乌兰布和沙漠天然梭梭种群动态及空间分布

为进一步明晰乌兰布和沙漠天然梭梭(Haloxylon ammodendron)种群动态和空间分布特征,该研究以乌兰布和沙漠天然梭梭林为研究对象,采用静态生命表、存活曲线、生存分析和空间分布格局指数等方法分析种群动态与内在生活史特征和外在干扰之间的互动关系,探讨梭梭种群波动特征及其存续机制,以揭示天然梭梭种群动态及空间分布特征,为梭梭种群的合理保护与种群恢复提供依据。结果表明:(1)乌兰布和沙漠天然梭梭种群龄级结构呈倒“J”形,为增长型,但相邻龄级个体数量波动性较大;种群年龄结构数量变化动态指数V_(pi)=17.43,受随机干扰时种群年龄结构动态指数V_(pi)′=1.02,种群年龄结构对随机干扰的敏感性指数P_(max)=5.88,说明种群对外界干扰较为敏感。(2)研究区天然梭梭种群的存活曲线趋于Deevey-Ⅱ型,各年龄级种群有相近的死亡率;生存函数、累积死亡率、死亡密度在第Ⅰ~Ⅹ龄级(基径<10 cm)变化较大,且在第Ⅰ~Ⅸ龄级危险率较高;生存函数、累计死亡率、死亡密度在第Ⅺ~ⅩⅧ龄级(基径≥10 cm)趋于稳定,危险率在第Ⅹ龄级后逐渐增加,种群动态呈现出低龄级间个体数量波动大,高龄级衰退的特征。(3)研究区天然梭梭种群密度在328.57~942.86株/km^(2)之间,平均为706.34株/km^(2),种群空间分布大多呈聚集分布。研究表明,乌兰布和沙漠在现阶段环境气候条件下,适宜梭梭种群的生长,而且在不受人为干扰的情况下,梭梭种群能够稳定存续,可以抵抗一定的气候风险。建议减轻人为干扰对低龄级种群数量的影响,在局部梭梭林衰退严重区可参考天然梭梭种群密度与空间分布型建植人工梭梭林。

祁连山典型小流域不同植被类型降水规律分析

对祁连山典型小流域内的荒漠、草原、森林这三类主要植被类型进行了定位监测。结果表明,森林带和草原带年平均降水量明显高于荒漠带年平均降水量,年平均降水量分别为526.7、371.7、139.8mm。森林带较草原带和荒漠带年降水量变化幅度大,森林带能增加一个小区域年降水量变化的阈值。近23年来该区域降水量总体趋势在下降,其中森林带下降趋势最为明显,荒漠带次之,草原带最小。在一定降水范围内,降水量越大,不同植被类型降水量差异越大。不同植被类型的降水量随海拔升高而逐渐增加,海拔每升高100m,荒漠带(1700～2100m)平均递增率为13.0%,草原带(2100～2500m)平均递增率为19.7%,森林带(2500～3400m)平均递增率为4.2%。并且在一个植被类型与另一个植被类型的过渡带上,降水量剧烈变化。对于典型小流域来说,小气候同样影响了植被分布格局。同时不同植被类型从化学、物理方面都对该区域小气候产生积极的反馈作用;在海拔梯度上,不同植被类型对降水影响明显。

民勤荒漠区4种植物的防风固沙功能对比分析

梭梭(Haloxylon ammodendron)、沙蒿(Artemisia desertorum)、白刺(Nitraria tangutorum)和膜果麻黄(Ephedra przewalskii)是民勤荒漠区主要的牧草,分布面积较大。为了研究荒漠区牧草植物的防风固沙功能,在牧草利用的同时兼顾防风固沙功能。本研究用民勤荒漠区4种主要防风固沙植物样方调查资料,通过计算单株植物的纵断面积和单位面积上的纵断面积,以及单株植物的固沙沙堆体积和单位面积上的固沙沙堆体积,对4种主要植物群落的防风功能和固沙功能进行了对比分析。结果表明,单株(丛)的防风功能的排序为白刺>梭梭>沙蒿和膜果麻黄,单株(丛)的固沙功能白刺>膜果麻黄,单位面积上防风功能的排序为沙蒿>梭梭>白刺>膜果麻黄,单位面积上的固沙功能白刺>膜果麻黄;单位面积上防风固沙功能的排序为白刺>沙蒿>梭梭>膜果麻黄。如果只选择防风,则应选用沙蒿;如果侧重点是固沙,则应选用白刺;如果二者兼顾,则应选用白刺和沙蒿。

