河西走廊西段荒漠戈壁灌木群落物种多样性的海拔格局

【目的】分析河西走廊西段灌木群落结构特征在海拔梯度上的分布规律,探讨荒漠戈壁灌木群落物种多样性的空间分布格局。【方法】以甘肃荒漠戈壁灌木群落为对象,在800~3200 m的海拔范围内设置12个海拔梯度,探讨物种多样性沿海拔的变化特征。【结果】荒漠戈壁灌木群落类型沿海拔从低到高依次有沙拐枣+梭梭群落、泡泡刺群落、沙拐枣+泡泡刺群落、泡泡刺+红砂+沙拐枣+膜果麻黄群落、合头草+红砂群落、泡泡刺+红砂群落、合头草+盐爪爪+红砂群落、灌木亚菊+细枝盐爪爪群落、合头草群落、盐爪爪群落、盐爪爪+红砂群落、红砂群落,其中,红砂、合头草和泡泡刺等为分布范围较大的优势种;群落的α多样性指数沿海拔梯度从低到高呈先增加后降低的单峰型分布格局,最大值出现在海拔2000~2200 m内,其中,丰富度Gleason、Margalef指数和多样性Shannon-Wiener、Simpson指数随海拔上升表现出显著的单峰型格局(P<0.05),海拔显著影响荒漠戈壁灌木群落的物种多样性(P<0.05);虽然年均降水量和年均气温与海拔极显著相关(P<0.01),但物种多样性与年均降水量和年均气温的相关性均未达到显著水平(P>0.05);群落物种多样性指数偏低,群落结构简单,物种组成稀少;大多数相邻海拔梯度间灌木群落的Jaccard相似水平较低。【结论】河西走廊西段荒漠戈壁以灌木为优势种的群落呈区域性的斑块状分布格局。不同海拔梯度内灌木群落的建群种都发生了变化。物种多样性在海拔梯度上呈先升后降的单峰分布格局。

模拟增雨对荒漠植物幼苗生长和根系形态的影响

降雨是荒漠生态系统过程和功能的最重要限制因子,荒漠植物幼苗对生长季降雨的变化极端敏感。为探讨荒漠植物对未来降雨格局变化的响应,选取乌兰布和沙漠两种典型荒漠植物幼苗(白刺和油蒿)为研究对象,根据生长季内(6-9月)每次降雨量,进行不同梯度的人工模拟增雨试验(CK:自然降雨、A:增雨25%、B:增雨50%、C:增雨75%、D:增雨100%),研究两种植物幼苗生长和根系形态特征对降雨量变化的响应。结果表明:(1)不同增雨处理对白刺和油蒿幼苗的地上部生长有显著影响(P<0.05),增雨处理的白刺和油蒿幼苗的株高、平均冠幅和基径显著高于CK,并随着增雨量的增大而增大(白刺基径除外);(2)增雨处理之间、白刺和油蒿之间在总根长、总表面积、平均直径、总体积、根尖数和分叉数均有显著差异(P<0.05)。对白刺幼苗而言,B处理和C处理的根系参数均显著大于CK、A和D处理,且B和C处理之间没有显著差异(平均直径除外);对油蒿幼苗而言,随着增雨量的增加,油蒿总根长、总表面积、总体积、根尖数和分叉数呈现逐渐增加的趋势,而平均直径呈现先增加后降低的趋势,且在B处理下达到最大值。(3)增雨处理显著降低了白刺幼苗的根冠比,而对油蒿幼苗的根冠比没有显著影响,并且白刺幼苗根冠比显著大于油蒿幼苗。(4)白刺和油蒿幼苗的根系主要分布在0-0.5 mm和0.5-1 mm内,<2 mm的细根比例分别在B和D处理下达到最大值。这表明白刺和油蒿幼苗能够通过调整地上部生长和根系形态来适应降雨的变化。

