内蒙古毛乌素沙地不同生境油蒿(Artemisia ordosica Krasch.)灌丛地碳动态研究

油蒿(Artemisia ordosica Krasch.)是内蒙古鄂尔多斯高原特有的半灌木，构成该地区沙地优势植被类型。主要分布在固定、半固定沙丘，同时在流动沙丘也有少量分布。它在当地经济价值、防风固沙环保方面均处于无以取代的地位。在毛乌素沙地沙漠化日益扩大的严峻态势下,研究其群落地上、地下过程对生境变化的响应不仅对维持干旱、半干旱区生态系统稳定的管理措施上有所帮助，而且也有助于了解全球变化背景下物种对环境条件的长期变化适应策略。 为此，本项研究以毛乌素沙地为研究区域，利用异速生长关系确立不同生境油蒿生物量最佳回归方程，并调查、比较了毛乌素沙地固定沙丘、半固定沙丘和流动沙丘三个生境油蒿灌丛地的生物量、土壤和植被的碳储量、生产力和细根周转、土壤微生物生物量碳、氮和土壤呼吸。具体结果如下： 1. 建立并比较了油蒿枝、株两个水平上各部分（不含细根）生物量异速生长关系式，其中枝形态指标（枝直径BD、枝长BL、叶枝长LBL）与油蒿叶、枝、果各部分生物量的异速关系最好;株水平上冠层面积CA与其叶、枝干、果、粗根各部分生物量的回归效果较好。不同生境生物量与其生长变量的异速生长关系存在差异。2004年调查的油蒿灌丛生物量从固定沙丘、半固定沙丘到流动沙丘分别是354.8，178.3和30.4 g m-2;各部分（叶、枝干、果、粗根、不同径级细根的)生物量都呈递减趋势。地下根与总生物量比值排序为固定>半固定>流动沙丘。不同生境细根生物量垂直分布存在差异，在固定沙丘根可至100 cm，半固定沙丘达90 cm，而在流动沙丘仅为60 cm，这些结果有助于使了解不同生境中的相同物种如何通过自身形态及其生物量调整来适应生境的差异。 2. 不同生境油蒿灌丛地植被碳储量和土壤碳储量在P < 0.05水平上差异显著，其中固定沙丘植被碳储量和土壤碳储量分别为224.04和7521 g C m-2，半固定沙丘是119.27和3029 g C m-2，流动沙丘是16.83和2300 g C m-2。可见沙区土壤有机碳远大于植被碳量。 3. 利用最大值减最小值方法、标准取样法和内生长土芯法研究了不同生境油蒿灌丛地的地上、粗根生产力和地下细根生产力。发现各生境生产力、细根周转都随着植被盖度增加而增加，地下根生产力与总生产力之比随着植被盖度增加而减少;不同生境油蒿灌丛地生产力在P < 0.05水平上存在显著差异，2005年总生产力范围在18.23-293.82 g m-2 yr-1之间;细根总周转率在0.16-0.54 yr-1之间。 4. 利用异速生产关系确立不同生境不同水平上油蒿叶面积的最佳回归关系式并对不同生境的比叶面积（SLA）进行了比较，其中枝水平上各生境叶面积与枝直径、枝叶长、枝长相关关系在P < 0.001水平上显著;株水平上各生境叶面积与株高、冠层面积相关关系在P < 0.001水平显著;从固定沙丘、半固定沙丘到流动沙丘SLA由大变小，这可能与生境养分差异有关。 5. 不同生境油蒿灌丛地土壤微生物碳、氮和土壤呼吸范围分别在117.99-153.99 mg kg-1、1.49-3.31mg kg-1和0.54-1.96 μmol m-2 s-1之间，它们从固定沙丘、半固定沙丘到流动沙丘依次下降。

