地植被恢复过程的植物与土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征的演变关系,可以深入认知樟子松固沙林植被恢复的机制。[方法]以榆林毛乌素沙地的半固定沙地为对照,分析了恢复25～56 a樟子松林下的物种多样性、樟子松植物组织(叶片、枯落物、细根)与土壤的C,N,P含量及其化学计量动态变化特征与交互作用。[结果](1)樟子松植物组织C,N,P平均含量表现为：叶片>枯落物>细根,碳氮磷化学计量比为：枯落物>细根>叶片。(2)与半固定沙地相比,植被恢复后樟子松植物组织和土壤中的C,N,P含量显著变化。从恢复25 a到56 a,枯落物和土壤C含量分别显著增加了14.9%和61.5%,N含量分别显著增加了55.0%和52.4%。(3)随着恢复年限增加,枯落物和细根的C∶N以及叶片和细根C∶P,N∶P均显著降低,叶片C∶N及枯落物C∶P,N∶P显著增加。(4)枯落物与土壤C含量,细根与土壤N,P含量及植物组织与土壤间C∶P均呈显著正相关关系。(5)植被恢复年限通过影响枯落物生物量和林下植被根量间接影响土壤C,N,P含量,且总效应最大。[结论]榆林沙区樟子...     

毛乌素沙地不同植被恢复类型的土壤碳水效应

[目的] 探讨不同植被恢复类型下土壤有机碳和水分含量特征及其关系,为毛乌素沙地植被恢复类型的选取提供科学依据。[方法] 以毛乌素沙地自然恢复草地及沙蒿、沙柳、沙蒿×沙柳(灌灌混交)、樟子松、沙柳×樟子松(乔灌混交)为研究对象,并以裸沙地为对照,分析不同植被恢复类型对0-5.0 m土层土壤剖面碳、水的影响及其相关性。[结果] (1)植被恢复增加土壤有机碳含量,沙柳×樟子松、樟子松、草地、沙蒿×沙柳、沙柳、沙蒿依次降低,0—0.2 m土层显著高于深层,表现为表聚效应;随着土层深度的增加,各植被类型的有机碳含量逐渐降低;沙蒿、沙柳、沙蒿×沙柳在0.8—2.2 m土层范围内表现为碳损失。(2)不同植被恢复类型在深层均存在不同程度的水分亏缺,主要集中在1.0—3.0 m土层,具体亏缺程度为沙柳×樟子松＞樟子松＞沙蒿×沙柳＞沙柳＞草地＞沙蒿。(3)根系是影响土壤有机碳含量和水分消耗的主要因素;土壤有机碳含量与土壤含水量在0—5.0 m土层范围内负相关。[结论] 植被固存有机碳以消耗深层土壤水分为代价,沙柳×樟子松固定同等单位量的碳消耗水分最少。因此,从土壤固碳和保水2个角度同时考虑,沙柳×樟子松在毛乌素沙地的植被恢复中具有较好的恢复效果。     

毛乌素沙地常见灌木单株对土壤风蚀的影响

选取沙蒿、柠条、杨柴3种灌木单株为研究对象,对其周围风速及输沙量进行观测,应用空气动力学原理分析这3种植物单株对土壤风蚀的作用,结果表明：1）在春季植株尚未展叶的时期,相似横截面的3种单株,透风系数小的沙蒿植株比其他植物的防风阻沙作用显著,且防护距离最大;2）不合理的配置格局会导致灌丛之间形成的流场空间产生狭管效应,加重土壤的风蚀,今后的植被建设中,植株要进行合理的配置,才能使其产生更好的防护效果。     

毛乌素沙地西南缘不同土地利用类型土壤颗粒分形特征

为揭示毛乌素沙地西南缘农田、荒地、草地、灌丛沙堆和林地等土地利用类型的土壤分形特征与防风固沙效果的关系,采用野外取样与室内粒度分析相结合的方法,分析了该区5种土地利用类型的土壤颗粒粒径分布、分形维数以及土层深度与分形维数间关系。结果表明:(1)草地、灌丛沙堆以及林地的土壤粒度组成以极细沙、细沙和中砂为主,耕地和荒地则以粉粒和细砂为主;(2)研究区不同土地利用方式的土壤粒径分布和分形维数差异明显,荒地>农田>灌丛沙堆>草地>林地,随土层深度增加,林地分形维数值减小,草地分形维数值增大,荒地、农田和灌丛沙堆分形维数值变化不大;(3)分形维数与<100 μm和>100 μm粒径含量分别呈显著正相关和负相关,其大小由<100 μm的极细砂粒和粉粒含量决定。研究区内5种土地利用类型土壤颗粒粒径分布与分形维数差异显著,这综合反映出在不同植被效应与人为耕作后,土壤的颗粒组成会发生明显变化。研究结果可为毛乌素沙地西南缘防沙治沙以及土壤恢复提供理论依据。     

