古尔班通古特沙漠南缘梭梭(Haloxylon ammodendron)群落优势植物水分来源

为研究干旱区荒漠植物水分来源及水分利用的相互影响特征,2016年5月选取古尔班通古特沙漠南缘建群种梭梭(Haloxylon ammodendron)及群落中优势草本植物沙漠绢蒿(Seriphidium santolinum)、尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)、碱蓬(Suaeda glauca)、多型大蒜芥(Sisymbrium polymorphum)等5种植物,利用稳定性同位素技术,通过测定植物木质部水及土壤水δ~(18)O值,结合直接对比法、平均深度模型及Iso-Source模型分析植物水分利用情况。结果表明:梭梭根系具有二态性,5月主要利用浅层(20～40 cm)土壤水、深层(100～350 cm)土壤水及地下水,8月主要利用深层(160～350 cm)土壤水及地下水。尖喙牻牛儿苗、多型大蒜芥、沙漠绢蒿、碱蓬水分来源土层集中在8～65 cm,沙漠绢蒿及碱蓬土壤水分利用季节变化明显;冠外尖喙牻牛儿苗、多型大蒜芥、沙漠绢蒿、碱蓬之间不存在土壤水分竞争关系;冠下多型大蒜芥、沙漠绢蒿、碱蓬之间存在土壤水分竞争关系。     

黄河三角洲贝壳堤岛柽柳水分利用策略初步研究

在干旱、半干旱区甚至海岸带区,水分是影响植物群落结构和功能的主要生态因子。开展海岸带植物水分利用策略研究,对阐明海岸带生态水过程和预测全球变化背景下的植物群落演替趋势是非常重要的。以黄河三角洲贝壳堤岛优势灌木——柽柳(Tamarix chinensis)为研究对象,以稳定同位素技术为主要研究手段,分析土壤水分、土壤盐分及潜在水源和柽柳木质部d18O值的变化;利用Iso Source软件,计算潜在水源对柽柳木质部水分的贡献率,探讨柽柳在不同水分条件下的水分利用策略。研究结果表明,在降水量充足的2013年7月20~22日,在柽柳吸收利用的水分中,有78.2%来自土壤水,包括30.3%的浅层(0~60 cm深度)土壤水和47.9%的深层(60~100 cm深度)土壤水,有21.8%来自浅层地下水;而在降水量偏少的2014年6月21~23日,土壤含水量显著降低,柽柳的主要水源由土壤水转变为浅层地下水,其对浅层地下水和土壤水的利用比例分别为79.1%和20.9%。生长在黄河三角洲贝壳堤岛海岸带的柽柳可以通过转换水分的主要来源,以适应水分胁迫,这种水分利用策略有利于增强柽柳在植物群落中的种间竞争力,提高植物群落水资源的利用效率,为更好的阐述植物群落内的水分调节和分配机制提供理论基础。     

毛乌素沙地南缘不同活性沙丘土壤水分时空变化

以毛乌素沙地南缘风沙活动区典型的不同活性沙丘(流动沙丘、半流动沙丘、固定沙丘)为研究对象,于2011、2012年4-10月,每月2次,利用烘干法对3种沙丘迎风坡、丘顶、背风坡底部的0~100 cm深度土壤水分进行定位监测,分析了3种沙丘土壤水分时空变化特征。结果表明:土壤水分含量总体表现为固定沙丘>半流动沙丘>流动沙丘。3种沙丘平均土壤水分含量大体上都表现为秋季 >春季 >夏季。3种沙丘背风坡底部土壤水分含量最高,其次是迎风坡,丘顶最低,且迎风坡和丘顶两年平均土壤水分含量差距不大。表层0~10 cm土壤水分含量季节之间差异最大,随深度增加,土壤水分季节变异系数减小。沙丘各部位土壤水分含量垂直变异系数总体变化趋势为从春季到夏季增加,从夏季到秋季减小。土壤水分含量在0~100 cm的垂直变异系数与土壤水分含量为负相关关系,水分含量越高,土壤水分在0~100 cm之间的变化幅度越小。研究区3种沙丘土壤含水量变化水分可分为4个时期:4-5月为春季缓慢积累期,6-8月为夏季消耗期,9-11月为秋季积累期,12月到次年3月为冬季稳定期。总体上,天然植被对水分的涵养效果大于其消耗,本区降水可以维持不同活性沙丘的天然植被生长。     

