天山南坡山前荒漠草地植物群落分布对环境因子的响应——以拜城县为例

为探明天山南坡拜城县山前荒漠草地植物群落分布对地形与土壤因子的响应,本研究选取了拜城山前荒漠草地典型区域进行调查,采用优势度法和典范对应分析(Canonical correspondence analysis,CCA)法,研究山地荒漠草地植物群落分布与地形和土壤因子之间的关系。结果表明:(1)不同调查样点灌木层和草本层物种多样性存在差异,东坡调查样点Shannon-Wiener指数、Pielou指数和Simpson指数均表现为灌木大于草本,西坡和北坡调查样点Shannon-Wiener指数、Pielou指数和Simpson指数均表现为草本大于灌木;(2)典范对应分析法分析结果表明,地形因子对植物群落的影响大小顺序为:坡向(SA)>坡度(SG)>坡位(SP),土壤因子对植物群落的影响大小为:30~100 cm土层土壤水分(SMC-2)>土壤总孔隙度(STP)>0~30 cm土层土壤水分(SMC-1)。地形和土壤因子对不同植物群落的形成具有一定的筛选作用,30~100 cm土层土壤水分和坡向是影响天山南坡拜城县山前荒漠草地植物群落分布的关键因子。

微地形改造对天山南麓寒旱矿区土壤水分动态的影响

[目的]明确微地形改造对(0—50 cm)土壤水分时空动态影响的变化规律,为天山南麓寒旱矿区的土地复垦及生态系统重建提供科学依据和理论支撑。[方法]以拜城润华煤矿区覆土平台和边坡改造后的微地形为试验对象,监测了2022年5—11月的土壤水分,并进行对比试验分析。[结果]平台集水坡面和蓄水沟改造土壤含水率分别比对照提高了37.03%和25.85%,提升效果表现为:集水坡面>蓄水沟;蓄水沟和集水坡面改造方式提高了土壤水分的时间稳定性,其作用效果表现为:蓄水沟>集水坡面。边坡反坡梯田和鱼鳞坑改造土壤含水率分别提高了6.48%和13.22%,提升效果表现为:鱼鳞坑>反坡梯田;鱼鳞坑改造方式提高了土壤水分的时间稳定性,反坡梯田改造方式降低了土壤水分的时间稳定性。[结论]在平台和边坡2种地形条件下,集水坡面改造更有利于受损矿区平台生态治理,鱼鳞坑改造更有利于受损矿区边坡生态治理。

古尔班通古特沙漠人工林土壤水分及其影响因素

通过2004年2～12月对古尔班通古特沙漠南缘2年生人工梭梭和沙拐枣混交林内3条典型坡面土壤水分进行了系统监测与研究。结果表明:人工林土壤水分状况受季节性降水、人工林种植密度、地形因子的影响而出现明显的时空分异。在空间上将土壤水分变化划分为三层,0～30cm为活跃层,30～60 cm为次活跃层,60～120 cm为相对稳定层。通过主成分分析,得出地形因子、种植密度对0～30 cm土层土壤水分的影响次序为坡度>坡向>种植密度>高程,30～60 cm土层为坡向>种植密度>坡度>高程,60～120 cm土层为种植密度>高程>坡度>坡向。

古尔班通古特沙漠南部沙垄水分动态——兼论积雪融化和冻土变化对沙丘水分分异作用

2004年3月至2005年7月对古尔班通古特沙漠南部典型半固定沙垄土壤水分进行了系统监测，结合气象资料，特别是对冬季积雪和冻土资料的分析，认为该沙漠沙丘土壤水分时空变化规律在很大程度上受积雪融化和季节性冻土的影响．由于冬季稳定存在20-30cm的积雪于春季融化，使得春季沙丘土壤含水率成为全年最高的季节，从而为早春植物的萌发生长创造了有利的条件．冬季1m多深的冻土于早春时节由表及里开始消融，沙丘表面融化的雪水在坡面重力作用下，沿难以透水的冻土层上界自坡上向坡下发生迁移，在春夏季形成了垄间最高、坡部次之和垄顶最少的土壤水分空间格局．该研究具有生态学意义，可为古尔班通古特沙漠特殊环境条件下植被恢复与重建提供依据．