长期施肥土壤不同粒径颗粒的固碳效率

【目的】探讨不同施肥措施土壤有机碳在不同粒级颗粒中的分配及变化情况,可揭示各级颗粒中有机碳与外源有机碳输入之间的定量关系。【方法】依托南方红壤连续20年长期定位施肥试验,依据外源有机碳累积输入梯度选择不施肥(CK)、氮磷钾化肥配施(NPK)、氮磷钾化肥与秸秆配施(NPKS)、轮作条件下氮磷钾化肥与有机肥配施(NPKMR)、氮磷钾化肥与有机肥配施(NPKM)、单施有机肥(M)、增量氮磷钾化肥与增量有机肥配施(1.5NPKM)7个处理,并采用物理分组方法将土壤颗粒分为砂粒(53~2000μm)、粗粉粒(5~53μm)、细粉粒(2~5μm)和粘粒(2μm)4个组分。【结果】与不施肥相比,长期施肥均能显著增加土壤总有机碳及各级颗粒中的有机碳的储量,其中以施用有机肥的效果最明显。不同施肥处理各级颗粒中以粘粒的有机碳储量最高,平均为16.26 t/hm~2。施用有机肥和秸秆还田均能显著增加砂粒中有机碳的分配比例,降低粘粒有机碳的分配比例而对粗粉粒和细粉粒无显著影响。土壤砂粒所占的质量百分比及其与粗粉粒、细粉粒和粘粒的比值均与粗粉粒、细粉粒和粘粒组分中有机碳的浓度呈显著正相关关系表明小颗粒(粗粉粒、细粉粒和粘粒)中有机碳的固持和富集促进了大颗粒(砂粒)的形成与稳定。各级颗粒之间,施用有机肥处理的土壤粘粒组分的固碳速率最快,为0.29~0.52 t/(hm~2·a),其次为砂粒[0.30~0.40 t/(hm~2·a)]而粗粉粒和细粉粒的固碳速率基本相当为0.09~0.16t/(hm~2·a)。分析结果还表明土壤总有机碳及各级颗粒有机碳与外源有机碳的输入呈显著正线性相关关系,其中土壤总固碳效率为10.57%而各级颗粒之间,粘粒和砂粒组分的固碳效率(4.25%和3.60%)相当于粗粉粒和细粉粒(1.73%和1.00%)的2倍以上。【结论】南方红壤各级颗粒中有机碳均没有出现饱和现象,有机碳主要在土壤粘粒和砂粒组分中富集,细颗粒中有机碳的富集会促进大粒径土壤颗粒的形成而粘粒是土壤固碳效率最重要的矿物颗粒组成部分。表明长期配施有机肥不仅是红壤有机质提升的重要措施,也是改善红壤结构的重要途径。     

PLA平铺沙障对沙丘土壤颗粒分形特征的影响

采用室外调查与室内分析相结合的方法,统计分析了毛乌素沙地PLA沙障铺设5年后的土壤颗粒粒径组成、分形维数及其与土壤砂粒(0.05 mm)、粉粒(0.05~0.002 mm)和黏粒(0.002 mm)含量的之间的关系。结果表明:研究区沙物质颗粒主要以粒径大于0.05 mm的细沙、极细沙为主。设置PLA沙障后,导致沙丘中粗沙含量减少,黏粒物质增加。沙障规格对土壤分形维数的影响表现为规格越小,土壤分形维数越大。沙丘表层分形维数与砂粒含量(0.05 mm)呈极显著的负相关关系,而与黏粒含量呈极显著的正相关关系。该地区颗粒分形维数的临界粒径为0.05 mm粒径物质,低于0.05 mm的颗粒含量越多,分形维数越高,反之则越低。设置PLA沙障后,黏粒物质聚集和沙粒物质的降低共同导致分形维数的增加。     

