乌兰布和沙漠东北缘起沙风风况及输沙特征

输沙势(DP)是衡量区域风沙活动强度的重要指标,为探明乌兰布和沙漠东北缘风沙活动强度特征,评估区域风能状况,该论文基于"内蒙古磴口荒漠生态系统国家定位观测研究站"2013-2017年监测的风速、风向及输沙量数据,对乌兰布和沙漠东北缘的起沙风风况、输沙势及输沙率特征进行深入研究。研究结果如下:1)研究区年均起沙风风速为6.77 m/s,年均起沙风频率为19.74%,最大风速为20.76 m/s,三者均以春季最高,是主要的风沙活动期,秋季次之,夏季与秋季较为接近,冬季最小;2)研究区四季起沙风风向与全年起沙风风向一致,均以偏东风(NNE,NE,ENE,E)和偏西风(SW,WSW,W,WNW)为主;3)研究区年输沙势(DP)和年合成输沙势(RDP)分别为183.38和73.41 VU,属于低风能环境,年方向变率指数(RDP/DP)为0.40,属于中比率,年合成输沙势方向(RDD)111.15°,为ESE方向,表明乌兰布和沙漠东北缘沙物质主要朝东南偏东方向输移;年输沙势和年合成输沙势的季节变化特征和月变化特征均为春季显著高于其他季节;(4)16方位实测输沙率为35.11 kg/m·d,WNW方向的输沙率最大,春季输沙率显著高于其他季节。

农牧交错带不同土地利用类型土壤碳氮磷生态化学计量特征

为了阐明土地利用方式对土壤养分含量及土壤碳氮磷生态化学计量特征的影响,选择阴山北麓农牧交错带4种主要的土地利用类型(放牧草地、封育草地、弃耕地和耕地)为研究对象,分析了浅层土壤(0—25 cm)有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、碱解氮(AN)和速效磷(AP)含量及土壤C、N、P生态化学计量特征。结果表明:1)研究区土壤贫瘠,养分含量整体水平不高,SOC、TN、TP含量分别为14.57、0.63、0.76 g/kg,AN和AP含量分别为39.87、6.72 mg/kg,5项养分指标均为中等变异。2)土地利用方式对土壤养分含量和土壤C、N、P生态化学计量特征均存在显著的影响,草地(封育草地、放牧草地)的SOC、TN和AN含量均高于农耕地(弃耕地、耕地),而TP和AP含量低于农耕地;草地的C∶N、C∶P和C∶P值均高于农耕地。3)土壤C、N、P元素化学计量值与C、N、P元素之间的最优拟合关系显示C∶N、C∶P主要受SOC影响,C∶P主要受N影响,表明SOC和N含量决定了研究区土壤中C、N、P化学计量特征的变化过程。研究结果对丰富土壤生态化学计量学科学理论具有重要意义,同时可为阴山北麓农牧交错带脆弱生态区的生态功能恢复提供科学依据。

电阻率成像法监测人工梭梭林土壤水分

土壤水分是影响干旱半干旱沙区植物生长发育的主要限制因素。快速、准确地监测土壤水分时空动态可为干旱半干旱区植被建设与生态恢复提供科学依据。以乌兰布和沙漠东北部人工梭梭固沙林土壤为研究对象,在林内、外(根际、冠中、冠缘、行间、林外)设置了5条监测样线,分别于一次强降雨后的第2天、第15天、第55天用多电极电阻仪定位测定了土壤电阻率,同步采取土样用烘干法测定了土壤实际含水率,建立了土壤含水率与土壤电阻率之间的相关关系,并对二维剖面土壤水分空间分布特征进行了分析。结果表明:1)土壤含水率与土壤电阻率之间为极显著负相关关系(P<0.01),可用幂函数表示。2)5条测线的土壤电阻率在3次监测时均随土层深度增加而减小,而土壤含水量随土层深度增加而增大,根际<冠中<冠缘<行间<林外。强降水后的不同时间内,由于受土壤属性、树冠对水分再分配、树干径流、根系吸收水分等影响,二维剖面上土壤水分空间分布格局有明显变化。随着雨后干旱时间的延长,0～51 cm水分含量由于受蒸发、植物吸收利用的影响而明显降低。3)电阻率成像技术在野外能快速准确,长期定位监测土壤水分含量;对地表扰动小,实现了非破坏性测量;保证测定精度的同时,还能提供尺度较大的土壤水分空间分布的详实数据,可高效快速地获取连续的土壤水分分布信息。

