固沙植被黄柳、小叶锦鸡儿蒸腾耗水尺度提升研究
段利民1, 童新1, 吕扬1, 闫雪1, 刘廷玺1,*, WangXi-xi2
1. 内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,内蒙古自治区水资源保护与利用重点实验室,呼和浩特 010018
2. Hydraulics/Water Resources Laboratory, Department of Civil and Environmental Engineering, Old Dominion University, Norfolk VA 23529-0241, USA
*通信作者简介:刘廷玺(1966- ),男,教授,博士,研究方向为寒旱区生态水文。E-mail: txliu1966@163.com

第一作者简介:段利民(1982- ),男,助理研究员,博士,研究方向为寒旱区生态水文。E-mail: dlm@imau.edu.cn

摘要

论文以科尔沁沙地主要固沙植被黄柳、小叶锦鸡儿为研究对象,基于生长季典型枝条茎流的逐日动态观测数据,以黄柳茎干截面积和小叶锦鸡儿叶面积实测数据为扩展纯量,实现了由枝条茎流向灌丛群落蒸腾耗水的尺度提升。结果表明:生长季黄柳和小叶锦鸡儿群落的蒸腾耗水量分别为287.26 mm和197.23 mm,黄柳的耐旱性相对较低。采用FAO Penman-Monteith公式计算出同时期两种植被群落的蒸散量分别为328.70 mm和233.15 mm。日蒸腾耗水量与日蒸散量变化趋势基本一致,两种植被的决定系数分别为0.717 3和0.678 7。论文所建立的尺度提升方法在荒漠化灌木植被蒸腾耗水估算方面行之有效,可为科学选育和管理固沙植被、确定合理造林密度等提供参考依据。

关键词: 荒漠化; 茎流; 茎干截面积; 叶面积; 尺度提升
中图分类号:Q945.17 文献标志码:A 文章编号:1000-3037(2018)01-0052-11
Upscaling of the Transpiration and Water Consumption of Sand-fixing Vegetation Salix gordejevii and Caragana microphylla
DUAN Li-min1, TONG Xin1, LÜ Yang1, YAN Xue1, LIU Ting-xi1,*, WANG Xi-xi2
1. Water Conservancy and Civil Engineering College, Inner Mongolia Agricultural University, Inner Mongolia Water Resource Protection and Utilization Key Laboratory, Hohhot 010018, China
2. Hydraulics/Water Resources Laboratory, Department of Civil and Environmental Engineering, Old Dominion University, Norfolk VA 23529-0241, USA
Abstract

This study measured the daily sap flow of the selected individual stems of sand-fixing vegetation Salix gordejevii and Caragana microphylla in the Horqin Sandy Land, China, throughout the growing season. The stem cross-sectional area of Salix gordejevii and the leaf area of Caragana microphylla were selected as potential upscaling factors for modeling the transpiration of the communities across large area. The transpiration of the community Salix gordejevii and the community Caragana microphylla were found to be 287.26 mm and 197.23 mm, respectively, indicating that the drought tolerance of Salix gordejevii is lower than that of Caragana microphylla. The evapotranspiration of the two communities calculated with the FAO Penman-Monteith equation were 328.70 mm and 233.15 mm, respectively. The daily transpiration and evapotranspiration followed the similar trend, the coefficient of determination being 0.717 3 and 0.678 7, respectively. These results indicate that the upscaling method proposed in this paper is effective for estimating transpiration and water consumption of desert shrubs and provids a useful reference for the selection and management of sand-fixing vegetation and the determination of reasonable afforestation densities.

Keyword: desertification; sap flow; stem cross-sectional area; leaf area; upscaling

