古尔班通古特沙漠东南部不同类型沙丘土壤水分与地形-植被因子关系

[目的]揭示古尔班通古特沙漠土壤水分的分布规律及其与地形—植被因子的关系，对制定相应的防风固沙措施以及建立科学合理的植物固沙模式有积极的指导作用。[方法]以古尔班通古特沙漠东南部地区3种不同类型沙丘(固定、半固定和流动沙丘)为研究对象，利用方差分析和冗余分析等方法对3种不同类型沙丘上4种微地貌类型(迎风坡、背风坡、丘顶、丘底)不同深度土壤水分(0—40 cm, 40—200 cm, 200—300 cm)分布特征及其与地形—植被因子之间的关系进行综合分析。[结果](1)所有类型沙丘上0—300 cm土壤水分的波动程度随深度的增加逐渐减小，表层土壤水分的波动程度大于中层和深层。(2)所有类型沙丘不同深度的土壤水分有显著的差异，且背风坡、丘底和迎风坡3种微地貌类型上土壤水分相对较为集中。(3)地形—植被因子对研究区绝大多数(半)固定沙丘的土壤水分呈负相关关系，对(半)固定沙丘不同深度土壤水分影响较流动沙丘更为明显。[结论]所有类型沙丘上的土壤水分受地形因子的影响较植被因子强，而且影响不同类型沙丘土壤水分的主要地形—植被因子也不同。     

古尔班通古特沙漠南缘固定沙丘土壤水分时空变化特征

土壤水分是维系古尔班通古特沙漠荒漠植被发育最主要的制约因子。为了研究古尔班通古特沙漠南缘固定沙丘土壤水分特征,于2012年12月4日至2013年11月4日,采用中子仪法对0~400cm沙层土壤含水率进行了原位观测,分析了沙丘不同部位土壤含水率的时空变化及不同发育阶段梭梭对其根区土壤含水率的影响。结果表明:(1)0~40 cm土层为土壤水分活跃层,40~200 cm土层为土壤水分次活跃层,200 cm以下土层为土壤水分相对稳定层;(2)西坡、坡顶和东坡的土壤含水率差异不显著,丘间地土壤含水率与西坡、坡顶和东坡均存在极显著性差异,且丘间地土壤含水率相对较高;(3)3—5月是土壤水分补给期,6—10月是土壤水分耗损期,11月—翌年2月是土壤水分稳定期;(4)不同发育阶段梭梭根区土壤含水率秋季均显著低于春、夏两季,壮年阶段梭梭根区土壤含水率各季都较低,青年阶段梭梭根区土壤含水率各季相差较大,壮年阶段梭梭和青年阶段梭梭根区土壤含水率春、夏季均存在显著性差异。     

古尔班通古特沙漠南缘丘间地土壤水分特征曲线及模拟

为研究干旱荒漠地区土壤水分特征的变化规律并探讨土壤水分特征曲线拟合模型的适宜性,以古尔班通古特沙漠南缘丘间地为研究对象,应用压力膜仪测定了丘间地剖面各土层(0—150cm)的土壤水分特征曲线,结合土壤容重、颗粒分布及饱和含水率等性质,分析了丘间地不同土层水分特征和孔隙大小的分布状况,明确了Gardner模型和van Genuchten模型拟合的适用性。结果表明:(1)丘间地剖面砂质土壤释水量伴随吸力呈规律性变化,低吸力段(0~100kPa)各土层水分特征曲线走势陡直,释水性强;中高吸力段(100~1 500kPa)曲线趋于平缓,持水性强。水分曲线特征与其物理性质一致,各土层物理性质差异较小,曲线的差异也较小。(2)丘间地剖面各土层大孔隙由上到下不断增加且20—40cm土层的小孔隙最多,有助于春季积雪融化迅速入渗到土壤里贮存,对植物吸收利用水分有重大意义。(3)两模型都能很好地拟合丘间地的土壤水分特征曲线,VG模型的拟合效果优于G模型,但G模型形式简单、参数少且易于求解,更便于实际应用。     

古尔班通古特沙漠南缘近10年NDVI变化趋势与气象因子的关系

根据2000—2009年MODIS数据及相应地区的气象数据,对古尔班通古特沙漠南缘近10a的植被指数（NDVI）与气象因子之间的关系进行了分析。结果表明,研究区近10a年均温、降水量和NDVI总体呈上升趋势;NDVI的月变化呈弱双峰型,最大峰值出现在5月,次峰值出现在8月,最小值在2月;变标度极差分析结果表明,研究区未来全年和各季平均气温、降水及NDVI将继续上升,NDVI与同期的气温、降水的变化趋势相吻合。     

