风和竞争对毛乌素沙地４种植物的影响

自然生境中，风是一种重要的生态/环境因子，已经引起生态学家的广泛兴趣。然而，目前对风和竞争如何共同影响植物行为的理解还很少。本文基于野外控制实验，研究赖草（Leymus secalinus）、黍（Panicum miliaceum）、油蒿（Artemisia ordosica）和雾冰藜（Bassia dasyphylla）四种沙生植物生长和形态特征对风和竞争的综合反应，以及降雨量变化是否修饰风和竞争的生态学效应。 风和竞争显著影响赖草和黍的生长和形态特征。赖草和黍的总生物量和分蘖数受密度效应影响较大，没有竞争的植株生物量和分蘖数都显著高于有竞争的植株。赖草和黍的根冠比和株高则受风因素的显著影响：风速越大，植株越趋向于降低株高并将更多的生物量分配到地下部分。除赖草株高显著外，竞争和风对两种植物生长和形态特征的交互作用不明显。 在风、竞争和水分实验中，风、竞争及其交互作用对油蒿和雾冰藜形态特征均有显著影响。油蒿株高在中风环境中最大，而雾冰藜株高在大风环境中最小;油蒿基径在弱风环境中最小，而雾冰藜则相反。种内竞争情况下的油蒿株高和基径显著高于种间竞争，而雾冰藜则相反。种内竞争情况下的油蒿株高和基径随风速的增大而减小;种间竞争情况下的油蒿株高和基径在弱风环境中最小，中等风区最大。油蒿和雾冰藜的分枝数都受竞争的显著影响，种间竞争情况下的油蒿分枝数显著高于种内竞争，而雾冰藜则相反。风显著影响油蒿的茎重比和雾冰藜的冠重比。油蒿的茎重比随风速的降低而降低。弱风环境中，雾冰藜的冠重比显著高于强风环境下的。风和竞争的交互作用显著影响油蒿生物量。种内竞争情况下，油蒿生物量在大风环境中最大，中风环境中最小;种间竞争情况下，油蒿生物量在中风环境中最大，弱风环境最小。水分显著影响油蒿的茎重比，以及雾冰藜的根冠比和基径，而对这两个种的其他生长和形态特征无显著影响。低水分情况下，油蒿的茎重比显著较高，雾冰藜的基径显著较低，并且分配更多生物量到地上部分。 这些结果初步表明，单优群落中的优势种或呈聚集分布的种群中，植株的生长符合“密度效应”原则，即密度越大，单株植物的生物量越小;并且在大风环境中，趋向于分配更多生物量到地下部分。种内竞争情况下油蒿幼苗的竞争能力强于种间竞争，这可能是自然群落中的油蒿不是聚集分布的一个原因。

