宁夏毛乌素沙地油蒿群落结构特征

在流动、半固定、固定沙地上选取典型样地,对毛乌素沙地油蒿群落的种类组成及其生态类型结构进行调查。结果表明,油蒿群落分为灌木层和草本层。灌木层以油蒿为主,伴有花棒、羊柴等,油蒿高度在0．51～0．62m,并且呈明显的集群分布;草本层种类稀少,共有11种,隶属9科10属,以菊科、禾本科为主;样地有3个植被分布区型,其中蒙古一华北区型种类最多（45．5％）,其次为蒙古-东北-兴安-华北区型（36．4％）,蒙古-东北-华北分布区型种类最少（18．2％）;3个水分生态类型中,旱生植物最多（54．5％）,中旱生的和中生的分别占36．4％和9．1％;在4个生活型中,地面芽植物最多,占36．4％。     

毛乌素沙地杨柴和黑沙蒿灌丛土壤水分状况及水量监测

【目的】研究毛乌素沙地杨柴和黑沙蒿灌丛的土壤剖面水分状况和土壤水分消耗与平衡方式。【方法】以该区的杨柴灌丛、黑沙蒿灌丛、杨柴-黑沙蒿混生灌丛为研究对象,采用TDR法对土壤剖面监测水分,灌丛水量平衡方程计算土壤水分收支比。【结果】(1)0~300 cm土壤剖面水分含量随着土壤深度的增加先降低后升高,根据土壤剖面水分时空变化将土层大致分为速变层(0~40 cm)、活跃层(40~100 cm)、次活跃层(100~200 cm)和稳定层(200~300 cm)。速变层受降雨影响较大,在强降雨后,速变层不同样地土壤剖面出现多个“高水分中心”,稳定层土壤水分受植被生长影响较大,杨柴灌丛与混生灌丛土壤剖面出现多个“低水分中心”。(2)不同灌丛化样地对降雨的响应方式不同,裸地与杨柴灌丛对降雨的响应方式为脉冲式响应,混生灌丛与黑沙蒿灌丛对降雨的响应方式为延迟聚积式响应。(3)土壤活跃层(40~100 cm)土壤水分含量在趋势为黑沙蒿灌丛>杨柴-黑沙蒿混生灌丛>裸地>杨柴灌丛,在次活跃层(100~200 cm)土壤水分含量趋势为黑沙蒿灌丛>杨柴-黑沙蒿混生灌丛>杨柴灌丛>裸地,在稳定层(200~300 cm)水分土壤水分含量趋势为裸地>黑沙蒿灌丛>杨柴灌丛>杨柴-黑沙蒿混生灌丛。(4)2019年样地贮水变化量由大到小为黑沙蒿灌丛>杨柴-黑沙蒿混生灌丛>裸地>杨柴灌丛,黑沙蒿灌丛为积累水分型的灌丛,2019年共累积124 mm的降雨;混生灌丛为平衡水分收支型的灌丛,一部分水分进行贮藏另一部分进行蒸散;裸地与杨柴样地都为消耗水分型,蒸散量与全年降雨量大致相等。【结论】杨柴灌丛水分出现负平衡,大气-植被-土壤间的水分不能闭合循环,随着时间尺度增长,土壤水分的植被承载力达到极限,黑沙蒿群落合理的水分平衡策略驱动了杨柴群落向黑沙蒿群落的演替。     

毛乌素沙地东南缘沙柳群落种子库特征研究

土壤种子库是毛乌素沙地生态系统的重要组成部分,对区域植被演替与高质量恢复具有重要意义。采用野外调查与室内种子萌发试验相结合的方法,分析毛乌素沙地东南缘沙柳群落土壤种子库的物种组成、萌发特征及其与地上植被的物种相似性。结果表明:1）沙柳群落种子库拥有13种,11属,7科,其中小画眉草、虫实和早熟禾占比分别为32.20%、24.6%和16.4%。2）沙柳群落种子库物种易萌发,试验发现,土壤种子库萌发时滞1~2 d,萌发历时24~39 d,7 d内50%的种子萌发,14~17 d 90%的种子萌发。多样性高（Margalef丰富度指数D为2.303,Shannon-Wiener多样性指数H′为1.896,Pielou均匀性指数J为0.739,Whittaker β多样性指数为13）。3）土壤种子库Czekanowski 群落相似性系数为0.571,适宜通过土壤种子库来辅助沙柳群落的植被建设。期望为毛乌素沙地植被高质量建设提供科学支撑。     

