干旱胁迫对黄土高原不同质地土壤长柄扁桃和沙柳幼苗生理生态特征的影响

通过盆栽控水试验,研究了干旱胁迫对黄土高原不同质地土壤(砂土、壤土)长柄扁桃和沙柳幼苗光合特性(净光合速率P_n、气孔导度G_s、胞间CO_2浓度C_i、内禀水分利用效率WUE)、蒸腾速率T_r及叶片水势Ψ_w的影响。结果表明:干旱胁迫下不同质地土壤长柄扁桃和沙柳P_n、G_s、WUE及T_r均呈现先上升后下降的趋势,而C_i和Ψ_w分别表现为上升和下降趋势。土壤质地显著影响长柄扁桃和沙柳对水分亏缺的敏感性,在相同干旱程度下,壤土中长柄扁桃P_n和G_s均显著高于砂土,而沙柳P_n和G_s表现为砂土显著高于壤土(p<0.05)(重度干旱除外)。当土壤含水量降至中度和重度干旱时,长柄扁桃和沙柳WUE在不同质地土壤间具有显著差异(p<0.05)。壤土中长柄扁桃生长优于砂土,而沙柳则相反。因此,黄土高原植被恢复与生态建设过程中不仅应根据土壤水分状况选择造林树种,还应考虑植物在不同质地土壤上对干旱胁迫的不同响应。

黄土高原2种典型灌木地土壤水分有效性及其影响因素

为确定土壤质地对旱生植物长柄扁桃(Amygdalus pedunculata Pall)和沙柳(Salix psammophila)幼苗不同生理指标水分有效性的影响,采用盆栽控水试验,研究了黄土高原2种典型质地土壤(砂土和壤土)下长柄扁桃和沙柳幼苗不同生理指标随相对土壤含水率(土壤含水率占田间持水率的比值)的动态变化。结果表明:2种质地土壤下长柄扁桃和沙柳幼苗各生理指标相对值在相对含水率降低至土壤水分阈值之前保持相对稳定,低于此阈值时随相对含水率的降低而迅速下降,且均可用非线性连续函数来拟合(R^2=0.890 5~0.986 4)。2种植物土壤水分有效性因选取指标的不同而略有差异,当以瞬时气体交换指标(相对净光合速率RPn和相对气孔导度RGs)为评价指标时,砂土水分有效性高于壤土;当以相对水分利用效率RWUE为评价指标时,壤土水分有效性高于砂土。瞬时气体交换指标(RPn和RGs)的水分阈值高于日变化指标(相对日蒸腾速率RTd),表明土壤质地和时间尺度均会影响植物生理指标对土壤水分有效性的响应。因此,在黄土高原进行植被恢复与生态建设时应考虑土壤质地对植物水分有效性的影响。

不同土质条件下土壤水分对长柄扁桃生理特性的影响

长柄扁桃是蔷薇科(Rosaceae)扁桃属(Amygdalus)的落叶灌木,被广泛应用于西北旱区荒漠化防治。【目的】探讨不同土质条件下长柄扁桃对水分胁迫的响应特征,为西北旱区因地制宜进行长柄扁桃人工林建设提供参考。【方法】以黄土高原北部典型壤土和砂土为供试土壤,设置5种水分处理分别为(90%±5%)FC(田间持水率)、(75%±5%)FC、(60%±5%)FC、(45%±5%)FC和(30%±5%)FC,研究了不同质地土壤和水分条件下长柄扁桃生长季内净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、叶片水势(Ψw)及蒸腾耗水量(W-Tr)的动态变化规律。【结果】随着土壤含水率的降低,不同质地土壤中长柄扁桃生长季内Pn、Gs和W-Tr均呈先上升后下降的趋势,而Ψw呈下降趋势。同一水分处理下,长柄扁桃不同时期Pn、Gs、Ψw及W-Tr在不同质地土壤间均表现出显著差异,但这种差异在不同水分条件下表现不同。高水分处理下(>60%FC),长柄扁桃生长季内Pn、Gs、W-Tr均表现为壤土高于砂土,而低水分处理下(<60%FC),Pn、Gs、W-Tr表现为砂土高于壤土。【结论】长柄扁桃在不同质地土壤中对水分胁迫的响应不同,随着水分胁迫的加剧,长柄扁桃更适宜在砂土中生长。

