干旱半干旱区草原灌丛化研究进展

干旱半干旱区草原生态系统中原生灌木/木本植物的植株密度、盖度和生物量增加的现象称为草原灌丛化,是全球干旱半干旱区草原面临的重要生态问题,灌丛化研究正成为陆地生态系统全球变化研究的重要领域。引起灌丛化的因素包括过度放牧、草原火、气候变化、大气CO₂浓度升高及生物和非生物环境因子的变化等,灌丛化是多种因素共同作用的结果。灌丛化过程表现为地表景观由草本植物占优势转向灌木植物占优势的植被转变过程,此过程改变了原有植物群落的物种组成和结构,增强了地表景观异质性,打破了原生态系统的光照、热量、水分、养分等的分配格局,灌丛斑块成为了灌丛化草地中水分、养分等相对富集的“肥岛”。目前灌丛化研究主要集中在具有强烈地域性和限制性的定点研究和因子控制实验等方面,未来应更多关注气候变化与灌丛化的相互联系和影响、草地生态系统对灌丛化过程的反馈以及与灌丛化的监测、缓解措施等方面的研究,模型模拟将是今后研究灌丛化发生、发展及灌丛化生态系统演替的重要方法和途径。     

荒漠草原灌丛沃岛的结构特征和生态效应

荒漠草原地区草地的灌丛化使得草地资源空间分布具有异质性,并且灌丛的自持能力也逐渐得到了增加。荒漠草原灌丛沃岛是荒漠草原地区灌木灌丛下限制性土壤资源的显著聚集现象,其中的资源为土壤水分、养分、微生物、动物以及由灌丛带来的非生物环境等的总和。沃岛集聚养分,改善土壤构造,在养分的空间和养分循环中发挥着重要的生态和水文效应,成为许多生物物种,包括草本植物和小型动物的庇护所,这种效应被称之为"沃岛"效应。"沃岛"效应的发生很可能促进了灌丛化草地的形成和维持,同时也加速了草原的荒漠化过程。"沃岛"效应的存在是荒漠草原受损生态恢复与重建的重要基础和依据。学者对于"沃岛"效应引起的土壤资源的异质性分布研究较深,但对于养分在灌木植物下土壤表层的积累研究较浅。如何把握"沃岛"效应各个复杂过程中植物、土壤和土壤生物扮演的确切角色,还亟待解决。本文从"沃岛"的概念和形成机制出发,对"沃岛"的结构特征和生态效应以及土壤与植被系统的关系进行了总结,对于深入了解"沃岛"效应的机理具有重要的意义,也对荒漠草原地区的植被演替和恢复重建具有重要的生态学意义,同时也为荒漠草原地区的水土治理提供基础理论。     

运用状态与过渡模式讨论锡林河流域典型草原的灌丛化

运用状态与过渡模式的观点,从植被组成的变化探讨锡林河流域灌丛化草原形成的阈值;从土壤斑块性尺度增强进一步说明草原灌丛化的阈值一旦跨越,这种转变将是难以逆转的,最终会形成以小叶锦鸡儿灌丛斑块占优势的灌丛化草原。草原灌丛化作为草原放牧演替动态的一个重要阶段,它是退化生态系统的自我重建过程,锡林河流域典型草原放牧演替模式是草原灌丛化研究的基本框架。     

试论我国内蒙古半干旱草原灌丛沙漠化的研究

针对我国内蒙古半干旱草原普遍发生的灌丛化现象,运用反映干旱和半干旱放牧系统一般动态的状态与过渡模式,建立了半干旱草原灌丛沙漠化研究的基本构架.将灌丛化作为草原沙漠化的核心过程,提出内蒙古半干旱草原灌丛化机制的假说,以及利用时空替代方法开展草原灌丛沙漠化研究的设想及其意义.     

小叶锦鸡儿灌丛化对锡林河流域草原植被的影响

小叶锦鸡儿是锡林河流域重要的饲用植物，小叶锦鸡儿灌丛化为蒙古高原草原植被的一大特点，由于灌丛化造成不同的小环境，而导致草原植被镶嵌体的形成，小叶锦鸡儿灌丛对防止草原风蚀，水蚀，增加土壤肥力和水分起重要作用，从而延缓了草原进一步退化，提高了生产力。     

