典型陆地生态系统土壤碳储量计算研究进展

大气中近10%的碳由土壤产生,其微小变化就能对全球碳平衡产生重要的影响,进而影响全球气候变化。因此,土壤碳储量和释放量的准确测定已成为当前全球变化研究的关键问题之一。从典型陆地生态系统土壤碳储量的计算结果、计算方法及影响因素3个层面对当前土壤碳储量的相关研究成果进行了归纳与总结,分析了当前关于土壤碳储量计算研究中尚存在的问题及原因,并提出了应加强的研究内容,以期为今后的研究提供一些参考。

乌兰布和荒漠生态系统12种沙生灌木苗期的抗旱性

[目的]建立沙生灌木抗旱性评价指标体系,为沙区优良树种的筛选提供科学依据。[方法]以乌兰布和荒漠生态系统12种沙生灌木的2年生幼苗为材料,测定了7项水分生理指标,采用主成分分析和聚类分析对灌木抗旱性进行了研究。[结果](1)麻黄(Ephedra distachyaLinn.)、白刺(Nitraia tangutorum Bobr)及柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom.)的水势低于其他9种灌木;霸王(Zygophyllum xanthoxylon Maxim.)的束缚水含量和束缚水与自由水(Va/Vs)比值较高,分别为64.20%,3.3;沙木蓼(Atraphaxis bracteata A.Los.)、白刺及柽柳(Tamarix chinensis Lour.)的蒸腾速率显著低于其他9种灌木;梭梭(Haloxylon ammodendron(C.A.Mey.)Bunge)与麻黄的恒重时间最长,均为144h;沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus(Maxim.ex Kom.)Cheng F.)的残留含水率最高(44.80%)。(2)水势、Va/Vs值、残留含水率、束缚水、恒重时间、蒸腾速率6个指标对植物抗旱性的影响较大,累积方差贡献率达87.59%。[结论]依照抗旱性大小将12种植物分为三类,强抗旱灌木为麻黄;中抗旱灌木为梭梭、白刺、霸王;弱抗旱灌木为花棒(Hedysannn scoparium Fisch)、杨柴(Hedysarum mongolicum Turcz.)、柽柳、柠条锦鸡儿、沙冬青、沙木蓼、沙拐枣(Calligonum mongolicum Turcz.)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla Lam.)。

荒漠生态系统综合管理探索——以乌兰布和荒漠生态系统为例

生态系统管理是科学家与环境管理者之间的纽带,实施生态系统管理可实现生态系统的多产出目标及其可持续性。本文在总结生态系统综合管理相关研究成果的基础上,以乌兰布和荒漠生态系统为例,针对该区域当前存在的生态问题,对其综合管理研究进行了探索性的论述。

乌兰布和荒漠生态系统防风固沙功能价值初步评估

运用生态经济学理论与研究方法,对乌兰布和荒漠生态系统2009年防风固沙功能价值进行了初步评估。结果表明:乌兰布和荒漠生态系统2009年防风固沙物质量为2.75×108t;价值量为44.204×108元。其中,减少农田经济损失价值为8.148×108元;减少草地经济损失价值为0.407×108元;保持土壤肥力价值为31.962×108元;减少泥沙淤积灾害价值为1.65×108元;减少交通运输经济损失价值为2.037×108元。可以看出,荒漠生态系统具有巨大的生态经济价值,因此,建议在今后的开发与建设过程中应对荒漠生态系统进行保护与合理利用。评估结果可为生态环境建设政策的制定及国家宏观决策提供一定的科学依据。

