科尔沁沙坨地—草甸地冻融期地温与最大冻结深度的变化规律

[目的]探究科尔沁沙坨地—草甸地土壤温度与冻结深度的变化规律,为合理指导该区农工生产和建设提供支持。[方法]基于2007—2015年冻融期人工观测数据,对比分析科尔沁沙坨地与草甸地冻融期多年土壤温度与最大冻结深度变化规律。[结果]研究区100cm处沙坨地与草甸地多年土壤温度的标准差变化规律基本一致,草甸地要小于沙坨地,但融解后期由于草甸地融解期历时较长,其标准差大于沙坨地;同时考虑土壤温度和土壤水分对最大冻结深度的影响时,沙坨地在200cm处和草甸地在140cm处的R2分别为0.959和0.788。[结论]研究区内沙坨地先冻结与先融解,沙坨地最大冻结深度较草甸地深,同时考虑土壤温度与土壤水分的最大冻结深度的拟合优度最好,沙坨地与草甸地中最大冻结深度与土壤温度和土壤水分均呈负相关关系。

科尔沁草甸草地放牧和割草条件下土壤种子库研究

研究了科尔沁沙地草甸草地在放牧、割草两种利用方式下的土壤种子库的大小、组成及其与地上植被的关系 .结果表明 ,在自由放牧下 ,土壤种子库密度为 6 15 8± 16 4 7粒·m-2 ,在割草利用下 ,土壤种子库密度为 8312± 2 5 4 0粒·m-2 .放牧干扰下 ,种子库组成以矮小、短命的一年生植物为主 ,其中一二年生植物占 81 6 6 % ,占比例最大的前 4种植物分别为虎尾草 (38 5 5 % )、灰绿藜 (15 4 2 % )、毛马唐 (14 95 % )和狗尾草 (9 83% ) ,多年生植物种子密度仅为 112 9± 30 2粒·m-2 ;割草干扰下 ,一二年生植物占6 8 0 8% ,其中狗尾草占 5 2 7% ;而割草地多年生植物种子密度为 2 6 5 3± 811粒·m-2 放牧地土壤种子库密度与地上植物相关不显著 ;割草地土壤种子库密度与地上植物多度显著相关 (r=0 76 ,P <0 0 1) .放牧地种子库的Shannon Wiener指数、丰富度指数分别为 2 96和 2 98,明显小于割草地的 3 10和 5 0 9,表明自由放牧更易使物种多样性下降 .

科尔沁沙地草甸草场退化的原因与植物多样性变化

对科尔沁沙地典型草甸植被主要群落的优势种群在22年间的消长和物种多样性的变化进行了研究,分析了造成草场退化的主要原因。结果表明,科尔沁沙地草甸植被已出现了严重退化现象,物种多样性和均匀度下降,生态优势度上升。牧草产量和质量显著下降,优良牧草数量减少,适口性较差和有毒有害植物增加。造成草甸草场退化的主要原因有气候的暖干化、生境干旱化、土壤盐渍化和过度放牧,其中过度放牧是造成草甸植被退化的直接原因。分析了过度放牧对群落组成、生物量、物种多样性以及对建群种根茎中营养物质含量的影响等。

科尔沁沙质草甸土壤微生物数量的垂直分布及季节动态

通过对中国农牧交错带科尔沁沙质草甸土壤微生物数量的垂直分布及其季节动态的研究分析表明:(1)微生物总数、细菌和放线菌数量均表现出与降雨量同步的季节动态,即6月份较5月份有所减少,7月份增至最多,7月份以后微生物数量逐渐下降,真菌则表现出从5月份到8月份一直增加,9月份开始回落;(2)土壤微生物具有明显的垂直分布差异。细菌和放线菌的垂直分布表现出随土壤深度增加逐渐减少的趋势,真菌数量表层最高,20 cm以下变化不够规律;(3)土壤微生物的层化比率均大于2(5月份放线菌除外);(4)不同土壤生态因子对微生物的影响不同,相同因子对不同微生物类群的影响也不相同。细菌受水分影响较大,真菌与地温的变化趋势相近,放线菌与水热条件的共同作用有关。土壤养分(有机碳和全氮)与微生物数量呈显著的正相关。

