草甸草原降水特征与土壤水分对降水脉动响应——以呼伦贝尔草原额尔古纳市为例

利用额尔古纳牧业气象试验站降水量与土壤水分数据,通过降水与土壤水分动态变化及转化过程分析,确定土壤水分响应的降水临界值与不同降水级别引起土壤水分响应的概率,构建了降水过程量与土壤水分增量函数关系。结果表明：（1） 研究区降水量呈“先降后升”变化趋势,年内降水量呈单峰型分布。（2） 研究区以无降水天气为主,降水又以小降水事件占主导,大降水事件发生频次低、过程降水量大,小降水事件则相反。（3） 可以引起研究区0~50 cm各层土壤水分响应的降水临界值分别为8.1 mm、10.1 mm、19.0 mm、27.9 mm和31.6 mm,小雨仅能引起0~10 cm土壤水分响应的概率为28.6%,中雨不能引起40~50 cm土壤水分的响应。（4） 降水量与0~10 cm和10~20 cm土壤水分达到最大值时的滞后时间呈现出极显著负相关关系,与20~30 cm呈显著负相关关系,0~30 cm各层土壤水分达到最大值时的滞后时间与降水量符合幂函数关系。（5） 降水量和0~50 cm土壤水分增量均呈现出极显著正相关关系,降水量与0~10 cm和10~20 cm土壤水分增量符合线性关系,与20~30 cm、30~40 cm和40~50 cm土壤水分增量符合多项式关系。检验结果表明,构建的函数模型可以较好地模拟研究区0~30 cm各层水分增量。研究结果为地方政府抗旱减灾提供了科学依据。     

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。     

人工模拟降雨变化对白刺(Nitraria tangutorum)生理生态特征的影响

为研究气候变化背景下降水格局改变对荒漠植物生长的影响,以甘肃民勤典型荒漠植物白刺(Nitraria tangutorum)作为对象,通过4年连续人工模拟增雨试验(+0%、+25%、+50%、+75%和+100%多年平均降水量),于2011年7月对不同增雨处理的白刺土壤水分、叶片性状和枝条形态特征进行测定,研究不同増雨处理影响白刺生理生态特征变化的累积效应。结果表明:75%和100%增雨处理能够显著改善白刺灌丛10cm土层的含水量。白刺叶水势、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、比叶面积、单位重量叶氮含量,以及枝条长度和基部直径的增长量均随降水量的增加而增加。100%增雨处理的叶水势和叶片功能性状指标在增雨后第1天显著大于0%处理(P0.05);比叶面积和叶氮含量在各増雨处理下均未达到显著差异(P0.05);75%、100%增雨处理的枝条长度和基部直径的增长量比0%处理的分别增加64.57%、66.63%和48.71%、67.54%,且达到显著差异水平(P0.05),这说明在降水增加的情景下,白刺通过采取内在生理和外在形态方面的适应策略来促进其生长发育。     

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。     

樟子松(Pinus sylvestnis var.mongolica)幼苗对持续风吹的光合生理响应北大核心CSCD

樟子松(Pinus sylvestnis var.mongolica)是中国北方沙区推广面积最大的常绿乔木树种之一。为了解其幼苗对持续风吹的光合生理响应,2013年春季在内蒙古科尔沁沙地研究了0(CK)、6、9、12、15、18m·s-1等梯度风速1h持续吹袭下3龄樟子松幼苗光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)等指标的变化。结果表明:(1)随着风速的增强,其叶片温度和相对含水量趋于下降,和CK相比,18m·s-1处理的叶片温度和相对含水量分别下降1.6%和2.9%;(2)和CK一样,不同风速处理下其Pn、Tr和WUE的日变化均为单峰曲线,Gs呈下滑曲线,Ci浓度呈V形曲线,显示风吹强度的增加没有改变樟子松幼苗的光合特征的日变化规律;(3)低风速(6~9m·s^(-1))持续风吹导致其日均Pn、Tr、Gs降低,但日均Ci和WUE变化不显著;(4)高风速(12~18m·s^(-1))下,除18m·s^(-1)处理Gs下降外,其日均Pn、Tr、Gs、Ci均趋于增加,但WUE下降;(5)高风速风吹下,Gs和Ci的增加是其Pn、Tr增加的主要原因,低风速风吹下其Pn和Tr的降低也源于Gs和Ci的下降。     

