科尔沁草原南部不同类型沙丘水分研究

沙丘在不受地下水影响的情况下.沙层水分的补给取决于降水;降水对沙层湿润的深度与一次性降水的多少成比例关系.在流动沙丘发展成为固定沙丘的过程中,由于植物的生长,水分条件逐渐变坏。160厘米厚沙层4-7月的月平均有效水分,流动沙丘为102.46毫米,半固定沙丘为51.79毫米,固定沙丘为41.09毫米.沙丘固定后地表形成结皮,在降雨强度大的情况下,固定沙丘地表形成径流,汇集于丘间,使丘间含水量高于固定沙丘。依固定沙丘和丘间在水分条件上的差异,地貌条件上的不同,在利用沙地时充分利用固定冷丘丘间的有利方面,适当开垦是可行的.     

古尔班通古特沙漠风沙土土壤蒸发特征

土壤表面蒸发是降水的无效损失,其大小直接决定着降水转化为有效土壤水的效率,从而间接决定了植物可利用水分的多寡。在降水稀少的沙漠区,定量认识土壤蒸发的大小和其所占降水的比例显得尤为重要。在2004年全生长期(5~9月)应用自制的微型蒸渗仪(Micro-Lysime-ter)测定了风沙土(有结皮覆盖的丘间低地和裸露沙丘顶部)和对照的荒漠盐碱土的土壤蒸发。结果表明:在相似的气象条件下,风沙土区的丘间低地和荒漠盐碱土的日平均蒸发量分别约是裸露沙丘(风沙土区)的2倍和3倍。整个生长期裸露沙丘的累积蒸发量为18.7mm,丘间低地为38.8mm,荒漠盐碱土为52.1mm。根据整个观测期的累积蒸发量和累积降雨量计算得出的蒸发降雨比分别为:裸露沙丘0.20,丘间低地0.42,荒漠盐碱土0.62,表明裸露沙丘由降水转化为土壤水而储存的比率最高。同时,从数据分析中可以看出:在风沙土区0~5cm土层的含水量对土壤蒸发起决定作用,而盐碱土区的土壤蒸发则受到更深层次土壤水分的影响。裸露沙丘低的土壤蒸发、高的降水转化效率,为植被恢复奠定了良好的基础。因此,裸露沙丘的低蒸发量可以视为植被状况对生态水文过程的一种良性反馈。     

科尔沁沙地沙丘植被对丘间低地水体的影响北大核心CSCD

在流动沙丘以建立固沙植被的方式向固定沙丘转化的过程中,植被将改变沙丘水分再分配过程,影响沙丘的水文调节功能,甚至可能引起沙丘生态系统水资源失衡。为探明植被对沙丘水文调解功能的影响,以科尔沁沙地不同植被盖度的沙丘-丘间地水体组合体为研究对象,于2021年生长季开展了沙丘植被盖度、丘间低地水体变化特征、气象因素的动态观测,以期明确沙丘植被变化对丘间低地水体的影响。结果表明:(1)沙丘植被盖度影响沙丘水分对外补给能力,随着沙丘表面固沙植被盖度增加,单位面积沙丘对外水分补给能力降低,表现为流动沙丘(58.25 mm)>半固定沙丘(24.75 mm)>固定沙丘(14.87 mm),占同期降水量的比例分别为21.39%、9.09%、5.46%。(2)生长季流域降水补给量、植被盖度、气温显著影响沙丘对丘间低地水体的水分补给量,丘间低地水体获补量与流域降水补给量显著正相关,与植被盖度、气温极显著负相关。(3)依据水量平衡原理推导出沙丘水分对外补给量(Y)与影响因素(降水补给量X_(1),植被盖度X_(2),平均气温X_(3))的关系模型,Y=1052.737+0.1X_(1)-11.459X_(2)-37.585X_(3),R2=0.641。可根据模型预测沙丘水分对外补给量,为流动沙丘生物治理模式的合理选择提供支持。     

地下水埋深对胡杨(Populus euphratica)、柽柳(Tamarix ramosissima)气孔响应水汽压亏缺敏感度的影响

通过调节LI-6400光合测定系统叶室内相对湿度,测定了高地下水埋深和无地下水条件下胡杨(Populus euphratica)、柽柳(Tamarix ramosissima)叶片气孔导度(Gs)对水汽压亏缺(LVPD)变化的响应,并线性拟合得到Gs对LVPD响应的敏感度。结果表明:高地下水埋深条件下,胡杨Gs对LVPD的敏感度显著高于柽柳(P0.05),无地下水条件下两物种Gs对LVPD的敏感度差异不显著(P0.05);高地下水埋深条件下胡杨Gs对LVPD的敏感度高于无地下水条件(P0.05),柽柳则差异不显著(P0.05)。胡杨高地下水埋深条件下较高的气孔敏感度说明该物种在有利水分条件下水分利用偏于保守。无地下水条件下柽柳气孔敏感度基本不变,Gs下降幅度较小,而胡杨气孔敏感度与Gs均大幅度下降,两物种净光合速率(Pn)呈现相应变化,表明胡杨Pn更容易受环境水分亏缺的约束,在植物-水分关系层面柽柳表现出对水分条件多变、大气蒸腾压力高的荒漠河岸生境更优的适应能力。     

