梭梭(Haloxylon ammodendron)生理与个体用水策略对降水改变的响应

随着全球变化的加剧,降水改变正导致荒漠生态系统中植物用水策略的适应性变化;对降水变化响应的种间差异性影响着荒漠植物群落组成。研究将生理生态与个体形态尺度相结合,调查中亚荒漠关键种梭梭Haloxylon ammodendron对降水变化导致的自然生境中水分条件改变的响应与适应。实验于2005年生长期开展,在古尔班通古特沙漠南缘原始盐生旱生荒漠中设置3个降水梯度(自然、双倍和无降水);观测并比较不同降水条件下光合作用、蒸腾作用、叶水势、水分利用效率、地上生物量累积和根系分布的变化。结果表明,梭梭主要利用降水形成的浅层土壤水维持生存;有效的形态调节和较强的气孔控制是其维持光合能力以及适应降水变化的主要机制;降水增多对其产生正效应,预示着梭梭可能在未来种间竞争和群落演替中占有优势。

3种荒漠灌木的用水策略及相关的叶片生理表现

以新疆古尔班通古特沙漠南缘原始盐生旱生荒漠的3种建群灌木多枝柽柳(Tamarixramosissima)、梭梭(Haloxylonammodendron)和琵琶柴(Reaumuriasoongorica)为对象,跟踪自然降雨过程,利用LI-6400光合作用系统和Model3005植物水分压力室测定光合作用和叶水势的变化,以研究浅层土壤水分条件改变对荒漠灌木主要叶片生理特征的影响;并在原始生境中将植株根系完整地深挖取出,进行根系形态结构调查,以确定此3种灌木根系功能型与用水策略。当浅层土壤分别处在水分充足及匮缺的条件下时,测定3种灌木的光合作用响应曲线和日过程曲线,以及黎明前和正午叶水势,结果表明:浅层土壤水分状况变化时,3种灌木的光合能力均没有显著改变;多枝柽柳的叶水势亦没有明显波动;而梭梭和琵琶柴的叶水势却表现出显著差异。在两种功能型根中,多枝柽柳为深根型,生存和生理活动的维持主要依赖于地下水;而梭梭和琵琶柴为非深根型植物,主要水源是降水形成的浅层土壤水,其用水策略是根据水分条件有效调节根系和冠层生长,从而维持正常的光合作用。即荒漠灌木在长期适应的过程中,已形成不同的根系功能型和用水策略;叶水势对浅层土壤水分状况变化的种间差异性响应在一定程度上反映了这一点。同时,此3种荒漠灌木通过不同的个体适应策略都能够实现水分平衡和碳收支的有效调节,这主要体现为浅层土壤水分条件变化时光合响应的种间一致性。

稳定性氢氧同位素在植物用水策略中的研究进展

作为一种新的分析方法和示踪手段,稳定同位素技术近20多年来在植物生态研究中得以快速发展。系统介绍了稳定性氢氧同位素在植物用水策略研究中的最新进展,着重对该技术在确定不同生境下植物用水策略、区分不同功能群植物水分来源、植物水分再分配及指示环境气候信息等研究中的应用及前景作了阐述。

不同树龄小叶锦鸡儿干旱降水过渡时期用水策略研究

在阿古拉生态水文试验区的固定沙丘上选取了两组具有代表性的3、5和9年生小叶锦鸡儿灌丛,采用氧稳定同位素技术,在连续15d内比较了干旱、两次降水后(15.6、33.1mm)灌丛内距离基茎3等分点及边缘处土壤水、降水与植株木质部水的δ18 O值,研究了小叶锦鸡儿从干旱到雨后的用水模式变化,同时结合不同位置根系密度和灌丛内不同位置水分动态分析其变化原因。结果表明:小叶锦鸡儿在干旱条件下主要靠减少体内水量损失来维持生存而非利用深层土壤水,可能会将表层凝结水作为用水来源;雨后1d内3种小叶锦鸡儿植物水δ18 O值均趋向降水,3d内3、5年生小叶锦鸡儿植物水δ18 O值变化显著,9年生则基本不变;雨后5d内10~60cm为3种树龄小叶锦鸡儿的主要吸水层位,0~10cm土壤水不是稳定的用水来源,3、5年生小叶锦鸡儿灌丛1/3处和边缘处及9年生边缘处水会优先被利用;随树龄增加小叶锦鸡儿的浅根系密度显著增大使其能有效利用降水,但灌丛下深层土壤水补给愈发困难,不利于地区水文平衡。建议人为控制大树龄小叶锦鸡儿的分布密度。

