干旱地区的生态—土壤—地貌系统的遗留效应
柯蒂斯monger1 *，奥斯瓦尔多E sala2，米迦勒C duniway3，海姆goldfus4，艾萨克meir5，罗萨M poch6，希瑟L throop7，和恩里克vivoni8
遗留效应是指先前条件对当前进程或属性的影响，该概念已在生理学，生态学，人类学和地质学等众多学科采用。在气候变化背景下，干旱地区的生态遗产（如植被模式）从生物、土壤、地貌过程的反馈结果，运行在多时空尺度。传统的影响取决于（1）原始现象的大小，（2该现象发生的时间，和（3）生态–灵敏度改变地貌系统。在这里，我们提出了在短期的遗留影响（几天到几个月），中期（数年至数十年）、长期（几百年到几千年）的遗留效应概念框架，揭示了这种影响在旱地研究学科无处不在。
遗留是许多的众所周知科学学科的关键因素。例如，生态学家们认识到上一年降水对当前一年净初级生产量的重要性（萨拉等人，2012）。同样，自然资源管理者和环境科学家也认识到遗产对生态系统结构和功能的重要性（福斯特等，2003），然而当前的营养模式的历史土地利用的影响相似于人类胃肠道间质瘤（图1）。 图1。一个罗马–拜占庭时代的农场附近的古城内盖夫沙漠相关遗址，雨已经创造了在沙漠中遗留的影响，虽然长期废弃，古老的结构仍然捕捉径流水所生长出郁郁葱葱的季节性植被。
众多学科的科学家们也承认以下遗留的作用：“环境”“过程”“属性”（如伯克兰1999；特纳等，2001）。在干旱地区，政治学家、土壤科学家和地理形态学家显示环境治理过程的条件，反过来，产生适当的关系。例如包括降雨“光合作用”净初级生产力（生态）；植被覆盖的有机物质积累的pH值 （土壤学）；和山地建筑的侵蚀地貌。“环境”过程的性质也可以研究逆向理解环境。这些研究表明，某些属性比其它有更好的“记忆”。例如，在一个灌木林地土壤有机质的13C/12C比率可能会“记住” 以前的草原，但它的记忆会减退，比在同一土壤碳酸盐矿物的13C/12C比率变化快（Monger等人。2009）。 一言以蔽之：
1.生态遗产是过去条件对当前景观的影响
2.这些遗产可能代表短期、中期或长期的影响 3.影响还取决于始发状态的严重程度
（植物与环境科学，新墨西哥州立大学，拉斯克鲁塞斯；生命科学和可持续发展的，亚利桑那州国家大学，坦佩，地质调查、西南生物科学中心，本古里安大学内盖夫，啤酒舍瓦，以色列；内盖夫本-古里安大学， 奥斯坦院沙漠研究，塞代博凯尔校园、以色列；莱里达大学，莱里达，西班牙，生物系，新墨西哥州立大学，拉斯克鲁塞斯，地球和空间探索和可持续工程和建筑环境学院，亚利桑那州国家大学，坦佩。） 新兴的传统范式
遗留地发生在学科和尺度，和以下三个变量的函数有关：（1）对历史现象的大小，（2）由于其发生的时间，（3）土壤的生态，地貌系统变化的敏感性（雷恰尔等人，2012、撒拉族等，2012；樊子和雷恰尔2013）“生态地貌”系统内的反馈说明以下三例，并在概念模型中总结（图2）。 图二，概念框架显示生态（动物和植被），土壤和地貌（地形和母质）的因素和过程，以及它们之间的相互作用与旱地系统的气候的联系。相互作用的牛放牧
改变为红色；黑色箭头突出的相互作用仍然存在，但因过度放牧的影响较小（2006）。
（1）在新墨西哥南部的半荒漠地区，放牧牲畜对牧草进行选择性取食，给难吃灌木竞争优势（中药新1965）。最终豆荚（牧豆树属）被迫吃掉，牛也会成为种子的扩散剂，导致植物生长在大量的裸露地面，通常是灌丛间比草牧豆树的灌木间大。裸地的增加促进了土壤的侵蚀、水的侵蚀和去除淤泥、沙子和有机质微粒的侵蚀。在风蚀的情况下，从而改变地形。（2）在莫哈韦沙漠，地形是由铁路线作为水下坡运动障碍的结构改变所决定的，他阻挡增强沿着铁路捕水上坡水量和减少可用的植被下坡水量，铁路线影响水的横向分布，土壤水分变化，从而导致更高密度的植被地区水对铁路上坡侧水量的提升，相反，随着水位下降下坡的铁路地区的可以看到的植物群落转向一种落叶干旱。（3）在西班牙的埃布罗河河谷，它是一个欧洲最干旱的地区，土壤本身造成土壤气候变化。土壤含水量的差异发生在油料的周长，形成了周期性淹没的海滩湖泊（Dominguez等人，2012）。板与板之间的裂缝中拥有较大的土壤水分，使白霜海蓬子发芽，增加更多的繁殖，增加有机质，改变在板块边缘的土壤的性质。 连续的空间和时间尺度