敦煌西湖荒漠⁃湿地生态系统优势物种生态位研究

水文情势改变会引起土壤盐分变化,直接影响到荒漠⁃湿地生态系统植被的分布与演替。基于对57个样地、171个样方植物物种分布影响较大的土壤pH值和土壤电导率两个环境因子,将其划分为6个梯度等级,测度分析了敦煌西湖植被群落中15个主要优势种的生态位特征,了解不同物种利用资源和占据生态空间的能力,对维持和科学保育植物群落的多样性具有重要意义。结果表明:(1)在土壤pH值和电导率梯度两个资源维上,多枝柽柳和芦苇的重要值和生态位宽度均较大,说明这两个物种适应能力强能够较好地利用环境资源,分布范围大且均匀。它们作为敦煌西湖植被群落中的广域种,具有重要的生态地位和作用。其次生态位较宽的疏叶骆驼刺、胡杨和苏枸杞对环境因子也具有较强的适应能力。(2)两个土壤因子梯度下植物种群生态位宽度相似,但也存在差异。如泡泡刺、蒙古沙枣在土壤pH值梯度资源维上的生态位宽度值远大于在土壤电导率梯度资源维上,但尖叶盐爪爪和甘蒙柽柳在土壤电导率梯度资源维上生态位宽度较大,表现出较强的耐盐能力,从而说明这些物种对不同土壤因子的利用能力和适应性不完全相同。(3)在两个资源维上优势物种间的生态位重叠值小于0.5的种对均为61对,占总种对的58.10%,因此生态位重叠值整体保持在较低水平,说明物种在土壤pH值和土壤电导率两个环境梯度上生态位分化明显。(4)敦煌西湖优势物种间总体表现为不显著的负关联,表明物种之间处于竞争关系,但竞争强度不大且群落结构稳定性较弱。

科尔沁沙地4种典型灌木灌丛下土壤碳、氮、磷化学计量特征

该研究以科尔沁沙地半流动沙地4种典型灌木(小叶锦鸡儿、东北木蓼、黄柳、差巴嘎蒿)灌丛下的土壤为研究对象,分析不同灌木类型各土层碳、氮、磷含量及其生态化学计量比的垂直分布特征以及各指标间的相关关系,以阐明同一环境条件下不同灌木类型组成的植被对土壤营养元素的影响与反馈能力,为沙漠化治理和生态恢复提供指导。结果表明:(1)4种典型植物灌丛下0～80cm土层SOC、TN、TP平均含量分别在0.90～2.18g/kg、0.19～0.32g/kg、0.27～0.32g/kg之间,其中东北木蓼灌丛下0～80cm土壤SOC、TN、TP平均含量最高,且土壤SOC、TN含量与小叶锦鸡儿的差异不显著,但两者均显著高于其他植物灌丛;土壤TP平均含量在不同灌木类型间均不显著。(2)4种植物灌丛下土壤SOC、TN、TP含量随土壤深度增加而下降,表层(0～10cm)土层受植被类型影响显著(P<0.05),同一灌丛0～10cm土层与其他各土层间差异显著(P<0.05),且随着土层深度的增加土层间的差异减弱。(3)各灌木类型下的土壤SOC、TN呈"倒金字塔"的分布模式,但TP含量随土壤深度变化相对不明显,呈"圆柱体"的分布模式。(4)小叶锦鸡儿下各土层C∶N、C∶P平均比值最高,其次是东北木蓼、黄柳,差巴嘎蒿最低;C∶N、C∶P、N∶P的比值均随土壤深度增加而下降,不同灌木类型之间的差异也随土壤深度增加而减弱;其中各灌丛下土壤C∶P随着土壤深度呈急剧减小趋势,且土壤C∶P、N∶P垂直递减的速率比C∶N快。(5)相关分析表明,土壤SOC、TN、TP相互之间呈显著正相关关系,C∶N、C∶P比值主要受土壤SOC含量的影响,N∶P比值主要受到土壤SOC、TN含量的影响,C∶P比值对土壤C∶N、N∶P比值影响显著。研究发现,不同灌木对半流动沙地的土壤质量的改善修复作用差异显著,且东北木蓼和小叶锦鸡儿的适应性强、对土壤养分的积累更加明显。

土壤水分含量对白刺幼苗表型可塑性生长的影响

为探讨不同的土壤水分含量对白刺幼苗表型可塑性生长的影响,通过盆栽试验,在不同的土壤水分条件下,对白刺的生长特性、生物量积累及分配和叶绿素含量等方面进行研究。结果表明:在土壤含水量为70%条件下,白刺的株高、基茎等生长指标和叶绿素含量均达到最大值;随土壤水分含量的降低,白刺的根干重、茎干重、叶干重及总生物量均呈先增加后降低的趋势,白刺生物量茎的分配指数呈先上升后下降的趋势,叶则相反,根冠比呈增加趋势;随土壤水分含量的降低,叶绿素a、叶绿素b及叶绿素总量均呈先增加后降低的趋势。综上分析,土壤含水量达到70%时,是最适宜白刺生长的土壤水分含量;在不同的土壤水分条件下,白刺通过调整形态特征和各器官生物量的分配产生可塑性影响。

