毛乌素沙地黑沙蒿与赖草凋落物混合分解对增温的短期响应

植物凋落物分解过程受环境和生物因素共同调控,而气候变暖如何改变凋落物分解的物种混合效应仍存较大不确定性。采用开顶式增温箱和分解袋相结合的方法,研究增温对毛乌素沙地黑沙蒿、赖草以及两者的混合凋落物分解前150d质量损失和养分释放的影响。结果表明:增温导致赖草凋落物质量、C、N、P、纤维素和木质素残留率分别下降7%,7.6%、12%、8.8%、20%和10%,黑沙蒿凋落物质量、P和木质素残留率分别上升2.2%、2.2%和0.8%,C、N和纤维素残留率分别下降1.1%、2%和2.5%。与单独分解相比,混合凋落物质量、C、P、纤维素和木质素残留率分别上升7.7%、8.2%、4.1%、3.9%和5.9%,N元素残留率下降4.1%,增温导致混合凋落物质量、C、N、P、纤维素和木质素残留率分别上升16.9%、18.8%、11.4%、18.5%、21.5%和21.1%。黑沙蒿和赖草凋落物混合在前期分解过程中产生了拮抗效应,即相比于单种凋落物分解具有更低的质量损失;此外,增温处理下拮抗效应更强。本研究表明,在气候变化和植被恢复背景下,预测毛乌素沙地灌丛生态系统的生物地球化学循环时,应该考虑气候变暖和物种混合的交互因子对凋落物分解的影响。

北京松山林下典型灌木绣线菊光、水利用效率的季节动态及其对环境因子的响应

[目的]植物资源利用效率是反映植物对环境条件适应性的重要指示指标,是气候变化生态学领域的研究热点,因此对林下灌木物种光能利用效率(LUE)和水分利用效率(WUE)的环境调控机理需进一步明晰。[方法]以北京松山天然阔叶林下典型灌木绣线菊(Spiraea salicifolia)为研究对象,于2019年6月至9月完全展叶期开展原位叶片光合测定和同步环境因子的连续观测,分析了绣线菊LUE和WUE的变化特征及其对环境因子的响应。[结果]LUE和WUE具有较为明显的季节变化特征,其中LUE随着光合有效辐射(PAR)和空气温度(Ta)的变化呈现逐渐增大的趋势,季节平均为0.03 mol/mol;WUE随PAR和空气饱和水汽压差(VPD)的变化呈现先增大后减小的趋势,季节平均为8.32μmol/mmol。PAR和Ta是影响LUE变化的主要因子,分别为指数和线性负相关;PAR和VPD是影响WUE变化的主要因子,均与WUE呈线性负相关,其中VPD通过影响气孔导度(gs)限制叶片蒸腾,从而影响WUE;LUE、WUE的季节变化和土壤含水量(SWC)均无显著相关性。LUE与WUE对环境因子存在趋同响应关系。[结论]研究初步确定光合有效辐射、空气温度和空气饱和水汽压差是研究区林下灌木绣线菊资源利用效率的主要限制因子,而非土壤水分;林下灌木绣线菊在有限资源条件下呈现资源保守策略,具体表现为在光能受限的条件下能够最大限度地使用光能进行光合作用,从而具备较高的光能利用效率。

穿沙公路沙柳防护带平茬恢复期辅助沙障设置模式优选

为防止穿沙公路路侧地表和路面在沙柳防护带平茬恢复期内被风蚀和沙埋,设置纱网沙障予以防护,并探究其发挥阻、输沙能力的最优设置模式。在沙柳防护带迎风侧,设置不同距离和角度的纱网沙障,对各模式下的风速和输沙率进行观测,计算粗糙度并分析。研究结果表明:设置距沙柳防护带不同距离的纱网沙障,风速流场等值线分布不同,其中距离为3倍障高时风速降低和恢复的速率较其他两个距离更快,且风速衰减幅度最大点所对应位置在沙柳防护带范围内;沙柳防护带内地表粗糙度均大于旷野(7.33倍以上),设置角以45°为最优;减少输沙率随纱网沙障设置角度的增加而减小,且均大于88.08%,距离为3倍障高时各角度减少输沙率均值为89.14%,对近地表风沙流控制效果最为明显。综合对比分析,纱网沙障最优设置模式为:沙柳防护带迎风侧3倍障高处,与地面夹角45°。