中国是世界上受荒漠化危害较为严重的国家之一, 荒漠化土地面积约262万 km2, 占国土总面积的27.3%[1]。荒漠化地区植被中有相当大一部分以稀疏低矮的灌木和半灌木为主[2], 具有根系发达、耐寒、耐高温、耐风蚀的生物学特性, 在防风固沙、保持水土、维持区域生态平衡方面发挥着重要的作用[3]。荒漠化地区水文过程的主要特点表现在水分垂向交换占据主导地位, 因此, 确定蒸散过程是研究水文循环、生态水文过程及生态系统管理中最为重要的环节[4]。由于荒漠化地区灌木分布稀疏、枝条丛生、无明显主干且叶面积小, 无论从测试方法还是理论上研究灌丛群落蒸腾耗水规律都是相对困难的[5]。传统的蒸散发测试方法, 如同位素示踪法[6]、盆栽称重法[7]、蒸渗仪法[8]、光合仪法[9]、气孔计法[10]等在研究灌木植被蒸腾耗水方面都存在不同程度的局限性, 很难准确地揭示植被耗水规律, 且估算精度普遍不高[11]。随着热技术法的发展, 其在小枝植被茎干蒸腾耗水方面优势显著, 得到了广泛的应用[12, 13, 14]。根据其设计原理, 可分为热脉冲法、热平衡法、热扩散法和激光热脉冲法, 其中, 热平衡法的茎流测量探头为包裹式, 方便测定基径较小的灌丛枝条, 其可行性和准确性都十分理想[15, 16, 17]

然而, 有限或典型枝条茎流的测试并不能直接准确地代表整个灌丛的蒸腾耗水量, 而且一个孤立灌丛的蒸腾耗水量也无法真实反映一个样地或林分水平上的耗水量, 这就涉及到蒸腾耗水尺度提升的问题。目前, 对于蒸腾耗水尺度提升的研究主要集中在高大的乔木或是冠层郁闭度较好的植被群落, 主要是通过林木占用的林地面积[18, 19]、树冠重叠度[20]、边材面积[21]、胸径[22]等, 把林木耗水量转化成林分耗水量, 其准确性在很大程度上取决于转换因子的选择。就现状而言, 对于荒漠化地区分布稀疏的低矮灌木蒸腾耗水尺度提升的相关研究还很少见。因此, 在准确测量灌丛植被单枝茎流的基础上, 寻求小尺度范围内灌丛群落蒸腾耗水量可靠的尺度转换方法, 对丰富和完善干旱半干旱地区生态水文学具有重要的学术价值, 也可为水分承载能力科学评价及固沙植被恢复重建与资源化利用等提供技术依据。

1 研究区域与方法
1.1 研究区概况

本研究在科尔沁沙地阿古拉生态水文试验基地开展, 其位于科尔沁沙地东南缘, 地理坐标122° 33′ 0″~122° 41′ 0″E, 43° 18′ 48″~43° 21′ 24″N, 试验区面积约55 km2, 境内地貌类型主要为沙丘、草甸、农田、林地和湖泊等, 海拔186~232 m(图1)。该区属温带半干旱大陆性季风气候, 春季干旱多风、夏季炎热、秋季短促、冬季漫长寒冷。多年平均降水量约380 mm, 主要集中在6— 9月, 占年降水量的69.3%, 多年平均潜在蒸发量约 1 400 mm(20 cm口径蒸发皿), 多年平均气温约6.6 ℃。

图1 研究区地貌类型及试验点位置Fig. 1 Geomorphic types and locations of test points in the research area

研究区主要天然植被有黄柳(Salix gordejevii)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)、差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)、沙蓬(Agriophyllum squarrosum)、羊草(Leymus chinensis)和芦苇(Phragmites australis)等, 还种有玉米、水稻、豆类等农作物。沙地固沙植被生长主要依赖于降水, 地下水位埋深2.3~26.5 m。土壤质地主要为砂土、砂壤土和壤砂土, 砂粒含量大于80%, 土壤有机质含量低下, 为0.06~8.57 g/kg。

1.2 试验设计

1.2.1 灌丛群落样地调查

本研究测试对象为黄柳和小叶锦鸡儿群落, 分属于杨柳科和豆科。在研究区中黄柳一般生长于流动沙丘阴坡的坡顶, 小叶锦鸡儿在固定、半固定沙丘及其低洼地带广泛分布。经过大量野外实地调查, 在研究区南部沙丘选择两种植被分布最广、长势最好的地带圈定样方进行主要生态学指标调查。黄柳灌丛在流动沙丘阴坡连片生长, 分布较为均一, 根据实际地形状况, 样方大小设置为15 m× 15 m。小叶锦鸡儿灌丛呈单株形态, 分布较为稀疏, 根据实际地形状况, 样方大小设置为25 m× 25 m。经调查, 黄柳灌丛的密度为35 882 株/hm2, 平均灌丛高度为2.67 m, 平均基径为1.80 cm。小叶锦鸡儿灌丛的自然稀疏密度为643 株(丛)/hm2, 平均灌丛高度为2.15 m, 平均冠幅为3.38 m2。根据样方内的测试结果, 把黄柳和小叶锦鸡儿样地的基径按不同径阶进行划分, 可以得到径阶频率分布, 见图2。黄柳的基径主要分布在1.5~3.0 cm, 占调查总数的92.8%, 小叶锦鸡儿的基径主要分布在0.6~2.4 cm, 占调查总数的91.9%。

