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。     

水文地质环境在土地沙漠化发展过程中的控制作用

一、关于土地沙漠化的概念及危害程度 目前,不同学科的专家对沙漠化的概念理解还存在一定差别.从水文地质角度看,所谓土地沙漠化,是指在人类活动影响下,由于水文地质环境的变化而导致植被衰亡、土壤盐渍化、草原退化、土地沙化等土地生产力下降,进而出现以风沙危害为主的环境退化过程.     

干旱对土壤微生物的影响及其与碳动态的关系

干旱是影响土壤微生物变化及其土壤碳动力学特征的重要因素之一,因此,探讨不同干旱强度下土壤微生物的变化对揭示土壤陆地生态系统碳循环具有重要意义。基于此,研究着眼于全球尺度,采用整合分析方法研究不同干旱水平、不同干旱时间以及不同植被类型下,土壤微生物群落的变化特征及其与土壤碳的关系。结果表明,在轻度干旱水平上(0~35%),微生物生物量增加27.95%,细菌降低0.44%,真菌增加0.67%;在中度干旱水平上(36%~70%),微生物生物量下降4.11%,细菌降低5.21%,真菌增加8.57%;在重度干旱水平上(71%~100%),微生物生物量下降14.68%,细菌降低3.85%,真菌降低4.99%。对于总体微生物而言,相较于灌木林、乔木林、草地等土地利用方式,农田干旱使总微生物量显著降低22.93%。干旱时间对土壤微生物生物量的影响程度也不同,尤其是短期干旱(0~30 d),其土壤微生物显著降低,降低了11.94%。相关性分析表明,在干旱情况下,土壤微生物与土壤碳的动态变化呈现出显著正相关。     

主要防风固沙植物及其应用价值探讨

随着人们对土地资源的不合理开发利用,从而导致我国生态环境较为脆弱的地区出现了土 地生产力下降、土地资源丧失、土地呈沙漠化等一系列土地退化现象。而沙漠化的土地不仅给当地地 区居民日常生活带来了严重的干扰,还会导致我国生态环境进一步的恶化。因此现阶段在沙漠地区 使用防风固沙植物资源,增加沙漠天然植被的数量已经成为我国防风固沙的主要措施,本文中便对主 要防风固沙植物的应用价值进行探讨。     

血水草生物量及碳贮量分布格局

采用样方收获法,利用实测数据,研究了湖南桃江血水草的生物量、碳含量、碳贮量及其分配特征。结果表明,血水草生物量为1744.70 kg/hm²,其中以地下根系生物量最高,为1278.63 kg/hm²,占血水草生物量的73.9%,且地下根系部分生物量与地上叶、茎部分生物量比值为2.74。血水草各器官平均碳含量为450.54 g/kg,从高到低排序为叶>茎>根。土壤层有机碳含量为6.63-38.50 g/kg,各层次碳含量分布不均,表层(0-15cm)土壤碳含量较高,并随土壤深度的增加而逐渐下降。生态系统碳贮量为101.19 t/hm²,碳库的分布格局为土壤层>植被层>枯落物层。植被层的碳贮量为0.79 t/hm²,占整个生态系统总碳贮量的0.78%;在植被层中,地下根系碳贮量为0.57 t/hm²,占植被层总碳贮量的72.2%,是植被层的主要碳库。枯落物层碳贮量较少,为0.22 t/hm²,仅占整个生态系统的0.22%,它是维系植物体地上碳库与土壤碳库形成循环的主要通道。血水草生态系统中的碳贮量绝大部分集中在土壤中,土壤层碳贮量可观,为100.18 t/hm²,占系统总碳贮量的99.0%,是血水草生态系统中的主要碳库。研究结果,可为深入研究亚热带地区草本植物的生态功能提供参考。     

石漠化土地“五水”转化模拟研究

通过设计不同裂隙率、不同坡度的石漠化土地,以不同雨强对其进行人工模拟降雨试验,以研究石漠化土地"五水"转化过程。结果表明:在石漠化土地的降水过程中,有48.7%~63.5%的水转化为地表径流,5.2%~22.6%的水被土壤吸收,5.3%~33.6%的水被植被截流,有5.6%~9.8%的水形成裂隙水。     