放牧对古尔班通古特沙漠南部沙垄地表性质的影响

分别于2002年和2005年对古尔班通古特沙漠南部的同一条半固定沙垄,进行了放牧前后的地表覆盖(包括植物和生物结皮)、沙面活动强度和土壤理化性质的系统监测和研究。主要结论如下:2002年,自然沙垄80%以上的地表被植物和生物结皮所覆盖,除沙垄顶部外,其他部位基本处于稳定状态。2005年受放牧干扰的影响,生物结皮破损率达到80%以上,同期植物覆盖不及2002年的1/5,特别是短命植物变化最明显。2005年输沙势只有2002年的1/3,但沙面活动强度是2002年的2.6倍,活动区域也从垄顶部扩展至整个沙垄表面。放牧后地表组成物中的中沙含量增加了13.9%,而细沙和极细沙含量分别减少了7.4%和8.0%,沙垄各部位有机质含量在放牧后一个风季即下降了近1/2。可见,放牧造成地表保护条件的多重损害,使沙漠地表稳定性趋于丧失。其细粒物质及有机质的大量流失,也将对我国温带荒漠生态系统的可持续发展产生重要影响。

保水剂对梭梭幼苗生长及根系形态的影响

以一年生梭梭移栽苗为研究对象,比较了不同浓度的保水剂对土壤水分、梭梭生长特性和根系形态的影响。结果表明,保水剂能够提高土壤含水率,在土壤水分较低时,0.20%浓度的保水剂显著提高了20～40cm土壤含水率;土壤水分较高的4-6月,0.05%浓度的保水剂对梭梭同化枝生长促进显著,土壤水分较低的7-9月,0.20%浓度促进最显著;0.20%浓度的保水剂显著提高了梭梭的株高、冠幅、新生枝长、基径;0.05%和0.20%浓度的保水剂显著提高了梭梭的总表面积和总根长,总表面积较对照分别增加64.65%和125.62%,总根长分别增加81.68%和130.92%。综上,在土壤水分较高的4-6月,最适宜梭梭生长的保水剂浓度为0.05%,在土壤水分较低的7-9月,0.20%浓度的保水剂促进显著。

4种剂型保水剂吸水和保水特性研究

对旱宝贝保水剂(B)、植物体保水剂(D)、营养型保水剂(N)、生态功能型保水剂(L)等4种剂型保水剂的吸水与保水特性,粒径与吸水倍率关系以及冷冻对吸水和保水性的影响进行了研究。结果表明,不同剂型保水剂均具有较好的吸水性,但剂型不同,吸水特性不同。吸水过程中,L型保水剂具有明显的吸水高峰;B3和N型保水剂吸水曲线平缓,达到吸水饱和所需时间较长;吸水初期,D型保水剂的吸水速率大于B3和N型保水剂,之后则变小。同种溶液中,保水剂的吸水倍率表现为L型保水剂最大,B3和N型保水剂次之,D型保水剂最小;不同溶液中,保水剂吸水倍率表现为:蒸馏水>井水>土壤提取液。剂型不同,保水性不同;充分吸水情况下,保水剂吸水倍率越大,完全失水所需时间越长;相同吸水量下,4种保水剂间保水性差异可分为差异显著期和差异不明显期。成份相同的保水剂,小颗粒吸水较快,大颗粒吸水较慢。水溶液中的离子对保水剂影响较大,能显著降低其吸水倍率。经冷冻处理后,保水剂的吸水倍率和保水性变化不大。