禹城沙地水分动态规律及其影响因子

通过对禹城沙河地沙土土壤水分动态监测,分析其土壤水分剖面变化,得出本沙地土壤水分动态变化规律:依据降水、植被、地下水和土壤将土壤水分垂直剖面划分为表层0-10m或0-20cm干沙层,20-40cm土壤水分变化剧烈层,40-80cm土壤水分活跃层,80-120cm以下土壤水分深部稳定层;沙地土壤水分随季节变化划分为,春季水分变化较微──弱失水阶段,夏季水分剧烈变化──降水补给阶段,秋季水分变化缓慢——失水阶段,冬季水分变化较微弱──调整阶段。     

科尔沁沙地樟子松水分来源贡献率的稳定同位素模型估计(英文)

利用稳定同位素技术测定降水、土壤水、植物茎干水的同位素组成,结合多元线性混合模型(IsoSource)确定科尔沁沙地东南部樟子松人工林内樟子松的根系吸水范围以及各水源的水分贡献率。通过连续观测强降水事件前后樟子松水分来源的变化,探究降水对樟子松水分利用的影响。结果表明樟子松茎干水与20cm以下土层的土壤水同位素组成最为接近,樟子松的水分吸收主要集中在这一层(最大取样深度80cm)。IsoSource模拟结果与观测结果一致,土壤水分条件较好时,大约60%以上的水分来自于20-80cm土层;当这一深度土壤含水量降低时,樟子松将会更多地依赖更深层的土壤水分。樟子松根系分布的最大深度远小于地下水位,因此很难利用到地下水。2009年7月13日14.4mm的降水前后,樟子松茎干水同位素组成的变化表明,降水结束后36小时樟子松可以感应到降水对表层20cm土壤水分的补充,这一土层的水分贡献率在接下来的24小时内迅速降低。不同水分条件下水分来源的多样性表明樟子松能较好地适应沙地生境。     

高寒沙地乌柳(Salix cheilophila)林根系分布特征

对青海共和高寒沙地植被恢复区不同林龄(6年、11年、16年和21年)乌柳(Salix cheilophila)人工防护林根系分布及根量进行了调查、测定,同时测定了土壤有机质含量的垂向变化。结果表明:①不同林龄乌柳林根系主要由中根和细根构成,其数目占土壤剖面根系总数的90%以上,其中又以直径小于2.0mm细根所占比例最高,细根占剖面根系总数的50%以上;②各林龄乌柳根系在0~50cm土层分布较为集中,在30cm以下土层,根量随深度的增加逐渐减少,6年生乌柳林根系垂直分布在0~130cm,20年生乌柳可达200cm,随植被恢复时间的增长,各林龄根量显著增加(p0.05);③各林龄乌柳林有明显发达的垂直主根,属典型的垂直状根系,随植株不断生长,根系表现出深根性;④以不同深度根系重量作为解释变量,以土壤有机质含量作为响应变量,回归结果显示不同林龄乌柳林根系重量显著影响土壤有机质含量(p0.001),这也为评价沙地植被改良土壤功能提供了依据。     

毛乌素沙地油蒿(Artemisia ordosica)群落土壤水分动态特征

以流动沙地作对照,在毛乌素沙地选择半固定沙地油蒿(Artemisia ordosica)群落、具生物结皮的油蒿群落和油蒿+本氏针茅(Stipa capillata)群落设置样地,以10min间隔获取5、15、30、50、70cm深度土壤水分实时监测数据,分析生长季不同植被覆盖下沙地土壤水分动态变化特征。结果表明:(1)4个样地均为秋季储水量最大,油蒿+本氏针茅群落0~80cm层土壤储水能力最强,平均增加了30mm。(2)受土壤蒸发影响的同时,得不到春季小降水事件的补给,流动沙地20~60cm层春季土壤含水量只有4%,生长季波动明显,呈双峰型,0~20cm层和60~80cm层土壤含水量较稳定;半固定沙地油蒿群落0~60cm层土壤含水量长期处于6%左右,60~80cm层春季最低、夏季和秋季得到较好的补给,呈双峰型;具生物结皮的油蒿群落0~10cm平均土壤含水量大于10~20cm层,0~10cm层土壤水分受生物结皮影响呈双峰型,而10~60cm土壤水分较稳定,呈单峰型,60~80cm层土壤含水量在春季最低,呈双峰型;油蒿+本氏针茅群落土壤持水性有明显增加,夏季和秋季土壤含水量可长期处于12%~14%,呈明显的双峰型,而60~80cm土层得不到充分的降水补给,长期处于4%左右,呈单峰型。(3)不同植被覆盖的沙地土壤水分对30mm左右降水的响应深度不同,流动沙地可到70cm,半固定沙地油蒿群落到50cm,具生物结皮的油蒿群落到30cm,油蒿+本氏针茅群落到40cm;极端降水能够影响所有样地0~70cm土壤含水量。     