毛乌素沙地黑沙蒿花粉传播动态及其与气象要素的关系研究

于2020年8月2—4日（黑沙蒿盛花期）,采用重力玻片法,对其三维空间花粉传播日变化规律进行监测,每3 h监测1次,连续监测3 d。结果表明：在黑沙蒿盛花期的24 h内,花粉量日变化动态可用一元三次函数描述,02：00—03：00时花粉量最少,14：30—15：00时最多,具有单峰性和爆发性;在空间变化上,当地盛行风上风端花粉数显著少于下风端,南方位最少,显著少于下风端北方位,且3 m高处显著少于1 m处。花粉量与气温极显著正相关（P < 0.01）、与相对湿度极显著负相关（P < 0.01）、与风速呈正相关。通径分析表明,气温是影响花粉传播的主导因子,风速次之,相对湿度最小。因此,通过生态或生物措施营造一个相对低风速、低气温及高湿度的局部小环境,将有利于降低黑沙蒿花粉的扩散和传播。     

毛乌素沙地油蒿群落冠层导度及影响因素

冠层导度(g_c)是影响植物蒸腾和光合作用的重要参数,对环境变化敏感。本研究利用涡度相关法于2015年5—10月对毛乌素沙地油蒿群落的潜热和显热通量进行连续观测,并同步观测空气温度(T_a)、相对湿度(RH)、光合有效辐射(PAR)、土壤含水量(VWC)、降雨(PP)等气象因子,结合Penman-Monteith的冠层导度逆转方程,了解g_c时间动态与变异机制。结果表明:研究区油蒿群落g_c日变化具有明显的季节差异,夏季(5—8月)g_c达到峰值的时间比秋季(9—10月)早约2 h,约在10:00左右达到峰值,比水汽压亏缺(VPD)和PAR的峰值分别提前3~4 h和1~2 h,秋季g_c在中午12:00达到峰值后直接下降。PAR、VPD均对g_c有显著的调控作用,PAR和VPD对g_c的调控阈值分别是1 200 μmol/(m2·s)和1.5 kPa,小于阈值呈正相关,大于阈值呈负相关。30 cm土壤含水量(VWC_30)是调控g_c的重要因子,当VWC_30大于0.16 m3/m3时,g_c与VWC_30呈正线性关系。在高的土壤含水量条件(VWC_30≥0.16 m3/m3)下,g_c对PAR和VPD的敏感性高于低土壤含水量(VWC_30 < 0.16 m3/m3)条件。结果表明,土壤水分是调节荒漠生态系统冠层导度的关键因子,研究结果为荒漠生态系统水文过程模型的建立提供重要参考。      