鄂尔多斯植物遥感光谱及植被分布特征

本研究通过对鄂尔多斯（主要为毛乌素地区）植物遥感光谱和土壤结皮光谱的测定，通过专题资料搜集、野外踏查、植被样方调查和室内盆栽试验和实验室分析等工作，利用遥感和地理信息系统技术，测定了研究区主要植物光谱和土壤结皮光谱，建立了研究区生态环境本底数据库，在以上的基础上，进行了3方面的详细研究： （1） 通过野外样方调查，野外和室内培养的生物结皮的地面高光谱测定和野外典型地物（鄂尔多斯地区优势高等植物种和沙地土壤）的高光谱测定。采用人工模拟降雨，从苔藓休眠-正常代谢-休眠过程中，研究苔藓土壤结皮的光谱变化，得出苔藓结皮在夏季的生命活动期（正常代谢）的光谱曲线具有高等植物光谱曲线特征;不同地物的NDVI在降水前后变化：苔藓结皮NDVI的变化为0.3-0.35左右，藻类结皮变化为0.15左右，100%盖度的油蒿变化约为0.03左右，而土壤物理结皮的NDVI变化为0.06-0.08左右，可见降水对结皮的归一化植被指数的影响较土壤和高等植被大的多，对苔藓结皮的影响尤其显著。 通过线性模型研究了生物结皮对区域植被遥感解译的影响：模拟得出调查区域（11km样线）由于干湿结皮的变换， NDVI值平均变化0.03， 苔藓湿时的NDVI较苔藓干时相对提高9.3%。可见在研究区，由于苔藓结皮等土壤结皮的存在和干旱半干旱区降雨的不稳定性，必然造成该区域短时间内NDVI的不稳定性。研究结果可为如何结合苔藓结皮的高光谱特征及其变化规律选择和研究合适的生物结皮（苔藓）遥感解译方法提供借鉴。 （2）通过对1980S,1990s,2000s三个时期遥感图像解译，分析了毛乌素沙地沙漠化过程及其驱动机制，认为毛乌素沙地近20年来沙漠化程度有所减轻，植被覆盖有所增加。气候因素和人为因素是导致植被覆盖增加的决定因素，通过多元回归分析确定降水和温度是影响毛乌素沙地植被变化的关键气候因子，并建立了相应的回归方程;人为因素的影响表现在20年来农田和林地的大面积增加。 （3）在建立研究区生态环境本底数据库的基础上，利用遥感解译结果和地理信息系统的空间分析功能，分析了气候因素、地质水文因素、地形和地貌等对植被分布的影响，得出在不同尺度上，影响植被分布的关键因素不同。在鄂尔多斯研究区，区域年降水量对全区的植被分布有着重要影响，尽管地质水文条件的不同也影响了小区域的植被分布。在毛乌素沙地区，在宏观尺度上（旗县），植被分布与其所处的海拔高度关系不明显，在小尺度上，植被分布表现出趋向于相对低海拔分布;小尺度研究中发现，植被分布受地形和基质岩性的组合的综合影响。

沙埋与供水对毛乌素沙地两种重要植物幼苗生长的影响

近年来，土地荒漠化（ Desertification）及其防治已成为世界各国政府及科学界广泛关注的社会与环境问题。毛乌素沙地是我国荒漠化发展的中心地区之一。荒漠化不仅长期制约着地方经济的发展，同时也不同程度地影响着黄河中下游等地区的生态环境。因此，毛乌素沙地退化生态系统的恢复重建势在必行。沙埋与水分是该地区重要的生态因子和限制因子。柠条（Caragana korshinskii ）和羊柴（Hedysarum laeve ）作为该地区广泛分布的物种，经常用于我国北方干旱、半干旱区的生态恢复。因此，本文以这两个物种为研究对象， 探讨不同的沙埋与供水对两种植物幼苗存活与生长的影响。该研究对深化与丰富植物对沙生环境适应的生态学机理认识， 进而对采用合理的方法进行荒漠化防治及当地生态系统恢复重建具有重要的理论与实际意义。 以柠条（Caragana korshinskii ）和羊柴（Hedysarum laeve ）这两种植物幼苗为研究对象，人工控制6 个沙埋深度、5 个沙埋时间和4 个水分梯度，研究它们对不同沙埋深度和供水量的响应。结果表明：适量的沙埋(0.25~0.50 H 沙埋)与供水(柠条50 mm/月，羊柴75 mm/月)可以促进幼苗生长，过量的沙埋与供水则会抑制生长甚至导致幼苗死亡。柠条幼苗在50 mm/月供水， 0.25、0.50 H 沙埋， 羊柴幼苗在75 mm/月供水，0.25、0.50 H 沙埋下具有较高的生物量、叶面积、相对生长速率和净同化速率；幼苗在1.0 H 和1.25 H 沙埋下全部死亡。供水量较小、沙埋较浅时，两种植物根冠比均较高；当供水量最大时，柠条幼苗根冠比在沙埋最深和没有沙埋时较大，而羊柴幼苗根冠比仍在没有沙埋时最高。

