荒漠草原4种主要植物群落枯落物层水土保持功能

枯落物层是草地除冠层外,大气与矿质土壤层、植物根系层进行物质与能量交换的重要介质,在生态学中起着不可替代的作用。通过研究荒漠草原4种主要植物群落(蒙古冰草群落、甘草群落、赖草群落和沙蒿群落)水土保持功能,结果表明:荒漠草原4种植物群落枯落物层年截留率在4.58%～5.61%,截留量为22.77～27.87mm,且枯落物对降雨的截留量随降雨量增加而增大,而截留率随降雨量增加而减小,当降雨等级在0～2mm时,截留率为100%,当降雨等级高于2mm时,截留率随1次降雨降雨量的增加而减少。枯落物层抑制土壤蒸发的效应与枯落物层厚度的增加呈正相关,有枯落物层比无枯落物层覆盖的土壤蒸发量减少了19.25%～76.82%,但当土壤含水量升高为田间持水量的3/4时,不同植物群落枯落物减少土壤水分蒸发的效应有所不同。围封内枯落物对土壤风蚀的抑制显著低于围封外,枯落物对风蚀的抑制作用与枯落物的蓄积量呈正相关。     

不同封育条件下荒漠草原生态系统健康评价

为定量评价围封对草原生态系统健康的影响,以宁夏盐池柳杨堡封育区为研究区域,采用生态系统健康指数对该区不同封育条件下荒漠草原进行评价分析.结果表明：1）从封育时间上看,封育时间越长,生态系统健康水平并非越好.2）从放牧压力上看,早期封育期间,放牧不利于草原生态系统健康恢复;封育达到一定年限后,适度放牧有利于草原生态系统健康恢复.因此,在荒漠草原植被恢复研究中,有必要调整封育年限、适度放牧,不仅能获得一定的经济效益,还能促进荒漠草原生态系统健康恢复.     

荒漠草原典型植物群落枯落物蓄积量及其持水性能

通过对荒漠草原4种典型植物群落(蒙古冰草群落、甘草群落、赖草群落、沙蒿群落)枯落物蓄积量的调查,结合室内持水试验,运用数理统计的方法分别得到4种典型植物群落枯落物的蓄积量、最大持水量、吸水速率等水文特征参数.结果表明:荒漠草原不同植物群落枯落物蓄积量在50.8～396.2 g/m2,其蓄积量由大到小为蒙古冰革群落>甘草群落>赖草群落>沙蒿群落,与植物群落地上生物量变化是一致的;4种植物群落枯落物最大持水量存在一定差异,蒙古冰草群落、甘草群落、赖草群落、沙蒿群落桔落物最大持水量分别相当于0.934,0.737,0.656,0.230 mm的降雨.这4种枯落物最大可吸收其自身重量2.45～3.71倍的降雨;4种植物群落枯落物的持水量与时间呈线性相关,在浸水的前2 h枯落物吸水速率最快,随着时间的延长,趋势逐渐变缓,当枯落物在水中浸泡12 h时,其持水量基本达到最大值;4种植物群落枯落物吸水速率与时间呈指数相关,在浸水的前2 h吸水速率较快,4～12 h后逐步减缓.荒漠草原桔落物蓄积、覆盖所引起的水分蓄存与运移已经成为荒漠草原生态系统最为关键的生态过程之一.     

不同封育年限宁夏荒漠草原土壤种子库研究

针对宁夏天然草原实施禁牧封育的现状,采用种子萌发法对不同封育年限的荒漠草原土壤种子库进行了研究。结果表明:种子萌发主要集中在0-5 cm土层中,6-10 cm土层种子萌发较少,0-5 cm土层中,随封育年限的增加,一年生草本植物逐渐减少,多年生草本植物增加,半灌木或灌木逐渐增加;在垂直分布上,随土层深度的增加单位面积的种子数量减少;土壤种子库的密度随封育时间的增加而增加;在0-5 cm土层中,封育使土壤种子库的物种多样性和丰富度明显增加;在0-5 cm土层和6-10 cm土层中,土壤种子库和地上植被的相似性都较低,在0-5 cm土层,随封育年限的增加土壤种子库与地上植被的相似性程度逐渐增加。     

