塔里木河下游21种荒漠植物繁殖体形态特征及对环境的适应

以塔里木河下游分属于9科16属的21种荒漠植物为对象,调查了它们的植冠种子库情况以及繁殖体的附属物、形状(三维方差)、大小(三维之和)及质量(百粒重)等形态特征,并探讨了各种繁殖体的生态适应对策.结果表明:(1)13种荒漠植物可利用植冠种子库来躲避环境干扰:7种繁殖体具绢毛,2种繁殖体具翅,1种繁殖体具芒,3种繁殖体具冠毛,可利用风力实现传播与定居,而且它们可利用有水时期的速萌特性来适应当地生态输水这一辅助措施;5种繁殖体形状远离球形(三维方差≥0.126),6种繁殖体形状接近圆球形(三维方差<0.06).(2)5种具速萌特性的繁殖体(形状圆筒形、圆锥形和蝌蚪形)与8种具有持久土壤种子库的繁殖体(三维方差较小≤0.1且三维之和≤2.75mm)利用它们互补的生态适应对策使其在研究区成功定居与繁衍;13种以r-型生活史对策为主且粒小质轻的繁殖体(三维之和≤2.75mm,单粒重<1mg)与4种粒大质重的繁殖体(三维之和≥4.8mm,单粒重>3.3mg)利用其互补式繁殖对策将研究区生物多样性维持于一定水平.(3)7～9月份为一年生草本、多年生草本、(半)灌木植物及乔木同时落种的时期,可将人工输水集中于这一时期以实现研究区种子最大数量地萌发.

滴灌对干旱区绿洲防护林土壤盐分的淋洗作用

为了探清滴灌对防护林地土壤水盐分布、不同滴灌年限林地根系分布、不同滴头距离处理下土壤盐分淋洗特征的影响,采用了野外监测方法,在喀拉米吉镇绿洲进行了对比试验。结果表明,目前的灌溉制度基本没有阻碍林木根系生长,但根系分布在滴灌作用下有上移的趋势。建议:塔里木河下游绿洲沙枣防护林在前几年种植中,可选择较窄的滴头距离淋洗土壤盐分;虽然滴灌在第1、2、3年对盐分的影响深度基本没有阻碍根系的生长,且随着林龄的增长,滴灌年限越大,淋洗深度越大,但是滴灌对根系周围的洗盐作用是局部范围内的,建议每年进行1次大水漫灌。

塔里木河下游灌区灌溉方式转变对农田及其防护林土壤水盐动态的影响

通过分析塔里木河下游喀拉米吉镇绿洲大面积滴灌条件下的农田(3个棉田1个果园)与其防护林地土壤水盐分布特征,采用对比试验与野外监测方法,研究了当前滴灌体系对林网内农田及其防护林地的影响,分析防护林网内土壤水盐变化的主要因子。得出以下结论:(1)喀拉米吉镇绿洲,由于滴灌技术的普及,地下水埋深以0.5 m a-1的速度下降;地下水埋深具有季节性变化,在非灌溉季节地下水埋深较浅,在灌溉季节地下水埋深较深,与非灌溉季节相比,灌溉季节里地下水埋深平均下降了1 m以上。(2)由于喀拉米吉镇绿洲农田滴灌对土壤的影响深度不超过80 cm,灌溉水对地下水的补给量几乎为零,农田防护林根系只能从土壤深层吸收水分,导致了林地内土壤含水率显著低于农田(p<0.01)。(3)当前5 250 m3 hm-2 a-1的棉田灌溉、7 000 m3 hm-2 a-1的果园灌溉,使0～60 cm的土壤盐分处于低盐状态,基本达到农田的脱盐要求;防护林地盐分均明显高于农田(p<0.01),为农田的2倍～3倍;林地内土壤盐分表聚作用明显:砂壤土林地、砂土林地、黏土林地1、黏土林地2内表层土壤盐值分别较其农田高79.3%、77.1%、80.6%、88.4%。(4)通过林地间土壤含水率、土壤盐分的比较,发现地下水埋深的不同是农田防护林地土壤水盐差异的主要因素,150 cm土体内,含水率高的林地其含盐量也高,含水率低的林地其含盐量也低。

塔里木河下游地区新生林地滴灌后土壤水盐再分布特征

以塔里木河下游农二师35团8连绿洲-荒漠交界处滴灌条件下的新生林土壤为研究对象,对滴灌结束24 h后的土壤水分、盐分分布特征进行了分析。结果显示:水平方向上,各点处纵剖面土壤含水率随着距滴头距离的增加逐渐下降,至距滴头75 cm处达最低值;而各点处土壤纵剖面含盐量则随着距滴头距离的增加逐渐上升,至距滴头75cm处达到峰值。垂直方向上,无论水分还是盐分,在20—40 cm土层含量较高,至中下层趋于下降。水平方向上,随着距滴头距离的增加,滴头处土壤剖面含水率与其他点处土壤剖面含水率的相关性依次递减,距滴头75 cm处土壤剖面含盐量与其他点处土壤剖面含盐量的相关性依次递增;垂直方向上,与20—40 cm土层含水率相关性较强的是0—20 cm土层,在α=0.01水平上呈显著相关,其次是40—60 cm土层,在α=0.05水平上呈显著相关。