基于AutoCAD的用水调度策略演示及信息管理系统

介绍了一个用水调度策略演示和信息管理系统的框架结构和关键技术。该系统基于AutoCAD平台,使用了AutoDesk公司提供的二次开发工具ObjectARX和ADO数据库连接技术,能够根据数据库中的数据运用用水调度策略,以动画的形式表现用水区的用水调度过程。

湖泊水资源量质耦合态下宏观用水优化——以太湖流域为例

针对湖泊水资源配置管理中量质耦合现象,从水资源量质耦合状态分析入手,引入联合分布概率理论,构建基于水质与水量的Copula函数模型,揭示流域水资源"量"与"质"的内在耦合态,并在此基础上,基于IPCC提出未来情境仿真框架,以决策树理论从宏观角度开展太湖流域用水结构优化策略研究,提出逐步关停淘汰企业,建立循环经济实现产业升级的工业用水优化策略;通过采取新型种养殖模式提高农产品价格推动科学生产的方法来实现有机农业的农业用水策略;从低碳生活入手,做到一水多用,逐步改变生活方式的生活用水策略。

庐山不同海拔植物季节水分利用策略

为探讨在气候变化下不同海拔植物对水分的响应及植物适应性变化,选择庐山不同海拔自然演替中典型树种山鸡椒(Litsea cubeba)、蜡瓣花(Corylopsis sinensis)、山茶(Camellia japonica)和老鼠矢(Symplocos stellaris)为研究对象,采用氢氧同位素技术,基于Iso-source模型量化水源贡献比例。结果表明:(1)土壤水、植物水的δD值呈现不同的季节特征,表现为旱季δD值比雨季更加贫化;土壤水、植物水δD值的海拔效应不明显,土壤水δD值总体呈现出表层富集而深层贫化。(2)随着海拔升高,植物主要水分来源存在差异。在雨季,山鸡椒对表层(0—10 cm)土壤水分的比例呈现逐渐增加趋势,山茶对下层(30—50 cm)土壤水的比例逐渐增大,在旱季,蜡瓣花对表层土壤水的吸收比例逐渐降低。(3)植物的主要水分来源存在季节性差异,且不同海拔的同种植物表现不一。海拔1287 m区,雨季表层(0—10 cm)土壤水分对蜡瓣花的贡献率为68.50%,旱季仅占9.00%,而对山茶的贡献率从3.10%变为76.50%;海拔1078 m区,随雨旱交替,山鸡椒从均匀(0—50 cm)吸收土壤水变为优先利用表层(82.20%)给土壤水,蜡瓣花从主要吸收利用上层(0—20 cm,74.40%)土层变为均匀用水,山茶主要从深层转为上层(66.18%),老鼠矢从下层转向表层(86.40%);海拔884 m区,在雨季,山鸡椒、山茶、老鼠矢主要水分来源分别是10—40 cm(88.20%),40—50 cm(91.80%)和0—50 cm,但旱季均优先利用表层。(4)土壤表层水对山茶具有一定贡献,但其贡献比例比山鸡椒、蜡瓣花、老鼠矢低,40—50 cm土壤水是其主要来源,与其他树种保持协调生长;但其他3种树种存在一定的水分竞争,且不同海拔的竞争程度不一。综上所述,植物水分来源存在海拔差异、季节效应以适应不同环境因子的限制,山茶具有与山鸡椒、蜡瓣花、老鼠矢协同的水分利用模式,山鸡椒、蜡瓣花、老鼠矢三者间存在水分竞争,且在各个海拔的竞争程度不一。本研究对亚热带地区生态系统树种配置及保护、庐山植被生态水文耦合模型的建立提供科学的理论参考。