生物土壤结皮对毛乌素沙地油蒿群落土壤水分的影响

为进一步探究毛乌素沙地油蒿群落内结皮对土壤水分的影响,研究了结皮(地衣结皮和苔藓结皮)未受干扰和移除处理下的土壤水分入渗、蒸发及含水量状况。结果显示:1)两种结皮均对土壤水分入渗具有抑制作用,移除两种结皮后,土壤水分初渗速率、稳渗速率以及累积入渗量均显著增大(P < 0.05);2)结皮对土壤蒸发的影响与结皮类型及蒸发阶段有关,地衣结皮对整个蒸发过程中日蒸发量及蒸发总量无显著影响(P>0.05),而苔藓结皮对土壤日蒸发量的影响在模拟蒸发前期表现为抑制(第1~5天),后期表现为促进(第6~15天),但对总蒸发量的影响不显著(P>0.05);3)总体来看,地衣结皮覆盖区0~40cm土层含水量高于地衣结皮移除区,而苔藓样地规律则相反。从不同土层来看,相比于移除结皮,地衣结皮覆盖区40cm深度以上各层土壤含水量均较高,苔藓结皮覆盖区土壤含水量在5和10cm深度较高,20和40cm较低。研究结果表明,地衣结皮提高了油蒿群落土壤水分有效性,应对其进行保护;苔藓结皮降低了油蒿种群土壤水分有效性,却提高了浅根系草本土壤水分有效性,这是驱动油蒿群落演替的重要因素之一。研究在为毛乌素沙地油蒿群落提供水分管理依据的同时,也从土壤水分方面为该群落的演替提供一定解释。      

毛乌素沙地油蒿群落的物种组成与数量分类

通过对油蒿群落组成与特征的分析,发现油蒿群落占优势的科依次为菊科、禾本科、豆科和藜科;油蒿群落物种组成的生态-生活型特征明显,如地面芽植物较多,多年生草本植物所占的比重较大,旱生植物占重要地位,沙生植物占优势等.采用TWINSPAN分类方法将油蒿群落划分为5种类型:油蒿+沙米群落,油蒿+虫实、沙米群落,油蒿+以沙生植物为主的杂类草群落,油蒿+杂类草、禾草群落,油蒿+以中生植物为主的杂类草群落.沿油蒿+沙米群落到油蒿+以中生植物为主的杂类草群落盖度逐渐增大,物种组成逐渐增加,群落分布的地貌类型从流动沙地、半固定沙地向固定沙地演变,可以认为是油蒿沙地植被的正向演替过程,即油蒿沙地植被的恢复过程.在这一过程中,群落结构渐趋复杂,群落盖度和物种多样性逐渐增加.     

基于TWINSPAN分类的毛乌素沙地油蒿群落荒漠化评价

采用群落数量分类学TWINSPAN方法将油蒿群落划分为油蒿＋沙米群落,油蒿＋虫实、沙米群落,油蒿＋以沙生植物为主的杂类草群落,油蒿＋杂类草、禾草群落,油蒿＋以中生植物为主的杂类草群落共5种类型。通过对野外调查数据的分析,将群落主要影响因子压缩为土壤性状因子、物种多样性信息因子和群落生物量盖度信息因子,尝试从评价群落特征变化的角度探讨荒漠化状态评价的方法,以期为以群落水平为基础的较小尺度荒漠化状态评价提供参考,同时为退化草场的利用和管理提供理论指导。通过统计分析和适当调整,最终得出,油蒿群落的TWINSPAN分类结果能够反应目前毛乌素沙地的退化状态,可作为荒漠化程度划分的方法。     