草原灌丛化入侵:过程、机制和效应

草原灌丛化已成为全球性问题,也是生态学、畜牧学研究的热点问题。紧扣草原灌丛化过程、发生机理及其生态学后效等关键问题,介绍了国内外的最新研究进展。灌木入侵途径包括有意识引进入侵和自然入侵2类,入侵过程分为传播到达、定居建群和扩散入侵3个阶段。放牧、火烧、温室气体增加,干旱以及降水格局改变等均可导致草本向木本的转化,且机制复杂,主要有影响草本,木本植物盖度、水分利用效率、化感作用等。木本植物入侵打破了草原生态系统的稳定,表现出沃岛效应,影响动植物的分布以及生态系统的功能和服务。阐明草原“草本-木本”群落演替机制,可为我国研究草原灌丛化和管理提供理论借鉴。     

内蒙古典型草原灌丛化与土壤性质的关系研究

本文以内蒙古典型草原区有灌丛入侵及无灌丛入侵现象草地为研究对象,探讨了土壤性质与草原灌丛化现象间的关系。研究结果表明:在围封状态下,无灌丛化草地土壤粉粒、粘粒及养分(有机质、全氮、全磷)含量在0~60 cm深度均显著高于灌丛化草地,而土壤容重、砂粒则显著低于灌丛化草地,且二者的差异随着土壤深度的增加而增大;在重度放牧状态下,各指标的变化趋势与围封状态相同,但差异性仅在表层0~10 cm显著。草原灌丛化与表层土壤砂粒、容重呈显著正相关性,与土壤粉粒、有机质、全氮、全磷含量呈极显著负相关性。以上结果说明,草原灌丛化的出现与其分布生境的土壤特点有关。相比于草本而言,灌木在粗质贫瘠土壤中更具有竞争性。     

荒漠草原灌丛转变过程土壤呼吸动态变化及其影响因素研究

探析荒漠草原向灌丛转变过程土壤呼吸动态及其影响因素,对确定干旱半干旱生态系统碳“源”/“汇”状态具有重要意义。本研究以宁夏东部荒漠草原-灌丛镶嵌体为研究对象,选取荒漠草地、草地边缘、灌丛边缘、灌丛地为研究样地,开展各样地微生境(植丛与空斑)下土壤呼吸(Rs)及相关土壤性质研究,结果表明：随着荒漠草原向灌丛地转变,土壤呼吸日动态与季节动态呈上升趋势,季节动态在7月达到峰值(P<0.05),灌丛地显著高出荒漠草地42.4%;土壤温度为转变过程土壤呼吸日动态的主要影响因子,温度和水分共同影响(R²介于0.44～0.80)土壤呼吸季节动态;回归分析和主成分分析表明,土壤呼吸与全碳、全氮、微生物生物量碳、生物量氮、土壤有机碳呈显著负相关(P<0.01),与硝态氮呈显著正相关(P<0.05)。综上,近30年灌丛转变过程促使土壤二氧化碳通量增加,加速荒漠草原有机碳养分消耗。     

灌丛化草原小叶锦鸡儿灌丛地上生物量测量方法研究

灌丛化草原已经成为干旱半干旱区的一种重要植被景观类型，在我国以内蒙古草原的小叶锦鸡儿灌丛化现象最为典型。为探索小叶锦鸡儿灌丛地上生物量的最佳测量方法，本研究在锡林郭勒盟镶黄旗和正镶白旗内选取了17个典型样地，对比了“标准枝”和“标准样方”两种直接测量方法获取的地上生物量精度。同时，采用real-time kinematic(RTK)获取到的高度、不规则冠幅面积等4种直接易测因子和衍生的3种复合因子，研究了在无损条件下间接测量地上生物量的可能性，构建了用于研究区小叶锦鸡儿灌丛地上生物量的估测模型。研究结果表明：1）运用“标准枝”法（R=0.95,P<0.01）预测的生物量要比运用“标准样方”法（R=0.84,P<0.01）预测的生物量更精确且对灌丛的损害性更小。2）在易测因子相关性分析中，单因子冠幅、不规则冠幅面积、不规则冠幅周长之间关系紧密，相关性系数均大于0.98(P<0.01)，可用于小叶锦鸡儿地上生物量的预测；高度与其他单因子关系一般，相关性系数为0.67～0.72(P<0.05)，但是基于高度因子衍生表征体积的冠幅与高度乘积因子、冠幅周长与高度乘积因子、...     