塔里木河下游地区不同滴灌频率下沙枣防护林成活率与生长量特征

喀拉米吉绿洲是塔里木河下游的尾闾绿洲,是中国新疆典型的极端干旱区,降水稀少、蒸发量大,风沙灾害频发,各种作物与防护林争水严重。沙枣（Elaeagnus angustifolia）生长旺盛,适应性强（孙景宽等,2009）,是我国西北地区重要的防风固沙和水土保持树种（黄俊华等,2005）。

滴灌沙枣防护林土壤盐分分布特征

利用3年(2008-2011年)的野外对比试验与长期实地监测数据,分析喀拉米吉绿洲滴灌沙枣(Elaeagnus angustifolia)防护林地的土壤盐分及动态情况。结果表明:(1)林地在滴灌与不滴灌条件下,土壤盐分含量差异显著(p<0.05)。在不同灌水量条件(单株单次灌水18,30,48L)下的林地土壤盐分含量与分布特征不相同,其中单株单次灌水48L处理与对照相比,土壤盐分含量差异达极显著水平(p<0.01);3种不同灌水量处理(18,30,48L)分别使30cm以上土层、50cm以上土层、整个根系土层的盐度值低于1.4mS/cm;(2)在沙枣生育期内,土壤盐分呈现逐渐上升的趋势,且通过了显著性水平;不同深度(20,40,60cm)的土壤盐分上升趋势有差异,其中40cm深处土壤盐分上升趋势最显著,20cm与60cm深处趋势水平差异不大;(3)在1个灌溉周期内(20d),林地土壤盐分动态表现为集中-均匀-集中的过程。停水后第2天,上层土壤盐分含量明显下降,滴灌将盐分压于30cm以下,并集中于40-60cm土层;停水后第4～8天,整个观测范围内的剖面土壤盐分明显下降,原聚集于中土层的盐分基本消失,从而使停水后第4～8天土壤盐分淋洗效果最显著;停水后第12天,剖面高盐分土层又重新出现,然后随着时间的延续高盐分土层愈加明显。因此,随着1个灌溉周期的结束,高含盐量土层的位置逐渐上移,其范围逐步扩大;(4)本试验中,在种植的第2～3年,水分供给不足是沙枣成活率低、生长量低的主要原因,而影响沙枣第1年成活率的是土壤次生盐渍化(盐分高达5～9mS/cm)。滴灌洗盐只是局部,建议滴灌防护林1年采取1次大水漫灌。

地下水埋深和土壤质地对胡杨实生幼苗根系生长及构型的影响

为揭示生长在不同地下水埋深和土壤质地的胡杨实生幼苗根系的不同生长适应策略,以胡杨实生幼苗为试验材料,设置30(A_(1)),60(A_(2)),90 cm(A_(3))3个地下水埋深处理,砂土(B_(1))、砂壤土(B_(2))和黏壤土(B_(3))3种土壤质地处理,研究了塔里木河流域地下水埋深和土壤质地对胡杨(Populus euphratica)实生幼苗根系生长及构型的影响。结果表明:(1)地下水埋深的增加,可促进胡杨幼苗根系形态的发育和根系生物量的积累,胡杨幼苗扎根深度、根系总长度、根系总体积和根系总表面积均在A_(3)B_(2)处理下达到最大值。(2)根系消弱系数(β)、R_(50)和R_(90)(50%和90%根系生物量分布深度)均与地下水埋深呈正比关系,土壤深层根系生物量随地下水埋深的加深而增加,A_(2)和A_3地下水埋深下根系生物量呈B_(2)>B_(3)>B_(1)的变化趋势;胡杨细根生物量在各处理下其土壤垂直分布均呈"单峰型"曲线变化规律。(3)根系平均连接长度随地下水埋深的加深而增加,在A_(3)B_(1)处理下达到最大14 cm。B_(2)和B_(3)条件下幼苗根系随地下水埋深的增加逐渐由趋向叉状型分支结构转变为趋向鲱骨型分支结构;各B_(1)处理下根系拓扑参数较大,幼苗根系分支结构一直趋向鲱骨型分支结构。研究结果可为塔里木河流域水资源优化配置提供依据。