特别的说，生态-土壤-地貌遗产的影响可以从到实验小区尺度。在的规模，山脉耗尽遗留的影响创造了美国北部的奇瓦瓦沙漠干燥的气候，在气团结合30˚纬度位置从板块构造产生了水分（图3A；施密特1979）。在地理规模、山坡沉积遗留的影响，沉积沿山前缘隆起（图3b；西格1981）。砂片在景观尺度是泥沙运动沿盛行风向的遗产（图3C；吉尔1999 ）。在精细的地形规模，新月形的带状植被是风沙沉积物进行下坡的水相互作用的遗留（图3D；威姆斯2012）。最后，大规模的研究表明，水文增强区草地是一个传统的堤坝，它是捕捉流动的水和沉积物留下的建筑（图3E）。在时间上，土壤生态，在旱地景观的短期，中期和长期的时间尺度的影响及其前期环境因素的例子，在干旱地区，传统的影响性的遗留可以从千年来的尺度数进行分析（表1）。在下一节，我们提供的例子沿着时间从非常短到非常长，这是根据发展的不同学科，但在这里分组同一概念框架
图3。在逐步细化的空间尺度上的遗留效应示例。图像同一系统中的电位恢复数据由谷歌提供，像Landsat，国家统计局，©2014。 短期（数月至数月）
生态遗产-气孔导度（气孔导度是短期遗产从以前的降雨，可能会持续时回潮后的植物一延长干旱，导致过去降雨的“记忆”事件。草气孔导度在一个半干旱矮草以科罗拉多的草原为例相对较低的一周后结束这样的干旱。然而，很快，暗示了遗留控制气孔行为的效果。类似的坡面流。这种分散的土地浓度在亚利桑那州半干旱草原的影响进行了报道。流可以改变相关的水文地貌过程—在那里，一个降水脉冲后，气孔导度—地质和沉积物运输，从而产生遗产距离花了1–15天达到最大值效果（图5）。（2007）这是因为，在干旱时期，植物积累脱落酸，气孔开度，即使在膨压恢复（1990）。 土壤遗产-土壤水分土层作为蓄水的水库 低降水和可变降水缓冲植被（2010和2014）；因此，土壤水分在一个给定的时间点，可以作为查看以前的气象和生物的遗产的方法过程（2013）。取决于这些间—表演而冲突过程，土壤的遗产效应地貌遗产-影响水分可以从小时到月（图4）。 道路——旱地道路网
地区改变地表水文和集中径流（赫里克2011）。道路运行横坡（即电梯—
外形轮廓）可调水横向，减缓这个流通交叉排水和创建下坡的道路侵蚀。同样，道路运行和倾斜（即纵向）倾向于捕获、集中、和改变坡面流。这种分散的土地
浓度流可以改变相关的水文地貌过程—地质和沉积物运输，从而产生遗留 效果（图5）。
中期（几十年到几十年） 生态遗留物-降水（2012）：中期降水旱地的遗留物作为一个干旱事件的负面影响在干旱或是极度潮湿发生后产生积极作用。中期遗留反应地上净（ANPP）估计的数值在差异观测值和预期值之间，它基于当前的降水计算和长期的沉淀与生产的关系。积极的遗留物，结果观测值比预期值高；从湿到干的条件下的过渡过程中发生这类反应。在干湿转换时负面遗留物结果测值低于预期值在奇瓦瓦沙漠草原生态系统实验中可以观察到滞后反应（赖克曼等人，2013）。 本年与上年之间的离子的年降水量在传统的差分线性比例之间。此外，一个负遗留物的大小与一个积极的遗留物的大小成反比。离子年初级生产力遗留物占重要部分。在广东的荒漠草原，遗产代表20%年净初级生产，随着分蘖密度（侧枝特征的草）确定为机制，这个生态系统类型也就促进遗留物的产生（2014）。在生长季节的开始，通过降水或亲管测定密度和前一年的离子水平，塑造了生态系统的利用水的能力。前一年的干旱导致低的分蘖密度，这了生产，而以前的湿穗产量高，提高了产量。
土壤遗产-植被和土壤有机碳的变化
土壤有机碳（SOC）的空间分布随灌木进入草地和草地的变化而发生变化。例如, SOC的积累与木本植物的生长和上面及地下凋落物和根系的分泌物以及时间的推移有关系。木本植物死亡率缓慢下降，SOC反映缓慢增长，使得有机碳，可能会持续几十年有强大的影响（2008）。例如，SOC水平升高持续至少40年，在半荒漠草原在亚利桑那州， 除草剂应用铝去除天鹅绒豆（牧豆树白蜡）（麦克拉伦等人。2008）。
地貌遗产–形成沙堆
沙堆沙丘状的土丘，0.5-2米高，当风沙堆积在灌木如蜜牧豆树旁（牧豆glandu LOSA），植物与上升的沙子一起生长。在美国西南部的许多干旱地区，过度放牧和干旱造成地形上均匀的多年的草地转化为沙堆的形成与下沙丘的裸露地面分离（1965；吉尔1966）。然而，沙堆可以形成任何旱地，风（风力）的泥沙运动非常明显，灌木根本不能捕获沙子；除了美国西南沙漠有这样的情况，中国，中东，和非洲也是如此。（托马斯2002；阿塔拉2004，等人。2006）。
