砒砂岩地区3种主要树种边材液流动态特征

为深入了解砒砂岩地区主要树种的水分利用特征,以内蒙古圪秋沟小流域砒砂岩区水土保持科技示范区为研究区域,运用茎热平衡法(SHB)对沙棘、柠条、油松3种主要树种蒸腾耗水进行研究,监测3种树种的边材液流日变化及不同天气条件下的液流速率。结果表明:(1)在生长期内,3种树种的液流速率均呈单峰曲线,其到达峰值时间大体相同。(2)在晴天时,沙棘的平均液流速率最高,可达到0.117 72cm/s,而油松与柠条的液流速率相近,3种树种的日平均流速分别为0.029 01,0.018 15,0.022 03cm/s。(3)在不同天气条件下,3种树种的边材液流速率变化规律均为晴天阴天雨天,各树种达到峰值的时间也有所差异,其规律亦为晴天阴天雨天。研究结果旨在为砒砂岩地区植物水分供求关系提供数据支撑,为该地区生态恢复与环境治理提供理论依据。     

砒砂岩区沙棘生态建设成效显著

砒砂岩区沙棘生态建设 ,使有“环境癌症”之称的砒砂岩区得到有效治理 ,林木覆盖率由 10 %提高到 3 5 3 %,每年可拦蓄径流 490万m3 ,拦截泥沙 2 0 0万t ,有效地控制了水土流失 ,防止了土壤沙化 ,生态环境得到明显改善 ,土地生产力由 15 5 4元 /hm2 提高到 769 8元 /hm2 ,基本上实现了环境效益和经济效益的协调和可持续发展。介绍了准格尔旗沙棘生态建设的经验和做法     

鄂尔多斯砒砂岩区沙棘资源及产业开发研究

沙棘是我国三北地区重要的生态经济树种之一,具有很强的开发潜力。在对鄂尔多斯砒砂岩区沙棘相关企业实地考察与调研的基础上,阐述了砒砂岩区发展沙棘产业的生态意义,并从砒砂岩区沙棘种植现状出发,综述了沙棘林修复砒砂岩区生态环境的功能和沙棘产业开发利用现状。针对砒砂岩区沙棘产业存在的瓶颈问题,提出了打造"项目法人制"与"政府+农协+企业+农户"循环增值沙棘产业链发展模式的对策与建议。     

砒砂岩区三种沙棘根系特征与固土能力

[目的] 研究中国沙棘(Hippophae rhamnoides ssp.sinensis)、太阳沙棘(Hippophae rhamnoides ssp.taiyang)、乌兰沙林沙棘(Hippophae rhamnoides ssp.mongolica “Wulanshalin”)在砒砂岩区的根系分布特征及林下土壤抗蚀性特征,为改善当地生态环境提供新的树种选择。[方法] 在野外挖土壤剖面获取根土复合体,在室内进行根扫描及崩解试验。[结果] ①沙棘根系垂直分布规律大致相似。随土层深度的增加,根长、根体积逐步减少。根系主要分布在0—60 cm土层,占总根量比例分别为90.96%(中国沙棘),83.38%(太阳沙棘),74.93%(乌兰沙林沙棘);粗根主要分布在0—40 cm土层。水平方向粗根主要分布在距根基0—20 cm的范围内,细根主要分布在20—100 cm范围内,且距根基越远细根含量越少,根系整体呈浅层化分布。②沙棘林下土壤崩解速度变化趋势基本一致。以0—20 cm表层土平均崩解速度最低。随着深度增加逐步增大,水平方向距根基部越远土壤平均崩解速度越大。土壤崩解速度表现为：中国沙棘(3.18 g/s)＞太阳沙棘(1.27 g/s)＞乌兰沙林沙棘(1.21 g/s)。③土壤崩解速度与沙棘根系分布有显著相关关系。垂直方向上受到粗根和细根的共同影响,水平方向主要受到细根的影响,细根对固持水土的作用更大。[结论] 太阳沙棘的根系含量高于乌兰沙林沙棘,且根系分布特征和林下土壤崩解速度变化规律联系更密切,更适用于砒砂岩区的水土流失防治工作。     