河西绿洲边缘积沙带的生态意义

半个多世纪的防沙治沙,在甘肃河西绿洲边缘上风向形成了一条积沙带。积沙带作为防沙治沙的副产物,具有怎样的生态功能,有何生态意义?通过全面考察河西绿洲边缘积沙带并运用21个样点资料进行了分析。结果表明:1)积沙带作为绿洲边缘防沙固沙的副产物,其自身也具有防风阻沙的功能,积沙带的形成有利于绿洲边缘的防风阻沙。2)高度是表征积沙带防御风的功能的一个重要指标,积沙带越是高大,防御风的范围就越大。3)目前,河西绿洲边缘积沙带处于发育状态。只要控制了积沙带就能有效控制流沙侵入农田。今后应将绿洲边缘防沙治沙的重点放在积沙带上,尤其是积沙带的沙脊线上,而对荒漠-绿洲过渡带(阻沙带)实行封育,无需采取其他投入措施,这样就可以大面积压缩实施人工措施的范围,大大降低防沙治沙的资金投入,提高防沙治沙的投资效益。

民勤荒漠区主要植物群落的稳定性及生态效应

以民勤荒漠区5种主要植物群落10个样方12年的定位观测资料为基础,运用植被盖度和投影盖度2个指标对荒漠区植物群落的稳定性及其生态效应进行分析,以期阐释随着全球变暖荒漠植物群落的稳定性和生态效应的变化规律。观测结果表明,沙蒿(Artemisia arenaria)的植被盖度和麻黄(Ephedra przewalskii)的植被盖度以及沙蒿的投影盖度和梭梭(Haloxylon ammodendron)人工林的投影盖度显著下降,白刺(Nitraria tangutorum)的植被盖度亦下降。分析结果表明:(1)植被盖度相对较低的群落的稳定性较强,而植被盖度相对较高的群落的稳定性相对较差。(2)当年降水量是决定植被盖度及其投影盖度的关键因子。(3)单位面积的白刺的生态功能最大,其次是麻黄,再次是白刺+梭梭,单位面积的沙蒿的生态功能最低。荒漠区植被稀疏,植株枝条分布极不规则,以冠幅计算所得的植被盖度不能反映植被实际覆盖地表的状况。

河西绿洲边缘积沙带形成的典型相关因子

绿洲边缘积沙带的形成因素及其生态效应是一个新的科学问题。为了研究河西绿洲边缘积沙带的形成原因,运用方差分析、相关分析以及典型相关分析等方法,对河西绿洲边缘积沙带的21个样点的观测资料进行了分析。结果表明:河西绿洲边缘积沙带的分布趋势大致为东高西低、东宽西窄,大部分地段目前处于稳定阶段;积沙带上的优势种植物以天然柽柳最多,不同优势种植物的积沙带的迎风坡植被盖度及植被纯盖度差异较显著。典型相关分析结果表明:积沙带的高度和宽度是降水量、到沙源的距离、背风坡植被盖度和年平均风速等气候环境因子共同作用的结果。积沙带的生态效应:一是自身作为一种障碍物的防护作用,二是阻截、减少流沙流沙进入农田的作用。

土壤水分和种子大小对梭梭种子萌发、出苗和幼苗生长的影响

采用室内试验研究不同土壤含水量及种子大小对梭梭种子萌发和出苗及幼苗生长的影响。结果表明,除土壤含水量2%的处理时小粒种子不能萌发外,其他水分条件下大、小粒种子均可萌发,并均出现随含水量增加萌发率逐渐增大的趋势,含水量为30%时大、小粒种子均出现最大值。土壤水分含量>8%时,大、小粒梭梭种子均可实现快速萌发,萌发速率间无显著差异,但土壤含水量显著影响大、小粒种子的萌发指数及活力指数,两者呈随含水量增加而先增大后降低的趋势,在含水量为15%时达最大值。土壤含水量为2%和30%的处理中梭梭种子即使萌发但幼苗也难以存活。土壤含水量对大、小粒种子幼苗苗高、根长及生物量的影响与成活率相似。