古尔班通古特沙漠腹地土壤水分动态

采用土钻法对古尔班通古特沙漠腹地典型自然沙垄剖面土壤含水量进行长期监测,采取多重比较(LSD)、典型相关分析(MANOVA)、并在国内第一次采用季节交乘趋势等统计方法,对土壤水分与环境因子的关系进行分析,研究结果表明:土壤含水量时间变化规律分为补给期、失水期和冻结滞水期。土壤含水量均值为补给期>冻结滞水期>失水期,变异系数为补给期>冻结滞水期>失水期;土壤含水量空间变化规律表现为:阴阳坡间具有极显著差异(P<0.01,F=0.002 9)。垄间分别与坡中、垄顶具有显著性差异(P<0.05)。垂直变化分为活跃层、过渡层和稳定层,活跃层与其他土层间均有显著性差异(P<0.05),土壤含水量均值为阴坡>阳坡,垄顶>垄间>坡中。活跃层>过渡层和稳定层;变异系数为阴坡>阳坡,垄间>坡中>垄顶,活跃层>过渡层>稳定层;降雨量和温度是影响研究区土壤水分时间分布变化的重要影响因子,同时也是土壤含水量变化的决定性影响因子,与土壤含水量具有显著相关性(P<0.05,F=0.02)。

古尔班通古特沙漠人工梭梭林群落生态特征研究

为探究古尔班通古特沙漠南缘莫索湾地区33年来人工梭梭林群落(依靠天然降水)的生态特征,本文对两种造林技术(积雪-客沙造林和秋灌造林)人工梭梭林地梭梭的长势、草本植物、土壤水分进行了调查和监测。结果表明:(1)积雪-客沙造林和秋灌造林梭梭至今生长良好,目前植株高度和冠幅均大于2 m和2 m^2,当年新生枝条长度均大于20 cm;初始造林梭梭存活率较高,分别为40%和63%;经过自然更新,现有密度均有所提高,人工林形成异龄复层混交林,林下生长有不同优势种的草本植物;土壤含水量均>2.00%,能够满足梭梭生长。(2)由于两种造林技术的土地处理方式和初期水分供给量不同,导致两种林地梭梭生长、林下草本植物盖度和多样性以及天然更新梭梭植株数量均有很大差异,整体秋灌造林地的状况优于积雪-客沙造林地。(3)两种造林技术对于当地生态条件均有很好的适应性,虽然积雪-客沙造林密度相对较低,但优于自然植被状况,且造林成本低;秋灌造林密度较大,天然更新植株数量较多,但造林成本高,后期生长较缓慢,需要采取一定的人工措施调整密度。综上可知,积雪-客沙造林和秋灌造林梭梭目前生长均较稳定,后者对该区生态条件适应性更强。

土壤因子对莫索湾梭梭林林下植被分布和多样性的影响

[目的]研究土壤因子对古尔班通古特沙漠西南缘莫索湾地区天然梭梭林、天然—人工梭梭林、人工梭梭林林下植被分布和物种多样性的影响,为该区物种多样性保护提供理论依据。[方法]采用典范对应分析法(canonical correspondence analysis,CCA)和广义加型模型(generalized additive model,GAM)分析了6个土壤因子(共8个指标)与物种分布和多样性之间的关系。[结果](1)土壤水分、电导率、pH值和生物结皮的发育是影响植物分布的主要土壤因子。刺沙蓬和狭果鹤虱主要分布在土壤水分和电导率较高的林地,细裂补血草分布在高pH值环境中,虫实分布在土壤水分和电导率较低,同时生物结皮发育较好的林地,甘新念珠芥和滨藜对环境的适应能力较强,各生境均有分布,自然更新的梭梭幼苗分布随着土壤水分、电导率降低和生物结皮增加相对重要值逐渐增大;(2)土壤水分、电导率、pH值和土壤质地是影响物种多样性的主要因素。物种多样性指数与土壤水分和粉粒含量呈极显著正相关(p<0.01),与电导率和pH值呈极显著负相关(p<0.01),在土壤水分较低的环境条件下(2.19%~6.28%),土壤水分是影响多样性指数的最主要因子,当土壤水分>8.0%时,多样性指数趋于稳定,同时,土壤pH值>9.0时,多样性指数有明显下降趋势。[结论]梭梭林林下植被的分布和物种多样性是由土壤水分、电导率和土壤质地为主的多种土壤因子综合作用的结果。