干旱区沙漠化土地治理与保护性耕作

面对沙漠化土地"局部治理,总体恶化"的现状,探索新的沙漠化治理方法和手段是必要的.通过对干旱区土地沙漠化原因的分析,回顾了我国半个多世纪艰辛而伟大的防沙治沙历程,认为在沙漠化土地治理中存在着对沙漠和沙漠化概念的差别,在研究和实践领域没有达到广泛共识、沙漠化治理方针和措施有片面性等局限.对保护性耕作的起源和特点分析后,认为保护性耕作在干旱区沙漠化土地治理中能起到三个积极的作用:(1)减少土壤扰动、增加地表覆盖率,直接减少土壤风蚀、防治土壤沙化和沙尘暴.(2)培肥土壤,防治土壤退化和潜在的土地沙漠化.(3)降低生产成本,增加农民收益,使农民减少对天然植被的破坏.进一步提出建设干旱区保护性农业防治土地沙漠化的主张.     

民勤荒漠生态退化动态特征研究

通过设置样方,调查研究了民勤荒漠生态退化的动态特征。结果表明,民勤绿洲区地下水位正在急剧下降,天然植被面积逐年减少,盖度正在明显下降,随着水资源退化和植被退化,沙漠化土地面积正在扩大,沙漠化程度正在增强。荒漠区水资源退化引起植被退化,植被退化进而导致沙漠化过程加强。随着植物的大面积死亡和稀疏化,生态环境越来越恶化。植被退化加之开垦使得极重度、重度沙化土地面积扩大,中轻度沙化土地面积相对减少。目前地下水位下降的主要原因,一是农业灌溉用水量增大,二是上游入境水量逐年减少。实践证明,在干旱沙漠中造林,尤其是打井提取地下水造林,只能加速沙漠化和生态环境退化的过程。     

防治辽北土地荒漠化对策

荒漠化土地荒漠化(沙漠化)是发生在干旱、半干旱和亚湿润干旱地区,由于气候变化和人类活动所造成的土地退化过程。近半个世纪以来,由于人类过度耕种、过分放牧和狂砍滥伐森林,使得土地贫瘠、植被破坏、水土流失,从而加剧了沙漠化对人类的威胁。我国是世界上受沙漠化危害较严重的国家之一,沙化土地有173.97万平方公里,占国土陆地面积的18.12%,每年由沙化造成的直接经济损失超过540亿元。土地沙漠化已成为严重威胁中华民族生存空间、制约我国经济社会发展的巨大挑战。     

黑龙江省西南部土地沙漠化敏感性评价

以黑龙江省西南部的土地沙漠化敏感性为研究对象,从自然和人为影响因素中选取湿润指数、土壤类型、起沙风的天数、植被覆盖和景观破碎度等5个因子作为评价指标,按土地沙漠化敏感度的高低将研究区划分为5级：极高敏感区、高敏感区、中敏感区、低敏感区和不敏感区,在GIS技术的支持下对研究区的土地沙漠化敏感性进行评价。结果表明：评价区域内有88.9%的面积为轻度敏感和中度敏感,有15.3%的区域为高度敏感,无极敏感区域;从土地沙漠化敏感性的空间分布来看具有从西南向东北具有逐渐降低的趋势;最后结合沙漠化敏感性的等级,提出了防治土地沙漠化的建议。     

科尔沁沙地4种作物根茬抗风蚀效果风洞试验研究

利用野外风洞设备,以翻耕地为对照,对科尔沁沙地东部农田的4种不同作物茬地抗风蚀效果进行了测试,对风蚀主要影响因子进行了分析.试验结果表明:作物留茬可显著提高地表抗风蚀能力;在相同风速条件下.抗风蚀能力大小依次为燕麦茬地＞玉米茬地＞向日葵茬地＞绿豆茬地＞翻耕地;与翻耕地相比.燕麦茬地、玉米茬地、向日葵茬地和绿豆茬地的起动风速分别抬高了53.3%、17.8%、11.1%、8.9%.结果表明,风蚀量与土壤地表覆盖度、土壤0～5 cm表层含水量、地表粗糙度、土壤容重、土壤坚实度呈负相关关系,其中与前三者呈显著高度负相关关系.采用免耕留茬措施可以有效地抑制农田土壤风蚀,有利于防治农田荒漠化.     