砒砂岩区沙棘人工林生态系统服务功能价值变化研究

依据《森林生态系统服务功能评估规范》构建评价指标体系,参照国内权威部门发布的价格参数,运用市场价值法、影子工程法、机会成本法等方法动态评价了我国砒砂岩区沙棘人工林生态系统服务功能价值.结果表明:保育土壤、涵养水源、积累营养物质、生物多样性保护和森林防护的总服务价值在2010年、2007年、2004年和2001年分别为52.83亿元、9.34亿元、3.59亿元、21.78亿元和24.78亿元,服务价值大小排序为:保育土壤＞森林防护＞生物多样性保护＞涵养水源＞积累营养物质;不同地区沙棘人工林生态系统服务功能价值排序为东胜市＞准格尔旗＞府谷县＞伊金霍洛旗＞达拉特旗＞杭锦旗;不同时间沙棘人工林单位面积生态服务功能价值排序为2010年＞2007年＞2004年＞2001年.研究结果可为砒砂岩区生态环境和经济建设可持续发展提供理论依据.     

砒砂岩区沙棘人工林的萌蘖能力

为了达到快速治理砒砂岩区的目的,采用标准地调查方法,对内蒙古区鄂尔多斯市准格尔旗准格尔召镇近年来营造的不同林龄沙棘林萌蘖能力进行研究,以期对沙棘种植的设计、施工以及管理等提供依据。结果表明：沙棘具有极强的萌蘖性能,定植株2-8 a的沙棘人工林分,其萌蘖能力为0.2万-8.0万株/hm^2;沙棘萌蘖能力随林龄的变化,在2-4 a逐渐增加,5-6 a时达到最高,之后7-8 a又逐步下降;萌蘖能力以水、肥等条件最好的沟谷地川滩地最高,平均可达2.1万株/hm^2;不同立地条件类型间,萌蘖能力相差超过1倍;中等盖度（40%-70%）的沙棘人工林分,其萌蘖能力最高。生产实践中可充分利用沙棘萌蘖能力强的优势,适度降低种植密度,有效减少苗木和种植成本,从而实现砒砂岩区快速、经济、高效恢复植被、根治严重水土流失的目的。     

砒砂岩区沙棘人工林雌雄分异规律

雌雄分异规律的研究对于晋陕蒙砒砂岩区沙棘生态工程的建设具有十分重要的意义。通过对36块沙棘人工林标准地的调查统计发现：这一地区沙棘人工林雌雄比例平均为1：2．6;低龄时雄株比例很高,其数量甚至可达雌株的10倍;而在5～8年生时,雌雄比例变化渐趋平缓,基本上在1：2左右波动;冲积土、风沙土（盖沙黄土）、黄土基质上生长的沙棘人工林,其雌雄比例约为1：2．2～2．4,而砒砂岩上的沙棘雌雄比例为1：3．4。严酷的自然生态环境条件,是当地人工林中雄株比例明显居多的主要原因。以采果为主要经营目标的“经济型”或“生态经济型”沙棘林,应当建立在生态条件相对较好的沟谷川滩地段,适度追求经济效益;条件严酷立地应当建设“生态型”沙棘林,采取切实措施加以保护,充分发挥其水土保持、涵养水源和防风固沙等效益。     

基于灰色关联分析的砒砂岩区不同林龄沙棘的改土效应

[目的]探究不同林龄沙棘对其下土壤的改良效果,为砒砂岩区人工沙棘林生态建设、恢复和重建提供理论依据。[方法]以内蒙古达拉特旗典型砒砂岩区不同林龄沙棘林为研究对象,利用灰色度关联分析法,对沟坡阳坡1～7 a沙棘林0—40 cm土层土壤物理性质(土壤含水量、土壤容重、土壤总孔隙度、土壤比重、土壤毛管孔隙度、土壤非毛管孔隙度、土壤饱和持水量、土壤最大毛管持水量)进行测定,并以周边荒坡作为对照(CK),对不同林龄沙棘林对砒砂岩土壤的改土效应进行分析。[结果]土壤含水量、土壤总孔隙度随沙棘林龄增加而增大,随土壤深度增加而减少,土壤容重与之相反;不同林龄沙棘能增强土壤持水能力,并且4～7 a沙棘持水能力大于1～3 a沙棘持水能力。[结论]在砒砂岩区营建人工沙棘林有利于土壤改良,不同林龄沙棘对土壤改良作用主要作用于0—10 cm和10—20 cm土层。     