基于土壤水分运移模拟的黄河三角洲湿地生态缺水量研究

在野外水分动态监测的基础上,采用美国盐土实验室开发的SPAC模型,对黄河三角洲湿地土壤水分运移规律进行了模拟。通过情景模拟,在0.5 m、0.75 m、1 m、1.25 m、1.5 m、1.75 m、2 m、2.5 m和3 m地下水埋深时,观察距离地表10 cm、30 cm和60 cm深度处土壤含水率的变化,获得了黄河三角洲湿地的地下水安全水位(1m)、敏感水位(1.25 m)和警戒水位(3 m);分别计算了黄河三角洲湿地在春季、夏季和秋季满足地下水水位达到敏感水位和警戒水位时的高、中和低目标等级的生态缺水量。研究结果显示,黄河三角洲湿地在1.25 m和3 m地下水埋深条件下的中目标生态缺水量分别为0.91×108m3和3.20×108m3,夏季的缺水量大于春季和秋季,主要是由于夏季的蒸发量最大,远远大于夏季降水量,土壤中的水分流失量最快。     

塔里木河上游胡杨(Populus euphratica、柽柳(Tamarix ramosissima)水分来源的稳定同位素示踪

通过分析塔里木河上游胡杨(Populus euphratica)、柽柳(Tamarix ramosissima)茎干水和各潜在水源(河水、土壤水、地下水)的δD、δ~(18)O同位素组成,应用多水源混合模型(IsoSource模型)研究了胡杨、柽柳的水分来源和对各潜在水源的利用比例。结果表明:0~100cm土壤水受蒸发影响大,土壤水δ~(18)O值偏大;100~300cm土壤水和地下水δ~(18)O值偏小且各点不存在显著差异。柽柳茎干水的δ~(18)O值小于胡杨,且均随河岸距离增加而减小;在河岸,胡杨最多能利用14.2%的河水,柽柳对河水的利用比例最大达到35.3%,二者对浅层0~100cm土壤水的利用比例较高;远离河岸,胡杨主要利用大于120cm的土壤水和地下水,对地下水的利用比例40%~50%,柽柳以地下水作为其主要水源,最大利用比例达到94.5%。胡杨生长需要适宜的地下水埋深条件(350~420cm),柽柳在浅地下水埋深和大于450cm的深地下水埋深条件下均能良好生长,对不同水分条件的适应能力优于胡杨。     

黑河下游不同林龄胡杨水分来源的D、~(18)O同位素示踪

对黑河下游不同林龄胡杨木质部水及其不同潜在水源稳定同位素组成(δD、δ18O)的测定分析,探讨不同潜在水源对胡杨的贡献。结果表明:(1)不同林龄胡杨木质部δ18O差异显著,胡杨幼苗、成熟木、过熟木的δ18O值分别为-5.368 14‰、-6.032 75‰和-6.924 18‰;(2)不同林龄胡杨所利用的水分来源不同,胡杨幼苗主要利用30~50 cm的土壤水,利用率在70%左右,对地下水的利用仅为6%;成熟木主要利用200~220 cm的土壤水及地下水,对地下水的利用最多达85%;胡杨过熟木主要利用100~260 cm的土壤水及地下水,深度范围较幼苗和成熟木都广,对地下水的利用较高,最多达96%,胡杨成熟木和过熟木主要利用的是地下水。     