图2 黄柳和小叶锦鸡儿样地基径频率分布Fig. 2 Basal diameter frequency distribution in the sample plots of Salix gordejevii and Caragana microphylla

1.2.2 茎流速率及环境因子测定

根据径阶频率分布和包裹式茎流计的尺寸, 在事先选定的生长状况良好的黄柳和小叶锦鸡儿灌丛内分别选取5株和8枝茎干通直圆满、基径不同、具有代表性的枝条, 在典型枝条上安装FLO W32-1K型包裹式茎流计, 见表1, 所选取的典型枝条的基径能够很好地反映黄柳和小叶锦鸡儿群落基径的主要频率分布状况。安装前, 在不损伤韧皮部的前提下, 用小刀将茎干外的死皮清理掉, 再用砂纸将其打磨光滑。然后用游标卡尺精确测定茎干直径, 在其上涂抹G4混合油, 增强包裹与茎干接触程度, 用绑带将其扎紧, 保证探头上的温差电偶和茎干直接接触。在安装好的包裹外面再缠绕3层铝箔, 降低太阳辐射、空气温湿度等外部环境条件对探头造成的影响。

表1 黄柳和小叶锦鸡儿典型枝条基径及茎流计型号 Table 1 Basal diameter and sap flow specification of the selected branches of Salix gordejevii and Caragana microphylla

2015年5月初至9月底, 对选定的具有代表性的黄柳和小叶锦鸡儿枝条的茎流进行动态监测, 茎流计数据采集频率为30 min/次。此外, 利用Campbell自动气象站监测气温、相对湿度、风速、气压和净辐射等环境因子, 数据采集频率为30 min/次。

1.2.3 叶面积指数及基径测定

利用LAI-2200叶面积指数仪对黄柳样地相对均一的3 m× 3 m的3个小样方以及小叶锦鸡儿样地内6个典型灌丛(A、B, C、D和E、F分别代表2株大型、中型和小型)的叶面积指数进行测定。为确保测量精度, 将指数仪传感器置于被测小样方和灌丛的中间位置, 尽量避免枝干占据传感器视野的主要部分, 同时尽量避免地表草本或临近灌丛枝叶等出现在传感器视野范围内。在黄柳和小叶锦鸡儿被测典型枝条上做记号, 利用游标卡尺每次在固定的位置处测量典型枝条的基径。

1.3 研究方法

1.3.1 叶面积计算方法

将叶面积指数仪中DISTS值设定为该灌丛最长分枝Li(m)的长度, 该测值的含义是以Li为半径的半球体积内灌丛叶片密度LADi(m2· m-3), 因此, 对于黄柳样地的小样方以及小叶锦鸡儿样地内的独立灌丛, 其叶片总面积Ai(m2)可用下式求得[23]

Ai=2πLi3LADi/3(1)

经统计, 25 m× 25 m的样地内有8株大型、36株中型和32株小型小叶锦鸡儿, 样地叶片总面积由代表性的2株大、中、小灌丛叶面积的平均值乘以各类型株数求和得到。15 m× 15 m黄柳样地叶片总面积取3个3 m× 3 m小样方叶面积平均值的25倍。

1.3.2 蒸腾耗水尺度提升方法

开展灌丛群落蒸腾耗水尺度提升研究时, 较为可靠的方法是将植被茎干截面积或叶面积作为扩展纯量, 结合测得的标准枝耗水量与茎干截面积或叶面积之间的比例关系, 来推算样地水平的蒸腾耗水量[24, 25], 见式(2)。本研究同时选择茎干截面积和叶面积作为扩展纯量, 分别对黄柳和小叶锦鸡儿样地的日蒸腾量进行计算, 进一步分析两种尺度提升方法的可行性与可靠性。

