植物根系吸水特性研究

植物根系吸水特性是ＳＰＡＣ系统中水分运移规律研究的重要内容。现有的根系吸水模型大致可分为３类;经验模型,半经验半理论模型和理论模型,此领域的研究最早始于５０年代末６０年代初,进入７０年代,各种根系吸水模型相继出现。随着计算机科学的发展与普及以及ＳＰＡＣ水分传输动态模拟研究的深入。在８０年代涌现了大批研究成果。     

胡杨根系与塔里木河流域生态环境的关系

胡杨(Populus diversifolia)的根系,在地下水位高、土壤通气性不良时,主根不能很好的发育,而是以水平走向的浅层侧根系为主,当地下水位降低,土壤的通气条件改善以后,则在浅层的侧根之上生长出垂直向下的次一级侧根并向地下深层延伸,当胡扬的根被损伤或折断,则从根的愈伤组织或断面附近发生萌株,并且以萌株为中心,重新形成新的独立根系,类似于扦插。     

共和盆地中间锦鸡儿人工林根系的分布特征

采用剖面法对青海共和盆地中间锦鸡儿（Caragana intermedia）人工林的根系进行调查,分析5 a、9 a和25 a根系的生物量、比根长和根长密度的垂直分布格局,同时测定土壤含水量的垂直变化。结果表明:①不同林龄中间锦鸡儿人工林的吸收根（d≤1 mm）和输导根（d>1 mm）的主要分布范围不同。5 a、9 a和25 a吸收根主要分布土层分别是10～30、10～50 cm和10～60 cm,输导根主要分布土层分别是10～50、10～60 cm和10～90 cm。②随着林龄的增加,根系的吸收根、输导根的总生物量、总比根长和总根长密度均显著增加（P<0.05）;各林龄根系中的吸收根比输导根具有更高的比根长和根长密度（P<0.05）。因此,吸收水分和养分的能力随着林龄增加而增大。③中间锦鸡儿人工林根系,尤其是吸收根的分布影响土壤水分变化,吸收根集中分布土层的土壤含水量显著降低。     

极端干旱区胡杨水势及影响因子研究

依据2002年4月至2003年9月在极端干旱区额济纳旗的观测资料,对胡杨叶水势的日、季变化规律及影响因子进行了分析研究。试验结果表明:胡杨叶水势日变化均值为(-2.86±0.75)MPa,季变化均值为(-2.72±0.14)MPa。叶水势日、季节变化曲线呈单峰型,这种变化规律是胡杨适应该地区生境的生理特性之一。对胡杨不同部位和不同叶型的叶水势测定结果表明,上部的叶水势比下部低,披针叶的叶水势比阔卵叶的叶水势高,这与水分移动的规律相符合。胡杨叶水势的日、季变化与气温、大气相对湿度、辐射照度间有十分显著的相关关系。与土壤水分间也有十分显著的相关关系,土壤含水量下降,蒸腾加快,叶水势降低,土壤含水量增加,蒸腾减弱,叶水势回升。     

极端干旱环境下的胡杨细根分布与土壤特征

以塔里木河下游的中龄胡杨为研究对象,采用开挖剖面分层取样法,对胡杨细根(D≤2 mm)的空间分布以及与土壤特征因子之间的关系进行了分析。结果表明:①在长期干旱胁迫下,胡杨细根(D≤2 mm)根长密度(RLD)、根表面积密度(SAD)从表层到地下100 cm土层内,呈逐渐增加趋势,100~140 cm土层内表现为减少的波动分布趋势;细根RLD、SAD集中分布在60~120 cm土层内,约占0~140 cm土层总细根RLD和SAD的74%以上;在水平方向上,距树干0.75～2.5 m范围内,呈逐渐减少趋势,而在3.5～5.5 m范围内呈波动的增加趋势。②胡杨细根(D≤2 mm)RLD和SAD与土壤总盐、土壤有效养分含量之间呈显著负相关关系,适合乘幂模型,与土壤含水率之间呈一定程度的正相关关系,适合三次曲线模型。     

