毛乌素沙地油蒿灌丛生态系统的土壤呼吸特征

【目的】探究毛乌素沙地半干旱区典型油蒿灌丛生态系统土壤呼吸速率特征,揭示土壤温湿度对土壤呼吸速率的影响,以期为预估半干旱区土壤碳排放提供科学依据。【方法】在宁夏盐池选取典型油蒿群落,采用切根法剖分土壤呼吸组分,于2014年4—10月利用自动气室法对切根处理与对照样地的土壤呼吸速率进行连续观测,采用指数方程拟合土壤呼吸组分对土壤温度的响应,并运用线性回归分析温度响应函数残差(观测值/预测值)与土壤含水率间的关系。【结果】在日尺度、自养呼吸速率最大值出现时间(11:00)早于土壤温度最大值出现时间(15:00),而异养呼吸速率最大值出现时间基本与土壤温度最大值出现时间一致;在生长季中期(6—8月),土壤总呼吸速率,自养呼吸速率和异养呼吸速率的温度敏感性(Q10)分别为1.51,1.40和1.88;自养呼吸速率对温度的响应受水分的影响,当土壤含水率小于8%时,土壤温度仅能解释自养呼吸速率季节变异的36%(Q10=1.10),自养呼吸速率的温度响应函数残差随土壤含水率升高而增加(R2=0.59,P<0.05);当土壤含水率大于8%时,自养呼吸速率随土壤温度升高呈指数增加(R2=0.75,Q10=1.88),自养呼吸速率的温度响应函数残差与土壤含水率无显著关系;与自养呼吸速率不同,异养呼吸速率对温度的响应受水分的影响较小,在不同土壤水分条件下均随土壤温度升高呈指数增加(R2>0.65);自养呼吸贡献率(自养呼吸速率/土壤总呼吸速率)在日尺度上存在中午降低的现象;在季节尺度,RA/RT呈现出明显的季节性波动,在5—8月平均为54%,9—10月平均为69%。【结论】在日尺度,自养呼吸速率受土壤温度的影响较小,而异养呼吸速率主要受土壤温度调节;在季节尺度,异养呼吸速率主要受土壤温度调节,其Q10高于自养呼吸速率;而自养呼吸速率对温度的响应受水分的调节,其Q10随土壤含水率升高而增大;自养呼吸贡献率在日尺度与季节尺度的动态变化很可能来源于呼吸组分对环境因子的差异响应。

毛乌素沙地土壤解磷菌的分离筛选及其解磷机制

为探究毛乌素沙地土壤中可培养解磷细菌的种类、解磷能力和作用机制,该研究利用磷酸三钙为磷源的培养基,从黑沙蒿(Artemisia ordosica)林地土壤中分离出61株解磷细菌,其中变形菌门(Pseudomonadota)假单胞菌属(Pseudomonas)为优势类群。最终筛选出4株高效解磷菌(命名为R1、R4、NR1和NR3),磷增量分别为501.24、67.78、55.48和800.28 mg/L。基于形态特征、生理生化特性和系统发育分析,鉴定R4和NR1为假单胞菌属,R1和NR3分别为拟无枝酸菌属(Amycolatopsis)和泛菌属(Pantoea)。这些菌株的解磷能力与其分泌的草酸、乙酸、酒石酸量及pH值显著相关。结果表明,具有较强耐盐碱性的4株高效解磷菌,通过分泌有机酸和调节pH值显著提升了有效磷含量,显示出其作为微生物菌剂在干旱地区土壤改良和植被恢复中的潜在应用价值。