毛乌素沙地沙柳枝条茎流特征

为探究沙柳(Salix psammophila)茎流速率和日蒸腾量的变化规律以及环境因子对沙柳茎流速率的影响,选取1龄(1a)、2龄(2 a)和3-5龄(3-5 a)沙柳单枝为研究对象,采用基于热平衡原理的包裹式茎流仪EMS 62和HOBOU30小型气象站对沙柳的茎流速率及其周围的气象因子进行连续同步观测,分析沙柳茎流日变化及气象因子对茎流速率的影响。结果表明,不同天气条件下,不同林龄沙柳的日茎流速率变化规律基本一致,均呈"几"字形曲线。沙柳茎流与太阳辐射(R)、空气温度(t)和水气压差(vp)的变化具有不同步性,两种天气下,夜晚均存在茎流但是白天茎流启动时间不一样。晴天沙柳枝条日累积茎流量表现为3-5 a>2 a>1 a,三者间差异显著;雨天条件下日累积茎流量大小顺序为2 a>3-5 a>1 a,三者间差异不显著。在不同天气情况下,1a和2a沙柳枝条日累积茎流量相差较大,3-5a沙柳日累积茎流量相差较小。沙柳茎流速率与R、t、vp呈显著正相关(P<0.05),与空气相对湿度(RH)呈显著负相关(P<0.05),与风速(ws)相关性模糊;除风速外,沙柳茎流速率与其他气象因子的相关性在晴天条件下的解释效果优于雨天。两种天气情况下,3-5 a沙柳的茎流速率对气象因子更为敏感,且沙柳茎流速率与气象因子均可建立关系模型。文章通过对沙柳茎流的研究,可为确定沙柳合理种植密度等提供参考依据。

基于防风效益的毛乌素沙地沙柳灌丛平茬方法优选

针对当前毛乌素沙地沙柳灌丛衰退问题,设计维持丛状结构特征可持续的生态平茬方法,研究不同平茬方法下沙柳灌丛的风场结构与防风效益,为今后毛乌素沙地沙柳生态平茬提供理论指导。试验设定6种平茬强度(0、0.2Ф、0.4Ф、0.6Ф、0.8Ф、1.0Ф,Ф为灌丛蓬径),3种平茬模式(模式A:按平茬强度沿主风向从灌丛迎风面向背风面平茬、模式B:按平茬强度沿主风向从灌丛两侧向中间同时平茬、模式C:按平茬强度沿主风向从灌丛中间1/2处同时向两侧平茬,下同)来维持灌丛结构的可持续存在,分析平茬后灌丛保留结构的自身形态参数和防风效益的关系,并依此选出最优平茬方法。试验结果表明:平茬强度在0～0.4Ф范围内,模式A和B的灌丛形态参数和防风效益指标均无显著变化,但模式B防风效益优于模式A;而强度为0.6Ф及以上,3种平茬模式下,背风面的风速降幅均明显减小,防风距离逐渐缩短,与原灌丛防风效益差异显著,强度为0.4Ф是防风效益发生突变的临界点。对防风效益影响最大的形态参数是疏透度。研究得出合理的平茬方法为:沙柳灌丛以模式B进行平茬,平茬强度为0.4Ф。

平茬周期对沙柳林地土壤孔隙结构分形特征的影响

为揭示毛乌素沙地不同平茬周期的人工沙柳林地土壤孔隙的分形特征,阐明平茬周期对沙柳林地土壤孔隙结构特征的影响,以平茬周期为3、5、7 a进行定期抚育的沙柳林地土壤为研究对象,通过低温氮气吸附试验研究了不同平茬周期沙柳林地0~50 cm土壤的孔隙结构参数及等温吸附曲线,采用Frenkel-Halsey-Hill模型计算孔隙表面的分形维数,分析了林地土壤各孔隙结构参数之间的关系以及孔隙表面分维数与各孔隙参数之间的关系。结果表明:(1)该研究区的林地土壤孔径以中孔(2~50 nm)为主,有少量的微孔(≤2 nm)和大孔(≥50 nm);(2)不同平茬周期的沙柳林地土壤孔隙结构分形特征明显,分形维数范围为2.497 1~2.779 7,平均为2.684 9,可较好地描述林地土壤孔隙表面和孔隙结构的分形特征;(3)不同平茬周期下林地土壤分形维数与各孔隙结构参数有密切关系,分形维数越大,孔隙表面越粗糙,不规整程度越高;(4)植被的平茬影响其再生复壮,针对沙柳为主要防风固沙树种的毛乌素沙地,平茬周期为5 a时较适宜林地土壤发育并保持结构稳定。可见合理的平茬周期有利于当地人工林的生长和土壤稳定发育,因此,研究结果可为当地沙柳人工林的管理和经营提供理论指导,促使沙柳人工林达到预定的生产经营目标。

