干旱区土壤植被系统恢复的生态水文学研究进展

干旱区约占地球陆表面积的40%以上,所支撑的复杂多样的生态系统是全球陆地生态系统的重要组成,水是干旱区诸多生态系统过程的驱动力和关键的非生物限制因子。生态水文学作为新兴的交叉学科,为客观、全面地诠释干旱区植被与土壤系统相互作用与反馈机理提供了新的理念和途径,同时,也为干旱区以植被建设为主的生态恢复实践提供了理论基础。以沙坡头沙漠研究试验站在腾格里沙漠东南缘荒漠化草原和草原化荒漠过渡带的长期定位监测研究为例,分析、综述了我国在干旱区生态水文学研究领域所取得的主要成绩和相关进展,重点讨论了沙地植被从组成、结构和功能群演变等多层次上对土壤生态水文过程的响应,以及植被对土壤环境和水循环的长期反馈作用和调控机理;将生物土壤结皮首次作为影响植被-土壤系统水文过程的重要环节来考虑,对其发挥的生态水文功能的相关研究进行了总结;归纳了基于水量平衡的干旱区生态恢复理论模式及其在实践中的应用。     

隐花植物对UV-B辐射响应和适应机制的研究进展

 隐花植物是指不产生种子的植物,是我国干旱、半干旱地区主要表面特征——生物土壤结皮的组成成分,并在其中扮演着独特而重要的生态作用。隐花植物对环境因子变化的响应和适应能力大小对整个生态系统稳定性具有重要影响。因此,有关增强UV-B辐射对隐花植物影响的研究已成为目前UV-B辐射研究领域的发展趋势和热点之一。通过系统地综述国内外有关隐花植物对UV-B辐射响应和适应机制研究方面的进展,分析了研究趋势,讨论了目前该领域研究的一些不足并对未来发展提出了展望,以期促进隐花植物的研究,加深对我国干旱、半干旱区隐花植物在应对UV-B辐射增强的响应和适应机制的认识。     

消光法反演腾格里沙漠地区沙尘气溶胶谱分布

对腾格里沙漠4～9月份的整层大气气溶胶的光学遥感观测结果进行了分析。结果表明,由于消光因子对大粒径粒子消光效应的不敏感性,决定了消光法仅可较好地反演粒径在0.1～5μm之间的气溶胶谱分布特征,特别是对0.1～1μm的大粒子谱分布的反演结果更为稳定;腾格里沙漠气溶胶粒度谱分布基本符合Junge谱;浮尘天气的谱分布同干洁晴好天气的谱分布有着很大的差异,浮尘天气下粒径在0.1～1.0μm的大粒子以及粒径>1.0μm的巨粒子数有明显的增加,浓度要比干洁天气下的大几个量级。在干洁晴好天气下,腾格里沙漠的气溶胶是均一的、稳定的,而且>1μm的大粒子浓度很小;气溶胶的谱分布几乎是一致的,谱形大致为Junge谱,在粒度0.4～1.0μm范围内有一明显峰值。     

生物土壤结皮对一年生植物影响研究进展

生物土壤结皮在荒漠地区广泛分布,它的形成和演替深刻地改变了土壤表层的结构特征和理化性质,进而影响了荒漠地区一年生植物的种子传播、萌发、幼苗存活及生长过程。本文回顾了国内外有关生物土壤结皮对一年生植物影响的研究,综述了生物土壤结皮对一年生植物的土壤种子库、种子萌发、幼苗存活及生长过程的影响,分析了各研究结论中存在争议的原因,总结了生物土壤结皮对一年生植物种子传播、萌发、幼苗存活及生长影响的内在机理,指出了生物土壤结皮对荒漠地区植被组成的筛选作用,并对进一步的研究进行了展望。     

腾格里沙漠东南缘4种灌木的生物量预测模型

灌木生物量模型是预测灌木生物量最有效的方法。选择腾格里沙漠南缘荒漠生态系统中常见的4种灌木（驼绒藜(Ceratoides latens)、盐爪爪(Kalidium foliatum)、珍珠猪毛菜(Salsola passerina)、红砂(Reaumuria soongarica)）为研究对象,以株高（H）和冠幅（C）的复合因子灌木体积（V）为自变量,通过回归分析,分别构建了4种灌木和混合物种的叶、新生枝、老龄枝、地上部分、地下部分和整株生物量的预测模型。通过决定系数（R2）、估计值的标准误（SEE）和回归检验显著水平（p＜0.05）筛选出了最优的生物量估测模型。结果显示:4种灌木的生物量模型主要以幂函数W=aVb为最优模型,少数以三次函数W=a+bV+cV2+dV3为最优模型。灌木生物量与V之间呈极显著的相关关系（p＜0.001）,决定系数较高,分别为:叶片（0.775＜R2＜0.866）,新生枝（0.694＜R2＜0.840）,老龄枝（0.819＜R2＜0.916）,地上部（0.832＜R2＜0.917）,地下部分（0.74＜R2＜0.808）,全株（0.811＜R2＜0.912）,说明预测模型可以应用于此4种灌木的生物量估算。不同物种之间及不同器官之间的生物量模型存在差异,在实际使用中,要根据物种来选择相应的模型。生物量模型的建立有助于全面估算荒漠生态系统的生物量,并进一步评估生态系统不同碳库的碳存储量与碳循环。为有效提高荒漠草地碳储量、合理实施生态系统管理和人为干预提供科学依据。     

