陕北毛乌素沙地土壤水分时空变异规律研究

对陕北毛乌素沙地流动、固定、半固定沙丘的土壤水分进行的长期动态观测结果表明,含水量排序为流动沙丘(8.47%)＞半固定沙丘(8.40%)＞固定沙丘(8.39%).沙地含水量随土壤深度的变化存在着分布上的差异,随着深度的增加呈现先增加再减少的趋势,在0～60 cm土层,流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘土壤水分含量分别为8.08%、8.00%和8.03%,差异不显著;在60～200 cm土层,流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘土壤水分含量分别为8.65%、8.57%和8.53%,差异显著(P>0.05),其中60～140 cm层,流动沙丘、半固定沙丘和固定沙丘土壤水分含量分别为8.76%、8.62%和8.54%,差异极显著(P>0.01).固定沙丘、半固定沙丘大部分背风面的土壤含水量高于迎风面的含水量,但在流动沙丘上迎风面的土壤含水量却明显比背风面的高.在沙丘的不同部位含水量也存在差异,土壤含水量坡顶部＜坡中部＜坡底部,在沙丘下部的丘间土壤含水量明显高于丘顶部.另外,沙地水分还受季节变化的影响,具有明显的季节变异性.     

毛乌素沙地过渡地带土壤水分特征及其植物利用

毛乌素沙地过渡地带沙地生态系统土壤湿度状况随着地貌部位不同而变化。沙丘迎风坡基质流动、背风坡沙埋沙压和丘间低地潜水埋深等控制着沙地土壤水分分布规律 (土壤湿度模式 )和沙地植物利用土壤水分的特点 (沙生植物分布模式 )。沙生植物的水分利用的机制主要体现在如下两个方面 :地上部分的生理生态过程和生物量 :地下部分根系分布及其土壤水环境容量。在沙丘从流动变为固定的过程中 ,固沙林形成后的土壤水分动态和灌木林群落实际蒸腾蒸发规律的关系反映不同植被覆盖、不同密度、不同年份和不同季节水分平衡状况 ,藉以确定合理的土壤水分消耗模式 ,维持固沙林群落的稳定和良性演替。为了提高沙生植物水分利用效率 ,一是从沙生植物本身的生理、生态、遗传特性进行分析研究 ,筛选出耐旱和抗水分胁迫强的品种。乡土灌木树种能有效地使个体和群落恢复 ,但也应注重引种。另一方面则是利用各种抗旱保水新材料最大限度地保存和利用固沙林地的水分以满足植物特别是在春旱期间根系的恢复与生长需要 ,即以吸水剂、保水剂、水分表面活化剂、菌根剂和土壤生物制剂 (例如细菌肥料 )等为原材料的新型抗旱造林技术 ;三是依据沙地水环境容量 ,合理确定各种灌木林的造林密度及其与沙丘发育阶段相应的种群配置格式。     

毛乌素沙地东南缘不同植被盖度下土壤水分特征分析

2007年利用EC-5土壤水分探头对毛乌素沙地东南缘土壤水分进行了定位观测,分析了不同植被盖度下土壤水分的时空分布特征及土壤蓄水量的差异。结果表明:在时间尺度上,固定沙地土壤水分含量表现为:秋季>春季>夏季,半固定沙地和流动沙地土壤水分含量为:夏季>秋季>春季。在垂直方向上,固定沙地整个剖面土壤水分变化成"S"型曲线变化,半固定沙地和流动沙地土壤水分成反"S"型曲线变化。0～200cm沙层中,流动沙地土壤蓄水量最大,半固定沙地次之,固定沙地最差。     

