荒漠人工植被区浅层土壤水分空间变化特征分析

研究土壤水分的空间变异及时间动态特征有助于在水文过程与生态格局之间建立定量的联系,由于土壤水分对整个地球系统的重要性,它的时间和空间变化日益引起水文界的广泛关注。干旱荒漠区年降水量稀少,土壤水分在整个生物过程中的作用就显得尤为重要。试验于2005年4月到10月在中国科学院沙坡头沙漠试验研究站人工植被区进行,主要观测1956年植被区表层（0—15 cm）和亚表层（15—30 cm）土壤水分的空间格局与动态分布及其相关影响因素。结果表明:人工植被区表层土壤水分含量明显高于亚表层,其空间变异程度为中等,空间分布的时间差异性显著;降雨是引起干旱沙地表层土壤水分空间变异的决定因素,植物根系是引起亚表层水分空间变异的重要因素。从不同微地形来看,土壤水分含量值表现为丘间低地＞背风坡＞迎风坡,变异程度丘间低地小于迎风坡和背风坡;地形是决定背风坡表层和亚表层以及迎风坡亚表层土壤水分空间分布的主要因素,而迎风坡表层土壤水分变化受风力等环境因子的影响较大。     

沙坡头地区地形对凝结水形成特征的影响

以沙坡头地区经草方格沙障固定的典型流动沙丘作为研究对象,采用PVC管手动称重法和布板法（CPM—Cloth-Plate Method）对该区不同地形位置凝结水的形成特征进行了研究。结果表明：地形作用下凝结水的形成量和形成间期均表现为中等空间异质性;不同坡向凝结水形成量符合经典的水汽对流模型,丘间低地凝结水形成量最高,迎风坡凝结水形成量高于背风坡,具体表现为：丘间低地>西面向坡>北面向坡>丘顶>南面向坡>东面向坡;同一坡向不同坡位处凝结水形成量表现为：坡脚>坡中>坡顶;坡度与凝结水形成量呈负的线性相关关系,随着坡度的增加,凝结水形成量逐渐减少,垂直坡面上凝结水形成量仅为水平面的一半。这说明地形是影响干旱区凝结水形成特征的重要因子。     

科尔沁不同类型沙地土壤水分在降水后的空间变异特征

采用地统计学的方法,研究了科尔沁沙地受轻度干扰的沙质草场、禁牧半流动沙地和受重度干扰的丘间低地在降水后的土壤含水量空间变异性。结果表明,土壤含水量变异幅度是丘间低地>半流动沙地>沙质草场。半流动沙地和丘间低地的表层与亚表层土壤水分空间结构差异较小,但土壤水分空间变异性都要高于沙质草场表层。沙质草场表层与亚表层空间结构差异明显,两层土壤含水量变程分别为181.80 m4、.55 m,分维数为1.91、1.99,表层变异性小,亚表层变异性大。半流动沙地表层、亚表层的土壤含水量由随机因素引起的空间变异性,分别占各自总空间变异性的50%和48%,主要表现在1 m以下的小尺度范围内。丘间洼地两层土壤含水量变异特征差异较小,空间变异性大,土壤水分空间格局图表现出由洼地中心向四周递减的分布趋势,但存在一定的尺度范围。由于自然环境的改变和人类活动的干扰,影响着沙地植被、地形小尺度分布格局在大尺度上的配置格局,降水后的沙地土壤水分格局也发生相应的变化,而地形状况、植被条件和小尺度的人为局部干扰在该变化中有着深远的影响。     

