黑河下游额济纳绿洲植物群落特征与物种多样性研究

根据53个20 m×20 m样方调查资料,对黑河下游额济纳绿洲植物群落特征及物种多样性进行研究.结果表明：（1）调查样方的植物种类组成成分简单,科属组成较为分散.共有12科26属28种,以藜科、菊科为主,分别占21.43%和14.29%.种类优势现象明显,重要值〉10的物种主要有胡杨、梭梭、柽柳、白刺、沙拐枣、苦豆子等;（2）不同植物群落类型的物种多样性指数均较低,且存在较大差异.以重要值计算的Margalef丰富度指数（Rm）介于0.027 3~0.567 7,Simpson多样性指数（Ds）介于0.677 8~0.999 3,Shannon-Weiner多样性指数（H′）介于0.098 2~0.367 3,Pielou均匀度指数（J′）在0.078~0.383之间,表明荒漠绿洲植物群落的结构简单、组织水平低;（3）样方统计的物种多样性指数纬向变化没有经向变化趋势明显,Ds和H′的纬向变化在42.02°N附近存在一个明显的高值区,经向变化呈先增后减的趋势,J′纬向变化与Ds和H′变化趋势较为一致,经向变化趋势不明显,呈连续波动的复杂变化特征.

阿拉善荒漠地区近50年气候变化的多时间尺度分析

利用阿拉善地区1961-2005年的气温、降水实测资料,分析了不同时间尺度下年平均气温、年降水量序列变化的周期和突变点,揭示了阿拉善地区近50 a气候变化的多时间尺度特征,并根据主周期对未来气温和降水变化进行预测。结果表明:阿拉善地区的气温在20世纪80年代开始大幅度上升,突变点在1986年。80-90年代降水量很少,为干旱期,年降水量的突变点为1980年。根据气温和降水小波变换的主周期预测:未来阿拉善地区的气温可能升高,降水可能减少,即气候有暖干化的趋势。

黑河下游土壤水盐对生态输水的响应及其与植被生长的关系

生态输水作为一项改善黑河下游生态环境的人工输水工程,研究土壤水盐与地表植被对输水的响应对于下游植被的恢复与重建具有重要的理论和实践意义。以2001年和2010年野外土壤和植物样方调查资料为基础,探讨了黑河下游土壤水盐对生态输水的响应及其与植被生长的关系,结果表明:(1)输水后不同深度土壤含水率的增加幅度依次为:胡杨林>柽柳林>草地;(2)不同群落土壤含盐量的增加幅度依次为:苦豆子>柽柳>梭梭>胡杨;同时,土壤盐分主要以HCO-3和Na+为主的轻度盐化土向以SO24-、Cl-及Ca2+等为主的中度和强度盐化土转化;(3)以胡杨为例,土壤含水率小于6%时,密度和冠幅与土壤含水率呈正相关,但大于6%时,冠幅和密度分别介于40—70 m2和0.5—5株/100m2之间;同样,土壤水溶性盐含量小于1%时,密度和冠幅与土壤含水率呈正相关,但大于1%时,密度在0.5—5株/100m2之间,造成上述结果的原因更多是群落的一种"自然稀疏"现象。

CO_2浓度升高对极端干旱区多枝柽柳叶片水分利用效率的影响

采用美国Li-COR公司生产的LI-6400便携式光合作用测量系统,在2008和2009年生长季节对极端干旱区额济纳绿洲多枝柽柳(Tamarix ramosissima Ledeb.)叶片的净光合速率(Pn)与蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)随光照强度的变化。结果表明:胞间CO2浓度(Ci)随光照强度增强而减小;净光合速率(Pn)与蒸腾速率(Tr)均随光照强度增强而增大。在达到光饱和点后净光合速率(Pn)随光照强度增强而逐渐减小;水分利用效率(WUE)随光照强度增强呈先增大,达到最大值后又逐渐减小。蒸腾速率(Tr)和胞间CO2浓度(Ci)随CO2浓度升高而增大;净光合速率(Pn)和水分利用效率(WUE)在CO2浓度为200~600μmol/mol时随CO2浓度升高而增大,当CO2浓度升高至1 000μmol/mol时,水分利用效率(WUE)先增大后减小。