不同防护措施对梭梭幼苗生长和土壤水分的影响

在策勒绿洲—荒漠过渡带流动沙地对种植的梭梭幼苗采取了不同的处理措施(凋落物防护、固沙剂防护、防沙网防护和裸沙地,其中裸沙地作为对照),研究不同防护措施对梭梭幼苗生长状况及地表100 cm内土壤含水率的影响,对恢复和重建绿洲—荒漠过渡带防护林体系具有重要意义。研究结果表明:(1)初春采用滴灌一次性供水135 L·m^(-2),可以确保梭梭幼苗当年的生长需求。(2)不同防护措施下梭梭幼苗的株高、冠幅、基径、新枝长度均表现为:凋落物防护>固沙剂防护>防沙网防护>裸沙地,在生长末期凋落物防护下梭梭的株高、冠幅、基径、新枝长度分别达到115.7 cm、131.8 dm2、22.5 mm、73 cm。(3)不同防护措施对土壤含水率的影响比较明显,土壤含水率表现为:凋落物防护>固沙剂防护>防沙网防护>裸沙地,其中凋落物防护、固沙剂防护土壤含水率分别是裸沙地的1.31倍和1.16倍。因此,在极端干旱的绿洲—荒漠交错带,采用凋落物防护和固沙剂防护措施对提高沙地蓄水保墒能力和促进梭梭幼苗生长均有积极作用。

近30年莫索湾垦区150团植被覆盖度时空变化及现状评价

150团位于新疆石河子市莫索湾北端风积沙漠与荒漠交错地带,深入古尔班通古特沙漠70 km,沙漠化土地面积占团场可利用土地面积的12%.研究该地区的植被覆盖度的时空变化趋势,对植被生长状况作出合理评价能够为研究区生态环境保护、防护林构建、植被长效可持续性提供科学指导.以莫索湾垦区150团为研究对象,用改进的像元二分模型,结合团场土地利用类型,探究近30 a植被覆盖度的时空变化,并用防护林种植密度、郁闭度、疏透度和成活率对植被现状作了评价.结果表明:①近30 a 150团低植被覆盖率面积减少了25.41%,中植被覆盖率面积增加了7.47%,高植被覆盖率面积增加了17.93%;重度退化的面积占0.81%,轻度退化的面积占31.58%,未发生变化的面积为1.63%,低度改善的面积占51.28%,高度改善的面积占14.69%.②近30 a 150团北部地区植被出现退化,南部地区植被得到明显改善,植被整体向良性趋势发展.可能的原因是团场南部地区人口集中,林带在一定程度上能得到城市中水的补给,且团场南部防护林受到的风沙危害较北部弱,故在相同自然条件下,南部地区植被比北部地区生长良好.

新疆莫索湾垦区150团防护林防护效益分析

莫索湾垦区150团地处沙漠腹地,北、西、东三面被沙漠环绕,团场防沙基干林和天然荒漠林是团场农业生产和生活环境的生态屏障,研究团场防护林的防护效益能够为团场生态防护林的合理构建提供科学指导。以莫索湾垦区150团为研究对象,通过ENVI 5.2计算疏透度,并选取疏透度和郁闭度(盖度)评估防护林的防沙效益。结果表明:1)150团各行政单位林地面积、人均林地占有量的变异系数(CV)分别为64.61%和87.89%,表明两者处于中等程度变异(10%<CV<100%),覆盖度的变异系数为163.36%,属于强变异(CV>100%),表明各行政单位林地覆盖度差异较大;各行政单位农田林网化变异系数为24.97%,属中等程度变异。2)由疏透度可知,团场防护林疏透度大多高于0.40,防护林的防护效益有待优化。3)外围灌木防护林盖度在30%~44%之间,属于中度郁闭,内部乔木防护林郁闭度大多数高于0.70,属于高度郁闭。强烈的风沙侵蚀、水分供应不足和种植密度过高是导致北部地区防护林出现大面积退化的主要原因,生态环境保护政策和生态屏障建设高投入是团场防护林整体向良性发展的主要原因。