沙地小叶杨和柠条细根分布与土壤水分消耗的关系

以生长在陕北水蚀风蚀交错带沙地上的人工小叶杨(Populus simonii)和柠条(Caragana korshinkii)为研究对象,采用剖面法调查2个树种的细根分布特征,通过2年土壤水分定位观测研究,初步分析沙地小叶杨和柠条细根分布与土壤水分消耗的关系。结果表明:1)沙地小叶杨和柠条随土层深度增加,细根表面积密度逐渐减小,0~100cm土层分别集中了整个剖面细根总量的63%和95%;2)小叶杨和柠条林地剖面土壤水分与细根垂直分布密切相关,小叶杨和柠条林地土壤水分特征类似,可分为3个层次:0~50 cm土层为速变层,50~200 cm土层为缓变层,200cm以下土层为缓慢衰减层;3)2年观测期内,小叶杨和柠条林地总蒸散量接近,与同期降水量基本持平,而裸沙地土壤储水量增加;4)小叶杨和柠条细根趋于浅表化的分布特征是对沙地浅层土壤经常获得雨水补给适应的结果。研究结果可为水蚀风蚀交错带沙区防护林建设提供理论依据。

辽西北沙地土壤水分动态及预测

水分是沙漠化地区植被恢复和沙地治理的主要制约因素，也是沙漠化地区生态环境的重要影响因子，深入研究辽西北沙地土壤水分动态变化规律，掌握沙地水分动态变化趋势，建立适宜的土壤水分预测模型，对沙地有限水资源的合理调控和高效利用以及沙地生态系统的恢复与重建具有重要意义。 本文以辽西北沙地流动沙丘、固定沙丘和丘间洼地为对象，研究了不同沙地类型的土壤水分的时空动态变化，提出了不同沙地类型的主要治理与利用措施，分析了沙地水分的主要影响因素，建立了辽西北沙地流动沙丘0-60cm的土壤水分BP神经网络预测模型，针对BP网络模型实际应用中存在收敛速度慢、易陷入局部极小值等不足，将遗传算法优化BP网络引进土壤水分预测领域，提高了预测精度。研究结果表明，辽西北沙地土壤水分的年内分布与降雨分布同型，可分为春季失水阶段、夏季补给阶段和秋季弱失水阶段；在深度上，可分为干沙层（一般为0~20cm）、水分变化活跃层（20~60cm）和水分稳定层（60cm以下）。分析结果表明，流动沙丘的含水量高于固定沙丘和丘间洼地，表明随着固沙植被的建立和演变，沙地土壤水分呈现下降趋势，土壤水分不足成了植被生长的主要阻碍。因此，要通过采取配置耗水性弱、耐旱性强的植物群落等治理措施，努力维持沙地生态系统的水分平衡。同时，在分析流动沙丘土壤水分动态变化特征及主要影响因素的基础上，建立了流动沙丘0-60cm土壤水分预测BP模型和遗传BP模型，其绝对误差分别为0.35和0.18，相对误差分别为11.53%和5.65%，两模型用于土壤水分预测是可行的，而且遗传BP模型精度明显高于BP模型。

