新疆北部六种草地类型土壤碳氮磷生态化学计量特征

草地土壤碳氮磷含量及其生态化学计量的空间变异关系到草地生态系统的功能与稳定性。海拔、气候、土壤性质和植被如何影响新疆北部典型牧区额尔齐斯河(简称额河)流域土壤碳氮磷化学计量的空间格局尚不清楚。本文选取了额河流域六种主要草地类型的65个样点(0~10 cm、10~20 cm土层)进行研究。结果表明:(1)高寒草甸、山地草甸、温性草甸草原有机碳(39.06~62.59 g·kg^(-1))、总氮含量(3.87~6.95 g·kg^(-1))以及六种草地类型的土壤总磷含量(0.53~1.59 g·kg^(-1))总体上高于中国土壤平均值(24.56 g·kg^(-1)、1.88 g·kg^(-1)、0.56 g·kg^(-1)),而六种草地类型的土壤碳氮比(5.03~9.97)、碳磷比(7.50~52.38)以及温性草原、温性荒漠草原和温性荒漠土壤氮磷比(1.53~3.72)低于中国或全球土壤平均值(11.40、64.30、3.90)。(2)土壤碳氮磷含量以及碳磷比、氮磷比随着海拔升高(328~2655 m)、降水量增加以及温度降低而显著增加,并且与植被特征、土壤理化性质有显著的相关性。随着海拔的升高,土壤有机碳、总氮含量与土壤碳磷比在土层间的差异逐渐增加。(3)结构方程模型结果表明,海拔与气候因子对土壤碳氮磷含量及其生态化学计量的影响效应最高,海拔通过改变温度、降水、植被特征、土壤理化性质影响土壤碳氮磷含量,最终影响生态化学计量。未来应进一步开展气候变化对土壤碳氮磷及其生态化学计量影响的跨区域尺度研究。

两种固沙方格沙障的防护效益及地形适应性对比

[目的]在塔克拉玛干沙漠油田公路机械防沙展示区,对比两种固沙技术的固沙效益及其地形适应性,为工程防沙的优化设计及其应用提供理论依据。[方法]对地形起伏条件下芦苇方格和尼龙网方格沙障的风沙危害状况进行了野外调查。[结果]在固沙方格沙障设置初期,各种地形条件下芦苇方格沙障的沙害类型相对单一,均为半埋危害。尼龙网方格沙障的沙害类型多样,而且在沙丘纵断面上变化很大,在迎风坡和落沙坡风蚀危害发生比例大;在调查区内,尼龙网方格沙障4种沙害类型均有发生,发生的比例依次为:半埋>风蚀>全埋>压埋。两种方格沙障防护效益的差异与地形引起强烈风动力空间分异、自身布设方法和孔隙度有关。[结论]草方格地形适应性强,在不同起伏的地貌区均有显著的固沙效果,而尼龙网方格沙障更适宜布设在较平坦的地貌区,而不适于地形起伏较大的地貌区。

流动沙漠地形起伏区尼龙网方格沙障破损程度的空间分异

在塔克拉玛干沙漠油田公路K287 km处,对设置在纵向复合沙垄区次级新月形沙丘上不同地貌部位的尼龙网方格沙障破损状况进行了调查研究,并对破损程度进行了综合评价。研究结果表明,(1)平沙地上的尼龙网方格沙障破损类型相对单一,以半埋型式为主;流动沙丘上的尼龙网方格沙障破损类型多样,而且不同地貌部位的破损类型不同。(2)沙丘个体及不同地貌部位的破损程度值远远高于平沙地,破损程度值排序为迎风坡脚>迎风坡中部>沙丘两翼>落沙坡>迎风坡中上部>丘顶。(3)沙丘不同地貌部位尼龙网方格沙障受损的空间分异主要与沙丘对近地表风流场的强烈扰动有关。(4)尼龙网方格沙障更适宜布设在平坦的地形,提高尼龙网方格沙障对地形起伏适应性的关键在于其布设模式以及布设配件的改进。