砒砂岩区种植沙棘后景观格局变化预测

沙棘是砒砂岩区沟谷部位常用的一种生态恢复树种。通过运用马尔科夫模型,对种植沙棘后砒砂岩区景观格局变化趋势的分析,预测沙棘等各类景观要素的发展规模,以为科学指导类似沙棘生态工程的建设项目提供相关依据。为探索种植沙棘对景观系统的影响,将沙棘单独分出来作为一种景观类型,与其他常规景观类型一起进行景观格局分析。结果表明:在砒砂岩区,沙棘生态工程建设是对区域景观生态格局变化影响最大的因素;预测确定的砒砂岩区沙棘种植面积的最大比例为10.21%,乔木林地面积比例预测值在10%以下,林地面积过大将会造成土壤干层下移,最终可能导致大片林分死亡现象出现;稀疏植被地的面积稳定比例为32.25%,在干旱少雨的砒砂岩区,较高的稀疏植被比例,是适应当地环境条件的最佳选择。     

砒砂岩区沙棘减蚀机理及其影响因子研究

为揭示在次降雨(暴雨)条件下砒砂岩区沙棘的减蚀机理及其影响因子,采用逐步回归分析法对砒砂岩区两个水土保持监测站点的沙棘小区和裸地小区2022年观测数据进行了分析,结果表明：沙棘小区的水土流失量大幅少于裸地小区,仅为裸地小区的4%左右;裸地小区水土流失模型的第一影响因子为最大30 min降雨强度,而沙棘小区的第一影响因子是降雨侵蚀力,说明沙棘覆盖影响了水土流失成因,改变了产生水土流失的机理。     

植被恢复和覆土厚度对砒砂岩区土壤水分及养分的影响

[目的]研究植被恢复对砒砂岩区土壤水分和养分的影响状况,明确对于砒砂岩地区土壤保水保肥效果最佳的植被恢复类型,为砒砂岩区的生态修复和区域水土流失治理提供理论依据。[方法]选取准格尔旗暖水乡裸露砒砂岩向覆土砒砂岩过渡区域,以黄土—砒砂岩交界带不同人工恢复植被和自然恢复草地的土壤为研究对象,测定土壤水分和养分含量,分析不同植被恢复和覆土厚度对砒砂岩区土壤水分和养分特征的影响(其中天然草地作为对照)。[结果](1)裸露砒砂岩向覆土砒砂岩过渡区域土壤水分含量主要受黄土厚度影响,黄土的持水性能优于砒砂岩土壤,养分含量主要受植被恢复类型影响;(2)研究区土壤各指标均属于中等变异程度,其中土壤水分、碳、氮含量自北向南随覆土厚度增加逐渐增加,磷素分布则相反;(3)对比天然草地,沙棘和油松恢复对砒砂岩区土壤碳、氮含量的提升效果最好,土壤有机质含量分别提高了43.12%和34.27%,全氮提高了78.95%和42.11%,铵态氮提高25.64%和46.15%,硝态氮提高69.44%和42.22%。其中油松恢复下土壤水分含量高于天然草地54.55%,但人工植被恢复后的土壤磷素水平并没有提升。[结论]黄土较砒...     

