黑河下游胡杨季节尺度径向生长变化研究

利用半径型树木生长测量仪, 于2009-2010年生长季对西北内陆河-黑河流域下游荒漠河岸林优势树种-胡杨径向生长进行了监测, 结合环境气象、 水文因子同步监测资料, 对胡杨季节变化节律和环境影响因素进行了研究.结果表明: 按照胡杨径向生长日变化特征, 将其分为增长型(ΔR+)、 负增长型(ΔR-)和持续增长型(ΔR++)3种类型.在生长季, 胡杨径向生长季节变化呈"S"型, 可分为前期缓慢增长(P1)、 迅速增长(P2)和后期微弱增长(P3) 3个阶段; ΔR+/++类型在这3个阶段中所占比例分别为63.64%, 85.51%和48.61%; 5月末至8月初是胡杨年轮形成的主要阶段, 在该阶段气温和地下水位埋深均表现出显著的相关关系, 但地下水位埋深应是最根本的因素. 因此, 在树木年轮学应用方面, 胡杨可以用来反演区域水环境变化, 包括河道径流和地下水位变化等. 在荒漠河岸林管理方面, 满足春夏季地下水位条件和适度频率的春汛, 是保证该地区胡杨河岸林正常生长和保持合理种群结构的前提.     

黑河下游天然胡杨树干液流特征的试验研究

应用热扩散原理,采用ICT2000TE 研究了黑河下游25 a生天然胡杨(Populus euphratica)的树干液流特点及其与环境因子的关系.结果表明:1) 在整个生长季的晴天,胡杨树干液流的日变化呈现明显的单峰宽峰曲线.液流速率在6、7、8、9和10月分别为13.39、12.07、12.69和5.1 L·d-1;2) 胡杨在夜间有微弱上升液流,可能存在根压;3) 在生长季树干液流速率与环境因子逐步回归分析结果表明,树干液流受环境因子的综合影响,影响大小依次是空气温度、土壤含水量、相对湿度、总辐射、土壤温度和风速.     

胡杨树干液流日变化及其与气象因素的相关关系

选取塔里木河中游胡杨林自然保护区内不同长势和直径的六棵胡杨（Populus euphratica Oliv.）样木,利用热比率树干液流仪（SFM1）进行树干液流测定,并分析其日变化规律;同步监测各样地的气象因子,建立气象因子与树干液流速率日变化之间的逐步回归方程（Stepwise Regression Equation）,分析气象因子对胡杨树干液流的影响。研究结果如下：（1）不同长势和直径的胡杨树干液流速率差异很大,但其整个日变化过程类似,均有明显的昼夜变化规律。旺盛胡杨树干液流日变化特征呈单峰曲线,而衰弱胡杨呈双峰曲线。（2）大直径胡杨树干液流速率和日累计液流量大于小直径胡杨;长势旺盛的胡杨树干液流速率和日累计液流量均大于衰弱胡杨。各胡杨样木日累计液流量的大小排序为：旺盛大直径胡杨 > 旺盛中直径胡杨 > 衰弱大直径胡杨 > 旺盛小直径胡杨 > 衰弱中直径胡杨 > 衰弱小直径胡杨。（3）虽然胡杨各样树在长势和直径结构上有差异,但其树干液流速率日变化与气象因子的关系大致相同,均与太阳辐射、气温、风速和土壤温度呈显著正相关（P<0.05）,而与空气湿度呈显著负相关。（4）在诸多气象因子中,气温、太阳辐射和空气湿度是影响树干液流速率的主要因子。     

新疆罗布泊地区凝结水试验

采用称重法,在高含盐量的罗布泊北部凹地首次进行了凝结水的野外监测,根据监测数据分析了罗布泊地区凝结水的生成规律.研究结果表明罗布泊存在凝结水;2005年7月、10月、12月3次监测时期里日均凝结水量分别为0.293,0.127,0.275 mm;凝结水来源于空气中的水气和深部土壤水分;发生的时间基本在晚上22∶00至次日凌晨8∶00;影响凝结水产生的主要因素为近地面大气温度与地表土壤温度差、空气相对湿度、冻结期等,土壤的高含盐量也有利于凝结水的生成.     

