基于野外样地调查数据,通过分析静态生命表、存活曲线、动态指数等参数,结合时间序列模型,研究了人工梭梭种群年龄结构动态,旨在预测人工梭梭种群演替趋势,为退化人工梭梭种群恢复与重建提供理论依据.结果表明:(1)民勤绿洲荒漠过渡带人工梭梭种群的年龄结构近似于"金字塔"型,幼龄林个体占总物种数的90.1％;(2)人工梭梭种群存活曲线趋近于Deevey-Ⅱ型,为稳定型种群.不同区域人工梭梭种群的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ龄级个体死亡率和消失率最高;(3)动态量化结果显示人工梭梭种群总体均表现为增长型,对外界干扰敏感性较强;(4)时间序列预测分析表明,在未来2、4个龄级时间后,种群Ⅱ、Ⅳ龄级个体数量大幅度增加,人工梭梭种群发展趋势较好.民勤绿洲荒漠过渡带人工梭梭种群为稳定增长型种群,种群具有一定的自然更新能力.针对该种群幼龄个体死亡率较高的问题,未来建议加强对第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ龄级幼株的精准抚育管理,通过人为辅助措施提高幼苗的保存率,促进人工梭梭林的可持续发展.

以石羊河流域武威和民勤两大绿洲为研究区,分别选取1995年、2006年和2016年LandsatTM/OLI遥感影像作为数据源,通过提取沙漠化指数(DI)、概括差值植被指数(GI)、盐渍化指数(MSI)、湿度指数(WI)等评价指标,构建用于生态环境质量评估的遥感生态距离指数(RSEDI),对石羊河流域两大绿洲区进行生态环境质量分析评价.结果表明:从时间变化来看,1995-2016年,石羊河流域两大绿洲生态环境质量整体上逐年变好,RSEDI均值由1995年的5.3上升到2016年的14.8,生态恢复面积大于生态退化面积;从空间变化来看,1995-2016年,民勤绿洲生态质量整体处于恢复状态,武威绿洲区在西北方向呈恢复状态,而在东南方向以退化为主;从剖面图的变化来看,两大绿洲1995年生态质量较差且绿洲内部空间分布差异显著,2006年生态质量最差但内部差异最小,2016年生态质量最好,绿洲内部生态环境质量空间分布差异也较为明显;总体来看,石羊河流域两大绿洲生态环境质量整体较差,但经过多年治理,尤其近10年来生态环境质量向好趋势明显,说明流域治理取得了阶段性成果.

应用Granier热扩散探针测定民勤绿洲荒漠过渡带梭梭人工林的树干液流,将液流与饱和水汽压差(VPD)和光合有效辐射(PAR)数据分别进行逐行错位分析,探讨树干液流与环境因子之间的时滞效应.结果表明:梭梭日液流速率呈现明显的季节变化,6月平均液流速率最大,8月平均液流速率最小.生长季(5-9月)梭梭树干液流与光合有效辐射、饱和水汽压差存在明显的时滞,树干液流滞后于PAR 80 min,提前于VPD 114 min,且不同月份的时滞长短存在差异.尽管梭梭树干液流在日尺度上更加依赖于PAR的变化,但在白天,树干液流与饱和水汽压差间有更紧密的关系.梭梭生长季树干液流与VPD或PAR之间的时滞与树形因子(袜高、地径、50 cm处直径、枝下高、冠幅)及夜间液流量的相关性均不显著.

为了探明民勤绿洲边缘梭梭林衰败过程中土壤种子库演变特征及其与地上植被的关系,以民勤西沙窝——民勤治沙综合试验站1987年建植的未衰败(ND)、轻度衰败(SLD)、中度衰败(MD)以及重度衰败(SD)梭梭林为对象,通过野外调查及室内萌发的方法对林地土壤种子库物种组成、密度、物种多样性及其与地上植被的关系进行了研究.结果表明:1)梭梭林由未衰败向重度衰败演变过程中,种子库草本植物物种数先急剧增大再缓慢减小(峰值在SLD阶段),木本植物物种数先急剧减小再保持恒定;种子库优势种呈现出由沙生植物向沙旱生植物演替的趋势;大部分林地种子库与地上植被物种间存在较高的相似性.2)梭梭林衰败过程中,草本植物种子库密度呈现出急剧增大后缓慢减小趋势,SLD、MD及SD的密度分别是ND的2.57、2.32、2.28倍;木本植物种子库密度处于持续增大状态,SLD、MD、SD的密度分别是ND的5.25、11.38、14.74倍;种子库与地上植株密度间存在正相关关系,其中,草本植物为对数曲线,木本植物为二次函曲线.3)梭梭林从衰败初期(SLD)演变到后期(SD),种子库中草本植物物种多样性指数Dma、Dsim、H'、Jsw均呈现出先稳定后变化的状态,而木本植物的4种指数一直呈现出减小的趋势;种子库草本植物物种多样性指数变化趋势与其地上植被存在差异,但其变化幅度基本一致;种子库木本植物与地上植被的物种多样性指数变化趋势完全一致,其种子库的变化幅度小于地上植被.基于以上结果得出,民勤梭梭林衰败过程中林地植物群落发生了由沙生植物向沙旱生植物的演替,林地植被与土壤种子库间存在很强的依赖性,衰败梭梭林林地土壤种子库具有较高的植被恢复能力.