Tr=i=1nFiAc/ρAAin(2)

式中:Tr为样地的蒸腾量(mm· d-1); Ac为样地内所有茎干的截面积或叶片总面积(m2); Ai为标准枝i的茎干截面积或叶面积(m2); A为样地面积(m2); Fi为标准枝i的日平均茎流量(g· d-1); ρ 为水的密度(kg· m-3); n为标准枝的数量。

1.3.3 蒸腾耗水尺度提升验证方法

由于试验基地没有专门用于测试黄柳和小叶锦鸡儿灌丛的大型称重式Lysimeter或涡度相关系统, 无法直接获取两种灌木的实际蒸散量。因此, 本研究采用在干旱半干旱地区植被蒸散量计算方面应用广泛的FAO Penman-Monteith (P-M) 公式[26, 27]估算黄柳和小叶锦鸡儿样地的潜在蒸散量ET0, 然后乘以单作物系数Kc, 估算出实际蒸散量ETc, 见式(3)和(4)。将ETc与基于尺度提升方法计算的实际蒸腾量Tr进行对比, 验证尺度提升结果的可靠性。

ET0=0.408Δ(Rn-G)+γ900T+273μ2(es-ea)Δ+γ1+0.34μ2(3)

ETc=KcET0(4)

式中:ET0为潜在蒸散量(mm· d-1); ETc为实际蒸散量(mm· d-1); Kc为单作物系数; Rn为植被表面上的净辐射(MJ· m-2· d-1); G为土壤热通量, 当以天为单位计算时, 土壤热通量可忽略(MJ· m-2· d-1); T为2 m高度处气温(℃); u2为2 m高度处风速(m· s-1); Δ 为饱和水汽压与温度关系曲线的斜率(kPa· ℃-1); es为饱和水汽压(kPa), 利用气温和相对湿度计算; ea为实际水汽压(kPa), 利用气温和相对湿度计算; es-ea为饱和水汽压差(kPa); γ 为湿度计常数(kPa· ℃-1), 通常取0.066。

公式中计算ET0参数的数据来源于黄柳和小叶锦鸡儿样地处自动气象站监测的数据, 计算ETc的单作物系数Kc查阅FAO 56手册中关于干旱半干旱区灌木不同生育期的系数[28]

2 结果与分析
2.1 灌丛群落叶面积变化特征

由图3可以看出, 在生长季小叶锦鸡儿灌丛(A、B, C、D和E、F分别代表2株大型、中型和小型)叶面积指数呈大型> 中型> 小型的规律, 其平均值分别为2.01、1.96和1.90。但变化规律不具有一致性, 即形体高大的大型灌丛叶面积指数并不是在任何生长时期都大于形体矮小的小型灌丛, 且不同灌丛叶面积指数最大值出现的时期也不一致。由此说明, 在立地条件相对一致的条件下, 同种灌木植被的生长状况也具有很大的时空异质性[29]。对比可以发现, 整个生长季黄柳灌丛(G)的叶面积指数(1.91)略低于小叶锦鸡儿灌丛(1.96), 但在9月中旬之后, 黄柳的叶面积指数高于各类型小叶锦鸡儿。这说明局部的微地形、土壤、水分、养分等条件的差异是影响荒漠化地区灌丛植被生长的重要环境因素[30]

图3 黄柳和小叶锦鸡儿叶面积指数变化Fig. 3 Variations of the leaf area index of Salix gordejevii and Caragana microphylla

表2 黄柳和小叶锦鸡儿样地蒸腾量尺度提升结果 Table 2 Upscaling of transpiration in the sample plots of Salix gordejevii and Caragana microphylla
2.2 灌丛群落蒸腾耗水尺度提升

黄柳典型枝条茎干截面积、叶面积与其日平均茎流量的决定系数分别为0.915和0.842, 小叶锦鸡儿典型枝条茎干截面积、叶面积与其日平均茎流量的决定系数分别为0.899和0.954, 见图4。可以看出, 在进行灌丛植被蒸腾耗水尺度提升时, 无论是选择茎干截面积还是选择叶面积作为扩展纯量都是可行的, 且能达到较好的精度。