乌兰布和沙漠东北部不同下垫面的小气候变化特征

研究沙区不同下垫面小气候特征对充分利用气候资源及保证林业和农业的正常发展具有实践意义。该研究基于内蒙古磴口荒漠生态系统国家定位观测研究站2018年1-12月监测的荒漠区、荒漠-绿洲过渡带和绿洲内部的气温、相对湿度、风速和风向等气象资料,研究了3种下垫面的小气候特征并探讨了产生差异的原因。结果表明:1)荒漠区、荒漠-绿洲过渡带和绿洲内均为白天气温差异较小,夜间相差较大;由于近地层(0~50m)具有明显的逆温现象,使得植被在气温较高季节发挥降温增湿作用,而冬季发挥保温作用;2)绿洲使年均相对湿度增加1.31~2.57个百分点;就季节而言,夏、秋季,绿洲内的相对湿度较荒漠区和过渡带分别高4.04~6.17和0.93~1.94个百分点,春、冬季,由于近地层(0~50 m)存在明显的逆湿现象,因此绿洲内的相对湿度较荒漠区和过渡带分别低0.37~1.41和6.55~8.71个百分点;3)荒漠区、过渡带和绿洲内风向年变化特征均为以偏西风(W,WSW,SW,SSW)为主,荒漠区和过渡带的风向多变,绿洲内风向相对较为集中,绿洲能够使年均风速降低32.99%~37.05%。乌兰布和沙漠东北部过渡带植被和绿洲防护林体系对小气候具有很好的调节作用(降温、增湿、削减风速),研究区局地小气候主要体现在风速和夏秋季湿度上,而气温和冬春季湿度分别主要受逆温和逆湿的影响。

西鄂尔多斯荒漠灌丛土壤粒径分形特征与养分的耦合关系

植物适宜的生长和发育需要理想的土壤机械组成与养分保障,土壤分形维数和养分的分布特征及其关系对研究土壤结构的稳定性、抗风蚀性和水肥运动有着重要的作用。四合木(Tetraena mongolica)、沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)和霸王(Zygophyllum xanthoxylum)作为西鄂尔多斯地区广泛分布的3种孑遗濒危荒漠灌木物种,既是重要的自然资源,也是天然的生态屏障,对保障荒漠草原生态系统稳定安全具有重要意义。本研究通过测定分析3种灌丛0–60 cm土层深度的土壤颗粒机械组成、土壤体积分形维数和土壤养分含量的垂直分布特征,探讨荒漠草原土壤分形特征与土壤养分的关系,揭示灌丛植被生存与扩散机制。结果表明,3种典型灌丛拦截风沙流后沉积在灌丛土壤粒度特征不同,其中粘粉沙、极细沙体积百分含量和分形维数在不同物种间差异显著(P<0.05),土壤分形维数表现为四合木(2.432±0.041)>沙冬青(2.391±0.046)>霸王(2.276±0.034)>裸沙地(2.218±0.059);土壤分形维数主要由粒径小于0.5 mm的粘粉沙(<0.05 mm)、极细沙(0.05~0.1 mm)、细沙(0.1~0.25 mm)和中沙(0.25~0.5 mm)体积百分含量决定,其中0.1 mm作为临界粒径可以决定研究区灌丛下土壤分形维数的大小,小于该粒径的粘粉沙、极细沙含量越多,土壤分形维数越高。土壤速效钾含量随土层深度增加而递减,土壤有机质、碱解氮和速效磷随土层波动性较强,不同物种间土壤养分含量差异显著(P<0.05)。灌丛覆盖的土壤结构和养分含量均较裸沙地有明显改善。灌丛下土壤有机质和碱解氮含量与土壤分形维数存在极显著正相关关系(P<0.01),速效磷和速效钾含量与土壤分形维数存在显著正相关关系(P<0.05)。利用土壤分形维数可较好地描述西鄂尔多斯荒漠草原区风沙土性质,并且适生灌丛四合木和沙冬青可较好地改善土壤颗粒及养分特征,遏制表层风沙土的持续粗化与恶化,可为荒漠灌丛发挥防风固沙和土壤保育功能的定量化评价提供科学依据。