光合有效辐射与地下水位变化对柽柳属荒漠灌木群落碳平衡的影响

全球气候变化和人类活动的加剧,正导致古尔班通古特沙漠南缘原始盐生旱生荒漠地区的地下水位发生显著改变。大气污染导致该地区太阳辐射减少。以盐生荒漠建群种多枝柽柳(Tamarix ramosissima)为研究对象,选择地下水位在2.9?4.5m波动的典型原始生境,观测了生长期内光合有效辐射和地下水位变化时的光合作用、蒸腾作用和叶水势等生理活动的季节变化,调查了根系分布特征;并利用涡度相关系统测定了生态系统碳水通量,估算群落碳同化能力、蒸腾耗水量与叶面积指数的季节变化,旨在揭示光合有效辐射和地下水位等环境因素对柽柳属(Tamarix)荒漠灌木群落光合作用的影响。研究结果表明:降水造成的潜土层水分状况变化对多枝柽柳的碳平衡没有显著影响。深根系与气孔调节是多枝柽柳碳平衡适应荒漠环境水分状况的两个关键机制。特殊的气孔行为体现了多枝柽柳以高水分消耗为代价将其碳获取最大化的适应对策;多枝柽柳生理与群落尺度的水分平衡和碳获取均依赖于深根系获取的稳定地下水源,缓和的地下水位波动将不会扰动其现有的碳/水平衡,地下水位剧烈下降将危及多枝柽柳的生存。此外,光合有效辐射是另一个主要影响因素,与群落碳获取呈显著正相关关系。群落碳同化能力的季节变化是光合有效辐射和地下水位共同影响下光合作用物候学特征的体现。过度开采地下水和直接破坏原生植被的行为,将会严重地干扰多枝柽柳群落的生存,进而破坏该区域现有的生态水文过程。

梭梭对降水的响应与适应机制--生理、个体与群落水平碳水平衡的整合研究

水是荒漠生态系统的首要限制因素。近20年来全球气候变化以及人类活动的加剧,导致古尔班通古特沙漠南缘原始盐生旱生荒漠地区的降水与地下水位正在发生显著的改变;这些改变正导致荒漠植物用水策略的适应性变化,其种间差异性影响着荒漠植物群落组成与生态系统碳水平衡。本研究以中亚荒漠关键种梭梭Haloxylon ammodendron为对象,在生理生态、个体形态与群落尺度整合研究两个优势种对自然生境水分条件改变的响应与适应。实验于2005-2006年生长期开展,在地下水位于5.2-7.9m之间波动的典型原始生境,追踪自然降水过程并设置人工降水梯度。观测生境水分条件变化时光合作用、蒸腾作用、叶水势和瞬时水分利用效率等生理活动的响应;研究根系分布和地上生物量累积等个体形态特征的适应性改变;利用涡度相关系统测定群落碳水通量,从而揭示不同尺度上梭梭的用水策略和碳同化维持机制。实验数据表明,梭梭主要利用降水形成的浅层土壤水维持生存;极为有效的形态调节和较强的气孔控制是其维持光合能力以及适应降水变化的主要机制;适量增多且在生长期内均匀分布的降水可对其产生明显正效应,这预示梭梭可能在未来种间竞争和群落演替中占有优势。本研究表明,应对环境水分胁迫与改变,荒漠植物具有高效的自我协调与适应能力,不同水平调节适应机制之间存在内在协调性;生理、个体、群落尺度整合研究是了解全球变化背景下生态系统过程与植物适应性的有效途径。

总量控制约束下区域用水结构调控策略及动态模拟

在既定水资源供给下,通过调控区域用水结构,提高用水效率与效益,使经济社会发展与用水总量限制的水资源约束相适应,是目前区域经济社会发展面临与亟待解答的关键科学问题。选择若干指标定量描述用水系统与社会经济系统耦合关系的基础上,以国民经济部门划分和用水主体划分相结合的方式,细化第一、二、三产业、生活和生态用水指标,建立了江苏省用水结构与产业结构、用水需求与经济社会发展指标互动反馈的模拟调控的系统动力学模型。在对当前发展模式下的江苏省用水总量发展趋势模拟预测分析基础上,选择对系统影响显著的参数作为调控变量,设计了5种对比情景,动态模拟水资源供求变化和用水结构变化情况,提出了江苏省用水总量控制下用水结构调控方案和对策,为区域落实最严格水资源管理制度提供决策依据。

固原市原州区高效节水农业发展建议

由于特殊的地理环境影响,加之气候条件等不利因素的制约,宁夏固原市原州区水资源短缺状况一直存在。而近年来随着时代的发展,用水量急剧增加,加之不合理的耕种习惯,使固原市原州区的水资源矛盾日益凸显,其中固原市原州区的农业用水呈现出浪费严重、利用率低下等特点,急需重视水资源的合理利用问题。鉴于此,本文结合实际就固原市原州区如何发展高效节水农业进行简要探析。