塔河流域天然胡杨林不同林龄地上生物量及碳储量

[目的]探讨不同林龄单株胡杨地上部分生物量、林分的生物量及碳储量的分布特征,为进一步开展胡杨天然林生态系统碳循环、碳储量、固碳速率和潜力研究提供基础。[方法]以新疆维吾尔自治区轮台县天然胡杨林为研究对象,利用不同林龄下不同径阶的标准解析木样本数据,构建胡杨地上部分各器官的生物量回归模型,探讨不同林龄胡杨地上部分的生物量组成、分配以及各器官生物量随年龄的变化规律。[结果]随着林龄的增加,单株胡杨地上部分各器官生物量呈上升趋势,其中树干占主导地位。幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林、过熟林的林分地上生物量分别为:4.91,7.95,19.47,61.95,47.64t/hm2,且随林龄的增加胡杨林地上部分生物量先增加后稍有降低;胡杨林地上部分不同器官平均含碳率从大到小依次为:树干(48.17%)>树枝(47.75%)>树皮(46.13%)>树叶(44.90%),且随林龄的增加不同器官含碳率先增加后降低,但各器官之间含碳率差异不显著;塔河流域胡杨林碳储量随林龄先增加后降低,大小顺序为成熟林(30.38t/hm2)>过熟林(23.26t/hm2)>近熟林(9.30t/hm2)>中龄林(3.69t/hm2)>幼龄林(2.20t/hm2)。[结论]地上部分各器官碳储量按依次排列为:树干>树枝>树皮>树叶,树干是胡杨林地上部分碳储量的主要器官。

不同组合间距的尼龙阻沙网积沙形态特征对比

在塔克拉玛干沙漠腹地垄间平沙地,布设了两条尼龙阻沙网水平组合防沙实验,组合间距分别为2H、5H、10H、15H(H为阻沙网高度),一个风季中对实验设置的地形及纵断面蚀积量进行了动态观测。结果表明:(1)各尼龙阻沙网组合形成有规律的地表蚀积空间分布格局:形成以阻沙网为核心的积沙区,其上下风侧分布有较稳定的风蚀区,两条阻沙网之间存在临时的风蚀区。(2)在阻沙网前后形成与阻沙网高度相近的积沙体,在第一条阻沙网上风侧区域,积沙厚度与水平距离呈指数函数关系,在阻沙网背风侧,积沙厚度与水平距离呈二次函数关系。(3)2H和5H积沙体纵断面呈单峰状,风季中后期形似"几"字形,而10H和15H呈双峰状,风季中后期形似"M"字形。(4)阻沙网组合间距越小,积沙分布就越集中,形体越高大,反之则越分散,风季末阻沙网积沙体地形起伏度、平均坡降、积沙体积比、积沙断面面积轮廓比大小排序均为2H>5H>10H>15H。(5)阻沙网积沙体积具有随阻沙网间距增大而降低的趋势,观测断面最大积沙体积5HH>2H>15H>10H,5H、2H、15H分别较10H大13.20%、12.34%、3.78%,可见,5H防沙效果最优。

醋酸乙烯酯类固沙剂固沙效果的风洞实验

通过室内风洞模拟实验,研究了不同净风、挟沙风风速和沙面坡度条件下3种醋酸乙烯酯类固沙剂（WGS-3、WGS-4和CS-204）不同喷洒浓度时的土壤风蚀控制效果。研究结果表明：3种固沙剂均具有较好的抗风蚀能力,相同条件下,固沙剂CS-204的抗风蚀性能稍强于WGS-4,WGS-3的抗风蚀性能相对较差;与净风相比,挟沙风更易使喷施固沙剂后的沙面产生风蚀;挟沙风条件下,沙面累积风蚀量随固沙剂使用量的增加而减小,随沙面坡度的增加而增大;从经济意义上考虑,建议固沙剂WGS-3喷洒浓度稍高于3.0%,WGS-4和CS-204使用浓度为2.0%~3.0%,且喷洒量为1L/m2,能有效固沙。

