科尔沁沙地不同密度小叶锦鸡儿灌丛水量平衡研究

根据沙地水分平衡理论推算了不同栽植密度下小叶锦鸡儿灌丛的蒸散量.结果表明,小叶锦鸡儿灌丛生长期土壤水分含量随着植被密度增加而降低,0.5 m×1 m、1 m×2 m密度植被区平均土壤含水量低于凋萎湿度(1.55%),2 m×2 m密度植被和天然小叶锦鸡儿植被平均土壤含水量保持在1.60%以上,能够满足植被生存和生长的水分需求.蒸散量随着植被密度增加而增大,以0.5 m×1 m密度灌丛区最高,为297.81 mm,占同期降水量的97.90%;2 m×2 m密度灌丛区最低,为279.71 mm,生长期末期土壤水分节余为24.49 mm.依据生长期土壤水分状况和水分平衡要求,科尔沁沙地小叶锦鸡儿灌丛适宜密度应为2 m×2 m.     

差巴嘎蒿灌丛土壤和根系含水量对降雨的响应

以科尔沁沙地半固定沙丘灌木差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)为对象,用土钻取样法和壕沟法研究了2006年生长季降雨后差巴嘎蒿周围土壤和根系含水量的时空分布特征及其相互关系,并计算了该灌丛的水量平衡.结果表明:该灌丛在降雨后对水分有暂时存储作用;降雨结束后,灌丛主干的茎流作用使得灌丛中心位置的土壤含水量高于灌丛丛幅垂直投影1/4和3/4处的土壤含水量;雨后6 h灌丛根系含水量与灌丛中心位置的土壤含水量呈极显著的负相关(r=-0.89,P＜0.01);灌丛根系含水量在雨后126 h内出现胁迫脉冲间歇反应.水量平衡计算表明,灌丛边缘外1 m处土壤蒸散量高于灌丛覆盖区的蒸散量,灌丛覆盖可降低土壤水分蒸散速率.     

铁杆蒿灌丛对黄土高原草地碳交换特征的影响

用静态箱法于2012年生长季(5~10月)对黄土高原围封草地常见半灌木铁杆蒿(Artemisia gmelinii)灌丛内外土壤呼吸速率和净生态系统CO2交换速率及其主要环境因子进行实地观测,并对草地土壤基本理化性质进行分析,以揭示铁杆蒿灌丛内外碳交换变化规律及其影响因素。结果显示:(1)铁杆蒿灌丛内的土壤呼吸和净生态系统CO2交换的日交换速率均显著高于灌丛外;灌丛内外土壤呼吸速率和净生态系统CO2交换速率的峰值出现时间一致,且灌丛内显著高于灌丛外;土壤呼吸速率的峰值出现在8月份,净生态系统CO2交换速率的峰值出现在9月份。(2)灌丛内外土壤呼吸速率日动态均呈"单峰型"变化趋势,生长季平均值都接近5月份观测值,分别为(5.49±0.18)和(2.93±0.04)g·m-2·d-1;灌丛内外净生态系统CO2交换速率日动态均以"S"型变化趋势为主,在水分亏缺时期表现为微弱的"双峰"型趋势。(3)灌丛内生长季净生态系统CO2交换速率平均值为(-3.86±0.09)g·m-2·d-1,是灌丛外草地(-1.19±0.07)g·m-2·d-1的3.2倍,灌丛内外均表现为碳汇。研究表明,铁杆蒿灌丛存在"肥岛"现象,有助于该区草地生态系统有机碳的积累,土壤水分和土壤温度是影响灌丛内外土壤呼吸速率的主要因素,而灌丛内外净生态系统CO2交换速率主要受土壤水分的影响。     