乌兰布和沙漠东北缘典型固沙林土壤养分特征研究

在乌兰布和沙漠采用野外典型抽样调查和室内分析的方法,研究不同的固沙林土壤养分特征,并对土壤肥力进行综合评价。结果表明,有机质含量为(4.74±3.31)g·kg^(-1),全N、全K、全P分别为(0.28±0.16)g·kg^(-1)、(17.58±7.32)g·kg^(-1)、(0.37±0.12)g·kg^(-1),碱解N、速效K、速效P分别为(19.20±7.46)mg·kg^(-1)、(162.00±177.28)mg·kg^(-1)、(4.13±2.69)mg·kg^(-1),pH值为(8.63±0.38)。土壤有机质表现为二白杨林>沙棘林>新疆杨林>裸沙地。二白杨林全N含量最高,沙棘林的碱解N含量最高。全P含量、速效P含量表现为新疆杨林>二白杨林>沙棘林>裸沙地。新疆杨林土壤全K含量最高,二白杨林速效K含量最高。土壤有机质、土壤全N、碱解N、全P、速效P、全K、速效K随着土层深度的增加呈下降趋势。土壤各养分因子之间存在着不同程度的相关关系。3个典型林地pH值与其他各养分因子之间呈负相关关系,而其他各养分因子之间相互呈正相关关系。土壤肥力综合评价的排序为二白杨林(0.365)>新疆杨林(0.328)>沙棘林(0.295)>裸沙地(0.146)。

乌兰布和沙漠绿洲3种杨树比叶面积和叶干物质含量研究

比叶面积(SLA)和叶干物质含量(LDMC)综合反映了植物利用自然资源的能力,也体现了植物对环境的适应性。以乌兰布和沙漠绿洲防护林体系3种杨树(新疆杨、二白杨和小叶杨)为研究对象,通过测定叶面积、叶饱和鲜重及干重,计算了SLA和LDMC,探讨了3种杨树的生态适应性。结果表明:3种杨树叶面积和叶重之间均为极显著线性相关关系(p<0.000 1),可用叶面积与叶重的关系式来推算叶面积。其中,用叶面积与叶饱和鲜重的关系式推算的叶面积数据准确度更高。3种杨树的SLA、LDMC均存在极显著差异(p<0.0001),新疆杨、二白杨、小叶杨的SLA和LDMC分别为(9.955±2.574)m^2·kg^(-1)和(420.38±68.046)mg·g^(-1),(12.964±2.465)m^2·kg^(-1)和(301.017±32.647)mg·g^(-1),(16.462±6.286)m^2·kg^(-1)和(287.678±72.055)mg·g^(-1)。SLA和LDMC之间呈极显著负相关关系(p<0.0001),可用幂函数y=ax^(-b)来表述。SLA和LDMC较好地反映了3种杨树对乌兰布和沙漠贫瘠与干旱环境的适应能力,新疆杨的适应性优于二白杨和小叶杨,建议今后该区域防护林更新与重建过程中应适当加大新疆杨的数量比例。

我国火炬树研究的文献计量分析及其在沙区绿化中的建议

火炬树是一种适应能力强的引进树种,我国学术界对其是否为入侵树种有着争议。基于文献计量法分析了国内近40年(1976-2014年)火炬树的研究现状;此外,通过实地调查数据查明了沙区城市(磴口县)园林绿化中火炬树的生长现状,并结合当前研究中存在的问题,对今后沙区造林和园林绿化中如何选择利用火炬树提出3点建议。

乌兰布和沙漠东北缘近地层风速和降尘量特征

选择乌兰布和沙漠东北缘荒漠-绿洲过渡带和绿洲为定位监测点,基于磴口生态站近地层（0~50 m）风沙监测塔2013年全年的风速和降尘数据,分析了沙漠东北缘近地层风沙时空变化规律。研究结果如下：1）过渡带和绿洲内近地层的风速均随着高度增加而增大,风速廓线特征可用幂函数表示;过渡带风速显著高于绿洲内风速。2）过渡带和绿洲内近地层沙尘水平通量和降尘量均随着高度增加而减少,其分布特征遵循幂函数关系;过渡带沙尘水平通量显著高于绿洲内,说明绿洲防护体系对沙尘具有明显的削弱作用;过渡带沙尘水平通量与降尘量之间为线性关系,而绿洲内二者之间为指数函数关系。3）在春、夏、秋、冬季,过渡带和绿洲内近地层沙尘水平通量和降尘量均随着高度增加而减小;春季是沙尘水平通量和降尘量集中的季节,其次为夏季,秋季和冬季相对较低;一年四季中,过渡带沙尘水平通量和降尘量均高于绿洲内。