克隆植物沙拐枣的母株和分株对风蚀沙埋的生理生态响应

以中国荒漠区优良的防风固沙克隆灌木沙拐枣为对象,研究了长期风蚀、沙埋环境下沙拐枣母株和克隆分株的同化枝对环境异质性的响应。结果发现:(1)风蚀母株、风蚀分株的叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度和水分利用效率只有沙埋分株的一半左右,导致同化枝的长度、数量、簇数也仅是沙埋分株的一半,而且风蚀母株的果实宽和果实长也都最小,但浅沙埋有利于沙拐枣的生长和繁殖,表明严峻的风蚀对母株和分株的生长与繁殖都产生了胁迫,但浅沙埋有利于沙拐枣的生长和繁殖。(2)风蚀母株倒伏后同化枝的形态特征是基部优于中部优于顶部,表明严峻风蚀下母株的死亡是从顶部-中部-底部逐渐舍弃的过程。(3)母株的全部根系以及风蚀水平根全部裸露在外但依然能够存活,间接证明沙拐枣克隆整合的方向性——不仅可在分株间进行传递,分株-母株间也可进行传递,否则遭受严峻风蚀胁迫的母株和克隆分株会直接死亡。本研究结果为沙拐枣克隆生长对风沙环境的生态适应机制提供了基础,也是对植物克隆生态学在自然异质环境中研究缺乏的有效补充。

石羊河流域下游青土湖近地层风尘分布特征

青土湖属于极端干旱区典型的干涸盐湖,盐尘中含有密度很高、粒径极细的盐碱粉尘,严重污染空气,危害地表植被,威胁干旱区绿洲生态安全。利用建立在青土湖的近地层0~50 m沙尘观测系统近2 a监测的数据,对近地层0~50 m盐尘的分布规律及风速的变化特征进行研究。结果表明：（1）风速在0~50 m垂直梯度的分布符合经典的风速随高度的增加而增大的基本特征,廓线方程遵循幂函数关系;年内月平均风速最大为5月,最小为11月,且表现出明显的季节变化特征,春、夏季平均风速大于秋、冬季;近地层18~2 m内风切变指数较大,且春、夏季风切变指数相对较小;34~28 m、50~34 m内风切变指数变化较小,且四季变化不明显。（2）盐碱沙尘水平通量的空间分布随高度的增加而增加,在垂直高度上遵循幂函数变化规律;受下垫面梭梭林的影响,在6 m高度处有一个较为明显的增加。（3）沙尘水平通量与风速之间呈现出幂函数关系,且呈明显的正相关关系。

新月形沙丘稳定性机理——以甘肃河西沙区为例

新月形沙丘是一种重要的沙丘类型,一般存在于绿洲边缘。研究新月形沙丘的稳定性,对于揭示绿洲缘的风沙运动规律有重要学术价值,而到目前新月形沙丘的稳定性还是沙漠生态学领域中一个的尚未解决的科学问题。以河西沙区新月形沙丘为例,通过调查其分布环境、测定沙丘各部位风速和风蚀积沙等,分析了新月形沙丘顶部稳定机理。结果表明:1)甘肃河西沙区的新月形沙丘分布在沙漠边缘的下风向,一般为斑块状分布。分布区域为平坦的沙粘质或沙砾质滩地,丘间地较为开阔且具有明显的主风向。2)主风向(NW)过程是新月形沙丘顶点与沙脊线重合的过程,也是新月形沙丘前移和高度降低的过程;反主风向(SE)过程是新月形沙丘顶点与沙脊线分离的过程,也是新月形沙丘背风坡上部风蚀与沙丘增高的过程。3)新月形沙丘越高大,两翼越长、夹角越小。4)较为开阔的前后滩地是新月形沙丘及新月形沙丘链存在所必须的环境条件,相对单一的主风向是新月形沙丘及新月形沙丘链维持其稳定性的关键因子,反向风及两翼的廊道效应是新月形沙丘增高增大的关键因子,主、反两个方向的风速及其分布频率是控制该区域新月形沙丘及新月形沙丘链高度的限制因子。

民勤绿洲边缘积沙带植物群落健康分析

甘肃河西走廊经过60多年的防沙治沙,在绿洲边缘形成了一条积沙带。其中,民勤绿洲边缘积沙带相对最典型、最完整。积沙带上的植被不仅是积沙带的形成因素,更是维持积沙带稳定的重要因素。从一定意义上说,积沙带上植被的健康状况,决定着积沙带的稳定性。为了分析积沙带上的植被状况,在民勤绿洲边缘积沙带上等间距设定了11条样线,通过60多个样方的植被调查,对民勤绿洲边缘积沙带上植物群落进行了健康序列分析。结果表明:民勤绿洲边缘积沙带上的植被普遍是不健康的,民勤绿洲边缘人工固沙林积沙带上的植被健康状况相对好于天然灌丛积沙带上的植被健康状况,乔灌混交林积沙带上的植被健康状况最差。民勤绿洲下游积沙带上的优势种植物柽柳严重枯死,健康状况最差,积沙带潜在风蚀活化的危险。农田弃耕后,沙区农田边缘防护林及其积沙带的保护是一个新的值得考虑的问题。