毛乌素沙地不同地下水位埋深下土壤水补给特征及影响因素

土壤水分是毛乌素沙地植被恢复与生态重建的关键因子,揭示不同地下水位(Groundwater Level,GWL)埋深下土壤水的补给与转化特征对于提高水资源利用效率和植被可持续建设具有重要意义。试验通过定期测定毛乌素沙地东南缘圪丑沟流域沙柳(GWL范围253~260 cm)、樟子松(GWL范围87~93 cm)和长柄扁桃林地(GWL范围172~176 cm)降水、土壤水及地下水δ2H和δ^(18)O,分析了不同GWL埋深下3种林地土壤水补给特征及其影响因素。结果表明:沙柳、樟子松及长柄扁桃林地土壤水δ2H和δ^(18)O均位于当地大气水线的下方,且3种林地土壤水线斜率(5.69~7.13)均小于当地大气水线斜率(7.79),表明各林地土壤水均在不同程度上受当地降水的补给。监测期间沙柳林地0~20 cm土壤水、樟子松和长柄扁桃林地0~40 cm土壤水均表现出重组分同位素贫化轻组分同位素富集的现象,且与降水同位素呈显著正相关关系(P<0.05),表明不同林地浅层土壤水(<40 cm)更易受降水补给的影响。不同林地深层土壤水(沙柳林地180 cm以下,樟子松林地60 cm以下,长柄扁桃林地120 cm以下)δ2H和δ^(18)O的均值与地下水接近,且随深度增加土壤水重组分同位素逐渐贫化并趋于稳定(变异系数<10%)。根据不同深度土壤水δ^(18)O和地下水δ^(18)O之间的相关关系,得出监测期间3种林地(沙柳、樟子松和长柄扁桃林地)地下水向上补给土壤水的深度范围分别为73~80、27~33和52~56 cm。因此,毛乌素沙地浅层地下水对深层土壤水的补给可在一定程度上缓解旱季土壤水分亏缺,为保障该区人工固沙植被生长提供潜在的水分来源。

沙地濒危植物长柄扁桃生物学特性与抗逆性及应用综述

揭示长柄扁桃生物学特性与抗逆性机理并提高其在荒漠化治理中的生态效益和经济效益,是实现西北旱区荒漠化治理可持续发展和提升生态脆弱区生态系统服务功能面临的重要科学问题。本文回顾了长柄扁桃研究所取得的进展,包括建立了长柄扁桃快速育苗和无灌溉水栽培技术,揭示了不同地区长柄扁桃生长规律及其对逆境的适应性,推进了长柄扁桃在荒漠化治理中的应用及其产品开发等;在此基础上,提出了长柄扁桃研究面临的机遇和挑战,包括长柄扁桃的适生土壤类型与耗水量,不同地区长柄扁桃的合理种植密度及其调控和管理措施,长柄扁桃抗逆性机理及其产品开发与高值综合利用等,以期为我国在西北地区推广和建设长柄扁桃林、优化水土资源管理和提高脆弱生态系统的服务功能提供科学依据。