荒漠草原不同土壤类型水分入渗特征

为了研究荒漠草原不同土壤类型对降水的响应过程,在宁夏盐池县皖记沟村选取分布较广的灰钙土、风沙土和基岩风化残积土为研究对象,采用双环法测定其入渗过程,分析并比较三者的入渗特征,利用模型拟合土壤入渗过程。结果表明:研究区内3种类型土壤入渗过程大致可分为3个阶段,0~5min入渗速率急剧下降阶段,5~10min入渗速率逐渐变缓并趋于稳定及30min后入渗速率达到相对稳定的状态。通过对不同土壤初始入渗速率、稳定入渗速率及60min累积入渗量对比分析,发现不同土壤类型的入渗特征存在差异,风沙土的入渗性能最好,基岩风化残积土次之,灰钙土入渗性能最差,原因是由于不同土壤结构的差异所导致。各土壤类型物理性质的差异性分析表明,土壤的机械组成和非毛管孔隙度是影响研究区土壤入渗的主要因素。利用4种土壤入渗模型拟合不同类型土壤的入渗过程,通用经验模型更适宜于描述研究区内土壤入渗速率随时间变化的情况。     

4种典型荒漠草原植物群落土壤呼吸对封育禁牧的响应

采用动态密闭气室分析法,分别研究了放牧与围封条件下赖草群落、沙蒿群落、甘草群落、冰草群落4种典型荒漠草原植物群落土壤呼吸及其与温度因子的关系,揭示了4种典型荒漠草原植物群落土壤呼吸对封育禁牧的响应过程。结果表明,放牧与围封样地的土壤呼吸速率日动态均呈现出不对称的单峰型曲线,高峰值一般出现在14:00—16:00。围封样地土壤呼吸速率值大于放牧样地,但各监测时刻差异显著性不尽相同。放牧与围封样地各植物群落中较深层土温(10,15cm)和土壤呼吸速率的相关性普遍高于浅层土温(5cm)、深层土温(20cm)和气温,其中15cm土层温度与土壤呼吸速率相关性最高。除沙蒿群落外,其他3种植物群落放牧样地Q10值均显著低于围封样地,Q10值大小依次均为:沙蒿群落>赖草群落>甘草群落>冰草群落,其中沙蒿群落Q10值远高于其他3个群落。     

放牧对荒漠草原植物生物量及土壤养分的影响

以宁夏荒漠草原为研究对象,探讨放牧对荒漠草原植物多样性、 生物量及土壤养分特征的影响。结果表明, 放牧对荒漠草原植物群落多样性、 均匀度和丰富度影响显著。植物群落多样性和均匀度随着放牧强度的增加均呈先增加后降低的趋势,在轻度放牧达到最大值。同围封禁牧相比,重度、 中度和轻度放牧草地的植物地上和地下部生物量显著降低,分别降低了43.8%、 42.0%、 15.4% 和 27.7%、16.2%、11.9%。土壤有机碳随着放牧强度的增加而降低,而土壤全氮含量随着放牧强度的增加呈先增加后降低的趋势。围封禁牧草地土壤有机碳比重度放牧增加了18.1%,而土壤全磷、 速效磷和全钾含量分别降低了 21.1%、 51.9% 和 11.0%。土壤有机碳含量对植物群落地上和地下部生物量的影响大于土壤全氮、 全磷、 全钾、 速效磷和速效钾。放牧干扰下荒漠草原土壤环境及其养分含量,能在一定程度上反映植物群落多样性和生物量的变化。     

