干旱胁迫下本氏针茅光合特性和水分利用效率日动态研究

采用盆栽和人工控制土壤水分的方法,使用Li-6400便携式光合测定系统观测本氏针茅(Stipa bungeana)光合生理生态特征的日变化。结果表明:在不同土壤水分状况下,本氏针茅净光合速率日变化曲线均呈"双峰"型,并有不同程度的"午休"现象,且上午的净光合速率明显高于下午,随着土壤水分的升高而增加;蒸腾速率日变化曲线也呈"双峰"型,表现为较高土壤水分处理针茅具有较高的蒸腾速率;气孔导度受水分和光热胁迫的影响,日变化曲线呈凹型;胞间CO2浓度受空气CO2浓度和气孔导度的双重影响,呈现早晚高,正午低的日变化进程;水分利用效率最高值出现在上午较早的时段,随着土壤水分的增加,水分利用效率却降低。

黄土高原丘陵沟壑区草地植物群落健康动态评价

植被恢复重建是遏制水土流失的有效措施之一,研究植被恢复重建过程、评价植物群落健康状况对加速植被建设具有重要的实践意义。本文根据黄土丘陵沟壑区的特点,建立了植物群落健康评价指标体系,对草地植被恢复重建过程中的不同阶段的植物群落的健康状况进行了评价。结果表明:植被群落活力变化过程呈抛物线型;群落组织力基本呈波动性变化;恢复力的变化则与活力变化过程相反,在群落活力达到最高水平时,群落的恢复力降至最低;土壤健康呈波动性上升的变化趋势。综合评价表明,植物群落健康水平随着演替过程的发展呈波动性且逐渐上升的变化过程。

云雾山不同草地群落土壤活性有机碳分布特征

为探讨黄土高原草地植被演替过程活性有机碳的变化规律,揭示草地退耕后的分布特征,在云雾山草原区采集不同草地群落土壤,采用高锰酸钾氧化法对0~100 cm土层活性有机碳进行分析。结果表明:不同草地群落土壤活性有机碳含量均高于坡耕地,活性有机碳含量大小顺序为:长芒草(Stipa bungeanaTrin.)群落>大针茅(Sti-pa grandisP.Smirn.)群落>铁杆蒿(Artemisia gmeliniiWeb.ex Stechm.)群落>百里香(Thymus mongolicusRonn.)群落>退耕草地>坡耕地,且群落间差异达极显著水平(P<0.01);在恢复初期(坡耕地-退耕草地-百里香)活性有机碳含量增加较多,恢复到长芒草群落活性有机碳含量达到最大值,趋于稳定;活性有机碳的密度与含量表现出相同的变化规律,并随着土层的加深而呈现减小趋势。相关性分析表明,活性有机碳含量与土壤总有机碳含量呈极显著线性正相关关系(r=0.9742),土壤活性有机碳比总有机碳更能反映草地植被恢复初期土壤有机碳库的变化。

草地植被恢复对次降雨土壤水分动态的影响分析

通过对宁南典型草原植被恢复过程次降雨土壤水分动态的研究,阐明植被恢复对次降雨后土壤水分的影响及机理。结果表明,次降雨提高了土壤含水率和贮水量,均表现出1 d>3 d>7 d。草地封育能够提高次降雨资源化效率,随封育时间延长,次降雨后0-60 cm土壤含水率和0-100 cm土壤贮水量不断提高。降雨对封育草地土壤水分的影响范围在100 cm土层内,100 cm以下不能得到降雨的补充。封育时间延长土壤水分活跃层加深,坡耕地仅为40 cm,封育17 a后达到60 cm。土壤持水能力越强,表层土壤饱和导水率越大,雨后1 d在0-100 cm土壤贮水量越大。地上生物量愈大,雨后1~7 d在0-200 cm土壤耗水量越大。

黄土丘陵区长芒草群落对土壤水分入渗的影响

以黄土丘陵区长芒草群落为研究对象,采用圆盘入渗仪对不同盖度长芒草群落下的土壤入渗过程进行了对比研究。结果表明,在0-80 cm土壤剖面上,不同盖度的长芒草群落下土壤初始入渗速率和稳定入渗速率都随着土壤深度增加而下降。在同一深度的土壤剖面上,群落盖度越大土壤初始入渗速率和稳定入渗速率也分别越高。影响土壤初始入渗速率的主要因素是土壤有效孔隙度、初始含水量和水稳性团聚体含量。影响土壤稳定入渗速率的主要因素是土壤有效孔隙度、根长密度和水稳性团体含量,但水稳性团聚体对表层土壤初始入渗速率和稳定入渗速率的影响不显著。长芒草群落不仅通过根系对土壤的物理机械作用以及根系周转过程中形成的生物性大孔提高了土壤入渗速率,还通过提高土壤有机质和水稳性团聚体含量提高了土壤入渗速率。

