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％。     

Priestley-Taylor模型参数修正及在蒸散发估算中的应用

准确估算和模拟植被蒸散可为提高水分利用效率、合理配置水资源,及生态系统可持续经营管理提供科学依据。Priestley-Taylor模型因其所需参数较少而在蒸发散估算中得到广泛应用。介绍了该模型的计算方法和发展情况,总结分析了Priestley-Taylor模型参数的各种修正方法及适用条件,简要介绍了其在农田生态系统和森林生态系统蒸散估算研究中的应用情况,并指出了该模型今后的应用和发展方向,以期为Priestley-Taylor模型的进一步深入研究和广泛应用提供参考。表1参42     

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。     

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.     

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。      

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。     

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。      

毛乌素沙地油蒿枯落物分解对增温的响应

目的明确油蒿枯落物分解速率对增温的响应，有助于理解和预测气候变化背景下毛乌素沙地典型灌丛生态系统的碳循环和养分循环。方法应用开顶箱模拟增温，以自然状态为对照，结合分解袋法，研究增温对毛乌素沙地油蒿枯落物分解的影响。结果模拟增温降低了枯落物分解速率。（1）自2017年5月起至2017年10月实验结束时，增温处理下，油蒿枝条和叶片枯落物质量残余率分别为91.07%和71.73%，而对照处理下，分别为86.08%和60.74%；（2）不同时段不同处理条件下不同种类的枯落物分解速率不同，各影响因子之间存在交互作用；（3）Olson负指数模型结果表明，在模拟增温条件下，油蒿枝、叶枯落物的分解系数k均显著低于对照处理；（4）增温对枯落物细菌多样性和群落结构没有影响。结论增温可能减缓干旱半干旱区植物枯落物分解，并且温度对枯落物分解的抑制作用与分解时间和枯落物类型有关。      

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。      

毛乌素沙地油蒿根际AM真菌空间分布研究

油蒿(Artemisia ordosica)是鄂尔多斯高原南部毛乌素沙地的重要固沙植物和荒漠草原优势植物,系统研究油蒿根际AM真菌生态分布,对于充分利用AM真菌资源,促进油蒿生长、生态环境重建和植被恢复具有重要意义。在毛乌素沙地自北向南选取2个代表性样地,从油蒿根际0-10、10-20、20-30、30-40和40-50 cm5个土层分别采集土壤样品,研究了油蒿根际丛枝菌根真菌的种类和分布。结果表明:丛枝菌根真菌的种类和分布具有明显的空间特征,并与样地土壤因子密切相关。在分离的3属8种丛枝菌根真菌中,黑球囊霉(Glomusmelanosporum)仅出现在研究站的油蒿根际,而聚丛球囊霉(Glomus aggregatum)和瑞氏无梗囊霉(Acaulosporarehmii)仅出现在榆林的油蒿根际。丛枝菌根类型为I-型(Intermediate type),泡囊形态多样,最高定殖率和最大孢子密度均出现在0-10 cm土层,并随土层加深呈下降趋势。孢子密度与碱解氮和有机质呈极显著正相关。说明在极端干旱条件下,油蒿能与丛枝菌根真菌形成良好的共生关系,而孢子密度和丛枝菌根不同结构有助于土壤环境的微观监测和评价。     

毛乌素沙地油蒿群落叶面积指数动态及模拟

目的本研究以毛乌素沙地灌木油蒿群落为研究对象,研究如何快速、准确、连续地获取油蒿群落LAI,获取长期连续的LAI数据对研究生态系统过程与环境变化间的相互关系具有重要意义。方法本文采用原位连续监测和野外试验的方法,于2013和2014年每年4—10月使用LAI-2000冠层分析仪定期测定油蒿群落LAI,同时利用太阳辐射传感器和光量子传感器测得的辐射数据计算地面观测NDVI(NDVI_ground)并获取同期遥感MODIS NDVI(NDVI_MODIS)。用LAI数据分析油蒿叶面积群落指数的季节动态,并与归一化积温、NDVI_ground和NDVI_MODIS分别建立经验模型,得到最优油蒿群落LAI模拟模型。结果油蒿群落LAI在整个生长季内的变化与物候具有一致性,整体上随时间呈现单峰型变化趋势,4—8月末油蒿持续生长,LAI稳定增大,8月份达到峰值,2013年为1.09m2/m2,2014年为1.33m2/m2。9月初至9月中旬油蒿冠层结构趋于稳定,LAI变化较小;9月下旬油蒿叶片开始枯黄掉落,LAI迅速下降。经验证,利用NDVI_ground模拟荒漠地区油蒿群落LAI效果最优(R2=0.76, P < 0.01)。结论在荒漠地区简单测量NDVI并使用本文研究模型,可以快速、无破坏地获取长期连续可靠的LAI数据,研究结果对理解和预测荒漠生态系统对全球气候变化的响应具有重要意义。      