山东半岛九天洞洞穴环境变化特征与影响因素

选取旅游洞穴九天洞为研究对象,对洞穴环境变化特征及影响因素进行分析,探讨旅游活动和外界环境变化对洞穴环境变化的影响,以期能够为旅游洞穴的保护与合理开发提供科学依据。结果表明:（1）九天洞受外界气温变化的影响呈夏季高冬季低的特征,且洞穴温度略高于当地平均温度,这与洞穴通风、旅游活动、监测时间等因素有关;（2）洞内相对湿度与洞内空气温度呈较好的负相关关系,洞内相对湿度的变化主要受控于温度,呈夏季低冬季高的变化特征;（3）九天洞CO2浓度的季节变化特征为夏秋季高冬季低,与气候变化导致的植被和微生物活动以及滴水速率的变化有关;（4）距洞口越远的监测点空气温度、相对湿度的变化幅度越小,CO2浓度越高,说明距洞口越远受洞外气候变化以及洞穴通风的影响越小;（5）九天洞各监测点pH值和电导率主要与外界气候变化有关,对气候变化响应敏感,在降水偏少的干旱年,监测点pH值偏高,电导率偏低。      

川中丘陵水旱轮作土壤—小麦系统CO_2排放及其影响因素

利用静态箱/气相色谱法对川中丘陵区水旱轮作区的小麦进行全生长季CO_2排放观测。结果表明:①土壤—小麦系统的CO_2排放通量存在着明显的日变化。凌晨4:00～6:00排放量最低,随着温度的升高,CO_2的排放量逐渐增大,在午后1:00～3:00达到峰值。分析表明,气温和地表温度与土壤—小麦系统CO_2排放通量之间存在显著的相关关系。②土壤—小麦系统CO_2排放都有明显的季节变化。分析表明,小麦生物量和气温与土壤—小麦系统CO_2排放季节变化之间存在显著的相关关系。③在小麦各个生育期中,CO_2平均排放通量常规处理>无氮处理>空白>裸地。水早轮作区小麦常规处理、无氮处理、空白点和裸地的CO_2排放通量的平均值分别为574.51、362.23、239.92、129.47 mg/(m~2·h)。     

蒸发过程中水体稳定同位素富集与空气湿度的关系

通过同位素分馏模型的物理意义分析及实验模拟分析,探讨空气湿度对蒸发过程水体稳定同位素富集过程的影响机理,研究认为:1空气相对湿度决定了扩散系数和自由空气同位素组成对分馏系数的影响比例,空气相对湿度越小,分馏系数受扩散分馏系数影响越大,分馏系数受自由空气水汽同位素组成影响则越小,反之亦然;2空气相对湿度与蒸发残余水体氢氧稳定同位素富集程度具有负相关性,即空气湿度越大越不利于残余水体重同位素富集;3模拟残余水体同位素丰度对空气相对湿度的敏感性呈负指数关系。在无外界气态水介入的蒸发实验中,残余系数为0.194条件下,当相对湿度小于80%时,H、O稳定同位素模拟结果对湿度的敏感性均小于0.0002,即相对湿度变化对模拟残余水体同位素丰度影响很小;当湿度大于80%时,湿度变化对模拟结果的影响呈指数关系急剧增加,湿度大于80%的蒸发实验需要准确观测相对湿度值。     