本氏针茅与柳枝稷光合生理生态特征比较研究

采用美国LI—COR公司生产的Li-6400便携式光合测定系统,选择在干旱季节里,在田间自然条件下,测定并比较研究了引种牧草柳枝稷和天然牧草本氏针茅两种禾本科植物的光合生理生态特征的日变化。结果表明,柳枝稷属于高光合、低蒸腾和高水分利用效率的植物,具有较强的气孔调节能力。柳枝稷之所以具有较高的光合速率,主要是因为它具有较强的叶肉细胞羧化能力,较低的气孔导度降低了蒸腾速率,从而提高了水分利用效率;本氏针茅属于较低光合,较高蒸腾和低水分利用效率的植物,但二者均能在黄土高原保持良好的生长。

人工柠条灌丛林下草地植物群落特征研究

以宁夏固原上黄东山封育的人工柠条(Caragana korshinskii Kom.)灌丛林下草地为研究对象,并以设置在其周围的放牧地天然草地作为对照,采用样线法进行群落调查,分析二者群落数量特征和地上生物量变化,以期为退化草地植被恢复提供理论依据。结果表明:上黄东山封育后的人工柠条灌丛林下草地群落物种数较放牧地显著增加,封育区本氏针茅(Stipa bungeana Trin.)的优势地位明显加强,重要值远大于放牧地;人工灌丛林下草地与放牧地的相似性系数为0.585,表明二者的相似程度不高,人工种植的柠条对群落的结构影响较大,能够改善草地群落的小生境,为新物种出现提供良好的环境;物种丰富度指数和多样性指数(Shannon-winner指数)均表现为人工灌丛林下草地显著高于放牧地(P<0.05),而均匀度指数则相反(P<0.01);人工柠条灌丛林下草地地上生物量鲜重极显著高于放牧地(P<0.01)。

黄土退耕坡地植物根系分布特征及其对土壤养分的影响

为明确黄土退耕坡地植物根系分布特征及其对土壤养分的影响,在陕西神木六道沟流域选取退耕30 a的长芒草坡地和裸地坡面,利用图像处理和常规分析方法研究了长芒草根系和土壤养分在土壤剖面分布及其相互关系。结果表明: 长芒草根系主要分布在0～50 cm土层,分布规律可用指数函数来模拟。有根系存在的土壤表层有机质、全氮、全磷、硝态氮和铵态氮含量均高于无根系存在的坡面。在有根系存在时土壤有机质、全氮和硝态氮的具有明显的表聚现象。0～ 50 cm有机质、全氮、硝态氮和铵态氮随深度的变化可用幂函数来表示,而全磷随深度呈线性相关。0～50 cm的土壤养分与根长密度的关系可以用线性函数来表示。其研究结果为坡面退耕地土壤管理提供科学依据。

黄土高原水蚀风蚀交错带不同土地利用方式坡面土壤水分特性研究

为分析不同土地利用方式下坡面土壤水分特性的差异和规律,对黄土高原水蚀风蚀交错带典型坡面上农地、林地和草地的土壤水分特性进行了分析。结果表明:(1)苜蓿地土壤的持水能力和供水能力最强,其次是杏树林和长芒草地,谷子地最差;(2)通过土壤水分有效性分析发现,水蚀风蚀交错带田间持水量相当于-0.2×105Pa土壤基质势时的土壤含水量,永久凋萎点则低于-2.0×106Pa土壤基质势对应的土壤含水量;(3)苜蓿地有效水含量最高,谷子地有效水含量最低,而且苜蓿地土壤有效水含量的提高主要是提高了迟效水部分;(4)对不同土地利用方式下的土壤比水容量变化曲线研究表明,土壤比水容量在田间持水量附近随土壤含水量的降低减小的很快,而当土壤水分降低到田间持水量的50%~60%以下时,土壤比水容量基本不变。

云雾山自然保护区优势植物种群分布格局的分形特征

对宁夏云雾山草原自然保护区植物种群分布格局的分形计盒维数进行了研究。结果表明:本氏针茅、铁杆蒿和百里香是该区的优势种。3种优势种的计盒维数在1.7左右,表明它们具有较大的空间占据能力。但是它们的计盒维数最大值出现的时间不同,本氏针茅、百里香计盒维数最大值出现在封育20a的样地中,铁杆蒿出现在封育25a的样地中。

