云雾山本氏针茅群落根系分布特征

为揭示本氏针茅（Stipa bungeana Trin.）群落的生理生态适应机制，采用根系取样器（Φ=9 cm）对宁夏云雾山本氏针茅群落根系分布特征和土壤含水量进行研究。结果表明：本氏针茅群落地下生物量、根长密度、根表面积、比根长均随土壤深度增加而减少，均表现出向表层（0-20 cm）集聚的趋势，且集中分布于0-40 cm土层，最大值均分布在0-20 cm土层，而底层（80-100 cm）最小；所有主要根系分布参数在0-20 cm和20-40 cm土层之间差异显著，以下各层差异不显著；土壤含水量与根生物量和比根长相关性达显著水平（P〈0.05），与根表面积、根长密度均呈成正相关；根表面积、根生物量、根长密度和比根长间相关性均达极显著水平（P〈0.01）。

云雾山铁杆蒿茎叶浸提液对封育草地四种优势植物的化感效应

为了揭示铁杆蒿群落在植被演替中的作用,通过研究铁杆蒿茎叶浸提液对铁杆蒿草地4种优势植物(百里香、大针茅、本氏针茅和赖草)的种子萌发及幼苗生长的干扰,结果表明:高浓度的铁杆蒿浸提液(甲醇浸提液和水浸提液)使得百里香、大针茅、本氏针茅和赖草的种子发芽指数降低,发芽率、芽长和根长低于对照,种子平均发芽时间延长达1.13—2.16 d。而低浓度浸提液(0.005 g/mL)使得百里香的发芽要高于对照11.63%(水浸提液)、15.12%(甲醇浸提液)。在幼苗生长期,铁杆蒿浸提液对4种受试植物幼苗芽和根的生长受到不同程度的抑制,不同浓度的浸提液对植物的化感作用强度不同,随浓度的增加,抑制作用越强,0.1 g/mL相对其他浓度有显著性差异;其中0.005 g/mL浸提液对本氏针茅和赖草的幼苗生长有促进作用,幼根生长高出对照19.00%、16.06%,水浸提液对幼芽促进了2.33%、9.06%,在0.1 g/mL浓度下,本氏针茅或大针茅的生长完全受到抑制,芽长和根长抑制率为100%;同一浓度下的不同浸提液对植物的抑制作用也不同,其中百里香对铁杆蒿浸提液的敏感度是最低的;甲醇浸提液的化感作用要强于水浸提液。在封育过程中,百里香群落向铁杆蒿群落的过渡,铁杆蒿的化感作用是该草地演替的一个重要影响因子。

云雾山天然草地30年恢复演替过程中优势草种生态位动态

为探究云雾山天然草地30年恢复演替过程中优势草种的生态位动态,通过典型样方调查,运用Levins和Pianka公式分别对封育5年、9年、14年、18年和30年天然草地的主要物种生态位进行了分析.结果表明：不同封育年限草地的物种组成与群落类型具有明显差异,阿尔泰狗哇花（Heteropappus altaicus）、大针茅（Stipa grandis）、二裂委陵菜（Potentilla bifurca）和百里香（Thymus mongolicus）4个种群生态位总宽度较大,且在5个不同封育年限草地均有出现.云雾山原建群种长芒草（Stipa bungeana）生态位宽度也较大,但在封育30年样方中未发现其分布.不同封育年限各物种生态位宽度排序和其总宽度排序并不相同,封育5年、9年和14年的草地中生态位宽度最大的分别是长芒草、甘肃蒿（Artemisia gansuensis）和猪毛蒿（A.scoparia）,封育18年和30年草地大针茅最大.随着封育年限增加,优势物种的生态位宽度出现波动,大针茅的生态位宽度随封育年限增加呈现“升降升”的动态变化,封育5～18年,长芒草生态位宽度变化表现为先降后升,甘青针茅（S.przewalskyi）只在封育30年样地出现,但其生态位宽度仅次于大针茅.种群间生态位重叠与不同封育年限草地种群生态位宽度无线性关系,封育9年草地种群间的生态位重叠指数均值最大,封育14年和30年草地的生态位重叠指数均值呈递增趋势.随着封育年限的增加,草地生态系统逐渐得到恢复,种间竞争也随之增加.