不同采收间隔双排油莎豆(Cyperus esculentus)带风场结构与防风效能的模拟研究

油莎豆(Cyperus esculentus)根系发达,具有作为防风固沙作物的巨大潜力。开展不同条带状采收方式下油莎豆带的防风固沙效益研究,对于合理利用油莎豆进行防风固沙具有重要意义。以风洞模拟为手段,分别在6 m·s^(-1)、8 m·s^(-1)、10 m·s^(-1)3种风速下,对隔一带采收一带(H1)、隔一带采收两带(H2)、隔一带采收三带(H3)3种不同油莎豆采收模型在风洞不同位置的风速进行测定,并对不同模型的流场特征、风速加速率及防风效能进行分析。结果表明:(1)3种不同油莎豆采收模型中,气流均在近床面内受油莎豆模型阻挡,风速被急剧削减形成一定面积风影区,H2与H3模型的流场结构稳定性、风影区面积均比H1模型高。(2)随着风速增加,不同模型的防风效能均有所下降。H2与H3模型背风面在不同风速下的平均防风效能没有显著差异,但显著大于H1模型。在采收间距内,H2与H3模型防风效能均>50%,H1模型<40%。(3)从防风固沙效益及流场稳定性来看,H2与H3模型之间没有显著差异且显著大于H1模型。但从经济效益来看,H2模型采收间距减小,经济效益降低。综合防风固沙的生态效益与获取油莎豆的经济效益来看,H3模型为推荐采收方式。本研究通过对不同油莎豆采收模式的防风固沙效益,为利用油莎豆进行防风固沙提供了指导,并为在干旱半干旱地区推广种植油莎豆,获得更大的生态经济效益提供了理论依据。

从植物种间联结性探讨白梭梭种群生态种组分类——以古尔班通古特沙漠为例

在2×2联列表的基础上,应用χ2检验、联结系数、spearman秩相关,检测古尔班通古特沙漠植物种间关系,以期分析各物种在沙垄不同地貌部位的变化异同及种群稳定性。结果表明:①灌草两层共435个种对中,联结程度达到显著的种对较少;极显著的有15种对,显著的有22种对,其余398种对联结程度不显著。②按组间联系及种间的正负关联性,将30个主要优势种划分为5个生态种组。灌木层植物可分为3个种组:Ⅰ.白梭梭、沙拐枣;Ⅱ.蛇麻黄;Ⅲ.绢蒿;草本层分为两个种组:Ⅰ.苔草、尖喙牻牛儿苗、条叶庭芥、角果藜;Ⅱ.对节刺、沙生千里光、东方旱麦草;并提出各生态种组物种的分布特征。

不同密度无灌溉人工林平茬、间伐效果分析

为保证古尔班通古特沙漠渠道无灌溉人工林防护效益的持续性,对沙拐枣和梭梭进行不同平茬和间伐密度的试验.结果表明:① 人工平茬处理在一定程度上促进了沙拐枣根系对土壤水分的吸收,且沙拐枣能在当年恢复到平茬前70%株高.同时以隔行平茬(即平茬一半)的平茬方式效果较好.②梭梭间伐,间伐一半的效果较好,同时对其余未间伐的梭梭生长有一定促进作用,但影响不明显.