养分与水分添加对荒漠草地植物钠猪毛菜功能性状的影响

分析水分与养分添加对植物功能性状的影响,对揭示植物对环境变化的响应和适应规律至关重要。该文通过施氮与增水(包括增雨、增雪)共6种处理(对照(N0W0)、雨添加(N0W1)、雪添加(N0W2)、氮添加(N1W0)、氮雨添加(N1W1)、氮雪添加(N1W2)),对荒漠草地进行氮肥添加、水分添加的实验。实验持续了3年,第4年以荒漠草地建群种植物钠猪毛菜(Salsola nitraria)植物功能性状为研究对象,量化分析了钠猪毛菜10种植物功能性状对氮素和水分添加的不同响应。得出以下结论:(1)双因素方差分析结果表明,施氮、增水的交互作用对钠猪毛菜的茎鲜质量、叶鲜质量、叶面积、比叶面积、叶饱和含水量、叶干物质含量存在显著影响(p<0.05),而施氮主效应对钠猪毛菜各植物功能性状指标不存在显著影响、增水主效应对钠猪毛菜各植物功能性状指标不存在显著影响。(2)在钠猪毛菜10种植物功能性状指标中,株高、茎鲜质量、茎干质量、叶饱和鲜质量、叶干质量、叶面积、比叶面积的最大值均出现于N1W2处理中(p<0.05),其次为N0W0处理。叶饱和含水量的最大值出现于N0W0中,其次为N1W2处理中。N1W0处理显著降低了叶饱和含水量(p<0.05);叶干物质含量值在各处理下均高于N0W0,其中N0W1处理的叶干物质含量显著高于N0W0(p<0.05)。(3)各处理下,叶干物质含量与比叶面积为负相关关系。在准噶尔荒漠草地,钠猪毛菜植物功能性状在不同处理下的不同表现是适应环境变化的结果。

塔里木河下游主要荒漠植物繁殖体的形状、大小与质量比较

研究了塔里木河下游主要荒漠植物(21种)繁殖体的形状、大小、质量(17种为种子,4种为果实)。用三维方差衡量繁殖体形状,用三维之和衡量繁殖体大小,繁殖体百粒质量衡量繁殖体质量。结果表明:1)21种植物繁殖体的形状差异很大,且豆科(Fabaceae)植物的繁殖体形状接近圆球形,菊科(Compositae)植物的繁殖体形状较大地偏离圆球形(方差>0.05)。21种植物繁殖体大小、质量差异也很大;2)繁殖体大小的表现趋势与其相应的质量的表现趋势具有一定的一致性;3)研究区主要荒漠植物中,多年生草本植物的种类虽然不及灌木(半灌木)的种类丰富,但其繁殖体平均质量却比灌木(半灌木)多18%;4)在21种植物的繁殖体中,9种具有持久土壤种子库。100%的柽柳科(Tamaricaceae)植物、100%的菊科植物都具冠毛,这些附属物对植物繁殖体的传播和定居具有重要的意义。

基于PTFs的干旱地区土壤饱和导水率的尺度扩展

土壤饱和导水率的空间分布是流域水文模拟及溶质运移研究的先决条件。基于塔里木河干流108个剖面的土壤质地、有机质及容重等测试数据,运用4种土壤传递函数(PTFs)进行土壤饱和导水率预测与检验,分析土壤饱和导水率的空间变异性并计算合理采样数量,并通过尺度上推的方法预测流域尺度土壤水力参数的空间分布特征。结果表明:Campbell模型为4种PTFs模型中最适合本研究区的土壤传递函数。从空间分布的预测结果来看,不同层土壤饱和导水率的分布特征具有相似性,而深层土壤饱和导水率大于浅层。

极度干旱区不同灌水量下沙枣防护林根系分布特征

研究滴灌条件下极端干旱区防护林的根系生长,对研究制定科学的防护林灌溉制度和维护绿洲防护林稳定性有重要意义。以塔里木河下游尾间绿洲——喀拉米吉绿洲滴灌沙枣防护林体系为研究对象,设置了3个滴灌量梯度(18 L、30 L、48 L),分析了极端干旱区沙枣防护林在不同灌水量处理下的根系分布特征。结果表明:①长期采用滴灌后,沙枣根系大部分分布在较浅的土层(以地下0～40 cm为主),越往下分枝能力越小,沙枣根系生物量在0～60cm土层中累计百分比达86%。②灌水量梯度不断增加后,导致了根系总生物量随之增加,但不会导致深层土壤根系持续增加,因此,即使用48 L的灌水量形成更深的土壤湿润层,林木根系下扎能力与深度没有表现出随之增加的趋势。48 L滴灌量处理下,土层根系含量20～40cm/0～20cm的比值较小(仅为0.6),生物量主要集中在表层;30 L处理下,土层根系含量20～40cm/0～20cm的比值较大(0.75)。③粗根(φ≥5 mm)数量随着滴灌量的增大而增多,30 L滴灌量处理下,5 mm>φ>2 mm的根最多;18 L滴灌量处理下,φ≥5 mm的根与φ≤2 mm的根系数量均最少。建议大规模防护林的灌溉中应采取多样化的灌溉制度,才可达到极端干旱区防护林体系的可持续发展:棉林争水季节(5-7月)适当亏缺灌溉,8月以后可增加灌水量或1～2次灌水。