土壤水分对流动沙丘迎风坡与丘间低地过渡带植被入侵的制约

在半干旱沙区植物天然更新过程中,种子萌发、幼苗出土是植物种群维持和实现更新的关键阶段。通常认为,在这一阶段,土壤水分和土壤种子库是主要制约因素。分别对流动沙丘迎风坡与丘间低地过渡带的出土幼苗密度与土壤种子库密度和土壤水分进行二元相关分析。结果表明,生长季的出土幼苗密度与土壤种子库密度的相关性未达到显著水平（P>0.05）;出土幼苗密度与土壤水分呈显著正相关（P<0.05）,而且,幼苗密度随土壤水分呈对数增加。这说明,在植被入侵流动沙丘迎风坡与丘间低地过渡带裸沙的过程中,土壤水分是主要的制约因素,而土壤种子库的制约作用则没有表现出来,植被自然恢复更多地依赖于从沙丘附近植物群落传播来的种子。     

科尔沁沙地土壤呼吸空间分布及其变化特征研究

利用LI-6400便携式光合作用测量系统和LI-6400-09土壤呼吸室,对不同地形和不同植被条件下土壤呼吸速率及其影响因子进行测定。结果表明：科尔沁沙地土壤呼吸速率日变化均表现出上午逐渐增大,下午逐渐减小、凌晨最小的趋势。沙地土壤呼吸变化具有明显的空间异质性,土壤呼吸由大到小变化依次为：背风坡（1.95±0.21 μmolCO2·m-2·s-1）>坡顶（1.05±0.14 μmolCO2·m-2·s-1）>迎风坡（0.74±0.08 μmolCO2·m-2·s-1）>丘间低地（0.62±0.09 μmolCO2·m-2·s-1）。沙地土壤呼吸与植物生长条件具有密切关系,狗尾草（0.86±0.11 μmolCO2·m-2·s-1）>小叶锦鸡儿（0.69±0.06 μmolCO2·m-2·s-1）。土壤呼吸日变化速率与空气温度呈正相关,与空气相对湿度呈负相关关系,并且与土壤温度呈指数相关。沙丘内部不同地形、植被的[WTBX]Q10[WTBZ]差异不大。     

毛乌素沙地南缘不同活性沙丘土壤水分时空变化

以毛乌素沙地南缘风沙活动区典型的不同活性沙丘(流动沙丘、半流动沙丘、固定沙丘)为研究对象,于2011、2012年4-10月,每月2次,利用烘干法对3种沙丘迎风坡、丘顶、背风坡底部的0~100 cm深度土壤水分进行定位监测,分析了3种沙丘土壤水分时空变化特征。结果表明:土壤水分含量总体表现为固定沙丘>半流动沙丘>流动沙丘。3种沙丘平均土壤水分含量大体上都表现为秋季 >春季 >夏季。3种沙丘背风坡底部土壤水分含量最高,其次是迎风坡,丘顶最低,且迎风坡和丘顶两年平均土壤水分含量差距不大。表层0~10 cm土壤水分含量季节之间差异最大,随深度增加,土壤水分季节变异系数减小。沙丘各部位土壤水分含量垂直变异系数总体变化趋势为从春季到夏季增加,从夏季到秋季减小。土壤水分含量在0~100 cm的垂直变异系数与土壤水分含量为负相关关系,水分含量越高,土壤水分在0~100 cm之间的变化幅度越小。研究区3种沙丘土壤含水量变化水分可分为4个时期:4-5月为春季缓慢积累期,6-8月为夏季消耗期,9-11月为秋季积累期,12月到次年3月为冬季稳定期。总体上,天然植被对水分的涵养效果大于其消耗,本区降水可以维持不同活性沙丘的天然植被生长。     