科尔沁沙地围封沙质草甸土壤种子库特征的研究

科尔沁沙地沙质草甸围封 5年后土壤种子库中植物种类有 38种 ,其中一、二年生草本植物 2 4种 ,多年生草本植物 9种 ,灌木 5种。土壤种子库密度为 (1385 5± 16 5 1)粒·m-2 ,其中 ,一、二年生草本植物所占的比例最大为 96 5 8% ,前 5种一、二年生草本植物黄蒿、灰绿藜、猪毛菜、狗尾草和画眉草占总数的 87 2 0 % ,而多年生草本植物和灌木类种子库密度分别占0 94 %和 2 4 8%。若以单子叶和双子叶植物统计 ,单子叶植物种子数占 13 13% ,双子叶植物的种子数占 86 87% ,其中豆科植物仅占 2 83%。土壤种子库中所有植物种的密度与其相对应的地面植物种的密度呈显著非完全相关性 ,其关系可用三次曲线来表示。从种子库组成分析 ,已围封 5年的沙质草甸植被仍处在黄蒿 -杂类草混合植被阶段。

科尔沁草甸地冻融期土壤水热盐动态迁移规律

为掌握科尔沁草甸地冻融期土壤水、热、盐迁移规律,以科尔沁左翼后旗阿古拉生态水文试验站2013年10月—2014年5月土壤冻融期实测气象、土壤等数据为基础,用统计分析法对研究区草甸地冻融期土壤温度、水分、盐分的变化规律进行了分析。结果表明:气温对土壤剖面温度的影响随着土壤深度的增加而降低,土壤剖面温度变化滞后于气温变化的时间取决于气温升降幅度,且没有显著的规律;由于气温回升速度大于降温速度,导致土壤消融速度比冻结速度快;土壤冻结过程由表层向下进行,冻结温度与土壤含盐量呈负相关关系,用温度的线性内插法准确确定草甸地于2014年3月9日达到最大冻深104 cm;土壤消融时受地下暖土层热流和地表温度双重影响,由底部向地表和由地表向冻结层进行双向消融;地下水位埋深较浅,受土壤冻融作用影响,升降趋势显著;草甸地土壤冻结期盐分向地表积聚,并于2月达到最大,后经消融及雨水淋润作用开始下降;冻融期盐分变异性大于水分变异性,说明盐分的运移过程更为复杂。

科尔沁沙质草甸草场不同牧压条件植物群落分异数量分析

本文用ＴＷＩＮＳＰＡＮ分类和ＰＣＡ及ＤＣＡ排序技术分析了沙质草甸草场放牧试验引起地植物群落分异的特征，主要结论为：放牧强度是引起群落分异的主要原因，群落的分异主要表现在高度和现存生物量上。放牧引起群落变化的动力主要是放牧强度。而无牧条件下群落变化的主要动力是植物间的相互作用。当地的放牧强度处于中牧与重牧之间，属于过度放牧。这是引起草场退化及沙漠化的主要原因之一。

科尔沁沙地沙丘和草甸的地温与冻融过程分析

为探索科尔沁沙地地温变化对农业生产和植被建设的影响,分析了该区沙丘试验点A3、草甸试验点C3的0～200 cm土层年内各月的地温变化规律和冻结融解过程,以及浅层土层20 cm以内地温昼夜动态变化等。结果表明:①沙丘、草甸月平均地温1—4月最低、8—9月最高,最低、最高温度出现时间由浅至深存在滞后现象,草甸比沙丘滞后现象更明显。②沙丘与草甸3—8月等地温线凹凸性正好相反,沙丘等地温线呈现较一致的向左凸型,最高温度出现在地表下30～50 cm土层;而草甸等地温线呈现较一致的向右凸型,最高温度出现在地表至10 cm之间,其他月份两地点等地温线趋势大体相同,只是沙丘更密集,变异更大。③沙丘与草甸土壤表层冻结与融解的起始时间大致相同,但两试验点冻结层下部开始融解时间分别比表层土壤提前近1个月和半个月;沙丘的冻结与融解速度都明显大于草甸,草甸冻深浅。④各浅层土层地温昼夜变化基本呈正弦曲线;沙丘各浅层土层地温变幅均大于草甸。

