毛乌素沙地固沙林枯落物—土壤连续体生态化学计量特征

为揭示不同固沙林模式恢复过程中主要养分含量变化关系与差异特征。以榆林毛乌素沙区半固定沙地以及恢复25~56年的人工灌木和乔木林地为对象,测定和分析从枯落物层到腐殖质层,再到矿质土层碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比随恢复年限和连续体剖面的动态变化特征及相关关系。结果表明:不同恢复年限2种林地C、N、P含量及其化学计量均表现为枯落物层＞腐殖质层＞矿质土层。但随林地恢复年限延长,2种林地枯落物、腐殖质及矿质土层C含量均显著增加,到恢复56年时,分别比半固定沙地平均增加1.76,35.70,6.45倍;P含量在腐殖质层和矿质土层中显著增加,平均增幅分别为1.67,2.11倍;N含量仅在矿质土层显著增加,平均增幅为4.16倍。2种林地化学计量变化则表现为,随恢复年限延长,腐殖质层C∶N呈显著增加趋势,到恢复56年时,比半固定沙地平均增长18.6倍;N∶P只在灌木连续体中显著增加,C∶P未显著变化。相关分析表明,2种林地连续体各层间C含量均达到极显著正相关,矿质土层C与N、P之间也呈极显著正相关,腐殖质层C∶N、C∶P与矿质土层C∶P均呈极显著正相关。综上,榆林毛乌素沙地植被恢复过程中,枯落物—土壤连续体C含量为协同增长,N、P含量仅在矿质土层中增长明显,C∶P是连续体中相对平衡稳定的化学计量特征。     

人工樟子松林对毛乌素沙地土壤颗粒组成和固碳效果的长期影响

[目的]探讨人工樟子松林对毛乌素沙地土壤颗粒组成和固碳的长期影响,为综合评价沙地植被恢复的生态环境效应提供科学依据。[方法]选择毛乌素沙地东南缘人工栽植21,36和56 a的樟子松林和流沙地为采样地,对0—30 cm的土壤进行了分层取样分析,以探讨人工林建设对半干旱荒漠区土壤颗粒组成及不同粒级含碳量的长期影响。[结果]随着栽植年限的增加,土壤颗粒呈逐渐细化的趋势,且表层(0—5 cm)细颗粒含量均高于下层(5—30 cm)。造林后土壤有机碳(SOC)和无机碳(SIC)含量均显著增加,最高值分别是流沙地的4.90倍和4.32倍;栽植年限对SOC含量和土壤有机碳密度(SOCD)的影响大于SIC含量和土壤无机碳密度(SICD)。相对于流沙地,各粒级SOC,SIC含量均在栽植56 a样地增幅最大,且均在细砂粒组分中增幅最大。团聚体和粉黏粒有机碳含量与土壤总有机碳含量之间存在显著的线性相关关系(p0.01),粗砂粒和粉黏粒有机碳对总有机碳的贡献率和粉黏粒无机碳对总无机碳的贡献率较为显著(p0.05)。[结论]随着樟子松栽植年限的增加,土壤团聚体、粉黏粒含量和土壤固碳能力均显著提高。     

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。     

毛乌素沙地生态修复现状、问题与对策

风沙危害是毛乌素沙地面临的最为严重的生态环境问题之一,搞好本区的生态修复工作具有重要的意义。系统分析了本区风沙化土地生态修复的制约因素以及生态修复现状中存在的问题,提出了本区今后生态修复的4条对策:一是遵循自然规律;二是学习、总结并推广治沙经验;三是采用高科技,提高生态环境建设的科技含量;四是加强法制建设。     

固沙林恢复土壤酶化学计量特征与养分限制效应

[目的]探究土壤胞外酶及酶化学计量比对沙漠化土地植被恢复过程的响应特征及其养分限制效应,可深入揭示人工固沙林重建植被过程养分转化能力与机理。[方法]基于时空替代法,以榆林毛乌素沙区的半固定沙地为(0 a)对照、选择恢复25～56 a灌木与乔木固沙林时间序列样地,测定分析了0—10 cm和10—20 cm土层的胞外酶活性、酶生态化学计量的演变特征及其限制微生物养分需求效应。[结果]随着植被恢复年限增加,两种林地土壤β-葡萄糖苷酶(BG)、β-1,4-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、亮氨酸氨肽酶(LAP)和碱性磷酸酶(AP)活性在不同土层均呈显著升高趋势。但酶活性的不均衡变化也显著改变了土壤酶化学计量特征,56 a植被恢复过程中,土壤酶C∶N,C∶P,N∶P呈增加趋势。土壤胞外酶化学计量比也表明植被恢复期间微生物生长受N限制显著增加,P限制并不明显,仅在乔木林恢复25 a时10—20 cm土层中出现P限制。[结论]固沙林植被恢复显著提升了土壤酶活性,增强了土壤碳氮代谢的能力,且在恢复过程中土壤微生物活动主要受到N养分的限制。     