樟子松(Pinus sylvestnis var.mongolica)幼苗对持续风吹的光合生理响应

樟子松(Pinus sylvestnis var.mongolica)是中国北方沙区推广面积最大的常绿乔木树种之一。为了解其幼苗对持续风吹的光合生理响应,2013年春季在内蒙古科尔沁沙地研究了0(CK)、6、9、12、15、18m·s-1等梯度风速1h持续吹袭下3龄樟子松幼苗光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)等指标的变化。结果表明:(1)随着风速的增强,其叶片温度和相对含水量趋于下降,和CK相比,18m·s-1处理的叶片温度和相对含水量分别下降1.6%和2.9%;(2)和CK一样,不同风速处理下其Pn、Tr和WUE的日变化均为单峰曲线,Gs呈下滑曲线,Ci浓度呈V形曲线,显示风吹强度的增加没有改变樟子松幼苗的光合特征的日变化规律;(3)低风速(6~9m·s~(-1))持续风吹导致其日均Pn、Tr、Gs降低,但日均Ci和WUE变化不显著;(4)高风速(12~18m·s~(-1))下,除18m·s~(-1)处理Gs下降外,其日均Pn、Tr、Gs、Ci均趋于增加,但WUE下降;(5)高风速风吹下,Gs和Ci的增加是其Pn、Tr增加的主要原因,低风速风吹下其Pn和Tr的降低也源于Gs和Ci的下降。     

科尔沁沙地黄柳(Salix gordejevii)光合特性

采用LI-6400型便携式光合仪及PAM-2100型荧光仪,在2010年生长季节对科尔沁沙地黄柳(Salix gordejevii)的气体交换特性和最大光化学效率的日变化进行了测定。结果显示:黄柳净光合速率(Pn)曲线在6月6日呈双峰型,在7月14日和8月6日呈单峰型,Pn下降的因素在6月6日包括气孔因素和非气孔因素,7月14日和8月6日则以非气孔因素为主;水分利用效率(WUE)日变化趋势同Pn,暗示Pn在其抗旱中的重要性;气孔导度(Gs)在测量期间呈递减趋势;蒸腾速率(E)呈单峰曲线;光照(PAR)主要影响Pn、E和WUE,而温度(Ta)主要影响Gs;黄柳PSⅡ的最大光化学效率(Fv/Fm)日变化呈单峰曲线,值为0.75~0.85,显示出对生长环境良好的适应能力。     

不同水分条件下梭梭和多花柽柳苗期光合特性及抗旱性比较

在新疆墨玉县对不同水分条件下大田栽植的梭梭和多花柽柳苗期的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、水分利用效率(WUE)、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）等光合生理指标进行了测定,同时测定了不同灌水量下梭梭和多花柽柳在不同时刻的叶片水势,以及两树种叶片的稳定碳同位素比率。结果表明:①梭梭和多花柽柳的水势在一天中的变化趋势呈“V”字型,不同处理下多花柽柳的水势日平均值略大于梭梭。②不同灌水量对梭梭和多花柽柳的水分利用效率影响不显著,在相同处理下,梭梭的水分利用效率总是大于多花柽柳。③梭梭的δ13C值为-12.65‰～-13.39‰,多花柽柳的δ13C值为-26.85‰～-27.70‰。梭梭的δ13C值显著大于多花柽柳（P<0.05）,表明梭梭的长期水分利用效率较高。④运用隶属函数综合各个指标的比较结果来看,梭梭的抗旱性强于多花柽柳。     

黑河流域荒漠区土壤水分对降水脉动响应

 利用气象站资料,对黑河流域荒漠区降水特征及其土壤水分对降水脉动响应进行了系统研究。结果表明,荒漠区降水属于降水脉动事件,降水前后土壤水分特征存在显著差异,且随土层增加差异逐渐变小。土壤水分在降水量、土壤深度和降水前后的差异极显著,交互效应也极显著(P<0.0001),表明荒漠区土壤水分对降水脉动具有显著的响应现象。土壤水分的降水脉动响应表现为降水后土壤含水量激增,在蒸散作用下缓慢减小。降水前后土壤含水量的时间序列变异规律均能较好地拟合成变异函数的理论模型。降水前后土壤含水量随机变异均小于结构性变异,反映出荒漠区土壤水分在时间尺度上具有较强的自相关性格局。降水使土壤水分空间结构差异呈现下降趋势,在时间序列上异质性降低。     