民勤绿洲边缘积沙带形成的环境条件

甘肃河西地区经过60多年的防沙治沙,在绿洲边缘形成了一条积沙带。民勤绿洲边缘积沙带高4.8~18.6 m,宽30.4~461.4 m。为什么有的地段积沙带高大,而有的地段积沙带相对矮小,或者有的地段积沙带较宽,而有的地段积沙带较窄?对此,以民勤为研究区,通过对民勤绿洲边缘积沙带进行了调查,运用相关分析等方法和SPSS软件进行了分析。结果表明:(1)民勤绿洲边缘积沙带按形成方式可分为天然灌丛积沙带、乔木林带积沙带、人工固沙林积沙带3种,其中天然灌丛形成的积沙带相对高大,而农田边缘单纯的乔木林带形成的积沙带最窄。(2)控制积沙带高度的环境因子主要是积沙带与主风向的夹角,即积沙带与主风向的夹角越小,则积沙带的高度越低。上风向对准风沙口时,则积沙带与主风向的夹角越小,积沙带的宽度亦越小。(3)典型相关分析结果好于单相关分析。结果显示,积沙带的形态主要是由其宽度、宽高比和断面形状决定的,而影响积沙带形态特征的环境因子主要是上风向是否对准风沙口以及沙源的距离,亦即当上风向未对准风沙口时积沙带较宽且断面积较大,积沙带与上风向沙源距离越小则积沙带越高大。

基于分层投影盖度的荒漠植被相对生态功能测定

以往有关荒漠植被的生态功能的研究基本上是以盖度为主要指标的,而荒漠植物枝条极不规则,盖度不能反映植物覆盖地表的真实状况,且盖度与投影盖度一般不存在对应关系,加之荒漠植被稀疏,用盖度不仅不能表征植物的生态功能和地位,而且往往忽视了植物高度的生态功能。以2002-2013年民勤荒漠区定位样方观测资料为例,运用分层投影盖度分析了5种主要植物群落的生态功能,结论表明:2002-2013年这5种植物群落的盖度大小的排序是:白刺>梭梭+白刺>沙蒿>麻黄>梭梭,投影盖度大小的排序是:梭梭+白刺>白刺>麻黄>沙蒿>梭梭,生态功能排序是:白刺>麻黄>梭梭+白刺>梭梭>沙蒿,即植被盖度、投影盖度和生态功能并不对应。研究结论认为:今后在做荒漠植物功能分析亦即用到植物的盖度时,应以投影盖度为主,而冠幅盖度只应作为一个对照参考指标;在研究荒漠植物的生态功能时,植株高度是一个不可忽视的重要指标。

乌兰布和沙漠梭梭林不同管护措施效果分析

对乌兰布和沙漠梭梭(Haloxylon ammodendron)林封育区、轮牧区和未封育区3种管护类型的植被特征及病虫害进行了调查,分析了不同管护措施下的群落和种群特征。结果表明,封育区梭梭生长好于轮牧区的,轮牧区又好于未封育区的;群落均匀度和多样性指数大小顺序为封育区>轮牧区>未封育区,而生态优势度则相反;封育区和轮牧区梭梭种群年龄结构均表现为增长型,未封育区梭梭年龄结构表现为稳定性。乌兰布和沙漠梭梭林采取封育和轮牧措施能够促进梭梭正常生长,是较为理想的管护类型。

植物物候研究的成就、问题与生长点

随着全球变暖,植物物候对全球变暖的响应已成为植物物候学研究的焦点。作者在多年荒漠区植物物候观测研究的同时,查阅了大量研究资料。文章在对物候学特性研究、物候应用研究、物候响应全球变化研究、物候学研究方法等方面进行综述的基础上,分析了存在的主要问题,提出了今后物候学发展的生长点:(1)探寻决定植物物候的环境敏感基因;(2)物候成果的应用开发;(3)植物物候的自动观测。

民勤荒漠绿洲植被覆盖对地下水和降水变化的响应

荒漠植被的生长受制于地下水和大气降水。民勤绿洲地下水位持续下降,现大部分区域植被已无法利用地下水,降水量逐年呈略增趋势,降水逐渐成为植被生长的主要来源。研究民勤荒漠绿洲地下水位、降水量变化对植被的影响,对绿洲保护具有重大意义。本文利用2000—2018年的地下水观测数据、年降水数据结合遥感反演的NDVI数据,探究民勤绿洲年降水和地下水对植被覆盖的影响。研究结果表明:民勤绿洲地下水主要在15~30 m之间;影响绿洲植被覆盖的地下水埋深主要在1~10 m;随着地下水位下降,对植被覆盖影响降低;NDVI和年降水变化趋势一致,均呈现增加趋势,并且降水显著影响绿洲地表植被覆盖。