塔里木河胡杨林生长过程土壤层碳氮磷化学计量变化特征及与其叶含量的相关性

【目的】研究天然胡杨林生长过程中不同层次土壤C、N、P化学计量变化特征及与叶片C、N、P含量的相关性,为胡杨林经营管理提供理论依据。【方法】在新疆轮台县轮南镇选取5种不同林龄胡杨林(幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林)作为研究对象,测定和分析不同林龄胡杨林下土壤(0~10、10~20、20~40、40~60、60~100 cm)和叶片的C、N、P含量及化学计量特征。【结果】(1)胡杨林土壤C含量在0~100 cm层次垂直分布差异不显著,这与其他森林群落有显著的不同。土壤N含量均呈现随土壤深度增加而减小的趋势,土壤N含量具有表层聚集的特征。土壤P含量在各层次分布较为均匀,在0~100 cm层次垂直分布差异不显著。(2)龄级对土壤化学计量有显著影响(P<0.05),土层深度对土壤的C和P含量影响不显著,对土壤N含量和化学计量比影响差异显著,而龄级和土层深度的协同作用对土壤C和P含量的影响不显著,对土壤N含量和化学计量比影响显著。(3)叶N含量与土壤各层次的P含量呈显著正相关,叶P含量与土壤N含量呈现显著正相关,而叶N∶P与土壤C含量、N含量、C∶P、N∶P均呈现显著负相关。【结论】胡杨林土壤C含量垂直分布差异不显著,这与其他森林群落有显著的不同。土壤N含量具有表层聚集的特征。胡杨林生长过程对土壤N含量影响显著。土壤P含量在各层次分布较为均匀,但是,胡杨林生长过程对土壤P含量影响显著。近熟林和成熟林土壤的C∶N、C∶P和N∶P比在不同的土壤层次差异显著。

盛果期库尔勒香梨园土壤主要养分与产量数值关系分析

【目的】选择综合管理水平较高的库尔勒香梨（Pyrus Bretschneideri Rehd）示范园,分析主要养分含量与产量曲线回归模型的数值,对库尔勒香梨目标产量进行定量推荐施肥。【方法】测定香梨园土壤主要营养元素含量,构建库尔勒香梨土壤主要营养元素与产量之间关系模型。【结果】0-20 cm土壤有机质含量和速效磷含量高于20-80 cm,而碱解氮含量和速效钾含量则是0-20 cm低于20-80 cm。0-20 cm土壤层有机质含量与香梨产量关系不显著,呈对数函数,20-80 cm土壤层有机质与香梨产量关系显著（P=0.026）,呈幂函数关系。0-20 cm土壤层碱解氮与产量呈幂函数且关系不显著,而20-80 cm土壤层碱解氮与产量呈对数函数,相关性显著（P=0.096）。0-20 cm土壤层有效磷与产量有相关性但不显著（P=0.174）,相关模型为幂函数;20-80 cm土壤层有效磷与产量关系显著（P=0.024）,为对数关系模型。0-20 cm和20-80 cm土壤层土壤速效钾与产量关系模型均为幂函数且相关性显著（P=0.074,0.085）。【结论】20-80 cm土层有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量与库尔勒香梨产量显著相关,施肥时应深施,施肥深度≥20 cm;建立了土壤养分（x）和产量（y）关系模型,即有机质：y=45.77x0.21、碱解氮：y=10.43 Ln（x）＋29.39、有效磷：y=6.60 Ln（x）＋99.30、速效钾：y=29.45 x0.20,达到对库尔勒香梨目标产量进行定量推荐施肥的目标。

流沙地表层土壤化学性质对免灌造林的响应——以古尔班通古特沙漠明渠防护林为例

[目的]在免灌造林措施下,研究不同种植年限梭梭林下土壤化学性质的变化,为防护林生态工程建设提供理论依据。[方法]对古尔班通古特沙漠明渠无灌溉条件下防护林地表层的土壤化学性质进行测定,分析林地土壤的结皮层、0—10cm层,10—20cm层土壤盐分和养分的动态变化规律。[结果]建立梭梭防护林后土壤的pH值和全盐量均高于流沙地,土壤碱化趋势比较明显;随种植年限的增加,各层土壤pH值和全盐量均表现出先增加后减小的趋势,8大离子的含量呈增加的趋势,土壤pH值、全盐量和8大离子由表层向下递减。随种植年限的增加,各层土壤有机质含量先增加后缓慢减小,土壤全N,P和速效P,K呈现总体增加,全K呈减小的趋势,速效N呈先增加后减小的趋势,同样有向下骤减的趋势。[结论]防护林建设有利于风沙土的发育,土壤质量状况逐年改善。

