黄河源高寒草甸退化秃斑地土壤基本特征及其风蚀规律

[目的]阐明高寒草甸不同类型退化秃斑地的土壤基本特征及其风蚀规律,揭示土壤物理力学特性与土壤风蚀之间的交互影响作用,进而为黄河源区生态植被的修复和保护提供理论依据。[方法]以黄河源7种草甸退化秃斑地及高原鼢鼠鼠丘为研究对象,结合野外调查和原位试验,对不同秃斑地土壤物理力学特征、土壤风蚀规律的差异性及土壤风蚀量与可蚀性因子间的关联度和相关性等进行了分析和讨论。[结果](1)不同退化秃斑地土壤基本物理力学特性指标差异较显著,7种秃斑地的平均土壤含水率、密度、紧实度和黏聚力分别是高原鼢鼠鼠丘的1.3倍、2.6倍、14.2倍和5.0倍,秃斑地中风毛菊的恢复生长对土壤的保水固土能力最强,香薷草和臭蒿相对较弱。(2)风蚀60 min后高原鼢鼠鼠丘土壤的总流失量是退化秃斑地的1.3~4.4倍;风蚀量的增加幅度随风蚀时间呈先增后减的趋势,风蚀作用的前5~10 min是土壤风蚀的敏感期;不同退化秃斑地土壤风蚀量与植被恢复类型有关,且与土壤物理力学指标值之间呈反比例关系。(3)退化秃斑地土壤风蚀量与植被覆盖度、土壤含水率和土壤紧实度之间均呈线性负相关关系,与土壤黏聚力间呈指数函数负相关关系;土壤风蚀量与覆盖度、含水率、紧实度和黏聚力间存在极显著负相关,与土壤密度和土壤平均粒径分别存在显著负相关和显著正相关。[结论]不同类型的退化秃斑地均可通过提升土壤基本物理力学特性,从而对土壤风蚀产生抑制效应,其中风毛菊抑制效果最佳、香薷草和臭蒿相对较弱。

江河源区“黑土滩”退化草地秃斑与鼠洞的分形特征

近年由于自然和人为因素的双重影响,导致三江源高寒草甸发生不同程度的退化。综合分析草地土壤斑块(鼠洞和秃斑)形成的规律,对揭示高寒草甸退化机理极为重要。于2009年7-8月对高寒草甸在不同退化梯度下的标志之一——土壤斑块(鼠洞和秃斑)特征进行了调查与分析。结果表明:重度退化区斑块多样性指数是中度退化区的5.14倍;中度退化区秃斑斑块密度为鼠洞的2.83倍,而重度退化区样线上鼠洞的个数是秃斑的2.8倍;重度退化区中、低和亚低坡是鼠害高发区,各坡段鼠洞总面积和鼠洞破碎度指数大体呈现反变关系,鼠洞形状和分形维数与退化程度相关;各坡段秃斑总面积和秃斑破碎度指数并不严格呈现反变关系;秃斑形状与退化程度相关;在同一退化程度的尺度范围秃斑图形具有统计自相似性,不同的退化程度构成了秃斑的等级结构。由于不同斑块对于放牧侵蚀的功能不同,因此,不同斑块的不同形状特征对于土壤侵蚀的意义有待进一步探索。

江河源区高寒草甸退化序列上“秃斑”连通效应的元胞自动机模拟

高寒草甸草毡层"秃斑"是高寒草甸退化进程中最活跃的表征,明确其在退化序列上的演变时空规律是揭示草地退化动力学机制的关键之一。采用实地调研结合元胞自动机模拟的方法,对高寒草甸退化序列上秃斑格局动态进行了模拟,是对退化序列上秃斑的连续动态图谱表达,建立了高寒草甸由初步退化到系统崩溃的符合实际的草地秃斑连通的图谱序列,模拟吻合度达93.9%。通过对图谱序列关系的分析表明,秃斑连通进程分为3个阶段:低速连通期——第0—2年、跃变期——第2—7年、连通不可逆转期——第7—9年;最大秃斑面积、最大秃斑面积-秃斑总面积比的跃变过程,是草地退化等级的质变过程;通过对跃变期和连通不可逆转期相应的草地生态与恢复性能的对比分析,确定了连通阈值为54.5%;秃斑连通的过程伴随着临界阈现象的发生。由于连通不可逆转期"黑土滩"形成过程的不可逆性及形成后的巨大危害性,连通阈值的确定将为高寒草甸生态系统安全预警及其退化恢复治理提供依据。

基于分形维数的放牧地秃斑特征提取方法及其应用

通过野外数码成像获得放牧地秃斑图像,运用地理信息系统软件(ArcView GIS 3.2a)计算其面积、周长,以此为基础计算放牧地秃斑的形状指数及分形维数。运用该方法对放牧地秃斑的特征进行了实地测量,结果显示退化高寒嵩草草甸上放牧地秃斑具有典型的分形特征,形状指数和分维数分别为1.8和1.1,在形状指数相对变化率<5%和分维数相对变化率<0.5%的条件下,退化高寒嵩草草甸上放牧地典型秃斑沿边界走向最少插入点数为120。此方法具有快速、准确测定的特征,具有良好的实用性和可操作性。该方法的引入给解释放牧地秃斑出现的一些复杂问题提供了全新的技术途径,或将成为放牧生态学研究的创新性研究方法。