平茬年限和林龄对沙冬青叶片功能性状及土壤化学计量特征的影响

为阐明平茬年限和林龄对沙冬青叶片功能性状及灌丛下土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征的影响,采用方差及相关性分析方法研究沙冬青被平茬后更新恢复生长的机理和策略,探讨C、N、P化学计量特征对沙冬青种群生长及恢复的指示意义,从而更好地解释平茬复壮后植物补偿性生长机理与持续年限,以期在理论与技术上解决孑遗植物种质资源的保存与修复,为天然沙冬青种群在生态系统中演变特征进行预测和评估提供基础资料。结果表明:1)沙冬青经平茬处理后,叶片面积显著增大(P<0.05)。平茬恢复生长1年的沙冬青比叶面积、叶片N含量、叶片P含量显著升高(P<0.05),且随平茬年限和林龄的增加呈下降趋势,叶片干物质含量变化趋势与比叶面积相反,叶片碳含量在不同平茬年限和林龄下无显著差异(P>0.05)。叶片N含量与叶片P含量、比叶面积呈极显著正相关,叶片干物质含量与比叶面积呈极显著负相关,且与叶片N含量、叶片P含量呈显著负相关。2)叶片与土壤中的C、N、P化学计量特征对平茬年限和林龄变化的响应不完全一致。平茬年限和林龄对沙冬青灌丛下土壤有机碳含量产生显著影响(P<0.05),但对土壤P含量无显著影响(P>0.05),仅林龄对土壤全N含量影响显著(P<0.05)。随着平茬年限和林龄的增加,土壤C、N含量呈上升趋势,土壤P含量呈下降趋势。3)在叶片C、N、P化学计量特征中,叶片P与C∶P对平茬年限和林龄变化反应最为敏感,对于沙冬青更新恢复生长及种群动态变化规律具有指示意义。平茬恢复1、3和8年的沙冬青叶片N∶P平均值分别为14.79、15.77、17.81,幼龄林、中龄林和成熟林沙冬青叶片N∶P平均值分别为15.32、18.23、21.76,可见随着平茬年限和林龄的增加,沙冬青生长由N、P共同限制逐渐转向更受P的限制。

浑善达克沙地3种典型灌丛固沙能力的比较研究

[目的]研究荒漠草原区出现灌丛化现象后,灌丛沙堆在退化生态系统中发挥的保育功能和防风固沙作用。[方法]该研究以浑善达克沙地3种典型荒漠草原灌丛长柄扁桃(Amygdaluspedunculatd)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和狭叶锦鸡儿(Caragana stenophylla)为研究对象,通过测定分析3种灌丛形态参数、沙堆形态参数和灌丛下土壤颗粒分形维数,探讨其沙堆形态发育和土壤颗粒组成特征,以及与植物灌丛形态特性和固沙能力的关系。[结果]表明:3种典型灌丛沙堆均为圆锥状,其沙堆高度随沙堆半径的增加呈对数曲线增加,即在沙堆形态较小时,随着沙堆半径的增大,沙堆高度增加较快,而随着沙堆底面积不断增大,沙堆高度变化就会趋于稳定且增加速度降低,整个沙堆在水平方向的延伸速度大于垂直方向;沙堆形态参数之间以及与灌丛形态参数间表现出显著相关性,随着灌丛地上生物量的增加,沙堆高度、半径、底面积和体积均呈显著增加(P<0.05), 3种灌丛沙堆体积和固沙率差异性显著(P<0.05),表现为:小叶锦鸡儿〉狭叶锦鸡儿〉长柄扁桃;灌丛使降尘等细粒物质拦截或聚集在灌丛下,土壤颗粒分形维数与粒径(<0.1mm)颗粒含量呈显著的线性正相关关系;不同物种灌丛下土壤分形维数差异性显著(P<0.05),表现为:小叶锦鸡儿(2.346)>狭叶锦鸡儿(2.259)>长柄扁桃(2.149)>裸沙地(2.057)。[结论]灌丛越大,沙堆体积越大,灌丛下沉积细物质越多,土壤分形维数越大,植物固沙能力越强。