极端干旱区胡杨生长季水分利用效率变化特征研究

 在干旱区的极端环境,植物能否适应当地的极限环境条件,最主要的是看它们能否很好地协调碳同化和水分耗散之间的关系,也就是说植物水分利用效率是其生存的关键因子之一。 就生长季胡杨叶片稳定碳同位素组成(δ13C)、胡杨叶片水分利用效率及其影响因素进行了研究。结果表明,生长季胡杨叶片δ13C值在-28.16‰±0.23‰～-26.82‰±0.22‰间变化,平均值为-27.70‰±0.13‰。胡杨各月水分利用效率在84.81±2.23～(70.97±2.40)μmolCO2·mmol-1H2O间变化,平均值为(75.69±1.31)μmolCO2·mmol-1H2O;胡杨水分利用效率变化趋势是逐渐降低。最高值出现在5月,而后不断降低,7月达到最低值。造成这种变化的原因是叶片营养物亏缺导致的叶片光合速率的减小和气温升高、土壤含水量减小以及地下水埋深加深共同导致的气孔导度的变化。     

半干旱区沙地沙蒿生物量及根系分布特征研究

沙蒿是中国西北半干旱地区主要的固沙植物,其根系分布影响包气带水分运移过程,准确的植被特征和根系密度分布对根系吸水模型的建立十分重要。采用整体挖掘法获取不同层位的根系和根际土壤含水量,引入冠级和龄级的概念对沙蒿根系分布特征进行研究。分析结果表明：沙蒿种群以低龄级沙蒿占优,其根系生物量随龄级呈'S’型增长;根系长度分布和均一化根系密度分布均符合对数正态分布,最大值出现在浅层土壤20 cm处;沙蒿生长不依赖于地下水,其根系主要利用包气带中的水分,持续干旱条件下,为满足蒸腾作用根系出现两种调节方式：（1）横向生长增加根系量,利用横向土壤剖面的水分。（2）浅层根区由于水分胁迫造成的吸水量减少由深部相对湿润的根区补偿。因此沙蒿根系吸水模型中的根系密度分布函数应为对数正态分布,且吸水过程不仅依赖于根系密度分布,同时受土壤水分的影响。     

根系水分胁迫响应函数对土壤水及作物生长动态和产量模拟影响的研究

为探究根系水分胁迫响应函数对农田水分动态及产量模拟的影响,基于Richards方程和PS123作物生长模型分别进行了土壤水分动态和小麦产量的模拟,对比分析了VG(S型曲线)、MP(凹凸型曲线)及LS(S型曲线)3种水分胁迫响应函数.采用山西省霍泉站(3 a)及潇河站(2 a)的试验资料对模型中的土壤水力特征参数、水分胁...     

人工控制土壤水分剖面调控根系分布的研究

１９９５年－１９９６年在中科院栾城农业生态系统全站进行了控制土壤水分剖面分布的灌溉试验，详尽考察分析了根系生长分布，水分利用方式，冠部营养生殖生长，耗水特性及水分利用率的灌溉效应。结果表明：根系分布随土壤含水量降低相应减少，呈水大根大特征，上部干旱促使根系向深层发育，利用下层水量较多。     

塔克拉玛干沙漠和田河西侧胡杨沙堆的形态特征及空间分布格局

胡杨沙堆是风沙流遇到胡杨干扰,沙物质堆积而形成的一种风积地貌类型。在风沙地貌领域,对胡杨沙堆的研究几乎空白。和田河西侧、麻扎塔格山以南的塔克拉玛干沙漠中分布有大量胡杨沙堆。基于野外RTK测量数据,利用GIS和统计手段,对胡杨沙堆进行信息提取与统计,定量分析了和田河西侧10个样方内胡杨沙堆的形态参数及沙堆空间分布格局。结果表明:1)沙堆形态不规则,形态参数空间差异显著,南北向形态参数均值变化较东西向稳定; 2)样方内沙堆形态参数间有良好的相关性,大部分沙堆处于发育阶段; 3)沙堆分布较稀疏,自西向东沙堆分布密度逐渐增大,从南到北为减小-增大-减小的变化趋势,总体上南部密度大于北部,东部密度大于西部; 4)10个样方沙堆与特定距离的随机分布差异性较小,整体上为离散分布,但东部较西部、北部较南部有小部分区域聚集分布。     

青海柴达木地区野生胡杨叶的形态解剖学研究

采用常规石蜡切片法,对青海柴达木地区野生胡杨叶的形态和解剖结构进行了观察和分析,探讨野生胡杨在解剖学方面适应干旱的机理。结果表明,该地区的野生胡杨叶具有明显的旱生结构特点。具体表现为:叶片厚,不等面叶;上下均由两层细胞构成复表皮,具有较厚的表皮细胞外壁与角质层;气孔下陷;具有不整齐的维管束鞘细胞,主脉韧皮纤维发达,含较多的粘液细胞;栅栏组织发达,细胞小,排列紧密;叶肉细胞含有两种结晶体——棱晶和簇晶。     

