生物结皮对土壤呼吸的影响作用初探

利用Li—6400P—09土壤呼吸测量系统,对科尔沁沙地沙漠化逆转过程中生物结皮的形成对土壤呼吸的影响进行了测定分析。结果表明:①生物结皮存在时的平均土壤呼吸速率(1.856μmolCO_2/m~2·s),极显著(P<0.01)低于无结皮时的速率(2.725μmolCO_2/m~2·s),说明沙漠化逆转过程中生物结皮的形成可以有效减弱土壤中的CO_2向大气的排放,即生物结皮有减缓温室效应的生态功能;②在湿润和较低温度条件下,生物结皮对土壤呼吸的抑制作用更为显著;③形成的生物结皮越厚,对土壤呼吸的抑制作用越强;④生物结皮中粒径<0.05 mm的粘粉粒含量越多,对土壤呼吸的抑制作用越明显。     

科尔沁沙地灌溉与施肥对退化草地生产力的影响

在科尔沁沙地典型退化草地上开展了裂区组合设计的灌溉与施肥二因素试验。结果表明,科尔沁沙地退化草地土壤储水量受降水量的影响强烈。由于受到干旱气候和灌溉量的影响,灌水仅对地表0~30 cm的土壤含水量变化有作用,对深层土壤的含水量没有作用。灌溉和施肥对沙地退化草地的植物生物量有着明显的促进作用。灌溉处理中,灌溉90 mm试验区的植被生物量为最高(128.3 g/m2),施肥处理中,每hm2施600 kg氮肥试验区的植被生物量为最高(147.3 g/m2)。灌溉90,60,30 mm和对照试验区的植被耗水量分别为379.00,349.90,313.20和293.50 mm。与其相应的水分利用率分别为0.28,0.38,0.34和0.35 kg/(mm.hm2)。综合分析认为科尔沁沙地退化草地的基本耗水量为294 mm。     

玉米幼苗对风速变化的逆境生理响应

为了解玉米幼苗对不同强度风吹危害的逆境生理响应特征,2013年在内蒙古东部科尔沁沙地研究了0（CK）、9、15 m·s^-1和18 m·s^-1净风吹袭20 min下玉米幼苗丙二醛含量（MDA）、膜透性、保护酶活性和渗透调节物质含量的变化。结果表明：随着风吹强度增加,玉米的株高、茎粗生长量和地上生物量下降,其中18 m·s^-1处理的株高和茎粗生长量及地上生物量分别较CK下降4.48%、11.28%和13.23%;风吹胁迫下玉米幼苗丙二醛含量与CK没有显著差异,但各处理膜透性均显著高于CK,其中15 m·s^-1和18 m·s^-1处理膜透性分别较CK增加84.36%和116.62%;随着风吹强度增强,SOD、POD和CAT活性均趋于增加,其中18 m·s^-1处理分别较CK增加37.45%、94.65%和82.14%;随着风吹强度增强,可溶性糖含量明显增加,脯氨酸含量趋于下降,和CK相比,18 m·s^-1处理的可溶性糖含量增加31.48%,脯氨酸含量下降40.26%。结果表明,20 min风吹处理已对玉米生长产生抑制作用,虽未导致玉米幼苗明显的膜脂过氧化,却使其细胞膜受损,SOD、POD和CAT在防止其膜脂过氧化过氧化过程中共同发挥了保护细胞膜的作用,可溶性糖起到了渗透调节作用。     

科尔沁沙地不同恢复年限退化植被的物种多样性

 研究了科尔沁沙地封育０年的流动沙丘、封育１１年的沙丘（流动、半流动和半固定沙丘）和封育２０年的沙丘（流动、半流动、半固定和固定沙丘）的群落组成及其物种多样性变化。结果表明,随着沙丘的固定和封育年限的增加,植被丰富度、盖度和物种多样性逐渐增加,优势度逐渐减小。沙地退化植被恢复演替模式为：先锋植物沙蓬为主的一年生植物群落（流动沙丘阶段）→灌木差巴嘎蒿和一、二年生草本植物为主的群落（半流动和半固定沙丘阶段）→一、二年生草本和多年生草本为主的杂草群落（固定沙丘阶段）。在沙地退化植被恢复过程中,群落物种组成结构存在递进性和渐变性;禾本科植物和多年生草本逐渐增加,植物群落结构趋于复杂、草本质量明显改善。     

