额济纳绿洲主要植物的水势与环境因子的关系

通过对额济纳绿洲几种植物的水势分析,结果表明,水势从小到大排序为:红砂<柽柳、苏枸杞、苦豆子<胡杨、梭梭、骆驼蓬<花花柴<沙拐枣。胡杨和柽柳水势日变化在5月和7月大体呈“V”型;9月份日变化大体呈直线型。不同植物对环境条件反应不同,乔木、灌木的水势与深层土壤中含水量密切相关,而草本对较浅层的土壤含水量相关。阔叶植物对大气中的水分相关性更强。植物水势与大气温度相关性最差。

土壤水肥交互作用与玉米的响应

对豫北地区玉米水肥交互作用试验进行分析,结果表明,玉米生长最快时期为拔节～抽穗期。养分与玉米的高度及生物量间有较为复杂水肥协同效应,影响了玉米生物量的构成。玉米产量、耗水量同水肥供应量之间存在非线性二次关系,由玉米产量同耗水量的二次关系获得最高产量、最高水分利用效率条件下的玉米耗水量。

黄土高原西部植物耗水实验研究

针对兰州地区8种常见植物的盆栽试验,比较了其耗水量的变化特征,结果表明:在充分供水条件下,8种植物在试验期间内都能正常生长,植物耗水量从大到小排序为:柽柳>柠条>芨芨草>侧柏>甘蒙锦鸡儿>紫穗槐>红砂>珍珠;在集雨条件下,植物耗水排序为:芨芨草>珍珠>柠条、侧柏、甘蒙锦鸡儿、>红砂、紫穗槐>柽柳,但柽柳和紫穗槐在集雨条件下生长出现干枝,生长不好。在雨养条件下,除红砂、甘蒙锦鸡儿、珍珠受到干旱胁迫不明显外,其余植物不同程度上有枯叶出现。紫穗槐死亡,柽柳接近死亡,其他植物耗水排序为:珍珠、芨芨草>侧柏、甘蒙锦鸡儿、柠条>红砂。

小麦蒸腾蒸发量的计算及分析

利用FAO-17Penman修正公式及Penman Monteith公式对豫北地区冬小麦的蒸腾蒸发量进行了计算,并与试验实测结果进行对比分析,结果表明:由于两种方法选用了不同的空气动力学项和辐射项公式,造成计算结果有一定的差异,但从整个小麦生育期来看,这两种方法总体上误差不超过10%;两种方法对豫北地区冬小麦的蒸散量的计算结果,其总体变化趋势与实际较吻合,在各生育期内,绝对误差不超过18mm,全生育期不超过40mm,估计相对误差在10%内,两种方法比较,Penman Monteith公式更适合当地情况.

水源充足条件下的冬小麦经济灌溉定额分析

本文通过分析多年的冬小麦试验资料,结果表明:冬小麦的产量与耗水量呈二次函数关系.在此基础上,利用边际分析得出:水源充足地区,净效益最大时的条件为灌溉用水与作物的价格之比等于水分边际产量(dY dx).由此确定了经济灌溉定额.就平常年份来说,实施经济灌溉定额后,每hm2比最大产量灌溉定额节水44m3,而产量仅下降不到1%.

沙坡头植被固沙区生物结皮对土壤水文过程的调控作用

生物结皮的土壤水文过程一直是学术界比较关注的争议性问题。通过对生物结皮的生态调查和水文物理实验分析、野外人工模拟降雨条件下的土壤水动力学试验、以及天然降雨后土壤水分的动态监测,分析了生物结皮对降雨渗透、土壤水分再分配和土面蒸发等土壤水文过程的调控作用,认为:(1)生物结皮层不仅降低了水分渗透速度和深度,还引起了土壤水分渗透的不稳定性,即指状流的出现;(2)生物结皮的逐年发育使土壤水分的分配格局和分配过程发生了很大变化,土壤水分再分配过程有明显的浅层化趋势,即生物结皮的降雨拦截作用;(3)生物结皮通过降低反射率和提高毛管作用,大大提高了土面蒸发。生物结皮对土壤水文过程的调控作用正在深刻地改变着固沙区的土壤水环境。