经比较, 本研究认为黄柳选择茎干截面积、小叶锦鸡儿选择叶面积作为扩展纯量更为可靠。究其原因, 与茎流量的相关程度高是一方面, 从野外测试难易程度和准确性方面而言, 黄柳茎干通直圆满, 枝条间分布较为规则、均匀, 便于测试且准确度高, 由于黄柳成片生长, 不具有小叶锦鸡儿明显的单株形态, 因此, 利用叶面积指数仪测试黄柳的叶面积不易操作, 且容易受外部条件的影响。对于小叶锦鸡儿而言, 利用叶面积指数仪测试单株的叶面积则很便捷, 受测试样株以外植被的影响较小, 然而小叶锦鸡儿的茎干不如黄柳顺直、表皮不光滑、枝条生长杂乱, 测试其茎干直径不便捷且容易产生误差。

以茎干截面积和叶面积为扩展纯量, 计算出生长季黄柳样地的实际蒸腾量分别为287.26 mm和261.63 mm, 小叶锦鸡儿样地的实际蒸腾量分别为182.45 mm和197.23 mm, 见表2。可以发现, 两种尺度提升方法的计算结果相差不大, 且日蒸腾量变化趋势基本一致, 见图5和图6。结合前述分析, 本研究最终选择黄柳基于茎干截面积、小叶锦鸡儿基于叶面积的蒸腾量尺度提升结果。

生长季黄柳的日平均蒸腾量是小叶锦鸡儿的1.47倍, 说明在相同的降水条件下, 小叶锦鸡儿的耐旱性要强于黄柳[31]。前人相关研究表明, 黄柳茎流的启动时间一般要比小叶锦鸡儿提前1 h, 黄柳茎流高峰可持续6~8 h, 一般比小叶锦鸡儿长1 h, 整个日周期黄柳的茎流活跃阶段历时约16 h, 而小叶锦鸡儿约14 h, 黄柳单位茎干面积日茎流量是小叶锦鸡儿的1.20倍[24]

图4 茎干截面积与茎流量以及叶面积与茎流量的关系Fig. 4 Relationships between cross-sectional area and sap flow and between leaf area and sap flow

2.3 灌丛群落蒸腾耗水尺度提升结果验证

基于P-M公式计算出的黄柳和小叶锦鸡儿样地的日实际蒸散量见图5和图6, 生长季总蒸散量ETc分别为328.70 mm和233.15 mm, 且日蒸散量与基于尺度提升方法计算出的日蒸腾量变化趋势基本一致, 决定系数分别为0.717 3和0.678 7(图7), 相关性能够满足研究精度。基于尺度提升方法计算的黄柳和小叶锦鸡儿样地生长季实际蒸腾量Tr分别为287.26 mm和197.23 mm, 比基于P-M公式计算的ETc分别小41.44 mm和35.92 mm。这是由于尺度提升方法是以灌丛枝条的茎流来反映灌丛的蒸腾能力, 计算的是植被的蒸腾量, 并不能计算出灌丛的土壤蒸发量, 而P-M公式的计算结果ETc包括植被蒸腾量和土壤蒸发量两项。此结果也可间接反映测试期间研究区黄柳和小叶锦鸡儿群落的土壤蒸发量分别为41.44 mm和35.92 mm, 即土壤蒸发量分别占总蒸散量的12.6%和15.4%。

图5 黄柳日蒸散量ETc(P-M公式)与日蒸腾量Tr(尺度提升方法)的比较Fig. 5 Comparisons between daily ETc of Salix gordejevii calculated by P-M model and Trof Salix gordejevii calculated by different upscaling methods

图6 小叶锦鸡儿日蒸散量ETc(P-M公式)与日蒸腾量Tr(尺度提升方法)的比较Fig. 6 Comparisons between daily ETc of Caragana microphylla calculated by P-M model and Tr of Caragana microphylla calculated by different upscaling methods

图7 黄柳和小叶锦鸡儿日蒸散量与日蒸腾量的线性回归结果Fig. 7 Linear regressions between daily ETc and Tr of Salix gordejevii and Caragana microphylla