京津风沙源治理工程区土地利用/覆盖变化对生态系统水源涵养服务的影响

【目的】水源涵养服务是与人类关系最为密切的生态系统服务之一,也是评估区域生态环境效益的重要指标。本研究以水源涵养量为指标,探究京津风沙源治理工程实施的生态效益。【方法】采用区域土地利用/覆盖和气象数据,量化了2000−2018年土地利用/覆盖变化和同期水源涵养量动态,进而评估了土地利用/覆盖变化对水源涵养服务的影响。【结果】(1)京津风沙源治理工程区自西北向东南依次以草地、耕地、林地覆盖为主,水源涵养量自西北向东南递增;(2)2000−2018年,林地总体增加了14.22%,区域水源涵养量总体也呈现增加趋势,晋北山地丘陵区、燕山丘陵山地水源保护区、科尔沁沙地、鄂尔多斯高原和大兴安岭南部区等增幅相对较大;(3)区域生态系统水源涵养服务随不同时期、亚区分布和地类转换而存在差异,林地水源涵养服务量最高,且在各亚区均占主导地位;(4)2000−2010年,全区内草地向林地转移对水源涵养量增加的贡献最大,达49.32×10^(8) m^(3),大面积草地转为林地使大兴安岭南部区水源涵养量增加最为显著,达16.11×10^(8) m^(3);(5)2010−2018年,全区内仍是草地向林地转移对水源涵养量增加的贡献最大,达3.87×10^(8) m^(3),荒地开垦、造林、种草对涵养水源的贡献集中作用于鄂尔多斯高原南部区,增加了1.31×10^(8) m^(3),退耕还林和草地向林地转移对燕山丘陵山地水源保护区贡献最大,达1.84×10^(8) m^(3)。【结论】京津风沙源治理工程实施以来,退耕还林、荒地造林、草地治理等措施使研究区水源涵养服务有效提高,引起水源涵养量增加的土地利用/覆盖转移类型主要为未利用土地向林、草地转移和草、耕地向林地转移,地类转移对水源涵养量增加贡献最大的区域主要为大兴安岭南部区、燕山丘陵山地水源保护区和晋北山地丘陵区等东南部区域。区域土地利用/覆盖格局有待进一步优化,下一阶段的工程实施应当根据各区生态特点分区施策,因地制宜,对耕地水源涵养服务能力较弱区域实施退耕还林还草工程,对有必要保留的耕地改进水土保持耕作栽培措施,未利用土地面积较大区域根据水资源承载能力科学实施封沙育林育草或进行人工造林,并加强管护,使研究区高生态效益区持续稳步发展,低生态效益区重点治理,高效发展。

2012–2016年宁夏盐池毛乌素沙地黑沙蒿灌丛生态系统通量观测数据集

干旱、半干旱区分布广泛,是陆地生态系统的重要组成部分,半干旱生态系统对全球碳水循环的长期趋势和年际变异具有重要的调控作用。已有关于陆地生态系统碳水循环的机理研究和数据产品研制大多关注森林、草原和农田等生态系统类型,针对沙地灌丛的研究仍相对较少,数据可利用性较低,制约着区域生态功能的准确评估和预测。自2011年起,采用涡度协方差法对黑沙蒿(Artemisia ordosica)灌丛生态系统碳水热通量开展了长期连续观测。该研究通过对2012–2016年原始数据进行通量计算、质量控制、缺失值插补和碳通量拆分等处理步骤,生成各时间尺度(半小时、日、月、年)生态系统碳水热通量观测数据集,同时整理并生成相对应的微气象数据集。数据集包括生态系统净CO_(2)交换(NEE)、总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(Re)、潜热通量(LE)和显热通量(Hs)以及相关微气象观测指标。数据集的有效数据占比和能量闭合程度分析表明:(1)质量控制后的有效NEE、LE和Hs半小时数据全年占比分别为56.23%–62.19%、79.40%–94.12%和77.56%–91.27%;(2)在年尺度和月尺度的能量平衡比率变化范围分别为0.78–0.83和0.59–1.19;(3)基于逐日数据,采用最小二乘回归(LE+Hs vs.Rn–G;Rn为净辐射,G为土壤热通量)分析能量闭合程度,不同年份间和不同季节间的回归斜率变化范围分别为0.73–0.79和0.73–0.92。上述结果表明,本数据集有效数据占比高,能量闭合程度处于合理范围,能够为不同时空尺度生态系统过程与功能研究提供较好的数据支撑。

我国荒漠生态系统动物物种多样性保护价值估算

生物多样性保护作为生态系统的支持性基础功能,其价值评估受到普遍关注,但评价方法一直是困扰学界的主要问题。基于能值理论对我国荒漠生态系统动物物种多样性保护价值进行核算,并参考世界自然保护联盟(IUCN)物种濒危等级分级标准,计算引入濒危指数对动物物种由于其稀缺性得到的价值增值。结果显示,我国荒漠生态系统动物物种多样性保护总价值为35万1 000亿元,其中稀缺性价值为3万6 400亿元,哺乳动物保护价值占总价值的52.41%,鸟类保护价值占42.04%。结果表明,我国荒漠生态系统具有巨大的动物物种多样性保护价值,其价值分布趋势由东向西、由南向北递增。从研究范围内各省区的情况来看,新疆的动物物种多样性保护价值最高,为21万1 000亿元,青海、西藏、内蒙古、甘肃价值数接近,陕西、山西、河北、吉林、黑龙江、辽宁价值较低。