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。

黑河下游河岸林植物水分来源初步研究

通过分析黑河下游极端干旱区荒漠河岸林植物木质部水及其不同潜在水源稳定氧同位素组成(δ18O),应用"同位素质量守恒多元"分析方法初步研究了不同潜在水源对河岸林植物的贡献。结果表明:在黑河下游荒漠河岸林生态系统,在河水转化为地下水和土壤水及水分在土壤剖面再分配的过程中均存在强烈的同位素分馏。对植物水δ18O而言,胡杨、柽柳和苦豆子的δ18O分别为-6.43‰、-6.28‰和-6.61‰,较苦苣菜(-5.14‰)和蒲公英(-5.52‰)明显偏负。柱状频率图显示胡杨最多能利用93%的地下水,柽柳最多利用90%的地下水。而苦豆子97%水分来源于80cm土层范围内的土壤水。除0～20cm土层内的土壤水外,苦苣菜和蒲公英可能还有其他潜在水源。即在黑河下游天然河岸林乔木和灌木较多地利用地下水,而草本植物仍然以地表水为主。

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 ,1 0 %～ 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～ 1 0月份平均拦截雨量比 4～ 6月份平均高出 1 2 %。

荒漠植被红砂(Reaumurta soongorica)水热响应的年轮学研究

红砂是黄土高原荒漠植被带主要建群植物种之一,在植被恢复重建和生态建设中具有重要意义。本文以皋兰县40 a天然植被封育区为例,运用树木年轮学方法,对不同坡向红砂与当地水热条件变化的时空响应及分布格局进行了研究。研究结果表明,红砂具有明显的年轮特征,可以进行树木年轮方面的研究。虽然不同坡向水分条件和植被状况有很大差异,但红砂径向生长对区域水热变化具有非常一致的响应模式:同生长季降水呈正相关关系,尤以7月降水量最为显著;同生长季气温呈负相关关系,以6月最为显著。根据不同坡向红砂年龄分布格局分析结果,并考虑到水土流失的防治效果,黄土高原西部荒漠植被带的封育期限不宜少于10 a。

干旱、半干旱地区微生物结皮土壤水文学的研究进展

微生物结皮与土壤水文过程的关系一直是微生物结皮研究中最具争议性的热点问题。文章对国内外这一领域的研究进展进行了综述,系统地介绍了微生物结皮在降雨入渗、水分保持和土面蒸发等土壤水文过程中的功能,总结了微生物结皮土壤水文学研究中的各种观点,针对不同观点之间产生的争议,作者认为微生物结皮的时空特殊性、复杂性以及研究手段和方法的多样性是产生争议的主要原因。最后,从试验方法和研究目标上对该研究领域进行了展望。

祁连山中部4种典型植被类型土壤细菌群落结构差异

土壤微生物参与土壤生态过程,在土壤生态系统的结构和功能中发挥着重要作用。2013年7月采集了祁连山中段4种典型植被群落(垫状植被、高寒草甸、沼泽草甸和高寒灌丛)的表层土壤,分析了表层土壤微生物生物量碳氮和采用Illumina高通量测序技术研究了土壤细菌群落结构及多样性,并结合土壤因子对土壤细菌群落结构和多样性进行了相关性分析。结果表明:(1)土壤微生物生物量碳氮的大小排序为:沼泽草甸>高寒草甸>高寒灌丛>垫状植被;(2)土壤细菌群落相对丰度在5%以上的优势类群是放线菌门、酸杆菌门、α-变形菌、厚壁菌门和芽单胞菌门5大门类;(3)沼泽草甸土壤细菌α多样性(物种丰富度和系统发育多样性)显著高于其它3种植被类型(P<0.05),而垫状植被土壤细菌α多样性最低;(4)冗余分析和Pearson相关性分析表明,土壤pH、土壤含水量、土壤有机碳和总氮是土壤细菌群落结构和α多样性的主要影响因子。研究结果可为祁连山高寒生态系统稳定和保护提供理论依据。