毛乌素沙地生物土壤结皮对油蒿群落土壤酶活性的影响

  目的  通过研究生物土壤结皮对毛乌素沙地油蒿群落土壤酶活性的影响,探究半干旱区不同类型生物土壤结皮对土壤养分周转的作用,为认识生物土壤结皮对沙地植被恢复的影响提供理论参考。  方法  以宁夏盐池毛乌素沙地油蒿灌丛间的裸地、地衣结皮和苔藓结皮为研究对象,分析油蒿灌丛间裸地土壤（0 ~ 5 cm）、地衣结皮层和苔藓结皮层（0 ~ 1 cm）及其下层土壤（1 ~ 5 cm）的土壤理化性质和土壤酶活性的变化特征。  结果  （1）地衣结皮层和苔藓结皮层均显著改善油蒿灌木群落的土壤理化性质,且苔藓结皮层改善作用更为明显。地衣结皮层和苔藓结皮层相比油蒿灌丛间裸地,土壤有机碳含量（SOC）分别提高3.30倍和6.51倍,微生物量碳含量（MBC）分别显著提高2.79倍和6.58倍,微生物量氮含量（MBN）分别显著提高3.49倍和12.73倍,全氮含量（TN）分别提高2.67倍和4.46倍,全磷含量（TP）分别显著提高1.82倍和2.06倍。生物土壤结皮下层土壤与灌丛间裸地相比微生物量氮（MBN）、TN和TP之间无显著差异,MBC显著降低。（2）与油蒿灌丛间裸地相比,地衣结皮层和苔藓结皮层显著提高了土壤转化酶和脲酶活性,其中,地衣结皮层分别提高转化酶和脲酶活性3.58倍和2.80倍。苔藓结皮层显著提高转化酶活性4.23倍。碱性磷酸酶活性则无显著影响。另外,生物土壤结皮层下土壤3种酶活性均无显著提高。（3）土壤理化性质显著影响3种土壤酶活性。SOC、MBC、MBN、TN和TP与土壤转化酶活性呈显著正相关,pH与土壤转化酶活性显著负相关。SOC、MBN和TP与土壤脲酶活性显著正相关。pH与土壤碱性磷酸酶活性显著负相关。  结论  地衣结皮和苔藓结皮均能加速油蒿灌丛土壤碳素周转;氮素周转则主要由地衣结皮调控。另外,仅结皮层能提高油蒿群落养分周转。研究结果表明,生物土壤结皮可以加速油蒿群落间土壤养分的周转和提高土壤质量,促进该区域植被和荒漠生态系统的恢复。      

毛乌素沙地南缘胡杨嫁接育苗技术研究

胡杨喜光、喜温暖,并且耐寒、抗旱、抗盐碱与风沙,是一种适宜在干旱大陆性气候环境条件下生长的树种.位于毛乌素沙地南缘陕西省榆林地区也有胡杨林分布,其中陕西省定边县分布有胡杨古树,陕西省靖边县统万城附近种植纯天然胡杨林约1800～2000 m2.虽然面积较小、数量较少,但足以说明胡杨在毛乌素沙地是具备成活条件的.毛乌素沙地...     

毛乌素沙地南缘生态过渡带土壤生物学特性

[目的]探讨过氧化氢酶、脲酶、转化酶、碱性磷酸酶、脱氢酶活性的变化以及这些酶活性与土壤微生物总量及土壤养分的相关性。[方法]测定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0~5 cm和5~20 cm土层各种酶的活性,并与土壤养分和微生物总量进行相关分析。[结果]结果表明,毛乌素沙地南缘生态过渡带不同生境各种土壤酶活性总体变化趋势为缓坡丘陵梁地>盐化丘间低地>固定半固定沙地>流动半流动沙丘。[结论]土壤生物学指标能较好地反映土壤肥力状况。     

毛乌素沙地臭柏群落景观动态

运用景观生态学的基本原理,在毛乌素沙地天然臭柏Sabina vulgaris群落分布区内随机选择24个臭柏灌丛,测定臭柏灌丛边缘匍匐枝在东南西北4个方向上的年生长量,并且在各个臭柏灌丛的边缘和中心设置小样方,测定小枝密度、枝下枯枝长及气体交换特征,研究毛乌素沙地臭柏群落景观的结构、功能及动态.结果表明:①毛乌素沙地臭柏群落以10.2 cm·a-1的半径生长量向外扩大,群落扩大的速率在年度间差异较大,在各个方向上差异较小.②臭柏群落的扩大速率随地下水的下降而减小.③群落景观的边缘效应明显,群落边缘比中心有较大的物质流和能量流.图3表3参15     

毛乌素沙地南缘湿地/沙化土地动态变化分析

应用遥感和地理信息等技术手段,获取毛乌素沙地南缘1999年和2004年湿地和沙化土地时空分布和动态变化数据,并对湿地和沙化土地分布特征和动态变化原因进行了分析.结果表明,5 a来研究区域湿地主要分布在河流沿岸并呈现增加态势,沙化土地主要分布在研究区域北部呈条带状分布且总体上呈逆转趋势.湿地的增加和沙化土地逆转说明生态建设取得了可喜的成绩,但生态建设任重道远.     