科尔沁沙地两种典型乔灌木耗水特点

以科尔沁沙地典型固沙植物小叶锦鸡儿(Caragana microphylla Lam.5年生)和樟子松(Pinus sylvestris var. mongolica Litrin,7年生)为研究对象,栽植于可渗漏式生长箱,应用TDR水分仪测定生长季节土壤水分变化,依据土壤水分平衡理论推算单位面积植被区的蒸散量.经2a研究,在相同栽植密度下(1m×1m),樟子松植被区土壤贮水量高于小叶锦鸡儿植被区;在不同栽植密度下,小叶锦鸡儿土壤贮水量以1m×2m密度区高于1m×1m密度区.生长季节单位面积土壤蒸散量以小叶锦鸡儿(1m×1m)最高,小叶锦鸡儿(1m×2m)其次,樟子松(1m×1m)最低.单丛/株蒸散量以小叶锦鸡儿(1m×2m)最高,小叶锦鸡儿(1m×1m)其次,樟子松(1m×1m)最低.在试验所涉及的特定年龄阶段,小叶锦鸡儿植被区蒸散耗水量高于樟子松区,土壤水分含量低于樟子松区.生产实践中应根据植物耗水特点选择适宜的固沙物种和栽植方式,以保证人工固沙植被区土壤水分的收支平衡.     

科尔沁沙地不同地形小叶锦鸡儿灌丛土壤水分动态

根据科尔沁沙地广泛分布的小叶锦鸡儿灌丛的植被调查和土壤水分监测数据,分析了沙地人工固沙灌丛的土壤水分时空动态和土壤储水量变化,并应用水量平衡法测定了灌丛蒸散发.结果表明:丘间地的土壤水分条件最好,丘中次之,丘上最低;灌丛区的土壤水分含量随深度增加而增加,在生长季内不会发生水分胁迫.灌丛区土壤水分与降雨过程高度相关,深层(50～180 cm)土壤水分同降雨的相关性高于表层(0～50 cm)土壤,并且深层土壤水分的变异也大于表层.整个生长期内,小叶锦鸡儿灌丛土壤储水量增加,土壤水分处于积累中,估算蒸散量占同期降雨量的64%以上.     

呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤CO_2排放特征

采用Li-8150多通道土壤碳通量自动观测系统,于2009年6月—2010年6月对呼伦贝尔地区贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸进行连续野外观测,分析该地区土壤CO2通量排放特征.结果表明:生长季内贝加尔针茅草甸草原土壤呼吸日动态呈单峰曲线,最高值出现在13:00—15:00,最低值出现在5:00—6:00,土壤呼吸呈明显的季节变化,与土壤温度和土壤含水量季节动态相吻合.土壤呼吸与各层土壤温度和土壤含水量关系可以用线性模型和指数-乘幂模型来表示;土壤呼吸与各层土壤温度呈显著的指数回归关系,Q10变化范围分别为1.68~2.14和3.03~3.60,非生长季土壤温度对土壤呼吸的影响更为显著;生长季内土壤呼吸与10 cm土壤含水量呈显著正相关.2009和2010年土壤CO2年排放量分别为488.47和507.20 g C·m-2·a-1,生长季排放量约占年排放量的90%.     

黄土高原春小麦农田蒸散及其影响因素

蒸散与水循环、能量平衡密切相关,是黄土高原雨养农田生态系统最重要的水通量之一。准确测定半干旱区农田生态系统蒸散,对增强陆气相互作用的理解以及科学应对气候变化有重要意义。采用涡度相关技术对黄土高原春小麦农田生态系统蒸散进行了观测,利用气象梯度系统进行环境因子观测;分析了春小麦农田生态系统蒸散日、季动态及其环境影响因子。结果表明,黄土高原半干旱区春小麦农田生态系统蒸散呈早晚低、中午高的"单峰型"日变化特征;最大日峰值出现在8月(0.22mm/h)。生长季蒸散日峰值高于非生长季。春小麦农田最大日蒸散率值相对较低,这可能与该地区干旱少雨的气候特征有关。农田蒸散且具有明显的季节动态,与降水季节分布密切相关。7、8月份降水较多,月蒸散量较高。全年蒸散量(318.0 mm)略低于年降水量(332.3 mm);蒸散量与降水量比值为95.7%。非生长季蒸散量显著低于生长季(4—9月);二者之比为0.26。农田蒸散随土壤含水量和空气温度(低于26℃)增大呈指数增长趋势;随空气相对湿度、太阳辐射、风速增大呈先增大后降低的二次曲线变化趋势。净辐射是黄土高原半干旱区农田生态系统蒸散主要环境控制因子,土壤含水量次之。     