荒漠绿洲过渡带是荒漠化和绿洲化两种地理过程共同影响的生态交错区,是恢复生态学重点关注的区域.利用第五次全国荒漠化和沙化监测数据,采用方差分析和冗余分析,研究了民勤荒漠绿洲过渡带4种不同荒漠化发展阶段的植被生态特征和土壤环境因子的变化规律与相互关系.结果表明:(1)随着荒漠化的发展,土壤环境因子中,除有效土层厚度逐渐变浅外,风蚀痕迹占地率、表土砾石含量、盐碱斑占地率和坡度均呈现增加的动态趋势;植被因子中,除优势种盖度与植被总盖度的比值逐步增加,物种丰富度、优势种多度等其他指标均表现出明显的下降特征;(2)土壤环境因子中,有效土层厚度在4种荒漠化阶段对植被生态特征的影响程度达显著水平(P＜0.05),风蚀痕迹占地率在轻度、中度和重度阶段是植被生态特征变化的主导驱动因子.其他因子在多数荒漠化阶段与植被生态特征相关性不显著;(3)相比其他荒漠化阶段,中度阶段中植被生态特征对土壤环境因子的响应更加敏感,应是荒漠化防治重点关注的阶段.

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.

基于涡动相关系统观测的民勤绿洲荒漠过渡带梭梭人工林生态系统通量资料,定量分析了2018年生长季(5-10月)碳通量变化特征及其影响因子,为民勤梭梭人工林生态系统碳源/汇的评估提供基础数据.结果表明:生长季净碳交换量在日尺度上呈对称的“U”型曲线变化;在季节尺度上,呈双峰曲线变化规律,各月均为碳汇,总固碳量为34.38 g C·m-2,且9月固碳量较高,为12.31 g C·m-2,7月最低,为0.89 g C·m-2.白天生态系统净碳交换随光合有效辐射的增加而增加,符合直角双曲线关系,但当饱和水汽压差大于2.5 kPa时,增加程度减弱.生态系统呼吸与气温呈较好的指数关系,其温度敏感性系数为1.7.整个生长季期间,白天和夜间的净碳交换量均与土壤温度呈显著相关.

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.

生态安全格局识别及构建是保障干旱区生态安全、实现可持续发展的基本空间途径.石羊河流域是典型的干旱内陆河流域,其生态环境极为脆弱、敏感.基于石羊河流域生态本底特征,选取并定量评估水资源、生物多样性、水土保持和沙漠化4种生态系统服务,识别生态源地;以建筑物指数和植被净初级生产力为阻力因子,应用加权叠加法构建基本阻力面,并运用最小累积阻力模型及水文分析法识别生态廊道和生态功能节点,进行生态安全格局构建及优化.结果 表明:(1) 2005-2015年,石羊河流域生态源地增加,生态环境质量趋于好转,特别是下游民勤绿洲区及上游祁连山区源地面积增加明显.2005、2010、2015年生态源地面积占流域总面积的比重分别为16.7％、14.7％、19.8％;(2) 2005-2015年,生态廊道明显增加,流域整体生态安全格局网络趋向复杂完善.2005年和2010年提取的生态节点都为36个,2015年的生态节点为35个,生态廊道从2005年的23条增加到2015年47条,部分潜在廊道发展演化为廊道;(3)基于2005-2015年生态安全格局分析,构建了以“二带区、三绿洲、五廊道、多中心”为核心的“绿洲廊道功能区”的优化格局模式,以期为石羊河流域生态环境治理与恢复以及区域可持续发展规划提供借鉴与决策依据.

以石羊河流域下游甘肃省民勤县为研究区,选取1995、2000、2005、2010、2015、2018年6期遥感影像作为数据源,利用RS和GIS理论和方法,基于归一化植被指数(NDVI)和地表反照率(Albedo)建立Albedo-NDVI特征空间,构建荒漠化差值指数,对民勤县荒漠化动态变化进行分析.结果 表明:石羊河流域下游地区荒漠化面积占民勤县总面积的90％以上,绿洲零星分布在大面积荒漠化土地中,以中度荒漠化为主,占全县总面积的70％以上;1995-2018年间,民勤县荒漠化面积整体呈减少趋势,年均减少面积为22.06 km2,年均减少0.1％.研究期间,该县各类荒漠化面积减少与扩张并存,重度、中度、轻度、微度荒漠化面积的动态度分别为-1.5％、0.2％、-0.9％、3.8％,说明荒漠化严重程度降低;研究区荒漠化总体处于稳定状态,未发生大面积并且趋势较为明显的荒漠化过程,荒漠化治理工作取得了阶段性的成果;研究区荒漠化波动下降的面积占15.2％,而波动上升的面积只占3.9％,无规律波动变化区主要分布在荒漠绿洲过渡区和绿洲边缘地区,面积达到总面积的17.7％,说明在绿洲和荒漠区交错地带,荒漠化反复变化较为活跃,是将来重点治理和修复地区之一.