毛乌素沙地油蒿（Artemisia ordosica）根围AM真菌的时空分布研究

【目的】阐明荒漠地区AM真菌生态作用及其与沙生植物的互作关系,为AM真菌资源的合理利用及荒漠环境的恢复提供理论依据。【方法】在毛乌素沙地东北缘的中国科学院植物研究所鄂尔多斯沙地草地生态站设立样地,于2007年4,8和10月,采集油蒿(Artemisia ordosica)根围0~10,10~20,20~30,30~40和40~50 cm土层土样,分离其丛枝菌根(Arbuscular mycorrhiza,AM)真菌并测定相关土壤因子,系统研究油蒿根围AM真菌的时空分布。【结果】AM真菌在油蒿根系的总定殖率(86.9%)和丛枝定殖率(24.8%)均较高,说明二者间有良好的共生性;油蒿根围AM真菌孢子密度和定殖率随季节和土壤深度的变化而具有明显的时空性差异,并与土壤微环境显著相关。油蒿根围0~40 cm土层的菌丝定殖率和泡囊定殖率均较高且无显著变化,丛枝定殖率以30~40 cm土层较大。AM真菌孢子密度、土壤养分及土壤酶活性最大值均出现在0~20 cm土层,并随土壤深度增加而递减。AM真菌孢子密度、土壤速效磷含量、速效氮含量及土壤酶活性均随时间积累而增加,于10月份达到最大值。AM真菌孢子密度与土壤速效磷含量及磷酸酶活性呈显著正相关,丛枝定殖率与有机质含量、速效氮含量及土壤脲酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶的活性均呈显著负相关,仅与pH显著正相关。【结论】AM真菌对提高寄主植物抵御外界干扰的能力维护荒漠土壤生态系统结构的完整性和功能稳定性具有重要意义。     

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。     

毛乌素沙地油蒿光合电子传递速率生长季动态及其对环境因子的响应

[目的]探究干旱半干旱地区植被光合生理在生长季动态变化及其对各个影响因子的响应机制,对进一步了解该区植被对波动环境的适应性具有重要意义.[方法]该研究于2019年5-9月,对典型沙生植被油蒿的光合电子传递速率(ETR)进行长期原位连续监测,同步观测光合有效辐射(PAR)、空气温度(Ta)、相对湿度(RH)和土壤含水量(...     

毛乌素沙地典型岩性导热系数试验和模型研究

【目的】研究毛乌素沙地4种典型岩性的导热系数与含水率之间的关系。【方法】根据毛乌素沙地岩性特征和沉积环境不同,制定了相应的试验方案,利用JW-Ⅲ型热流计测定不同含水率条件下的导热系数,利用Campbell模型和赵贵章模型分析了毛乌素沙地典型岩性的导热系数与含水率之间的变化规律及其拟合误差。【结果】毛乌素沙地4种典型岩性中砂质壤土和风化砂岩的导热系数-含水率变化曲线呈线性,而风积沙和莎拉乌苏组的导热系数-含水率变化曲线基本呈非线性。Campbell模型对各种岩性导热系数曲线的拟合均呈线性,而用赵贵章模型可很好地反映参数的变化特征。赵贵章模型拟合的不同岩性导热系数-含水率变化曲线的相关系数均大于0.97,而均方根差均小于0.005。【结论】利用赵贵章等提出的导热系数和含水率模型能很好地反映参数的变化特征,可见该模型的拟合精度可以满足要求。     

毛乌素沙地油蒿植冠下土壤粒径特征及其影响因素分析

为探索毛乌素沙地油蒿群落土壤结构与土壤稳定性的关系,分析了油蒿植冠微环境下土壤粒径特征及其相关因素。研究表明：油蒿植冠下土壤机械组成以砂粒（90.23%）为主,其次是粉粒（8.31%）,粘粒含量（1.46%）最少,有机质平均含量2.67 g/kg,总氮平均含量0.12 g/kg,受油蒿植株形态结构特征等因素影响,油蒿植冠下不同方向、同一方向不同距离处土壤颗粒组成及养分状况存在差异;油蒿植冠下土壤颗粒分形维数在1.689~1.860之间,土壤分形维数与土壤砂粒含量呈显著负相关（P<0.05）,与土壤粉粒、粘粒、总氮含量呈显著正相关（P<0.05）,与土壤有机质含量呈极显著正相关（P<0.01）。土壤微团聚体作为土壤结构的颗粒单元、土壤养分的主要载体,其含量及组成与土壤肥力、抗侵蚀性密切相关,在对油蒿群落进行恢复重建过程中,要充分考虑油蒿植冠下微环境土壤粒径特征及其影响。     

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。     

基于FSAM模型的毛竹林碳通量贡献区研究

利用涡度相关观测系统,连续监测2013年安吉毛竹林生态系统二氧化碳通量及其相关因子的变化,应用FSAM模型,分析不同大气条件、不同风向下通量贡献区的分布及其随时间的变化。结果表明：通量贡献区范围在各风向均随大气稳定程度的增加而增加。在稳定的大气条件下,通量贡献区范围显著大于不稳定大气条件;大气稳定与不稳定条件下各风向源区的水平范围分别为20509~217692 m和7256~70939 m,横向范围分别为80236~88316 m和33792~39284 m;不同时间贡献区大小也有不同。通量贡献区9305%的信息来源于观测塔东南、东北、西北3个方向,比例分别为3745%、2743%与2817%。