为了阐明固沙过程中蚂蚁群落结构分布特征及其对土壤性质的影响,在腾格里沙漠固沙植被区选取流动沙地以及 5a、8 a、34 a和 57a固沙植被区为研究样地,对不同样地蚂蚁群落的个体数、类群数以及蚁丘内外土壤理化性质进行测定,进而分析了不同样地蚂蚁群落分布特征及其与土壤因子间的关系.结果表明:(1)固沙植被区蚂蚁群落中的优势类群为掘穴蚁(Formica cunicularia),个体数占比为 78.87%.(2)57 a固沙植被区蚂蚁密度显著低于 8a和 34a固沙植被区(P＜0.05);5 a固沙植被区蚂蚁类群数显著低于其他植被区(P＜0.05).(3)57 a固沙植被区蚁丘中土壤含水量、土壤黏粒和土壤全钾显著高于非蚁丘,而土壤电导率和土壤粉粒显著低于非蚁丘(P＜0.05).8 a和57a固沙植被区蚁丘中土壤pH显著高于非蚁丘,8 a固沙植被区蚁丘中土壤有机碳显著高于非蚁丘,8 a和34a固沙植被区蚁丘中土壤全氮显著高于非蚁丘(P＜0.05).(4)蚂蚁群落组成与土壤粒径、电导率、pH、有机碳、全氮、全磷和有效磷含量的相关关系显著;偏RDA 结果表明,蚂蚁类群数是影响固沙区土壤理化性质的主要限制因子.综合表明,腾格里沙漠不同固沙年限植被区蚂蚁群落组成差异较大,更丰富的蚂蚁群落有利于改善土壤质地,促进土壤理化性质向良好的方向发展,对实现荒漠生态系统恢复起到推进作用.

干旱区荒漠植被地上生物量是植被生长状况评价与荒漠化监测的重要指标.在乌兰布和沙漠东北缘的荒漠-绿洲过渡带选取典型区,基于地面调查数据构建主要植物种的异速生长方程,对样方内的植被地上生物量进行估算;基于样方调查数据和QuickBird影像数据,分别建立植被指数与人工固沙林和荒漠植被地上生物量的回归模型,并对研究区植被地上生物量进行估算.结果表明:植冠体积V是较好的预测变量,所得荒漠植物异速生长方程精度较高,能够满足样方内荒漠植被地上生物量估算需要;采用RVI对数模型估算人工固沙林地上生物量的效果最好(R2=0.72,RMSEP=56.15),采用RVI线性模型估算荒漠植被地上生物量的效果最好(R2=0.82,RMSEP=15.07);研究区内荒漠植被和人工固沙林的单位面积地上生物量分别为90.73g/m2和105.28g/m2.该研究可以为荒漠化监测和荒漠植被遥感信息提取提供参考.

甘肃河西走廊经过60多年的防沙治沙,在绿洲边缘形成了一条积沙带.其中,民勤绿洲边缘积沙带相对最典型、最完整.积沙带上的植被不仅是积沙带的形成因素,更是维持积沙带稳定的重要因素.从一定意义上说,积沙带上植被的健康状况,决定着积沙带的稳定性.为了分析积沙带上的植被状况,在民勤绿洲边缘积沙带上等间距设定了11条样线,通过60多个样方的植被调查,对民勤绿洲边缘积沙带上植物群落进行了健康序列分析.结果表明:民勤绿洲边缘积沙带上的植被普遍是不健康的,民勤绿洲边缘人工固沙林积沙带上的植被健康状况相对好于天然灌丛积沙带上的植被健康状况,乔灌混交林积沙带上的植被健康状况最差.民勤绿洲下游积沙带上的优势种植物柽柳严重枯死,健康状况最差,积沙带潜在风蚀活化的危险.农田弃耕后,沙区农田边缘防护林及其积沙带的保护是一个新的值得考虑的问题.

为了明确草方格人工固沙造林植被恢复过程中土壤颗粒组成、分形维数及对土壤理化性质的影响,以腾格里沙漠东南缘2016年(1 a)、2013年(4 a)和1987年(30 a)草方格固沙林为研究样地,以周围流动沙地为对照(CK),研究了草方格固沙造林后植被恢复过程中土壤颗粒组成、分形维数及与土壤理化性质的作用关系.结果表明:100～ 250、250～500 μm土壤颗粒含量较高,分别为42.5％ ～ 80.1％、12.5％～42.2％;50～ 100μm土壤颗粒含量居中,为0.2％ ～20.8％;＜2和2～50 μm的土壤颗粒含量次之,分别在0～ 1.3％和0～ 22.7％;而500～1000 μm的土壤颗粒含量较低,在0.3％以下.＜2和2～ 50 μm土壤颗粒仅在30 a固沙林有分布;50～ 100 μm土壤颗粒分布为30 a最高,4a和1 a居中,而CK最低;100～250 μm土壤颗粒分布依次为4 a＞1 a＞CK＞30 a;250～500 μm土壤颗粒分布为CK＞1 a＞4 a＞30 a;但500 ～1000 μm土壤颗粒在各样地分布均较少,且不同样地之间无显著差异.研究区土壤颗粒分形维数为0.54～2.59,并且不同样地间存在显著差异,表现为30 a最高,4 a与1 a居中,而CK最低.土壤颗粒分形维数与土壤黏粒、粉粒、极细砂粒含量呈极显著正相关,而与土壤中砂粒呈极显著负相关.土壤颗粒分形维数与土壤电导率、有机碳、全氮和碳氮比均呈极显著正相关,而与土壤pH和含水量无相关性.土壤中＜2、2～50、50～100 μm颗粒与土壤电导率、有机碳、全氮和碳氮比均呈极显著正相关,而250～500 μm土壤颗粒与上述4个土壤指标和土壤含水量呈显著负相关.500～1000 μm土壤颗粒与土壤含水量亦呈极显著负相关.在腾格里沙漠东南缘地区利用草方格进行人工固沙植被建设,可有效促进土壤颗粒细粒化,长期演变导致土壤黏粒和粉粒及土壤分形维数显著增加,促使土壤有机碳和全氮含量提高,有利于土壤理化性质改善和促进沙漠化治理.