人类活动对资源型城市生态系统服务价值的影响——以鄂尔多斯为例

资源型城市通过资源开采驱动城市快速发展,同时通过生态恢复维持生态系统稳定。探究典型人类活动对资源型城市生态系统服务的消极和积极影响对于可持续城市建设具有重要意义。以鄂尔多斯市为例,基于1990—2018年土地利用/覆盖、NDVI等数据,修订了生态系统服务价值计算方法,量化了区域生态系统服务价值的时空格局,进而评估了人类活动过程对生态系统服务的影响。研究结果表明,研究时段内鄂尔多斯市城镇建设用地、林地和草地面积总体增加,耕地及未利用土地面积减少。区域生态系统服务总价值总体呈上升趋势,从1990年的2312.24亿元上升至2018年的2421.38亿元,增加了4.72%。2000年以后鄂尔多斯市退耕还林、未利用地植被恢复等措施使得生态系统服务价值增加了113.53亿元,同期城镇建设用地扩展占用生态生产用地导致生态系统服务价值减少了91.36亿元,生态建设的积极影响大于城镇建设用地扩展的消极影响。

湟水流域生态系统服务供需匹配关系

生态系统服务供需可以反映出区域生态经济发展协调水平,在空间上量化生态系统服务的供给和需求,识别生态系统服务的供需匹配关系,对区域生态系统可持续管理具有重要意义。湟水流域是西北生态屏障建设的重要组成部分,其生态系统服务供需平衡直接关系到青海东部地区的生态安全,为了识别流域生态系统服务供需匹配状况,综合集成多源数据,运用多种生物物理模型定量评估湟水流域食物生产、产水、土壤保持和碳固定服务,刻画流域内生态系统服务供需格局的空间特征,揭示各项生态系统服务供需的空间聚集模式,生成具有高度连通性的区域,为生态优先保护区划分提供参考。研究表明:(1)湟水流域生态系统服务供给和需求在空间分布上具有高度异质性,除去产水服务,其他三项生态系统服务整体上能够满足流域内部需求,但局部区域仍然呈现明显的赤字特征;(2)不同生态系统服务的供需比差异明显,由高到低依次为是碳固存(0.188)、食物生产(0.114)、土壤保持(0.026)和产水服务(-0.021),各项服务的供需比都具有显著的空间差异;(3)流域内生态系统服务供需的空间错配现象突出,除产水服务外,各项生态系统服务都有“高供给低需求”地区和“低供给高需求”地区,“高供给低需求”区主要分布在流域上游生态基底条件好的区域,“低供给高需求”区集中在流域中下游的河湟谷地;(4)土地利用类型影响生态系统服务供需平衡,流域实现供需平衡需要适度增加林草地比例,控制耕地和城市用地的扩张。研究系统分析了湟水流域生态系统服务供需盈亏状况,可为流域生态系统可持续管理与土地资源配置决策提供科学支撑。