毛乌素沙地农业生态系统分析及评价

针对毛乌素沙地农业生态系统长期处于低而不稳的问题,结合毛乌素沙地农业生态系统自然环境优势,从整体上对毛乌素沙地农业生态系统结构进行了分析和评价。研究表明:毛乌素沙地农业生态系统在种植业上存在粮食生产压力过大、规模效益低下,特色产业开发不够、生态环境逐渐恶化;在养殖业上存在资金和科技投入不足、草畜矛盾突出、生产条件差等问题。但该沙地具有光、热、水、风能及土地等自然环境优势。因此,应大力调整种植业和养殖业结构,充分利用自然资源。并采取农牧结合、农林结合和沙区绿洲型发展模式,建立可持续发展的毛乌素沙地农业生态系统。     

毛乌素沙地生物结皮对土壤温度的影响

土壤温度对作物生长发育、土壤水盐运移、生物的数量与活性、土壤碳平衡等均有较大的影响。为了研究毛乌素沙地生物结皮区和裸沙区土壤温度的差异,于2010年9~11月在陕北毛乌素沙地东南缘神木县圪丑沟地区,选择晴朗天气进行定位观测试验。结果表明: ① 同一剖面深度,生物结皮样地土壤温度的日变化趋势同裸沙样地一致;且从6:00~21:00时每隔3 h,土壤垂直剖面的温度沿着“\” 型、 微“（”型、明显“（”型、“/” 型、微“）”型、“\”型进行周期性变化。② 生物结皮的覆盖极显著降低了地表的土壤温度（[WTBX]P[WTBZ]＜0.01）。③ 生物结皮样地和裸沙样地表层土壤温度变幅最大,随剖面深度的增加土壤温度变化趋缓。当气温和土壤含水量较低时,生物结皮对同一深度土壤温度变化幅度的影响更明显。从垂直剖面角度看,生物结皮降低了土壤温度及其变幅。④ 生物结皮提高了0~25 cm深度土壤温度对气温的敏感程度。表明土壤温度的变化是多因素作用的结果,前人仅根据生物结皮的颜色来判断其对土壤温度的影响是不够的。生物结皮对土壤温度造成影响的主要原因,可能是其改变了土壤表层结构及土壤水分状况。在今后相关研究中如水分蒸发、土壤化学性状的改变等,要特别注意生物结皮的温度效应对这些过程的影响,从而使分析更加客观深入。     

毛乌素沙地食用植物资源开发利用研究

采用实地调查、标本采集与查阅文献资料相结合的方法,对毛乌素沙地食用植物资源进行了调查分析,以了解毛乌素沙地食用资源植物类型、用途及生态利用价值,以期为合理利用、有效保护该区资源植物提供科学依据.结果表明,毛乌素沙地食用植物有320种, 隶属于82科229属,其中野果、野菜及饲料植物资源丰富,特色鲜明,具有较高的开发利用价值.饲用植物可作动物饲草、饲料添加剂,还可用在生态环境建设中;野菜、野果具有较高的食用价值,可开发系列产品,还可用在生态环境建设及城市园林绿化中.并提出加强食用资源植物调查,坚持以保护为主,适度开发特色植物的原则,建立特优物种基因库,开展特异物种驯化栽培试验研究等合理利用与保护建议.     

毛乌素沙地不同水分梯度根系垂直分布与土壤水分关系的研究

通过对毛乌素沙地不同水分梯度根系垂直分布的研究表明:不同水分梯度根系分布随土壤深度的增加呈指数形式下降,不同梯度由于土壤水分、植被根系类型的差异,不同水分梯度植被根系的空间分布也有差异,不同梯度根量随土壤垂直深度的模拟方程分别为:y=9.5736e-0.1341x,R2=0.8859(I);y=16.246e-0.2037x,R2=0.9301(II);y=32.001e-0.1904x,R2=0.9544(III);y=28.336e-0.1993x,R2=0.9484(IV)。不同水分梯度土壤含水率变化程度不同,同一水分梯度各层土壤含水率变化幅度亦有差异,0.1m土壤含水率变异系数最大,随着土壤深度增加变异系数减小,根据土壤含水率变异系数分析我们将各层土壤水分垂直变化划分为活跃层(0-0.1m)、次活跃层(0.2-0.6m)、相对稳定层(1m)(I、II、III);而对IV梯度划为活跃层(0-0.1m、1m)、相对稳定层(0.3m)。根系生物量垂直分布与其对应土壤含水率有明显相反的关系,土壤含水率的变化与根系生物量的变化趋于相反,当土壤含水率增大时相应区域根系生物量减小;反之则增加。随水分梯度的增加各梯度最高水分利用层逐渐向表层发展,从第I梯度0.4m的6.84到第IV梯度0.1m的14.33。     