毛乌素沙地东南缘人工林樟子松根系吸水来源与影响因素

水资源短缺是我国西北旱区沙漠化防治和植被恢复重建的主要限制因子。揭示典型治沙植物根系吸水来源及其主控因子可为该地区科学治沙和水资源高效利用提供依据。本研究选取毛乌素沙地东南缘圪丑沟小流域樟子松人工林(18—20年)为研究对象,通过定期采集和测定植物木质部水及其各种潜在水源(降水、土壤水和地下水)的氢氧同位素组成(δ^(2)H和δ^(18)O),结合多元线性混合模型研究樟子松根系吸水来源、动态变化特征及其影响因素。结果表明:监测期间(6—11月)樟子松木质部水、降水、土壤水和地下水的δ^(2)H值变化范围分别为–69.95‰~–49.25‰、–144.81‰~–6.60‰、–83.62‰~–48.57‰和–65.63‰~–53.65‰,δ^(18)O值变化范围分别为–8.77‰~–8.21‰、–18.86‰~–2.07‰、–9.45‰~–6.54‰和–9.97‰~–8.26‰。雨季(7—9月)降雨量、土壤含水量和地下水位分别高于旱季(6月,10月和11月)24.8~90.10 mm,3.36%~8.40%和5~15 cm。樟子松根系在6月主要利用深层土壤水(>90 cm)(15.40%)和地下水(70.10%),7—9月逐渐转变为以吸收浅层土壤水(<80 cm)为主(61.03%),10—11月随着降雨量减少,深层土壤水(>70 cm)和地下水对樟子松根系吸水的贡献比雨季(7—9月)分别增加5.82%~28.00%和20.64%~23.30%。毛乌素沙地樟子松人工林根系吸水来源受土壤水分供耗和地下水位季节波动的共同影响。

青海高寒区不同土地利用方式下土壤持水能力及影响因素

选取青海省东部550 km南北样线上农、林、草地3种土地利用方式,通过测定不同深度(0~10 cm,10~20 cm,20~30 cm)土壤最大持水量(MC)、毛管持水量(CC)、田间持水量(FC)及土壤基本理化性质,分析了不同土地利用方式下土壤持水能力变化特征及其影响因素。结果表明:(1)林地和草地0~30 cm土壤MC、CC、FC均值分别为526.83 g·kg^(-1)、469.75 g·kg^(-1)、408.29 g·kg^(-1)和506.17 g·kg^(-1)、446.37 g·kg^(-1)、384.89 g·kg^(-1),显著高于农地306.62 g·kg^(-1)、254.25 g·kg^(-1)、227.12g·kg^(-1)(P<0.05)。(2)林地与草地土壤持水能力(MC、CC、FC)随土层深度增加而逐渐降低,而农地由于压实作用0~30 cm土壤持水能力无明显变化规律。(3)主成分分析结果表明:土壤容重、孔隙度和颗粒组成对农、林、草地土壤持水能力(MC、CC、FC)的累积贡献率高达79.07%~94.79%。(4)冗余分析结果表明:不同环境因子对农、林、草地土壤持水能力的解释量由大到小为:年均蒸发量、海拔、年均降雨量和纬度。研究结果可为高寒地区不同土地利用方式下土壤质量评估和水分管控提供依据。

黄土高原不同土质和植被类型下Cl^(-)运移特征及影响因素

为确定不同土质和植被类型下溶质运移特征及影响因素,采用垂直土柱易混置换法,研究了陕北六道沟和圪丑沟流域不同土质(砂土S、壤土L)和植被类型(乔AR、灌SH、草GR)下Cl^(-)运移特征。结果表明:Cl^(-)初始穿透时间(TS:12~80 min)、完全穿透时间(TE:75~480 min)、平均孔隙水流速(V:0.52~1.98 cm·h^(-1))和水动力弥散系数(D:0.75~2.55 cm2·h^(-1))均随土壤质地、植被类型和土层深度而发生变化。0~20 cm土层Cl^(-)的TS和TE最小,随深度增加而增大,V和D则相反。同一质地不同植被类型条件下0~1 m剖面中Cl^(-)的V和D均值表现为:S-AR> S-GR> S-SH和L-AR> L-SH> L-GR,TS和TE则相反,这是由于砂土和壤土中不同类型植物根系生物量剖面分布具有显著差异,进而影响大孔隙数量、孔隙连通性密度和优先流路径。同一植被类型不同质地土壤0~1 m剖面中Cl^(-)的V和D均值表现为:S-AR> L-AR;S-SH> L-SH;S-GR> L-GR,TS和TE则相反,这是由于土壤机械组成影响孔隙分布状况,砂土中大孔隙数量多且孔隙连通性密度高,有助于形成优先流,而壤土中细小孔隙所构成的复杂孔径及带电团聚体对离子的吸附作用会阻碍Cl^(-)运移。容重、大孔隙数、孔隙连通性密度、有机碳含量和颗粒组成均与V,TS和TE显著相关,表明土壤性质显著影响不同土质和植被类型下Cl^(-)运移特征。上述结果可为黄土高原不同质地土壤人工植被合理布局与配置,降低养分流失风险,提升生态系统服务功能提供参考。