采用野外调查和室内试验相结合,以辽宁省章古台地区不同生长阶段(包括幼龄林、中龄林、成熟林和过熟林)的20块樟子松人工固沙林样地(以临近的7块天然草地为对照)为研究对象,研究了沙质草地营造樟子松人工林后不同生长阶段0-100cm土层土壤容重的变化及其影响因子.结果 表明:天然沙质草地营造樟子松人工固沙林后,不同生长阶段樟子松林在0-10cm土层土壤容重变化的变异系数为78％,其他土层变异系数范围为1.08％-4.35％.随着樟子松人工林林龄的增加,土壤容重变化量在0-20 cm和60-100 cm层逐渐降低,在20-60 cm层先降低,到37年左右后逐渐升高,过熟林较成熟林显著增大.林龄对不同土层容重变化的决定系数由大到小依次为40-60、60-80、20-40、10-20、0-10、80-100 cm层.土壤容重变化在60-80 cm层与土壤粗颗粒(粒径＞0.05 mm)含量、在0-10、20-40 cm和60-80 cm层与土壤全氮含量、在0-10、20-60 cm和80-100 cm层与土壤全磷含量、在20-40 cm和80-100 cm层与土壤全钾含量显著负相关,且土壤全氮和全磷含量对土壤容重的影响效果随土层深度的增加逐渐降低,土壤容重变化在10-20 cm层与土壤含水率、在20-40 cm层与土壤有机碳含量呈显著的正相关.总体上,沙质草地营造樟子松人工林可以改善土壤结构,提高土壤质量,建议采取封育禁牧等营林措施增加樟子松林下枯落物积累,提高土壤养分含量,同时对37年樟子松人工林逐渐进行更新.

营造樟子松人工林是沙地治理的一项重要措施,而造林后林分的生长一般会引起土壤pH值的变化,但营造樟子松固沙林后引起的土壤pH变化却并没有引起关注.以辽宁省章古台不同林龄樟子松固沙林(幼龄林、中龄林、成熟林和过熟林)为对象,研究了营造樟子松林后不同发育阶段0～100 cm土层土壤pH值的变化及其影响因子.结果 表明:(1)沙地营造樟子松人工林后,pH值的变化范围由对照草地的两个层次(0～10或0～ 20、20～100 cm)扩大为3个层次(0～10或0～20、20～40、40～ 100 cm).(2)随人工林林龄的增加,0～20 cm层pH值显著降低,20～40 cm层保持不变,40～ 100 cm层幼龄林、成熟林显著高于过熟林,而过熟林与草地无显著差异.(3)樟子松人工林中,0～10 cm层,pH值与土壤全钾(TK)呈显著正相关,与土壤有效磷(AP)呈显著负相关,10～ 20 cm层,与土壤有效钾(AK)和土壤有机碳(SOC)呈显著负相关,而与土壤含水率(SW)呈显著正相关,20～ 40、40～60、60～80 cm层,分别与土壤碱解氮(AN)、土壤全氮(TN)、土壤全磷(TP)呈显著正相关.樟子松林处于幼龄林时,pH值在20～ 40和60～ 80 cm层分别与C/P和AN、土壤容重(BD)呈显著正相关,而在80～ 100 cm层与N/P呈负相关;中龄林时,pH值在10～ 20 cm层与C/P呈显著负相关,20 ～ 40和40～ 60 cm层分别与粒径＜0.05 mm的黏粉粒含量(FS)和TN呈显著正相关;成熟林时,pH值在0～10 cm层与BD、AP呈极显著正相关,与SW、AK、FS呈显著正相关,20～40 cm层与TN呈正相关,在60～ 100 cm层与C/N呈负相关;过熟林时,pH值在0～10 cm层与AN呈显著正相关,与TK呈显著负相关,10～ 20 cm层与TN呈显著正相关.