鄂尔多斯油蒿生物量遥感动态监测研究

本研究通过对油蒿灌丛及研究地区土壤连续5个月的光谱观测，指出干旱半干旱地区土壤光谱反射的特点，油蒿灌丛的光谱反射将无可避免受土壤背景的影响．分析了油蒿灌丛光谱反射的季节动态变化，指出油蒿灌丛光谱反射不仅取决于叶片，枝条也是重要的反射构件．引入植被指数(Vegetation Index)，采用常规方法与遥感技术相结合估测油蓠单丛生物量，获得较单纯常规方法更高的估测精度，表明在干旱半干旱地区，应用植被指数估测灌丛生物量是可行的．对油蒿单优群落现存生物量动态监测，表明油蒿群落生物量8月份达到最高，是适应生态气候因子，特别是水因子的结果．观测不同深度土壤光谱反射，显示了土壤持水的稳定性．通过对研究地区土壤光谱观测，得到一条适合本地区的土壤线(8011line)．通过比较几种植被指数消除土壤背景影响和估测生物量的效果，选取综合效果最佳的植被指数- SAVI( Soil-Adjusted Vegetation Index)．利用植被指数区分典型地块，提取油蒿地块面积．

毛乌素沙地优势植物对全球气候变化的响应研究

毛乌素沙地是中国半干旱地区典型沙地，这里的干旱生态系统对全球的水热配合格局的变化具有很灵敏的响应。随着未来全球气候变化，如温度和降水量变化，将给这里的陆地生态系统分布格局和生产力以及水分平衡带来巨大影响。故本文人工控制157. 5mm、315. Omm、472. 5mm和630. Omm4种施水量水平以及25/20℃和28/23℃（白天／晚上）两种温度，来研究与模拟毛乌素沙地优势植物对水分和温度变化的响应。 以沙柳、杨柴和油蒿幼苗为研究对象，人工控制4种降水量水平来探讨它们的水分平衡对全球变化中降水量变化的响应。结果表明，随着施水量的增加，沙地贮水量及其它的变化量、湿度、蒸发量和蒸腾量均逐渐增大。并且157. 5mm和315. Omm施水量的植物沙地出现水分亏缺现象。相同施水量下，沙地蓄水量和湿度均杨柴沙地>沙柳沙地>油蒿沙地，而植物蒸腾量却油蒿>沙柳>杨柴。 以沙柳和油蒿幼苗为研究对象，人工控制4种降水量水平来探讨植物气体交换过程对全球变化中降水量变化的响应。结果表明，施水量的增加显著提高了两种植物的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和光能利用效率，并且显著降低了叶片温度。同时，157. 5mm施水量造成沙柳和油蒿的净光合速率和蒸腾速率具有显著的“午睡”现象，而充足施水却有效的解除或缓解这种“午睡”现象。 以沙柳、杨柴、油蒿和柠条幼苗为研究对象，人工控制4种降水量水平来探讨植物叶绿素荧光对全球变化中降水量变化的响应。结果表明，不同施水量对这4种植物的初始荧光、最大荧光、可变荧光和PSII光化学效率均具有显著影响。157. 5mm施水量的沙柳、杨柴、油蒿和柠条以及630. Omm施水量的柠条出现明显的光抑制现象。 以沙柳、杨柴、油蒿和柠条幼苗为研究对象，人工控制4种降水量水平来探讨植物生长对全球变化中降水量变化的响应。结果表明，施水量的增加对沙柳、油蒿和杨柴枝叶形态和生物量等都具有显著正效应。而157. 5mm和630. Omrn的施水量对柠条生长具有负作用。另外，沙柳、杨柴和油蒿根冠生物量比随着施水量增加均逐渐减小，而不同施水量的油蒿根冠生物量比之间差异不显著。 以柠条、杨柴和油蒿幼苗为研究对象，人工控制两种温度水平来探讨植物形态、生物量和气候交换特征对增温的响应。结果表明，增温显著提高了柠条和杨柴株高、叶数、叶面积、生物量、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度，却显著降低了水分利用效率。增温对油蒿叶数、叶大小、叶面积、生物量、蒸腾速率和气孔导度没有显著影响，却显著提高了油蒿的树高和净光合速率。柠条、杨柴和油蒿之间的种间生长和生理特征均有显著差异。