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。     

梭梭(Haloxylon ammodendron)叶片气孔导度与气体交换对典型降水事件的响应

C4植物以其较高的水分利用效率而表现出较强利用荒漠环境有限降水的能力,但对其气孔行为和气体交换对降水响应的理解并不深入。本研究选择荒漠区沙丘上6~7年生的梭梭(Haloxylon ammodendron),利用自制的降水拦截设施,将每次降水事件后样地中接受的降水量分别减少和增加10%、20%和30%,形成包括对照在内的7个降水梯度,研究梭梭气孔导度(Gs)与净光合速率(Pn)对典型降水事件的响应。结果表明:6~12mm的降水对土壤水分的补给集中在50cm土壤深度范围内。降水量每增加10%,Gs和Pn分别增加9.17%和4.17%;Gs和Pn在降水前后呈现先增加后降低的单峰型趋势,峰值出现在降水后第1天,两者与土壤水分含量(SVWC)、空气相对湿度(RH)以及水汽压差(VPD)显著相关。降水后梭梭黎明前叶水势在-2.08~-2.74 MPa时叶片气体交换主要受气孔因素影响,而当叶水势降至-3.16MPa以下时主要受非气孔因素控制。     

立地条件和积雪厚度对古尔班通古特沙漠梭梭造林的影响

为了辨认立地条件和积雪厚度对梭梭苗木成活的影响,于2009年4月,在新疆古尔班通古特沙漠南缘选取了沙丘阴坡、沙丘阳坡、丘间平地作为研究样地,在原有自然降雪的基础上,通过补水模拟不同年份的积雪厚度,进行了梭梭春季免灌造林研究,选择适宜实施梭梭免灌造林的立地环境和积雪条件。研究结果表明,不同立地条件之间梭梭免灌造林成活率差异显著,沙丘阴坡、丘间平地和沙丘阳坡梭梭免灌造林成活率分别为53.66%、14.42%和4.73%,这与3种立地条件的土壤水分状况吻合,说明水分是影响梭梭免灌造林的关键因子;在不同的立地条件下,积雪厚度对梭梭免灌造林成活率的影响程度不同,在年积雪厚度达到17 cm时,沙丘阴坡梭梭免灌造林成活率能达到54.95%,而在丘间平地与沙丘阳坡梭梭免灌造林成活率却很小,由于3种立地条件各种环境因子的差异,造成了不同立地条件下同一积雪厚度对梭梭免灌造林成活率存在差异。     

奈曼沙区樟子松生长状况与水分关系

分析奈曼沙区樟子松的水分关系及生长状况,并与油松、小叶杨比较,结果表明樟子松较油松、小叶杨耐旱。但在无地下水或灌溉补给的迎风坡上部,樟子松片林立地水分状况严重恶化,15龄高生长速生期趋于结束,生长趋于衰退,而在地下水埋深2.4米左右的丘间低地高生长正值旺盛生长之际,这说明在年降水量仅366 mm的奈曼沙区,营造樟子松必须选择适宜的立地条件,才能保证人工林的正常生长和稳定性。     

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。     

梭梭和白梭梭主根周围土壤养分的梯度分布

采用野外原位分层取样的方法,研究了古尔班通古特沙漠两个主要建群种——生长于丘间低地的梭梭(Haloxylon ammodendron)和生长于沙丘顶部流沙地上的白梭梭(Haloxylon persicum)——主根周围土壤的pH值、电导率及养分的梯度变化状况。结果显示,梭梭和白梭梭根际微区(0～1 cm)pH值均较土体(1～10 cm)低,电导率和各养分在根际微区均出现了聚集现象,最大聚集率在0～0.2 cm圈层,梭梭、白梭梭的最大根际效应R/S分别为电导率1.17、1.23,有机质2.00、2.41,全N 2.64、2.86,有效N 2.42、3.26,有效P 2.14、1.71,全P 1.14、1.12(在两种植物根围土壤变化不是很大,但也存在正的根际效应),这说明梭梭和白梭梭根际微区均有显著的养分聚集的现象。结果还显示,梭梭根围土壤各因子均较白梭梭高,这可能是梭梭和白梭梭生活在不同生境所致。R/S分析表明,除有效磷外,白梭梭根际的“肥岛”效应均较梭梭明显,这说明了越是在养分胁迫的土壤环境,荒漠灌木的“肥岛”效应越显著。     