为了解科尔沁沙地土壤氨氧化细菌群落对人工固沙林群落类型的响应,选取科尔沁沙地差巴嗄蒿、山竹岩黄蓍、小黄柳、杨树、樟子松和小叶锦鸡儿6种典型人工固沙林群落作为对象,采用amoA基因克隆文库、荧光定量PCR(Q-PCR)、末端限制性长度多态性分析(T-RFLP)等技术和液体震荡培养的方法分析了土壤氨氧化细菌(AOB)的组成、丰度、群落结构和硝化潜力.结果 表明,Nitrosospira cluster 3a是固沙林土壤AOB群落的绝对优势菌群,其次为cluster 6.Nitrosospira cluster 3a和cluster 6的平均相对丰度在不同固沙林群落间存在显著差异,其中,Nitrosospira cluster 3a在小叶锦鸡儿最高.小叶锦鸡儿土壤AOB丰度最高.全氮、有机质和有效钾是决定AOB群落结构的主要因素.不同固沙林土壤硝化潜力具有显著差异,小叶锦鸡儿群落土壤显著高于其他固沙林土壤.硝化潜力与AOB丰度和土壤全氮含量呈显著正相关.本研究表明,人工固沙林群落类型不影响AOB群落组成和结构,但影响优势菌群的相对丰度、AOB丰度和硝化潜力.AOB丰度和Nitrosospira cluster 3a的相对丰度可作为科尔沁沙地AOB菌群恢复的指标.与其他群落相比,小叶锦鸡儿固沙林群落恢复土壤AOB种群的效果最好.

甘肃河西走廊经过60年的防沙治沙,在绿洲上风向边缘形成了一条流沙堆积带,即积沙带.其中,民勤绿洲上风向边缘的积沙带最高大、最连续.为了揭示积沙带的稳定性动态,在民勤绿洲上风向边缘设置11条观测样线,从2016年1 1月上甸至2019年4月上旬进行了7次风蚀积沙观测和沙面特征点位移观测.民勤绿洲上风向边缘积沙带按形成方式可分为人工固沙林积沙带、天然灌丛积沙带和乔灌木混交单行林积沙带.结果 表明:人工固沙林积沙带风蚀最严重且前移速率最快,天然灌丛积沙带次之;风蚀程度越轻则积沙带前移速率就越慢,草本植物盖度越高沙面风蚀程度就越轻,积沙带前移速率就越慢.草本植物盖度与沙面稳定性二者相辅相成;积沙带迎风坡为风蚀面,而背风坡为积沙面,一蚀一积,维持着积沙带的前移及其动态稳定性.

为研究半干旱区进一步干旱化对森林生态系统氮磷循环的影响,以科尔沁沙地樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)人工固沙林为对象,分析了3种不同降雨量条件下(天然降雨、降雨量减少30％、降雨量减少50％)氮磷养分在一个生长季内的吸收、归还和分解释放3组流通量及其对应的流通率.结果 发现,降雨减少30％处理下,樟子松对氮的归还量与归还率显著下降27.3％和37.3％,其余流通量与流通率变化不显著.降雨减少50％处理下,氮的吸收、归还与分解释放量显著下降59.9％、36.0％和50.3％,磷的归还量显著下降38.1％,氮归还与分解释放率显著下降39.9％和32.7％,而地表枯落物层中的磷含量则显著上升27.4％,磷的吸收量和氮磷吸收率变化不显著.降雨减少引起氮磷归还与分解释放率的下降,预示着干旱化导致沙地樟子松固沙林存在养分循环失衡的风险.

磷是森林生态系统重要养分元素之一,是干旱半干旱地区植物生长的限制性因子.然而沙质草地转化为人工林生态系统后,林分的生长对沙地土壤磷素的变化及其影响机理还不清晰,为沙地合理经营和管理人工林带来了不确定性.以辽宁省章古台地区各生长阶段(幼龄林、中龄林、成熟林和过熟林阶段)的20块樟子松固沙林样地(在各生长阶段林分附近寻找1块天然草地作为对照样地)为研究对象,取样并测定样地各土层(0-10、10-20、20-40、40-60、60-80、80-100 cm)的土壤磷(全磷和速效磷)、土壤氮(全氮和速效氮)、土壤钾(全钾及速效钾)、土壤有机碳等含量以及土壤含水率、土壤pH值、土壤质地、土壤容重等因子值,并进行统计分析.结果 表明:沙质草地营造樟子松人工林后,土壤全磷含量随林龄的增加而逐渐递增,成熟林时期达到最高,过熟林地全磷降低,且土壤全磷对土层深度不敏感.成熟林地的速效磷含量略高于幼林和中龄林;虽然与幼林、中龄林没有显著差异,但过熟林的土壤速效磷含量是所有林分中最低的.除了林分生长影响外,草地营造樟子松林后,土壤全磷的变化还受土壤容重和土壤速效氮含量的影响,而土壤速效磷的变化受土壤有机碳和pH值影响.综上所述,沙质草地营造樟子松人工林后,林分生长促进了土壤全磷含量的增加,但导致土壤速效磷轻微的降低,而樟子松过熟林的生存与生长导致了土壤速效磷的过渡消耗,使得土壤速效磷低于草地,经营中应引起重视,以确保樟子松人工林经营的健康发展.