乌兰布和沙区不同下垫面的土壤风蚀特征

【目的】研究荒漠生态系统典型植被群落对近地层风沙活动的影响,揭示荒漠生态系统中不同下垫面条件的土壤风蚀特征。【方法】在乌兰布和沙区东北缘荒漠-绿洲过渡带内,选取油蒿半固定沙丘(盖度约20%)、白刺半固定沙丘(盖度约30%)、油蒿固定沙丘(盖度约40%)、白刺固定沙丘(盖度约40%)、流动沙丘(CK)5种典型下垫面,运用风蚀钎和风沙流采集系统,实时监测5种下垫面的风蚀动态,定量分析不同下垫面条件下的土壤风蚀量、风蚀物的垂向分布及粒度组成的差异性。【结果】乌兰布和沙区不同下垫面同期土壤风蚀深度为:流动沙丘>油蒿半固定沙丘>白刺半固定沙丘>油蒿固定沙丘>白刺固定沙丘,当风速达到4.1 m·s^(-1)时,流动沙丘即可观察到沙粒蠕动,当风速达5.1 m·s^(-1)时积沙仪可收集到风蚀物。油蒿半固定沙丘、白刺半固定沙丘、油蒿固定沙丘、白刺固定沙丘的风速分别达到6.3,6.5,6.8,7.9 m·s^(-1)时方可发生风蚀;5种下垫面0~100 cm垂直断面上,67.6%~90.0%的风蚀输沙均分布于30 cm高度范围之内,挟沙气流中输沙率随高度增加呈幂函数规律递减,随风速增大呈幂函数规律递增,各高度层风蚀物粒度组成呈单峰态分布,峰值处在250~100μm之间,0~20 cm高度层峰值与其余各层的峰值范围差异明显且偏向粒径趋大的方向;自下而上,极细沙的粒度构成比例呈递增趋势,中沙的粒度构成比例呈递减趋势。【结论】随着植被盖度的增加,土壤风蚀程度显著减轻,流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘年风蚀深度依次降低。盖度为40%的油蒿、白刺群落,其地表风蚀深度仅为流动沙丘同期风蚀深度的1.73%~1.52%,0~100 cm高度范围内的输沙率仅为流动沙丘输沙率的6.6%~5.1%。在荒漠生态系统中,植物群落主要通过覆盖地表、提高下垫面的粗糙度和拦截沙粒的运动来缓解气流对地表的侵蚀作用。因此,在防沙治沙工程实施过程中,要充分考虑和利用植被防风抗蚀的生态效应。

我国绿洲防护林冬季相防风效应的估算

以林网区贴地层相对风速为目标函数,以动力平衡为基础,利用立木蓄积量指数(单位面积农田所拥有的立木蓄积量)与林网冬季相防风效应的近似对应关系,估算我国北方农田林网化对冬春季地面风力的影响。结果表明:我国北方绿洲防护林立木蓄积量整体不足,冬春季防风效应较差,局部可观测到很好的防风效应但不具有普遍性;立木蓄积量指数较小时增量效益较好,立木蓄积量指数越大增量效益越小,裸耕地和蓄积量很少的地区存在较大的防风效应增益区间;修枝对防风效应的影响在立木蓄积量指数较小的区域明显,立木蓄积量指数较大的区域不必牺牲木材经济价值而保留很多侧枝;对于立木蓄积量指数已经很大的地区,没有必要要求生长量大于采伐量、蓄积量持续增长。

