沙坡头人工植被固沙区天然降水的入渗和分配研究

土壤、植被冠层与大气界面间(SVAT)物质传输过程日益成为水文学研究最感兴趣的领域,降水量的迁移与转换是非灌溉区SVAT主要的物质传输过程.干旱半干旱区稀疏灌丛蒸散量占降水量的90%以上,因此对降水入渗与水分在土壤内植物根际区再分配的研究显得十分重要.试验于2001年8月17日至9月30日在中国科学院沙坡头试验站进行,主要观测人工植被荒漠灌木柠条(Caragana korshinskii) 灌丛固定沙丘降水入渗与再分配过程.结果表明:在7次不连续降水过程中,土壤入渗深度与降水强度呈简单线性相关关系,土壤入渗速率约为降水强度的10倍.当次降水过程中降水强度小于0.46 mmh-1时,土壤入渗速率约为0 cm*h-1,此时的降水对沙区土壤基本上没有水分补给作用.受荒漠灌木柠条根系吸水作用的影响,其根系密集剖面深度40～140 cm内降水水分入渗积累不明显.降水入渗速率及入渗深度受土壤剖面初始含水率多寡而变化,干燥土壤剖面有助于提高瞬时入渗速率.降水以后随着时间的推移,人工固沙区微环境内空气温度、湿度等气象条件适宜,柠条生长进入相对旺盛阶段,其根系密集层140 cm深度处土壤含水率在总体上下降的过程中,表现出昼消夜长的趋势,试验期间翌日 8:00时土壤含水率值略高于前一日20:00时水分值 0.1%～0.3%.     

植物加固路堤边坡浅层土体分析及工程应用

在总结植物加固黄土路堤边坡浅层土体的机理之后,结合宝中铁路实际工程,对紫穗槐和柠条两种植物的加固效果进行了详细的分析。     

沙坡头没蒿和柠条叶片δ13C 和 N 含量的季节变化特征

通过对腾格里沙漠东南缘沙坡头人工固沙区油蒿和柠条叶片稳定碳同位素分辨率（△）和N 含量的测定，研究了不同种植方式下油蒿和柠条叶片△ 和 N 含量的季节变化及其关系。结果表明：在不同种植方式下，两种植物的△ 与 N 含量在不同月份之间均存在显著差异。油蒿叶片 △ 极显著高于柠条的：在不同种植方式下，油蒿单种下 △ 显著高于混种，柠条则反之。 油蒿叶片 N 含量极显著低于柠条的：不同种植方式下柠条叶片 N 含量无显著差异，而单种油蒿叶片 N 含量则显著低于混种。在 △ 与 N 含量的关系中，柠条叶片 △ 与 N 在两种生境、单种和混种下均极显著正相关，雨明柠条叶片 N 含量可以作为其 △ 与 N 含量的季节变化及其关系在不同微生境有所差异。     

植物根系对低液限粉质黏土边坡浅层土体抗剪强度影响的试验研究

随着生态平衡和环保日益得到公众的认同和重视,工程边坡的生态修复与防护技术得到发达国家的重视,生态防护成为边坡灾害防治和水土流失控制的首选方案,代表着边坡防护的发展方向。本文采用等应变直剪仪对两种种植在低液限粉质黏土边坡上的抗旱耐瘠植物的根-土复合土体及素土进行室内剪切试验,探讨不同根系密度和含水量对抗剪强度的影响,结果表明:随着垂直压力的增加,土体抗剪强度随之增加;根系能显著增加土体抵抗剪切破坏能力,其中沙打旺提高土体抗剪强度的效果较锦鸡儿明显;随着根系密度的增加,抗剪强度随之增加;随着土体的含水率增加,根-土复合体抵抗剪切能力先增加后减小;植物根系对土体的内摩擦角影响不大,但对黏聚力影响较大,根-土复合土体抵抗剪切破坏的能力主要由黏聚力的提高决定。本文研究成果对华北地区低液限粉质黏土公路边坡生态防护技术及采煤矿区环境生态治理工程中的植物选择和配置,均具有重要的意义。     

半干旱黄土区成熟柠条林地剖面土壤水分环境及影响因子研究

为了探讨柠条群落及环境因子与土壤水分动态响应关系,选择半干旱黄土区流域尺度不同地形条件下成熟柠条林作为观测样地,于2009-2011年生长季节(5月上旬至10月下旬),每15 d1次,对0~220 cm剖面土壤水分进行了连续测定,2010年8月测定了0~600 cm土壤水分,2011年9月调查了柠条林群落结构特征。采用SPSS17.0软件的Duncan进行多重比较、EXCEL软件进行分析作图,对各样地剖面土壤水分差异、不同年度生长季节变异、干燥化程度以及其影响因子进行了综合分析。结果表明:浅层土壤水分含量为北坡东坡南坡,下坡位高于上坡位,坡度越大土壤含水量越低。由表层至深层,地形因子影响土壤水分作用逐渐减弱,植被因子影响土壤水分作用逐渐增强。在一定区域,柠条群落盖度和高度与深层土壤水分含量呈明显的负相关。人工柠条林加重了入渗层以下的土壤干燥化程度,而且连续干旱会造成入渗层范围的临时性土壤干层,而永久性干层是柠条发育至成熟阶段的过程中,逐渐形成并一直存在的一种现象。研究结论将对进一步从多尺度(年际和季节的时间尺度、水平和垂直的空间尺度)、多因子(气候、土壤、植被、微地形等)综合研究半干旱黄土区人工植被群落及其土壤水分环境动态提供重要参考。     