1961-2010年全球变暖背景下中国空气湿度长期变化特征

空气湿度是重要的气象要素，与气温和降水密切相关，其长期变化特征是气候系统变化的重要表征。2003年前后全国自动站与人工站的更替使得相对湿度资料存在不能满足均一性的要求，亟需加强空气湿度变化特征方面研究。利用1961—2010年中国824个气象站订正后均一性较好的逐日气温、降水量和相对湿度数据，剔除缺测多的站点，采用线性回归分析、Mann-Kendall趋势检验和偏相关分析方法，综合分析中国水汽压和相对湿度的长期变化特征及其与气温和降水量的相关特征。结果表明:①全国各地年均水汽压呈增大趋势的站点占全部站点的90.3%；除春夏两季的黄土高原至云贵高原一带和长江下游地区、秋季的华南地区有所减小外，各季节全国水汽压普遍呈增大趋势。②全国年均相对湿度呈减小趋势的站点占64.1%；除河北北部至辽宁北部、陕西南部至黄淮地区、江南北部、青藏高原和四川西部地区以及西北大部呈增大趋势外，其余地区普遍减小；季节差异明显，春、夏和秋季，中东部大部分地区相对湿度以减小趋势为主；冬季除东北地区和云南减小外，其余大部分地区相对湿度增大。③全国各地水汽压与气温、降水量普遍以正相关为主，与气温的相关性强于与降水量的相关性；相对湿度与气温普遍呈显著的负相关，与降水量普遍以正相关为主。     

西藏林芝冷杉树轮稳定碳同位素对气候的响应

对采自西藏林芝的喜马拉雅冷杉进行交叉定年后, 建立树轮δ13C序列. 将δ13C序列去除生长趋势和大气CO2浓度升高导致大气δ13C下降影响得到Δ13C, 利用附近气象资料, 分析了Δ13C对气候要素的响应. 结果表明: 冷杉Δ13C的高频振荡与季节的气温、降水、空气相对湿度显著相关, 并存在强的滞后效应. 冷杉Δ13C序列与降水和空气相对湿度关系密切, 在树木生长初期4月和9～11月, 降水和空气湿度对年轮生长影响较大; 除3月年平均最低温度和年平均温度的11、 12月对年轮Δ13C有一定影响外, 温度对年轮生长影响小于降水和相对湿度的影响.     

宁夏中部干旱带露水形成机制及其对表层土壤水分的影响

露水的形成及其对土壤水分的影响是进一步量化水循环和生态水文过程的重要依据。为探明露水发生规律, 在宁夏中部干旱带连续3 a观测了每30 min气象资料和表层土壤水分, 用叶片湿度传感器测算了露水量。结果表明: 该区年露水量可达56.41 mm, 75%发生在6—10月, 最大月露水量和日露水量分别为13.40 mm和0.80 mm, 主要发生在03:00—08:00;露水发生的气温、相对湿度和风速范围分别为0~24.4℃、50%~100%和0.16~1.74 m/s, 风向为30°~60°(东北风)和270°~330°(西南偏西风); 气温和露点差与相对湿度之间呈极显著线性逆相关, 气温和露点差小于3 ℃且相对湿度大于80%时极易产生露水; 日露水量为0.6 mm、0.7 mm和0.8 mm时表层5 cm土壤贮水量可分别提高0.10 mm、0.20 mm和0.25 mm。该地区年均降露量是降雨量的13.5%, 露水年均发生频率为126 d(35%), 是当地水循环和生态系统不可忽略的水源。     

冬小麦遥感冠层温度监测土壤含水量的试验研究

在冬小麦主要生育期(2002年4月初到5月底),对不灌溉的冬小麦测定了冠层温度、地温、气温以及土壤含水量,计算了冠气温差且分析了冠层温度和冠气温差与不同土层厚度的土壤含水量相关关系。结果表明:14:00的冠层温度能较好地反映20cm土层的土壤含水量变化,但与其它各土层相关性有较大的波动性;14:00的冠气温差能较好地反映40cm以上土层的土壤含水量变化,二者的相关性很高,在20cm、40cm土层,两者相关系数R2分别为0.98866、0.99389,这为用区域遥感数据反演主要生育期冬小麦的冠气温差进而监测区域40cm土壤含水量提供了实验性的依据;拔节期和灌浆期,用14:00冠气温差来拟合各土壤层的土壤含水量有较高的精度,从而为用区域遥感数据监测区域土壤含水量提供了经验性的模型。     