云雾山草原区不同植被恢复阶段土壤团聚体活性有机碳分布特征

以宁夏云雾山草原自然保护区不同植被群落为研究对象,对0～20cm土层土壤团聚体活性有机碳分布特征进行分析。结果表明:(1)不同植被群落土壤团聚体活性有机碳含量顺序为退耕草地<百里香群落<铁杆蒿群落<大针茅群落<长芒草群落,与退耕草地相比,封育草地各粒径团聚体活性有机碳含量均显著提高(P<0.05),表明随着植被的恢复土壤团聚体活性有机碳含量提高并趋于稳定,土壤碳汇效应有可能增强。(2)植被恢复主要影响大团聚体(>0.25mm)中活性有机碳含量,其中0.5～0.25mm粒径团聚体中活性有机碳含量最高,微团聚体(<0.25mm)中活性有机碳含量最低。(3)植被恢复前期(退耕草地-铁杆蒿群落)0～10cm土层>0.5mm粒径团聚体中活性有机碳含量较10～20cm土层有所增加,<0.5mm粒径团聚体活性有机碳含量变化不大,恢复至后期到长芒草阶段时,0～10cm土层<0.5mm粒径团聚体中活性有机碳含量也开始提高,各粒径0～10cm土层团聚体活性有机碳含量均比10～20cm土层有所提高。(4)相关性分析表明,土壤团聚体活性有机碳含量与土壤团聚体总有机碳含量呈极显著线性正相关关系(r=0.9394),团聚体活性有机碳含量可以作为衡量土壤团聚体有机碳动态的一个敏感性指标。

退耕典型草地土壤饱和导水率及其影响因素研究

土壤饱和导水率Ks(soil saturated hydraulic conductivity)反映土壤水分入渗能力,是重要的水力参数。通过对云雾山典型草原区不同年限退耕地0~40cm土层的土壤饱和导水率进行测定,并对土壤饱和导水率及其影响因子进行了方差和通径分析。研究表明:退耕过程有利于提高土壤饱和导水率,退耕第3-22年,饱和导水率从4.16mm·min^(-1)增加到6.74mm·min^(-1),提高了61.9%。在这一阶段0~40cm土层土壤团聚体稳定性整体得到改善,其中20~40cm土层土壤团聚体稳定性改善更为明显。退耕开始阶段(3年)土壤有机质含量下降至最低,仅为17.79g·kg^(-1),随后有机质迅速积累,到退耕24年时含量达52.49g·kg^(-1),增加了195.1%。土壤水稳性大团聚体含量和有机质含量是影响饱和导水率的主要因素,水稳性团聚体直接作用更显著,有机质间接作用更显著。每增加1个单位水稳性大团聚体含量,饱和导水率提高2.4%,而土壤有机质含量增加1个单位,土壤饱和导水率只提高1.2%。

云雾山封育草原对表土持水性的影响

应用离心机法测定土壤水分特征,研究黄土高原典型草原带退耕地植被恢复演替过程中土壤持水性能的变化特点及趋势。结果表明:土壤含水量与土壤水吸力之间符合幂函数θ=aSb,参数a的变化随着植被的演替呈增加趋势;由于植被的影响,在同一吸力范围内的土壤含水量不同,植被为顶级长芒草(Stipabungeana)群落时,土壤在各吸力段的含水量最高,坡耕地最低;其它群落土壤含水量随着水吸力的增加变化趋于一致;退耕地植被在演替过程中通过提高土壤有机质含量改善结构,降低容重并增加毛管孔隙度,对土壤的储水和持水性能产生作用。

黄土高原云雾山草地土壤有机碳、全氮分布特征

2007年11月28日-12月1日对云雾山4类天然草地,以及不同生长年限的人工紫花苜蓿（Medicago stativa L.）草地、沙棘（Hippophae rhamnoides Linn.）灌木、农田进行土壤有机碳、全氮分布分析,以期为该地区的草地生态系统的合理利用和减排温室气体提供科学依据。结果表明：土壤有机碳、全氮含量的排序为：天然草地（人工草地（灌木（农田。对0-40 cm土壤每10 cm土层土壤有机碳、全氮含量测定发现：除9年生人工苜蓿草地在20-30 cm土层的有机碳含量相对10-20 cm无降低外,其他均表现为随土层深度的增加而依次降低。有机碳、全氮含量天然草地10-20,20-30,30-40 cm,以及5年、7年、9年人工草地土层之间差异水平基本达到显著水平。天然草地和人工草地土壤有机质含量与其全氮含量呈极显著线性相关（P〈0.01）。人工草地土壤有机碳,全氮含量随种植年限增长而增加,全氮含量增加程度大于有机碳。因此,云雾山天然草地有机碳、全氮含量最高,人工草地随着生长年限的延长也是碳氮积累的过程,农田含量最低,天然草地在碳氮储存方面发挥着更积极的作用。土壤有机碳、全氮在土壤表层（0-10 cm）含量最高,在云雾山地区通过退耕还草,加强植被恢复管理,有利草地生态系统的健康发展。