毛乌素沙地油蒿植株形态与结构特征分析

毛乌素沙地除夏季外,其他3季主导风向均为西北风。受此影响,壮龄油蒿植株形态与结构出现方向上的差异,西北方向油蒿植冠半径显著短于其他3个方向,而东南、东北和西南3个方向上植冠半径无显著差异。距植株根部相同距离处,东南方向叶面积指数显著大于西北方向,而天空可见度显著小于西北方向,西南、东北方向叶面积指数与天空可见度均无显著差异,且值介于东南、西北方向之间。主导风向不但影响油蒿植冠半径,而且影响不同方向上植株枝叶密度,造成与主导风向相对的西北方向油蒿枝条稀疏、叶片稀少。对油蒿植株形态与结构影响最大的3个因素分别是：冬季风向频率×风速、冬季风向频率、春季风向频率×风速。     

毛乌素沙地油蒿灌丛Priestley-Taylor模型系数研究

目的基于半经验半理论的Priestly-Taylor模型(PT)估算蒸散发(ET)时,主要依赖于精确确定该模型系数α在特定研究区内的适宜值,本研究就该模型系数α的适用性进行了本地化研究,以便更准确地估算干旱半干旱区的蒸散发。方法在中国西北干旱地区毛乌素沙地的一个生长季内,采用涡度协方差技术并结合气象数据信息,监测研究区典型油蒿灌丛地的水、热交换传输过程,以分析PT模型系数α的季节变化特征并确定其本地化估算参考值。结果在季节变化过程中,实际PT模型系数α整体变化较明显,展叶期内α系数呈单峰型变化趋势,完全展叶期和叶变色期内的α系数变化不明显;日均α系数最大值为0.66,最小值为0.03,全生长季α系数均值为0.23。油蒿生长季内α系数与冠层导度和饱和水汽压差呈对数正相关;土壤含水量(30 cm处)以及叶面积指数与α系数均为正相关关系。在季节变化过程中,PT模型常规系数α=1.26确定的蒸散量(ET_1.26)估算值以及根据逐日温度和2 m高度处风速资料计算的PT模型系数α=0.50确定的蒸散量(ET_0.50)估算值均显著大于实测蒸散发。改进的PT模型系数的本地化推荐适宜值为0.23,并且通过修正后的PT模型估算ET与实测值之间存在较好的一致性,线性斜率为0.72,R2为0.57。结论因此,修正的PT模型显著提高干旱半干旱区植被蒸散发估算精度,为区域植被水文过程模型提供支持。      

毛乌素沙地臭柏、油蒿群落细根分解中养分含量的动态变化

为探索灌木在沙地生态系统养分循环中的作用,采用埋袋法对毛乌素沙地臭柏、油蒿群落细根分解过程中的养分含量的变化进行了研究。结果表明:臭柏细根在分解前期,N、Ca、Mg元素的含量逐渐升高,P、K元素含量则逐渐降低;虽然油蒿细根分解过程中的各元素含量变化规律与臭柏细根相似,但臭柏细根分解过程中各元素含量的变化幅度较小,油蒿较大,尤其P、K元素在油蒿分解初期含量降低最快。     