砒砂岩中植物促生芽孢杆菌的筛选及其对土壤的改良作用

[目的]筛选砒砂岩土壤中植物促生芽孢杆菌,为微生物强化植物改良砒砂岩土壤的科学设想提供资源和技术基础。[方法]以产生植物激素IAA(indole acetic acid)、铁载体和生物膜为筛选指标,从内蒙古砒砂岩区土壤和植物样品中筛选植物促生芽孢杆菌,采用盆栽试验探究植物促生芽孢杆菌改良砒砂岩土壤特性和促进苜蓿和黑麦草生长的作用。[结果]筛选到的12株芽孢杆菌产生IAA、铁载体和生物膜的能力不同,分别属于Bacillus halotolerans,B.atrophaeus,B.siamensis和B.zhangzhouensis种群。与对照相比,B.halotolerans P75能够显著增加砒砂岩土壤的有机质含量(24.7%)、速效磷含量(11.9%)和速效钾含量(21.0%)等养分指标,每1 g土壤可培养细菌达到7.4 lg CFU,土壤蔗糖酶活性显著增强(58.8%)。接种B.halotolerans P75后,在砒砂岩土壤中生长的苜蓿和黑麦草干重增加22.3%～81.5%,[结论]从生长于砒砂岩土壤的苜蓿根内筛选到B.halotolerans P75,可提高砒砂岩土壤肥力,促进苜蓿和黑麦草生长,具有强化植物改良砒砂岩土壤的潜力。     

基于Landsat 8和Sentinel-2数据的砒砂岩区生物量估算的差异性

[目的]分析基于不同空间分辨率遥感影像估算的地上生物量(above ground biomass, AGB)差异,为遥感估算荒漠生态系统AGB的研究中不同空间分辨率影像的选择提供依据。[方法]在地面AGB调查的基础上,结合Landsat 8与Sentinel-2影像建立AGB-MSAVI统计模型,对砒砂岩区AGB进行了遥感估算,并分析不同植被覆盖区(高、中、低)AGB估算的差异性。[结果] Landsat 8与Sentinel-2影像均能较好地实现AGB估算,AGB估算结果在空间分布上具有相似性。基于Landsat 8和Sentinel-2数据估算AGB模型平均相对误差分别为13.41%和11.42%,基于Sentinel-2数据的AGB估算精度较高。[结论]不同植被覆盖区Sentinel-2与Landsat 8数据估算的AGB存在一定的差异,低植被覆盖和高植被覆盖区,两种遥感数据估算的AGB差异相对较小;中植被覆盖区,遥感数据受到空间分辨率的制约,空间异质性影响相对显著,两种遥感数据估算的AGB差异较大。高空间分辨率遥感影像对AGB估算精度的提高具有一定效果。     

基于RSEI模型的砒砂岩区生态环境质量演变研究

[目的]探究砒砂岩区生态环境质量状况,为当地生态环境治理工作提供科学依据。[方法]基于GIS和RS技术,利用遥感生态指数RSEI模型,分析砒砂岩区2001—2020年生态环境质量时空演变。[结果](1)基于砒砂岩区4期影像数据提取的遥感生态指数RSEI呈现先下降后上升的趋势,表明生态环境质量在缓慢改善;(2)绿度生态指标与湿度生态指标对砒砂岩区生态环境质量起正向作用,干度生态指标与热度生态指标会起到负面作用,并且绿度生态指标对生态环境质量改善的贡献率更高;(3)在2001—2020年间,生态环境质量改善区域占到研究区总面积的36.79%;生态环境质量恶化区域占15.68%,多为轻度退化。[结论]砒砂岩区2001—2020年间生态环境质量总体呈现出上升趋势,且生态环境质量对人为活动高度敏感,因此在改善生态环境的同时还需融入生态保护理念,做到人与自然和谐共生。     