毛乌素沙地人工沙柳(Salix psammophila)林平茬复壮技术

以内蒙古毛乌素沙地沙柳(Salix psammophila)人工林为对象,对灌木林平茬预留盖度、留茬高度、平茬时间及平茬生产周期进行试验研究。结果表明:沙地沙柳造林后4~6a内应进行首次平茬复壮,进入丰产期后平茬周期以4a为宜,可收获最高的生物量。人工林下草本植被盖度达18%以上时,沙柳平茬的适宜预留盖度为10%;当林下草本盖度小于上述值或无草本层覆盖,平茬预留盖度应提高至20%左右,以防止引起地面风蚀。沙柳平茬适宜的留茬高度为5cm左右,可使其萌生生长能力最强。     

艾比湖流域典型荒漠植被水分利用来源研究

在以风沙和干旱为基本特征的干旱、半干旱生态环境中,荒漠植被在防风固沙及维持荒漠和绿洲生态系统的稳定性方面有重要作用。选取艾比湖流域不同生境（河岸、沙丘、荒漠、盐沼）典型荒漠植被胡杨（Populus euphratica）、梭梭（Haloxylon ammodendron）、白刺（Nitraria sibirica）和盐穗木（Halostachys caspica）为研究对象,运用稳定同位素方法分析降水、土壤水、植株水和地下水同位素组成变化特征,量化4种植被在整个生长期内吸水来源及比例。结果表明：① 艾比湖流域降水δ²H和δ¹⁸O值变化范围为-142.5‰~-0.6‰和-20.16‰~1.20‰,表现为夏季最大,冬季最小,春秋季居中的态势。② 4类生境条件下的土壤水δ²H和δ¹⁸O值沿剖面总体表现为随着深度增加逐渐减小;不同植株茎水δ²H和δ¹⁸O值时间变化趋势基本一致,春季最大,夏季最小,秋季又逐渐增加;不同植株间比较,盐穗木茎水稳定同位素值最大,其余依次为白刺、梭梭和胡杨。③ 荒漠植被在不同生长期吸水来源及利用比例不同,梭梭在整个生长期主要利用地下水;白刺利用水源比例在整个生长季内变化较大,春季主要利用表层土壤水,贡献率为80%~94%,夏季利用深层土壤水的比例为31%~36%,秋季利用中层土壤水的比例达到33%~36%;盐穗木春季和秋季主要利用表层土壤水,夏季中间层土壤水比例略有提升,为20%~36%;胡杨春季主要利用中间层土壤水,利用比例为53%~54%,夏季主要利用地下水,比例达到72%~88%,河水利用比例仅为2%~5%,秋季河水利用比例升高为11%~21%。研究结果显示,干旱区荒漠植被生长季内水分利用来源差异明显。本文为了解干旱区荒漠植被的水分利用机理、水分适应策略,以及植被恢复和管理提供理论依据。     

共和盆地不同类型防护林的改善小气候效应

防护林是荒漠生态系统中绿洲的生态屏障。本文在青藏高原共和盆地的沙丘和丘间地生境中,分别选择不同类型的防护林,在春季和夏季测量它们的风速、气温、相对湿度、土壤温度和土壤体积含水量,据此选择改善小气候效应较好的防护林类型。结果表明：与流动沙丘相比,沙丘上栽植柠条和沙蒿均能够明显降低风速和气温,增加相对湿度,降低土壤温度,并且增加土壤体积含水量;柠条改善小气候的效应优于沙蒿。与赖草草地相比,丘间地各种类型的防护林均能够降低风速和气温,增加相对湿度,降低土壤温度,但是大部分防护林会降低土壤体积含水量,仅小叶杨林带能够在7月增加土壤体积含水量;小叶杨+乌柳混交林和乌柳+沙柳混交林改善小气候的效应优于柽柳和乌柳。     

柴达木盆地荒漠植物水分来源定量研究——以格尔木样区为例

选择柴达木盆地的格尔木作为研究区域,选取沙拐枣、合头草、驼绒藜和麻黄4种典型的地带性荒漠灌木,应用稳定氢氧同位素技术定量分析典型荒漠植物的水分来源。结果表明:1柴达木盆地典型荒漠植物能灵活利用各种水源(河水、地下水、降水和土壤水等),最主要的水源是土壤水。2不同种类植物水分利用方式存在差异:驼绒藜、麻黄和沙拐枣主要利用深层土壤水和地下水,合头草以土壤水为优势水源。3植物水分来源的时间变化为:生长季初期,植物主要利用河水和地下水;生长季中后期,合头草主要利用浅层土壤水,其他3种植物主要利用较深层土壤水和地下水。     