古尔班通古特沙漠南缘土壤风蚀与其抑制因子的空间变异性

对面积约0.15 km2的古尔班通古特沙漠南缘土壤风蚀强度与其抑制因子进行取样检测,应用地统计学方法对取得数据进行了半方差函数分析.结果表明:该研究区土壤风蚀强度与其抑制因子(植被盖度、土壤含水量)的实测数据均服从正态分布,其中植被盖度变异函数曲线的理论模型符合指数模型,而土壤含水量和土壤风蚀强度指数变异函数曲线的理论模型符合球状模型.通过对2009年5月监测资料的分析,得出试验区植被盖度、土壤含水量、土壤风蚀强度指数在空间上存在显著的变异性,土壤风蚀强度与其抑制因子之间存在着较强的负相关性.即土壤风蚀强度指数随着植被盖度和土壤含水量的增大(或减小)有减小(或增大)的趋势,因此土壤风蚀强度对植被盖度和土壤含水量具有较强的空间依赖性.在风力空间差异不大的小尺度范围内,干旱区土壤风蚀强度的大小主要取决于植被盖度和土壤含水量的大小.植被盖度与土壤湿度则是抑制土壤风蚀的主要因子,也是保持古尔班通古特沙漠南缘沙面稳定的主导因子.     

小流域地形因子影响下的土壤水分空间变异性研究

在黄土高原丘陵区,了解土壤水分的空间分布对植被恢复空间布局具有重要意义。以黄土丘陵区纸坊沟小流域为研究区,以DEM为基础,通过采集土壤水分样本,利用薄板光滑样条函数插值方法,对各地形因子对土壤水分空间变异性的影响与趋势进行研究。结果表明：（1）利用薄板光滑样条函数法所生成的具有规则栅格的土壤水分空间数据,使离散而不规则的土壤性质数据功能得到了扩展,而且能更清楚地表现地形因子对土壤水分的影响;（2）与克立格法相比,样条函数法比克立格法插值精度可提高2倍,更能准确和清晰地表现土壤水分随地形的变化特征。     

东北黑土区坡耕地地形因子对土壤水分和容重的影响

以东北黑土区典型坡耕地——海伦市光荣小流域为研究区域,通过田间采集土样,并结合GIS空间分析、常规统计学和地统计学方法,研究了区域坡耕地地形因子对土壤水分和容重的影响。结果表明,坡度对两者的影响最大;高程和坡位的相关性也达显著水平;坡向影响则不显著。坡度表现为与两者均呈显著负相关,高程和坡位则对土壤水分的影响达显著水平,坡向对两者的影响均不显著。地统计学分析结果认为,土壤水分、容重分别为中等程度自相关和强自相关。坡度对土壤水分和容重的影响大于其它地形因子,同时对研究区域的水土流失具有较大的影响。     

晋西黄土区基于地形因子的土壤水分分异规律研究

以山西省吉县蔡家川小流域典型梁峁坡面为研究对象,在研究区共布设313个土壤水分监测点,用TDR测定土壤(0~30cm,30~60cm)水分,经克立格(kriging)插值得到了研究区土壤水分分布图,并与基于数字高程模型(DEM)提取的研究区域坡向、坡度、高程3个地形因子分布图叠加,生成土壤水分与地形因子相对应的数据库,用以分析坡面尺度地形因子对土壤水分的影响情况及基于地形因子的土壤水分分异规律。通过主成分分析得出:地形因子对土壤水分影响的次序依次为坡向>高程>坡度。通过对坡向和坡度聚类分析得出:影响土壤水分分异的坡向可分为两类,即292.5°~360°(0°)~112.5°(阴坡),112.5°~292.5°(阳坡);影响土壤水分分异的坡度分为:5°~20°,20°~35°两类。依据坡度和坡向的分类结果,分别拟合土壤水分和地形因子的函数关系,求出不同坡度、坡向土壤水分的关系系数:若假定坡度为5°~20°、坡向为阴坡时,土壤水分关系系数为1,则坡度为5°~20°、坡向为时阳坡时土壤水分关系系数为0.99,坡度20°~35°、坡向为阴坡时土壤水分关系系数是0.82,坡度20°~35°、坡向为阳坡时土壤水分关系系数为0.8。     