小叶锦鸡儿灌丛下土壤水分对降雨的响应

以科尔沁沙地主要固沙灌木小叶锦鸡儿为研究对象,在其生长季次降雨21.5 mm后180 h内,利用TDR和微渗仪测量小叶锦鸡儿灌丛下不同部位的土壤含水量和土壤蒸发,并计算该灌丛下不同部位储水量和水量平衡.结果表明:降雨结束后初期,灌丛枝干的茎流作用使其根部的土壤含水量明显高于其他部位;灌丛根部水分的入渗速率大于灌丛中部和灌丛外缘.因冠幅的庇荫作用,灌丛下蒸发量小于灌丛外裸露沙地.水量平衡表明:小叶锦鸡儿灌丛下降雨后前期蒸散量明显高于灌丛外裸露沙地,与灌丛下根系的分布有直接关系.     

沙柳灌丛植株形态与气流结构野外观测研究

通过野外观测,研究了毛乌素沙地南缘平沙地人工栽种单行沙柳灌丛的植株形态与气流结构.结果表明,沙柳灌能降低迎风侧和背风侧的近地面风速,使沙粒在植株下部沉积.积沙体积(V₂)与植株体积(V₁)相关性较高(R=0.696).单行沙柳灌丛在4 m高处风速为6 m·s^-1时的气流结构特征为:迎风侧3H处风速已降低,2 H处风速又得到加强,之后在背风侧迅速降低,1 H处达到最低值,然后逐渐恢复到旷野风速.防护距离约为17H',有效防护距离约为13 H'.沙柳灌丛对植株高度以上高度处风速影响较小.     

长白山阔叶红松林生态系统土壤呼吸作用研究

用密闭静态箱式法观测了长白山阔叶红松林生态系统生长季中的土壤呼吸作用。结果表明, 长白山阔叶红松林生态系统土壤呼吸作用日动态呈单峰曲线, 在 18∶0 0左右达到最大值。土壤呼吸作用在生长季中的动态呈单峰曲线, 7月最大。 6、7、8、9各月平均土壤呼吸作用分别为 0.2 2、0.32、0.2 3和 0.13gC·m-2 ·h-1。温度升高可以提高土壤呼吸作用强度, 地下 5cm的土壤温度比气温更能准确地反映土壤呼吸作用的动态变化 ;土壤水分含量在一定范围内增加可使土壤呼吸作用强度增加, 但水分过多也会对土壤呼吸产生抑制作用而导致土壤碳排放减少。     

沙地樟子松人工林土壤理化性质与微生物生物量的动态变化

为揭示不同林龄沙地樟子松人工林土壤理化性质和微生物生物量的动态和相互关系,以毛乌素沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地不同林龄樟子松人工林为对象,分析土壤理化性质、土壤微生物生物量碳和微生物生物量氮变化规律。结果表明:樟子松人工林土壤理化性质随林龄增加在不同沙地中表现不同,毛乌素沙地土壤容重和养分含量明显降低,科尔沁沙地土壤孔隙度和养分含量明显升高,呼伦贝尔沙地土壤养分则呈现先增加后降低趋势。与土壤理化性质变化趋势类似,毛乌素沙地樟子松人工林土壤微生物生物量氮随着林龄的增加而降低,科尔沁沙地土壤微生物生物量氮随着林龄的增加而升高,呼伦贝尔沙地土壤微生物生物量氮随着林龄的增加呈先增加而后降低趋势。影响毛乌素沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地土壤微生物生物量碳、氮的主要因子分别是硝态氮、铵态氮和有机质含量。毛乌素与科尔沁沙地樟子松人工林主要限制因子为土壤氮,而呼伦贝尔沙地樟子松受土壤有机碳限制较强。     