2000年来黑河中下游水土资源利用与下游环境演变

额济纳地区2ka来水系有自东向西迁移的过程,主要受水尾闾湖从东部古居延泽向西部东、西居延海转移;绿洲时空分布格局也随水系从古居延绿洲向额济纳绿洲发生迁移;荒漠化过程则由古居延三角洲下部向中部和中上部扩展。

祁连山不同植被类型土壤微生物群落多样性差异

土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分,在生态系统物质循环和能量转化中占有重要的地位。以祁连山中段不同海拔的4种植物群落,即垫状植被(cushion plants,CP)、高寒草甸(alpine meadow,AM)、沼泽化草甸(swamp meadow,SM)和高寒灌丛(alpine shrub,AS)作为实验样地,采用BIOLOG技术,探讨了土壤微生物群落多样性在不用海拔梯度形成的植被条件下的变化特征。结果表明,反映微生物活性的平均颜色变化率(average well color development,AWCD)的大小顺序为:沼泽化草甸>高寒草甸>高寒灌丛>垫状植被,沼泽化草甸土壤微生物群落代谢活性最高;高寒草甸和沼泽化草甸土壤微生物群落碳源利用模式相似,土壤微生物群落的Shannon-Wiener物种丰富度指数(H)与土壤有机碳和全氮显著相关(P<0.05),Simpson优势度指数(D)和Mc Intosh指数(U)与土壤全氮显著相关(P<0.05);冗余分析表明,土壤有机碳、p H和全氮可能是土壤微生物利用碳源的控制因子。研究结果为进一步探讨高寒草甸与土壤微生物之间的关系奠定了基础。

祁连山典型灌丛降雨截留特征

基于2010年6月至10月的野外试验数据,研究了祁连山金露梅、高山柳、沙棘和鬼箭锦鸡儿灌丛降雨截留特征,分析了降雨量和雨强对灌丛降雨截留过程的影响。结果表明:试验期间共降雨298.6 mm,在降雨量<2.1 mm时,降雨被全部截留,实际发生穿透和茎流的降雨为283.1 mm;金露梅灌丛穿透雨量、茎流量和截留量分别为175.8 mm(62.0%)、9.5 mm(3.4%)和62.0 mm(34.6%),高山柳为179.8 mm(63.5%)、9.1 mm(3.2%)和63.5 mm(33.3%),沙棘分别为148.1mm(52.3%)、22.5mm(8.0%)和52.3 mm(39.7%),鬼箭锦鸡儿分别为170.4 mm(60.2%)、11.8 mm(4.2%)和60.2 mm(35.6%);灌丛穿透雨量、茎流量和截留量均与降雨量呈显著线性正相关(P<0.001);穿透率、茎流率和截留率与降雨量呈指数函数关系(P<0.05);平均雨强与截留率关系以指数函数拟合最好(P<0.05)。在降雨性质相同的情况下,植被形态特征是影响灌丛降雨截留的重要因素。

额济纳三角洲地下水水盐特征与植被生长的相关研究

根据野外实地考察、地下水采样和分析数据,从空间尺度上,讨论了额济纳三角洲地下水水盐的变化特征及其与植被生长的关系。研究结果表明,额济纳三角洲矿化度总体由西南向东北升高,东河SO2-4浓度下降,其他离子增加,西河离子浓度都呈上升趋势,河道剖面表现先上升后下降的水盐特征;终端湖盆为本区高矿化度地区;地下水水盐条件制约植被分布、生存和演替,各种植被类型适应不同的地下水位和盐分特征。