乌兰布和沙漠人工梭梭夏季茎干液流变化特征及其与气象因子的关系

为了揭示乌兰布和沙漠人工梭梭水分利用规律,探究人工梭梭的生态适应能力,利用PS-TDP8树木茎流监测系统和自动气象站对乌兰布和沙漠1979年人工种植梭梭的液流变化及其周围的环境因子进行观测,采用逐步回归及相关分析法对茎干液流变化规律及其与太阳总辐射、空气温度、相对湿度、风速、土壤温度、土壤含水量的相关关系进行研究。结果表明:梭梭晴天茎干液流日变化呈“单峰型”,雨天茎干液流日变化呈“双峰型”;夏季晴天梭梭茎干液流在7:00左右启动,9:30左右出现峰值,液流在10:20以后开始迅速下降,至21:30基本下降到极低值,夜间仍有液流。直径12.5和8.95 cm的梭梭液流日累积量分别为14.23和2.60 L。晴天,茎干液流速率变化幅度较大,白天的液流速率高于夜间。雨天的液流峰值显著低于晴天,且夜间液流小于晴天。相关性分析表明,晴天,影响梭梭液流速率的环境因子依次为太阳总辐射、土壤含水量、空气温度、空气相对湿度、土壤温度、风速;雨天,影响梭梭液流速率的主要环境因子依次为太阳总辐射、空气温度、空气相对湿度、土壤温度、风速、土壤含水量。研究结果可为人工梭梭林的经营管理提供理论支撑,对沙漠地区人工梭梭的管理和保护有重要的理论和实际意义。

河西走廊西段戈壁灌木群落多样性及其分布格局研究

通过野外样方调查河西走廊西段荒漠戈壁典型灌木群落多样性状况,研究探讨了8种典型灌木群落物种多样性的空间分布格局及其与地理因子的关系,对荒漠戈壁植物群落的多样性的保护和可持续发展具有重要意义。结果表明:(1)8个典型灌木群落Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Margalef指数和Pielou指数从高到低为:盐爪爪群落>麻黄群落>合头草群落>红砂群落>梭梭群落>泡泡刺群落>多枝柽柳群落>沙拐枣群落;波动范围分别为0.314~1.355、0.179~0.666、0.334~1.222和0.051~0.218,说明荒漠戈壁灌木群落物种多样性指数偏低,群落结构简单,物种组成稀少。(2)不同灌木群落内物种数越多,群落间Jaccard相似性系数越大。大部分灌木群落类型间Jac⁃card相似性在0.20~0.60之间,群落间相似水平较低,群落相对稳定。(3)随着海拔的升高,Margalef指数、Pielou指数和Shannon-Wiener指数均呈先增加后降低的单峰型分布格局,最大值出现在海拔2000 m,且与海拔显著相关(P<0.05);在经度梯度上,从东到西,Margalef指数、Pielou指数和Shan⁃non-Wiener指数呈递增格局,但与经度无显著相关性(P>0.05);在纬度梯度上,从南到北,Margalef指数、Pielou指数和Shannon-Wiener指数呈显著递增趋势(P<0.05)。总体上,荒漠戈壁灌木群落物种多样性呈现出明显的垂直(海拔)和纬度地带性分布格局。

浑善达克沙地3种灌木土壤分形特征与养分关系

以浑善达克沙地广泛分布的3种典型荒漠草原灌木柄扁桃、小叶锦鸡儿和狭叶锦鸡儿灌丛下土壤为研究对象,测定分析3种灌丛下0~60 cm土层深度的土壤颗粒机械组成、土壤体积分形维数和土壤养分含量的垂直分布特征,探讨草原灌丛化后土壤分形特征与土壤肥力的关系,揭示灌丛植被在荒漠草原的生存与扩散机制。结果表明,3种典型灌丛形态结构存在差异,拦截风沙流后沉积在灌丛下的土壤粒度特征不同,其中粘粉沙体积含量和分形维数在不同物种间差异显著(P<0.05)。土壤分形维数表现为小叶锦鸡儿(2.346)>狭叶锦鸡儿(2.259)>柄扁桃(2.149)>裸沙地(2.057);土壤分形维数主要由粒径小于0.25 mm的粘粉沙(<0.05 mm)、极细沙(0.05~0.1 mm)和细沙(0.1~0.25 mm)体积百分含量决定,其中0.1 mm粒径是决定研究区灌丛下土壤分形维数的临界粒径,即小于该粒径的粘粉沙、极细沙含量越多,土壤分形维数越高。灌丛下土壤有机质和全氮含量与土壤分形维数存在极显著正相关关系(P<0.01);土壤有机质含量随土层深度增加而递减,全氮和全磷含量随土层波动性较强,不同物种间土壤有机质和全氮含量差异显著(P<0.05),而全磷含量差异不显著。灌丛覆盖的土壤结构和肥力均较裸沙地有明显改善,不同物种改良土壤的效果依次为小叶锦鸡儿>狭叶锦鸡儿>柄扁桃。