基于随机森林方法研究鄱阳湖典型洲滩植被群落分布与表层土壤因子耦合关系

准确识别湿地植被与土壤的相互作用是湿地恢复和保护的重要前提。水文情势是影响鄱阳湖地区植被分布的关键因子,而植被分布格局则会对湿地土壤养分累积与赋存形态产生影响。本文利用优化的随机森林(Random Forests)算法,基于多环境变量预测了鄱阳湖典型低滩植物(虉草,Phalaris arundinacea Linn)和高滩植物(南荻,Triarrhena lutarioriparia L. Liu)的分布,进而分析这两种植被表层土壤养分累积差异。结果表明:随机森林模型对虉草和南荻预测的精度分别达到了89.6%和89.3%。模型给出了土壤因子的重要性排序。按土壤因子与虉草分布的密切相关程度,重要性依次为全钾、氨氮、有机质、含水率、全氮、有效磷、全磷、pH和硝态氮;按土壤因子与南荻分布的密切相关程度,重要性依次为全钾、pH、有机质、全氮、全磷、硝态氮、氨氮、含水率和有效磷。从植被分布与土壤因子的偏依赖图中可得出,南荻分布区较虉草分布区土壤酸性更强;虉草分布与土壤全氮、氨氮含量呈负相关关系,南荻分布则与土壤全氮含量呈正相关关系,而与氨氮关系不显著;虉草分布与土壤全磷含量正相关,而南荻则与全磷...     

降尺度土壤水分信息与植被生长参量的时空关系

土壤水分是重要的水文参量,多源遥感数据协同反演土壤水分是今后的发展方向。整合被动微波和光学数据,可有效发挥其各自的时空分辨率优势。该文以官厅水库库区及周边区域为研究区,选取该区域2010年全年AMSR-E土壤水分产品与MODIS数据,利用归一化植被指数NDVI,地表温度Ts和反照率Albedo,采用多元回归的方法,将空间分辨率为25?km的AMSR-E土壤水分数据进行分解,得到周期为16?d的1?km平均表层土壤水分的时间序列数据。并结合土地利用类型和热带降雨测量卫星TRMM累积降雨量产品,选择Spearman和Pearson相关系数,分析了植被生长期和全年两个时间段,不同地物类型下土壤水分与植被指数、累积降雨量等植被生长参量之间的关系。结论表明在非人工灌溉区,土壤水分与累积降雨量相关性明显。在人工灌溉区,土壤水分的变化与降雨量存在变化的不一致性。同时研究证明了表层土壤水分变化的植被滞后响应,这种滞后性与植被对根区土壤水分的延后反应相关,且不同植被类型的滞后时间不同。     

古尔班通古特沙漠南缘梭梭固沙林土壤粒度的分异规律

[目的]分析梭梭林地的防风固沙效果,为当地的沙漠化防治提供基本的资料,为生态建设提供可靠的依据。[方法]以古尔班通古特沙漠南缘莫索湾地区的梭梭(Haloxylon ammodendron)林地为研究区,按照距离沙源远近,分别选取了4种典型的梭梭样地,进行土壤样品采集,分析其粒径分布特征。[结果]位于沙源处的梭梭林由于沙尘来自古尔班通古特沙漠,沙源均一性以及分选性良好。土壤粒径主要受植被盖度的影响,使得沙地表层细粒成分增加;在一定的植被覆盖下,随着沙源距离的增大,表层土壤平均粒径依次减小,主要是因为植被拦截沙尘物质,使得表层土壤粒径产生差异;表层土壤平均粒径相对于下层呈增大趋势,且距离沙源越近变化幅度越大,但是土壤粒径峰度、偏度差异不大。[结论]表层土壤粒度特征存在差异反映了各梭梭林在不同的植被覆盖下风沙活动强度对其的影响,自然植被带与人工梭梭林能够有效拦截和固定大量的风蚀物质,但由于自然植被生长状况不如人工林,在植被大量衰退和强风蚀作用下对风沙的拦截作用较弱,因此,在自然植被带外围人工造林对当地风沙的阻挡作用起到至关重要的作用。     

流沙地表层土壤化学性质对免灌造林的响应——以古尔班通古特沙漠明渠防护林为例

[目的]在免灌造林措施下,研究不同种植年限梭梭林下土壤化学性质的变化,为防护林生态工程建设提供理论依据。[方法]对古尔班通古特沙漠明渠无灌溉条件下防护林地表层的土壤化学性质进行测定,分析林地土壤的结皮层、0—10cm层,10—20cm层土壤盐分和养分的动态变化规律。[结果]建立梭梭防护林后土壤的pH值和全盐量均高于流沙地,土壤碱化趋势比较明显;随种植年限的增加,各层土壤pH值和全盐量均表现出先增加后减小的趋势,8大离子的含量呈增加的趋势,土壤pH值、全盐量和8大离子由表层向下递减。随种植年限的增加,各层土壤有机质含量先增加后缓慢减小,土壤全N,P和速效P,K呈现总体增加,全K呈减小的趋势,速效N呈先增加后减小的趋势,同样有向下骤减的趋势。[结论]防护林建设有利于风沙土的发育,土壤质量状况逐年改善。     