乌兰布和沙漠东北缘5种土地利用类型土壤粒度特征

研究荒漠化发生区域的土壤粒度特征,可为区域荒漠化防治及生态建设提供一定理论依据。通过野外调查、采样及室内分析,对乌兰布和沙漠东北缘5种不同土地利用类型(流动沙丘、草方格沙障固沙区、人工梭梭林、白刺群落和油蒿群落)的土壤粒度特征及分形维数进行了研究。结果表明:(1)5个样地土壤颗粒组成均以细沙为主,含量为66.49%~81.54%;粉沙含量最少,仅为0.58%~1.72%;不同粒级土壤颗粒百分含量由高到低为:细沙>中沙>极细沙>粗沙>粉沙。(2)5个样地土壤颗粒分形维数的差异极显著(p<0.01),油蒿群落(1.72)>白刺群落(1.56)>人工梭梭林(1.44)>流动沙丘(1.40)>草方格沙障>(1.37);土壤颗粒分形维数与粉沙、极细沙百分含量呈极显著正相关(p<0.01),与细沙百分含量呈显著负相关(p<0.05),与中沙和粗沙百分含量关系不显著(p>0.05)。(3)天然植被生长区域,植被盖度较好,风沙土颗粒较细。因此,应加大对区域内天然植被的保护,防止土壤风蚀的发生与发展。

绿洲春季不同来源灌溉水土壤盐分离子分布特征

【目的】摸清乌兰布和沙漠绿洲不同来源灌溉水土壤盐离子分布特征。【方法】对乌兰布和沙漠绿洲进行实地取样分析,研究不同来源灌溉水土壤盐分离子分布特征。【结果】不同来源灌溉水均是阳离子主要以K+、Na+、Ca2+为主,阴离子主要以HCO-3、SO2-4、Cl-为主。不同来源灌溉水土壤全盐量分布趋势基本一致,均是表层含量最高,存在表聚现象。不同的灌溉水pH值变化趋势一致,呈先增加后减小的趋势,pH值均值都是在8. 5以上。不同来源灌溉水各盐分离子均随着土层深度的增加呈先减小后增加趋势,表层含量最高,具有明显的表聚现象。Ca2+、Mg2+、K++Na+、CO2-3、Cl-、SO2-4、全盐量相互之间呈极显著正相关(P﹤0. 01); pH值与CO2-3、Cl-、SO2-4、全盐量呈极显著正相关(P﹤0. 01),与Mg2+呈显著正相关(P﹤0. 05); HCO-3与其它各离子、全盐量及p H值均呈负相关关系,其中与CO2-3呈极显著负相关(P﹤0. 01),与SO2-4、全盐量呈显著负相关(P﹤0. 05)。【结论】不同来源灌溉水土壤全盐量、pH值及各盐分离子变化趋势一致,土壤盐分运移表现为盐分表聚特性。

沙棘液流动态变化及影响因素分析

利用TDP茎流测量系统和自动气象站对乌兰布和沙漠的沙棘（Hippophae rhamnoides）液流动态变化及环境因子进行了监测。结果表明,1）沙棘茎干液流速率呈多峰曲线;液流启动时间为07：50,09：10左右达到峰值,峰值大小为292.07-340.27 g·h-1;夜间有明显的液流活动。2）沙棘茎干液流与其基径相关,基径10.5、8.3和7.5cm的沙棘日累计液流量分别为16 593.26、14 907.08和14 101.83 g。3）沙棘白天液流动态变化规律与环境因子变化规律相似。相关分析与逐步回归表明,对沙棘植株茎干液流速率起决定作用的环境因子为太阳总辐射、空气相对湿度、气温、风速和10 cm处土温。