不同粒径保水剂吸水特性及其对土壤物理性能的影响

通过室内试验,对大粒径(2.0～3.2 mm)、中粒径(1.0～2.0 mm)和小粒径(0.5～1 mm)3种粒径保水剂的吸水特性进行了测定,同时对施加不同粒径保水剂前后的沙质土壤的理化性质进行对比分析。结果表明:①保水剂的吸水倍率与其粒径大小呈负相关关系;②保水剂对土壤水分蒸发有明显的抑制效应,能显著提高土壤的水分含量;③保水剂会使土壤pH和电导率升高,降低土壤渗透性,土壤中液相比例增加的同时气相比例会相应减少。综合考虑3种不同粒径保水剂对土壤理化性质的影响,中粒径保水剂改善效果最好,在施用量为0.1%时,对土壤的改良效果最为明显,亦不会产生明显副作用。

保水剂对梭梭(Haloxylon ammodendron)、白梭梭(Haloxylon persicum)种子萌发及幼苗根系的影响

在盆栽条件下,研究保水剂对梭梭(Haloxylon ammodendron)、白梭梭(Haloxylon persicum)种子萌发和幼苗根系形态的影响。结果表明:0.05%浓度的保水剂对梭梭、白梭梭种子萌发有明显的促进作用,发芽率较对照分别提高了18.7%和24.0%;0.05%浓度的保水剂能够抑制梭梭幼苗根系的垂直生长,有效促进侧根数量的增加和根系生物量的积累;0.1%浓度保水剂处理下,白梭梭的主根长度、侧根数量、根系生物量均达到最大;保水剂浓度达到0.2%时,梭梭、白梭梭种子萌发和幼苗根系的生长均受到抑制,表明梭梭幼苗生长最适宜的保水剂浓度为0.05%,白梭梭的浓度以0.05%～0.1%为宜。

古尔班通古特沙漠南部防护体系建成10a来的生境变化与植物自然定居

于2000—2009年对古尔班通古特沙漠南部防护体系内的生境变化与自然定居植物进行了系统观测和研究。结果表明,草方格及人工植被相结合的综合防护体系可以有效固定重大工程扰动地表。防护体系建成初期,土壤水分条件好于原始地表,为人工林的生长和植物自然定居创造了良好条件。防护体系建成10a后,土壤理化性质得到有效改善,普遍形成了地衣结皮,但土壤水分出现了减少的趋势。在未经扰动的原始地表,总计有植物48种,其中短命植物30种。防护体系建成初期自然定居植物仅有8种,10a后多达33种,其中短命植物达到21种。定居植物多度由初期的1.4株.m-2增加到10a后的14株.m-2,其中短命植物占到自然定居植物总株数的85%,很少观测到自然定居的乔灌木。自然定居植物呈明显的差异性分布,与风向对种源的影响密切相关。随着草本植物的进入、生物结皮的形成和土壤水分的减少,人工植被的稳定性问题尚需进一步研究和探讨。

不同坡向梭梭幼苗的生长状况和适应特征

以古尔班通古特沙漠南缘一年生梭梭移栽苗为研究对象,对梭梭幼苗的地上部分生长状况、蒸腾速率日变化趋势以及根系形态进行了调查,探讨不同坡向梭梭幼苗的生长和适应特征。结果表明,平地、阴坡和阳坡表层0～30cm土壤含水量无显著差异,40～100cm土壤含水量阳坡<阴坡<平地。梭梭幼苗同化枝生长速率和含水量均表现为阳坡<阴坡<平地,其生长速率和含水量可能与根层土壤含水量高低有关。不同坡向梭梭幼苗蒸腾速率日变化均呈"单峰型",12:00—16:00阳坡梭梭幼苗蒸腾速率显著高于阴坡与平地。阳坡梭梭幼苗主根不发达,侧根较多但较短;平地和阴坡梭梭幼苗根系主根发达,以单根为主。这反映出根系对相应生境下土壤水分的适应特征。