阿拉善雅布赖风沙区不同水分条件下白刺叶片的水分生理特征

对雅布赖风沙口固定沙丘(阳坡和阴坡)、丘间低地和对照(人工加水)4种生境中白刺的叶片水势(Ψs)、含水量(LWC)、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Cs)等进行了对比研究.结果表明:各生境下白刺叶片白刺叶片渗透势值分别为-3.11MPa,-2.02MPa,-1.34MPa和-1.21MPa;白刺叶片水势随生境土壤水势(Ψsoil)升高而增加,变化趋势为:固定沙丘<丘间低地<对照(p<0.01).叶片含水量随生活型及生境的变化与渗透势相似,而叶片渗透势与含水量呈显著正相关(p<0.01),与气孔导度呈显著的指数关系(p<0.01).0～2500μmol·m-2·s-1光强范围内,白刺的净光合速率随土壤含水量的增大而增大,蒸腾速率随光强的增高不断增大.白刺叶片平均水分利用效率在丘间低地土壤含水量为6.9%时达到最大值,因此,白刺的光能利用效率和水分利用效率都比较好的土壤含水量应该为7%左右.

极端干旱区沙枣叶片气体交换特性及其对CO_2浓度的响应

以额济纳的沙枣树为研究对象,用Li-6400便携式光合测定仪和便携式荧光仪于2013年6月测定了沙枣叶片净光合速率(Pn)的日变化及不同CO2浓度下(Ca)的光反应曲线,分析了沙枣的光合日变化特征及其净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和环境因子相互之间的关系,结果表明:沙枣的光合日变化呈双峰曲线,与气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)的日变化几乎相同,说明光辐射(PAR)的增强引起了沙枣光合对策的改变,光合午休可在一定程度上补偿净光合速率的降低;在光响应曲线中,沙枣叶片的净光合速率随光照强度增强而增大.在达到光饱和点后净光合速率随光照强度增强基本保持不变,且净光合速率随CO2浓度(Ca)升高而表现出逐渐增大的趋势;在不同CO2浓度下(Ca),沙枣叶片的光饱和点和表观量子效率随CO2浓度(Ca)的升高而逐渐增大,光补偿点则随CO2浓度(Ca)的升高基本保持不变,维持在65μmol/(m2·s)左右.

阿拉善地区气候时空变化规律研究

本文利用阿拉善盟各气象台站40年的观测资料,详细分析了降水、大风日数、沙尘暴等气候要素的时空变化规律,不仅为预测区域气候要素发展趋势提供基础资料,也为揭示区域环境演变规律和生态治理对策提供科学依据。

天山乌鲁木齐河流域山区降水δ^(18)O和δD特征及水汽来源分析

依据乌鲁木齐河流域山区3个站点实测次降水δ18O和δD数据以及气象观测资料,结合临近GNIP(Global Network of Isotopes in Precipitation)站点数据,对其降水δ18O和δD特征及水汽来源进行了分析。结果表明,大气降水中δ18O值波动范围大,但呈现明显的季节性变化:冬季降水δ18O较低,夏季降水δ18O较高。受流域山区气候和地理条件影响,从上游到下游各站点大气降水线截距和斜率均呈现逐渐减小趋势。大气降水中δ18O和δD与日均气温存在密切正相关关系,且温度与δ18O之间的相关性优于δD。降水中d-excess值也表现出季节性变化,冬季降水d-excess值高于夏季降水。利用HYSPLIT 4.0气团轨迹模型,得出夏季水汽主要来源西风环流输送,冬季受西风环流和极地气团共同影响。