浅层包气带水汽昼夜运移规律及其数值模拟研究

西北干旱、半干旱地区,浅层包气带水分通量主要由水汽组成,而水汽在运移过程中产生的能量转换和质量迁移是地表质能平衡计算不可缺少的重要源汇项。在野外进行一个沙坑实验,发现土壤水在中午(12:00—15:00)达到最大值(10cm深度,5.9~6.1cm3/cm3;30cm深度,11.9~13.1cm3/cm3),而在凌晨(02:00—05:00)出现最小值(10cm深度,4.4~4.5cm3/cm3;30cm深度,10.4~10.8cm3/cm3)。为进一步验证该实验条件下的土壤水运移及分布规律,考虑了土壤水、汽、热耦合运移的HYDRUS-1D模型被用来对实验过程进行模拟,模拟结果与实测结果吻合较好。为描述土壤水分昼夜运移模式,笔者将土壤水耦合运移的时间信息和空间信息进行同步分析;并根据土壤水运移的不同驱动力,分别对温度梯度、基质势梯度作用下的液态水及汽态水通量进行了分析。     

不同立地条件下胡杨叶片稳定碳同位素组成及水分利用效率的变化

研究了黑河流域下游额济纳荒漠河岸不同立地条件下胡杨(Populus euphratica Olivier)叶片稳定碳同位素组成及水分利用效率的变化特征. 结果表明: 5个典型样地中, 胡杨叶片δ¹³C值在(-25.80～±0.05)‰～(-29.19～±0.05)‰间变化, 均值为(-27.70～±0.13)‰; 就生长季胡杨叶片δ¹³C均值而言, 沙丘样地具有最高的δ¹³C值, 其次为戈壁样地, 最低值出现在河岸低地. 样地间δ¹³C值的差异主要是由样地间土壤含水量和地下水埋深的不同导致的; 整个生长季胡杨叶片δ¹³C值在样地间表现为2种变化趋势. 5个典型样地生长季胡杨水分利用效率在(60.41±0.47)～(95.46±0.47) μmolCO₂·(mmolH₂O)^-1间波动变化, 其平均值为(75.69±1.37) μmolCO₂·(mmol H₂O)^-1, 从水分利用效率波动范围和平均值可以看出, 胡杨是个具有高水分利用效率的物种. 从河岸低地到河岸沙堆再到戈壁、沙丘, 随着土壤含水量逐渐下降, 地下水埋深逐渐加深, 胡杨逐渐提高了其水分利用效率.     

疏勒河中下游胡杨林土壤水盐空间变化与影响

基于河西走廊疏勒河中下游绿洲天然胡杨林下8个采样点720个土壤样品和6.8524 hm2的7个样方,应用统计学及相邻格子法等研究了胡杨林土壤水盐的空间变化特征及其影响。结果表明:研究区土壤含水量随深度而增加,土壤全盐量变化与之相反,两者在80 cm土层之上变化剧烈,之下变化平缓;土壤水盐含量变异差异明显,均属于中强度变异。各层土壤水盐含量存在着自中游向下游水分减少、盐分增加、表层聚盐加重的显著空间分布规律。研究区胡杨林生长受到土壤水盐胁迫,种群结构残缺;下游胡杨林分偏老,稀疏矮小,已明显衰退。长此下去,下游胡杨林将因快速衰退演替而全部死亡。     

黑河下游典型生态系统水分补给源及优势植物水分来源研究

通过对黑河源区降水、 黑河下游河岸林生态系统、 人工梭梭林生态系统梭梭及戈壁红砂生态系统土壤水和浅层地下水稳定氢氧同位素组成(δD、 δ¹⁸O)的测定, 对黑河下游典型生态系统土壤水和浅层地下水的补给源进行了研究. 同时通过对比分析河岸林生态系统胡杨和柽柳、 人工梭梭林生态系统梭梭及戈壁红砂生态系统红砂等优势植物根系水及其对应的土壤水及浅层地下水的δ¹⁸O, 对黑河下游典型荒漠植物水分来源进行了研究, 并对不同潜在水源对植物水分来源的贡献率进行了计算. 结果表明: 河岸林生态系统和人工梭梭林生态系统的土壤水和浅层地下水来自黑河源区的降水, 源区降水通过黑河河道输水补给河岸林进而形成土壤水和浅层地下水, 但人工梭梭林的土壤水蒸发作用强烈. 戈壁红砂生态系统由于远离黑河, 土壤水不受黑河源区中上游输水的补给. 就植物水分来源而言, 在河岸林生态系统中, 乔木胡杨主要利用40~60 cm的土壤水和地下水, 灌木柽柳主要利用40~80 cm的土壤水; 人工梭梭主要利用200 cm至饱和层土壤水和地下水; 戈壁红砂主要利用175~200 cm的土壤水. 因此, 在黑河下游极端干旱区, 土壤水和地下水是维持荒漠植物生存、 生长及发育的主要来源.     