毛乌素沙地油蒿光系统Ⅱ多时间尺度的环境响应特征

中国西北荒漠地区极端天气事件频发,探究荒漠植物适应环境波动的调节过程和机制,可帮助预测未来气候变化背景下荒漠生态系统群落的演替和发展。该研究选取宁夏盐池毛乌素沙地优势物种油蒿(Artemisia ordosica)为研究对象,进行叶绿素荧光的长期原位连续观测。运用小波分析方法探究油蒿光系统Ⅱ(Photosystem Ⅱ,PSⅡ)能量分配参数与光合有效辐射(Photosynthetically Active Radiation,PAR)、空气温度、饱和水汽压差(Vapor Pressure Difference,VPD)和土壤含水率(Soil Water Content,SWC)在多时间尺度上的动态格局。结果表明:日尺度下,PSII能量分配参数滞后PAR 43 min,分别滞后空气温度、VPD和SWC 3.3、4.6和10.72 h(P<0.05),油蒿可能通过叶黄素循环等热耗散机制和改变气孔导度等途径调节PSⅡ能量分配。在季节尺度下,PSII能量分配参数分别滞后于空气温度、VPD和PAR 7.2、8.8和14.7 d,滞后于SWC长达21.6 d(P<0.05),油蒿可能通过提高PSII修复能力、增加特定蛋白数量和叶绿素浓度等方式调节PSII能量分配。油蒿PSII能量分配参数和最大光化学效率的波动符合其物候期规律,最大光化学效率和实际光化学效率在7和8月降低,调节性热耗散和非调节性热耗散增高。5和9月,非调节性热耗散增高且伴随最大光化学效率低值出现。研究认为,不同时间尺度PSⅡ能量分配调控机制存在差异,油蒿通过修复损伤最大光化学效率维持在0.78附近使PSⅡ生理状态恢复正常生理水平,对水分亏缺、极端温度和高辐射有一定适应能力。该研究可为农作物生长实时监测与保护农业生态平衡提供科学参考。

毛乌素沙地沙柳光系统Ⅱ光保护机制和能量分配动态及其影响因子

【目的】通过叶绿素荧光原位连续监测技术,探究毛乌素沙地半干旱区典型固沙造林物种沙柳光系统Ⅱ能量分配及其对环境因子的响应,在日和季节尺度下揭示环境因子对沙柳光系统Ⅱ能量分配的动态影响及其光合生理适应策略特征,以期为研究地区的植被恢复管理和物种选择提供理论指导。【方法】在宁夏盐池毛乌素沙地,对固沙物种沙柳进行整个生长季(5—10月)的叶绿素荧光原位连续监测。采用Kramer光能分配方法计算相关荧光参数,采用分段平均方法对数据进行分组平均,利用线性回归在日和季节尺度分析荧光参数与环境因子关系。【结果】在日尺度,实际光化学效率(ΦPSⅡ)和调节性热耗散(ΦNPQ)与光合有效辐射(PAR)直接相关,受空气温度(Ta)、相对湿度(RH)和饱和水汽压差(VPD)的影响,非调节性热耗散(ΦNO)相对稳定。在季节尺度,生长季前期(5—6月)ΦPSⅡ和ΦNPQ分配相对均匀,ΦNO较高且在1天内稳定,最大光化学效率(Fv/Fm)有低值出现。在生长季中期(7—9月),8月ΦPSⅡ降低且伴随ΦNPQ升高,8—9月ΦNO在1天内波动较大。在生长季末期(10月),ΦPSⅡ最低且ΦNPQ达到最高,ΦNO较高且在1天内稳定,Fv/Fm持续降低。【结论】在日尺度,沙柳光系统Ⅱ能量分配主要由PAR和Ta决定,同时受RH和VPD调控。在季节尺度,沙柳光系统Ⅱ能量分配随物候期而变。沙柳Fv/Fm与日最大光合有效辐射(PARmax)(R2=0.13,P<0.01)、Ta变化幅度(R2=0.16,P<0.01)和土壤含水量(SWC)显著相关(R2=0.19,P<0.01),说明高辐射、极端气温和干旱是限制沙柳光系统Ⅱ光合生理状态的主要环境胁迫因子。沙柳光系统Ⅱ能量分配在日与季节尺度的差异,很可能是由于光系统Ⅱ叶黄素循环等短期光保护机制与叶绿素浓度、比值分配等长期调控机制的差异造成。