毛乌素沙地地膜—地布覆盖下土壤水势动态

在毛乌素沙地东南缘风沙滩区进行为期1年的野外连续定位观测试验,设置3组覆垄沟渗处理,即地膜加防草地布覆垄(MB)、防草地布覆垄(DB)和无覆垄空白对照(CK)。利用MPS-6水势温度传感器监测沟表下5,15,30 cm深度30 min间隔的土壤水势和土壤温度。结果表明:(1)3组处理的土壤水势日变化均呈现余弦曲线变化特征,在5 cm土层处土壤水势日变幅较大,土壤水势值为-600～-120 kPa,呈MBCKDB;在15 cm土层处,土壤水势较高且变幅较小,变化在-180～-90 kPa,呈DBCKMB;在30 cm土层处,土壤水势保持基本稳定,MB与DB处理的水势较高,稳定在-100 kPa左右,CK较低,稳定在-285 kPa左右;(2)土壤水势年内变化存在2个低谷,主要发生在土壤水处于冻结状态的冬季和蒸发强烈的夏季;3组处理土壤水势年均值表现为:5 cm处,MBCKDB;15 cm处,DBCKMB;30 cm处,MB=DBCK,主要原因是覆盖条件下,白天土壤积温较高,夜间向上的温度梯度大,15 cm处土壤水分上移速度较快,地表膜布下积水,无膜布则蒸发,故表现为地表以下5 cm处MB水势较大,15 cm处水势较小;同时,MB条件下降雨入渗量最大,表层水分大;30 cm处MB和DB条件下,水势近似相同,但都大于裸地,主要原因是该地区降雨量较小,大部分降雨在无覆盖条件下不能下渗至30 cm处;(3)3组处理在0—30 cm土层,冻融期土壤水势受大气相对湿度及风速影响较大,非冻融期土壤水势受风速影响最大,其次是大气温度与相对湿度。试验表明5 cm土层MB保湿效果更好,而15 cm土层DB的保湿效果更好,30 cm土层MB和DB条件下水势接近,此结果可为沙漠地区固沙和植被恢复提供参考。     

毛乌素沙地风沙土粒径和矿物组成对固定态铵含量的影响

固定态铵是土壤氮素的一种重要形态,对植物生长具有十分重要的作用;然而,风沙土中固定态铵的含量及其影响因素目前并不清楚,限制着对沙地土壤肥力来源及其维持机制的认识。该研究测定了毛乌素沙地裸沙地、沙柳(Salix psammophila)和油蒿(Artemisiaordosica)林地风沙土固定态铵的含量,并分析了土壤粒径及矿物组成对其的影响。结果显示,1)研究区土壤固定态铵平均含量为18.63 mg/kg,占土壤氮库的8.77%,不同植被下土壤中固定态铵含量存在明显差别,油蒿林地土壤固定态铵含量(23.03±1.88mg/kg)显著高于裸沙地(16.63±0.61mg/kg)和沙柳林地(16.82±1.25 mg/kg);2)风沙土粒径组成与固定态铵含量显著相关,粒径越细,固定态铵含量越高,粒径越粗,含量越低;3)风沙土矿物组成与固定态铵含量间无显著关系。研究表明,毛乌素沙地风沙土中固定态铵含量取决于土壤物理构成而非矿物化学组成,植被主要通过影响粒径组成而影响其含量。固定态铵是荒漠土壤肥力的重要组成部分,通过合理的植被建设增加土壤细粒物质,有利于提高固定态铵含量,对土地荒漠化治理和生物生...     