模拟增雨对白刺和油蒿幼苗化学计量特征的影响

降雨是荒漠生态系统过程和功能的最重要限制因子,荒漠植物幼苗对生长季降雨的变化极端敏感。为探讨荒漠植物对未来降雨格局变化的响应,该研究选取乌兰布和沙漠2种典型荒漠植物幼苗(白刺和油蒿)为研究对象,根据生长季内(6~9月)每次降雨量,进行不同梯度的人工模拟增雨试验(CK.自然降雨;A.增雨25%;B.增雨50%;C.增雨75%;D.增雨100%),分析白刺和油蒿幼苗C、N、P含量及化学计量特征对降雨量变化的响应。结果表明:(1)从C、N、P含量在幼苗不同器官分布来看,与CK相比,增雨显著降低了白刺幼苗茎的C含量和根的C、P含量(P<0.05),在一定程度上提高了叶的C、P含量和根的N含量;而增雨处理显著增加了油蒿幼苗茎和叶的C含量(P<0.05),降低了叶、根的N含量和茎、叶、根的P含量。(2)从化学计量比来看,增雨对白刺幼苗茎、叶、根的N∶P影响无显著差异,比值均大于16,且在增雨的环境下白刺幼苗相对生长率较低,主要受P元素限制;油蒿幼苗根N∶P与增雨量呈极显著负相关关系,随增雨量的增加其相对生长率增大。研究认为,模拟增雨对白刺幼苗和油蒿幼苗化学计量特征均有显著影响,但二者幼苗C、N、P元素在各器官的分配格局有所不同,增雨不利于白刺幼苗的生长,而有利于油蒿幼苗的快速生长。

平茬措施对人工梭梭树干液流的影响及其与气象因子的关系

【目的】揭示梭梭平茬后生长过程中的水分传输规律及水分利用过程,为今后人工梭梭林的抚育管理提供技术支撑及理论依据。【方法】利用PS-TDP8树木茎流监测系统和自动气象站对乌兰布和沙漠平茬与未平茬梭梭的液流及其气象因子进行测定。【结果】平茬与未平茬梭梭晴天茎干液流日变化呈单峰型,雨天茎干液流日变化呈双峰型,雨天液流峰值、夜间液流速率低于晴天;平茬梭梭液流启动时间及峰值出现时间均晚于未平茬梭梭;平茬与未平茬梭梭液流日累积过程曲线呈“S”型,符合典型生物生长曲线,平茬梭梭与未平茬梭梭晴天的日累积液流量高于雨天;平茬与未平茬梭梭树干液流均与太阳总辐射、空气温度、风速呈正相关,与空气相对湿度呈负相关,液流速率的启动时间、峰值出现时间与气象因子存在时滞效应;在小时尺度上,平茬梭梭气象因子进入的顺序为太阳总辐射(T_(R))、空气温度(T_(a))、风速(W_(S))、空气相对湿度(R_(H)),可以共同解释液流速率变化的83.6%,TR可单独解释液流速率变化的81.1%,T_(a)可单独解释液流速率变化的2.0%;未平茬梭梭气象因子进入的顺序为T_(R)、W_(S)、T_(a)、R_(H),可以共同解释液流速率变化的70.0%,TR可单独解释液流速率变化的60.3%,WS可单独解释液流速率变化的7.9%;在小时尺度上,平茬梭梭与气象因子的回归方程为Y=-0.947+0.002T_(R)+0.034T_(a)+0.207W_(S)-0.007R_(H),未平茬梭梭与气象因子的回归方程为Y=0.723+0.001T_(R)+0.197W_(S)+0.018T_(a)-0.005R_(H),均达到极显著水平(P<0.01)。【结论】在小时尺度上,对平茬梭梭树干液流速率的影响最大的是太阳总辐射、空气温度,对未平茬梭梭树干液流速率的影响最大的是太阳总辐射、风速,平茬梭梭、未平茬梭梭与气象因子的回归方程能够较好地解释小时尺度上树干液流变化与气象因子的关系。研究结果对于明确梭梭平茬后生长过程中的水分传输规律具有重要意义,为人工梭梭林的抚育管理提供数据支撑及理论依据。