科尔沁草甸植物繁殖物候研究

运用多元统计方法 ,对 2 0 0 3年内蒙古科尔沁草甸草场的 41种草甸植物与温度、日照、雨量等环境因子的关系进行了分析。研究表明 :草甸植物繁殖物候期影响最大的气象因子分别为温度、雨量、日照时数 ;运用系统聚类的方法将 41种草甸植物的繁殖物候期进行分类 ,各分为 4种气候类型。

科尔沁沙地沙丘-草甸区土壤水分动态模拟研究

本文采用时间序列自回归模型对科尔沁沙地沙丘、草甸区土壤贮水量动态进行了模拟。最终确定沙地土壤水分的AR模型阶次为8,草甸AR模型阶次为11。将模型计算得到的土壤贮水量与实测值进行对比分析,结果表明,模型拟合精度较高,所建立的AR(p)模型能够较好的进行该地区土壤贮水量的动态预测。

科尔沁沙丘—草甸相间地区不同地貌类型地下水位对降雨的响应研究

通过对科尔沁沙地典型沙丘—草甸相间地区天然降雨和地下水位数据的联合观测,研究了科尔沁沙地七种地貌类型下地下水位对不同等级降雨的响应关系,对比分析了同一次降雨对不同地貌类型区地下水位的影响和同一地貌类型区地下水位对不同降雨事件的响应。结果表明:(1)降雨量<13 mm和4 mm的降雨事件对流动、半固定沙丘和固定沙丘、沙丘林地的地下水位没有影响。(2)大雨量事件发生后,沙丘地区地下水位会有一段时间的下降期,但在此期间当降雨强度达到某一临界值时地下水位会发生突变。(3)在一些较小级别的降雨过程中,草甸区地下水位在快速上升期的水位升幅会大于一些较大量级的降雨。(4)耕地对干旱区草甸地下水的补给和附存有明显的不利影响。研究结果对该地区生态环境的保护具有一定的指导意义。

科尔沁草甸湿地土壤碳氮剖面分布及生长季动态特征

采用定位观测的试验方法,于2016年5-10月及2017年8月对科尔沁草甸湿地0～100cm土层土壤有机碳、全氮剖面分布及生长季动态特征进行了实验分析,旨在为科尔沁草甸湿地保护提供科学指导并为干旱半干旱地区湿地土壤碳氮储量估算提供借鉴。结果表明:1)科尔沁草甸湿地土壤有机碳、全氮含量整体随土层深度下降,0～20cm土层间下降显著,20cm以下趋于相对稳定,范围分别为11.9～23.5g·kg-1和0.66～1.50g·kg-1。2)各土层土壤碳氮含量月间差异显著(全氮40～60cm土层除外),变化幅度随土层深度先减小后增大;土壤碳氮密度(100cm)生长季变化大于年际变化,有机碳密度全生长季呈上升趋势,范围为15.44～20.82kg·m^(-2),全氮密度生长初期明显下降,之后趋于相对稳定,范围为1.01～1.16kg·m^(-2)。3)土壤有机碳含量与全氮含量呈极显著正相关;植被和水文是影响其分布、变化的关键因子。科尔沁草甸湿地生长季土壤有机碳、全氮密度变化较大,且表现为潜在的碳汇和氮源,但年际间碳汇潜力未充分发挥,本研究建议禁牧力度应加大并增加氮肥投入以提高科尔沁草甸湿地生态系统功能。

大数据在科尔沁沙质草甸草地监测中的应用

以科尔沁沙地扎鲁特旗退化草甸为研究区,应用大数据平台对草甸退化情况进行监测和评价,对区域内2005~2017年共13 a的气象资料、草地植被盖度、生物量以及2005、2008、2011、2014、2017年的草地退化、沙化面积进行統计分析。结果表明:(1)植被盖度与各气象指标的相关性依次为三季度蒸散量>二季度蒸散量>三季度温度>三季度降雨量>-季度温度(P<0.05),且与四个季度的温度和一季度蒸散量呈负相关关系,与其他气象因子呈正相关关系;植被盖度随三季度蒸散量和温度的协同变化而变化,也受二季度蒸散量和三季度降雨的共同影响。草地生物量与二季度降雨量、三季度温度以及二季度蒸散量均显著相关(P<0.05),与其他气象因子的相关性较低;草地生物量的积累受二季度降雨和三季度温度的共同影响。(2)研究区5~8月土壤温度最高,土壤水分主要集中在6~9月,与植被的生长季节相匹配;不同深度土壤水分含量在40~80 cm最高,30 cm土壤温度最高达20.41 ℃,以30 cm处为峰值向两端递减。