毛乌素沙地樟子松和油松人工林光合生理特性

利用Li-6400便携式气体分析系统,在自然条件下对毛乌素沙地腹地樟子松和油松人工林生长季叶片气体交换、水分利用效率及相关环境因子进行测定,同时探讨了影响樟子松、油松光合速率的内外因素。结果表明:生长季内毛乌素地区油松和樟子松的光合速率、蒸腾速率都表现出一定的日变化规律,都呈单峰型变化曲线;6月、7月、8月针叶树水分利用效率曲线呈下降趋势,上午时段的水分利用效率明显高于下午时段的水分利用效率。5月和9月针叶树水分利用效率日变化呈"W"型曲线,樟子松水分利用效率生长季均值为3.63μmolCO2/mmolH2O,油松水分利用效率生长季均值为3.22μmolCO2/mmolH2O,樟子松的水分利用效率始终高于油松。樟子松的净光合速率主要受光合有效辐射、气孔导度和胞间CO2浓度的影响,限制油松净光合速率的主要因子是光合有效辐射PAR和气孔导度。     

毛乌素沙地治理的新模式

通过对毛乌素沙地自然环境特征深入分析,结合前人治沙经验,提出了一种适用于毛乌素沙地的兼具生态和经济双重效益的沙地治理新模式。该模式的构建思路是将沙地推平后通过混合黄土或者其它改良剂改善沙地的立地条件,建设防护林或者种植植被固定沙地,通过打井浇水保证固沙植被的成活率,待沙地固定后进行综合利用。该模式主要适用于水资源有保障的城镇周边和道路沿线地区。随着区域经济实力的增加和土地资源的日益稀缺,本模式具有广阔的应用前景。     

林分密度对毛乌素沙地樟子松人工林林分结构和林下植被的影响

[目的]研究不同密度下,樟子松人工林林分结构和林下物种多样性的变化,以期为毛乌素沙地以樟子松为建群种的植物固沙模式提供理论依据。[方法]以毛乌素沙地榆林地区5种不同密度25a生樟子松人工林为研究对象,采用样方调查和测试分析法,探究樟子松人工林林分结构和林下物种多样性随林分密度的变化特征。[结果]樟子松人工林密度与平均胸径呈幂函数递减关系,与高径比呈显著的线性正相关关系。樟子松人工林林下共出现植物8科13属16种。草本以禾本科的狗尾草为优势种,草本丰富度、多样性指数随着密度的不断减小,表现出明显的增加趋势。林分密度与物种丰富度指数、多样性指数呈显著的负相关关系,Shannon多样性指数对密度变化最为敏感。[结论]毛乌素沙地樟子松人工林的林分密度与林分结构、林下物种多样性的相关关系十分显著,可以将林下物种多样性指数作为衡量林分密度是否合理的参考指标。     

毛乌素沙地杨柴灌木林土壤水分对不同降雨格局的响应

[目的]研究不同降雨格局下,土壤水分的动态变化特征,对判断群落结构的稳定性和为群落结构进行优化调控提供理论依据.[方法]选择毛乌素沙地典型飞播杨柴灌木林地不同深度土壤为研究对象,使用Watchdog自动水分监测系统连续监测不同深度土壤水分含量动态变化,研究不同降雨事件下10,30,50,70,90和110 cm土层水分...     

不同坡位条件对毛乌素沙地长柄扁桃林地土壤水分的影响

[目的]揭示半干旱区固定沙丘不同坡位条件下土壤水分空间变化规律,为固定沙丘土壤水分合理利用提供决策依据。[方法]在毛乌素沙漠东南缘陕西省神木市生态协会毛乌素治沙造林基地,以固定沙丘12 a龄人工长柄扁桃林地为研究对象,建立土壤水分定位观测小区,使用CNC503DR型中子仪对2018年7—10月0—300 cm土层土壤水分进行测定,并分析不同坡位条件下长柄扁桃林地生长季土壤水分时空变化特征。[结果](1)坡顶与坡上0—300 cm土壤剖面含水量随土层深度的增加呈先增加后减小,之后趋于稳定的变化趋势,而坡中(上、下)与坡底表现为类似S形的变化规律,土壤含水量表现为:坡底坡中(上)坡上≥坡顶坡中(下);(2)坡底土壤含水量表现出强变异性,其他4种坡位条件下为中等变异;(3)不同坡位条件下蒸散发表现为:坡底坡顶坡中(下)坡上坡中(上),坡上属强变异,而坡底则表现出中等变异且变异系数最小。[结论]不同坡位条件对固定沙丘土壤水分及蒸散耗水具有重要影响,坡底土壤含水量及蒸散发量均最大,且具有较强的不稳定性。     