坡向坡位和撂荒地对云雾山草地土壤酶活性的影响

对封育21年的云雾山典型草坡不同坡位土壤酶活性进行了研究。结果表明,表层土壤4种酶活性在坡顶和坡底分布均为阴坡>阳坡>撂荒地。蔗糖酶和碱性磷酸酶活性在坡面任何坡位均表现为阴坡>阳坡>撂荒地;过氧化氢酶活性在坡面则表现为阴坡>撂荒地>阳坡。不同坡向、不同坡位剖面土壤4种酶活性随剖面层次的增加而降低;在坡顶和坡中部土壤剖面脲酶活性波动较大,在坡底为阳坡>阴坡>撂荒地。封育增加了土壤蔗糖酶和碱性磷酸酶活性,其影响深度从坡顶向下而增加;长期封育增加了深层土壤水分和有机碳含量,从而降低了相应土层土壤过氧化氢酶活性。不同坡向、不同坡位剖面土壤4种酶的活性与对应土层土壤有机碳呈极显著正相关关系,土壤酶活性敏感地揭示了植被恢复对土壤肥力提高的积极作用。

黄土高原半干旱区云雾山封禁草原30年植被恢复对气候变化的响应

植被是区域气候与环境的综合反映,研究特定地区草地植被与气候变化的关系,寻找影响植被变化的关键因子,是植被重建和生态环境恢复的前提。利用1957-2008年的气候数据和1982-2008年的植被定位监测资料,分析了黄土高原半干旱区的宁夏云雾山植被动态变化规律及其与温度和降水的关系。结果表明:51a来,该区年平均温度明显升高,而年平均降水量总体呈减少趋势,显示黄土高原地区气候暖干化趋势明显。统计分析表明,研究区年平均温度对植被的重要值年际变化有极显著影响(P<0.01),而年降水量与植被的重要值呈极显著正相关(P<0.01),表明气候持续干旱化对该区植被的生长有较大影响,该区降水的多寡是直接影响植被生长优劣的决定性因子,改善区域水分状况和封禁是推进植被恢复与重建的主要措施。

云雾山不同草地群落土壤活性有机碳分布特征

为探讨黄土高原草地植被演替过程活性有机碳的变化规律，揭示草地退耕后的分布特征，在云雾山草原区采集不同草地群落土壤，采用高锰酸钾氧化法对0～100 cm土层活性有机碳进行分析。结果表明：不同草地群落土壤活性有机碳含量均高于坡耕地，活性有机碳含量大小顺序为：长芒草（Stipa bungeana Trin．）群落〉大针茅（Stipa grandis P．Smirn．）群落〉铁杆蒿（Arternisia gmelinii Web．ex Stechm．）群落〉百里香（Thymus mongolicus Ronn．）群落〉退耕草地〉坡耕地，且群落间差异达极显著水平（P〈0．01）；在恢复初期（坡耕地-退耕草地-百里香）活性有机碳含量增加较多，恢复到长芒草群落活性有机碳含量达到最大值，趋于稳定；活性有机碳的密度与含量表现出相同的变化规律，并随着土层的加深而呈现减小趋势。相关性分析表明，活性有机碳含量与土壤总有机碳含量呈极显著线性正相关关系（r=0．9742），土壤活性有机碳比总有机碳更能反映草地植被恢复初期土壤有机碳库的变化。

宁夏固原云雾山天然草坡土壤电阻率和含水率的关系及其空间变异

为了解黄土区坡面土壤水分的空间分布,于2010年5月初选择宁夏固原云雾山2个典型草坡上利用多电极电阻仪法(ERT)测定了土壤电阻率的坡面空间分布。分别在长约400m的东南坡向坡面和圆丘坡面的4个长约100m坡向上设置纵向样线,并在样线上多点同步地测定了土壤含水率和电阻率,结果表明:土壤电阻率沿纵向坡面的空间连续性和变异性总体较好,阴坡半阴坡(西北、东北)的土壤电阻率小于阳坡半阳坡(东南、西南),并随土层深度增加而逐渐增大。同时,土壤电阻率随着体积含水率增大而几乎线性降低,其相关关系较好,说明利用土壤电阻仪测定值计算土壤含水率的空间连续发布是定量了解黄土坡面土壤水分空间分布非破坏性的一个适合技术途径。