科尔沁沙地沙丘水分深层渗漏量和侧向运移量

沙丘水分的深层渗漏和侧向运移与深层土壤水、地下水及相邻丘间低地的水分状况密切关联。以科尔沁沙地典型流动沙丘迎风坡坡底，迎风坡坡中、坡顶、背风坡坡中和背风坡坡底监测点为例，采用自制的水分渗漏量及侧向运移量的监测装置，测定了科尔沁沙地流动沙丘各坡位入渗到0~100 cm土层雨水沿坡面的侧向运移量及入渗到100 cm以下的深层渗漏量。结果表明：生长季（5—10月）流动沙丘坡顶、迎风坡坡中、背风坡坡中、背风坡坡底处累积深层渗漏量分别为44.46、78.65、61.84、147.6 mm，分别占同期降雨量的17.03%、30.12%、23.68%、56.53%；迎风坡坡中、背风坡坡中、背风坡坡底处的累积侧向运移量分别为32.35、96.47、82.59 mm，分别占同期降雨量的12.39%、36.95%、31.63%。迎风坡坡中（P<0.01）和坡顶（P<0.05）的月深层渗漏量与月降雨量均显著正相关；背风坡坡中（P<0.01）和背风坡坡底（P<0.05）的月侧向运移量与降雨量均显著正相关。     

科尔沁沙地流动沙丘掘穴蚁（Formica cunicularia）筑丘活动及其对土壤的作用

 以科尔沁沙地典型流动沙丘作为研究对象,通过调查不同坡度地形上掘穴蚁的蚁丘直径、密度和盖度分布,讨论了不同坡度地形对掘穴蚁筑丘活动的影响,并分析了掘穴蚁筑丘对不同坡度地形土壤的作用。结果表明,迎风坡和背风坡的坡底、坡中及丘顶对蚁丘直径、密度和盖度分布影响明显,其中蚁丘直径迎风坡坡中显著小于其他坡度地形（P<0.05）;密度和盖度分布顺序均表现为:丘顶>坡中>坡底。掘穴蚁筑丘改变了土壤性状,导致土壤含水量升高,pH值变小而电导率变大,有机质和全氮含量增加;微地貌条件下,蚁丘含水量和全氮含量迎风坡坡底较高,而蚁丘有机质含量背风坡坡底较高,但蚁丘土壤pH值和电导率丘顶较小。整个流动沙丘土壤基质均比较疏松,流动沙丘微环境易受风力作用而改变,从而影响掘穴蚁的筑丘活动分布,但不同坡度地形间蚁丘分布差异基本上均没有达到显著水平（P>0.05）。     

沙坡头流动沙丘固沙植物引种栽培卅五年

通过对沙坡头流动沙丘35年来不灌溉条件下引种栽植固沙植物工作的回顾提出:(1)固沙植物选择的原则:国外引种需在温带范围内的沙地,能忍受-25℃的低温。国内引种应在半荒漠、荒漠区内,年雨量在300mm以下的沙地。不采用任何乔木和湿生系列的种。既要选择先锋种又要有演替中期种。能适于流动沙丘迎风坡混交或背风坡栽植。(2)引种固沙植物成功的标准:成活率较高,在70％以上。生长迅速,能在数年内起固沙作用并能开花、结果。寿命较长,在10年以上。能在迎风坡形成人工植被或在背风坡起固沙作用。最好能天然更新。     

腾格里沙漠东南缘固沙灌丛林土壤理化性质及分形维数

以腾格里沙漠固沙灌丛林为研究对象,选择大、中、小沙丘的迎风坡、丘顶和背风坡为研究样地,调查不同沙丘微地形土壤理化性质和土壤粒径分布的分形特征,阐明沙丘大小和微地形差异对固沙灌丛林土壤理化性质和土壤分形维数分布的影响规律.结果表明:(1)土壤含水率和全碳含量均表现为背风坡中部显著高于丘顶;土壤容重表现为迎风坡中部、丘顶和...     