毛乌素沙地沙柳人工林最优平茬周期的确定

针对毛乌素沙地沙柳人工林衰退问题,从防风固沙角度探讨沙柳林最佳平茬周期,为今后平茬作业提供理论依据。以毛乌素沙地丘间低地沙柳人工林为研究对象,测定平茬后不同林龄沙柳林林内粗糙度和风速廓线与林后沙丘迎风坡粗糙度,分析确定出兼顾沙柳特殊平茬生态学特性和防风固沙效益的最佳平茬周期。试验结果表明:沙柳在平茬后第4 a,林内粗糙度呈现最大值,地表比较稳定,之后开始出现下降趋势;沙柳林林后沙丘迎风坡的粗糙度在平茬后初期,地表粗糙度低于起沙时粗糙度,易发生风蚀现象,之后随着沙柳的生长,平茬后第3 a开始,林后7H(H为沙柳平均高度)内地表粗糙度均大于起沙时粗糙度,沙柳林对林后迎风坡防护效果较好,而4 a后,沙柳林防风能力下降,地表粗糙度下降,地表抗风蚀能力减弱。研究得出沙柳林最优的平茬周期为4 a。

EDI内阻高问题在全膜法水处理中的分析及处理

通过对电去离子EDI电压高、电流低问题的处理,分析进水水质特别是有机物、硅对EDI膜块的影响。结果表明,当有机物含量>0.5×10-6mg/L、硅含量>0.2×10-6mg/L时,会加速EDI膜块的污染,导致内阻升高、产水水质下降。通过对反渗透系统的优化调整,改善EDI的进水水质,确保全膜法水处理系统发挥最大能效。

毛乌素沙地黑沙蒿水分利用效率环境调控:从叶片到生态系统

水分利用效率(WUE)是预测气候变化对生态系统碳、水循环过程的关键指标。以往研究多从单一观测尺度对WUE响应环境的变化进行探究,鲜有研究对不同观测尺度WUE如何响应环境进行论述,这限制了对跨尺度碳水循环的深入理解。本研究选取毛乌素沙地优势种黑沙蒿群落,于2022年6—10月,利用固定样地测定与原位连续监测方法对黑沙蒿的光合与蒸腾特征进行观测,分析黑沙蒿叶片、冠层和生态系统水分利用效率季节特征及其环境影响因素。结果表明:叶片水分利用效率(WUE_(L))与冠层水分利用效率(WUE_(T))和生态系统水分利用效率(WUE_(E))的季节变化差异明显。WUE_(L)在6月较大,在8、9月较小,波动范围为0.73~2.98μmol·mmol^(-1);WUE_(T)和WUE_(E)在6月最小,在7、8月最大,波动范围分别为0.10~7.00和0.06~6.25μmol·mmol^(-1)。WUE_(L)与气孔导度呈显著负相关;WUE_(T)与冠层导度和土壤含水量呈显著正相关,与饱和水汽压差呈显著负相关;WUE_(E)与10 cm土层土壤含水量(SWC_(10))呈显著正相关。结构方程模型表明,SWC_(10)和空气温度通过调节气孔导度影响净光合速率和蒸腾速率进而影响WUE_(L);饱和蒸气压差和SWC_(10)通过调节蒸腾速率对WUE_(T)产生影响;土壤含水量、空气温度和饱和蒸气压差通过调节生态系统总初级生产力对WUE_(E)产生影响。未来碳水循环的模型拟合应充分考虑环境因子对不同观测尺度WUE的影响路径与强度。