青海省东部不同土地利用方式下土壤饱和导水率分布及其影响因素

研究高寒地区土壤饱和导水率分布特征及其影响因素可为评估脆弱生态系统水源涵养能力和构建区域水文模型提供参数。通过测定青海省东部南北样线24个样点(0—30 cm)土壤基本理化性质和饱和导水率(K_(s)),分析了不同土地利用方式下K_(s)分布特征及其影响因素。结果表明:K_(s)均值表现为林地(1.89 cm/h)>草地(1.62 cm/h)>农地(1.4110 cm/h),其中农地K_(s)(0.10~3.92 cm/h)随着土层深度增加逐渐减小,而林地(0.28~7.69 cm/h)和草地K_(s)(0.10~5.34 cm/h)随土层深度增加表现为先增加后减小。不同利用方式下K_(s)均与pH、容重、孔隙度、黏粒含量、有机质含量及饱和含水量显著相关(P<0.05)。利用多元回归分析获得了农地以总孔隙度、非毛管孔隙度和饱和含水量为输入因子的K_(s)传递函数,林地以毛管孔隙度和非毛管孔隙度为输入因子的K_(s)传递函数和草地以容重、非毛管孔隙度和饱和含水量为输入因子的K_(s)传递函数。研究结果可为其他高寒地区不同土地利用方式下K_(s)的模拟和预测提供参考。

毛乌素沙地圪丑沟小流域沙柳水分利用来源研究

为探究毛乌素沙地典型治沙植物根系吸水来源及其影响因素,通过测定毛乌素沙地圪丑沟小流域沙柳(Salix psammophila)(18~20年)木质部水及其各种潜在水源(降水、土壤水和地下水)的氢氧同位素组成(δD和δ^(18) O),利用多元线性混合模型(IsoSource)研究沙柳水分来源的季节变化特征及其影响因素。结果表明,监测期间(6-11月)沙柳木质部水、降水、土壤水和地下水的δD值变化范围分别为-82.41‰~-52.91‰,-144.81‰~-6.60‰,-96.94‰~-42.65‰和-86.42‰~-71.82‰,δ^(18) O值变化范围分别为-10.77‰~-7.29‰,-18.86‰~-2.07‰,-12.85‰~-0.79‰和-10.86‰~-9.74‰。雨季(7-9月)降雨量和土壤含水量分别高于旱季(6,10,11月)24.80~90.10 mm和0.95%~1.84%,但6-9月地下水位却低于10-11月2~7 cm。沙柳根系在旱季6月主要利用深层土壤水(>200 cm)(33.70%)和地下水(26.20%),雨季(7-9月)逐渐转变为以吸收浅层土壤水(<200 cm)为主(50.70%~54.00%),10-11月由于气温降低、降水减少及沙柳生命活动减弱,浅层土壤水(<200 cm)对沙柳根系吸水的贡献高于雨季(7-9月)35.20%~40.00%,而地下水对沙柳根系吸水的贡献显著降低(<5.00%)。因此,沙柳根系对于毛乌素沙地季节性干旱具有较强的适应和调节能力,其吸水来源随降雨量、土壤含水量和地下水位季节波动而变化。