毛乌素沙地凝结水动态变化及其影响因子的研究

基于2002年5~10月间运用直接称重法对毛乌素沙地臭柏(Sabina vulgaris Ant.)群落林间空地的0-1.5cm表层土壤凝结水连续观测资料,分析讨论了凝结水的日变化和季节变化特征以及影响凝结水形成的环境因子。结果表明:毛乌素沙地天然臭柏群落内各月均有凝结水发生,并且可从午后持续至翌日清晨,但各月间凝结水量和凝结持续时间有所不同。5月份凝结水持续时间最短,凝结水量也最少;而9月份凝结水持续时间最长,凝结水量也最多。影响毛乌素沙地凝结水形成的主要环境因子有风速、大气相对湿度、气-地温差及其相互作用。其中,风速与凝结量间存在较高相关性,而气温能否趋近或降至露点产生土壤凝结水是决定夜间水分凝结量的一个关键因素。     

毛乌素沙地植物资源调查及开发利用研究

经野外调查统计,毛乌素沙地共有植物731种,分属于117科、400属。其中,藻类植物3科、3属、3种;菌类植物6科、6属、6种;苔藓植物4科、4属、4种;地衣植物1科、1属、1种;蕨类植物3科,3属、5种;裸子植物5科、9属、25种;被子植物95科、374属、692种。被子植物中,双子叶植物80科、310属、583种,单子叶植物15科、64属、109种。在这些植物中,包含有食用植物、饲用植物、药用植物、观赏植物及其他工业原料植物等各种野生种子植物623种,具有较大的开发利用价值。     

毛乌素沙地沙柳与柠条根系分布特征对比

采用土柱法对毛乌素沙地沙柳与柠条的根系进行了研究。研究表明:沙柳与柠条均为主根型植物,沙柳的水平根更为发达。三年生沙柳根系水平分布在距树基160cm范围内的土层中,距树基0～40cm范围内根系分布最多,占总根量的78.73%;柠条根系水平分布在距树基60cm范围内的土层中,占总根量的78.58%。沙柳根系垂直分布在60cm土层以上,而柠条根系垂直分布在30cm至90cm土层之间。     

毛乌素沙地南缘沙丘水分的时空分布特征

在2003年4～10月,通过对毛乌素沙地南缘沙丘0～100 cm沙层水分含量的定点观测,结果表明:不同季节水分含量为秋季＞春季＞夏季,春、秋季节为沙丘水分的积累期,夏季为水分亏缺期;沙丘水分垂直变化小,近地表水分含量低,普遍存在一层干沙层,厚度约为10～20 cm.沙丘各部位水分由高到低依次为丘间＞背风坡＞迎风坡＞丘顶,夏季由于地表出现干沙层,故迎风坡水分高于背风坡.     

毛乌素沙地沙丘干沙层水分特征初步研究

干沙层对抑制蒸发保护沙漠地区的生态水具有重要作用.在毛乌素沙地进行水分实验观测表明,当地干沙层的厚度在12～20 cm,干沙层内部的平均含水量在0.42%～0.54%,且水分由地表向下边界呈指数增加,R2在0.88～0.99之间.干沙层的厚度变化与所处沙丘的位置、沙面活动程度以及有无植被覆盖等有关.降雨对近地表干沙层的消失和产生有重要影响,近地表干沙层的发育是水分下渗、蒸发和水汽凝结共同作用的结果.     