毛乌素沙地参考作物蒸散量变化特征与成因分析

根据毛乌素沙地典型站点近60年(1955—2014年)逐日气象数据,利用Penman-Monteith公式计算毛乌素沙地各气象站点参考作物蒸散量(reference crop evapotranspiration,ET_0)及研究区域内整体ET_0。Mann-Kendall趋势检验法和Arc GIS的协同克里格插值法用于分析ET_0时空变化特征,同时,利用敏感性分析方法对ET_0的变化成因进行分析。结果表明:(1)近60年毛乌素沙地ET_0多年平均值为1048.81mm,年际变化呈现缓慢上升趋势。年内变化夏季最高,冬季最低。区域内ET_0空间分布整体呈现自西向东递减趋势。(2)ET_0年变化对风速的敏感程度最大,日照时数和气温次之,相对湿度最小。春、秋两季ET_0变化对日照时数最为敏感;夏、冬两季ET_0变化对相对湿度最为敏感。空间分布上,毛乌素沙地东南部地区为气温敏感系数高值区,西北部地区为相对湿度和日照时数敏感系数高值区,南部为风速敏感系数高值区。(3)通过计算气象因子对ET_0变化的贡献量得出,气温是影响毛乌素沙地ET_0年变化的主导因子。夏季ET_0变化的主导因子是风速;春、秋、冬三季主导因子是气温。空间分布上,毛乌素沙地西南部地区ET_0变化的主导因子为风速,东部地区主导因子为气温。

毛乌素沙地不同下垫面地表凝结水形成过程

水分是制约干旱半干旱地区植物生长的主要因子。土壤凝结水数量虽小,但作为一种持续稳定的水源,对于维持干旱半干旱地区的生态平衡至关重要。为了深入了解下垫面差异对地表凝结水形成过程的影响,于2014年7—8月采用称质量法,在毛乌素沙地使用微渗仪对裸沙地、油蒿林地、沙柳林地的地表凝结水形成进行观测,并对相关气象因子和土壤温度进行同步监测。结果表明:1)地表凝结水形成在日落后即刻开始,而在日出约1 h后停止,3种下垫面地表凝结水形成规律近似;油蒿和沙柳林地的地表凝结水结束时间晚于裸沙地,有助于延长林地隐花植物和微生物对凝结水的吸收时间。2)在观测期(17 d),裸沙地、油蒿林地、沙柳林地的地表凝结水总量依次为3.332、2.382、1.817 mm,裸沙地日均凝结水量显著大于油蒿和沙柳林地(P<0.05),表明灌丛覆盖会改变近地面性质和林内小气候,导致地表凝结水量减少。3)地表凝结水量与空气相对湿度呈极显著正相关关系(P<0.01),与气温呈极显著负相关关系(P<0.01),与风速呈显著负相关关系(P<0.05)。以上研究结果可为毛乌素沙地潜在水资源评估和生态系统管理提供依据。

氮素和水分添加对毛乌素沙地油蒿群落优势植物叶片性状的影响

【目的】通过研究氮素和水分添加对毛乌素沙地油蒿群落优势植物叶片性状的影响,探讨荒漠生态系统中不同功能群植物对环境变化的适应策略,为预测未来环境变化背景下荒漠植物群落的响应提供理论参考。【方法】以宁夏盐池毛乌素沙地典型植被群落油蒿群落为研究对象,通过连续2年(2015—2016)0 kg N ha^(-1) yr^(-1)(N0)60 kgN·ha^(-1) yr^(-1)(N60)氮添加;自然降水(W0),增加20%降水(W20)、增加40%降水(W40)水添加的野外控制试验,测定优势植物种油蒿和赖草叶片的比叶面积(SLA)、碳、氮、磷(C、N、P)含量。【结果】1)氮添加显著增加土壤中的无机氮含量;水添加显著增加土壤含水量;水氮交互作用对土壤无机氮含量、土壤含水量都没有显著影响。而土壤速效磷含量比较稳定,在各处理下均没有表现出显著差异。2)油蒿SLA在氮素和水分添加下显著增加,而交互作用效应不明显;赖草SLA在氮素和水分单独添加下均没有发生显著变化,而水氮交互作用对其存在显著影响。3)氮添加对油蒿和赖草叶片C含量没有显著影响,显著增加了N含量、C∶P、N∶P,降低了P含量和C∶N。水添加对赖草的C、N、P及其化学计量比无显著影响,而显著增加了油蒿叶片N和P含量,降低了C含量、C∶N、C∶P和N∶P。水氮交互作用对油蒿叶片N含量和C∶N有显著影响。【结论】氮素和水分添加对毛乌素沙地油蒿群落优势植物油蒿和赖草叶片性状均有明显影响,氮素对叶片性状的影响比水分添加的影响更为显著。2种不同功能群植物,对氮素和水分添加的响应不同,呈现出不同的适应策略,油蒿的叶片性状对氮素和水分添加的响应较为敏感,趋向于资源快速获取与利用的策略,而赖草表现出较强的稳定性,从而体现出保守的资源利用策略。在未来可能增加的氮沉降和降水情景下,油蒿群落的物种组成可能会由于2种植物不同的资源利用策略变化而发生变化。