塔里木河下游典型荒漠河岸植物水分来源

通过对塔里木河下游典型荒漠植物河岸胡杨（Populus euphratica,成年和幼龄）、柽柳（Tamarix ramosissima）、甘草（Glycyrrhiza inflata）、骆驼刺（Alhagi sparfolia）木质部水及不同潜在水源的稳定性氧同位素值的测定,并利用多源线性混合模型（IsoSource）和相似性比例指数（PS指数）分别分析了各潜在水源对不同植物的贡献率以及各月份不同植物间的水分利用关系。结果表明：（1）在塔里木河下游,成年胡杨、幼龄胡杨、柽柳几乎都不利用0~50 cm的表层土壤水,而主要利用200 cm以下的深层土壤水和地下水,而甘草、骆驼刺主要吸收50~200 cm的土壤水。（2）在生长季的不同月份里,除个别月份外,胡杨（成年和幼龄）、柽柳之间存在激烈水分竞争;甘草、骆驼刺在生长旺季和末期对各水源都存在较强的竞争关系,而成年或幼龄胡杨、柽柳和甘草、骆驼刺之间水分竞争关系较弱。（3）在塔里木河下游,为了适应极端干旱,无论是乔木胡杨、还是灌木柽柳,水分来源主要是较稳定的深层水源,且对各水源的利用比例在不同月份波动不大。     

黄土丘陵风沙区柽柳(Tamarix chinensis)林土壤水储量动态

对甘肃景泰不同种植密度的10年龄人工柽柳(Tamarix chinensis)林地,监测根周及行间土壤水分含量,并对监测资料进行量化分析。结果表明:(1)在垂直剖面上,根周土壤水分含量层次可分为蒸发层0~40cm、活跃层40~180cm和相对稳定层180~200cm;行间土壤水分含量层次可分为蒸发层0~40cm、活跃层40~120cm、相对稳定层120~200cm。(2)林地土壤水分主要靠天然降水补充,土壤水分储量年际变化随种植密度由高到低呈亏空-富余-亏空的变化趋势;综合考虑行距-土壤水分储量回归方程及冠积-行距回归方程,得出景泰地区合理种植密度为1 923株·hm-2。结果可为干旱区生态恢复和退耕还林提供科学依据。     

福建省漳江口秋茄、桐花树、白骨壤和木榄光合作用季节动态研究

为了解不同红树植物光合作用的季节动态差异,应用LI-6400XT便携式光合作用测定系统,对福建省漳江口秋茄(Kandelia candel)、桐花树(Aegiceras corniculatum)、白骨壤(Avicennia marina)和木榄(Bruguiera gymnorrhiza)4种红树在自然生境中的光合季节动态进行研究.结果表明:①4种红树的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率都表现为夏季最高,冬季最低;光能利用率除白骨壤从春到冬依次降低外,其他3种红树也为夏季最高,冬季最低;树种之间,净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和光能利用率四季都为木榄最低.4种红树的水分利用效率都为夏季最低,除白骨壤的水分利用效率表现为春季最高,其他3种红树的水分利用效率都为冬季最高;春季和冬季秋茄的水分利用效率最高,夏季和秋季木榄的水分利用效率最高.②在不同季节树种净光合速率与相关生理生态因子关系不同.春季,光强、胞间CO2含量为4种红树共同的主要影响因子,夏季为光强、气孔导度和蒸腾速率,秋季为气孔导度和蒸腾速率,冬季为蒸腾速率.③各树种叶绿素季节变化的趋势基本一致,但是树种各自及种间不同季节叶绿素的含量并不能直接反映光合能力的差异.     