毛乌素沙地南缘植被景观格局演变与空间分布特征

以1991、1999和2007年TM/ETM+影像为数据源,利用RS和GIS技术提取研究区植被覆盖度信息,将其按地貌分区,计算景观格局指数,分析植被景观格局变化特征.结果表明:(1) 1999年是研究区16a植被景观结构变化的转折点,植被覆盖状况前期恶化后期好转.1991-1999年两区极低和低级植被覆盖度占绝对优势,继续增强,风沙区55％-70％,丘陵区70％-80％.高等级比例均在5％以下,持续下滑.2007年两区的优势级别提升为低级和中级,风沙区比例55％,丘陵区70％.极低级别比例减小,风沙区40％-20％,丘陵区50％-15％.高级比例不同程度增大.(2)1999年前后植被景观格局反向演变,两区变化趋势基本相同程度不同.植被多样性和均匀度先减小后增大,等级问交替分布规律先弱后强.风沙区景观形状由复杂到简单,破碎度先增后减;丘陵区破碎度持续增大,形状变化微小.整体上来看,风沙区植被多样性高整体性好,植被均匀度指数大,交替分布规律明显,丘陵区植被格局较差.但外界对风沙区的干扰比丘陵区强烈.(3)植被景观格局演变过程中始终保持多核心模式,核心面积、形状甚至类型发生不同程度的变化.风沙区核心多为无植被斑块,丘陵区多为高植被覆盖度斑块.核心外围植被分布具有梯度性.     

毛乌素沙地南缘不同林龄樟子松人工林土壤物理性质差异性研究

为探究毛乌素沙地南缘不同林龄樟子松人工林土壤物理性质差异性及垂直分布特征,对5种林龄樟子松林地的土壤含水量、容重、孔隙度、土壤持水状况等指标进行了对比分析。结果表明:林龄和土层深度均可影响樟子松人工林地土壤物理性质;随着土层深度的增加土壤含水量和最大持水量呈现为先减小后增大趋势,蓄水量和容重总体呈现出逐渐增加的趋势,总孔隙度呈现为减小趋势;随着林龄的增加最大持水量总体呈增加趋势,容重逐渐减小,含水量和蓄水量呈先增加后减少再增加的变化过程。总体来看,樟子松随着林龄的增长,林地中土壤容重与持水性能均得到明显的改善。     

毛乌素沙地防风固沙研究

对比分析鄂尔多斯地区的防砂固沙方案,结合新恩陶铁路穿越毛鸟素沙漠地段,通过现场实际试验、观测,明确制定适合鄂尔多斯地区铁路穿越毛鸟素沙漠防沙固沙方式,以沙柳沙障（1.0 m×1.0m）、经编网格（1.0 m×1.0m）加补种适生灌木,进行植被恢复状况及防护效果最佳.     

毛乌素沙地东南缘不同沙漠化阶段土壤-植被关系研究

【目的】揭示沙漠化过程中土壤、植被的相互作用规律,为土壤-植被系统的修复提供科学依据。【方法】选择毛乌素沙地东南缘陕西榆林地区沙质草原地带沙漠化程度明显的区域为研究区,在野外调查和图像资料的基础上,采用空间序列方法,将沙漠化过程分为非沙漠化阶段(植被盖度>35%)、潜在沙漠化阶段(植被盖度25%~35%)、轻度沙漠化阶段(植被盖度15%~25%)、中度沙漠化阶段(植被盖度5%~15%)、重度沙漠化阶段(植被盖度<5%)5个阶段,在每个阶段随机选取3个1 m×1 m的样方,采集样方内植物和不同土层土壤样品,研究沙漠化过程中植被特征(物种密度、物种丰富度、多样性指数、地上生物量、有机质含量、全氮含量、植物C/N)和土壤理化性质(土壤颗粒、含水率、容重、pH、有机质含量、全氮含量、土壤C/N)的变化,并对土壤与植被的相互关系进行分析。【结果】沙漠化过程中,植被、土壤特征均呈现规律性变化,且在不同的土层范围内植被特征与土壤理化性质之间均存在较强的内在相关性;物种密度、物种丰富度、多样性指数、地上生物量与土壤粘粒、含水率、容重、pH和土壤C/N之间相关系数的最大值多出现在0~10 cm土层;而土壤有机质、全氮等养分含量对植被的影响主要发生在10~30 cm的土层;土壤、植被之间的关系在一定程度上可以定量化。【结论】土壤-植被的物理表征特征之间的相互作用主要发生在土壤表层,营养元素之间的相互作用则发生在土壤下层,说明土壤-植被系统的恢复过程应是先自上而下由植被改善土壤,之后自下而上由土壤养育植被的过程。