毛乌素沙地植被物候动态及其对气象因子变化的响应

【目的】监测沙区区域植被物候,并确定植被物候与气候要素的关系,对理解沙区生态系统对气候变化的动态响应至关重要。【方法】本研究利用1982年1月至2015年12月的归一化差值植被指数(NDVI)时间序列数据,通过高阶曲线拟合的方法提取毛乌素沙地植被物候,包括生长季开始日期、结束日期和长度,分析其时间变化和空间特征,并利用偏相关性分析法确定其与气象因子(气温和降水量)的关系。【结果】毛乌素沙地植被生长季开始日期集中在第96~144天,生长季结束日期集中于第280~300天,生长季长度介于135~195 d。从东到西生长季开始日期逐渐推迟,生长季长度逐渐缩短,生长季结束日期没有明显变化。在过去34年中,毛乌素沙地植被生长季开始日期和长度分别呈现显著提前和延长的趋势,分别为0.54和0.94 d/a,生长季结束日期呈现推迟趋势,但该趋势并不显著。毛乌素沙地植被的生长季开始日期主要受2—4月的平均气温影响,结束日期主要受8—10月的累计降水量的影响。【结论】毛乌素沙地植被物候特征发生了明显变化,主要体现在生长季的提前和延长,这对该区域植被恢复与荒漠化的逆转具有一定的促进作用。

毛乌素沙地生物土壤结皮对油蒿群落土壤酶活性的影响

【目的】通过研究生物土壤结皮对毛乌素沙地油蒿群落土壤酶活性的影响,探究半干旱区不同类型生物土壤结皮对土壤养分周转的作用,为认识生物土壤结皮对沙地植被恢复的影响提供理论参考。【方法】以宁夏盐池毛乌素沙地油蒿灌丛间的裸地、地衣结皮和苔藓结皮为研究对象,分析油蒿灌丛间裸地土壤(0~5 cm)、地衣结皮层和苔藓结皮层(0~1 cm)及其下层土壤(1~5 cm)的土壤理化性质和土壤酶活性的变化特征。【结果】(1)地衣结皮层和苔藓结皮层均显著改善油蒿灌木群落的土壤理化性质,且苔藓结皮层改善作用更为明显。地衣结皮层和苔藓结皮层相比油蒿灌丛间裸地,土壤有机碳含量(SOC)分别提高3.30倍和6.51倍,微生物量碳含量(MBC)分别显著提高2.79倍和6.58倍,微生物量氮含量(MBN)分别显著提高3.49倍和12.73倍,全氮含量(TN)分别提高2.67倍和4.46倍,全磷含量(TP)分别显著提高1.82倍和2.06倍。生物土壤结皮下层土壤与灌丛间裸地相比微生物量氮(MBN)、TN和TP之间无显著差异,MBC显著降低。(2)与油蒿灌丛间裸地相比,地衣结皮层和苔藓结皮层显著提高了土壤转化酶和脲酶活性,其中,地衣结皮层分别提高转化酶和脲酶活性3.58倍和2.80倍。苔藓结皮层显著提高转化酶活性4.23倍。碱性磷酸酶活性则无显著影响。另外,生物土壤结皮层下土壤3种酶活性均无显著提高。(3)土壤理化性质显著影响3种土壤酶活性。SOC、MBC、MBN、TN和TP与土壤转化酶活性呈显著正相关,pH与土壤转化酶活性显著负相关。SOC、MBN和TP与土壤脲酶活性显著正相关。pH与土壤碱性磷酸酶活性显著负相关。【结论】地衣结皮和苔藓结皮均能加速油蒿灌丛土壤碳素周转;氮素周转则主要由地衣结皮调控。另外,仅结皮层能提高油蒿群落养分周转。研究结果表明,生物土壤结皮可以加速油蒿群落间土壤养分的周转和提高土壤质量,促进该区域植被和荒漠生态系统的恢复。