人工林建设对沙地土壤结皮发育及其表土理化特性的影响

为了了解人工林建设对土壤结皮发育和表土特征的影响,2006年在科尔沁沙地调查了不同年龄杨树林地的土壤结皮及结皮下0-5.0cm土壤的理化特性,分析研究了植被固沙区土壤结皮及其表土的发育特征。结果表明:(1)在科尔沁沙地,人工林的建设有利于流动沙地土壤结皮的形成、发育和结皮下0-5.0cm表土性状的改善;(2)随着人工林的生长发育,土壤结皮覆盖度、厚度、硬度、土壤细颗粒和有机质、养分含量均明显增加,并从物理结皮逐步演变成地衣结皮和苔癣结皮;(3)随着人工林的生长发育,结皮下0-2.5cm和2.5-5.0cm表土的细颗粒、有机质和养分含量大幅增加,但其含量随着表土深度增加而下降;(4)人工植被建设对沙地土壤结皮形成发育和下层表土成土过程的作用机制,一方面源于人工植被具有降风滞尘,维护沙面稳定,增加地表粘粉粒含量的作用;另一方面源于凋落物的生产与沉降,以及对局部水热环境的改善,增加了结皮与表土的有机质和养分含量,促进了微生物和微管植物的侵入。     

干旱绿洲农田盐渍化对土壤理化特性和农艺特征的影响

在河西走廊西部大田试验条件下,通过一个生长季的观测,分析研究农田盐渍化对土壤理化特性和典型牧草(紫花苜蓿)和农作物(大麦)农艺性状、干物质积累和产量的影响。结果表明:(1)在0 ～ 20 cm土层,牧草土壤容重沿盐渍化梯度增加了3％,4.54％,8.62％,9.96％,农作物土壤容重没有明显变化规律;土壤有机质显著降低,且0～ 10 cm土层的降低速率快于10 ～ 20 cm土层;(2)盐渍化程度等于或高于中度盐渍化水平时,大麦植株的穗长、穗粒数和秸秆重受到显著影响;在开花、孕穗和灌浆期的盐度既会降低籽粒产量也降。低秸秆产量。与农作物相比,盐渍化程度等于或高于轻度盐渍化水平时,牧草植株的株高、主侧枝长和主根直径会受到影响,进而导致牧草产量的降低。因此,在农业生产中,可根据两种作物在不同盐渍化梯度各生育期的受害状况进行相应的水盐调控和耕作管理,以实现盐渍化农田作物产量的维持和增加。     

沙地生境土壤动物调查与分离方法研究

针对科尔沁沙地土壤动物调查过程中出现的问题,比较了不同土地利用类型样地调查大型和中小型土壤动物样方与土样的有效性,分析了土层深度垂直变化下调查大型和中小型土壤动物样方和土样的有效性差异,同时分析了季节变化对调查大型和中小型土壤动物样方和土样有效性的影响。试验表明,沙地生境中,大型土壤动物取样样地应选择草地生境,中小型土壤动物应选择农田或林地生境;垂直空间上,调查大型土壤动物的土壤深度为0~20 cm,而中小型土壤动物为0~15 cm;季节选择上,在3个季节各采样1次,土壤动物调查有效性较高。另外,大型土壤动物采取平板手拣法采集,中小型土壤动物采用较大环刀(直径≥30 cm)分离效果较好。     

