Effects of shrubs and precipitation on spatial-temporal variability of soil temperature in microhabitats induced by desert shrubs

Soil temperatures at 0, 5, 10 and 20 cm depths were monitored continuously at different microhabitats (beneath shrub canopy (BSC); bare intershrub spaces (BIS)) induced by xerophytic shrub (Caragana korshinskii Kom.) canopy, respectively. We mainly aimed to assess the effects of shrub canopy and precipitation on the spatial-temporal variability of soil temperature. Results indicate that both precipitation and vegetation canopy significantly affect soil temperature. In clear days, soil temperatures within the BSC area were significantly lower than in the BIS at the same soil depth due to shading effects of shrub canopy. Diurnal variations of soil temperature show a unimodal sinusoidal curve. The amplitude of soil temperature tended to decrease and a hysteresis of diurnal maximum soil temperature existed at deeper soil layers. Vertical fluctuations of soil temperature displayed four typical curves. In the nighttime (approximately from sunset to sunrise), surface temperature within the BSC area was higher than in the BIS. In rainy days, however, soil temperatures were affected mainly by precipitation and the shrub canopy had a negligible effect on soil temperature, and little difference in soil temperature at the same soil depth was found between the BSC area and in the BIS. Diurnal variations in soil temperature decreased exclusively as rainfall continued and the vertical fluctuations of soil temperature show an increased tendency with increasing soil depth.     

高寒河谷灌丛冠层降雨再分配特征及影响因素

通过植被冠层的降雨被分割成冠层截留、穿透雨和树干茎流3个部分,这个过程（冠层降雨再分配）是高寒河谷灌丛生态演变的关键驱动因子之一,对于认识高寒河谷灌丛的水文循环过程及水分收支规律也具有重要意义。选取青海湖流域最重要的河谷灌丛--具鳞水柏枝作为研究对象,通过野外定点观测,深入分析了冠层降雨再分配特征及影响因素\.结果显示:①穿透雨量、树干茎流量、冠层截留量占同期降雨量的比例平均为48.40%、4.04%和47.56%,并在不同降雨量等级之间存在显著差异;②冠层降雨再分配各组成要素（穿透雨、树干茎流、冠层截留）与降雨特征参数存在高度相关性,伴随降雨量和降雨历时的增加,穿透雨量、树干茎流量、冠层截留量占同期降雨量的比例均逐渐趋于稳定,极限稳定值分别介于60.45%～61.07%、6.45%～7.42%、33.11%～34.17%;③产生穿透雨和树干茎流的临界降雨量分别为1.10 mm和1.87 mm,表明2 mm以下的降雨对土壤水分的补给基本没有贡献。因此,高寒河谷灌丛冠层降雨再分配与其他林木类型存在明显差异,需要深入研究其内在机制及水分利用规律。     

干旱荒漠区绿洲边缘典型固沙灌木的降水截留特征

在民勤绿洲边缘,降水对维持固沙灌木持续稳定发挥固沙功能具有重要作用。本文选择民勤绿洲边缘3种主要固沙灌木为研究对象,观测了降雨条件下降水穿透量和冠层截留量,分析了降水穿透量和冠层截留量与降雨量之间的关系以及截留率与降水强度之间的关系,比较了不同灌木群落的降水截留特征。结果表明,不同灌木的降水截留存在明显差异,梭梭、柽柳、生长良好白刺、衰退白刺冠层最大截留量和截留容量分别为0.6 mm、0.6 mm、0.4 mm、0.3 mm和0.8 mm、0.8 mm、0.5 mm、0.2 mm;在两年总降水量255.3 mm条件下,梭梭、柽柳和生长良好白刺3种灌木群落冠层截留损失分别为44 mm、88 mm和32 mm,占降水总量的16.6%、33.1%和12.0%;当降雨强度<0.8 mm·h-1,梭梭和柽柳降水截留率随降水强度增加均呈递减趋势;当降水强度>0.8 mm·h-1时,梭梭冠层截留量与降水量的比率基本稳定在0.2～0.3之间,柽柳在0.3～0.4之间;当降水强度<0.5 mm·h-1,生长良好白刺灌丛的降水截留率随降水强度增加呈下降趋势;当降雨强度>0.5 mm·h-1,生长良好白刺灌丛截留率基本维持在0.1～0.2之间;降雨强度>0.4 mm·h-1时,衰退白刺截留率稳定在0.05～0.1之间。     