不同坡向梭梭幼苗的生长状况和适应特征

以古尔班通古特沙漠南缘一年生梭梭移栽苗为研究对象,对梭梭幼苗的地上部分生长状况、蒸腾速率日变化趋势以及根系形态进行了调查,探讨不同坡向梭梭幼苗的生长和适应特征。结果表明,平地、阴坡和阳坡表层0~30 cm土壤含水量无显著差异,40~100 cm土壤含水量阳坡<阴坡<平地。梭梭幼苗同化枝生长速率和含水量均表现为阳坡<阴坡<平地,其生长速率和含水量可能与根层土壤含水量高低有关。不同坡向梭梭幼苗蒸腾速率日变化均呈“单峰型”,12:00-16:00阳坡梭梭幼苗蒸腾速率显著高于阴坡与平地。 阳坡梭梭幼苗主根不发达,侧根较多但较短;平地和阴坡梭梭幼苗根系主根发达,以单根为主。这反映出根系对相应生境下土壤水分的适应特征。     

Vertical distribution of soil moisture and surface sandy soil wind erosion for different types of sand dune on the southeastern margin of the Mu Us Sandy Land, China

Soil moisture is a critical state affecting a variety of land surface and subsurface processes. We report investigation results of the factors controlling vertical variation of soil moisture and sand transport rate of three types of dunes on the southeastern margin of the Mu Us Sandy Land. Samples were taken from holes drilled to a depth of 4 m at different topographic sites on the dunes, and were analyzed for soil moisture, grain-size distribution and surface sediment discharge. The results show that: (1) The average soil moisture varies in different types of dunes, with the following sequences ordered from highest to lowest: in the shrubs-covered dunes and the trees-covered dunes the sequence is from inter-dunes lowland to windward slope to leeward slope. The average moisture in the bare-migratory sand dunes is sequenced from inter-dunes lowland to leeward slope to windward slope. (2) Vegetation form and surface coverage affect the range of soil moisture of different types of dunes in the same topographic position. The coefficient of variation of soil moisture for shrubs-covered dunes is higher than that of other types of dune. (3) The effect of shrubs on dune soil moisture is explained in terms of the greater ability of shrubs to trap fine-grained atmospheric dust and hold moisture. (4) The estimated sand transport rates over sand dunes with sparse shrubs are less than those over bare-migratory dunes or sand dunes with sparse trees, indicating that shrubs are more effective in inhibiting wind erosion in the sandy land area.     

Species diversity and its relation with soil factors under different site conditions in a desert-oasis ecotone

Vegetation and soil surveys were conducted under different site conditions in 2007–2011 to study species diversity using richness, evenness and diversity indices, in the middle portion of the Heihe River Basin. The relationship between species distribution and soil environmental factors was also studied by Canonical Correspondence Analysis (CCA). Results show that vegetation coverage and species diversity were the highest in the interdune lowland, and the lowest in the mobile dune. Results of the Hill’s index (diversity ordering) shows that species diversity is reduced along decreasing soil water content, and the order of species diversity was interdune lowland, flat slope, fixed dune, semifixed dune and mobile dune. The influence degree of soil factors on vegetation distribution was soil water content > pH > total K > organic matter > available N > total N > available K > total P > saline content > available P. Soil water content and pH were important factors significantly affecting spatial distribution difference of vegetation, the environmental explanation was 98%.     

古尔班通古特沙漠地区短命植物土壤种子库研究

采用野外定点取样和室内萌发相结合的试验方法,研究了短命植物在沙丘不同部位的空间分布、萌发状况、密度、物种多样性及土壤种子库生物多样性与地上植物多样性的关系。结果表明:短命植物种子主要集中分布于地表0~5 cm土壤中,5 cm以下土壤中极少存在有活力的种子;沙丘间及沙丘不同部位的种子库密度大小不同,密度自坡底随高度增加逐渐减少,坡底、坡中部及坡顶部密度分别为124粒/m2、91粒/m2、66粒/m2。迎风坡种子库密度比背风坡面少,迎风坡种子库平均密度为81粒/m2,而背风坡种子库平均密度为100粒/m2;短命植物种子在4月上旬达到萌发高峰,沙丘不同部位物种多样性存在差异,土壤种子库和地上植被存在较高的相似性,此外短命植物在沙丘不同部位的分布存在较高的空间异质性。