寒区典型下垫面冻土水热过程对比研究(Ⅰ):模型对比

冻土水热传输和水热耦合过程是寒区水循环的核心环节和重要组成部分,土壤温度和湿度(含水量)的观测和模拟是冻土水热过程分析的基础.以中国科学院寒区旱区环境与工程研究所黑河上游生态-水文试验研究站葫芦沟试验小流域为依托,选取季节冻土区的高寒草原、高寒草甸和多年冻土区的沼泽化草甸、高山寒漠等4种典型寒区下垫面,分别布设自动气象站,并调查相关土壤和植被参数,利用SHAW和CoupModel模型对试验点的土壤水热条件进行模拟计算.结果表明:4个试验点多层土壤含水量和地温SHAW模型计算值与实测值对比平均相关系数R2分别为0.65和0.90;CoupModel模型计算值与实测值对比平均R2为0.72和0.93.总体上,地温的模型估算结果略好于含水量;相对于SHAW模型,CoupModel模型是更适合寒区各种下垫面的一维SVATs模型.

寒区典型下垫面冻土水热过程对比研究(Ⅱ):水热传输

依托中国科学院寒区旱区环境与工程研究所黑河上游生态-水文试验研究站葫芦沟试验小流域,选取4种典型寒区下垫面,利用CoupModel模型对试验点的土壤水热传输过程进行模拟计算.结果显示:冻土对土壤水热传输影响为开始冻结时,冻结作用导致土壤水向上运动,往冻结锋面集结;稳定冻结期,土壤水运动微弱,接近零通量;解冻期,土壤水运动与上下层水势有关.冻融阶段的土壤水相变会带来热量的急剧变化.不同下垫面土壤水迁移差异主要体现在冻结过程中土壤水向上运动期间.沼泽草甸试验点因土壤含水量较大,吸水过程较长且吸水量大于其他3个试验点;高山寒漠试验点因为土壤孔隙较大,成冰作用会使土壤中毛细孔增加,导致冻结过程中出现多次土壤水向上运动状态.植被覆盖、土壤性质、土壤含水量和冻土类型等是寒区不同下垫面冻土水热传输过程差异的主要原因.

土壤-植被系统演变对生物防沙工程的影响

包兰铁路横穿腾格里沙漠的沙坡头段 ,全长近 5 0km ,这里年降水量 186mm ,流动沙丘相对高度 2 0m以上 ,以 4m·a- 1 的速度向东南方向移动。无灌溉条件下、工程措施与生物措施相结合的防沙固沙工程体系始建于195 6年 ,近半个世纪以来该体系确保了包兰铁路的畅通无阻 ,累计经济效益逾百亿人民币。虽然当初的建设者充分考虑了耐旱的乡土树种、有效的工程固沙系统 ,但很难想到几十年后的土壤 -植被系统的演变会危及整个防护体系的稳定性。植被在从人工系统向自然系统的演变中经历了覆盖度从增加到减少的自疏过程、从灌木到半灌木到草本的变化 ,其降低风速和防风的功能减弱 ;土壤从流动风沙土发育成钙积旱成土 ,地表生物结皮发育 ,增加了表土的抗风蚀的能力 ;土壤 -植被系统的演变使得降水在生态系统中的再分配过程已经彻底改变 ,并由于防护林体系配置不完善 ,在 5 0～ 5 0 0cm的土层深度一个生物成因的干旱层逐渐形成 ,新的水分平衡格局明显威胁到现有的防风固沙体系。

黄土高原西部兰州市郊地貌驱动的土壤水分变化及对植物的影响分析

选择黄土高原造林的主要模式,即梯田、水平沟、鱼鳞坑和台地等,并按照阴阳坡向,栽植树种等的不同,采用中子水分仪每10d测定土壤水分一次,对各种造林模式下土壤水分进行了长期的监测研究,研究结果表明:在春季植物萌发之前,无植物生长影响的情况下,土壤水分含量阴坡高于阳坡,南山与北山同坡向相比,南山的水分条件要好于北山;4月中旬以后,受植物生长消耗的影响,北山的水分含量大于南山,南山的水分波动则大于北山;鱼鳞坑、水平沟都具有一定的集水保水作用,但这种集水的作用与降水量的大小有关,水平沟由于面积较大,表面覆膜集水效果更好;阴坡梯田由外向内随着距离的增加,水分呈现逐渐增加的趋势,梯田内侧达到最大。