风和风沙流对玉米幼苗叶片膜透性和膜保护系统的影响

为了解玉米幼苗对风和风沙流危害的生理响应机制,2013年春季在内蒙古自治区东部科尔沁沙地研究了0 m·s-1(CK)、6 m·s-1、9 m·s-1、12 m·s-1、15 m·s-1和18 m·s-1等6个风速下净风和风沙流(风沙流强度相应为0g·cm-1·min-1、1.00 g·cm-1·min-1、28.30 g·cm-1·min-1、63.28 g·cm-1·min-1、111.82 g·cm-1·min-1和172.93 g·cm-1·min-1)10 min吹袭对玉米幼苗叶片膜透性影响及其膜保护系统响应。结果表明,净风吹袭下,随风速增强,玉米幼苗丙二醛(MDA)含量和过氧化物酶(POD)活性趋于增加,膜透性和过氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性及可溶性糖、脯氨酸含量呈波动式变化;其中12~18 m·s-1处理的SOD活性,6 m·s-1和12~18 m·s-1处理的POD活性,6 m·s-1和12 m·s-1处理的CAT活性,以及6 m·s-1处理的可溶性糖含量和18 m·s-1处理的脯氨酸含量显著高于CK。风沙流吹袭下,随着风沙流强度增大,玉米幼苗MDA含量、SOD活性和可溶性糖含量趋于下降,但膜透性和POD活性显著增强,除18 m·s-1处理的脯氨酸外,其他处理的CAT活性和脯氨酸含量变化不显著。结果说明,短暂的净风吹袭对于玉米幼苗叶片的细胞膜危害不明显,而风沙流胁迫致其细胞膜结构受损严重;风和风沙流胁迫下对细胞膜起到保护作用的主要是POD,在18 m·s-1大风和风沙流胁迫下脯氨酸起到了渗透调节作用。     

人类放牧活动与气候变化对科尔沁沙质草地植物多样性的影响

为了解人类放牧活动和气候变化对我国北方沙质草地植物多样性的影响,笔者于1992-2006年在科尔沁沙地开展了草地放牧和封育试验,分析研究了人类放牧活动和降水、气温变化对草地植物多样性的影响.结果表明,1)放牧干扰对草地物种丰富度和多样性有着明显的影响,随着草地放牧干扰强度的增加,草地物种丰富度和植物多样性呈下降趋势,但只有持续重牧才会导致草地物种丰富度和多样性的明显降低;2)放牧干扰对草地不同生活型多样性和不同经济类群多样性的影响有很大差异,表现为随着放牧强度的增加,一年生植物多样性和禾本科植物多样性明显增加,多年生植物及菊科、藜科和杂类草植物多样性明显下降;3)不同放牧强度下的不同生活型多样性和经济类群多样性对气候变化的反应有很大差异,但除了重牧区菊科植物多样性与降水变化、中牧区杂类草植物多样性与气温变化达到显著相关外,其他相关性均未达到显著水平;4)在草地自然恢复演替过程中,暖湿气候有利于草地物种丰富度和多样性的增加,特别是可以明显促进多年生植物以及菊科、豆科植物多样性的增加,而持续暖干气候可以降低草地的物种丰富度和多样性,但对禾本科和藜科植物多样性的不利影响较小.     

风沙流频繁吹袭对樟子松幼苗光合水分代谢的影响

为了解风沙流频繁吹袭对樟子松幼苗光合水分代谢的影响,2013年在内蒙古科尔沁沙地研究了0（对照）,6,9,12,15和18 m／s 等6个风速处理风沙流（风沙流强度相应为1．00,28．30,63．28,111．82和172．93 g／cm·min）4次吹袭下3龄樟子松幼苗光合速率、蒸腾速率、水分利用效率等指标的变化规律。结果表明,1）频繁的风沙流吹袭,可以改变樟子松幼苗蒸腾速率、气孔导度、胞间 CO2浓度和水分利用效率的日变化规律,但对光合速率日变化规律影响较小;2）随着风沙流强度的增加,其叶片相对含水量、叶面温度和日均光合速率、日均水分利用效率趋于下降,18 m／s 处理和对照相比分别下降4．6％,1．8％,52．6％和56．3％;日均蒸腾速率、日均气孔导度和胞间 CO2浓度趋于增加,18 m／s 处理和对照相比分别增加31．6％,75．0％和30．9％;3）随着风沙流强度的增加,其日最大光合速率和日最大水分利用效率趋于下降,日最大胞间 CO2浓度趋于增加,15 m／s 以下风沙流吹袭其日最大蒸腾速率降低,15 m／s 以上风沙流吹袭其日最大蒸腾速率显著增加;4）在风沙流吹袭下,樟子松光合能力的降低主要源于叶片含水量和叶片温度的下降以及叶片的机械损伤,而蒸腾速率的增加主要源于气孔导度的大幅度提升。