科尔沁沙地几种常见植物对风胁迫的生理响应

风在自然界很常见,对植物也有很大影响,尤其在多风沙的干旱、半干旱地区。本研究以科尔沁沙地4种常见植物:沙米、大果虫实、胡枝子和马唐为对象,采用便携式风洞对以上4种植物进行不同吹风强度(4 m·s-1和8 m·s-1)和吹风时间(20~120 min)的处理,同时利用Li-6400光合作用测定仪对植物的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Ts)的变化进行测定,以研究这4种植物对风胁迫的生理响应。结果表明:4种植物的Pn、Gs和Ts均随着风速的增大和吹风时间的加长而显著降低。在4 m·s-1风速下,4种植物的Pn、Gs和Ts在吹风结束时分别降低了47.2%~89.3%,49.4%~90.1%,45.7%~86.5%。同样,在8 m·s-1风速下,4种植物Pn、Gs和Ts的降幅分别为59.2%~91.3%,47.3%~93.5%,69.5%~91.8%。除了胡枝子的Gs外,其他所测指标在8 m·s-1风速下的降幅均大于在4 m·s-1风速下。4种植物的水分利用效率(WUE)在吹风的初期均有所升高,但当吹风时间超过60 min后则普遍开始下降,这说明固沙植物对短时风胁迫具有一定的适应性。     

孑遗植物四合木(Tetraena mongolica)异地保护条件下的气候生物学特征与光合效率

为了廓清异地保护条件下孑遗濒危植物四合木(Tetraena mongolica)的气候生物学特征、光合生理生态适应性及生境适宜性,应用1971—2011年的地面气象资料进行了不同试验区的气候生物图解与分析,测定了四合木及其伴生种白刺(Nitraria tangutorum)的叶片气体交换参数及光合效率。结果表明:①四合木自然分布区(内蒙古乌海地区)与异地保护区的气候生物学特征存在明显分异;②当年种植的四合木实生苗的生长量大小依次为:乌海四合木核心区实生苗鄂尔多斯实生苗阿拉善实生苗;③自然条件下,5个处理的净光合速率(Pn)依次为阿拉善移植的四合木成株(24.05±1.68μmol·m-2·s-1)乌海客土栽培的四合木(19.97±1.05μmol·m-2·s-1)乌海栽培的四合木实生苗(18.96±1.04μmol·m-2·s-1)鄂尔多斯栽培的四合木实生苗(16.64±0.92μmol·m-2·s-1)阿拉善栽培的四合木实生苗(16.48±0.13μmol·m-2·s-1);异地保护试验区栽培的四合木实生苗的Pn没有明显差异(p≥0.05),即原生境条件下栽培的四合木实生苗的Pn较高。同时,异地保护栽培四合木实生苗中,鄂尔多斯栽培的四合木实生苗的Pn阿拉善栽培的四合木实生苗。从四合木光合作用特征中的Pn、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度、气候生物学特征和生长量等综合研究结果可以推断,从原生境区东移的实生苗迁地保护,使四合木具有更高的生理生态适宜性和环境适应性。     

干旱胁迫下不同地理种源蒙古沙拐枣(Calligomum mongolicum)光合及荧光特性比较

以3个地理种源(武威、张掖、酒泉)蒙古沙拐枣(Calligomum mongolicum)两年生苗木为试材,研究干旱胁迫对其光合及荧光参数的影响,并采用投影寻踪法对其进行了抗旱性评价。结果表明:干旱胁迫导致3个地理种源蒙古沙拐枣光合作用均有所下降,但下降幅度不同,尤其在张掖和酒泉种源间差异显著(p0.05)。在重度干旱时,3个种源的光合速率(Pn)酒泉武威张掖,蒸腾速率(Tr)张掖武威酒泉,气孔导度(Gs)酒泉武威张掖。干旱胁迫下,3个地理种源蒙古沙拐枣的荧光特性表现为初始荧光(Fo)和非光化学淬灭系数(qN)升高,最大光学效率(Fv/Fm)、实际光能转化效率(ФPSⅡ)和光化学淬灭系数(qP)降低。在重度胁迫下,3个种源的Fo和qP大小排序分别为张掖武威酒泉,Fv/Fm、ФPSⅡ和qN为酒泉武威张掖。以投影寻踪法对3个地理种源蒙古沙拐枣的抗旱性排序结果为酒泉武威张掖。     