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。

毛乌素沙地油蒿与籽蒿种子萌发对光照的反应

油蒿(Artemisia ordosica)与籽蒿(Artemisia sphaerocephala)为毛乌素沙地的优势物种，广泛用于我国北方干旱、半干旱区的生态恢复。油蒿与籽蒿种子萌发对温度、水分等环境条件的反应已有较为明确的研究结果，但关于这两种蒿属植物种子萌发对光照反应的研究目前存在两种不同的结论，对飞播技术的改善造成一定影响。 影响油蒿与籽蒿种子萌发对光照反应的因素较多。如种源地、结实部位、种子颜色、种子保存方式与时间、实验条件、温度等。考虑种源地、种子保存时间与方式、结实部位及温度，从多方面系统研究油蒿与籽蒿种子萌发对光照的反应。结果表明当温度较低时(10:20C)，萌发率和萌发速率在黑暗条件下显著高于在光照条件下。采自榆林地区的种子萌发状况相对较差，萌发率和萌发速率在大多数情况下显著低于其他两地;各种源地上下部种子萌发率有一定差异，大多数结实部位为上部的种子最终萌发率和萌发速率高于下部的种子;保存几周的种子萌发率变化不大，但在温度较高和较低时，随着种子保存时间的延长，萌发率下降较快，而在适宜温度下种子萌发率变化不明显;种子保存方式的不同造成种子萌发情况的差异，但差异不明显;黑暗条件下比近似黑暗条件下的种子萌发率略低。上述因素对种子萌发均具有一定影响，但总体特征是种子萌发对光照的反应表现为强光抑制种子的萌发，黑暗促进种子萌发。当温度较高时(15:25C)，光照与黑暗条件下种子萌发率差异不大，但黑暗条件下种子的萌发速率显著高于光照条件下;当其它条件相同时，种子萌发率和萌发速率显著高于温度较低时(10:20C)。因而，适宜的温度和黑暗条件有利于油蒿与籽蒿种子的萌发。在飞播实践时应为种子创造一定的沙埋条件，创造有利于种子萌发的黑暗环境，促进种子的萌发，提高飞播工作的成效。

库布齐沙漠油蒿群落水量平衡研究

鄂尔多斯高原位于中国北方敏感的生态过渡带，水分往往是制约该区域内植物生存、生长和生态系统结构与功能的最主要的限制因子。境内分布大面积的沙地，沙地天然植被以油蒿（Artemisia ordosica）灌丛为主，是重要的沙地牧场。油蒿在新固定沙地上和半流动沙地上长势良好，随着沙地的固定、地表土壤结皮的形成，生长变差，呈现出衰败的迹象。这种现象被认为是由于沙地土壤水分状况改变而驱动的自发演替。沙地土壤水分状况通常与降水量直接相关，降水格局影响植物根系层土壤水分的补充，植被、土壤结构及地表结皮、微地形等其它生物和非生物因素也会引起土壤水分在时间和空间上的再分配。降水只有克服植被和土壤表层的截留与直接蒸发，并下渗到根系层土壤中，才能有效地补充为土壤水分，进而为植物利用。因此，小雨量的降雨往往对土壤水分的补充，特别是对油蒿根系层土壤水分的补充效果有限。在该地区特定自然条件下，单次降雨雨量多大才能有效地补充沙地油蒿群落的土壤水分？在特定降雨格局下，一年内补充到土壤中且能被植物生长利用的有效降雨量究竟是多少？这些都直接影响土壤水分状况和群落的稳定以及长期演替。 为了解决以上两个问题，借助涡度相关技术对鄂尔多斯高原库布齐沙漠油蒿群落的蒸散过程及土壤水分状况进行观测，配合以地面植物群落、土壤物理特性调查，综合考虑生态系统水文平衡的各个环节，对沙地土壤水分状况以及降雨格局对土壤水分的补充进行了研究。 结果表明，2006年全年降水总量为229.4 mm，年蒸散量281.4 mm，降雨、蒸散主要集中在5～10月。5～10月间，降雨29次，总降雨量223.2 mm，各次降雨量、降雨历时、降雨强度变异较大。5.0 mm以下降雨16次，累计降雨量14.0 mm，5.0 mm以上降雨对总降雨量贡献大。雨后被植被和地表截留直接蒸发的水分和的有效降雨受降雨特性及其他气象条件共同影响，通常5.0 mm以上降雨能有效补充到油蒿根系层土壤，有效降雨量累计153.9 mm，降雨效率约68.9%。