毛乌素沙地杨柴灌木林恢复演替过程中土壤活性有机碳组分变化特征

土壤活性有机碳是土壤有机碳(SOC)的活性部分,是衡量土壤质量和健康状况的重要指标,能够反映植被恢复演替过程中土壤环境的早期变化。但在SOC贫瘠的沙地,长期恢复演替如何影响土壤活性有机碳组分尚不清楚。本研究以毛乌素沙地杨柴人工灌木林为研究对象,分别选取未造林(CK)与造林年限9 a、18 a和30 a的杨柴人工灌木林,探究毛乌素沙地杨柴人工灌木林恢复演替过程中土壤可溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(ROC)和SOC变化规律。结果表明：(1)毛乌素沙地杨柴灌木林随恢复演替年限增加土壤固碳能力增强,但在恢复演替18 a时出现转折点,恢复演替18—30 a时土壤固碳速率相对减缓;(2)表层0—10 cm土壤DOC、MBC和ROC对恢复演替响应较为敏感,恢复演替过程中表层土壤活性有机碳各组分含量逐渐升高;(3)恢复演替年限并未对土壤活性有机碳占SOC比例产生显著影响,同时也未显著改变碳库活度。综上所述,毛乌素沙地杨柴灌木林恢复演替有助于土壤活性有机碳和SOC积累,但长期恢复演替是否持续对土壤活性有机碳固持产生积极作用仍需进一步研究。     

毛乌素沙地不同飞播造林年限土壤真菌群落结构特征

为探究毛乌素沙地不同飞播造林年限对土壤真菌群落结构的影响,以O、6、16、26和36年共5个飞播造林年限的土壤为对象,采用高通量测序技术检测土壤真菌,分析了其群落结构及多样性,并探讨了土壤因子的影响.结果 表明:随着飞播年限的增加土壤真菌群落结构发生变化,除Simpson指数无明显变化外,真菌Alpha多样性指数、菌门...     

沙地生境和平茬年限对沙柳叶功能特征的影响

研究了毛乌素沙地南缘水滨边丘间地和干旱丘顶两种生境下沙柳平茬后不同年限(1、2、3～4和5～6年)对沙柳叶片光合气体交换、水分利用效率、结构特性及氮、磷养分含量等叶功能特征的影响.结果表明:水滨边丘间地沙柳叶片的净光合速率、气孔导度、瞬时和长期水分利用效率均高于丘顶,但N、P养分含量低于丘顶;两种生境下沙柳的叶结构性状无显著差异.干旱生境下沙柳主要通过增加养分含量、降低光合和水分利用来生存.随平茬年限增加,叶片净光合速率和气孔导度显著下降,氮含量和瞬时水分利用效率亦呈下降趋势,且二者之间呈显著正相关;平茬后1年的叶面积最高,比叶质量和叶干物质含量最低,此后比叶质量增加,叶面积和干物质含量不变;叶结构性状与光合及养分特性之间无显著相关性.叶光合活性和氮含量的下降是沙柳随平茬年限增加而衰败的重要原因.     