科尔沁沙地东南部固沙林土壤磷素研究

土壤养分的持续供应是生态系统可持续性发展的基础，尤其在土壤贫瘠地区。土壤磷素被认为是干旱区生态系统的潜在限制性养分因子，但目前半干旱区土壤磷素的深入研究很少。针对半干旱区生态系统恢复方式、人工防护林可持续性经营等关键问题，本论文旨在弄清处于半干旱区的科尔沁沙地东南部沙地人工林土壤磷素转化的主导过程及影响因素，并从土壤磷素可持续供应的角度来评价研究区生态系统的可持续发展。 以处于无人为干扰下、立地条件基本一致的科尔沁沙地东南部的有代表性的生态系统为研究对象，包括原生植被榆树（Ulmus macrocarpa）疏林草地，退化草地，油松（Pinus tubulaeformis Carr.）人工林、樟子松（Pinus svlvestris var. mongolica）人工林和小叶杨（Populus simonii）人工林。系统全面的研究了土壤磷素状况及其季节变化，并深入探讨了樟子松人工林土壤磷素转化及其影响因素（林龄、密度、土壤冻融）。主要结论如下： （1）研究区风沙土表层0~20 cm全磷（<0.2 g kg-1）和活性无机磷含量（<3 mg kg-1）都极低，有机磷占全磷的50%以上，是土壤磷的主要组分。凋落物分解、有机磷矿化和微生物周转是有效磷的主要来源，与这些过程有关的土壤的生物过程控制着土壤磷素转化。Ca-P（钙结合的磷酸盐）的溶解也是速效磷的次要来源，而Al-P（铝结合的磷酸盐）和Fe-P（铁结合的磷酸盐）是活性无机磷库。凋落物分解对有效磷供应起首要作用（尤其在人工林中），凋落物分解的年磷归还量是10 cm层矿质土壤有效磷供应量的1.7~3.4倍。 （2）土壤含水量是影响土壤磷素供应的关键环境因子，而冻融作用对土壤微生物磷和活性无机磷含量无显著影响。 （3）与各人工林相比，榆树疏林草地具有高效的养分循环和较强的土壤磷素保持能力，其退化大幅度降低了土壤持水能力和肥力。而在退化草地上营造以针叶树种为主的人工纯林及针阔混交林进一步降低了土壤全磷含量。从土壤磷素可持续供应的角度来看，在干旱贫瘠地区不宜营造高密度的人工林。研究区的植被恢复，应该选取磷素利用效率高，而养分周转较快的植被类型。这样，不需要集中的人为管理，就能使生态系统达到一种自我维持的良性循环状态。 （4）樟子松的生长受到土壤磷素供应的限制，当年生叶片无机磷浓度比全磷浓度能更准确、直接地反映土壤供磷水平的变化。为满足林分的需求，樟子松的根系活动能够增强根际微生物和磷酸酶活性以促进有机磷的矿化，同时能降低根际土壤pH值以促进Ca-P的溶解。随着林分的发展，活性无机磷含量无显著变化，但土壤磷库（主要是总有机磷）逐渐耗竭，有机磷的矿化潜力也逐渐降低。这表明，随着林分发展，磷素对樟子松人工林的限制性逐渐增强。 （5）为保证已有人工林的可持续发展，必须通过间伐、保护地被物、施肥来调节养分需求与归还之间的平衡，维持地力，保证土壤养分的持续供应。其中保护林下凋落物尤为重要。为防止地力衰退，该地区樟子松林的最大密度（以每公顷胸高断面积为密度指标）应保持在24.1~26.6 m2 ha-1。

科尔沁沙地小叶锦鸡儿群落固沙作用的研究

建立人工植被是科尔沁沙地退化生态系统恢复与重建的基础，也是土地沙漠化防治的有效措施。本文以科尔沁沙地典型固沙灌木植物种——小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)为研究对象，采用空间序列代替时间序列的方法，比较系统地研究了小叶锦鸡儿生长发育特征、更新途径，以及小叶锦鸡儿群落的固沙作用，并从水量平衡角度探讨了小叶锦鸡儿固沙植被的土壤水分状况和蒸散量变化。 研究结果表明：(1) 在生长季，小叶锦鸡儿的生物量在7月份达到最大值，且其生长发育速度与降水量相关；人工平茬和自然萌孽是小叶锦鸡儿主要且有效的更新途径。(2) 小叶锦鸡儿群落对近地表风速具有显著的阻滞作用，群落内总输沙量及各层输沙量均明显低于流动沙丘，小气候得到明显改善。(3) 6年生、11年生和22年生小叶锦鸡儿群落对土壤理化性质均有明显的改善作用。土壤中微沙(0.05～0.1 mm)和粘粒(<0.05 mm)含量增加，表层(0～10 cm)土壤容重减小，孔隙度和饱和含水率增大，土壤持水能力提高；土壤有机碳、全氮、碱解氮、全磷、有效磷和有效钾含量均有不同程度增加，尤以表层增加幅度最大，并且灌丛对养分有明显的富集效应。(4) 与天然小叶锦鸡儿群落的土壤含水量相比，人工小叶锦鸡儿群落内土壤含水量较低，且呈现出随植被生长发育年限增加而不断减少的趋势；在生长季，人工植被区绝大部分的降雨量都通过蒸散作用丧失，各试验样地蒸散量呈现单峰型曲线模式。