干旱胁迫对欧李叶绿素荧光特性的影响

为了探讨干旱胁迫对欧李叶绿素荧光特性的影响,以欧李为试验材料,通过干旱胁迫处理,测定了其初始荧光Fo、可变荧光Fv、最大PSⅡ量子产率Fv/Fm、稳态下PSⅡ反应中心光化学淬灭系数qP、非光化学淬灭系数qN等的响应。结果表明,干旱胁迫条件下,欧李叶绿素荧光特性受到显著影响。随着水分含量的降低,欧李叶片的初始荧光Fo呈逐渐增加趋势,T1处理受到的影响最小。Fv、Fv/Fm、qP均随水分的减少而降低(α=0.05),qN随水分的减少而升高(α=0.05),但是T1处理与对照相比差异不显著,说明水分供应在60%以上时不影响欧李叶片PSⅡ反应中心的开放程度,进而不影响叶片捕获的光能转化为生物化学能,在此过程中反应中心较为稳定。

乌兰布和沙漠人工梭梭夏季茎干液流变化特征及其与气象因子的关系

为了揭示乌兰布和沙漠人工梭梭水分利用规律,探究人工梭梭的生态适应能力,利用PS-TDP8树木茎流监测系统和自动气象站对乌兰布和沙漠1979年人工种植梭梭的液流变化及其周围的环境因子进行观测,采用逐步回归及相关分析法对茎干液流变化规律及其与太阳总辐射、空气温度、相对湿度、风速、土壤温度、土壤含水量的相关关系进行研究。结果表明:梭梭晴天茎干液流日变化呈“单峰型”,雨天茎干液流日变化呈“双峰型”;夏季晴天梭梭茎干液流在7:00左右启动,9:30左右出现峰值,液流在10:20以后开始迅速下降,至21:30基本下降到极低值,夜间仍有液流。直径12.5和8.95 cm的梭梭液流日累积量分别为14.23和2.60 L。晴天,茎干液流速率变化幅度较大,白天的液流速率高于夜间。雨天的液流峰值显著低于晴天,且夜间液流小于晴天。相关性分析表明,晴天,影响梭梭液流速率的环境因子依次为太阳总辐射、土壤含水量、空气温度、空气相对湿度、土壤温度、风速;雨天,影响梭梭液流速率的主要环境因子依次为太阳总辐射、空气温度、空气相对湿度、土壤温度、风速、土壤含水量。研究结果可为人工梭梭林的经营管理提供理论支撑,对沙漠地区人工梭梭的管理和保护有重要的理论和实际意义。

西部沙区肉苁蓉人工种植技术

肉苁蓉是我国西部沙区特有的名贵药用植物。近年来,在经济利益的驱使下,人们无节制地采挖肉苁蓉致使其野生资源日趋枯竭。因此,人工种植已成为发展肉苁蓉生产和保护沙区生态的当务之急。参阅了大量相关研究成果,并结合多年从事沙产业开发的实践经验,对肉苁蓉人工种植技术进行了系统的、全面的总结,以期为今后肉苁蓉的产业化、规模化生产提供系统的、更有力的理论支持与技术保障。

绿洲化对土壤养分及化学计量特征的影响

为了阐明绿洲化过程中土壤养分含量及土壤碳氮磷生态化学计量值的动态变化特征,以乌兰布和沙漠东北部绿洲为研究对象,通过24 a的定位监测,分析了土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)及土壤C,N,P生态化学计量的动态变化特征。结果表明:(1)研究区土壤总体贫瘠,养分含量整体水平不高。但是随着绿洲建设时间的延长,土壤养分含量呈显著的线性增加趋势。(2)绿洲化过程中,土壤C∶N,C∶P,N∶P,AN∶AP的变化趋势总体上呈现先增大后减小的趋势,但是达到最大值的时间各不相同。(3)土壤C,N,P元素化学计量值与C,N,P元素之间的最优拟合关系显示C∶N,C∶P主要受SOC影响,N∶P主要受N影响,表明SOC和N含量决定了研究区土壤中C,N,P化学计量特征的变化过程。