农业利用对毛乌素沙地土壤碳氮含量及微生物量的影响

为研究毛乌素沙地不同农业利用类型和方式对土壤碳氮及微生物特征的影响,以位于毛乌素沙地的圪丑沟流域为研究地点,选取了不同农业利用类型及方式的传统农业（小麦、水稻、旱稻）、设施农业（黑莓、蓝靛果花楸、葡萄）、集约化农业（马铃薯）为研究对象,以明沙为对照,分析长期不同农业利用类型及其方式对毛乌素沙地土壤碳、氮、呼吸和微生物的影响。结果表明：不同农业利用类型和不同农业利用方式对土壤微生物生物量碳、氮均有一定影响,其中农业利用类型影响更为显著。微生物生物量碳在设施农业中表现出最高水平,微生物生物量氮在集约化农业中表现出最高值（8.45 mg·kg^-1）,且均显著高于其余农业利用类型。与沙地相比,7种农业利用方式土壤全碳、全氮、矿化氮含量均显著提高;3种农业利用类型土壤全碳、有机碳、全氮含量均表现为设施农业各样地最高,均值分别是沙地的6.32、3.82、10.14倍;土壤硝态氮、矿化氮均表现为集约化农业最高,均值分别是沙地的6.46、8.21倍。不同农业利用方式下,除水稻地和蓝靛果花楸地外,其他农业利用方式土壤铵态氮含量较沙地显著降低了8.70%~56.32%;除旱稻地外,其他农业利用方式土壤呼吸速率较沙地显著提高了60.17%~194.07%。通过相关性分析得出全碳、有机碳、全氮、微生物生物量碳两两之间呈显著正相关关系,硝态氮与微生物生物量氮呈显著正相关关系。研究表明：沙地农业利用对微生物的生命活动产生了不同程度地影响,降低了土壤铵态氮含量。传统和集约化农业加快土壤有机质分解,促进了土壤氮素的矿化作用,而设施农业在增加土壤碳、氮含量方面具有明显优势。     

基于沙地植被指数的荒漠化评价方法

混合像元是影响基于遥感技术的荒漠化评价精度的主要原因。本研究通过光谱混合分析技术进行了亚像元尺度上荒漠化信息提取,并在深入研究荒漠化评价指标的基础上,利用所提取的农田信息与沙生植被信息构建了用于荒漠化评价的沙地植被指数,并与常用植被归一化指数进行比较。结果表明,沙地植被指数对荒漠化地区植被探测能力明显优于植被归一化指数,更适合于区分不同程度的荒漠化土地。对毛乌素沙地评价结果表明,毛乌素沙地荒漠化十分严重。     

河西地区土地利用变化的生态环境效应研究

1990~2000年间,河西地区土地利用方式发生了较大的变化。耕地面积和居民地、工矿、交通等建设用地持续扩大,草地、未利用地和水域面积趋于减少;动态过程以未利用地向耕地和建设地转化,草地向耕地转化最为明显。主要土地利用转变类型大多与耕地有关。土地利用/覆盖变化导致了诸多生态环境问题如:土地荒漠化、水资源短缺、水质恶化、植被破坏等,使该区的生态环境更加脆弱。     