增温对毛乌素沙地黑沙蒿和赖草凋落叶混合分解的调控具有时间依赖性

气候变暖通过改变植物凋落物产量、质量以及分解者组成和活动来影响分解过程,从而调控生态系统的物质循环。在干旱、半干旱区,气候变暖对混合凋落物分解的影响仍不清楚。本研究利用开顶式增温箱和分解袋法,分析毛乌素沙地黑沙蒿和赖草混合凋落物在450 d分解过程中质量损失和养分的动态变化。结果表明:凋落叶对增温的响应存在种间差异,增温促进了赖草凋落叶的质量损失和N、P释放,抑制了黑沙蒿凋落叶的质量损失、P释放,但促进了N释放。黑沙蒿和赖草凋落叶混合会抑制分解,增温加强了混合分解的拮抗效应,使混合凋落叶总质量损失减少9%,N和P释放量分别减少4.9%和12.6%。增温处理下混合凋落物质量损失和P释放的拮抗效应随时间逐渐加强,分解150 d时N释放从协同变为拮抗效应。黑沙蒿和赖草凋落叶混合分解产生的非加性效应受温度和时间共同调控,未来的混合凋落物分解研究应该考虑温度和时间的交互作用。

不同时间尺度下环境因子与沙柳茎流关系的差异研究

为揭示环境因子对沙柳茎干液流的影响是否存在时间尺度差异,对毛乌素沙地沙柳茎流及环境因子(太阳辐射RA、降雨量P、空气温度T、空气湿度RH、空气温度ST和土壤含水量SW)进行持续6个月的同步观测。结果表明:在月尺度下,ST和SW是茎流变化的主要影响因子,ST单独能解释87.9%的茎流变化,两者综合能解释93.0%;T、ST和RA在日尺度下对茎流变化影响最大,T能解释茎流变化的51.5%,三者共同解释62.2%;小时尺度下,茎流变化受较多环境因子共同影响,但气象因子占主导作用。随时间尺度由大到小,对茎流变化的主导因子由少变多,由土壤因子向气象因子再向综合环境因子过渡。大时间尺度上监测土壤因子可以估算出沙柳的蒸腾耗水量,较小时间尺度上由环境因子推测出的茎流变化不够准确,宜采用仪器直接测定。

毛乌素沙地沙丘不同固定阶段黑沙蒿叶性状特征

半干旱地区沙丘固定过程中的植物叶性状的动态研究对于揭示该地区沙生植物对环境变化的生态适应策略具有重要意义。该研究选择毛乌素沙地沙丘4个不同固定阶段(半固定沙丘、固定沙丘、土壤结皮固定沙丘和草本植物固定沙丘)典型沙生植物黑沙蒿(Artemisia ordosica)为研究对象,通过相关性分析、主成分分析及相似性分析等方法对黑沙蒿叶面积(LA)、比叶面积(SLA)、叶干物质含量(LDMC)和最大净光合速率(A_(max))等11个叶性状进行分析,探明黑沙蒿叶性状随沙丘逐渐固定的变化规律及叶性状间相互关系。主要结果有:(1)黑沙蒿LA和A_(max)在半固定沙丘阶段显著高于其他3个阶段;叶碳含量随沙丘逐渐固定呈现先显著升高后略下降的变化趋势;叶磷含量在半固定沙丘和土壤结皮固定沙丘阶段显著高于其余2个阶段,且在半固定沙丘阶段最高。这些叶性状的变化表明在半固定沙丘阶段黑沙蒿倾向于增强光合作用来提高生存能力。(2)在不同阶段,与植物光合能力相关的LA、SLA分别同反映物理防御结构的LDMC、叶组织密度间存在显著或极显著负相关关系。表明植物为适应环境,对叶片光合能力的投资会随物理防御结构投资的增加而降低。这也表明了植物在生长繁殖和增强防御能力之间存在一种“此消彼长”的权衡关系。(3)综合沙丘的4个固定阶段,与植物营养相关的叶化学性状同形态、生理性状间均存在显著相关关系;且随沙丘逐渐固定,黑沙蒿在资源权衡策略上存在从“快速投资-收益型”向“缓慢投资-收益型”变化的趋势。该研究结果进一步证实了沙生植物可通过叶性状与叶性状间相互关系优化其资源权衡策略,以此来适应环境变化。