干旱胁迫对欧李幼苗表型可塑性的影响

该研究以欧李为材料,探讨了干旱胁迫对欧李表型可塑性的影响。结果表明:(1)随着干旱胁迫的加剧,欧李根生物量、枝叶生物量、植株总生物量积累、根冠比和根冠比胁迫指数均呈现先升高后降低的趋势,在T1处理下达到最大值,并显著高于其他处理(α=0.05)。(2)随土壤含水量的降低,欧李根的生物量分配指数呈现先增加后降低的趋势,叶生物量与之相反,在T1处理下根的生物量分配指数最大,枝叶的最小(α=0.05)。(3)在水分供应为60%~80%时,欧李的株高、冠幅、基径、二级分枝数、主根长、主根直径及侧根数量均达到最大值(α=0.05),对一级分枝数的生长没有显著影响。(4)随着水分胁迫的加剧,叶片长从T2处理开始下降,叶片宽、单片叶面积及比叶面积均呈现先增加后减少的趋势(α=0.05)。综上可得,欧李通过调整形态特性和各器官生物量积累及其分配对不同干旱胁迫条件产生了较强的可塑性。

绿洲农田防护林单株新疆杨生物量及其根冠比变化

为探明绿洲农田防护林生物量累积过程及其根冠比变化趋势。作者以乌兰布和沙漠磴口黄灌绿洲内部农田防护林为研究对象,用空间代时间的方法,在2行林带结构中调查各径级单株新疆杨生物量代替不同年龄相应径级生物量,用固定样方法调查侧根生物量,得出地上、地下生物量及根冠比变化过程并建模,分析变化过程所可能隐藏的力学和生物学机制。结果显示:1)2行结构渠道防护林新疆杨单株幼龄林地上、地下生物量分别为15.212 kg、6.539 kg;中龄林、近熟林、成熟林阶段地上和地下生物量分别增长8.77倍和4.89倍、2.82倍和2.59倍、1.65倍和1.53倍,得出生物量模型7个。2)生物量根冠比排序幼龄林>中龄林>近熟林>成熟林,平均值为24.35%;幼龄林为43.67%;中龄林、近熟林、成熟林生物量根冠比分别减小1.79倍、1.10倍、1.08倍,得出生物量根冠比模型1个。3)主干生物量密度密度平均值为393.81 kg/m^3,幼龄林为375.02 kg/m^3;中龄林减小3.09%;近熟林增加3.37%;成熟林增加22.38%。4)幼龄林主根生物量密度为404.20 kg/m^3,中龄林、近熟林分别减小4.14%、0.48%,成熟林增加22.38%。幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林根干密度比分别为1.08、1.07、1.03、0.79。由上述结果分析得出:正常情况下,随胸径增长地上和地下生物量均呈增长趋势,地上生物量和增速远大于地下,生物量差距增大,增速差距减小;随着胸径增大生物量根冠比呈减小趋势,减幅缩小,平均22.34%;主干生物量密度随胸径增加呈先减后增趋势,与胸径正相关,主根生物量密度随着胸径增加呈减小趋势,与胸径负相关。

乌兰布和沙漠东北部12种杨树品种幼苗期生长状况对比

以北抗、0 8 等系列的1 2 种引进速生杨品种为研究对象，调查幼苗期成活率、保存率、胸径、新梢长，运用隶属函数法对1 2 种速生杨幼苗在乌兰布和沙漠东北部的适应性进行综合评价。结果表明：速生杨各品种成活率在84. 1 2 % ~ 1 0 0 % 之间，其中成活率较高的为0 8 - 0 1 ，08 - 0 7 和北抗1 6 - 2 7 ; 保存率在68.42% ~ 100%之间，较高的为08 - 07、北抗16 - 2 7 和08 - 0 1 ; 胸径生长量在0. 13 ~ 1. 35cm 范围内，较高的为08 - 09,08 -03, 08 - 0 1 ; 新梢生长量在19.39~103. 88cm 范围内，较高的为北抗1 6 - 2 7 、北抗1 6 - 8 和08 - 0 3。通过隶属函数值进行排序， 08 - 0 1、北抗16 - 2 7 和08 - 0 9 等3 种速生杨品种幼苗期在乌兰布和沙漠东北部的生长适应性较好，可以作为该区防护林造林优良品种。