3 讨论

利用热技术法进行灌丛植被蒸腾耗水尺度提升研究时, 要在大面积的生物学调查基础之上确定标准木, 并选择合适的扩展纯量[32, 33], 如本研究采用的茎干截面积和叶面积。另外, 根据灌丛生物学特征的不同, 灌丛密度、灌丛大小、叶片重量、基径和边材面积等也都可以作为蒸腾耗水尺度提升的参考依据[34, 35]。但需要注意的是在干旱半干旱地区尤其是沙漠(地)区, 灌木的生物学特征以及决定植株蒸腾耗水强度的降水、土壤水等都具有很大的时空变异性[36], 因此, 选择测试对象时要满足以下主要条件:样方所在处的地形、坡向、土壤和水分等条件基本一致; 所有灌丛年龄及对其环境变化的响应基本一致, 主要区别仅在于植株的大小; 选择的典型枝条要能够代表整个灌丛群落的特征; 灌丛耗水量与选定的扩展纯量之间要具有很强的相关性。此外, 开展灌丛植被蒸腾耗水尺度提升研究, 野外调查测试技术要比农田、森林等生态系统更为复杂, 且需要投入更多的人力、物力和财力, 因此, 选取易于测试且能满足研究精度的生物学特征指标也是需要考量的关键问题。

通过尺度提升研究, 本文计算出生长季黄柳和小叶锦鸡儿样地日平均蒸腾量分别为1.88 mm和1.28 mm。Allen等对西非优势灌木Guiera senegalensis进行了研究, 结果表明群落日平均蒸腾量为1.75 mm[37]。牛丽等对科尔沁沙地奈曼沙漠化研究站小叶锦鸡儿的茎流测试表明, 日平均蒸腾量为1.42 mm[23]。曹晓明等研究发现古尔班通古特沙漠南缘非灌溉条件下梭梭(Haloxylon ammodendron)群落的日平均蒸腾量为0.75 mm[38]。上述3个研究区生长季的日平均降雨量分别为2.54、2.16和1.02 mm, 日蒸腾量与日降雨量的比值分别为0.69、0.66和0.74, 本研究区日平均降雨量为2.20 mm, 日蒸腾量与日降雨量的比值为0.72(取黄柳和小叶锦鸡儿的均值)。可以发现, 对于生长季降雨量基本相同的区域, 灌木的日平均蒸腾量非常接近, 且日蒸腾量与日降雨量的比值也大致相当, 对于生长季降雨量明显不同的区域, 虽然灌木的日平均蒸腾量相差较大, 但日蒸腾量与日降雨量的比值却很接近。这说明灌木的实际蒸腾量与降雨量存在基本稳定的关系, 这也很好地印证了在干旱半干旱生境下, 降水量及其分配过程决定了灌木植被的蒸腾强度和水分利用策略等生态过程[39, 40]

白龙应用Shuttleworth-Wallace模型计算了2006— 2013年浑善达克沙地黄柳生育期内的蒸散发量, 结果表明土壤蒸发量占总蒸散量的17.5%~38.6%[41]。岳广阳等2006年6月对科尔沁沙地小叶锦鸡儿蒸腾耗水量的研究表明, 土壤蒸发量占总蒸散量的14.3%[5]。与本研究估算的黄柳和小叶锦鸡儿群落土壤蒸发量分别占蒸散量的12.6%和15.4%基本相当, 从这方面也可以佐证本研究基于尺度提升方法计算出的黄柳和小叶锦鸡儿蒸腾量的可靠性。

4 结论

黄柳的茎干截面积、小叶锦鸡儿的叶面积与其枝条茎流存在很强的相关性, 将茎干截面积和叶面积作为尺度扩展纯量行之有效。该尺度提升方法在以灌木植被为主的荒漠化生境中具有广阔的应用前景, 可实现灌木群落蒸腾耗水量的可靠估算, 以便迅速掌握植被蒸腾耗水状况及健康程度, 为科学选育和管理固沙植被、确定合理造林密度等提供参考依据。

小叶锦鸡儿灌丛群落蒸腾耗水量明显小于黄柳, 其耐旱性非常突出, 在干旱沙区相对不容易受到土壤水分的制约, 在固定和半固定沙丘发挥了重要的生态作用。但黄柳发达的根系, 在流动沙丘, 尤其是其顶部和阴坡逐步转变为半固定和固定沙丘的前期阶段, 具有明显的固沙作用, 不可取代。因此, 建议有关部门在选择防风固沙的灌木树种时, 针对不同的立地条件, 有针对性地选择黄柳和小叶锦鸡儿等固沙植被。

The authors have declared that no competing interests exist.

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