科尔沁沙地东南部地区主要植物叶片性状研究

以科尔沁沙地44种主要植物为研究对象，分别测定了叶片厚度、面积、体积、比叶面积、叶干物质含量、叶氮含量（单位重量的和单位面积的）、叶磷含量（单位重量的和单位面积的）、叶钾含量（单位重量的和单位面积的）、单位重量叶氮再吸收效率、单位重量叶磷再吸收效率和单位重量叶钾在吸收效率16种叶性因子，分别从叶片光合作用，水分生理及养分再吸收方面探讨不同植物对生境的适应能力，为当地生态环境恢复中植物选择与配置提供理论依据。结果表明： 不同生长型植物在叶片形态性状和叶片养分再吸收效率上没有显著差异，这说明不同生长型植物在光合作用、养分保存能力上对环境的适应机制存在较大重叠。不同生长型植物在叶片功能性状上差异显著，乔木主要是通过减弱光合作用，减缓生长速度，延长养分从衰老叶片的转移时间来适应贫瘠生境；草本植物主要是通过增强光合作用，加速叶片养分和干物质周转，提高对衰老叶片养分的再吸收速度来适应生境；灌木的生存策略介于乔木和草本之间。 豆科植物对土壤氮贫瘠的适应能力和对水分的利用效率显著高于非豆科植物；而非豆科植物对氮的保持能力和对干旱胁迫的适应能力显著强于豆科植物；禾本科草本植物的叶氮含量显著高于非禾本科草本植物；非禾本科草本植物对钾再吸收效率显著大于禾本科草本植物，说明非禾本科草本植物表现出对钾营养高度的保存能力，对钾胁迫的适应力强于禾本科草本植物。以上结果表明不同功能型植物具有不同的适应对策。 对4种典型生境中主要植物的叶片性状比较发现，除农田外，其它3种生境中植物叶片性状均未出现显著的差异。而农田植物仅在叶片形态性状上显著高于其它生境，造成这种现象的原因：一方面可能是相对其它叶片性状来说，植物叶片形态易受生境要素的影响，另一方面可能是由于该生境中物种种类较少。但从整体来看，土壤特征以及植被差异对叶片性状的影响不大。 植物对叶氮、磷和钾的再吸收效率之间呈显著的正相关，这与某些学者的研究结论是相矛盾的，以后可在更广泛的范围内进行验证。另外，植物对氮和磷的再吸收效率显著大于对钾的再吸收效率。这一方面说明了植物对氮、磷和钾的再吸收效率机制不同，另一方面可能是由于研究区土壤氮和磷营养缺乏，植物为了满足自身养分需求而采取的一种生存对策。根据植物对氮、磷和钾再吸收效率平均值大小顺序，可推测3种养分对植物生长的限制作用顺序是氮＞磷＞钾，氮可能是影响科尔沁沙地植物生长最强的营养元素。

科尔沁沙地樟子松人工林土壤呼吸对水分变化的响应

土壤是陆地生态系统最大的碳库，其碳储量是大气碳储量的两倍。土壤呼吸是土壤碳库的最大输出途径。在干旱半干旱区降雨格局以及土壤水分条件的变化对土壤呼吸的影响具有重要意义。本研究以半干旱区科尔沁沙地东部樟子松人工林为研究对象，通过室内培养模拟研究、野外降雨量控制研究和降雨频率模拟及干湿交替模拟试验，研究了科尔沁沙地半干旱人工林生态系统土壤呼吸对水分变化的响应趋势，探讨了降雨格局变化对土壤呼吸的影响，结果表明： （1）土壤呼吸速率随温度和土壤含水量的升高分别呈指数和线性增长；温度和土壤含水量分别影响着土壤呼吸对土壤水分和温度的敏感性； （2）降雨量变化影响土壤呼吸日动态变化，降水量增加30%，土壤24h释放CO2量升高了35.9%，当降水量减少30%时，土壤24h释放的CO2量降低了59.6%，而且干旱降低了土壤呼吸日动态变化的幅度； （3）降雨量变化对土壤呼吸月季动态具有一定影响。降雨量增加30%，8~10月土壤总呼吸CO2释放速率升高40.7%~166.4%，土壤异养呼吸CO2释放速率升高40.5%~194.3%；降雨量降低30%使降雨较频繁的8月份土壤总呼吸CO2释放速率降低34.0%~70.0%，土壤异养呼吸CO2释放速率下降20.9%~ 64.0%，而在降雨较少的9~10月份降雨量的减少对土壤呼吸则没有显著影响； （4）降雨量的变化对土壤总呼吸和异养呼吸温度敏感性有一定影响。当降雨量减少30%时，土壤总呼吸的Q10值由5.4下降到2.22，土壤异养呼吸的Q10值由4.84下降到1.81； （5）用温湿度耦合作用经验模型Rt = 0.307e0.0064（W·T）来描述三个降雨处理样地土壤呼吸速率与土壤温度及土壤含水量的关系，可以解释土壤呼吸速率变异的80.2%； （6）在较高的温度条件下，降雨频率增加一倍时，土壤呼吸速率将升高约24%；当温度较低时，降雨频率对土壤呼吸速率的影响不显著； （7）土壤呼吸随着干旱程度的增加而逐渐下降，但当进行降水模拟后，土壤呼吸值迅速升高，可升高降水前的41.0% ~ 128%，而后又迅速下降，呈现明显的脉动（pulse）效应。