不同栽植年限小叶杨与胡杨杂交种(小×胡杨)光合响应特性比较

了解不同光强对小×胡杨气体交换参数的影响,可为进一步评价小×胡杨新品种适应性提供基础数据,为乌兰布和沙漠东北部防护林体系的更新及造林树种选择提供一定的理论依据。利用Li-6400xt便携式光合仪测定了不同光强下小×胡杨的光合生理参数,利用非直角双曲线模型,拟合植物叶片净光合速率(Pn)与光合有效辐射(PAR)的关系,计算光饱和速率(Amax),光饱和点(LSP),光补偿点(LCP),表观量子效率(AQY),暗呼吸效率(RD)等光合生理参数。结果表明,在光合有效辐射(PAR)0~1500μmol·m^(-2)·s^(-1)范围内,不同栽植年限小×胡杨净光合速率均随着光合有效辐射(PAR)的增强而增加,当光合有效辐射(PAR)为1500μmol·m^(-2)·s^(-1)时,曲线处于缓慢上升趋势,小×胡杨还没有达到光饱和点。不同光合有效辐射,净光合速率值均表现为3年>2年>1年生,1年、2年、3年生小×胡杨之间的净光合速率差异显著(P<0.05)。3年生小×胡杨的光饱和速率(Amax)、光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)、表观量子效率(AQY)最高。1年生小×胡杨的暗呼吸速率最大,3年小×胡杨的暗呼吸速率最小。在光合有效辐射(PAR)0~1500μmol·m^(-2)·s^(-1),不同栽植年限小×胡杨气孔导度(Gs)均随光合有效辐射(PAR)的增加而增加,而胞间CO2浓度(Ci)均呈逐步下降的趋势;随着有效光辐射的逐步增强,不同栽植年限小×胡杨蒸腾速率逐渐增加,变化趋势都较缓慢平稳,蒸腾速率对光合有效辐射(PAR)的变化并不敏感。当光合有效辐射<600μmol·m^(-2)·s^(-1),1年、2年、3年生小×胡杨水分利用效率增加迅速,当光合有效辐射>600μmol·m^(-2)·s^(-1),随着光强的增强,3年生小×胡杨水分利用效率继续缓慢上升,但1年、2年生的小×胡杨水分利用效率趋于平缓甚至下降。综合分析,1年、2年、3年生小×胡杨具有高光合,高水分利用效率和相对较低的蒸腾速率的特点,表现出了对当地生态气候的良好适应性。

绿洲化对土壤养分及化学计量特征的影响

为了阐明绿洲化过程中土壤养分含量及土壤碳氮磷生态化学计量值的动态变化特征,以乌兰布和沙漠东北部绿洲为研究对象,通过24 a的定位监测,分析了土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)及土壤C,N,P生态化学计量的动态变化特征。结果表明:(1)研究区土壤总体贫瘠,养分含量整体水平不高。但是随着绿洲建设时间的延长,土壤养分含量呈显著的线性增加趋势。(2)绿洲化过程中,土壤C∶N,C∶P,N∶P,AN∶AP的变化趋势总体上呈现先增大后减小的趋势,但是达到最大值的时间各不相同。(3)土壤C,N,P元素化学计量值与C,N,P元素之间的最优拟合关系显示C∶N,C∶P主要受SOC影响,N∶P主要受N影响,表明SOC和N含量决定了研究区土壤中C,N,P化学计量特征的变化过程。

乌兰布和沙漠东北缘防护林内外沙尘暴低空结构特征

基于内蒙古磴口荒漠生态系统国家定位观测研究站近地层(050m)风沙监测塔所收集的8次沙尘暴的沙尘水平通量、垂直通量和风速风向数据,对乌兰布和沙漠东北缘中小尺度条件下的防护林内外沙尘暴过程中风况变化、沙尘分布特征以及防护林对沙尘暴的影响进行研究。结果表明:①沙尘暴发生过程中,防护林内外风速均随高度增加呈现递增趋势,风速廓线特征遵循幂函数,防护林内外均以W、WNW、NE方向为主,但每个方向所占比例不同。②防护林外沙尘水平通量及沙尘浓度随高度增高显著减小,其垂直分布特征均符合指数函数关系;防护林内沙尘水平通量及沙尘浓度则随着高度增高缓慢上升,其垂直分布特征均符合幂函数关系。沙尘垂直通量则均随着高度的增高明显减小,其垂直分布特征均符合幂函数关系。③沙尘暴经过防护林体系时,风速显著削弱,平均消减31.03%;沙尘水平通量降低298.16g·m^-2,垂直通量降低0.37g·m^-2,沙尘浓度降低22.48g·m^-2。

乌兰布和沙漠小叶杨与胡杨杂交种(小×胡杨)比叶面积与水分利用效率的关系

利用Li-6400xt便携式光合仪测定了不同栽植年限小×胡杨的光合特性,同时测定了叶面积、叶干重,分析了不同栽植年限小×胡杨比叶面积(SLA)和水分利用效率(WUE)的关系。结果表明:不同栽植年限的小×胡杨净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率趋势一致,均为单峰型。不同栽植年限小×胡杨叶干重、叶面积、比叶面积存在显著差异(P﹤0.05)。2年小×胡杨叶干重、叶面积最大。1年、2年、3年小×胡杨叶片比叶面积与水分利用效率呈显著负相关关系。随着小×胡杨栽植年限的增加,比叶面积逐渐增大,水分利用效率逐渐减小,比叶面积与水分利用效率呈显著负相关关系(P﹤0.05)。

绿洲防护林缓减冰雹灾害的动力学机制

对2016年6月13日内蒙古磴口县发生的冰雹灾害进行了实地调查,旨在从动力学机制上解释防护林的减雹机理。选取典型样地林网内、外农作物雹灾后保存率和产量进行调查,反映林网缓减雹灾的作用;利用建筑物直立外墙保温层破损随高度的变化估计雹块下落到地面附近(H=0~40 m)水平速度的变化规律;利用不同高度沙尘水平通量仪顶盖破损程度差异估计雹块下落到地面附近(H=0.5~50 m)竖直速度的变化规律。结果表明:林网内、外玉米灾后植株保存率分别为87%、24%。雹块近地面水平速度和竖直速度均随高度降低而减小,与风速廓线形态和下沉气流在近地面的截止趋势一致。防护林缓减雹灾作用的动力学机理是:防护林与雹块间存在以空气为介质的动力作用,林带阻碍近地面气流运动,遏制近地面含雹气流的下沉和辐散,雹块进入林网低风速区后接受比无林区更大的空气阻力,竖直和水平速度均显著降低,致灾能力降低。本研究为防护林的营建与减灾效益评估提供了科学依据。