科尔沁沙地两种植被类型土壤呼吸动态变化及其影响因子

以科尔沁沙丘-草甸相间地区为研究区,运用LI-6400土壤呼吸配套系统对沙丘-草甸过渡带人工杨树林和固定沙丘小叶锦鸡儿群落土壤呼吸及其相关因子进行观测,结果表明,(1)生长期和生长末期人工杨树林保留和去除枯枝落叶土壤呼吸的日变化表现为"多峰型"。(2)人工杨树林和小叶锦鸡儿群落保留和去除枯枝落叶土壤呼吸的季变化峰值均出现在8月份,人工杨树林的土壤呼吸明显大于小叶锦鸡儿群落的土壤呼吸。(3)人工杨树林土壤呼吸的季变化与0—10cm土壤温度相关显著(P<0.01),保留枯枝落叶土壤呼吸小于去除枯枝落叶。(4)小叶锦鸡儿群落土壤呼吸的季变化与0—10cm土壤含水量相关显著(P<0.01),与人工杨树林不同,保留枯枝落叶土壤呼吸大于去除枯枝落叶。(5)人工杨树林土壤呼吸与土壤温度显著呈指数关系,小叶锦鸡儿群落土壤呼吸与土壤含水量显著呈幂函数关系,并运用归一化法,通过建立土壤呼吸LnRs与土壤温度T、土壤含水量Lnθ的双因子回归模型,得出土壤温度和土壤含水量分别对保留和去除枯枝落叶土壤呼吸的贡献率。

科尔沁沙地坨甸相间地区土壤冻融过程及土壤含水量分布

利用土壤剖面的温度、湿度观测数据,结合气象资料初步分析了2008-2009年科尔沁沙地坨甸相间不同典型地貌下土壤冻融过程和土壤含水量分布。结果表明：科尔沁沙地沙坨地完全冻结天数为149d,最大冻结深度为160.3cm;草甸地完全冻结天数为186d,最大冻结深度为116.8cm。整个冻融过程中,浅层土壤（0~50cm）受冻融期气温波动影响显著,土壤剖面含水量的变化发生在各时期冻深附近范围内,且主要发生在冻结锋面以下的附近土层内。草甸地的土壤温度随气温的变化比沙坨地缓和,含水率变化幅度比沙坨地大。

科尔沁沙丘-草甸相间地区生态安全格局的时空演变

我国北方生态脆弱区自然地理环境复杂,人类活动干扰严重、气候变化影响显著,生态系统可持续发展面临严峻挑战,构建基于生态功能保护与生态脆弱性分析的安全格局能够对生态脆弱地区环境修复提供科学依据。本研究选择科尔沁沙丘-草甸相间地区为对象,基于1985—2021年土地利用变化数据,依据生态系统服务重要性和生态敏感性对生态源进行识别,并利用最小累积阻力模型构建生态安全格局,分析研究区1985、1995、2005、2015和2021年的生态安全格局及其发展变化趋势,探究生态空间布局调整策略。研究表明:1985—2021年,研究区生态安全格局的源地面积占比始终较小且分布较为分散,生态廊道网络化程度偏低,缺少生态斑块之间的连通性;研究区生态安全格局经历先恶化后逐渐向好的发展趋势,退耕还林还草和植树造林等生态政策对研究区环境安全有明显的改善作用;结合耕地适宜性评价方法对研究区进行优化,生态安全格局呈现“双核-散点-半包围”的空间格局体系。研究结果可为生态脆弱区县域尺度生态安全格局构建以及科尔沁沙地的生态治理研究提供参考。