半干旱沙区3种优势固沙灌木生物量分配及其生态学意义

为探究科尔沁沙地3种优势固沙灌木生物量的分配特征,以黄柳（Salix gordejevii）、差不嘎蒿（Artemisia halodendron）和小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）为对象,采用全挖法在个体水平上研究了固沙灌木生物量构件及其占比、R/S（root-shoot ratio）、地上新生生物量占比、地上新生生物量与老枝生物量占比及其与冠幅的相关性和地下-地上生物量关系。结果表明：（1）科尔沁沙地3种优势固沙灌木生物量构件及其占比存在显著性的种间差异（P<0.05）;黄柳的老枝生物量及其占比居于首位,NAB（new aboveground biomass,新枝生物量）/OBA（old branch biomass,老枝生物量）为43.90%;差不嘎蒿的地上生物量占比居于首位,地上新生生物量是老枝生物量的2.43倍;黄柳和差不嘎蒿地下生物量集中分布在浅土层,不存在深根系（根系长度>100 cm）。（2）小叶锦鸡儿地下生物量及其占比和R/S（root/stem）均居于首位;地下生物量在根系长度>30 cm处的生物量占比达到61.61%,深根系（根系长度>100 cm）层地上生物量占比达到22.33%。（3）黄柳和差不嘎蒿的R/S、NAB/AGB（aboveground biomass,地上生物量）和NAB/OBA均与冠幅呈负线性关系,在固沙后期该两种灌木随着冠幅的增大,地上新生部分锐减,生产力下降,植被出现衰退。（4）通过非线性回归拟合得到3种灌木地上（y）-地下（x）生物量异速生长模型为：黄柳y=2.928x ^1.039（R²=0.901,P<0.01）,差不嘎蒿y=32.802x ^0.685（R²=0.469,P<0.01）,小叶锦鸡儿y=1.337x ^0.066（R²=0.833,P<0.01）。     

中国干旱区恢复生态学研究进展及趋势评述

本文评述了中国干旱区恢复生态学研究的历程和特点,系统分析了其研究前沿和未来发展趋势.国家重大需求推动了干旱区恢复生态学研究,植被建设是生态恢复的主要方法和手段;植被分布的地带性规律、土壤生境的恢复、生态水文互馈机理、植物水分关系、生物土壤结皮、基于模型的预测模拟是未来研究的重点;地学与生物学的学科交叉融合为干旱区恢复生态学理论创新和生态恢复实践提供了新的思路和途径.     

两种典型荒漠植被区土壤微生物量碳的季节变化及影响因素分析

选取干旱区准噶尔盆地南缘梭梭和柽柳两类典型荒漠植被区的4种不同地表类型（冠层下、枯枝落叶层、地衣结皮覆盖区、裸地）,对其从6～10月份的土壤微生物量碳季节变化进行动态监测,并在此基础上进行了土壤微生物量碳与各影响因子之间关系的分析,旨在揭示干旱区土壤微生物量碳季节动态变化特征及其主要影响因子。结果表明：两类典型荒漠植被区的土壤微生物量碳均呈现明显的季节变化,但变化趋势并不一致。其中梭梭植被区4种地表类型下的土壤微生物量碳均在8月达到峰值;柽柳植被区冠层下土壤微生物量碳也在8月份达到最大值,但其他3种地表类型下的土壤微生物量碳却在8月降到最低值。通过土壤微生物量碳的影响因子分析表明两类不同植被区土壤微生物量碳与有机碳、全氮均为（P<0.05）正相关,此外,梭梭植被区与土壤湿度存在正相关,而柽柳植被区则与土壤总含盐量呈显著负相关,表明两类荒漠植被区土壤微生物对影响因子的响应并不完全相同。     

模拟增雨对荒漠土壤古菌多样性的影响

为探讨生长季增雨对荒漠土壤中古菌群落结构的影响,根据内蒙古磴口多年平均降水量,设计了模拟增雨试验,包括对照、2个增雨时段（生长季前期与后期）、每个时段2个增雨梯度（50%与100%）共计5种处理。增雨后提取荒漠土壤总DNA,对古菌群落编码16S rRNA基因的V4区进行Hiseq测序,分析古菌群落丰度、多样性及结构组成等。结果表明：该地区荒漠土壤中古菌群落均以奇古菌门（Thaumarchaeota）和广古菌门（Euryarchaeota）为优势菌群。NMDS和3种非相似性分析（MRPP、ANOSIM和Adonis）表明,生长季前期增雨未显著改变古菌的群落结构,生长季后期增雨显著改变了古菌的群落结构,当生长季后期增雨量达到100%时,古菌丰富度和多样性显著降低。与氨氧化过程密切相关的奇古菌门（Thaumarchaeota）相对丰度在生长季后期100%增雨条件下显著增加,将促进荒漠土壤的硝化过程。Mantel检验发现荒漠土壤古菌群落结构受土壤湿度、土壤温度、土壤硝态氮含量的影响。未来全球变化背景下降水格局变化将会对荒漠土壤古菌群落结构产生影响,并可能影响氮循环过程。     