塔克拉玛干沙漠夏季保墒措施对沙拐枣幼林土壤水分及林木生长的影响

基于塔克拉玛干沙漠腹地田间试验,对比分析了不同保墒措施对沙拐枣林地土壤水分和生长的影响.结果表明:(1)保墒措施对土壤水分垂直分布的影响明显,虽然灌溉初期处理间差异不大,但在灌溉周期末差异较大;覆膜、覆沙、蒸发抑制剂(Guilspare(R))分别提高了0-20 cm,30-60 cm和20-40 cm的土壤含水量.(2)保墒措施对灌溉周期内沙拐枣清晨水势和午后水势均有显著影响,不同处理的清晨水势大小顺序为:地膜＞覆沙＞蒸发抑制剂＞对照(CK);蒸发抑制剂处理的午后水势却大于地膜.(3)与对照相比,保墒措施下沙拐枣的水分环境得到了较大改善,地膜和覆沙处理下沙拐枣生长状况较好,蒸发抑制剂处理的长势较差.     

古尔班通古特沙漠工程防护体系内土壤水分变化规律

古尔班通古特沙漠位于准噶尔盆地腹地,是我国最大的固定与半固定沙漠。近年来在沙漠腹地进行的一系列工程建设项目,不可避免地造成对地表的扰动,并直接影响土壤水分状况。通过对工程防护体系内典型部位和原始沙面的土壤水分进行系统监测,得到土壤水分变化规律。研究结果表明,工程防护体系内土壤含水率整体高于原始沙面的土壤水分。土壤水分含量的季节变化表现为3～4月的补给期、5～7月的失水期、8～10月的弱失水期和11～2月的冻结滞水期。其垂直分布可分为表层30cm的活跃层、30～60cm的过渡层和60cm以下的稳定层。防护体系内坡向和坡度对土壤水分有显著的影响,阴坡明显高于阳坡,陡坡又低于缓坡。     

刺槐林地土壤水分与林下植物群落生物量的关系

通过样地调查,对比研究了不同林龄刺槐林地和撂荒地土壤水分年际变化特征及样地生物量特征。结果表明,刺槐林地土壤水分含量及储水量随林龄增长降低,过熟林的剖面含水率接近凋萎湿度;0—140 cm土层生长季土壤水分变异系数遵循过熟林>成熟林>幼龄林>撂荒地的规律,而140—500 cm土层则基本与上述规律相反。成过熟刺槐林下植物群落地上部生物量略高于撂荒地,土壤水分与地上部生物量仅存在微弱的负相关关系。说明刺槐生长虽然消耗了大量土壤储水,但未显著降低林下植物群落的生产力。研究表明,将刺槐作为先锋树种用于黄土高原森林草原区的植被恢复有助于迅速形成植被覆盖,发挥刺槐林的水土保持功能。同时,林下植物群落的健康发育可以保证刺槐衰退后的生态系统持续稳定地发挥其生态功能。     

Microalgal species variation at different successional stages in biological soil crusts of the Gurbantunggut Desert,Northwestern China

Biological soil crusts (BSC), most notably lichen crusts, develop and diversify in the Gurbantunggut Desert, the largest fixed and semi-fixed desert in China. Four different successional stages of BSC, including bare sand, microalgal crusts, lichen crusts, and moss crusts, were selected to determine successional changes in microalgal species composition and biomass and formation of BSC. A 10 × 10-m observation plot was established in an interdune region of the Gurbantunggut Desert and data were collected over an 8-year study period. The main results were: (1) different successional stages of BSC significantly affected the content of soil organic C and total and available N but not the total and available P and K content of soil; (2) composition of microalgal communities differed among the four successional stages; (3) significant differences in microalgal biomass were observed among the four successional stages; (4) bare sand was mainly uncompacted sand gains; (5) filamentous cyanobacteria, particularly Microcoleus vaginatus, were the dominant species in the early phase of crust succession. The presence of fungal mycelium and moss rhizoids prevented water and wind erosion.     

古尔班通古特沙漠西南缘柽柳沙包土壤粒度分布特征

柽柳(Tamarix chinensis)沙包是古尔班通古特沙漠地区特殊的生物地貌景观,对维持区域生态环境稳定具有重要作用.采用野外调查与室内分析相结合的方法,对古尔班通古特沙漠西南缘柽柳沙包0—500 cm层土壤粒度特征进行分析.结果表明:(1)该地区柽柳沙包土壤粒度组成以细粒物质为主,其中粉粒含量最高,其次为极细沙...