毛乌素沙地风沙土粒径和矿物组成对固定态铵含量的影响

固定态铵是土壤氮素的一种重要形态,对植物生长具有十分重要的作用;然而,风沙土中固定态铵的含量及其影响因素目前并不清楚,限制着对沙地土壤肥力来源及其维持机制的认识。该研究测定了毛乌素沙地裸沙地、沙柳(Salix psammophila)和油蒿(Artemisia ordosica)林地风沙土固定态铵的含量,并分析了土壤粒径及矿物组成对其的影响。结果显示,1)研究区土壤固定态铵平均含量为18.63 mg/kg,占土壤氮库的8.77%,不同植被下土壤中固定态铵含量存在明显差别,油蒿林地土壤固定态铵含量(23.03±1.88 mg/kg)显著高于裸沙地(16.63±0.61 mg/kg)和沙柳林地(16.82±1.25 mg/kg);2)风沙土粒径组成与固定态铵含量显著相关,粒径越细,固定态铵含量越高,粒径越粗,含量越低;3)风沙土矿物组成与固定态铵含量间无显著关系。研究表明,毛乌素沙地风沙土中固定态铵含量取决于土壤物理构成而非矿物化学组成,植被主要通过影响粒径组成而影响其含量。固定态铵是荒漠土壤肥力的重要组成部分,通过合理的植被建设增加土壤细粒物质,有利于提高固定态铵含量,对土地荒漠化治理和生物生产力的提高具有十分重要的意义。

毛乌素沙地4种典型植物叶片凝结水吸收能力及其水分生理响应

【目的】明确毛乌素沙地4种典型植物沙蓬、软毛虫实、刺藜和苦豆子的叶片凝结水吸收能力,阐明植物叶片对凝结水浸润的水分生理响应。【方法】将受试植物置于用高丰度氘水配置的人工标记凝结水环境中,进行凝结水浸润处理,通过比较处理组和对照组植物叶水、根水及根际土壤水的稳定氢同位素丰度变化,确定受试植物叶片是否具有吸水能力,示踪叶片吸收凝结水后,是否将水分转移到植物根系及根际土壤之中;使用露点水势仪、电子天平及气孔计,测定受试植物处理前后的叶水势、叶片含水量和气孔导度变化,了解受试植物对凝结水浸润的水分生理响应。【结果】(1)高丰度氘标记凝结水浸润后,处理组4种受试植物的叶水δ2H(20‰~100‰)均显著高于对照组(−25‰~−15‰),而根水(−45‰~−30‰)及根际土壤水(−50‰~−40‰)则与对照组无显著差异;(2)经过凝结水浸润试验处理,沙蓬的叶水势升高23.81%,叶含水量升高2.94%,气孔导度降低57.40%;软毛虫实的叶含水量升高了2.45%,叶水势和气孔导度无显著变化;刺藜的叶水势升高了21.95%,气孔导度和叶含水量无显著变化;苦豆子的叶水势、叶含水量和气孔导度均无显著变化。【结论】毛乌素沙地4种典型植物叶片均具有凝结水吸收能力,叶片吸收的水分未被发现转移至根部或根际土壤。沙蓬、软毛虫实、刺藜通过叶片吸水显著改善了自身水分生理状态,这可能是其适应沙地严酷水分条件的重要水分利用机制,有助于植物存活,而苦豆子叶片对凝结水浸润无明显响应,不能有效利用叶片吸水改变其水分生理状态。

近25a盐池北部风沙区土地系统变化及空间集聚格局分析

为研究近25 a宁夏盐池北部风沙区土地系统及空间集聚格局变化状况,该文基于1989、1995、2000、2007和2012年土地利用数据,通过构建土地利用转移网络和信息熵测度模型综合分析研究区土地系统时空动态变化特征,同时,采用GIS密度制图法表达其空间集聚格局。研究结果显示:近25 a,盐池北部风沙区土地利用结构发生了剧烈变化,耕地、未利用地面积急剧缩减,林地、草地面积显著扩展;草地、林地、耕地、未利用地之间的转移关系是盐池北部风沙区土地利用转移网络的关键关系,决定着风沙区土地利用变化特征;总体上,土地系统变化过程呈由"平衡型"到"弱平衡型",再到"不平衡型"的演变态势;区域土地利用系统正朝相对有序的状态发展;从空间上看,林地和耕地系统附近为土地利用变化热点区域,且不同时段土地利用变化呈现出不同的空间集聚特征,以1995年为界,1989-1995年期间热点区分布呈东北-西南走向,1995-2012年期间热点区逐步由西部向中东部推移,研究区逐渐形成了以草地和林地为主导的土地利用格局。该研究可为盐池北部风沙区土地利用变化机理研究、土地资源可持续开发利用及沙区人居环境优化提供科学依据。