林下药材植物淋出物对太白杨枯落物分解及土壤酶活性的影响

林下种植药材植物是提高林地经济收入的有效途径,然而药材植物淋出物是否会对林木枯落物分解和土壤产生化感影响是必须考虑的重要问题,也是构建科学合理的林药复合模式的关键。以秦岭山区典型太白杨(Populus purdomii)林以及9种常见林下药材植物为对象,通过以药材植物茎叶淋出物(水浸提法)喷浇林木枯落物的分解模拟试验,研究了药材植物淋出物对太白杨枯落物分解、养分释放及土壤酶活性的潜在化感影响。结果表明:蒲公英(Taraxacum mongolicum)浸提液处理后太白杨枯落物分解周转期和半衰期分别延长了230%和29%,薄荷(Mentha haplocalyx)处理后分解周转期和半衰期分别延长了67%和23%,鱼腥草(Houttuynia cordata)处理后分解周转期和半衰期分别延长了120%和34%;且这3种药材植物对太白杨枯落物分解过程中养分(C、N、P、K、Cu、Zn和Mn)释放和土壤酶(蔗糖酶、羧甲基纤维素酶、β-葡糖苷酶、脱氢酶、多酚氧化酶、蛋白酶和磷酸酶)活性均有显著抑制作用。因此,建议在太白杨林下应该尽量避免种植蒲公英、薄荷和鱼腥草,或者通过降低套种密度来减少药材植物的化感影响。     

荒漠草原人工柠条林重建的土壤养分效应

采用时空互代方法,构建了由天然草地和7,12,27a柠条林组成的序列,对其下土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷进行了研究。结果表明:(1)0—200cm土壤剖面上的有机质含量由草地、幼龄林、中龄林、老龄林依次增加,有机质含量增加的显著程度随着林龄的增加在更深土层上体现。(2)全氮含量由草地到幼龄林阶段显著增加,由幼龄林到中龄林再到老龄林依次减少。幼龄林、中龄林、老龄林之间全氮含量减少的最大幅度随林龄增加向土壤深层移动。碱解氮与全氮具有一致的规律。(3)整个土壤剖面上有效磷含量依次为:老龄林<幼龄林<中龄林<草地。(4)3个不同林龄的柠条林的有机质、全氮、有效磷在柠条行内和行间的空间差异均不显著。柠条行内与行间的有机质和全氮相关程度很高,有效磷相关性不显著。     

荒漠草原风蚀地表颗粒空间异质特征

[目的]研究希拉穆仁荒漠草原地区风蚀地表颗粒的空间异质特征,对研判风蚀地表退化程度,进而合理保护与利用该区草地资源提供支持。[方法]利用数字图像处理技术,获取了希拉穆仁荒漠草原坡面表层土壤颗粒组成信息,结合经典统计学和地统计方法,研究易风蚀颗粒(0.42mm)、中等颗粒(0.42~0.84mm)、不易风蚀颗粒(0.84mm)的空间分布格局。[结果]荒漠草原地表颗粒含量组成表现为:不易风蚀颗粒中等颗粒易风蚀颗粒;颗粒变异系数变化范围为11.23%~38.17%,属中等程度变异。3种颗粒最优半方差函数模型分别为指数、球状、球状模型;Kriging插值结果显示坡顶土壤颗粒组成最粗,自坡顶向下表现出变细的趋势;南坡与西南坡土壤粗化最严重,粗化程度由重到轻依次为:南(S)西南(SW)西北(NW)西(W)东南(SE)北(N)东北(NE)东(E)。[结论]研究区土壤颗粒具有强烈的空间自相关性,土壤颗粒组成空间变异性主要由结构性因素引起,人为干扰也产生了一定影响。     

围封对荒漠草原物种多样性和功能多样性的影响

为揭示荒漠草原区域围封对不同土壤生境物种多样性和功能多样性的影响,以荒漠草原不同土壤生境下围封（15年、10年、6年）和放牧（15年、6年、5年）的草地植物群落为研究对象,基于方差分析和主成分分析的基础上,通过函数拟合分析,探讨植物物种多样性与功能多样性之间的关系。结果表明：（1）围封相对于自由放牧条件,灰钙土生境植物功能多样性显著增加（P<0.05）。随着封育年限的增加,物种多样性呈显著降低趋势（P<0.05）,功能多样性未发生显著变化（P>0.05）;风沙土生境植物功能多样性和物种多样性未发生显著变化（P>0.05）。（2）功能离散度表征的功能多样性与物种丰富度关系可用二次多项式Y=aX²+bX+c形式表示,随着封育年限的增加,二者的相关系数在灰钙土和风沙土生境均呈增加趋势。荒漠草原物种多样性与功能多样性整体正相关,且符合二次函数关系,物种多样性可以用来反映植物群落功能多样性的水平高低,但这种替代作用受封育年限和放牧的影响,随着封育年限增加,物种多样性反映功能多样性水平的能力增加,在未来荒漠草原多样性与生态系统功能关系及维持机制中,需要同时考虑多样性的多维度特征以及不同土壤生境类型。     