果洛地区“黑土滩”中秃斑地测定

“黑土滩”中的秃斑地和原草地相比，毒草量增加６４．８％，优良牧草明显减少；地下根量（０—１０ｃｍ）减少２３７６．６ｇ／ｍ￣２；土壤趋于碱性、旱化，肥力下降，蓄水能力下降。以上差异均达到显著水平（Ｐ＜０．０５）。

利用嵩草属优良牧草恢复“黑土滩”植被试验研究报告

在青南果洛地区进行４年多的试验研究结果表明：①“黑土滩”的形成过程是高寒草甸草地生草层的秃斑化过程，秃斑化的起点是植被稀疏的过牧地段或鼠害土质疏松地段，生草层的秃斑化造成“黑土滩”植被的毒杂草化，极度秃斑化“黑土滩”的可食牧草和毒杂草比值仅为０．３３；②野生高山嵩草、矮嵩草、窄果蒿草和线叶嵩草的抽穗高峰期分别在６月下旬和７月上旬，种子成熟高峰期分别在８月下旬和９月上旬；③电镜扫描观察发现，线叶蒿草、窄果嵩草和高山蒿草的果实具有保护组织机械性强，腔隙组织发达以及高山嵩草胚深埋胚乳之中等解剖学结构特征；④野生嵩草种子收藏一年半后，最高发芽率为１３％，利用０．０３ｇ／ｍｌ氢氧化钠浸泡３ｈ，流水冲洗，最高发芽率可达６０％；⑤在小区种植线叶蒿草、窄果嵩草和高山嵩草的种子均表现连年出苗的特点，年份最高出苗率分别为１３％、４．５％和２．７％，在４年生长发育期间分蘖率分别为３１．３％、１２．２％和０，无生殖枝条出现；⑥在大区种植经过氢氧化钠处理的嵩草种子，第二年在２．７ｈｍ２试验区中平均１ｍ２幼苗株数为１０株左右，株高１．７ｃｍ，每株叶片１～３个；⑦“黑土滩”补种禾本科牧草五年后，呈现禾草产量显著下降，毒杂草上升，植物活根?

绿洲农田典型“裸斑”土壤养分特征及其影响因素

“裸斑”是绿洲农田中作物生长受到严重抑制的斑块。在新疆玛纳斯县绿洲农田通过Landsat8卫星影像和无人机可见光影像目视解译选取了37个典型“裸斑”,通过在“裸斑”斑心、边缘和外部采集土壤样品,分析了“裸斑”内外土壤有机质、碱解氮和有效磷变化特征,并通过“裸斑”斑心盐分含量、pH值和颗粒含量对37个“裸斑”进行划分,分析了不同土壤盐化程度、酸碱性、质地及“裸斑”土壤有机质、碱解氮和有效磷含量特征。结果表明,“裸斑”斑心土壤养分含量均显著低于外部。在不同盐化程度中,非盐化土、轻度盐化土“裸斑”内外有机质和有效磷含量(0~30cm)均无显著差异(P>0.05),重度盐化土和盐土“裸斑”外部有机质和有效磷含量显著高于斑心(P<0.05);“裸斑”斑心碱解氮平均含量均显著低于外部(P<0.05)。在不同酸碱性和质地土壤中,“裸斑”斑心有机质和碱解氮含量(0~30cm)均低于外部;“裸斑”内外土壤有效磷含量均无显著差异(P>0.05)。

嵩草草甸剥蚀地与秃斑斑块土壤及植被比较研究

为了进一步了解退化高寒草甸,试验对高山嵩草草甸上的剥蚀地和秃斑斑块的植物群落特征以及土壤的理化特性与原生植被进行了比较分析。结果表明:剥蚀地和秃斑斑块是高山嵩草草甸退化的一种重要过程;相较于原生植被,剥蚀地草丛高度和地上生物量较高而植被覆盖度较低;剥蚀地的地下生物量低于秃斑斑块和原生植被;原生植被的建群种高山嵩草在剥蚀地重要值明显降低;剥蚀地土壤有机质、氮、磷和速效钾表层含量最高,随土层加深逐渐降低;土壤pH值和全钾含量在原生植被和秃斑斑块随土层深度增加而增大;原生植被和秃斑斑块的土壤有机质和氮含量高于剥蚀地。

高寒草甸退化草地—“黑土滩”植物量测定

依据高寒草甸草地秃斑地的多少和距居民点的远近划分为轻度退化草地(极少量秃斑地)、中度退化草地(少量秃斑地)、重度退化草地(大量秃斑地)和极度退化草地(全部秃斑地)四个退化草地等级。对各等级退化草地进行了植物量测定。结果表明:草地植物量(地上和地下)及土壤含水量,随着草地退化程度的加剧明显下降(P<0.01),毒杂草量则明显上升(P<0.01)。其中极度退化草地较轻度退化草地植被中嵩草属牧草优势度减少38,可食鲜草量减少219.2g/m^2,而毒杂草则增加99.6g/m^2,植物活根量(干物质)减少2390.6g/m^2,土壤含水量(0—10cm)减少10.02％,并对高寒草甸退化草地(黑土滩)的成因及治理途径提出了看法和意见。