毛乌素沙地东南缘不同类型沙丘土壤水分分布特征

通过对横山县境内毛乌素沙地东南缘的实地考察,根据植被类型和植被覆盖度,将沙丘分为裸露流动沙丘、灌木覆盖沙丘、乔木覆盖沙丘,分别在各类沙丘不同地貌部位实施4 m深度钻孔取样,并进行含水量测试和粒度分析,研究沙地土壤含水量变化。结果表明:对于垂直方向0～4m深度的沙地、灌木和乔木覆盖沙丘平均含水量变化为:丘间洼地>迎风坡>背风坡,而裸露流动沙丘平均含水量变化为:丘间洼地>背风坡>迎风坡;不同类型沙丘在各地貌部位不同层段含水量变化差异明显,变化趋势不统一。沙丘的地貌部位相同,地表的植被类型和覆盖度差异是影响沙地土壤含水量的重要因素,测试结果显示,迎风坡含水量为:灌木覆盖沙丘>乔木覆盖沙丘>裸露流动沙丘;背风坡含水量为:灌木覆盖沙丘>裸露流动沙丘>乔木覆盖沙丘;丘间洼地含水量为:灌木覆盖沙丘>乔木覆盖沙丘>裸露流动沙丘。灌木覆盖沙丘土壤含水量变异系数最大,水分含量在不同层位波动较大,裸露流动沙丘和乔木覆盖沙丘含水量波动差异较小。沙丘上生长的灌木和乔木明显地改变了沙丘含水量的变化特征,灌木比乔木对沙丘含水量及其垂向变化的影响更显著。灌木对地表大气中的粉尘有较强的拦截能力,灌木沙丘平均的粉砂和黏土含量高,灌木的覆盖有利于沙地的土壤化进程和保持沙地水分,在沙地绿化过程中,应充分考虑灌木植物的作用。     

大沙鼠扰动对荒漠土壤微生物数量和水肥状况的影响

对比分析古尔班通古特沙漠10组大沙鼠 (Rhombomys opimus) 洞区和无沙鼠扰动对照区20～30 cm土层微生物各类群 (真菌、细菌和放线菌) 的数量分布,并比较土壤理化性质的差异.结果表明:大沙鼠的活动改变了洞区土壤水肥状况,有利于土壤微生物,尤其是真菌的生长发育.洞区土壤细菌(3.40×105±6.79×104 个/g)、放线菌(7.52×104±1.11×104 个/g)、真菌(5.03×103±2.05×103 个/g)的数量均高于对照区(3.14×105±1.05×105 个/g,6.04×104±1.65×104 个/g,1.01×103±6.98×102 个/g),(t =0.67 ,p＞ 0.05;t=2.356,p＜0.05;t=5.861, p＜0.01).大沙鼠洞区20～30 cm土壤水分(1.40%±0.47%)、速效P(16.68±5.11 mg/kg)和速效K(125.50±24.99 mg/kg)含量显著高于对照区(0.90%±0.11%;1.59±0.55 mg/kg; 81.00±20.82 mg/kg),(t=3.276,p＜0.01;t=5.268, p＜0.01; t=4.326, p＜0.01).而土壤有机质含量(0.11%±0.02%)、全P(0.027%±0.002%)、全K(1.225%±0.053%)含量显著低于对照区(0.14%±0.03%,0.031%±0.004,1.293%±0.047%)(t= 2.997,p＜0.01;t=2.857,p＜0.01; t=2.982,p＜0.01).全N(0.009%±0.002%)和速效N(16.68±5.11mg/kg)的含量均低于对照区(0.01%±0.003%,16.80±5.15mg/kg),但是差异不显著(t＝0.87,p＞0.05;t＝0.052,p＞0.05).     