黑河下游绿洲NDVI对地下水位变化的响应研究

本研究选取黑河下游核心绿洲区作为研究区域,通过对绿洲区植被变化和地下水位的长期监测,分析黑河下游绿洲植被与地下水位的关系;通过表面分析以及空间分析方法,探讨地下水位变化对绿洲植被的分布格局的影响,揭示绿洲植被变化对地下水位的响应。结果表明:额济纳地区2001年归一化植被指数(NDVI)值整体上小于1990年NDVI值,植被生长状况较1990年差;2009年河道附近绿洲区局部NDVI值增加,但大部分NDVI值仍小于1990年。相较2001年,2009年西河中上段河道附近植被有明显改善,西河下段植被仍呈现退化趋势,这主要与东西河分水措施有直接关系;东河上段河道附近绿洲呈现明显好转,东河中段变化不大,而东河下段植被面积略微增加,东居延海周围植被明显好于2001年。通过比较1990年、2001年和2009年地下水位与NDVI值的关系发现,地下水较为适宜的水位仍保持在2～4m之间,地下水位下降与植被退化或者植被盖度降低有直接关系。

基于地统计的额济纳绿洲地下水位埋深空间异质性研究

利用地统计学方法定量研究了额济纳绿洲地下水位埋深的空间异质性。结果表明:额济纳绿洲地下水位埋深分布有较大的空间异质性,地下水位埋深的理论模型为球体模型;额济纳绿洲地下水位埋深主要受结构性因子的影响;地下水位埋深的变程在22.6km左右。地下水位埋深的空间分布总体上表现为从南到北,从西向东逐渐增大的分布格局。局部分布上,在垂直河流方向地下水埋深呈两头深中间浅的"V"型结构,在平行河流方向地下水埋深呈逐渐变深的递增趋势。

土壤呼吸对不同来源水分响应的研究进展

土壤是陆地生态系统最大的碳源,也是最大的碳汇。土壤呼吸作为全球碳循环的一个重要组成部分,是调控全球碳循环和气候变化的关键过程,也是当前全球变化生态学研究的重要领域和碳循环中碳收支研究中的一个热点问题。水分是土壤呼吸的重要扰动因子,比较不同来源土壤水分对土壤呼吸的影响,对准确估算土壤呼吸具有重要意义,这在干旱和半干旱地区尤为明显。通过土壤水分的3种主要来源:降水、灌溉和地下水,比较分析了土壤呼吸对不同来源水分的响应过程和规律,为今后土壤呼吸方面的研究提供参考。

土壤有机碳/氮对高山草甸水分入渗的影响

以祁连山北麓自然垂直带（2 500~3 000m）高山草甸为对象,通过野外调查和室内样品分析相结合的方法,研究了不同海拔土壤（0~60cm）有机碳和全氮分布及与土壤水分入渗的关系.结果表明,有机碳氮在不同深度土壤中含量并不相同,在表层含量较高,随着土层的加深其含量逐渐递减,且随海拔的上升,土壤有机碳氮含量呈增加趋势,表现为2 800~2 900m〉2 700~2 800m〉2 600~2 700m〉2 500~2 600m.不同海拔高山草甸土壤水分初渗速率随土壤碳氮含量呈同步正相关关系,入渗速率随时间的增加而呈递减趋势,但在不同海拔条件下土壤水分入渗速率的递减率有所差别.

黑河下游额济纳绿洲生态需水关键期及需水量

黑河流域中生态最为脆弱、植被退化最为严重而对全流域生态治理目标的实现极为关键的地区在下游额济纳绿洲。黑河分水方案主要控制年总量,由来水过程确定分水时机,采用"全线闭口、集中下泄"的分水方式,这容易导致分水与下游绿洲需水的时间错位。要实现黑河分水对下游天然绿洲的作用和意义,不仅要充分保证分水量,更要选择适宜的分水时间,如果分水错过了下游绿洲生态需水的关键期,将会直接影响绿洲植被的正常生长。要维持黑河下游额济纳绿洲健康、稳定和持续发展,确定生态需水的关键期是首当其冲的问题。本文通过对黑河下游额济纳绿洲地下水位时空动态变化过程、天然植被耗水过程和绿洲生态过程及水文过程的关系研究,确定了黑河下游额济纳绿洲生态需水的关键期。建议在生态关键期保障输送必需的水量,合理调节水库出水量与河道径流量,保障4月和8月关键期的需水量,其中4月至少要保证0.80亿m3的输水量,8月至少要保证1.08亿m3的输水量,确保下游绿洲植被的生理需水,同时考虑到前期缺水和随后的月份水量消耗,尽可能增加关键月的配水量。