放牧对荒漠草原土壤养分及微生物量的影响

[目的]探讨不同放牧强度对荒漠草原植被多样性、土壤理化性状、土壤养分及土壤微生物量的影响。[方法]以围封禁牧草地为对照,采用野外调查和室内分析的方法,对不同放牧强度下的草地土壤及植被展开调查。[结果]随放牧强度的增加,荒漠草原植被盖度、物种多样性、地上生物量、土壤养分和微生物量显著降低,土壤容重和pH值呈增加趋势,土壤电导率呈先增加后降低趋势,地下生物量则没有明显变化趋势;在植被作用下土壤养分和微生物量垂直方向表现递减规律并且在表层富集,"表聚性"较为明显;在放牧干扰下土壤全磷变异系数最高;放牧并没有改变荒漠草原土壤养分和微生物量的垂直分布特征;相关分析表明,放牧干扰下土壤微生物量与土壤养分之间具有较强的相关性,二者与土壤含水量也有较强的相关性。[结论]放牧强度对土壤全磷的空间变异影响较大,并且土壤微生物量对于放牧干扰的敏感性高于土壤养分全量;土壤养分和微生物量等地下生态系统各指标之间具有统一性。     

不同轮牧方式下的宁夏荒漠草原土壤性质分异特征

为进一步研究放牧对草地生态系统非生物环境(土壤)的影响机制,试验以宁夏盐池县四墩子行政村荒漠草原为研究对象,采用野外定位试验和室内分析的方法分别研究了禁牧(CK)、自由放牧(A)、2区轮牧(B)、4区轮牧(C)和6区轮牧(D)条件下的0-5,5-15,5-25 cm土层的土壤理化性质的变化,并对各处理的土壤理化性质用ANOVA法进行差异性分析。结果表明:放牧强度相同时,增加轮牧分区数有利于土壤有机质、全氮、可溶性总盐、速效磷的保持(P<0.05),影响较大的土层为0-5 cm和5-15 cm;轮牧对速效钾含量和pH值的影响不大(P>0.05),但使水解氮含量降低(P<0.05);轮牧分区的增加有利于土壤表层(0-5 cm)粘粒的形成。     

基于风洞模拟的荒漠草原不同放牧强度抗蚀特征比较

以内蒙古高原荒漠草原亚带短花针茅草原为研究对象,在长期随机区组放牧试验地(对照样地CK、轻度放牧LG、中度放牧MG、重度放牧HG的放牧强度分别为0,0.93,1.82,2.71只羊/hm~2)取原状土样,并进行室内风洞吹蚀试验,研究荒漠草原放牧强度与风蚀速率的定量关系及估测不同放牧强度荒漠草原风蚀总量。结果表明:不同放牧强度处理区的群落结构特征差异显著(p0.05),但土壤结皮和0—5cm深度土壤粒径组成仅粘粒含量差异显著,其他粒径组成无显著差异(p0.05);不同放牧强度处理区风速风蚀速率方程有较好的指数拟合,HG和MG区的方程拟合系数R~2大于LG和CK区,且表征风速敏感性的参数B随着放牧强度的增加,从CK的0.15增加到HG区的0.21,表明在放牧条件下,风蚀速率对风速增加更加敏感;风蚀率与风速和放牧强度具有极显著的正相关关系(r=0.601和r=0.563,p0.01),与盖度和高度具有极显著的负相关关系(r=-0.544和r=-0.535,p0.05);基于试验区2年的小气象站数据和土壤风蚀方程,短花针茅草原年均风蚀量在110~680t/(km~2·a)之间,随着放牧强度的增大,单位面积年均风蚀量逐渐增加,CK处理区年均风蚀量为115.24t/(km~2·a),大约为HG区风蚀量648.95t/(km~2·a)的17%,MG区和LG区分别是重度放牧区的60%和23%。     