毛乌素沙地新垦地土壤风蚀特征

为了理解近期沙地农业开发的土壤风蚀风险及其对区域沙漠化的影响。该文对毛乌素沙地灌丛沙堆地、沙质草地以及耕地不同位置进行了多组风沙同步观测,并对所收集的沙物质进行粒度分析。结果表明:草地与灌丛地被开垦为耕地后,土壤风蚀强度成倍数增长。在可蚀性颗粒充足的耕地,输沙率顺风向趋于增加的同时,随高度的增加,输沙率在0～10 cm高度内以指数函数规律递减,在10～20 cm高度内以幂函数规律递减;总输沙率与风速呈较好的幂函数关系,侵蚀模数约为9 657 t/(km²·a)。该文认为,新垦地的出现对区域沙漠化具有重要影响,其面积应作为评价区域沙漠化的重要指标;减小裸露耕地面积,建立防风固沙林,保留一定高度的留茬,可有效控制新垦地的土壤风蚀问题。     

毛乌素沙地植被物候变化及其对气候变化的响应

[目的]分析植被物候时空变化特征及其对气候变化的响应,为区域荒漠化土地治理以及退化生态环境的恢复重建工作提供理论依据。[方法]以毛乌素沙地为研究区,基于2000—2019年的MODIS NDVI数据,采用双逻辑函数法拟合植被生长曲线,利用动态阈值法提取植被生长开始日期(SOS)、生长季结束日期(EOS)和生长季长度(GSL)3个物候参数,利用Theil-Sen Median和Mann-Kendall方法对物候进行趋势分析,并利用相关性分析及F检验方法研究物候与气候的关系。[结果](1) SOS呈提前趋势,平均提前0.7 d/a, EOS变化趋势不明显,GSL呈延长趋势,平均延长0.65 d/a。(2)SOS的多年均值主要集中在一年中的第90—140 d,在空间上由东到西逐渐推迟,EOS的多年均值主要集中在第300—330 d,空间上由南向北逐渐提前,GSL多年均值集中在第180—250 d,空间上由东到西逐渐缩短。(3)植被SOS与春季累计降水量、3—4月降水量呈负相关的区域面积分别为90.81%,83.85%和61.70%,与春季季前平均温度、3—4月平均温度呈负相关的区域面积为58...     

毛乌素沙地南缘沙丘生物土壤结皮发育特征

生物土壤结皮广泛分布于干旱和半干旱区,它的形成和发育对荒漠生态系统生态修复过程产生重要的影响。采用野外调查、测定和室内分析相结合的方法,对毛乌素沙地南缘沙丘生物土壤结皮发育特征进行研究。结果表明:不同地貌部位生物土壤结皮的厚度、各类型结皮盖度、机械组成和结皮及其下层剖面土壤容重均发生不同程度的变化。生物土壤结皮的发育对不同地貌部位具有一定的选择性,丘顶微生物结皮少量分布,迎风坡以浅灰色的藻类结皮为主,背风坡以黑褐色的藻类结皮为主,丘间地以苔藓结皮为主。不同地貌部位结皮层微生物总数存在较大差异。不同发育阶段生物土壤结皮的优势成分不同,表现出明显的阶段性特点,其形成和发育是生物过程和非生物过程的统一。     

风沙黄土区排土场不同植被类型下土壤生态化学计量特征

[目的]准确评价风沙黄土区露天矿区排土场不同植被类型下土壤改良效益，并揭示其植被恢复的养分限制性，进而为该区生态重建与环境改善构建高效的植被恢复模式提供理论依据。[方法]选取鄂尔多斯武家塔排土场乔、灌、草3种植被类型的10种恢复模式的土壤为研究对象，以新排土为对照，开展其土壤有机碳、全氮和全磷与其化学计量特征及关系的研究。[结果]风沙黄土区排土场土壤有机碳、全氮、全磷含量变化分别为0.62～18.60 g/kg, 0.09～0.36 g/kg和0.04～0.21 g/kg,其中乔、灌林地的土壤有机碳、全氮养分含量显著高于新排土(p≤0.05),乔木林地的全磷含量显著低于其他3种样地(p≤0.05);在土层垂直剖面，3种植被类型的土壤养分均表现为表层富集性，灌木林地的土壤全氮含量在不同土层均表现最高，乔木林地土壤有机碳平均含量最高，草地的全磷平均含量最多。土壤C/N在不同植被类型间无显著差异(p>0.05),土壤C/P和N/P受植被类型的影响较大，均表现为乔木林地>灌木林地>草地>新排土；在土层垂直剖面，C/N整体呈现增大的变化趋势，N/P先减小后增大的趋势。土壤...     