Altitude pattern of carbon stocks in desert grasslands of an arid land region

For estimating the altitude-distribution pattern of carbon stocks in desert grasslands and analyzing the possible mechanism for this distribution, a detailed study was performed through a series of field vegetation surveys and soil samplings from 90 vegetation plots and 45 soil profiles at 9 sites of the Hexi Corridor region, Northwestern China. Aboveground, belowground, and litter-fall biomass-carbon stocks ranged from 43 to 109, 23 to 64, and 5 to 20 g/m2, with mean values of 80.82,44.91, and 12.15 g/m2, respectively. Soil-carbon stocks varied between 2.88 and 3.98 kg/m2, with a mean value of 3.43 kg/m2 in the 0–100-cm soil layer. Both biomass-and soil-carbon stocks had an increasing tendency corresponding to the altitudinal gradient. A significantly negative correlation was found between soil-carbon stock and mean annual temperature, with further better correlations between soil-and biomass-carbon stocks, and mean annual precipitation. Furthermore, soil carbon was found to be positively correlated with soil-silt and-clay content, and negatively correlated with soil bulk density and the volume percent of gravel. It can be concluded that variations in soil texture and climate condition were the key factors influencing the altitudinal pattern of carbon stocks in this desert-grassland ecosystem. Thus, by using the linear-regression functions between altitude and carbon stocks, approximately 4.18 Tg carbon were predicted from the 1,260 km2 of desert grasslands in the study area.     

干旱荒漠区土地利用方式快速转变对土壤入渗性能的影响

研究不同土地利用类型下土壤入渗及其影响因素,有助于城市土地利用管理及径流调节。以快速城市化的兰州新区6种土地利用类型为例,利用圆盘入渗仪,对土壤水分入渗过程进行了实地测量,并利用主成分分析对影响因素进行研究。结果表明：城市化过程中土地利用变化使土壤砂粒和容重增加,总孔隙度和饱和含水量降低;待建地和人工林地的土壤入渗参数值均低于其他土地利用类型。土壤入渗率与有机质含量、总孔隙度、饱和含水量、粉粒含量正相关,与容重和砂粒、黏粒含量负相关。城市化过程中土地利用类型向待建地的转变改变了土壤理化性质及土壤水分入渗能力。     

黑河流域荒漠区土壤水分对降水脉动响应

 利用气象站资料,对黑河流域荒漠区降水特征及其土壤水分对降水脉动响应进行了系统研究。结果表明,荒漠区降水属于降水脉动事件,降水前后土壤水分特征存在显著差异,且随土层增加差异逐渐变小。土壤水分在降水量、土壤深度和降水前后的差异极显著,交互效应也极显著(P<0.0001),表明荒漠区土壤水分对降水脉动具有显著的响应现象。土壤水分的降水脉动响应表现为降水后土壤含水量激增,在蒸散作用下缓慢减小。降水前后土壤含水量的时间序列变异规律均能较好地拟合成变异函数的理论模型。降水前后土壤含水量随机变异均小于结构性变异,反映出荒漠区土壤水分在时间尺度上具有较强的自相关性格局。降水使土壤水分空间结构差异呈现下降趋势,在时间序列上异质性降低。     

Warming effect of desert and its impact on oasis heat resources and agricultural productivity in arid land, China

This paper provides a positive view of the desert, in terms of the warming effect of deserts on oases and the impact of heat resources and agricultural production. We use data from experimental sites in the Manas River Basin in China to characterize these relationships. We note that the warming effect of the desert was found to be significant but gradually reduced with increased distance of the oasis from the desert. The range of warming effect is about 100 km, and the improvement in temperature is about 1.8 °C. Due to this warming effect, the desert serves as the second heat source for the oasis, which represents one important aspect of the ecologic value of the desert. Our results also show the warming effect has a strong spatial impact on agricultural productivity. Crop productivity fell by about 49 kg/ha with every 10 km increase in distance away from the desert. Our results imply that crop suitability must correspond to the warming effect of the desert. More efficient use of heat resources can contribute towards achieving potential productivity.     