宁夏云雾山自然保护区种子植物区系研究

云雾山自然保护区有种子植物54科163属243种(不包括栽培植物),区系分析结果表明:植物科属组成特点是少数大科包含多数的种,单种属所占比例高(73.6%),但包含的植物种数少(49.4%);龙胆科(Gentianaceae)、针茅属(Stipa)、委陵菜属(Potentilla)是云雾山草原植物区系的重要组成成分;种子植物属的分布区类型相对简单,中国特有分布属少,温带成分的绝对优势明显,占90.6%(除世界分布属);区系的起源较年轻,表现在植物的古老成分稀少;云雾山种子植物区系与六盘山和贺兰山的比较结果显示:植物区系相似性系数偏低,相对而言,与六盘山的亲缘关系较近;自然保护区的建立对于植物多样性的恢复成效显著。

封育对云雾山本氏针茅草地群落的影响

以云雾山封育与未封区为对象,采用样线法进行调查,重点分析二者群落特征和地上生物量的变化,以期为退化草地植被恢复提供依据。结果表明:封育后本氏针茅(Stipa bungeana)群落发生较大变化,物种数显著增加、演替差异明显,由未封区的本氏针茅+大针茅(S. gigantea)群落演替为封育后的大针茅+本氏针茅群落;未封区本氏针茅种群的优势地位明显加强,重要值明显大于封育区;封育与未封区群落的相似性系数为0.419;物种丰富度指数和多样性指数(修正的Simpson指数、Shannon-winner指数、Audair和Groff指数)均表现为封育区>未封区,而均匀度指数则相反;封育区地上生物量明显增加,其中禾本科、蔷薇科和杂类草占总生物量的比例均表现为封育>未封区,而菊科则相反。

宁夏黄土区不同植物群落土地利用方式对土壤质量的影响

本文研究了宁夏南部山区典型植物群落土地不同利用方式下土壤质量的变化。结果表明:(1)典型长芒草群落土地,开垦地比封禁地土壤有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾养分含量明显降低,降低幅度分别为19.5%、20.1%、17.6%1、3.0%、77.8%和47.5%。脲酶活性为开垦地>封禁地,蔗糖酶则表现为封禁地>开垦地,中性磷酸酶差异不明显。(2)铁杆蒿群落土地三种利用方式下:放牧地土壤有机质、全氮、全磷、速效钾等养分含量较封禁地与开垦地有一定幅度的增加;放牧地的土壤脲酶、蔗糖酶和中性磷酸酶活性均高于封禁和开垦的同土层土壤,封禁地的脲酶和蔗糖酶次之,开垦地的脲酶和蔗糖酶活性最小,开垦地的中性磷酸酶活性高于封禁地。脲酶活性在土层之间变化较小,最高为放牧地表层177.6 mg/(kg.h),最低为开垦地表下层114.5 mg/(kg.h),蔗糖酶活性层次之间变化明显,其中放牧地表层为表下层的3倍左右。长芒草群落土壤表层各级微团聚体表现为封禁地远大于开垦地,铁杆蒿群落土地不同利用方式下各级微团聚体表现不同,结构系数表现为表层>表下层,保持率则为表层<表下层。结构系数与保持率均表现为封禁地>放牧地>开垦地。(3)在轻度放牧条件下,土壤养分状况、酶活性有所提高,但土壤微团聚体中的结构系数与保持率则明显降低。

黄土高原草地封育与放牧条件下土壤种子库特征

对半干旱区黄土高原草地在封育和放牧条件下土壤种子库种子密度、种子库组成、种子库物种多样性及均匀性进行了比较研究,并得出主要结论:1)封育提高土壤种子库的植物种类和密度,使优良禾草和多年生植物增加。2)种子库的垂直分布规律是随着土层的加深,种子在数量上递减的速度较快。3)坡向和坡位对土壤种子库有较大影响,种子库密度变化趋势是阴坡>阳坡;坡下部>坡中部>坡上部。4)从丰富度、Shannon-Wiener多样性和均匀性3个方面比较分析封育和放牧样地土壤种子库多样性,得出封育样地Margalef丰富度指数和Shannon-Wiener指数都高于放牧地,Pielou均匀性指数低于放牧地。