宁夏盐池县风沙区聚落的人居环境荷载评价

为了解沙区人居环境状况,衡量区域人居环境荷载水平,依据人居环境科学导论,以盐池县北部风沙区的聚落为研究对象,以"人"为核心,从聚落的生产空间、生态空间、生活空间3方面对其人居环境荷载进行评价。结果表明:1)研究区聚落人居环境的生产空间、生态空间均以中等荷载为主,生活空间以低等荷载为主;2)聚落的人居环境荷载可划分为低、中、高3个等级,其分别占区域面积的32.1%,39.7%,28.2%。该研究在一定程度上探明了沙区人居环境荷载能力,研究区高等聚落人居环境荷载面积较少,整体人居环境荷载能力较低,需加强人居环境管理,整体提高聚落人居环境荷载水平,以保障沙区人居环境安全,同时也为当地资源合理配置、沙化治理、水土保持及聚落格局优化提供借鉴意义。

毛乌素沙地黑沙蒿与赖草凋落物混合分解对增温的短期响应

植物凋落物分解过程受环境和生物因素共同调控,而气候变暖如何改变凋落物分解的物种混合效应仍存较大不确定性。采用开顶式增温箱和分解袋相结合的方法,研究增温对毛乌素沙地黑沙蒿、赖草以及两者的混合凋落物分解前150d质量损失和养分释放的影响。结果表明:增温导致赖草凋落物质量、C、N、P、纤维素和木质素残留率分别下降7%,7.6%、12%、8.8%、20%和10%,黑沙蒿凋落物质量、P和木质素残留率分别上升2.2%、2.2%和0.8%,C、N和纤维素残留率分别下降1.1%、2%和2.5%。与单独分解相比,混合凋落物质量、C、P、纤维素和木质素残留率分别上升7.7%、8.2%、4.1%、3.9%和5.9%,N元素残留率下降4.1%,增温导致混合凋落物质量、C、N、P、纤维素和木质素残留率分别上升16.9%、18.8%、11.4%、18.5%、21.5%和21.1%。黑沙蒿和赖草凋落物混合在前期分解过程中产生了拮抗效应,即相比于单种凋落物分解具有更低的质量损失;此外,增温处理下拮抗效应更强。本研究表明,在气候变化和植被恢复背景下,预测毛乌素沙地灌丛生态系统的生物地球化学循环时,应该考虑气候变暖和物种混合的交互因子对凋落物分解的影响。

盐池北部风沙区乡村聚落空间格局演变分析

为科学辨识盐池北部风沙区乡村聚落演变特征及其影响因素,该文基于2005年及2012年土地利用数据提取乡村聚落,运用空间韵律指数、空间统计测度模型、GIS热点制图及地理探测器模型等来定量展现乡村聚落的规模、布局及形态的演变特征,探索自然地形、区位条件及社会经济发展水平因素对乡村聚落格局分异的影响力。研究结果表明:盐池北部风沙区乡村聚落规模整体缩减,集约用地程度提高,斑块形态趋向简单规则发展,聚落分布重心朝东南方向迁移;乡村聚落空间集聚程度进一步加强,分布密度呈"中密外疏"的空间特征;聚落规模"热点"区布局基本未变,而"冷点"区表现出了明显的轮换特征。近8 a期间,乡村聚落分布逐渐向草地、林地靠拢,且远离沙源,乡村聚落的变迁映射出沙区人地关系趋于缓和,人类活动正在以积极的方式逐渐优化沙区的生态人居环境。基于1 km×1 km网格单元进行的地理探测器分析表明研究区乡村聚落空间布局分异主要受区位条件和自然地形的影响,其中区位条件影响作用力最显著,主要表现为离农业灌区距离、离沙源距离、城镇临近度3个指标,而社会经济发展水平对其影响力不显著。该研究可为沙区乡村聚落的空间布局优化与调控、新农村建设规划及沙区聚落人居环境改善提供决策参考。