毛乌素沙地飞播造林植被恢复过程土壤酶活性的变化

以内蒙古自治区毛乌素沙地飞播造林地为对象,研究了不同植被恢复年限样地土壤酶活性的变化。结果表明:经过17 a的植被恢复,土壤表层（0—10 cm）脲酶、蔗糖酶和磷酸酶显著增加,土壤过氧化氢酶活性在植被恢复初期上升趋势明显;土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性与土壤养分之间有一定的正相关性,而这种相关性在土壤表层（0—10 cm）中要强于中下层（10—40 cm）;土壤表层（0—10 cm）土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶三种水解酶之间呈极显著相关（p < 0.01）。表明毛乌素沙地飞播造林植被恢复过程中土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性的增强和土壤养分的改善相互促进,土壤酶活性能在一定程度上能反映沙地植被恢复过程中土壤肥力水平,沙地表层土壤中氮素的转化、多糖的转化和有机磷的转化之间关系密切并且相互影响。     

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。     

毛乌素沙地采煤塌陷区土壤水分空间变异研究

探讨毛乌素沙地采煤塌陷区土壤水分空间分布及变异特征,为矿区生态恢复提供理论依据。通过线性取样方式,采用经典统计与地统计学方法,研究了塌陷区及非塌陷区(对照)沙丘典型位置0—100cm范围内土壤水分空间分布特征及变异规律。结果表明:非塌陷区(对照)沙丘典型位置纵横向各层次的土壤水分变化,其概率曲线分布均为正态分布,符合毛乌素沙地常规沙丘土壤水分时空变化特征,而采煤塌陷2年后,其纵横向各层次土壤水分的变异程度差异较大,土壤水分流失严重,比对照沙丘减小了近10%~30%,标准差变化在0.54~1.05,比非塌陷区(对照)增大了52.08%,正负偏离程度大于1的概率超过50%,变异系数变化在0.14~0.28,比非塌陷区(对照)增加80%;采煤塌陷后各层次土壤水分均值、标准差、方差及变异系数都有很大变化,尤其对中层(30—70cm)的土壤水分影响最大,而对表层(0—20cm)和下层(80—100cm)土壤水分影响不明显。采煤塌陷区纵横向各层次土壤水分离散程度大大提高,增强了土壤水分的空间变异。     

毛乌素沙地南缘生态过渡带植被和土壤的特性

对毛乌素沙地南缘生态过渡带流动半流动沙丘、固定半固定沙地、盐化丘间低地和缓坡丘陵梁地4种不同生境植被和土壤特性进行了研究,以探讨毛乌素沙地南缘沙漠化现状。结果表明,从缓坡丘陵梁地,经盐化丘间低地、固定半固定沙地到流动半流动沙丘,植被总盖度、草本植物盖度、物种丰富度均呈下降趋势;植被组成中多年生草本植物逐渐减少,一年生草本植物及沙生灌木、半灌木逐渐增加。土壤含水量为流动半流动沙丘〈固定半固定沙地〈缓坡丘陵梁地〈盐化丘间低地。土壤黏、粉粒及有机质、全氮等养分含量总体为由缓坡丘陵梁地到流动半流动沙丘逐渐降低,砂粒含量逐渐增加。pH和可溶性盐含量无明显变化规律。总体上看,该地区植物群落多以耐瘠薄性强的植物组成,一年生植物比例较高,植被不稳定,土壤组成主要以砂粒为主。土壤含水量低,养分贫瘠,环境脆弱,易产生风蚀、沙化。     

毛乌素沙地东南缘沙漠化过程中土壤理化性质分析

采用空间代替时间的方法,对毛乌素沙地东南缘沙漠化过程中土壤理化性质变化进行了分析.结果表明,沙漠化过程中土壤理化性质呈规律性变化,随沙漠化程度的加剧,土壤黏粒含量、含水量、有机质、有机碳和全氮含量减少,土壤砂粒含量、容重和C/N增加,土壤质量下降;相关性分析结果表明,容重和C/N比与各指标呈负相关关系,其余各指标间呈正相关关系,其中容重与有机质、全氮含量之间以及有机质与全氮含量之间存在极显著相关性,黏粒含量与含水量、容重、有机质和全氮含量之间存在显著相关性,含水量与容重、有机质和全氮含量之间也存在显著相关性,说明沙漠化过程中土壤各组分之间存在着密切的内在联系.