沙漠公路防护林影响下近地表风沙流粒度特征的空间分异

利用BSNE集沙仪对沙漠公路两侧灌木混交防护林影响下的近地表风沙流粒度特征进行了研究,结果表明:在水平方向上,风沙流粒度沿主风向从林带上风侧到下风侧邻近林带流沙地,平均粒径减小,分选变差,而且越向下风向变化越大,但两条阻沙林带间风沙流粒度受沙丘影响不同于其他点,其平均粒径增大,分选性变好;在垂直方向上,风沙流平均粒径随高度先减小后增大,在植物冠层高度之上略有增大。受防护林影响,风沙流粒度的垂直分异减缓,而不同观测点之间的季节变化增大。防护林影响范围内近地表风沙流粒度的时空变化特征与防护林垂直疏透度、季节以及防护林内具体位置的微环境有关。

不同发育阶段新月形沙丘表面粒度特征

以塔克拉玛干沙漠腹地垄间平地新月形沙丘的4个发育阶段(饼状沙丘(PD)、盾状沙丘(SD)、雏形新月形沙丘(PCD)、新月形沙丘(TCD))为研究对象,对沙丘表面不同地貌部位的沙物质取样并进行粒度分析,以期发现新月形沙丘不同发育阶段表面粒度的变化规律,结果表明:4种沙丘丘顶或临近丘顶处细砂及极细砂含量最小、粒径最粗、分选性最差,向两侧细砂及极细砂含量逐渐增大、粒径逐渐变细、分选逐渐变好。各发育阶段之间沙粒级配、平均粒径、分选系数的变化规律则需区分不同地貌部位。在迎风坡这3者没有较大差异;在背风坡,细砂及极细砂含量、平均粒径、分选系数均随着沙丘的发育而增大。另外,峰度和偏度并不随着新月形沙丘的发育有明显的变化,均属于近对称中等峰态且为单峰。

不同林龄胡杨活立木枯枝生物量和化学计量特征

基于不同林龄胡杨天然林样地活立木枯枝(DBST)生物量调查,探讨不同发育阶段胡杨活立木枯枝化学计量和碳储量的时空变化规律。研究结果表明:(1)不同林龄胡杨林活立木枯枝生物量随着林龄增加呈先增加后减小趋势,其中成熟林活立木枯枝生物量最大(10.93 t/hm^2),占地上生物量的17.79%。对于单株胡杨而言,随林龄增加活立木枯枝生物量增大,年平均活立木枯枝生物量为0.22 kg/株。同时胡杨枝径级越大越易形成枯枝,生物量也随枯枝径级的增加而增加。(2)胡杨活立木枯枝C、N、P、K平均含量分别为491.01、4.13、2.75、1.83 g/kg,活立木枯枝C、N、P元素含量高于活体枝,而活体枝K元素含量高于活立木枯枝。胡杨群落活立木枯枝平均C∶N、C∶P、N∶P比分别为:128.58、232.79、1.95,其活立木枯枝化学计量比均高于活体枝。林龄对化学元素含量和化学计量比影响均差异不显著(P>0.05),说明了胡杨活立木枯枝的元素含量随龄级变化不大,具有稳定的特点。(3)活立木枯枝碳密度随林龄的增加先增加后降低,其中成熟林碳密度最大;胡杨群落平均碳密度为2.63 t/hm^2,占地上活立木碳密度的20.74%。研究认为胡杨群落枯枝生物量和碳密度随林龄增加的变化规律明显,胡杨活立木枯枝在荒漠森林生态系统中是不可忽略的C库。

塔克拉玛干沙漠4种结构尼龙阻沙网的防风阻沙效益对比

常用尼龙阻沙网的孔隙度为均匀分布,而风沙流结构在垂直方向上是非均匀分布的。通过设计4种孔隙度非均匀分布的尼龙阻沙网:大条带上疏下密式(A)、大条带上密下疏式(B)、小条带疏密相间式(C),将其布设在塔克拉玛干沙漠腹地的垄间平地,以均匀结构阻沙网为对照(CK)。对4种阻沙网前后的风速变化、防风效能、积沙形态、积沙量进行对比。结果表明:①B阻沙网有效防护距离最短,仅为6H(H为阻沙网的高度),其余3种结构有效防护距离差别不大,均为15H;在网后10H处0.15 m、0.3 m和0.5 m 3个观测高度,风速削弱程度的平均值存在明显差异,呈C>A>B>CK。②在风季后期,4种结构阻沙网前后积沙量B最小,其余3种类型差别不大。③综合考虑防风和阻沙效益,C阻沙网提供了一个较好的结构模式,防护效益最好,B阻沙网最差,A和CK阻沙网效益相差不大。研究结果为高立式沙障结构优化设计提供了参考依据。