中国1980—2019年1 m土层贮水量的时空变化特征分析

土壤剖面水分信息比表层土壤水分信息难以获取,但对全面认识整个土层的水分含量至关重要。融合多源数据是估算区域土壤剖面水分的有效途径。本文采用随机森林回归算法,利用中国实测土壤水分数据建立了不同季节的表层-深层土壤水分关系模型。据此采用ESA CCI SM遥感表层土壤水分产品估算获得了中国1980—2019年0~10、0~20、0~30、0~40、0~50、0~60、0~70、0~80、0~90和0~100 cm 共10个深度层次土壤水分的时空变化特征。ESA CCI SM产品与实测数据整体上匹配较好但普遍高估,本文提出采用饱和含水量和凋萎系数信息对其进行值域控制,有效降低了该产品的高估误差。随机森林回归模型的精度在秋季最高,夏季和春季次之,冬季最低。模型对干带土壤水分的估算最准确,暖温带和冷温带次之,青藏带准确性最低。计算了中国10个深度层次的土壤贮水量,其多年平均值和标准差分别为1.64±0.11、3.50±0.21、5.29±0.30、7.13±0.38、10.04±0.46、12.25±0.54、14.47±0.62、16.75±0.69、19.05±0.76和21.36±0.83 cm。各深度的土壤水分呈明显的分层,即波动层（0~40 cm）、跃变层（40~60 cm）和稳定层（60~100 cm）。中国1m土层贮水量呈自西北向东北和东南方向递增的分布格局,寒旱区该值较低且空间变异明显,暖湿区该值较高且空间分布更均一。热带、干带和青藏带的1 m土层贮水量在夏季最高,暖温带和冷温带该值在夏季最低。近40年来中国1m土层贮水量在空间上“湿区愈湿,干区愈干”,在时间上“湿季愈湿,干季愈干”。热带土壤在2004—2009年显著变湿,干带土壤显著变湿和变干的转折年份分别为1985—1986年和2013—2014年。中国1m土层贮水量序列最常见的周期是5年和11年。     

隔离降雨对杉木林土壤可溶性有机碳和微生物生物量碳的影响

通过在亚热带杉木林内设置不同隔离降雨强度试验:完全隔离降雨、隔离60%降雨、隔离20%降雨和对照(自然降雨),研究隔离降雨对0~20 cm土层可溶性有机碳(DOC)和微生物生物量碳(MBC)含量的影响,结果表明:0~10 cm和10~20 cm土层,除完全隔离降雨处理土壤DOC峰值出现在春季外,其他处理均出现在秋季。0~10 cm土层中完全隔离降雨和隔离60%降雨处理的土壤MBC峰值出现在春季,而隔离20%降雨和对照的则出现在夏季,10~20 cm土层各处理对应的MBC最大值分别出现在春季、夏季、夏季和秋季。随着土层加深,4种处理土壤DOC、MBC含量均显著降低。0~10 cm土层,完全隔离降雨处理的土壤DOC、隔离60%降雨土壤MBC均与土壤含水量显著正相关,杉木林土壤DOC和MBC对降水变化响应具有明显的季节性。     

中国沙漠(地)深层渗漏量及动态特征

土壤水分深层渗漏是沙区水循环的重要环节,深层渗漏的定量测定对沙区水资源评估及水量平衡研究具有重要意义。本文采用YWB-01型土壤深层水量渗漏测试记录仪对中国毛乌素沙地等六大沙漠(地)降雨入渗到深层土壤的渗漏水量进行实时动态监测。结果表明:流动沙丘降雨渗漏补给量存在明显的时空差异,与降雨时空变化特征具有相对一致性,降雨格局是影响深层渗漏过程的主要因素,随降雨增大渗漏补给量增加,半干旱区降雨量与渗漏量显著正相关(p<0.05),干旱区相关性不显著(p>0.05);观测期内正镶白旗、伊金霍洛旗、阜康流动沙丘土壤200 cm以下渗漏量为48.5、146.8、1.0 mm,分别占同期降雨的21.4%、33.3%、1.3%;乌审旗、磴口150 cm以下渗漏量为1009.6、52.6mm,分别占同期降雨的55.7%、12.7%。不同气候区固定沙丘渗漏量基本没有差异,降雨格局不是影响水分深层渗漏的主导因素,而植被覆盖的影响占主要作用,且沙丘植被盖度>45%时深层渗漏量不超过同期降雨的2.0%。中国沙区深层土壤水分补给主要来自于强降雨或高频次小降雨事件,特别是干旱区降水少、频次低,其深层土壤水分补给更加依赖于强降水。