新月形沙丘粒度分布的交替过程——以甘肃省河西沙区绿洲边缘积沙带为例

新月形沙丘是一种常见的沙丘类型,甘肃河西走廊沙区绿洲边缘积沙带上存在大量新月形沙丘。通过对河西走廊沙区新月形沙丘全面调查取样和在民勤沙区重复取样测定,分析了新月形沙丘的粒度特征。结果表明,新月形沙丘和新月形沙丘链表层0~5 cm深度以细沙和中沙为主,其中古浪沙区沙粒较细且与金昌、临泽、金塔和民勤沙丘的粒度差异较大;主风向(NW)过程从沙丘迎风坡底部到沙丘顶部粒度由粗变细,即沙丘顶部粉沙最多,其次是背风坡中部;迎风坡底部粗沙最多,其次是迎风坡中部。反风向(SE)过程从沙丘迎风坡底部到沙丘顶部粒度由粗变细再变粗,即迎风坡中部粉沙最多,其次是沙丘顶部;迎风坡底部粗沙最多,其次是迎风坡中部。主风向过程沙丘粒度的标准差和变异系数较大,而反风向过程沙丘粒度的标准差和变异系数相对较小。主风向和反风向2种过程,导致了沙丘各部位粒度的交替变化。由于观测的季节不同,才导致了有关新月形沙丘迎风坡粒度分布的2种不同结论。

绿洲边缘积沙带的防风固沙功能——以甘肃河西沙区为例

甘肃河西沙区经过60年左右的防沙治沙,绿洲边缘上风向形成了一条积沙带。对积沙带的研究表明,积沙带的形成有利于绿洲边缘的防风阻沙,且防御风的作用随风速的增大而增强。今后应将绿洲边缘防沙治沙的重点放在积沙带上,尤其是积沙带的沙脊线上,而对荒漠—绿洲过渡带实行封育。这样就可以大面积压缩实施农业生态工程措施的范围,提高防沙治沙的投资效益。

民勤绿洲-荒漠过渡带土壤粒径分形特征研究

通过野外采样与室内试验,分析了民勤绿洲-荒漠过渡带土壤粒径分布分形特征及其与土壤理化性质的关系,结果表明:(1)民勤绿洲-荒漠过渡带白刺群落土壤以细砂为主,梭梭、沙拐枣群落土壤以中砂、粗砂为主;土壤粒径分形维数为2.144～2.398,3种植被类型土壤粒径分形维数均为固定沙丘>半固定沙丘>流动沙丘(或平沙地>流动沙丘)。(2)土壤粒径分形维数与黏粒(<0.005 mm)、粉粒(0.005～0.05 mm)含量呈极显著正相关(p<0.01),与细砂(0.1～0.25 mm)、中砂(0.25～0.5 mm)、粗砂(0.5～1 mm)含量呈负相关但不显著,与极细砂(0.05～0.1 mm)、极粗砂(1～2 mm)含量呈正相关但也不显著。(3)分形维数D值与全氮、速效磷含量分别呈极显著正相关(p<0.01)和显著正相关(p<0.05),土壤黏粒含量与有机质、全氮、速效磷含量呈显著正相关(p<0.05),土壤粉粒、砂粒含量与有机质含量呈极显著正相关(p<0.01),土壤分形维数D值和黏粒、粉粒、砂粒含量与土壤含水量、全钾、速效钾、全盐、p H值相关关系均不显著。

民勤荒漠绿洲过渡带退化梭梭滴灌恢复试验研究

通过对民勤退化梭梭进行滴灌灌溉,结果显示:在滴灌灌溉1个月后,梭梭土壤水分在10 cm以下变化较大,50 cm达到最大值后慢慢减小,130 cm与对照区恢复一致;当年新梢最大生长量平均增加11.5 cm,平均生长量增加4.5 cm,滴灌区与雨养区差异极显著(P<0.01);滴灌区土壤平均含水量与梭梭新梢最大生长量相关性较高(R2=0.987),而雨养区土壤平均含水量与新梢最大生长量相关性较低(R2=0.275)。滴灌灌溉对退化梭梭的恢复具有重要作用,能够增大生长量,提高植被盖度,节约水资源。