灌溉量对2种灌木光合特性和水分利用效率的影响

采用野外试验,研究了灌溉量对新疆策勒绿洲木沙拐枣（Calligonum mongolicum）和花棒（Hedysarum scoparium）光合特性和水分利用效率的影响。结果表明：（1） 随着灌溉量的增加,沙拐枣和花棒的净光合速率均增加,但是蒸腾速率、气孔导度、胞间CO₂浓度没有明显增加;（2） 灌溉增加了沙拐枣的清晨水势和正午水势,并且只有灌溉和无灌溉处理的正午水势差异显著（p<0.05）;而灌溉只增加了花棒的清晨水势,并且只有充分灌溉和无灌溉的条件下差异显著（p<0.05）;（3） 在不同的灌溉条件下,沙拐枣和花棒的稳定碳同位素比率δ¹³C变化不大,沙拐枣在无灌溉、适度灌溉、充分灌溉下δ¹³C的平均值分别为-12.267、-12.147、-11.958,花棒的δ¹³C分别为-27.928、-28.068、-27.166;（4） 沙拐枣和花棒的水分利用效率均在无灌溉条件下明显高于灌溉条件下,而且一次性的灌溉不会改变其水分利用效率。     

入夏前梭梭实生苗生长动态与生境的关系

  以新疆准噶尔盆地南缘当年生梭梭实生苗为研究对象,采用定性和定量相结合的研究途径,分析在气候变化的背景下,实生苗从萌发到入夏前的动态。梭梭种子依赖融雪水为萌发水源,其时地表湿润状况将影响当年幼苗的出土;含清明节为中点的一周内,气温高低及其变化缓急是决定梭梭实生苗存活与否的关键时期。实生苗从子叶到3对真叶期表土5 cm内的含水状况是其存活的制约因素;微地形、地被物或枯落物及在适度覆沙下的淤积土似有助于实生苗的存活,可能通过有关因子削弱气象因素对立地的影响,特别是减缓浅土层水分的波动,从而提高实生苗入夏前的存活率。     

额济纳绿洲河岸胡杨(Populus euphratica)叶水势变化特征

利用WP4露点水势仪对额济纳绿洲胡杨(Populus euphratica)叶水势进行测定,研究了胡杨叶水势的日和月变化规律及其影响因子。结果表明:(1)胡杨叶水势日进程呈"V"形,最小值大都出现在13:00,日均值为-2.53±0.30MPa;月变化呈先上升后下降趋势,月均值为-2.43±0.30MPa。(2)树龄越小对应的叶水势越高;叶片着生部位越高,对应的水势越低;卵圆形叶水势整体稍高于披针形叶水势。(3)叶水势与气温、饱和水汽压差和蒸腾速率呈极显著线性负相关,相关系数依次为-0.87、-0.69和-0.88;与相对湿度和光合速率呈极显著二次多项式相关,相关系数分别为0.85和0.92。胡杨叶水势各方面的综合研究对于明晰胡杨的水分亏缺和抗旱机理有一定的理论指导意义。     

生物肥部分替代化肥对甘蓝(Brassica oleracea)养分吸收、光合作用以及品质的影响

采用大田试验,研究了化肥减量20%~40%、配施生物肥对春茬甘蓝(Brassica oleracea)生长、养分吸收利用、光合作用以及品质的影响。结果表明:与当地施肥量(底肥:N 139.2kg·hm-2,P2O5255kg·hm-2,K2O 93.6kg·hm-2;追肥:N 208.8kg·hm-2)相比,化肥减量并配施生物肥使甘蓝生长前期、后期的茎粗变小;对甘蓝的叶片数、冠幅投影面积无显著影响;叶片的气孔导度、净光合速率均与对照无显著差异;促进了甘蓝叶球生长,叶球中硝酸盐和可溶性固形物含量降低,Vc含量增加;甘蓝叶球、叶片和根系氮含量降低,氮在叶球分配的比例提高,在叶片、根系分配的比例降低。化肥减量并配施生物肥提高了幼苗株高、增加了茎粗,气孔导度和净光合速率升高,降低了硝酸盐和可溶性固形物含量、叶球氮含量和根系的钾含量。     

Responses of photosynthesis and water relations to rainfall in the desert shrub creosote bush (Larrea tridentata) as influenced by municipal biosolids