准噶尔盆地南缘荒漠区梭梭维持水源初步研究

为了了解沙漠植物梭梭维持水源的利用情况,探明其对水源的利用策略,利用稳定性同位素技术定位取样,对准噶尔盆地南缘荒漠区梭梭进行了研究.结果表明,冬季,梭梭基本没有直接利用降雪;随着融雪后浅层土壤含水率的上升,梭梭明显利用浅层土壤水;梭梭利用水源中,地下水占有很大比例,这种比例在冬季和夏季最高,最高幅度可达到80％,平均占到30％左右;降雨也是梭梭利用的水源之一,在降雨后的3～5 d内,梭梭木质部δ18O值有明显趋近降雨δ18O值的趋势.因此,本研究区的梭梭维持水源有多个途径,地下水、融雪形成的浅层土壤水是其主要水源,中、大量降雨也是其利用的水源之一.     

梭梭对降水的响应与适应机制——生理、个体与群落水平碳水平衡的整合研究

水是荒漠生态系统的首要限制因素.近20年来全球气候变化以及人类活动的加剧,导致古尔班通古特沙漠南缘原始盐生旱生荒漠地区的降水与地下水位正在发生显著的改变;这些改变正导致荒漠植物用水策略的适应性变化,其种间差异性影响着荒漠植物群落组成与生态系统碳水平衡.本研究以中亚荒漠关键种梭梭Haloxylon ammodendron为对象,在生理生态、个体形态与群落尺度整合研究两个优势种对自然生境水分条件改变的响应与适应.实验于2005-2006年生长期开展,在地下水位于5.2-7.9 m之间波动的典型原始生境,追踪自然降水过程并设置人工降水梯度.观测生境水分条件变化时光合作用、蒸腾作用、叶水势和瞬时水分利用效率等生理活动的响应;研究根系分布和地上生物量累积等个体形态特征的适应性改变;利用涡度相关系统测定群落碳水通量,从而揭示不同尺度上梭梭的用水策略和碳同化维持机制.实验数据表明,梭梭主要利用降水形成的浅层土壤水维持生存;极为有效的形态调节和较强的气孔控制是其维持光合能力以及适应降水变化的主要机制;适量增多且在生长期内均匀分布的降水可对其产生明显正效应,这预示梭梭可能在未来种间竞争和群落演替中占有优势.本研究表明,应对环境水分胁迫与改变,荒漠植物具有高效的自我协调与适应能力,不同水平调节适应机制之间存在内在协调性;生理、个体、群落尺度整合研究是了解全球变化背景下生态系统过程与植物适应性的有效途径.     

不同生境梭梭对降水变化的生理响应及形态调节

以中亚荒漠关键种梭梭为研究对象,对比2006年生长季土壤水分状况和生长在沙土及黏土中梭梭对3个降水处理的生理响应与同化枝面积的累积变化,分析不同质地土壤生长的梭梭在生长季对降水变化的生理响应及其形态调节。结果表明,沙土中生长梭梭对降水响应明显,生长季同化枝水势较高,且不同降水处理下蒸腾速率和瞬时水分利用效率差异显著,同化枝形态调节幅度不大。黏土不利于降水入渗,梭梭同化枝水势、蒸腾速率和瞬时水分利用效率对降水变化的响应不敏感,同化枝面积和生长速率在不同降水处理间差异显著,同化枝脱落较早。生理响应与形态调节的综合研究表明,不同质地土壤生长的梭梭通过有效的同化枝形态调节保证了其在降水处理下稳定的光合碳同化作用。在全球气候变化的背景下,沙土更有利于梭梭的生长。     

干旱半干旱区天然植被的地下水水文生态响应研究

在干旱半干旱地区,天然植被与地下水关系是生态水文地质学的重要研究内容之一.生态地下水埋深等概念建立了生态地下水位的基本框架,但研究成果仅是定性或半定量的描述.为弥补这一不足,国内外学者开展了大量的理论和实验研究.在理论研究方面,提出了植物蒸腾地下水临界水位埋深理论公式,确定了植被受水分胁迫响应的评价方法,并利用植物生理...     

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。     

轻度沙埋对典型荒漠植物的影响北大核心CSCD

中国西北干旱区以荒漠生态系统为主体,是中国典型脆弱生态系统。沙埋对该区域植物生存和生长、植被分布和组成以及荒漠生态系统功能和结构有重要影响。以典型荒漠植物梭梭(Haloxylon ammodendron)、柽柳(Tamarix chinensis)、白刺(Nitraria tangutorum)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)为研究对象,对比研究了轻度沙埋和非沙埋植物在生理和生长方面的差异,并从土壤盐分、土壤水分、土壤温度等方面探究了造成这种差异的原因。结果表明:轻度沙埋环境下,梭梭、柽柳、白刺、沙拐枣的光合速率普遍高于非沙埋植株,蒸腾速率显著低于非沙埋植株,水分利用效率也均高于非沙埋植株。轻度沙埋梭梭、柽柳、沙拐枣、白刺株高明显低于非沙埋植株,但地径、冠幅、叶面积指数普遍高于非沙埋植株。主要原因是轻度沙埋植物下方土壤黏粒含量、土壤湿度高于非沙埋植物下方,轻度沙埋植物下方土壤温度、含盐量低于非沙埋环境。     