北京松山落叶阔叶林生态系统水热通量对环境因子的响应

温带森林生态系统水热通量在多时间尺度上受各种生物物理因子的影响。该研究假设这些因子对水热通量的影响机制具有时间尺度分异性,通过涡度相关法(EC)于2019年全年对北京松山典型天然落叶阔叶林生态系统蒸散发(ET)、显热通量(H)、潜热通量(LE)、土壤热通量(G)、饱和水汽压差(VPD)、空气温度(T_(a))、光合有效辐射(PAR)、归一化植被指数(NDVI)及10 cm深度土壤水分(VWC)等要素进行原位连续监测,使用小波分析的方法分析了日、季节尺度上生物与非生物因子对生态系统能量分配与水汽交换的调控机制。主要研究结果:2019年松山天然落叶阔叶林生态系统年均波文比(β)为1.53。ET具有明显的季节变化特征,从第100天开始逐渐增加,7月达到峰值,第300天下降到最低水平。ET最大日累计值为5.01 mm·d^(-1),年累计值为476.2 mm,年降水量为503.3 mm。在日尺度上水热通量与VPD间滞后时间最短,为3.36 h。在季节尺度上与PAR间滞后时间最短,为8天。季节尺度上PAR通过VPD来对ET造成间接影响,而对β造成直接影响。该研究发现不同时间尺度上水热通量与环境因子间的时滞关系,为选择模型在不同时间尺度下北方温带落叶阔叶林生态系统过程的最佳输入参数提供科学支持。

黑沙蒿灌丛生态系统碳平衡对昼夜非对称增温的响应

探究黑沙蒿(Artemisia ordosica)灌丛净生态系统生产力(NEP)和碳利用效率(CUE)对昼夜非对称增温的响应,揭示碳平衡各组分对日间或夜间增温的相对敏感性,对于预测此类生态系统在气候变化条件下的碳源/汇属性及固碳能力是十分必要的。该研究基于涡度协方差观测数据进行模型参数化和验证,采用BIOME-BGC模型模拟不同增温情景,检验非对称增温如何影响NEP、CUE及其组分,包括:总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(Re)、自养呼吸(AR)、异养呼吸(HR)、维持呼吸(MR)、生长呼吸(GR)、净初级生产力(NPP)等。非对称增温方式包括:(1)延续历史升温趋势(1954-2020年)的昼夜非对称增温(日间增温1.2℃,夜间增温1.8℃);(2)日间或夜间单独增温(2、4、6℃)。主要结果:(1)与观测值拟合关系较好的指标包括GPP的逐日值和逐年值、Re的逐日值以及NEP的逐年值(决定系数:0.72-0.88;效率系数:0.72-0.79),拟合关系相对较弱的指标包括Re的逐年值和NEP的逐日值(决定系数:0.57、0.26;效率系数:0.46、0.12)。(2)所有增温情景对GPP、Re及其组分、NPP均呈促进作用。其中,GPP、Re、AR、MR对日间增温比对夜间增温更为敏感;NPP、HR、GR则对夜间增温更敏感。(3)在所有增温情景下,Re(约13%)和AR(约16%)的增幅均比GPP(约10%)更大,因此NEP和CUE呈下降趋势。并且NEP和CUE均对日间增温更敏感。(4)NEP和CUE在昼夜非对称增温情景分别下降了约68%和5%,对日间增温下降的幅度比夜间分别高约8%和1%。尽管有区域或全球尺度的研究认为增温会提高生态系统碳汇能力,但该研究结果表示增温抑制半干旱地区碳汇能力,这表明当前为减缓全球变暖所付出的努力是必要的。

往日情缘(外一篇)

朋友见我闷闷不乐,就送来一只小猫以娱情。刚送来那天,我怕它乱跑,便左封右堵,软禁在屋里,结果百密一疏,竟被它从窗户跑了,兵法有云:“备左则右寡,备右则左寡”,我是无所不备,自然无所不寡,心里惋惜不已。

客醉雪林心空明

一叶落而知天下秋。于是,我通常认为,直至第一片雪花飘落在掌心时,冬天才真正降临。所谓登山则情满于山,观海则意溢于海,入林前一定要清心寡欲,才能领悟大自然的独特风韵,否则你纵使踏遍林间的每一个角落,都仍徘徊在自然之外,不被接纳。