毛乌素沙地锦鸡儿（Caragana）根系微域细菌群落多样性特征

基于16S rRNA高通量基因测序技术，对毛乌素沙地小叶锦鸡儿（Caragana microphylla)、柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）根系微域（即根系、根际土、根区土、灌丛间空白土）间的细菌群落多样性和结构差异性进行表征。本研究对各根系微域间细菌群落的Alpha多样性指数进行了单因素方差分析以及基于OTU水平的PCA分析，探究其在根系微域间Alpha和Beta多样性的层级变化，证实了有关植物根系微域生态位分化的报道，并发现锦鸡儿属植物根系微域间细菌群落的多样性和结构组成随着4个微域类型由外及内呈现出显著的层级差异性（P<0.05）。通过对优势细菌群组的结构组成分析，发现锦鸡儿属植物对特定细菌群组具有显著的向根系内筛选富集的作用（P<0.05）。这种植物通过根系微域对特定细菌群组的逐级筛选富集作用，是导致锦鸡儿属植物灌丛下不同生态位间细菌群落结构和组成发生层级变异的主要原因。     

浑善达克沙地锦鸡儿属(Caragana)灌丛沙堆形态特征研究

灌丛沙堆在维持草地生态功能和土地沙漠化过程中扮演着非常重要角色。浑善达克沙地分布着众多灌丛沙堆,其中以锦鸡儿属(Caragana)灌丛沙堆最为典型。选择不同沙漠化程度(轻度沙漠化、中度沙漠化、重度沙漠化、严重沙漠化)沙地上的锦鸡儿属灌丛沙堆,进行野外调查和灌丛沙堆形态指标测量,对比不同沙漠化程度沙地上锦鸡儿属灌丛沙堆的形态特征,分析灌丛和沙堆形态参数间的关系及其影响因子。结果表明:(1)不同沙漠化程度沙地灌丛沙堆大小不同,总体表现为灌丛沙堆规模从严重沙漠化、重度沙漠化、中度沙漠化到轻度沙漠化逐渐减小的特点,轻度和中度沙漠化沙地的灌丛沙堆形态在水平面上的垂直投影类似椭圆形、形状类似半椭圆球体,重度和严重沙漠化沙地的灌丛沙堆形态在水平面上的垂直投影类似不规则棱形、形状类似四棱锥体,沙堆形态的主要影响因素可能与沙源丰富度有关。(2)不同沙漠化程度沙地上的锦鸡儿属灌丛的各形态参数呈显著相关,重度和严重沙漠化沙地上的锦鸡儿属灌丛沙堆形态参数间的相关系数比中度和轻度的更高,总体上灌丛沙堆长轴、短轴和沙堆高度之间协同发展。(3)轻度和中度沙漠化沙地上的锦鸡儿属灌丛沙堆的长轴、短轴与高度间呈幂函数关系,表明灌丛沙堆还存在较大发展空间,重度和严重沙漠化沙地上灌丛沙堆的长轴、短轴与高度间呈二次函数关系,表明灌丛沙堆已经发育成熟,且易因根系水分供应不足等导致灌丛向衰亡方向发展。     

固沙常见锦鸡儿属植物的研究

本文对12种固沙常见锦鸡儿属植物的分类、分布、花粉形态进行了比较研究。确定了柠条锦鸡儿、中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿三者的亲缘关系,并认为绢毛锦鸡儿是这12种中最原始种,锦鸡儿属可能正象Komapob所说的,是由一个比较原始的祖先种沿着不同的途径衍化而形成目前的许多种。     

黑沙蒿(Artemisia ordosica)对羊柴(Hedysarum laeve)及柠条(Caragana intermedia)的化感作用

采用生物测定方法,研究了黑沙蒿(Artemisia ordosica)叶水浸液对生态相关种羊柴(Hedysarum laeve)与柠条(Caragana intermedia)种子萌发与幼苗生长的化感作用。结果表明:黑沙蒿叶水浸液可抑制羊柴种子萌发与幼苗生长,抑制作用随浓度的升高逐渐加强;幼苗形态指标对叶水浸液作用较为敏感,敏感程度为苗干重苗鲜重根鲜重根长苗高根干重;丙二醛含量综合化感效应指数值明显大于其他指标,相对电导率也表现出较敏感的抑制效应。黑沙蒿叶水浸液对柠条种子萌发存在低促高抑作用;对幼苗形态指标综合化感效应表现为促进,促进作用随浓度的升高逐渐减弱,根鲜重、根长与苗干重为较敏感指标;对生理指标化感综合效应表现为抑制,抑制作用随浓度升高而增强,相对电导率是最敏感的指标,丙二醛含量指标也较敏感。由此推断,对膜系统的伤害可能是黑沙蒿化感物质多种效应的生物起点。