云雾山封育草地土壤养分变化特征

以云雾山封育23年的天然草地为对象，研究黄土高原半干旱区5种群落类型土壤养分的变异特征。结果表明：在自然恢复过程中，本氏针茅（Stipa bungeana）、百里香（Thymus mongolicus）、铁杆蒿（Artemisia veslita）、白颖苔草（Carex rigescens）和退化本氏针茅，土壤有机质含量、全量及速效氮磷钾含量均比对照区显著提高，其中恢复年限愈长，养分增加幅度愈大，其次序为：封育23年〉封育12年〉退化草地；同时，在0～100cm土层中，土壤养分随着土层的加深呈逐渐降低的趋势。

自然封育对云雾山草地群落的影响

对云雾山封育和未封育草地土壤水分、养分、团聚体含量以及群落结构进行了对比研究。结果表明,0—20 cm为草地土壤含水量活跃层,同时封育草地和未封育草地的水分补偿深度分别为140 cm和20cm;随土层深度增加,草地中>1 mm和>0.25 mm粒径团聚体含量逐渐递减,封育草地>1 mm和>0.25mm粒径的团聚体含量均高于未封育草地;除速效P外,封育草地较未封育草地具有较高的土壤有机质、全氮、速效钾、硝态氮、铵态氮和碱解氮含量;未封育草地和封育草地群落的物种数,Simpson指数,Shannon—Wiener指数和均匀度相近,而植物的平均高度和盖度为未封育草地<封育草地。

云雾山不同坡向草地土壤养分的坡面分布特征

结合野外调查和室内分析的方法对云雾山不同坡向草地土壤养分的坡面分布特征进行了研究。结果表明,封育草坡表层(0—15cm)土壤碳、氮、磷全量远远高于撂荒坡;阳坡表层土壤有机碳和全氮含量随距坡顶距离的延长呈先降后增趋势,而阴坡则随距坡顶距离的增加呈先增后降趋势;全磷在不同坡地的变异性较大。在土壤剖面分布上,3个坡地土壤有机碳、全氮、矿质氮、速效磷和阳离子交换量的含量或值基本随土层的加深而降低,且在大致表现出封育阴坡>封育阳坡>撂荒坡的趋势;pH值则与之相反;速效钾和全磷均呈现出撂荒坡>封育阴坡>封育阳坡。这些结果表明研究区草坡地自然封育后土壤养分状况有所改善,其改善程度以阴坡较大。

云雾山草地优势植物的光合生理特性对CO2浓度的响应

对云雾山自然保护区主要优势种的光合生理特性随CO2浓度升高的变化进行了研究。研究结果表明,随CO2浓度的升高,4种植物的胞间CO2浓度升高,气孔导度下降,蒸腾速率减少,水分利用效率提高,光合速率增加。然而不同生长期、不同植物之间光合特性存在明显差异。7月份4种植物的光合速率皆最大,8—9月份较小;不同植物之间光合速率和蒸腾速率顺序为大针茅>铁杆蒿>本氏针茅>厚穗冰草;水分利用效率的顺序为本氏针茅>铁杆蒿>大针茅>厚穗冰草。同时随CO2浓度的升高,光系统Ⅱ的开放比例、实际光能捕获效率、电子传递速率、实际光化学效率和PhiCO2值均呈直线增加,而热耗散呈下降趋势。

火干扰对本氏针茅草地群落特征的影响

以云雾山典型草原本氏针茅(Stipa bungeana)群落为对象,研究了火烧后2年、10年和未烧草地群落的物种重要值、群落平均高度、盖度、密度、地上生物量、多样性指数及枯落物积累量的变化。结果表明,1)3个样地中,本氏针茅和白颖苔草(Carex rigesoens)是共优势种;火烧后2年和未烧地,铁杆蒿(Artemisia sacrorum)成为次优势种,而火烧后10年,赖草(Leymus secalinus)成为次优势种。2)火烧后2年地,群落的平均高度显著减小(P<0.05);火烧后10年地,群落的平均盖度显著减小(P<0.05);火烧后2年和火烧后10年地,群落的平均密度显著增加(P<0.05)。3)火烧后,群落的地上生物量、多样性指数、丰富度指数、均匀度指数差异均不显著(P>0.05)。4)枯落物积累量变化表现为:未烧地>火烧后10年地>火烧后2年地,差异显著(P<0.05)。