腾格里沙漠沙丘固定后土壤的斥水性特征研究

土壤斥水性是重要的土壤物理属性,对土壤水文过程和地貌过程有重要的影响。利用毛细上升法研究了腾格里沙漠东南缘沙丘固定后土壤的斥水性特征,分析了不同小地形、不同土壤深度和不同土壤粒径土壤的斥水性差异。结果表明,固沙植被建立后显著地改变了沙丘的土壤斥水性,且随沙丘固定时间增加而呈增强的趋势。丘间地和迎风坡的土壤斥水性大于丘顶和背风坡的斥水性。0~3 cm土层的土壤斥水性显著大于3~6 cm。随着粒径的不断增大,土壤斥水性呈减小趋势,不同粒径段土壤斥水性差异显著;且土壤斥水性与粒径分别为0~0.05 mm、0.05~0.01 mm、0.01~0.15 mm的土壤呈极显著正相关线性关系,与粒径大于0.15 mm的土壤呈显著负相关线性关系。植被区土壤斥水性的增加可能与大气降尘在固定沙丘表面不断沉积、生物土壤结皮形成,尤其是藻类和地衣的形成有关,斥水性的增强将影响到植物种在沙丘上的有效水分利用。     

沙坡头人工植被区微生物结皮对地表蒸发影响的试验研究

微生物结皮是干旱半干旱地区生态系统的重要组成部分,其生态水文过程受到了广泛关注,但对微生物结皮在地表蒸发过程中的作用存在较大的争议。笔者利用微型Lysimeter对沙坡头地区几种典型微生物结皮和流沙地表的蒸发过程进行了试验观测,并与水面蒸发进行了对比分析。结果表明,结皮和流沙地表的蒸发速率随时间的变化趋势基本相同,但在不同的蒸发阶段具有各自不同的特点,总的说来,发育良好的苔藓结皮导致相对较少的无效降水,但在更长的时间维持较高的蒸发速率;流沙和初步发育的降尘结皮导致了较多的无效降水,但由于降水的入渗深度相对较深,需要更长的时间完成蒸发过程。     

沙尘气溶胶对直接太阳辐射的衰减研究

基于在腾格里沙漠东南端进行的太阳辐射与气象要素观测,探讨晴空无云时沙尘气溶胶对直接太阳辐射的衰减;并利用太阳辐射观测资料,给出沙漠边缘垂直上空的大气混浊度的变化。根据4月份至9月份的观测资料,只选取天空无云(可测的太阳辐射)的气象条件,研究沙尘气溶胶造成的直接太阳辐射的衰减。结果表明,在晴好天气约为47.0%~2.6%,平均衰减约为16.9%;在沙尘天气约为90%~10%,平均衰减约为38%;沙尘天气气溶胶对太阳辐射衰减变化较大。大气混浊度(atmospheric turbidity:τ_a)在晴好天气下约为0.048~0.631,平均约为0.260;沙尘天气约为0.177~2.475,平均约为0.741。     

腾格里沙漠人工固沙植被区生物土壤结皮对降水的拦截作用

在沙坡头人工植被区对人工模拟降水及天然降水后生物土壤结皮层含水率进行了动态定位监测,并分析了生物土壤结皮拦截降水的作用.结果表明:①生物土壤结皮的发育改变了原来沙丘剖面的水分分配格局,10%～40%的年降水量被拦截到结皮层;②随固沙年限的增加,生物土壤结皮的进一步发育和演变,其对降水的拦截能力也进一步提高;③生物土壤结皮对降水的拦截有明显的季节变化,7～10月份平均拦截雨量比4～6月份平均高出12%.     

人工植被和流动沙丘近地面层湍流通量的计算

提出了由Ｂｕｓｉｎｇｅｒ建议的无量纲廓线通用函数形式的近地面层稳定度参数ζ的相似方程分析解。代替了以往采用数值迭代法求ζ，并应用于沙漠人工植被和裸露流动沙丘上的实例资料分析。采用目前广泛应用的空气动力学方法，分别计算了动量和热量交换系数，感热和潜热通量，并由波文比－能量平衡方法进行了验证。结果表明：采用Ｂｕｓｉｎｇｅｒ无量纲通量廓线关系形式的近地面层稳定度参数ζ的相似方程分析解，代替以往惯用的数值