草地灌丛化土壤碳氮地球化学循环

灌丛化(shrub encroachment)是全球陆地生态系统重要的生态现象之一,是影响草地碳库的重要过程。灌丛化由全球气候变化、降雨、火烧和生物活动等多因素共同作用形成,对区域环境、气候、土壤性质和碳循环影响显著。目前灌丛化对生态系统的影响仍存在分歧,表现在不同气候和降雨梯度下灌丛化后土壤有机碳/氮储量、养分循环和土壤温室气体排放等差异。本文总结和归纳了灌丛化形成与控制因素、灌丛化对团聚体稳定性、酶活性和土壤碳、氮循环的影响。灌丛化改变了土壤团聚体稳定性和酶活性,进而影响土壤呼吸以及土壤生源物质的存储、分解和循环,这将显著影响区域乃至全球气候变化。因此分析提出,今后应进一步加强对灌丛化形成过程长期的定位观察研究,以便了解灌丛化的可控因素,并加强对灌丛化后土壤有机碳库、土壤团聚体稳定性变化对碳氮循环进程和全球气候变化的影响研究。     

内蒙古灌丛化草地取样位置对评估土壤碳氮贮量的影响

长期过度放牧或不合理放牧使内蒙古草地大面积退化,并出现了以小叶锦鸡儿为主的草地灌丛化现象,显著增加了草地土壤碳氮贮量的空间异质性。如何科学地设置取样点,已成为准确评估该地区灌丛化草地土壤碳氮贮量及其碳汇功能所亟须解决的重要问题。本研究在锡林河流域附近选取了3个不同退化程度的灌丛化草地,分析了灌丛化草地不同位置(灌丛内部、灌丛边缘和灌丛外部)的碳氮含量和贮量的差异。结果表明,灌丛化草地碳贮量在不同取样位置具有较大的差异;以轻度退化草地为例,0~100 cm土壤碳贮量为灌丛内部(8831.26 g C/m²)>灌丛边缘(8174.59 g C/m²)>灌丛外部(7716.48 g C/m²)。如果将灌丛内部、灌丛边缘和灌丛外部分别取样后计算的值作为灌丛化草地土壤碳贮量的真实值,则仅从灌丛内部取样会造成5.74%~27.62%的误差,仅在灌丛边缘取样会造成-3.76%~9.81%的误差,仅在灌丛外部取样的误差为-6.06%~-0.70%。虽然内蒙古地区灌丛化草地的碳氮含量存在显著的空间异质性(或沃岛效应),但由于灌丛面积与土壤碳氮含量在不同程度退化草地内存在密切的负相关关系,因而,从灌丛外部取样的传统方法能准确评估内蒙古地区灌丛化草地的土壤碳氮贮量。     

Interactions Between Soil Erosion Processes and Fires: Implications for the Dynamics of Fertility Islands

Shrub encroachment in arid and semiarid rangelands, a worldwide phenomenon, results in a heterogeneous landscape characterized by a mosaic of nutrient-depleted barren soil bordered by nutrient-enriched shrubby areas known as “fertile islands.” Even though shrub encroachment is considered as a major contributor to rangeland degradation, little is known about mechanisms favoring the reversibility of the early stages of this process. Here we synthesize the interactions between fires and soil erosion processes, and the implications of these interactions for management of rangelands. The burning of shrub vegetation develops relatively high levels of soil hydrophobicity. This fire-induced water repellency was shown to enhance the soil erodibility in and around burned shrub patches. The fire-induced enhancement of local-scale soil erosion results from changes in the interparticle bonding forces between the soil grains, thus altering the way moisture is retained in the soil. It has been shown—with a number of wind-tunnel studies, field-scale manipulative experiments, microtopographic measurements, and isotopic tracer studies—how the fire-erosion interactions affect the dynamics of fertility islands. Further we propose a new conceptual model of resource “island” dynamics that explains some of the findings previously reported in the literature on the interactions between aeolian processes and arid-land vegetation. In particular, we highlight the ability of fires to enhance the erodibility of nutrient-rich soils accumulated under the shrubs favoring the redistribution of soil resources, thereby contributing to the reversibility of the early stages of shrub encroachment.     

祁连山东段不同高寒灌丛草地土壤性状特征变化

为探讨祁连山东段不同高寒灌丛草地土壤性状的变化,在该区内选取了金露梅（Porentilla fruticosa）、柳（Salix）和杜鹃（Rhododendron）3类高寒灌丛草地,研究了不同高寒灌丛草地土壤物理和化学性状特征变化。结果表明：高寒灌丛草地土壤理化性状差异显著。土壤含水量表现为杜鹃灌丛草地>柳灌丛草地>金露梅灌丛草地;容重表现为金露梅灌丛草地>柳灌丛草地>杜鹃灌丛草地;总孔隙度表现为柳灌丛草地>杜鹃灌丛草地>金露梅灌丛草地;杜鹃灌丛草地土壤有机质含量最高为127.638 g·kg^-1,金露梅灌丛草地最低为89.954 g·kg^-1;土壤全P、全K和速效N,P,K含量均表现为杜鹃灌丛草地>柳灌丛草地>金露梅灌丛草地,土壤全N含量金露梅灌丛草地最大为2.912 g·kg^-1,杜鹃灌丛草地最小为2.586 g·kg^-1。相关性分析表明,3类高寒灌丛草地的土壤性状的各个因子之间有显著的相关关系。     