封育措施对科尔沁沙地植被恢复的影响

过度放牧是科尔沁地区土地沙化的主要原因之一。围栏封育可以有效的抑制牲畜对植被的破坏，促进沙地植被恢复，从而改善区域的生态环境。本文以科尔沁沙地主要固沙植被——小叶锦鸡儿群落为研究对象，采用空间序列代替时间序列的方法，对比分析了不同封育年限和自然放牧条件下小叶锦鸡儿群落的土壤种子库特征、植被群落结构及空间异质性、土壤理化性质和土壤水分动态，较系统地探讨了封育措施对沙地植被恢复的影响。 研究结果表明：(1) 封育措施促使固沙植被区土壤种子库密度显著增加，自然放牧的小叶锦鸡儿群落封育2年、6年和12年后土壤种子库密度分别提高了15.7%、482.5%和728.1%；土壤种子库的物种多样性和均匀度随着封育时间的增加而降低；封育和放牧条件下小叶锦鸡儿群落土壤种子库均为聚集分布，封育措施降低了土壤种子库的空间异质性。(2) 封育措施对沙地植被恢复具有显著的促进作用，封育6年和12年后总植株密度分别提高了108.0%和239.3%，草本植物盖度分别提高了261.6%和271.6%；封育2年后群落的物种多样性增加，封育6年后群落的物种多样性和均匀度随着封育时间的增加而降低；放牧条件下小叶锦鸡儿群落植株密度具有强烈的空间自相关性，封育后空间自相关性降低。(3) 封育措施显著改善了土壤的养分状况，放牧地封育后土壤表层(0~10cm)的有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷和速效钾含量均有不同程度的增加；封育区土壤含水量在0~10cm及40~60cm深度高于放牧区，在10~40cm及60~120cm深度低于放牧区；土壤含水量随着封育时间的增加而逐渐减少，但封育措施对土壤含水量的影响并不显著。

科尔沁沙地丘间低地植物种间关联研究

丘间低地植物种间关联研究有助于阐述丘间低地植物种间替代的机制。丘间低地面积对植物种间关联关系的影响、沙丘固定对丘间低地植物种间关联关系的影响研究对沙区植被恢复和植物多样性保护具有重要意义。但是，目前还未发现相关研究报道。 作者以科尔沁沙地为研究对象，选择流动沙丘区和固定沙丘区丘间低地面积系列，通过将植物划分为沙生植物、沼泽-草甸植物和草原植物三种生态组群，运用χ2检验和AC关联系数对植物的种间关联关系进行了分析。在流动沙丘区，随丘间低地面积的增大，沙生植物之间的关联性从正关联转变为负关联。当丘间低地面积小于0.5ha时，所有沙生植物之间都呈正关联；当丘间低地面积大于2ha时，所有沙生植物都呈负关联。大部分沙生植物与沼泽-草甸植物之间呈强烈的负关联。在固定沙丘区，随丘间低地面积的增大，草原植物之间种间关联表现为关联性从正关联转变为负关联；或始终呈正关联，但关联强度逐渐减小。大部分草原植物与沼泽-草甸植物之间呈强烈的负关联。不管在流动沙丘区还是在固定沙丘区，随丘间低地面积的增大，|AC| ≤ 0.3的种对数占所有种对数的百分比增大，|AC| ≥ 0.7的种对数占所有种对数的百分比减小。当丘间低地面积相同时，固定沙丘区丘间低地中|AC| ≤ 0.3的种对数占所有种对数的百分比小于流动沙丘区，|AC|≥ 0.7的种对数占所有总对数的百分比大于流动沙丘区。 本研究表明：1）丘间低地面积增大导致种间关系松散；2）沙丘固定导致丘间低地植物种间关系更加紧密。

