沙化草地的恢复与重建是干旱半干旱区生态建设的重要内容,分析荒漠草原沙漠化过程中土壤非保护性有机碳分配比例的变异规律对于探讨沙化草地恢复机制具有重要的理论价值.以干旱、半干旱地区荒漠草原不同沙化阶段的土壤为研究对象,分析土壤粗颗粒有机碳、细颗粒有机碳、轻组有机碳含量和分配比例的分布特征、土壤非保护性有机碳转化为保护性有机碳的速率.结果表明:荒漠草原发生逆向演替后,土壤细颗粒有碳含量和分配比例表现为固定沙地＞荒漠草地＞半固定沙地＞流动沙地;粗颗粒有机碳含量表现为荒漠草地＞半固定沙地＞流动沙地＞固定沙地,粗颗粒有机碳分配比例表现为流动沙地＞半固定沙地＞荒漠草地＞固定沙地;轻组有机碳含量和分配比例递减.颗粒有机碳、轻组有机碳、土壤有机碳对草地沙漠化的敏感性不同,颗粒有机碳较轻组有机碳和土壤有机碳敏感性强,其中细颗粒有机碳较粗颗粒有机碳敏感性强.随着草地沙漠化程度的增强土壤非保护性有机碳分配比例呈下降趋势,表明草地沙漠化降低土壤质量.荒漠草地退化至流动沙地土壤非保护性有机碳转化为保护性有机碳的速率整体呈上升趋势.

生态空间识别是有效维护生态环境和减缓生态退化的有效方法之一,也是生态学目前研究的重要领域.京津冀地区自然禀赋先天不足,由于持续高强度的开发活动,水资源和土地资源的生态压力增大,脆弱的自然生态本底与经济社会发展的矛盾冲突激烈.为了探索基于可持续发展目标的生态空间管控有效方法,依据生态系统服务功能重要性和敏感性评价,以及重点生态功能区、重要生态功能区和生物多样性保护优先区等生态保护重要区域识别,确定了京津冀地区的生态空间.浑善达克沙漠化防治生态功能区、冀北燕山山区和冀西太行山山区,这些重要的区域关系到京津冀地区水资源和生态安全,是京津冀生态安全的重要屏障.生态空间识别将为京津冀地区社会经济可持续发展提供相应的科学依据.

为研究沙漠化逆转过程对土壤呼吸速率(Rs)及其温度敏感性(Q1o)的影响,在库布齐沙漠东缘选取流动沙地、半固定沙地、藻结皮固定沙地、地衣结皮固定沙地和苔藓结皮固定沙地5个不同逆转阶段,采用静态暗箱-气相色谱法测定不同阶段样地Rs并计算Q1o,并同步分析环境因子对Rs的影响.结果 表明:随沙地固定和植被演替,Rs逐渐增大,表现为苔藓结皮固定沙地(0.78 μmol· m-2·s-1)＞地衣结皮固定沙地(0.67 μmol·m-2·s-1)＞藻结皮固定沙地(0.46 μmol·m-2·s-1)＞半固定沙地(0.42 μmol·m-2·s-1)＞流动沙地(0.29 μmol·m-2·S-1),且Rs均为生长季大于非生长季.Q10值规律相反,为流动沙地(3.28)＞半固定沙地(2.93)＞藻结皮固定沙地(2.54)＞地衣结皮固定沙地(1.91)＞苔藓结皮固定沙地(1.84),且均为非生长季大于生长季.5个阶段样地Rs与土壤温度均呈显著正相关,但仅流动沙地和半固定沙地Rs与土壤含水量呈正相关,其余3种固定沙地Rs与土壤含水量无相关性.Rs与土壤全氮、有机碳、容重、孔隙度、细菌数量、放线菌数量及真菌数量均显著相关.在沙漠化逆转过程中,土壤碳氮含量及微生物群落数量的增加、土壤质地的改善、植物生物量的积累可显著增强土壤呼吸并降低其温度敏感性,是改变荒漠土壤碳循环格局的主要驱动力,同时也可明显改变水分因子对土壤呼吸的影响程度.

以内蒙古自治区为研究区,基于压力-状态-响应模型(PSR)分析框架,耦合空间距离指数模型(SDIM)构建土地沙漠化敏感性评价体系(LDSES),结合沙漠化敏感性时空演变图谱,定量探讨内蒙古自治区土地沙漠化敏感性在2000年、2005年、2010年、2015年、2020年期间的时空演变,并引入元胞自动机-马尔科夫(CA-Markov)模型模拟沙漠化敏感性未来演变机制,进而采用地理探测器揭示了前20 a演变进程中主要驱动因子对其演变的影响特征及解释力.结果表明:(1)内蒙古自治区沙漠化敏感性整体上呈现由东北向西南递增的趋势,低敏感区位于大兴安岭和阴山山脉周边林草地覆盖区,高敏感区则位于西南部的巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、乌兰布和沙漠、库布其沙漠、毛乌素沙漠等沙地和戈壁地区;(2)从沙漠化敏感性时空演变上来看,研究期间沙漠化敏感性改善的区域,占总面积的30.65％,沙漠化敏感性恶化的区域,占总面积的4.48％,沙漠化敏感性类型维持稳定不变的区域占总面积的52.72％,整体来看土地沙漠化潜力逐渐降低,土地生态质量逐渐好转;(3)2030年沙漠化敏感性模拟结果显示未来10年沙漠化敏感性以低度敏感为主要类型(26.43％),沙漠化潜力将大幅下降,生态工程措施将取得一个较好的结果;(4)驱动力分析表明,沙漠化敏感性对气候因素的响应尤为敏感,其中降雨量对沙漠化敏感性分异的解释力最大;在社会经济发展因素中,经济发展水平起主要影响,说明经济水平的提高在一定程度上将影响土地沙漠化敏感性,各驱动因子交互对沙漠化敏感性呈现增强作用,表明沙漠化敏感性的分异是由多种因素共同作用的结果.研究可为半干旱区沙漠化防治和策略的制定提供借鉴.

在气候变化和人类活动共同影响下,沙区"生态-经济-社会"复合系统快速变化,为沙漠化治理及区域可持续发展带来了严峻的挑战.因此,揭示沙区"生态-经济-社会"复合系统脆弱性演变规律,辨识影响脆弱性演化的关键因素及区域差异对沙区可持续管理具有重要意义.以内蒙古自治区为研究区,利用"暴露-敏感-适应"评估模型构建沙区"生态-经济-社会"复合系统脆弱性评价指标体系,将空间主成分分析与时空地理加权回归模型相结合,探讨2000—2018年内蒙古"生态-经济-社会"复合系统脆弱性时空演变及关键因素作用机制.结果表明:(1)脆弱性及暴露度、敏感性和适应性三个维度在空间上均有较强的异质性特征,脆弱性具有整体分散、局部聚集的分布格局;暴露度的空间分布为中部高,两边低;敏感性的空间分布为西部高,东部低;适应性的高低值分布与脆弱性相反.(2)脆弱性的变化在总体上呈现大部分区域降低,局部区域升高的趋势,显著升高区域主要聚集在内蒙古南部地区.(3)影响脆弱性分布的因素在每年均有所不同,但总体上植被覆盖度、沙漠化程度、气象指数等生态指标是影响脆弱性显著变化区域的主要因素.