Review on the Influence of Bushwood Stem Flow and Root-induced Preferential Flow on the "Soil Fertile Island effect" of Nebkha北大核心CSCD

The enrichment functions of stem flow and root-induced preferential flow of bushwood are of great importance in the formation and growth and evolution of the fertile island of nebkha. It enhances the vegetation adaption to dry and infertile environment and the stability of ecosystem, thereby plays important eco-hydrological roles in plant reconstruction in desert regions. Making clear the temporal and spatial responses of shrubs to the changes of soil water content during the process of the nebkhas evolution, the maintaining mechanism of biodiversity, and the ecological adaption countermeasure of vegetation to soil water is the keys to further study the formation and evolution of nebkha. In this paper, the formation mechanism of nebkha was reviewed,soil hydrologic process and vegetation response during the nebkha evolution process and the influences of stem flow and root-induced preferential flow of shrubs on the soil fertile island were demonstrated, and the study methods of stem flow and root-induced preferential flow of shrubs were summarized as well. For better evaluating the function of stem flow to the stability of shrub communities and the development of ecosystems in desert regions, more attentions should be paid on the root distribution of shrubs and the movement and redistribution of water and nutrition along with preferential flow path caused by shrub roots in the future research. © 2019 China Agricultural University. All rights reserved.     

沙柳等灌木类植物饲料化利用技术和研究现状

沙柳是一种具有防风、固沙、保土功能的灌木类植物,同时也是当前我国非常规饲料资源开发中有着特殊饲用价值的新型粗饲料资源,具有抗逆性强、数量多、分布广、价格低廉和营养价值丰富等特点。介绍沙柳的生态学特征及生态和经济价值,总结沙柳的饲用价值和营养成分,对以沙柳为代表的灌木类植物的饲料化处理方法和加工技术进行归纳,分析当前灌木类植物饲料化利用过程中存在的突出问题,提出开发利用的有效措施,旨在为沙柳等灌木类植物的饲料化开发和利用提供参考。     

荒漠区不同大小灌丛周围土壤微生物生物量及活性特征

为了解不同大小灌丛对荒漠区土壤生物学性状的影响与作用,本研究在东阿拉善荒漠区选择两组不同大小的红砂灌丛,研究其周围土壤资源的空间异质性和土壤微生物特性的变化规律。结果表明,红砂灌丛下沙堆土壤有机碳和全氮含量显著大于其内部和外部土壤,随灌丛增大,沙堆有机碳和全氮含量无显著变化,而土壤水分含量显著增加;另外,灌丛周围土壤微生物生物量碳氮含量较低,分别为55.23~113.81 mg/kg和5.46~7.66 mg/kg,其中,灌丛内部土壤微生物生物量碳含量和微生物熵(qMB)显著高于灌丛外部与沙堆,而土壤微生物呼吸熵(qCO₂)变化与之相反;随灌丛增大,内部土壤微生物生物量与微生物活性保持稳定,变化较小。以上结果说明红砂灌丛对风蚀拦截形成的沙堆富含大量养分,但沙堆养分含量与灌丛大小无关,同时沙堆的形成对维持灌丛内部土壤微环境的稳定与健康具有重要作用。     

矿区排土场人工草地土壤水分及入渗特征效应

本研究以露天煤矿排土场新土体上建植的不同人工草地为对象,分析了不同人工草地地上生物量、土壤水分及土壤入渗性能。结果表明,不同人工草地地上生物量之间差异显著(P<0.05),灌木和草灌混播草地的地上生物量比单一草种草地高,冰草+沙蒿和沙打旺+沙蒿草地地上生物量分别比单一种植冰草和沙打旺的草地高40.84%~47.88%和27.31%~53.49%;不同人工草地土壤含水量随深度增加而增大,20~30 cm层土壤含水量花棒草地最高;不同人工草地地上生物量和土壤水分的累加值呈负相关关系;草灌混播草地的平均土壤初始入渗速率比单一草种草地高44.25%。本研究结果表明,在矿区排土场新土体改良和植被恢复建设中应以草灌混播人工草地为主,可有效提高草地生产力,改善土壤的水分状况和入渗性能,利于植被生长的可持续。