塔里木河下游胡杨林根系吸水模型

以塔里木河下游河岸带生长良好具有代表性的胡杨为供试植被,利用土壤水分特征曲线的分形结合胡杨根系分布函数的方法,对根区土壤水分和根长根系吸水关系进行了研究,确定了土壤水分特征曲线和非饱和土壤导水率。根据干旱区胡杨根系分布特征建立了干旱区胡杨二维根长密度函数。所建根长密度函数在根层近地表处服从抛物面分布,而在根层下部服从指数面分布,并基于二维改进的Feddes模型,建立了胡杨根系吸水的二维数学模型。结果表明,春季、夏季、秋季、冬季实验区胡杨根区土壤水分模拟值与实测值的平均误差依次分别为4.0%、7.2%、5.9%、4.9%,均低于10%,得到了较好的模拟效果。这进一步提升了干旱区植物根系吸水模型的模拟精度,为干旱区自然植被耗水量的计算提供了新的方法和科学依据。因此,该二维模型在干旱区植物耗水计算中具有广泛的应用价值和现实意义。     

塔里木河下游胡杨气体交换特性及其环境解释

结合塔里木河下游不同地下水埋深下胡杨的气体交换参数及其环境因子的实测结果,探讨地下水位及环境因子对胡杨光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(gs)、水分利用效率(WUE)等气体交换参数的影响规律。研究表明:随着地下水位下降,胡杨净光合速率和蒸腾速率日变化最大值提前,地下水埋深越深,净光合速率“双峰”曲线趋势越明显,地下水位4.37 m以上时,蒸腾速率呈“双峰”曲线,当地下水位下降到5.91 m时,蒸腾速率呈“单峰”曲线;低地下水埋深下,光合作用受抑制的主要原因是气孔限制;随着地下水位下降,光合抑制的主要原因则是非气孔限制;适度水分胁迫有利于提高胡杨水分利用效率\.同时,结果显示: 4 m为胡杨的合理生态水位,地下水位为4~5 m时,胡杨受到轻度水分胁迫,低于6 m,胡杨受水分胁迫加剧。     

极端干旱区胡杨宽卵形叶水分变化影响因子分析

以新疆塔里木河下游极端干旱环境下胡杨宽卵形叶为研究对象,结合对气象因子、土壤水盐和胡杨叶片气体交换、水势特性的实地监测资料,研究了影响胡杨叶片气体交换特性和水势变化的主导环境因子,揭示了反映胡杨生长发育期叶片水分变化的环境因子的指示性和指示阈值。结果表明,空气相对湿度、气温等气象因子是影响极端干旱区胡杨叶片水势和气体交换特性变化的主要因素;（48.19±1.06）%的空气相对湿度是影响胡杨叶片气体交换特性变化的临界阈值,可作为反映胡杨生长与否的指示指标,不能反映胡杨叶片水分变化状况。在极端干旱的塔里木河下游,空气相对湿度在10.69%~48.19%时利于胡杨叶片气体交换和生长。该研究可为减轻胡杨受旱程度、维持胡杨正常生长及时补充水分提供理论依据。     

极端干旱区胡杨根围丛枝菌根真菌的分离与鉴

 以极端干旱区塔里木河下游处于干旱胁迫下的天然胡杨为研究对象,采用传统形态鉴定法和分子生物技术,研究了胡杨根围土壤中丛枝菌根真菌。结果表明：处于干旱胁迫下的胡杨根围土壤中丛枝菌根真菌孢子密度较低,且孢子种类单一,经形态鉴定和分子生物学鉴定,孢子为球囊霉属的摩西球囊霉〖WTBX〗Glomus mosseae[WTBZ] （T.H. Nicolson &; Gerd.）,孢子在土壤中单生、根内生或孢子果内形成;圆形,近圆形,直径150~220 μm,浅黄色至黄褐色;孢壁3层,L1和L2无色透明,L3浅黄至黄褐色。连孢菌丝单根,连点漏斗状。胡杨根系内存在丛枝菌根真菌的泡囊结构,分子检测表明摩西球囊霉[WTBX]Glomus mosseae[WTBZ]与胡杨根系形成共生关系,但是胡杨根系的菌根侵染率及根系的菌根侵染强度均不高。     