固沙网沙障积沙凹曲面特征及其固沙效益分析

在塔克拉玛干沙漠垄间平沙地布设了3种固沙网沙障试验,6个风季后对沙障内积沙和破损状况进行了测量和调查。结果表明:在地形平坦、主风向明显的区域,这3种布设模式的固沙网沙障均发挥了良好的固沙效益,在沙障内发育了积沙凹曲面,凹曲面的纵横断面基本呈光滑的抛物线形,积沙厚度和水平距离符合二次函数,蚀积系数k均小于1/12,k值1 m×1 m>2 m×2 m>2 m间距行列式;3种固沙网沙障的固沙能力1 m×1 m>2 m×2 m>2 m间距行列式,固沙成本2 m间距行列式<2 m×2 m<1 m×1 m,破损率2 m×2 m>m×1 m>2 m间距行列式。研究结果可为固沙网沙障在防沙工程中的应用提供科学参考。

两条尼龙阻沙网不同组合间距的积沙量对比分析

在塔克拉玛干沙漠腹地垄间平沙地布设了两条尼龙阻沙网4种水平组合间距(2H、5H、10H、15H,H为阻沙网间距)的防沙实验,分析两条尼龙阻沙网的积沙量大小和空间分布,及其与阻沙网组合间距的关系。实验结果表明:1阻沙网积沙量与组合间距呈弱线性负相关,其中2H和5H积沙量最大,但两者差异不大,10H最小,15H居中,与常规认识不同。2不同组合模式的积沙量空间分配格局也明显不同,2H主要堆积在下风侧,而5H、10H、15H则均位于网间和下风侧,上风侧和下风侧积沙量与组合间距呈线性负相关,而网间积沙量与组合间距呈线性正相关。3两条尼龙阻沙网积沙量及其空间分布差异主要与特殊的近地表流场结构有关,但其分异机制还需要深入研究。

不同结构尼龙网防风效应的风洞模拟

为对比不同结构尼龙网不同风速下的防风效应,开展对均匀型(A)、上密下疏型(B)、上疏下密型(C)3种不同结构尼龙网在6 m·s^(-1)、9 m·s^(-1)、12 m·s^(-1)指示风速下的风洞模拟试验。通过对不同结构尼龙网各风速下加速率等值线图和防风效能的对比分析,结果表明:1 3种结构尼龙网风场存在相似性但差异明显。B型尼龙网风影区下部存在加速区,A、C型则不存在;C型风影区中心位置较低。2 A、C型尼龙网防风效应随风速增大而降低,B型则相反。3测量范围内C型尼龙网防风效应明显优于A、B型。实际应用中应综合考虑沙障结构、风况等因素,尼龙网栅栏的布设建议选用上疏下密型结构。

不同间距双排尼龙阻沙网防风效应的风洞模拟

为揭示风速和间距对双排尼龙阻沙网防风效应的影响,开展对2H、5H、10H、15H(H为尼龙网高度)间距尼龙阻沙网在6、9、12m·s-1风速下的风洞模拟试验,对不同风速、间距下加速率等值线、变化趋势和防风效能进行对比分析。结果表明:1风速和间距对双排尼龙阻沙网加速率极小值出现的相对位置基本无影响,但后排网后极小值小于前排网后,两排尼龙网对风场的影响存在累加效应。2双排尼龙阻沙网防风效应随来流风速增大而明显降低。32H、5H间距双排尼龙阻沙网防风效应相对较好,5H最优,10H最差。该结果与相同间距设置的野外实验相一致。实际应用中尼龙阻沙网的布设应综合考虑风况、布设间距等因素,笔者建议双排尼龙阻沙网布设间距采用5H。