晚中新世以来中国北方风成沉积的磁性地层学和沉积学研究

The past two decades have witnessed an unprecedented growth of interest in the palaeoenvironmental significance of the Pleistocene loess deposits in northern China. However, it is only several years ago that the Tertiary red clay sequence underlying Pleistocene loess attracted much attention. One of the major advances in recent studies of eolian deposits on the Loess Plateau is the verification of the eolian origin for the Tertiary red clay sediments. The evidence of the eolian origin for the red clay is mainly from geochemical and sedimentological studies. However, sedimentological studies of the red clay deposits are still few compared with those of the overlying loess sediments. To date, the red clay sections located near Xifeng, Baoji, Lantian, Jiaxian, and Lingtai have been studied, with an emphasis on magnetostratigraphy. These sections have a basal age ranging from ～4.3 Ma to ～7.0 Ma. The thickness of the sections varies significantly, depending perhaps on the development of local geomorphological conditions and the drainage system. Although the stratigraphy of the red clay sections has been recorded in some detail, correlation of the red clay sequences has not yet been undertaken. Geological records (Sun J. et al., 1998) have shown that during glacial periods of the Quaternary the deserts in northem China were greatly expanded compared with modern desert distribution. During interglacial periods, desert areas contracted and retreated mostly to northwestern China because of the increase in inland penetration of monsoonal precipitation. According to pedogenic characteristics of the red clay deposits, the climatic conditions of the Loess Plateau is warmer and wetter generally in the Neogene than in the late Pleistocene. Panicle analyses show that grain size distribution of the red clay sequence is similar to that of the paleosols in the Pleistocene loess record, thus implying a relatively remote provenance of the red clay materials. However, the quantitative or semiquantitative estimates of the distance from the source region to the Loess Plateau during the red clay development remains to be investigated. In this study, magnetostratigraphic and sedimentological studies are conducted at two thick red clay sequences-Jingchuan and Lingtai section. The objectives of these studies are focused on further sedimentological evidence for the eolian origin of the red clay, correlation of red clay sequences, provenance of the red clay, and the palaeoclimate reconstruction in the Neogene. Paleomagnetic studies show that the Jingchuan red clay has a basal age of 8.0 Ma, which is 1 million years older than the previously studied Lingtai section. The Lingtai red clay sequence was divided into five units on the basis of pedogenica characteristics (Ding et al., 1999a). The Jingchuan red clay sequence, however, can be lithologically divided into six units according to field observations. The upper five units of the Jingchuan red clay can generally correlate well with the five units of the Lingtai red clay. Comparison of magnetic susceptibility and color reflectance records of four red clay sections suggests that the Lingtai red clay sequence can be the type-section of the Neogene red clay deposits in northern China. Pleistocene loess and modem dust deposits have a unimodal grain-size distribution. The red clay sediments at Jingchuan and Lingtai also have a unimodal grain-size distribution especially similar to the paleosols in the Pleistocene loess record. Sedimentological studies of a north-south transect of loess deposits above S2 on the Loess Plateau show that loess deposits had distinct temporal and spatial sedimentary differentiation. The characteristics of such sedimentary differentiation can be well presented in a triangular diagram of normalized median grain size, normalized skewness, and normalized kurtosis. The triangular diagrams of the red clay-loess sequence at Lingtai and Jingchuan indicate that loess-paleosol-red clay may be transported and sorted by the same agent wind, thus extending the eolian record in the Loess Plateau from 2.6 Ma back to about 8.0 Ma. It has been recognized that during the last glacial maximum (LGM) the deserts in northern China had a distribution similar to the present, whereas during the Holocene Optimum the deserts retreated to the area west of the Helan Mountains. Advance-retreat cycles of the deserts will lead to changes in the distance of the Loess Plateau to the dust source regions, thereby controlling changes in grain size of the loess deposited in a specific site. To observe spatial changes in sedimentological characteristics of loess during the last glacial-interglacial cycle, the texture of loess was measured along the north-south transect of the Loess Plateau. Since the southern margin of the Mu Us desert during the LGM is already known, several models of grain size parameters versus the minimum distance from the source region to depositional areas were developed. According to these semiquantitative models, the minimum distance from the source region to Lingtai and Jingchuan areas is about 600 km during the Neogene. Therefore the estimated provenance of the Tertiary red clay deposits is the areas now occupied by the Badain Jaran desert and arid regions west of it. The ratio of the free iron to total iron concentration attests to being a good proxy indicator for the summer monsoon evolution. The Lingtai Fe_20_3 ratio record shows high values over three time intervals: 4.8-4.1 Ma, 3.4-2.6 Ma, and during the interglacial periods of the past 0.5 Ma. The increase in summer monsoon intensity over the three intervals also coincides with the well-developed soil characteristics. It is therefore concluded that the East-Asia summer monsoon has experienced a non-linear evolution since the late Miocene. In general, the East Asia summer monsoon was stronger in Neogene than in Quaternary and the strongest East Asia summer monsoon may occur between 4.1 and 4.8 Ma. The relatively small ice volume and high global temperature may be responsible for the strong summer monsoon during the early Pliocene.