基于NDVI的新疆荒漠地区植被覆盖度遥感估算经验模型研究

新疆荒漠地区植被覆盖度遥感估算模型十分缺乏,给荒漠化监测等相关工作带来很大不便,开展植被覆盖度遥感估算经验模型研究,对于促进和完善相关地区的生态监测及研究工作具有积极的现实意义。通过对阜康市北部沙漠南缘和克拉玛依市中部平原荒漠进行无人机航拍,利用无人机遥感提取(光合)植被信息,并将无人机航拍影像的植被覆盖度统计单元与高分辨率卫星影像像元在空间上直接相对应,获取在高分辨率卫星影像像元尺度上的植被盖度,然后通过植被覆盖度和空间上与其相对应的源自高分辨率卫星影像的NDVI数据的拟合关系,建立基于源自高分二号影像的NDVI的阜康北部沙漠植被覆盖度遥感估算线性模型以及基于源自ZY1-02C影像的NDVI的克拉玛依平原荒漠植被覆盖度遥感估算二次多项式模型。研究中所采用的无人机遥感与卫星遥感相结合、植被覆盖度统计单元与卫星像元在空间上直接对应的方法,可避免以往相关工作中常以点位测量数据代表卫星像元数据所带来的不确定性。由于所用卫星影像的NDVI数据稳定性相对不足等原因,所建立的遥感估算模型的估算精度尚相对偏低,有待于今后进一步的工作加以改进。     

东部沙区表土有机质和速效养分与风沙环境关系初探

东部沙区表土有机质、速效养分含量普遍较低。按照库布齐沙漠、毛乌素沙地、浑善达克沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地的次序,有机质和速效K含量逐渐增大,这种分布格局与区域风沙环境性质、风沙活动方式密切相关;各沙漠/沙地内部,表土有机质和速效K含量分别与植被盖度、颗粒平均粒径、分选系数之间存在较好的相关性。速效N和速效P含量未表现出上述变化规律。可见有机质和速效K含量对风沙环境的变化较为敏感,因而其在表土中的再分配可以在一定程度上反映局地风沙环境的变化,而速效N和速效P对风沙环境的指示意义不明显。东部沙区表土有机质、速效N及速效P含量普遍高于西部沙区,而速效K含量明显偏低。     

民勤白刺枝条形态对人工增雨的响应

为研究全球变化情景下降雨格局变化对干旱区植被的影响,以甘肃民勤的典型荒漠植被白刺灌丛为研究对象,在生长季内人工模拟不同增雨梯度（+0%、+25%、+50%、+75%和+100%多年平均降水量）,分析白刺枝条形态特征的变化规律。结果表明,白刺枝条各形态指标间存在很好的相关性。7-9月,75%和100%增雨的枝条长度显著大于0%增雨,枝条新生叶片数只在8月表现为100%增雨显著大于0%增雨。8-9月,100%增雨的营养枝基部直径显著大于0%增雨,成熟叶片数和干物质重量在增雨梯度下各月均不显著。花枝的基部直径在7-9月均表现为100%增雨显著大于0%增雨,7月100%增雨的花枝成熟叶片数显著大于0%增雨,而花枝干物质重量在6-8月表现为100%增雨显著大于0%增雨。针对降雨格局变化,白刺不同枝条形态特征的调节适应机制之间存在着一定的内在协调性。     

腾格里沙漠人工固沙植被区生物土壤结皮对降水的拦截作用

在沙坡头人工植被区对人工模拟降水及天然降水后生物土壤结皮层含水率进行了动态定位监测,并分析了生物土壤结皮拦截降水的作用.结果表明:①生物土壤结皮的发育改变了原来沙丘剖面的水分分配格局,10%～40%的年降水量被拦截到结皮层;②随固沙年限的增加,生物土壤结皮的进一步发育和演变,其对降水的拦截能力也进一步提高;③生物土壤结皮对降水的拦截有明显的季节变化,7～10月份平均拦截雨量比4～6月份平均高出12%.     