Responses of photosynthesis (P_n), stomatal conductance (g_s), pre-dawn leaf water potential (Ψ_lp) and leaf water content (ω_l) of creosote bush to 10 rainfall events in the Chihuahuan Desert were investigated. Infiltration of rainwater was manipulated by applying municipal biosolids. The responses of P_nand water relation parameters to rainfall (>10 mm) were mainly dependent upon drought severity: (1) following a moderate drought, P_n, g_s, Ψ_lpand ω_lrecovered to corresponding values of irrigated plants within 2 days after a 23-mm rainfall; (2) Ψ_lpand g_sresponded to a 15-mm rainfall within 2 days, following a 25-day drought, whereas responses of P_nand ω_lwere delayed for several days; (3) responses of P_n, g_s, Ψ_lpand ω_lto a 14·7-mm rainfall were all delayed for several weeks following a 110-day drought, but the delay was longer in P_n, g_sand ω_lthan in Ψ_lp. Creosote bush responded to small rainfall events (approximately 6 to 8 mm) with an increase in Ψ_lp, but without noticeable changes in g_sand P_n, suggesting a strong stomatal control of water loss even though xylem embolism was reduced. Biosolids applied at high rates (3·4 and 9 kgm⁻²) decreased the soil water by 2 to 4 mm following rainfall events, and this in turn delayed and decreased the responses of P_nand water relation parameters to rainfall.P_nand g_swere linearly related to ω_land exponentially related to Ψ_lp. With the generally coincidental responses of P_nor g_sand ω_lto rainfall, we concluded that the responses of P_nand g_sto rainfall were dependent on leaf rehydration which resulted from restored hydraulic conductance following drought.     

干旱沙区典型人工植被群落下土壤剖面CO_2浓度变化特征及其驱动因子

对人工固沙植被区柠条(Caragana korshinskii)群落和油蒿(Caragana korshinskii)群落下不同深度的土壤气体采样,主要研究和讨论了不同类型人工植被区下土壤CO2浓度的变化特征及土壤温度和土壤水分对其的影响。结果表明:柠条和油蒿群落0~80cm处的土壤空气CO2浓度随着土壤深度的增加而增加,并且在0~40cm,油蒿群落下的土壤CO2浓度值大于柠条,而在40cm以下则相反。其平均值分别为1 229.3μmol·mol-1和1 242.7μmol·mol-1,大于同一深度流沙下土壤CO2浓度值978.9μmol·mol-1。土壤水分与二者的土壤CO2浓度变化趋势在年际尺度上具有一致性,浅层40cm内油蒿群落下的土壤CO2浓度和土壤水分含量的相关性明显大于柠条和流沙。而在40cm以下,则表现为柠条油蒿流沙。土壤温度对土壤CO2浓度的影响程度一般为流沙油蒿柠条,特别是流沙,在表层达到了极显著的水平,之后随着土壤深度的增加而降低。而土壤温度对油蒿和柠条样地土壤CO2浓度的影响较为复杂,呈现出先增加后减小的趋势。在年际尺度上,土壤水分含量是不同植被群落下土壤剖面CO2浓度的关键限制因子,而在日尺度上,土壤温度则为主要限制因子。据粗略估计,在0~80cm内,柠条和油蒿根系呼吸所占的比例约为30.7%和33.3%。     

梭梭(Haloxylon ammodendron)主根周围土壤特征

通过建立米级的空间尺度进行分层取样,研究了准噶尔盆地南缘建群种——梭梭(Haloxylon ammodendron)主根周围土壤的含水率、容重、pH值、电导率和养分含量的变化状况。结果表明:(1)土壤含水量在表层5cm处最小,土壤容重在0~40cm土层变动幅度不大,但随着与茎基垂线距离的增加,二者出现显著变化(p0.05)。(2)土壤pH值和电导率在主根区周围呈现聚集现象,最大聚集率均在0~1m圈层,但随着距离的增加,土层深度逐渐成为主导因素。(3)土壤养分在表层5cm处聚集,但水平聚集范围中除有机质和全氮可扩增到3~4m外,全磷和速效养分均在0~2m。本研究结论对于荒漠区耐盐性植被的合理密植有一定的理论意义。     

盐生荒漠土壤水稳定氢、氧同位素组成季节动态

对准噶尔盆地东南缘降水和土壤水稳定氢、氧同位素组成（δ¹⁸O和δD）进行了测定,分析了降水中δ¹⁸O和δD值的季节变化规律,表层土壤水中δ¹⁸O和δD值对降水脉冲的动态响应以及不同深度土壤水中δ¹⁸O和δD值的变化特征。结果表明：该区域大气降水线为δD=7.691δ¹⁸O+4.606;降水与表层土壤水中δ¹⁸O和δD值表现出明显的季节变化特征;表层土壤水中δ¹⁸O和δD值、质量含水量对降水脉冲响应显著,且不同量级的降水导致不同程度的响应。利用LSD法对0~300 cm土层内土壤水中δ¹⁸O和δD值进行多重比较分析,可将土壤在垂直方向上分为3层,表层（0~50 cm）土壤水分活跃,稳定同位素值随深度的增加而迅速减小;中间层（50~180 cm）土壤水分相对活跃,既受到降水入渗和蒸发作用的影响,也有地下水的补给;深层（180~300 cm）水分来源稳定,土壤水中δ¹⁸O和δD值基本不变。