不同胸径胡杨径向生长的合理生态水位研究

借助树木年轮水文学的方法,分析不同胸径胡杨在不同地下水埋深条件下其径向生长量的变化特点和规律。研究结果表明:随着地下水埋深的增加,不同胸径胡杨径向生长量均呈现明显降低趋势,其对地下水埋深变化响应的灵敏度降低幅度呈现先增加,后减少的趋势。3个胸径等级的胡杨径向生长灵敏度最大值对应的地下水埋深为分别是3.3、7.4、7.9m。说明,不同生长阶段的胡杨径向生长量变化对地下水埋深变化响应的敏感性存在差异。可以认为这3个地下水埋深是不同胸径等级胡杨径向生长水分胁迫的合理生态水位。     

新疆塔里木河下游柽柳茎水势变化与影响因子研究

结合塔里木河下游生态输水过程中的实测资料,分析了不同断面柽柳茎水势变化特征、柽柳茎水势的日、月变化规律及其与环境因子之间的关系。结果表明:依干不及麻断面柽柳茎水势普遍低于英苏断面;柽柳茎水势日变化大体呈直线下降趋势;英苏断面9月份柽柳茎水势比7月份和8月份高,依干不及麻断面9月份柽柳茎水势比7月份和8月份低。柽柳茎水势日变化与气温和空气相对湿度之间有显著的相关关系,气温升高,空气相对湿度降低,植物蒸腾失水增多,水势降低。同时与地下水埋深间也有十分显著的相关关系,随地下水埋深增大,土壤含水量减小,茎水势降低,地下水埋深减小,土壤含水量增大,茎水势回升。     

胡杨(Populus euphratica)叶片结构与功能关系

叶片形态特征与功能性状可以反映植物采取的协同或权衡策略。测定了塔里木河下游不同地下水埋深下荒漠河岸林建群种胡杨(Populus euphratica)的叶片解剖结构、叶片水力导度、叶片δ13 C值,探讨了胡杨结构性状指标和功能指标对地下水埋深的响应,叶片水力传输能力与叶片解剖结构变化趋势,以及叶片水力参数、解剖结构与水分利用效率的相关关系。结果表明:(1)胡杨叶片结构指标(叶片厚度、表皮厚度、栅栏组织厚度、气孔参数、叶脉密度、主脉导管直径)、功能指标(叶片最大水力导度、水分利用效率、比叶质量)在地下水埋深最深处与地下水埋深最浅处差异显著;(2)不同地下水埋深下胡杨水分传输能力变化有解剖结构基础,叶片水分传输能力与水分散失能力存在协同关系;(3)胡杨叶片水分利用效率与叶片解剖结构指标(叶片厚度、栅栏组织厚度、表皮厚度、气孔长度、气孔宽度、气孔密度)具有相关关系;(4)胡杨叶片水分传输与叶片碳投资具有协同关系。     

科尔沁沙地西部横向沙丘间的风况和输沙势

以科尔沁沙地西部一处典型横向沙丘群为研究对象,在沙丘顶部、丘间走廊和迎风坡脚各布设一套自动气象站,对流动性的横向沙丘群内部的风况进行了连续16个月的实地观测。为有效说明沙丘群外围气象站是否能真实反映沙丘群内部实际风况特征,从翁牛特旗国家站获取了同时段风况的小时数据。结果表明：（1）丘间走廊年内主导风向为SW,与迎风坡脚基本一致但频率更高,相对于沙丘顶部（WNW）和翁牛特旗（NW）而言,风向大角度向左偏转;（2）丘间走廊年内平均风速为3.28 m·s^-1,春季平均风速可达4.74 m·s^-1,瞬时风速大于起沙风速;丘间走廊会发生较强烈的风沙活动,这对塑造丘间走廊完整形态、形成稳定的横向沙丘群空间格局具有重要作用;（3）利用日均值计算丘间走廊的输沙势为37.94 VU,低于沙丘顶部94.54%,高于翁牛特旗86.99%,由此可知,沙丘群外围气象台站测得的风况数据不能真实反映沙丘群内部风沙活动的实际情况。为更精确地估算沙丘群内部的真实输沙状况,建议至少在沙丘顶部和丘间走廊各布设一套全自动气象站进行联动观测。本研究对于揭示沙丘群落整体风况变化规律和沙尘灾害防治具有重要的理论和技术支撑价值。