敦煌及马鬃山地区植物生活型及其海拔梯度特征

【目的】研究敦煌及马鬃山地区植被区系祖成、植物生活型及其对海拔梯度的响应,阐明植物群落生活型特征及其对气候生境的反映,为区域植物多样性保护及垂直格局研究提供理论依据和科学基础。【方法】在植物群落调查基础上,采用Raunkiaer生活型分类系统,统计敦煌及马鬃山地区维管束植物的生活型,编制生活型谱,并分析不同海拔梯度的植物生活型组成。【结果】1)研究区共记录217种植物,隶属34科122属,占中国干旱区总科数的41.46%,占全国总科数的10.09%。其中,裸子植物1科1属3种,双子叶植物28科96属175种,单子叶植物5科25属38种。2)研究区植物生活型主要以地上芽植物为主,占33.18%,在地上芽植物型的4个亚类群中,以半灌木地上芽植物最多;生活型大小序列为:地上芽植物型>地面芽植物型>一年生植物型>地下芽植物型>高位芽植物型。3)地上芽生活型物种在各海拔梯度都占重要地位,占研究区全部生活型物种的59.15%,随海拔升高呈先增后降的趋势,在海拔1700 m处达到最大值;地面芽植物生活型也表现为随海拔升高而先增后降的趋势;高位芽植物生活型和地下芽植物生活型所占比例很小;一年生植物在整个海拔范围内占10.00%以下,随海拔升高波动不大。【结论】敦煌及马鬃山地区地带性植被以灌木或半灌木建群的植被占优势,主要分布于1000~3000 m海拔内。群落生活型以地上芽植物和地面芽植物为主,并呈随海拔升高而先增后降的单峰分布格局。

库姆塔格沙漠东南部柽柳液流特征及其与气象因子的相关分析

【目的】揭示库姆塔格沙漠东南部柽柳的水分传输过程,探究柽柳的耗水特性,为该地区柽柳生长及生理研究提供数据支撑,对该区域柽柳经营管理具有一定理论意义。【方法】利用PS-TDP8树木茎流监测系统对库姆塔格沙漠东南部柽柳的液流变化进行测定,采用相关分析及逐步回归法分析气象因子对柽柳液流的影响。【结果】柽柳茎干液流速率整体为“宽峰型”。夏季,液流速率最早启动,峰值最大,持续时间最长,日树干液流量最大。秋季,液流速率有最晚的启动时间。不同季节夜间有低值液流。液流速率均值夏季最大,秋季最小。春季,空气温度能单独解释73.1%的液流速率变化,三者共同解释78.3%的液流速率变化;夏季,太阳辐射能单独解释63.0%的液流速率变化,4个因子共同解释69.8%的液流速率变化;秋季,空气温度能单独解释73.3%的液流速率变化,2个因子共同解释液流速率变化的73.8%。春秋季液流主要受气温影响,太阳辐射是影响夏季柽柳液流速率的主导因子。【结论】柽柳液流速率可以通过回归方程估算。本研究结果为摸清干旱沙漠地区柽柳水分利用特性提供基础数据。

东北东部山区8个主要树种耐旱性评价研究

耐旱性对于树木存亡具有一定的指示作用。该研究以东北东部山区野外自然生长的8个树种——白桦、黄菠萝、胡桃楸、水曲柳、蒙古栎、春榆、兴安落叶松和红松为研究对象,通过测定各树种PV曲线水分参数(7个),同时结合蒸腾速率、枝叶清晨和中午水势、初始致死含水率和持水力等5个实测水分指标,对比分析以单个水分指标、综合水分指标评价耐旱性的差异。结果表明:(1)分别以PV曲线水分参数ψ_(tlp)和ψ_(sat)等衡量8个树种的耐旱性,发现单个水分指标对8个树种的耐旱性强弱排序有所不同,有的甚至完全相反;但通过PV曲线获取的水分参数ψ_(sat)-ψ_(tlp)、RWC_(tlp)、ROWC_(tlp)、ε_(max)和b值排序基本一致,其耐旱性强弱依次为:红松>胡桃楸>黄菠萝>白桦>兴安落叶松>蒙古栎>春榆>水曲柳。(2)以PV曲线7个水分参数综合评价结果显示,8个树种的耐旱性强弱依次为:红松>胡桃楸>黄菠萝>兴安落叶松>蒙古栎>白桦>春榆>水曲柳;以实测5个水分指标综合评价结果显示,8个树种的耐旱性强弱依次为:红松>蒙古栎>兴安落叶松>黄菠萝>水曲柳>春榆>白桦>胡桃楸;两者之间存在一定差异,特别是胡桃楸、蒙古栎和水曲柳位置发生了较大变化。(3)采用12个指标进行综合评价,结果发现8个树种的耐旱性强弱依次为:红松>黄菠萝>蒙古栎>兴安落叶松>胡桃楸>春榆>白桦>水曲柳。研究认为,12个指标的综合评价结果比较符合东北东部山区8个树种天然分布的生态特征。