荒漠草原产流产沙过程及养分运移特征

[目的] 荒漠草原夏季降雨强度大且集中性强,水力侵蚀危害严重,明确荒漠草原区产流产沙过程及养分运移规律对该地区开展水土保持工作有重要意义。[方法] 试验基于天然降雨观测和人工模拟降雨的方法,研究荒漠草原区产流产沙过程及养分运移规律,并通过对植被进行不同处理研究植被对产流产沙的影响。[结果] (1)不同植被处理方式的水土保持效果不同。3种不同处理方式中天然草地的水土保持效果最好,减流率与减沙率分别为11.37%和49.67%。(2)产流产沙过程改变地表土壤物质组成,使地表土壤粗粒化,还对土壤养分产生影响。降雨后砂粒含量增加5.97%~15.71%,土壤速效N、P及有机质分别减少40.84%,27.08%,33.49%。(3)坡面产流产沙量随坡度和降雨强度的增加而增加,幂函数能较好地拟合降雨历时与产流量和产沙量的关系。随降雨强度增加,坡度为5°~25°的峰值产流量平均增加6.70 L;降雨强度0.6~2.0 mm/L时,产沙量增长速度加快的拐点出现在坡度15°~20°。[结论] 研究结果可为荒漠草原区水土流失的综合防治提供理论参考,有助于改善荒漠草原区生态环境,有利于该地区开展水土保持工作。     

放牧强度对荒漠草原土壤微生物群落特征的影响

[目的] 研究土壤微生物群落对放牧强度变化的响应机理,为荒漠草原生态保护和修复提供科学的理论和技术支撑。[方法] 以内蒙古荒漠草原为研究对象,研究不同放牧强度(未放牧、轻度放牧、中度放牧、重度放牧)对不同深度(0—20,20—40 cm)土壤理化性质和土壤微生物群落组成及多样性的影响,分析土壤理化性质与土壤微生物群落间的交互作用。[结果] 相比于未放牧,中度放牧显著降低0—20 cm土层土壤全氮(TN)和土壤有机碳(TOC)(p＜0.05),分别降低17.99%和19.23%,土壤容重(SBD)最大值出现在重度放牧条件下。20—40 cm土层土壤理化性质在不同放牧强度下并无显著差异(p＞0.05)。此外,放牧降低0—20 cm土层土壤中细菌群落的丰度和多样性,增加20—40 cm土层土壤细菌中群落的丰度与多样性。轻度和中度放牧条件下,0—20 cm土层土壤真菌群落的丰度与多样性均有所增加,放牧对20—40 cm土层土壤真菌群落的丰度与多样性无显著影响(p＞0.05)。[结论] Mantel分析表明,荒漠草原土壤全氮是影响草原土壤细菌丰度随放牧强度变化的主要因素。研究成果对揭示土壤微生物在荒漠草原生态系统中的生态敏感性与实现荒漠草原的可持续管理具有一定科学指导意义。     

荒漠草原不同土地利用类型土壤水分对降水的响应

降水是荒漠草原生态系统重要的水分来源,也是不同时空尺度上各种生物过程的重要驱动因子。为了解荒漠草原土壤水分对降水的响应,以3种典型土地利用方式(天然草地、灌木地和沙地)为研究对象,研究荒漠草原降水事件对不同土地利用类型土壤水分的影响。结果表明：研究期内降水量以<5 mm的小降水事件为主,发生次数占总事件的72%;从降水强度来看,<10 mm/h的降水事件居多,达到86%。0～250 cm的平均土壤含水量以沙地最高,灌木林和天然草地的平均土壤含水量几乎相等,但天然草地平均土壤含水量的波动较大。3种土地利用类型下,表层(<10 cm)土壤含水量波动较大,深层(>80 cm)土壤含水量则相对稳定。与草地和灌木地相比,沙地湿润锋响应最快,入渗深度最大。在102.6 mm的降水量条件下,天然草地累计入渗量最大(7.36 mm),其次为沙地(3.47 mm),灌木林地入渗量最低(2.64 mm)。因此,从最大蓄存和有效利用降水资源的角度来看,荒漠草原生态恢复过程中构建草地是该区域可以选择的土地利用方式。