黄土高原典型土壤有机氮矿化过程

以黄土高原从北向南不同地区典型土壤类为对象,采用Bremner淹水培养法,研究黄土高原典型土壤有机氮的矿化过程。结果表明,淹水培养期间矿化出的部分NH4+-N会被粘土矿物固定,固定量因土壤不同而异,因此在测定有机氮矿化量时,只有考虑这一部分氮素,才可获得可靠结果。不同土壤有机氮量矿化明显不同,表现为土垫旱耕人为土>黄土正常新成土>简育干润均腐土>干润砂质新成土,从南到北氮素矿化量呈减小趋势。添加C/N低(C/N比为21.7)的紫花苜蓿(Medicago stativa)茎叶有利于促进土壤有机氮矿化,而添加C/N高(C/N比为43.3)的长芒草(Stipa bungeana)会促进矿质氮的生物固定;不同类型植被土壤间在培养20、40d和60d时的矿化量差异显著(p值分别为0.0177、0.0109和0.0073),均表现为均为林地土壤>裸地土壤>草地土壤>农田土壤;从平均看,加(NH4)2SO4后有机氮矿化量有一定减少。在不同培养阶段,不同土类间氮素矿化率不同,在20d和40d时存在显著差异(p分别为0.0092和0.0381),60d时差异不显著,不同土类氮素矿化率的大小顺序为干润砂质新成土>黄土正常新成土>...

黄土高原侵蚀区长芒草对坡地土壤水分养分的影响

在黄土高原神木六道沟流域选相邻退耕坡地和裸地,均匀布点采样结合室内分析,采用SPSS处理数据,研究30龄长芒草(Stipa bungeana)对土壤水分、养分的影响。结果表明:在长芒草根系分布区土壤水分下降很快,并且形成干层,其中40~60 cm含水量均低于5.5%,最低达3.2%;同时,长芒草可使土壤养分在表层累积,而降低20~50cm土层处养分含量;全氮、全磷、有机质、硝态氮和铵态氮含量均随土层的加深而降低。

半干旱草原牧区村庄的农田扩张机制

半干旱草原是陆地生态系统的主要类型，对社会经济的可持续发展至关重要，已有研究表明农田扩张是半干旱草原面积缩减的主要原因之一。村庄作为基层单元，既是大尺度要素作用的承受者又是土地利用变化的直接执行者，其社会、经济、文化和自然资源特征对土地利用方式往往起决定作用，然而，尚未见从村庄层面上探讨中国半干旱草原牧区农田扩张机制的研究报道。村庄是一个内部有序的等级体系，其中所存在的数据自相关既能造成分析结果的不准确性又能用于土地利用变化预测。因此，本论文以位于科尔沁草原50多年经历了大面积草地开垦的乌兰敖都村为研究对象，以多层线性模型、空间插值技术和贝叶斯推理为分析手段，通过引入田块、单户和村庄3个尺度， 综合考虑自然和社会经济要素，揭示了半干旱草原牧区村庄的农田扩张机制，提出了处理土地利用变化研究中的数据自相关的方法，为半干旱草原的有效保护和管理提供了科学依据。 本研究表明： 1）草地开垦主要发生在甸子地，所有住户都倾向于在优质土地上开荒种粮，而且劳动力数量多、文化程度高和收入更大程度上依赖于农牧业生产的住户更易开荒种粮，但当牲畜数量较多时，住户开荒种地的倾向性降低，这与农牧交错带典型偏农区的研究结果相反。所开土地的90%用于种植玉米和水稻，其中玉米耕种面积主要受价格因素影响，而水稻的种植面积主要受土地条件影响。 2）离居民点近的草地比离居民点远的草地更易被开垦为农田，打草场比放牧场更易被开垦为农田。 3）多层线性模型将驱动因子置于不同尺度，通过引入随机方差成分避免统计谬误，因此可用于处理驱动力研究中的数据自相关。空间自相关不仅可用于预测土地利用变化趋势，也为深入了解土地利用变化过程提供了新视角。 4）在中小学中加强草地保护教育、在牧民中开展草地保护宣传、转移剩余劳动力、制定强有力措施保护居民点周围的草场是控制开荒种粮的有效措施。

云雾山天然草地植物生长规律

试验以云雾山优势种本氏针茅(Stipa bungeana)、大针茅(Stipa grandis)与伴生种百里香(Thymus mongolicus)、铁杆蒿(Artemisia sacrorum)、厚穗冰草(Agropyron dasystachys)、二裂萎陵菜(Potentilla bifurca)和阿尔泰狗娃花(Heteropappus altaicus)为研究对象,对每一植物选择典型植株进行标记,重点从植物株高和地上单株生物量两个方面对其生长动态,进行一个生长周期(返青期-枯黄期)的观察测量,结果表明:(1)植物生长在株高和地上单株生物量达到最大值之前,均基本符合Logistic生长模型;(2)在植物整个生长过程中,地上单株生物量月变化与株高存在动态分形关系:lnB=D×lnH+lnC。(3)植物生长除受其生物学特性支配外还受外界环境因子的限制,在干旱半干旱地区,降雨量显得尤为重要,在本次试验中,植物株高增长和地上单株生物量月变化均与降雨量累积存在着极显著的对数相关性:y=a×lnx+b。