毛乌素沙地几种灌木生长季土壤水分动态特征

土壤水分是影响沙漠植物生长的主要因素之一,该文以毛乌素沙地3种灌木为研究对象,分析了其生长季土壤水分变化特点,并采用Brownl-Forsythe检验方法比较几种灌木覆盖下土壤表层(0-20 cm)水分含量与裸沙地的差异.结果表明:土壤水分的变化受到根系深度和降雨特征的影响较大.不同灌木地下30-50 cm处土壤水分含量波动明显,是由于根系吸水导致.2004年灌木地土壤含水量在8月最大,而2005年为7月底最大,是由于降雨特征不同导致.油蒿与裸沙地土壤表层含水量差异显著(sig=0.04<0.05),而沙地柏、杨柴与裸沙地土壤表层含水量差异不显著(Sig值分别为0.239和O.308,均大于0.05),即油蒿对保持沙地土壤表层水分含量效果显著.     

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。     

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。     

毛乌素沙地煤矿开采对植被景观的影响

毛乌素沙地气候干燥,水资源短缺,生态环境十分脆弱,对各种人为扰动极为敏感。该地区煤炭资源的开采势必会增加当地环境负担,使得生态环境恶化。以陕西省神木县大保当煤矿为例,通过实地调查,在查明自然植被种类、类型和分布的基础上,借助地理信息系统技术与地表沉陷预测模型,对煤矿开采造成的植被景观格局变化进行了预测,并分析了斑块数、形状指数、多样性指数等指标。结果表明,煤矿开采后矿区景观破碎度上升,斑块形状复杂化,景观异质性降低,植被生物量减少。矿区植被类型发生变化,原先以叉子圆柏(Sabina vulgaris)、北沙柳(Salix psammophila)、斜茎黄耆(Astragalus adsurgens)为优势种的灌木丛向以黑沙蒿(Artemisia ordosica)为优势种的灌草丛转化。从矿区整体变化程度来看,煤矿开采对区域自然生态系统存在一定的干扰,但未造成其根本性改变,自然生态系统仍存在一定的恢复和调控能力,应采取一系列生物与工程措施引导矿区生态环境向可持续方向发展。     

电场处理对毛乌素沙地沙生植物抗逆性影响的研究进展

随着国家西部大开发战略的实施,沙漠治理工作再次受到社会各界的重视。在国家自然科学基金的资助下,自2002年以来,将电场技术应用于毛乌素沙地沙生植物抗逆性研究中,结果表明,恰当的电场处理更有利于种子的萌发及苗的生长,增强了其抗旱抗寒能力。对这些进展作了一些总结并展望了今后的研究前景。     

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。     

毛乌素沙地表土粒度特征及其空间变异

沙漠化土地表土粒度条件研究对于区域土地利用与恢复以及防控土壤风蚀沙化具有十分重要的意义。通过对毛乌素沙地表土粒度测定,采用矩法计算粒度参数,研究毛乌素沙地的表土粒度特征。结果表明：沙地内部各种土地类型的表土粒度主要集中于砂粒段（1000～50μm）,含量为41．22％～97．63％,粉砂粒（50～2μm）含量为0—51．61％,黏粒（〈2μm）含量为2．71％～10．38％;半固定沙丘和移动沙丘的平均粒径值分别为145．491和157．563μm,较为接近,处于各种土地类型的较低状态;固定沙丘与耕地的平均粒径值分别为128．782和118．175μm,居于中间状态;草地和林地的平均粒径值分别为94．667和108．819μm,颗粒级配较为细小;土地类型中以移动沙丘的粒度组成最为粗化。移动沙丘和半固定沙丘分选较好,表现出极强的正偏和较尖的峰值;耕地、林地、草地也表现出正偏,但其偏移值较小,峰值也较为平缓。毛乌素沙地不同土地类型间粒度特征值存在明显差异,充分表明不同土地类型受风蚀作用的差异性和风蚀作用的阶段性。从不同土地类型表土粒度的空间变异来看,毛乌素沙地表层土壤平均粒径存在比较明显的由东北向西南逐渐变细的空间变异规律。     

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。     

不同初植密度樟子松人工林对毛乌素沙地南缘土壤粒度特征的影响

探讨樟子松人工林林下土壤粒度特征随林分密度的变化及影响,以陕西省榆林市珍稀沙生植物保护基地内8个密度梯度(925~2 700株/hm~2)的沙地樟子松人工林为研究对象,分别采集0—20,20—40cm土层土壤样本,测定土壤粒度组成,计算并分析平均粒径、标准偏差、偏度、峰态值和分形维数。结果表明:研究区各层土壤粒度组成以砂粒为主,其次是粉粒、黏粒;粒度特征整体呈现粒径较粗、分选较差、偏度正和峰态为中至窄的特点,土壤分形维数分布于1.422~2.084之间;樟子松林林下各层土壤平均粒径和分形维数均大于裸沙地,且随着林分密度的增加,平均粒径和分形维数均呈现递增趋势,而樟子松林林下各层土壤偏度均小于裸沙地,且随着林分密度的增加,呈现递减趋势,说明土壤细粒物质在樟子松林的长期保护下逐渐恢复,并且表层土壤恢复速度大于下层土壤;同时,随林分密度的增大,标准偏差和峰态值没有明显的规律,土壤颗粒的粗细分配变化不稳定,说明林分密度因素不足以致使土壤颗粒的粗细分配朝良好趋势发展。