胡杨种子出苗对沙埋和供水条件的响应

为探讨胡杨种子出苗对沙埋和供水条件的响应,对其进行0 cm、0.2 cm、0.3 cm、0.5 cm 4个沙埋深度和4.4 mm、8.8 mm、17.6 mm、22.1 mm、26.5 mm 5个供水处理。结果表明:①沙埋深度、供水量及两者的交互作用对出苗率的影响均达到极显著水平（P<0.01）;②供水条件一致时,种子出苗的适宜埋深为0～0.3 cm,埋深为0.5 cm时出苗率为0;③埋深0 cm和0.3 cm时,每天供水量17.6 mm和每两天供水量22.1 mm下的出苗率均显著高于其他处理;埋深为0.2 cm时,每天供水量8.8 mm和每两天供水量26.5 mm下的出苗率显著高于其他供水量（P<0.05）;④胡杨种子出苗较为适宜的沙埋深度和供水量条件是埋深0.3 cm、每天供水量17.6 mm或每两天供水量22.1 mm。     

塔里木河下游胡杨群落特征及种群结构分析

采用样方调查法对塔里木河下游31团、库孜来克、英苏、喀尔达依、阿拉干及依干不及麻断面河岸胡杨群落特征及胡杨种群结构进行了研究。结果表明:①塔里木河下游河岸胡杨群落物种组成简单,共发现12种植物,分属10科12属,其中乔木1种,灌木和草本植分别为4种和7种。六断面胡杨群落物种数分别为9、8、4、5、4和2种,其中共有种为胡杨和多枝柽柳。②下游胡杨群落物种多样性指数较低,31团至依干不及麻断面Simpson指数和Shanon-wiener指数呈下降趋势。③下游胡杨种群平均密度为606 ind.hm-1,平均胸高断面积为20.01m2.hm-1。胡杨种群胸径以7.5~32.5 cm个体为主,小于7.5 cm及大于32.5 cm个体较少,种群呈现为两端小中间大的结构。④输水能促进胡杨种群的更新,并主要以根蘖形式出现。     

荒漠河岸林胡杨养分状况研究

对荒漠河岸林胡杨叶片有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)和全钾(K)等化学组分在生长季不同月份和不同微生境间的变化以及它们彼此间的相关性进行了研究。结果表明,胡杨叶片C,N,P和K的变化范围分别为39.08%～46.16%,0.28%～2.81%,0.05%～0.18%和0.35%～2.03%,平均值依次为43.51%,1.49%,0.102%和1.17%。叶片C/N,C/P和N/P的变化范围分别为16.26～146.61,258.08～908.67和2.89～26.67,平均值依次是37.24,466.27和15.14。叶片平均N含量显著低于全国落叶树平均N含量,P含量与全国落叶树的平均P含量较为接近。胡杨叶片C/N明显高于全球陆生植物的C/N比值;N/P比值说明胡杨生长受到氮和磷元素的共同限制。在生长季,胡杨叶片C、N、P和K含量总体表现为下降趋势,最高值出现在5月,最低值出现在9月;微生境间,C,N,K含量和N/P比值从河岸低地,河岸平地,河岸沙堆,戈壁到沙丘间逐渐升高;C/N趋势恰好相反,P含量没有太明显的变化。叶片C含量与N、K含量均呈极显著正相关,与P含量呈弱正相关,N-K和P-K均呈显著正相关。     

Evapotranspiration of a Populuseuphratica Oliv. forest and its controlling factors in the lowerHeihe RiverBasin, Northwest China

Evapotranspiration (ET) within an ecosystem is crucial for the water-limited environment that currently lacks adequate quantification in the arid region of Northwest China, mainly covered by phreatophytes, such as the Populus euphratica Oliv. tree and the Tamarix ramosissima Ledeb. shrub species. Accordingly, ET was measured for an entire year using eddy covariance (EC) in P. euphratica stands in the lower Heihe River Basin, Northwest China. During the growing season, the total ET was 850 mm, with a mean of 4.0 mm/d, which is obviously more than that observed at tree-level and standlevel scales, which was likely due to the different level of soil evaporation induced by irrigation via water conveyance. Factors associated with ET fall into either environmental or plant eco-physiological categories. Environmental factors account for at least 79% variation of ET, and the linear relationship between ET and the groundwater table (GWT) revealed the potential water use of P. euphratica forests under the non-water stress condition with the GWT less than 3 m deep. Plant eco-physiological parameters, specifically the leaf area index (LAI), have direct impact on the seasonal pattern of ET, which provides a valuable reference to the wide-area estimates of ET for riparian forests by using LAI. In conclusion, P.euphratica forests have high water use after water conveyance, which may be the result of long-term adapting to local climates and limited water availability.