胡杨根系分布特征与根系吸水模型建立

依据2006年和2007年6~7月在极端干旱区额济纳的实测资料,利用分形和概率统计的方法对胡杨根系分布与根区土壤水分的关系进行了分析研究。引入土壤含水率期望(cm·g/g)的概念,建立了含水率期望值与根系分维值之间的函数关系,并求出了适宜胡杨生长的土壤含水率期望值的范围。同时建立了初版的根系吸水模型,并进行验证,得到较好的结果。     

地下水埋深对淮北平原冬小麦耗水量影响试验研究

研究地下水埋深对淮北平原冬小麦耗水量的影响,对浅埋区农业水管理具有重要意义。基于2017—2020年五道沟水文水资源实验站大型称重式蒸渗仪群,模拟不同地下水埋深下冬小麦蒸散发变化过程,以蒸散量表征小麦耗水的变化,识别影响小麦耗水的关键环境因子,探索不同情景小麦耗水特征。全生育期内各地下水埋深0.5,1.0,2.0,3.0 m下小麦蒸散量依次为510.50,499.33,567.88,727.88 mm,各埋深下表层10 cm处土壤含水率与蒸散量相关系数依次为?0.42,?0.69,?0.53,?0.43;依据太阳辐射量划分3类典型日,典型日内蒸散强度为:强辐射日约0.30 mm/h、弱辐射日约0.07 mm/h、微弱辐射日约0.03 mm/h;蒸散峰历时依次为:5:00—20:00、7:00—17:00和9:00—17:00;太阳辐射强时,地下水埋深对蒸散强度峰值出现的时间影响较小,而太阳辐射过弱时,地下水埋深大会阻滞能量传输,蒸散强度峰值滞后;表层土壤水是蒸散发的主要来源,尤其在1.0,2.0 m埋深下表层土壤水对蒸散发贡献率更高;太阳辐射、净辐射和土壤热通量正向驱动小麦耗水,表层土壤水分、平均气温和空气湿度反向驱动。     

干旱区荒漠植被丙二醛及保护酶活性对地下水位的响应

塔里木河下游的乔木、灌木、草本植被的主要建群种为胡杨、柽柳和罗布麻,对其中丙二醛(MDA)含量以及保护酶活性对地下水位的研究表明:1)MDA含量以及SOD、POD活性均呈增加趋势,而且均与地下水位呈正相关关系;2)对同一断面相同地下水位条件下胡杨、柽柳和罗布麻的SOD活性和POD活性比较,可以反映出SOD和POD作用的互补性;3)根据不同地下水位条件下胡杨、柽柳和罗布麻的MDA含量和SOD活性所反映出的适宜植物生存的合理生态水位、(严重)胁迫水位,并将其进行综合比较与分析,初步推断在塔里木河下游地下水埋深超过3.12 m时,胡杨和柽柳的生长即开始受到抑制,6 m左右的地下水位即对胡杨造成严重胁迫,≥8.83 m的地下水位则会危及胡杨的生存;而柽柳的严重胁迫地下水位以及临界地下水位分别为5 m左右和≥8.83 m.相比之下,罗布麻所能承受的胁迫地下水位比较高,超过3.12 m的地下水位即会对其生长造成严重水分胁迫,地下水位低于4.42 m则危及其生存.