毛乌素沙漠地膜\|地布覆盖下土壤温度变化特征

为了研究地膜+地布相结合的覆盖方式对毛乌素沙漠地区土壤温度的影响,在毛乌素沙漠东缘风沙滩区选取试验点,设置地膜+防草地布覆盖(MB)、防草地布覆盖(DB)以及裸地(CK)3个处理方式,开展为期1 a的浅层土壤温度原位监测试验,对比不同覆盖对温度变化规律的影响。结果表明:MB覆盖区地表下5、15、30 cm土层土壤的年均温度比DB覆盖区分别高出0.5℃、0.6℃和0.4℃,比CK分别高出1.0℃、0.8℃和1.0℃;冻融期在同一土层深度处均表现为CK最长、DB次之、MB最短;同一土层深度处3个处理的土壤温度之间存在显著性差异(P0.05),以MB覆盖条件下土壤保温效果最好,CK最差;MB覆盖区在5、15、30 cm土层土壤深度处≥5℃地积温比DB覆盖区分别高4.0%、4.0%和3.0%,比CK分别高8.0%、7.0%和9.0%;降雨前、中、后,同一土层深度处土壤温度日较差以MB覆盖区最大,DB覆盖区次之,CK最小;近地表大气温度与土壤温度呈正相关,同一土层深度处,覆盖条件下其相关性较大,裸地较小。试验表明地膜+地布覆盖处理保温效果明显,适合植物生长。     

毛乌素沙地的脆弱性与可持续发展研究

运用可持续发展理论 ,分析研究毛乌素沙地的脆弱性特征 ,提出了可持续发展战略措施。该区气候暖干化 ,气候灾害频繁 ,水资源短缺 ,沙漠化严重 ,粮食生产波动性大 ,经济发展也呈波动性变化。通过实施生态脱贫战略 ,因地制宜地对防治沙漠化 ,改善生态环境和发展生态经济 ,采取切实有效的措施 ,使生态建设与脱贫致富和经济开发同步进行 ,逐步实现该区的可持续发展。     

基于MTVDI与DDI二元回归模型对毛乌素沙地腹部土壤表层水分的研究

采用温度植被干旱指数法(MTVDI)与荒漠化指数法(DDI),利用2016年4月、9月的Landsat数据对毛乌素沙地腹部的土壤水分进行反演,并与实测的土壤水分进行对比检验,将所反演的土壤含水量图划分为4个等级,基于此分析了2个时期毛乌素沙地腹部的旱情土壤水分分布变化。结果显示：(1)4月份MTVDI指数与0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层土壤含水量的R²值分别为0.656、0.646、0.637,整体高于9月份R²值0.457、0.436、0.431,MTVDI能够较好地反映毛乌素沙地腹部土壤表层水分,且精度较高;(2)荒漠化指数DDI与MTVDI结合建立二元线性回归模型监测区域土层0~10 cm深度含水量,平均相对误差为10.95 %;(3)4月份,研究区0~10 cm表层土壤含水量5%~10%区域占总面积的53.72%以上,达到了6 256 km²,含水量偏低,需要加强当地水资源管理。     

古尔班通古特沙漠南缘浅层风沙土含水量空间变异

2008年5月,在古尔班通古特沙漠南缘梧桐沟区段设置200 m×50 m样地,均匀选取180个样点进行样方的植被、地形和地貌调查,并且采取表层(0～10 cm)和次表层(10～30 cm)土壤样品进行土壤含水量分析。借助地统计软件GS~+和ArcGIS地统计模块分析研究区土壤含水量在沙垄不同地貌条件下的空间变异规律。结果显示:两层土壤水分的半方差函数值拟合为指数模型;表层和次表层土壤水分的变程分别为37.8 m和21.3 m,偏基台值与基台值的比值[C/(C_0+C)]分别为75.1%和75.6%,说明两层土壤水分具有强烈的空间自相关性,也表明土壤水分的变异主要由结构性差异所引起,客观地反映了研究区土壤水分的空间格局特征。克里格插值图显示,土壤水分随地势的升高而增大,平均数分析表明,0～10 cm土壤含水量由高至低的变化趋势是:垄顶>迎风坡>背风坡>垄间地,而10～30 cm则为:迎风坡>垄顶>垄间地>背风坡。