毛乌素沙地蒸散发时空分布及影响因素分析

毛乌素沙地存在水资源短缺和生态环境脆弱的问题，探究其蒸散发时空格局可为区域水资源开发利用和生态环境保护提供依据。基于2000—2019年MOD16数据分析毛乌素沙地蒸散发（evapotranspiration，ET）年际变化及其空间分布特征，选取气象数据、植被指数和土地利用/土地覆盖数据，通过趋势和相关系数分析其对ET的影响。结果表明：毛乌素沙地ET在空间上表现出显著的区域差异性，整体呈西北低、东南高的分布规律，2000—2019年的均值为258.8 mm；2000—2019年毛乌素沙地ET呈快速上升趋势，平均变化速率为6.87 mm·a^-1； ET与降水量相关系数为0.74，与气温无明显相关性，不同土地利用/覆被的ET存在明显差异性；ET与归一化植被指数（normalized difference vegetation index，NDVI）空间分布和年际变化曲线一致，二者全区域决定系数为0.628 8。在降水量、土地利用/覆被、NDVI等因素共同影响下，2000—2019年毛乌素沙地ET明显增加，其中降水量是毛乌素沙地气候条件的主要因素，NDVI是影响同一时期ET的重要因素。该研究为毛乌素沙地生态水源涵养与保护提供理论基础和科学依据，对研究区落实水资源管理制度和生态环境保护政策具有重要的指导意义。     

科尔沁沙地杨树水分利用策略

目的在科尔沁沙区, 杨树人工林出现了不同程度的退化现象, 水分是本地区植物生存的主要限制因子, 本文为了探究科尔沁沙地杨树人工林的水分来源及水分利用机制, 揭示水分与杨树人工林退化的关系, 为科尔沁沙地杨树人工林生态系统恢复和重建提供参考依据。方法利用氧稳定同位素技术以科尔沁沙地杨树人工林为研究对象, 采用“DELTA plus XP”稳定同位素比例质谱仪测定植物(木质部)水及各潜在水源δ18O值, 结合自动气象站(HOBO U30-NRC)连续观测降雨量等环境和气象因子, 利用同位素质量守恒多元分析方法, 分析雨季和旱季杨树人工林水分利用策略。结果(1) 雨季土壤含水量均高于旱季, 雨季在0~100 cm土层的土壤含水量随土层深度显著增加(P < 0.05), 而100~170cm土层的土壤水分含量显著下降(P < 0.05);旱季林内土壤水分含量均大于林外土壤水分含量, 但差异均不显著(P>0.05)。(2)土壤水和植物水δ18O值都高于地下水δ18O值; 旱季土壤水δ18O值整体上比植物水δ18O值低; 雨季土壤水δ18O值反而高于植物水δ18O值。(3)杨树人工林旱季主要吸收利用130cm以下的深层土壤水, 对浅层土壤水利用较少; 雨季杨树人工林除了吸收130cm以上土壤水, 还少量的吸收深层土壤水和地下水。结论(1) 浅层土壤水氧同位素值受到太阳辐射和降水的干扰程度较大, 而深层土壤水受到的干扰程度较小。在旱季, 林内各层土壤水均大于林外各层土壤水, 尤其是80~170cm土壤层更加显著, 这从侧面解释了杨树在利用较深的土壤水及地下水时, 会将少量水分释放到土壤表层这一现象。(2)雨季沙地杨树人工林主要利用浅层土壤水, 旱季杨树人工林主要利用深层土壤水和地下水。杨树人工林根系在浅层和深层土壤中均有分布, 此种根系分布特征保证了杨树人工林在不同季节采用不同的水分利用策略, 从而确保自身水分的生理需要, 是植物应对干旱沙地环境适应性的表现。      

科尔沁沙地沙丘-草甸区土壤水分动态模拟研究

本文采用时间序列自回归模型对科尔沁沙地沙丘、草甸区土壤贮水量动态进行了模拟.最终确定沙地土壤水分的AR模型阶次为8,草甸AR模型阶次为11.将模型计算得到的土壤贮水量与实测值进行对比分析,结果表明,模型拟合精度较高,所建立的AR(p)模型能够较好的进行该地区土壤贮水量的动态预测.     