毛乌素沙地生物土壤结皮对油蒿水分吸收的影响模拟

植物可利用水分是决定沙生灌木生长的主要因子,生物土壤结皮(简称生物结皮)在降雨期影响降水入渗,而在干旱期改变土壤蒸发,从而影响土壤水分分布,最终可能影响灌木水分吸收。然而,关于不同降水条件下生物结皮对灌木水分吸收和水分胁迫的影响机制认识不清。以油蒿为研究对象,基于试验数据和1990—2019年气象数据,采用数学模拟,定量研究了毛乌素沙地不同降水条件下生物结皮对土壤水分分布和油蒿水分吸收的影响,评价干旱期生物结皮对油蒿水分胁迫的影响。结果表明：与无结皮处理相比,生物结皮处理的土壤蒸发降低了5.1%;生物结皮改善了干旱期的土壤水分条件;生物结皮降低了植物水分胁迫的比例,平均降低比例为8.1%;生物结皮提高了植物水分吸收,平均增加比例为12.8%;生物结皮和对照植物水分吸收的比值随季节降水量的增加而降低,均值为1.13。综上,生物结皮的出现并未消极地影响沙生灌木的水分吸收。研究结果有助于理解生物结皮与灌木的共生或竞争关系。     

Mediterranean climate effects. I. Conifer water use across a Sierra Nevada ecotone

Xylem water potential of the midelevation conifers Pinus jeffreyi, Pinus lambertiana, Abies concolor, and Calocedrus decurrens, the higher elevation Pinus monticola and Abies magnifica, and co-occurring evergreen angiosperm shrubs, together with soil moisture under these plants, were monitored at three sites on the Kern Plateau in the southernmost Sierra Nevada Range of California. Site locations spanned the ecotone between the mid- and upper montane forests at elevations of 2230-2820 m. Measurements were made through a low-snowfall year and a heavy-snowfall year.In the Mediterranean climate of the Sierra Nevada, the heavy winter snowpack persists into late spring, after precipitation has effectively stopped. We found the subsequent depletion of soil moisture due to plant water uptake to result in predawn xylem water potentials for conifers more negative by 0.6-1.4 MPa than those for shrubs or inferred soil potentials. Shrubs generally depleted soil moisture more rapidly and ultimately extracted a greater fraction of the available soil moisture than did the conifers. This depletion of soil moisture by shrubs, particularly Arctostaphylos patula, may limit conifer growth and regeneration by prematurely terminating growth on the shallow soils studied. The conifers all generally showed similar patterns of soil moisture use, except that A. magnifica extracted moisture more rapidly early in the season.     

CO2浓度和辐射强度变化对沙柳光合作用速率影响的模拟研究

沙柳是毛乌素沙地防护林的主要灌木树种 ,模拟研究沙柳对 CO2 浓度和辐射强度的响应有利于准确有效地制定全球变化下的沙漠化防治和水土流失的战略对策。结果表明 ,沙柳的光合作用速率对 CO2 浓度的响应表现为线性关系 ,对辐射的响应表现为对数函数关系。沙柳光合作用速率有随辐射强度增加和 /或 CO2 浓度的升高而增大的变化规律。CO2 浓度越高 ,沙柳的光合作用速率对辐射的反应越明显。同样 ,辐射越强 ,沙柳的光合作用速率对 CO2 浓度的反应越敏感。在高辐射条件下增加大气中 CO2 的“施肥效应”比低辐射条件下要显著。土壤干旱对沙柳的光合和暗呼吸都有抑制作用 ,使沙柳的生理过程受到影响 ,从而使沙柳对 CO2 浓度和辐射的反应规律不如土壤水分适宜时显著。     

毛乌素沙地半固定沙丘油蒿种群对土壤湿度空间异质性的响应

将统计学和地统计学方法相结合,探讨了毛乌素沙地半固定沙丘土壤湿度空间异质性与油蒿种群空间异质性之间的关系. 结果表明,在块尺度（80 m×80 m）上,油蒿密度和生物量的空间异质性受制于土壤湿度的空间异质性,尤其油蒿生物量的空间异质性与土壤湿度的空间异质性呈显著正相关关系.表明在半固定沙丘阶段,土壤湿度的空间异质性决定油蒿种群的空间异质性. 由于沙丘地形对降水量的再分配在土壤湿度分布中的作用,土壤湿度和油蒿种群空间异质性相互作用的结果为地形的缀块性→土壤湿度分布的缀块性→油蒿种群分布的缀块性→油蒿生物量和密度的缀块性.