不同时间尺度土壤因子与柽柳液流速率关系的差异

【目的】研究土壤因子对柽柳液流的影响及存在时间尺度差异,为不同时间尺度下更为准确的分析柽柳液流的变化规律。【方法】利用PS-TDP8树木液流监测系统及5TM土壤温度与湿度传感器对库姆塔格沙漠东南部柽柳液流速率及土壤因子(土壤含水量SWC及土壤温度Ts)持续5个月同步观测。【结果】月尺度下,Ts_(20cm)是液流速率变化的主要影响因子,单独能解释91.7%的液流速率变化;日尺度下,进入的土壤因子依次为Ts_(20cm)、Ts_(200cm)、SWC_(50cm)、SWC_(150cm)、SWC_(20cm),Ts_(20cm)可以解释液流速率变化的72.1%,5个因子共同可以解释82.9%的液流速率变化,日尺度下对柽柳液流速率影响最大的也是20 cm层土壤温度;小时尺度下,对液流影响最大的是Ts_(20cm),Ts_(20cm)可以解释液流速率变化的37.6%,6个因子共同可以解释55.9%的液流速率变化。随着时间尺度的扩大,与柽柳树干液流显著相关的土壤因子个数有减少的趋势,而对其解释程度则有增加的趋势。【结论】土壤因子模拟计算小时尺度柽柳液流速率需要的参数较多,预测月尺度液流速率需要的参数最少,可靠性最大,能够较好地解释柽柳液流速率变化,月尺度预测柽柳液流速率更加准确。

白刺沙包浅层土壤水分动态及其对不同降雨量的响应

以乌兰布和沙漠典型白刺沙包为研究对象,使用EC?5土壤水分传感器对其浅层(0—50 cm)土壤水分进行长期连续监测,分析了白刺沙包不同深度土层对不同降雨量的响应及整个生长季的土壤水分动态特征。结果表明:降雨是乌兰布和沙漠白刺沙包土壤水分的最重要补给源,降雨量大小是影响浅层土壤水分补给深度的决定因素。小于10 mm的降雨完全被表层(0—10 cm)土壤吸收,无法补给10 cm以下土壤水分;10—20 mm的降雨对土壤水分的补给深度达到20 cm;20—30 mm的降雨对土壤水分的补给深度达到40 cm,大于30 mm的降雨补给深度可达到50 cm,甚至更深土层。在研究区降雨量以小于20 mm降雨为主的情况下,20 cm以下土层土壤水分逐步恶化,久之将有利于浅根系草本植物的生长,不利于白刺的生长繁殖。因此,这种降雨格局将对浅层土壤水分及植被演替产生重要影响。

荒漠植物白刺新固定碳在植物-土壤系统中的分配

定量生长季内荒漠植物新固定碳在植物-土壤的分配规律,对理解全球碳循环有着重要意义。采用野外原位13C-CO2脉冲标记法,测定植物各器官及土壤13 C丰度值,比较不同标记时间段白刺新固定碳分配在不同器官、土壤和呼吸损失中的分配规律,并量化了白刺光合碳向地上、地下碳库的转移。结果表明:不同标记时间段内13 C-新固定碳在白刺叶、茎、根、土壤中的分配差异明显。在标记后1h内,叶片和茎中13 C丰度值迅速上升到最高值,13C丰度值分别达到520.1‰和592.5‰,比对照分别增加14和20倍,此后13 C丰度值随时间推移逐渐下降,直至趋于稳定;而标记后18h在根系和土壤中发现被标记的13 C,13 C丰度值分别达到9.5‰和-23.8‰,白刺新固定碳经地上部呼吸和土壤呼吸损失量分别在标记1和18h后达到最大。标记32d后,白刺新固定碳在地上部和地下部13 C分配比例分别占35.59%和32.49%,呼吸损失(地上呼吸+土壤呼吸)占31.92%。荒漠植物白刺生长季年固碳量为2895.6kg C·hm-2·yr-1,表明白刺在荒漠生态系统碳循环中起着重要的碳汇作用。