我国北方沙质沉积物气候代用指标对比研究

In this study we examined samples of sandy sediments along the north-south transects crossing the Taklimakan Desert, the Badain Jaran Desert and the Hunshandake Sandy Land respectively. The grain size was measured via dry sieving, and the carbonate content by means of an Eijkelkamp instrument. The analyses of grain size and carbonate contents show: (1) The sand grains of the Badain Jaran Desert are coarsest and best sorted, this should be associated with the strongest usual wind among these three regions. (2) The different desert have its special wind condition in their own regions. The Badain Jaran Desert and the Taklimakan Desert both show that the wind is getting weaker from north towards south, but the Hunshandake Sandy Land have the similar wind stress from north towards south. (3) The frequency curves of the sandy sediments from the Badain Jaran Desert show a kind of distinct double peaks, presumably associated with the alternative transportations of summer and winter monsoons in the north boundaries of the summer monsoon. (4) There are great differences of the carbonate contents among these three regions, this maybe associated with the humidity, the humidity of Hunshandake Sandy Land is the best, and the one of the Taklimakan Desert would be the worst among them. Analyses of The three profiles about grain size and carbonate contents show: (1) From 8ka BP, the winter-monsoon was getting weaker, and the summer-monsoon accordingly became stronger, and about 1 ka later, the winter-monsoon was getting stronger again. (2) In the stage of the profiles, there maybe show two circles of dry and wet climate, and the climate changes in those three regions show the similar trend.

Retrospective assessment of dryland soil stability in relation to grazing and climate change

Accelerated soil erosion is an aspect of dryland degradation that is affected by repeated intense drought events and land management activities such as commercial livestock grazing. A soil stability index (SSI) that detects the erosion status and susceptibility of a landscape at the pixel level, i.e., stable, erosional, or depositional pixels, was derived from the spectral properties of an archived time series (from 1972 to 1997) of Landsat satellite data of a commercial ranch in northeastern Utah. The SSI was retrospectively validated with contemporary field measures of soil organic matter and erosion status that was surveyed by US federal land management agencies. Catastrophe theory provided the conceptual framework for retrospective assessment of the impact of commercial grazing and soil water availability on the SSI. The overall SSI trend was from an eroding landscape in the early drier 1970s towards stable conditions in the wetter mid-1980s and late 1990s. The landscape catastrophically shifted towards an extreme eroding state that was coincident with the “The Great North American Drought of 1988”. Periods of landscape stability and trajectories toward stability were coincident with extremely wet El Niño events. Commercial grazing had less correlation with soil stability than drought conditions. However, the landscape became more susceptible to erosion events under multiple droughts and grazing. Land managers now have nearly a year warning of El Niño and La Niña events and can adjust their management decisions according to predicted landscape erosion conditions.

Análise da dinâmica plúvio-erosiva na bacia do Córrego da Água Branca (SP)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)