基于遥感-生态过程的绿洲-荒漠生态系统净初级生产力估算

针对干旱区特有的气候-植被特征,利用卫星遥感混合像元分解技术对干旱区植被进行了光合作用植被和非光合作用植被区分和组分解析,尝试通过对于旱覆被植被灌层结构进行解析而解决因植被光能吸收的估算问题,并参考国际上遥感-生态模型GLO-PEM和CASA,借助遥感生态反演的物理分析,初步构建起基于遥感与生态过程的干旱区适用的光能利用率模型NPP-PEM,并以ERDAS IMAGINE为平台,实现了模型可视化模型界面,可用于中国西部干旱区山地-绿洲-荒漠生态系统年净第一性生产力的估算.由于考虑了干旱植被生理特征和灌层结构的光能利用模型,模拟结构与原理更加合理完善,为引入其他生态模型应用或移植到干旱区提供借鉴,从而为中国干旱区陆地生态系统碳循环研究开辟了途径.     

降水量对连古城自然保护区荒漠植被凋落物分解和氮状态的影响

对连古城自然保护区不同降雨梯度(不截留和分别截留30％、50％、80％)下荒漠典型植被土壤无机氮和原位净氮矿化的凋落物分解和养分释放进行了连续的观测分析.结果表明:(1)随着水分输入减少,凋落物的分解速率减小,凋落物分解速率与年降水量正相关.与此相反,净氮矿化与降水量无关.(2)土壤NO3-浓度随着降水输入的增加而显著...     

准噶尔盆地灰漠土无机磷形态及磷吸附特性研究

选择新疆准噶尔盆地灰漠土作为研究对象,通过测定灰漠土中不同形态的无机磷素含量并进行土壤磷素等温吸附实验,研究灰漠土中各形态无机磷素的有效性和土壤磷吸附特征。结果表明,灰漠土中无机磷形态主要是Ca-P,占全磷含量75%以上,且以Ca₁₀-P形式为主,其次为Ca₈-P和Ca₂-P,无机磷中Al-P、Fe-P和O-P含量较少。全剖面中随着土层深度增加,Ca₂-P、Ca₈-P和Al-P占全磷总量的比例减少,Ca₁₀-P占全磷总量则有所增加,0~20 cm土层全磷和Olsen-P含量最高,分别平均为926 mg·kg^-1和51.54 mg·kg^-1。统计分析表明Ca₂-P、Al-P是最有效的磷源,Ca₈-P和Fe-P是第二有效磷源,O-P和Ca₁₀-P则是作物的潜在磷源。利用Langmuir方程拟合灰漠土的磷等温吸附曲线,得出土壤最大吸磷量（Xm）为957±629 mg·kg^-1,吸附参数（K）为149.285±89.225;灰漠土的粘粒含量对Xm影响最大,其次是有机质,pH值影响最小。     

The effect of rainfall and habitat on abundance and diversity of birds in a fenced protected area in the central Saudi Arabian desert

Factors influencing avian abundance and diversity in central Saudi Arabia were investigated over a 28-month period using walked belt transects in five local habitat types in a 2200 km²fenced desert protected area established in 1989. Enclosure of the protected area has resulted in the development of a mosaic of densely vegetated grassland and savanna areas amongst the sand and gravel plains which dominate the surrounding landscape. Overall bird diversity showed biannual peaks corresponding to spring and autumn passage migration, when 30–40 species were recorded; troughs occurred in summer or winter (9–12 species) following poor spring or autumn rains. Bird numbers responded dramatically to heavy rainfall (> 20 mm in a month) occurring two months earlier, with major peaks recorded in autumn 1992 and May–June 1994. Numbers of granivorous species, principally larks, fluctuated mostly in relation to rainfall, whereas largely insectivorous species tended to remain more stable. A desert locust plague in spring/summer 1993, combined with poor spring rains, resulted in the lowest numbers and species diversity recorded during the study.     

黑河流域中游荒漠典型区域植被生物量及其影响因素

以黑河流域中游荒漠区地表植被和土壤水分2008—2016年长期定位监测数据为依据,深入分析了试验区植被高度、盖度、密度和土壤水分变化对植被地上生物量的影响,确定了各相关因子的贡献率,为黑河流域荒漠化区生态治理提供数据支撑。结果表明：龙首荒漠区9年间的生物量变幅85.8—214.6 g·m^-2,2015年的群落平均盖度和生物量最大,分别为33.7%和214.6 g·m^-2,群落密度对生物量的年际变化贡献大,贡献率27%,群落高度、10—20 cm层次土壤水分对生物量的年际变化贡献次之,贡献率14%;西洞荒漠区生物量变幅55.1—109.8 g·m^-2,群落盖度、植株密度和高度等生物因子对其生物量的年际变化影响较小,而0—40 cm层次土壤含水量的变化对西洞荒漠区生物量年际变化的贡献较大,为20%以上。