基于沙漠化和适宜性的农牧交错带土地利用优化研究——以内蒙古科尔沁左翼后旗为例

为探索农牧交错带地区合理土地利用途径,以科尔沁左翼后旗为研究区,借助Envi和ArcGIS软件,利用同期遥感影像提取土地利用类型和土地沙漠化信息,根据研究区地形、土壤和水资源三大类型基础数据提取土地适宜性信息,通过分析土地沙漠化和适宜性情况进行土地利用优化。结果表明:研究区77.94%的土地受沙漠化影响,沙漠化程度由西北向东南区递减;3种土地利用类型的沙漠化状况受到其适宜性水平影响,适宜性越低则沙漠化可能性越高,耕地表现更为明显,耕地沙漠化多是开垦宜耕性较低的土地及粗放利用造成的,林地和草地的沙漠化则是低质量土地与过垦、过牧行为相互作用的结果;土地利用结构优化后,耕地面积减少2.80%,多位于生态较为脆弱的西北区域,林地和草地分别增加6.88%、16.02%,主要来源于未利用地的沙地。研究区半农半牧的土地利用方式使得耕地与林地和草地频繁转换,促使沙漠化进一步发展,为实现农牧交错带的可持续发展,土地利用优化应在生态恢复的同时促进畜牧业和种植业的平衡发展。     

不同利用方式对紫色水稻土微生物量碳的影响

通过研究西南大学试验农场包括不同的耕作、轮作和施肥的综合利用方式对经14年28茬的中性紫色水稻土壤微生物量碳的差异,探究利用方式对紫色水稻土生物活性的影响。结果表明:耕层土壤微生物量碳主要介于200～600mg/kg,除垄作耕翻(稻油)处理外,基本随深度增加而降低。长期垄作免耕并实行稻油轮作的利用方式使其土壤微生物量碳在0～10cm土层与其他利用方式相比明显增加,并且差异显著;而水旱轮作(稻油)的利用方式不利于增加微生物量碳,说明微生物量碳可用作利用方式影响紫色水稻土土壤质量变化的生物学评价指标。从提高土壤生物活性与有机碳含量的角度来看,垄作免耕(稻油)的利用方式最适合于紫色水稻土。     

科尔沁沙地植物群落物种多样性及其主要影响因素

目的科尔沁沙地地处我国北方农牧交错带，其植物多样性组成与格局对人为干扰及其导致的环境因子变化极其敏感。近年来，科尔沁地区农牧业发展迅速，人为干扰对自然植被的影响不断加大，但是探讨放牧干扰与环境因子对植物群落不同水平物种多样性相对影响的研究还比较缺乏。方法本研究基于44个调查点，放牧干扰数据以及环境数据，通过单因素方差分析、一元线性回归、多项式回归和方差分解等方法，分析科尔沁沙地植物群落α、β、γ多样性分布特征及其主要影响因素。结果（1）群落α、β、γ多样性均随放牧强度的增加而逐渐下降，不同放牧强度之间均存在显著差异（P < 0.05），重度放牧下群落α、β、γ多样性均显著低于围封区（P < 0.05），在围封区达到最高。（2）群落α多样性与放牧强度和最热月均温呈极显著负相关关系（P < 0.01），与气温日较差、土壤有机碳和土壤全磷含量呈极显著的正相关关系（P < 0.01），随年均降水量的增加而呈显著的先减后增的变化趋势（P < 0.05），并随着最冷月均温和土壤全氮含量的增加呈显著的先增后减的变化趋势（P < 0.05）。群落β多样性与放牧强度、潜在蒸散量和最冷月均温呈显著的负相关关系（P < 0.05），并与年均降水量呈显著的正相关关系（P < 0.05）。群落γ多样性与放牧强度呈极显著的负相关关系（P < 0.001），与土壤有机碳和土壤全氮含量呈极显著的正相关关系（P < 0.01）。（3）放牧干扰是群落α和β多样性的主要影响因素，放牧干扰与土壤因子的协同作用是群落γ多样性的主要影响因素。结论放牧干扰对科尔沁沙地植物群落不同水平物种多样性起着关键作用。因此需要制定科学的放牧管理制度、加强监管力度，对严重退化的区域实行围封禁牧，在降低放牧强度的同时打击偷牧行为，能够有效促进科尔沁沙地植物多样性保护和退化生态系统自然恢复。