胡杨(Populus euphratica)枝叶根化学计量特征

研究植物各器官营养元素含量及变化,对于揭示植物对营养元素的需要、不同器官营养的分配以及植物对环境的适应能力具有重要的意义。以新疆轮台县轮南镇5个林龄胡杨林(幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林)为对象,分析枝、叶及根的C、N、P含量及化学计量特征。结果表明:(1)不同器官间C、N含量差异显著,C含量枝(464.70g·kg^(-1))>叶(443.35g·kg^(-1))>根(420.31g·kg^(-1));N含量叶(13.56g·kg^(-1))>枝(4.00g·kg^(-1))>根(3.49g·kg^(-1));器官间P含量差异不显著,根(3.04g·kg^(-1))>叶(2.84g·kg^(-1))>枝(2.34g·kg^(-1))。林龄对胡杨叶的C含量有显著影响(P<0.05)。(2)不同器官化学计量差异显著,C∶N比表现为根(123.67)>枝(117.86)>叶(33.28),C∶P比表现为枝(227.14)>叶(178.49)>根(154.23),N∶P比表现为叶(5.29)>枝(1.90)>根(1.29);林龄对枝的C∶P和N∶P影响显著(P<0.05),而对其他器官的化学计量特征影响不显著。(3)胡杨叶的N∶P比为5.29,远远小于阀值(14),说明该地区胡杨生长发育过程中严重受全N影响。

冷荒漠草本植物数量特征对不同水分输入和气象因子的响应

草本层是古尔班通古特沙漠植被的重要组成部分,在维持沙漠稳定、养分循环等方面具有重要意义。水分通常以积雪和降雨形式输入到土壤,输入方式及数量变化对荒漠植物的存活和生长有重要影响。本文以古尔班通古特沙漠南缘草本层为研究对象,利用人工增减积雪的方法,共设置4个积雪处理(0,50%,100%,200%积雪,其中100%积雪为对照),于2009-2016年春季调查草本植物的数量特征和物种丰富度,分析草本植物数量特征对水分变化的响应;同时结合气象数据,分析不同年份一年生荒漠草本植物数量特征与主要气象因子的关系。结果表明:表层土壤含水量与积雪厚度成正比,相应的草本植物的幼苗密度与积雪水当量、表层土壤含水量成正比关系;2009-2016年,年内积雪量的变化对物种丰富度没有显著影响,各积雪处理间物种丰富度差异不显著;2009-2016年自然处理下年际间物种丰富度差异显著,2015年物种丰富度显著小于其余年份。结合气象数据分析发现,物种丰富度年际变化主要受幼苗建成期的降雨调控,并且干旱年份过后的湿润年份物种丰富度不受前一年降水的影响,说明荒漠草本植物层片具有较强的自我调节能力;自然处理下,不同年份草本植物旺盛期的存活数量与大气干旱程度(空气饱和差)呈显著负相关关系(R^2值为0.611,P<0.05),与生长季的降雨量呈正相关关系(R^2值为0.162,P>0.05),说明大气干旱程度更能表征荒漠草本植物生长峰值期的存活情况。

策勒绿洲-沙漠过渡带骆驼刺(Alhagi sparsifolia)群落的地表蚀积特征

观测了新疆策勒绿洲-沙漠过渡带不同覆盖度骆驼刺(Alhagi sparsifolia)群落在生长季的地表蚀积特征。结果表明:骆驼刺群落从生长初期到稳定期,密度为0.2株·m-2的群落植被覆盖度由3.09%增长到34.42%,密度为0.18株·m-2的群落植被覆盖度由3.18%增长到22.66%,前者的阻沙效果优于后者,两者在生长初期地表风蚀最为严重,之后各阶段以风积为主,且单位面积净蚀积量随时间的推移逐步增加后趋于稳定;裸沙地以风蚀为主;密度为0.1株·m-2的群落植被覆盖度由0.44%增长到20.30%,与裸沙地相比,局部风蚀现象更为严重,且单位面积风蚀量随时间的推移而增加;植被覆盖度较大的群落内部和植株背风区,风积现象明显,群落外围迎风侧和植被覆盖度较小的区域,风蚀较为严重。应重点加强骆驼刺皆伐后生长初期和植被覆盖度较低区域的地表防护作用。