额济纳绿洲土壤养分的空间异质性

利用地统计学方法研究了额济纳绿洲土壤有机质、全氮、全磷、全钾的空间异质性。结果表明:土壤养分含量分布均有较大的空间异质性,土壤有机质的理论模型为指数模型,全氮、全磷和全钾的理论模型均为球状模型;额济纳绿洲土壤有机质、全氮、全钾主要受结构性因子的影响,全磷受结构性因子和随机因子的共同影响;全氮、全磷和全钾的变程在7.68～7.86km,土壤有机质的变程较小,为5.4km。土壤养分的空间分布表现为南北高,中间低的分布格局。

黑河下游额济纳绿洲植物群落物种多样性的空间异质性

采用地统计学方法研究了黑河下游额济纳绿洲物种多样性的空间异质性.结果表明:Margalef丰富度指数(Ma)、Shannon多样性指数(H')、Simpson多样性指数(Ds)和Pielou均匀度指数(J')均服从正态分布,变异系数(CV)为55.8%～67.8%,均属中等变异;Ma和H'符合指数模型,Ds和J'符合球体模型;H'的空间变异程度最高,其次是Ma和J',Ds最小;在变程范围内,各物种多样性指数空间变异的结构性因子占主导地位,所占比例为81.1%～93.0%.各多样性指数沿河流方向的格局变化明显,绿洲核心区达来呼布镇(42°N,101°E)附近为显著高值区,在100°—101°E和102°—102°30'E的带状范围内呈明显的低值区,主要包括东、西戈壁及巴丹吉林沙漠腹地.

额济纳绿洲河岸胡杨(Populus euphratica)叶水势变化特征

利用WP4露点水势仪对额济纳绿洲胡杨(Populus euphratica)叶水势进行测定,研究了胡杨叶水势的日和月变化规律及其影响因子。结果表明:(1)胡杨叶水势日进程呈"V"形,最小值大都出现在13:00,日均值为-2.53±0.30MPa;月变化呈先上升后下降趋势,月均值为-2.43±0.30MPa。(2)树龄越小对应的叶水势越高;叶片着生部位越高,对应的水势越低;卵圆形叶水势整体稍高于披针形叶水势。(3)叶水势与气温、饱和水汽压差和蒸腾速率呈极显著线性负相关,相关系数依次为-0.87、-0.69和-0.88;与相对湿度和光合速率呈极显著二次多项式相关,相关系数分别为0.85和0.92。胡杨叶水势各方面的综合研究对于明晰胡杨的水分亏缺和抗旱机理有一定的理论指导意义。

胡杨(Populus euphratica)异形叶叶绿素荧光动力学

荒漠地区的胡杨(Populus euphratica)叶片为多态形,呈现出由披针形叶到锯齿卵圆形叶的规律性变化。为了研究胡杨异形叶的电子传递和光能吸收、分配和耗散对额济纳荒漠地区的适应特征,分别连续测定了生长季内胡杨两种典型叶片(披针形叶和锯齿卵圆形叶)的叶绿素荧光诱导动力学曲线。结果表明:(1)锯齿卵圆形叶的光系统Ⅱ(PSⅡ)原初光能转换效率(Fv/Fm)和PSⅡ的潜在活性(Fv/Fo)、光能利用参数(PI)高于披针形叶,QA的积累量(Vj)、QA还原的相对速率(Mo)小于披针形叶;(2)锯齿卵圆形叶的反应中心密度(RC/CSo)、单位横截面积上电子传递能量(ETo/CSo)高于披针形叶,单位横截面积上耗散的能量(DIo/CSo)以及单位反应中心上的能量流参数(ABS/RC、ETo/RC、TRo/RC、DIo/RC)低于披针形叶;(3)锯齿卵圆形叶用于光化学反应和电子传递的能量比例(ΦPo、Ψo、ΦEo)大于披针形叶,非光化学猝灭的最大量子产额(ΦDo)小于披针形叶。这说明,胡杨锯齿卵圆形叶相对披针形叶具有更有效的能量分配策略,对极端环境条件的适应性更强。