科尔沁沙地沙丘-草甸区土壤水、地下水对降雨的响应

依据野外观测数据,研究了科尔沁沙地沙丘、草甸两种地貌类型区土壤含水率以及地下水位对降雨的响应规律。结果表明:(1)沙丘表层0-20cm的土壤含水率在降雨开始后20min就基本能够达到最大值,此后开始减小,水分不断向下运移,最大可引起次表层(20-60cm)土壤水分发生一定变化,但不会引起剖面更深层位土壤含水率的变化;2009年丰水期沙丘地下水位变动趋势为总体抬升,但受到降雨及其他因素影响产生一定波动,但影响幅度较小;(2)就草甸地而言,即使是很小的降雨量也会引起草甸地较深层位土壤含水率的变化,雨后草甸地土壤剖面受降雨影响最大的层位是20-40cm,而同时段40-80cm处的土壤含水率波动较小。草甸地地下水位波动大于沙丘,较小的降水也会引起草甸地地下水位的迅速上升,上升持续时间短,而后立即转入下降,属陡涨陡落型。研究成果对沙地的生态保护具有一定的指导作用。

温度和水分对科尔沁草甸湿地净生态系统碳交换量的影响

基于涡度相关和波文比气象土壤监测系统,研究了2016年科尔沁草甸湿地生态系统生长季5—9月CO_2通量的动态变化特征,分析了温度、水分等环境因子与其的响应关系.结果表明:生长季累计净生态系统碳交换量(NEE)为-766.18 g CO_2·m^(-2),总初级生产力(GPP)和生态系统呼吸量(R_e)分别为3379.89和2613.71 g CO_2·m^(-2),R_e/GPP为77.3%,表现为明显的碳汇.NEE各月平均日变化呈单峰"U"型曲线,其中5—7月和8月中旬表现为吸收CO_2,8月后半月和9月表现为释放CO_2.日间NEE与光合有效辐射(PAR)呈显著的直角双曲线关系,同时受饱和水汽压差(VPD)、土壤含水量(SWC)和气温(T_a)等环境要素调控.回归关系表明,日间NEE达到最大时,VPD和SWC值分别为1.75 kPa和35.5%,而NEE随T_a增加逐渐增大,当T_a达到最大时,并未对NEE产生抑制作用;夜间NEE随土壤温度(T_s)呈指数趋势上升.在整个生长季,生态系统呼吸的温度敏感性指数(Q_(10))为2.4,且SWC越高,Q_(10)越小,夜间NEE受T_s和SWC共同调控.

科尔沁沙地沙丘-草甸相间地区1986—2013年湖泊演变

湖泊变化敏感地记录着气候变化的信息。以科尔沁沙地沙丘-草甸相间地区为研究区,利用多时相TM/ETM+遥感影像,基于遥感和GIS技术提取研究区1986—2013年湖泊个数与面积信息,分析其变化规律及空间分异特征。在此基础上,联系降水量、蒸发量等气候要素和以人类活动影响为主的时间因子t,采用多元统计分析方法对研究区湖泊面积进行了模拟分析。结果表明:(1)研究区小型湖泊近30年间面积和个数均发生了不同程度的变化,其变化趋势与降水量呈现很强的正相关,与蒸发量呈较强的负相关,人类活动对小型湖泊面积的影响不太显著,随着时间的推移,研究区湖泊面积趋于萎缩,这种萎缩主要归因于气候的干化;(2)研究区t年湖泊面积At与前一年湖泊面积At-1、t年降水量Pt和蒸发量Et存在较强的相关关系;(3)1986—2013年研究区典型湖泊——王巴哈嘎湖泊总体上呈萎缩状态,但不同方向上既有萎缩也有扩张,Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ、Ⅵ区域(以北向为0°,顺时针每45°一个区域,并顺序标记为Ⅰ~Ⅷ区域)萎缩,其他区域扩张,其中以Ⅱ、Ⅲ、Ⅷ、Ⅳ区域为主导变异方向,Ⅵ方向次之,其他方向变化缓滞。研究成果不仅为科尔沁沙地生态系统的健康维持提供技术支撑,对其他同类地区湖泊环境的研究也具有指导作用。

科尔沁草甸草原放牧强度对肉牛增重与草地的影响

研究了不同放牧强度下（０．８ｈｍ２／牛和１．２ｈｍ２／牛）科尔沁肉牛的日增重和单位面积产量的差异，以及其对草地状况的影响。研究结果表明，不同放牧强度下肉牛的日增重无显著差异（分别是０．４４１８ｋｇ和０．４４８２ｋｇ）；高放牧强度的处理，单位面积的产量高（分别是０．５５２５ｋｇ／ｈｍ２·ｄ和０．３７３５ｋｇ／ｈｍ２·ｄ），但对草地的持续生产不利，导致草群中禾草比例下降而杂草比例上升。