鄂尔多斯高原油蒿种群分布格局与群落数量特征对降水梯度的反应

近年来，种群空间分布格局日益为生态学家所重视，已成为生态学发展最快的领域和生态学理论发展的核心之一，群落的植被盖度和生物多样性是生态学研究的常用指标。植物种群分布格局及群落特征是种群和群落对环境条件长期适应和选择的结果，一方面决定于植物自身的生物学特性，另一方面与种群和群落分布的生境密切相关，对于揭示植被对环境的适应规律及它们之间的相互关系具有十分重要的意义。 本文以油蒿种群为研究对象，沿着鄂尔多斯高原从东至西的降水梯度(336～249mm)，应用传统的分布格局检验法以及点格局方法进行油蒿种群分布格局的研究；采用Gleason 指数、Shannon-Wiener 指数、Pielou 指数和Simpson 指数分析比较油蒿群落的生物多样性。从格局分析的尺度问题、严密性以及聚集程度变化趋势等几个方面，对本文采用的种群分布格局分析方法进行比较，为种群分布格局分析方法的选择提供参考。 种群分布格局分析结果表明沿着降水递减的梯度，在小尺度上油蒿种群分布格局表现为由均匀分布向随机分布转变的趋势；在大尺度上则表现为由随机分布向聚集分布转变的趋势。沿降水逐渐减弱的梯度上，油蒿种群的聚集程度逐渐增强。降水梯度对油蒿种群分布格局的影响一方面由油蒿本身的生物学特性决定，在降雨量小的地区，油蒿母株周围幼苗的存活率高，呈现聚集分布格局，而降雨量大的地区，油蒿幼苗存活概率比较平均，形成随机分布格局；其次，降雨量较大的地区，土壤水分资源较充足，油蒿个体较大，个体之间以竞争关系为主，聚集程度较低，降雨量少的地区，油蒿个体较矮小，个体之间为共同抵御恶劣生境，呈现聚集分布的格局。 群落FPC 和生物多样性指数与年平均降水量的回归分析结果显示，降水量越大，植被盖度越高，物种丰富度越大，群落物种分布均匀程度和优势度越低。充足的降雨促进油蒿群落的发育，草本层植物长势更好，生物量增加，群落的结构趋于复杂。 传统的分布格局检验方法和点格局方法在油蒿种群分布格局分析应用中得到的结果具有高度一致性，然而在实际工作中，这些方法之间具有各自的优劣和适应性。 建议在选取种群分布格局的分析方法时，要充分考虑研究目的，根据具体的物种和实验环境确定采用的方法。需在各细微尺度上做种群分布格局分析时，点格局方法优于传统的分析方法；在大范围取样及对工作效率要求较高时，方差均值比率法和聚集强度指数法更适合。由于聚集强度指数法在进行结果判定时比较模糊，建议优先选择方差均值比率法，将聚集强度指数法作为参考。降雨的减少显著改变了植物种群的空间分布格局和群落结构及物种组成，在进行生态恢复时可以参照本文的分析结果进行恢复植被的合理配置。