裸露砒砂岩区人工林地侵蚀特征及其侵蚀量模拟研究

[目的] 研究裸露砒砂区天然降雨条件下不同类型人工林地的侵蚀特征,为裸露砒砂区植被建设和减轻泥沙入黄提供科学指导。[方法] 以裸露砒砂岩区广泛栽植的油松人工林、山杏人工林、沙棘人工林和柠条人工林以及草地和裸地为研究对象,采用径流小区监测的手段,对各类型样地的年内天然降雨以及土壤侵蚀量进行监测。[结果] ①依据研究的年内降雨数据,裸露砒砂岩区长历时的暴雨和中到大雨的情况下,瞬时雨量呈现双峰趋势,累积降雨量呈梯式增长规律;短历时的暴雨和小到中雨的瞬时雨量呈单峰趋势,累积降雨量分别呈S形和线性增长趋势; ②裸露基岩坡面侵蚀较为严重,总产流量达28.48 L,总土壤侵蚀量达31.85 t/(hm²·a),有植被的坡面总产流量在9.8～18.41 L之间,总土壤侵蚀量在1.67～10.14 t/(hm²·a)之间。各类型人工林地的产流量随着降雨类型的变化并无统一规律;但土壤侵蚀量均呈现：裸地>草地>柠条林>山杏林>油松林>沙棘林的规律。油松林和沙棘林地的产流量和土壤侵蚀量均呈极显著相关关系,相关系数分别0.929,0.893;各类型样地的平均雨强和I₃₀均与土壤侵蚀量呈显著相关关系,相关系数高于0.595。③各类型人工林地降雨量分别与径流量、土壤侵蚀量呈多元线性(R²>0.771)的关系。降雨产流模型的Nse值高于0.62,除柠条人工林外降雨产沙模型的Nse值高于0.57,表明模型精度相对较高。[结论] 在裸露砒砂岩区侵蚀性降雨条件下,人工林地降雨、产流与产沙均存在一定的函数关系且人工林地的侵蚀量小于裸露坡面的侵蚀量。     

裸露砒砂岩区小流域土壤侵蚀空间自相关特征及影响因素

[目的]研究裸露砒砂岩区小流域土壤侵蚀空间自相关特征及影响因素,为科学指导植被建设,减轻入黄泥沙提供理论指导.[方法]以裸露砒砂岩区鲍家沟小流域为研究对象,运用地统计学和灰色关联理论相结合的方法,研究裸露砒砂岩区小流域土壤侵蚀空间自相关特征及影响因素.[结果]①研究流域土壤侵蚀模数具有显著的空间自相关性(Z值为136....     

砒砂岩区主要造林树种枯落物及林下土壤持水特性

为了探究砒砂岩区不同造林树种水文特征,以该地区油松、侧柏、青杨、山杏、沙棘、柠条为研究对象,通过浸泡法和环刀法,对比分析了不同树种枯落物层和土壤层的持水特性。结果表明:砒砂岩区主要造林树种枯落物蓄积量变动范围为1.55~7.89t/hm~2,青杨林下枯落物最大持水率最高为281.26%,其他树种枯落物最大持水率依次为油松(217.14%)、侧柏(201.05%)、山杏(202.79%)、沙棘(170.96%)、柠条(158.08%)撂荒地(143.88%)。油松林下土壤层容重最小为1.46g/cm3,总孔隙度和毛管孔隙度最大分别为43.55%和36.99%,毛管持水量最大为14.50mm;山杏林下土壤非毛管孔隙度最大为13.12%,非毛管持水量最大为6.86mm。油松枯落物及其林下土壤层持水能力良好,更适宜作为砒砂岩地区植被建设树种。     

Interaction Between Plant Roots and Soil Water Flow in Response to Preferential Flow Paths in Northern China

Preferential flow is expected to provide preferential channels for plant root growth and variations in soil water flow, but few studies were conducted to imply the impacts of these changes, particularly for preferential flow in stony soils. This study aimed to characterize soil water flow and plant root distribution in response to preferential flow paths and quantitatively describe the relation between plant root distribution and soil water flow. Field dye‐tracing experiments centered on experimental plants were conducted to determine the root length density and soil water flow process. Laboratory analyses were performed to characterize changes in the relative concentration of the accumulated effluent and the degree of interaction between plant roots and soil water flow. The amount of fine plant roots with preferential flow paths decreased with increasing soil depth for all experimental plots. The largest plant roots were recorded in the upper soil layers to a depth of 20 cm. The relative concentration of the accumulated effluent increased with time and decreased with soil depth under saturated soil conditions, whereas a distinct early turning point for the relative concentration of the accumulated effluent was observed in the 0–20‐cm soil columns, and the relative concentration of the accumulated effluent initially decreased and then increased with time under unsaturated soil conditions. This study provides quantitative information with which to characterize the interaction between plant roots and soil water flow in response to preferential flow paths in soil–plant–water systems. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.