梭梭幼苗的存活与地上地下生长的关系

近几十年来,全球气候变化以及人类活动的加剧,导致古尔班通古特南缘荒漠地区的降水与地下水位发生显著的改变,这些改变必然导致荒漠植物用水策略的适应性变化。以古尔班通古特沙漠南缘原始沙漠中建群种梭梭的1年生幼苗为研究对象,对气象因子、土壤含水率、梭梭幼苗死亡率、地上地下高度(深度)、面积、生物量状况进行了全生长期的连续监测,以期探明1年生梭梭的生长、生存规律。结果表明:梭梭幼苗在土壤水分较为充沛的4—6月生长迅速,但随着土壤水分的消耗,7月地上地下部分都出现了不同程度的萎缩,在8月又恢复生长。在全年生长期中,幼苗死亡率基本呈现逐月下降的趋势。这说明在干旱来临前,梭梭幼苗快速生长以抢占更多资源;当遭遇干旱时,幼苗通过同化枝凋落有效的维持了根系供水与地上部分需水之间的平衡,保证了存活同化器官的光合能力,从而降低了死亡率。同时,幼苗以牺牲地上部分生长为代价将更多的光合产物转向根系,使得幼苗能够获得更多的水分保证其生长、生存。     

基于CENTURY模型研究干旱区人工绿洲开发与管理模式变化对土壤碳动态的影响

近半个世纪前,中国西北干旱区人类大规模的水土开发活动使得流域下部的荒漠覆被土地转变成了人工绿洲,强烈的人类耕作活动使得人工绿洲土壤有机碳库发生了显著变化。以干旱区典型的三工河流域下部的人工绿洲为例,基于CENTURY模型,研究人工绿洲开发前后及农业管理模式变化对表层土壤有机碳库(0-20cm)的影响。CENTURY模型模拟结果表明:(1)研究区荒漠灌木林地开垦为人工绿洲后,在最初的2a土壤总有机碳(TOC)快速增加,随后呈逐渐下降的趋势;(2)研究区人工绿洲在被开发后50a的连续耕作下,平均土壤TOC呈先增后减再增的"N"型变化趋势,但最终土壤TOC超过了原始自然状态下的TOC,而且2008年土壤TOC比原始荒漠状态增加7.74%,说明研究区表层土壤有机碳总体呈"碳汇"趋势。尤其在研究区实施了免耕、秸秆粉碎还田、科学测土配方施肥等保护性耕作措施后,土壤固碳效应明显,这完全不同于热带森林、中国北部温带半干旱草原及非洲Savanna半干旱稀树草原开垦为耕地后土壤有机碳大量损失的结论。     

膜下滴灌对新疆棉田生态系统净初级生产力、土壤异氧呼吸和CO2净交换通量的影响

2009年4-10月,通过田间试验,以传统无膜漫灌为对照,研究了膜下滴灌对我国新疆棉田生态系统净初级生产力、土壤异氧呼吸和CO2净交换通量的影响.结果表明:膜下滴灌和无膜漫灌处理下,棉田生态系统净初级生产力、土壤异氧呼吸通量和CO2净交换通量均呈先增大后减小的变化趋势.与无膜漫灌相比,膜下滴灌显著提高了棉花地上、地下生物量和净初级生产力,降低了土壤异氧呼吸通量.在整个生长季节,膜下滴灌处理的年土壤异氧呼吸通量为214 g C·m-2,低于无膜漫灌处理的317 g C·m-2;膜下滴灌处理的棉花年净初级生产力为1030 g C·m-2,显著高于无膜漫灌处理的649 g C·m-2;膜下滴灌处理比无膜漫灌处理多固定大气CO2479 g C·m-2.膜下滴灌栽培措施既提高了作物生产力,又降低了土壤CO2排放,是干旱地区一种重要的农业固碳减排措施.     

遮阴对骆驼刺叶性状和水分生理的影响

以塔克拉玛干沙漠南缘荒漠绿洲过渡带优势种骆驼刺为试验材料,研究正常光照(NL)、中度遮阴(MS)和重度遮阴(SS)3种不同遮阴环境对骆驼刺(Alhagi sparsifoliashap.)叶厚、单叶面积、比叶面积、比叶质量等叶性状参数和相对含水量、水势、失水速率、气孔导度、蒸腾速率以及水分利用效率等水分生理参数的影响。结果显示:随着光照强度的降低,骆驼刺的叶片厚度(LT)、比叶质量(LMA)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)明显降低,而单叶面积(LA)、比叶面积(SLA)、相对含水量(RWC)、失水速率(RWL)和水势(WP)明显升高;各叶性状参数与水分生理参数之间均有极显著的相关性。说明:骆驼刺在遮阴环境下,其叶性状特征主要通过单叶面积和单叶干物质积累的变化来响应遮阴环境;其水分生理特征主要是牺牲对水分胁迫具有较好抗逆性的水分生理特征并通过气孔调节和更多的水分消耗用于维持一定的光合能力来响应遮阴环境。叶性状与水分生理参数相关性分析表明,遮阴环境下骆驼刺叶性状变化主要通过影响RWL、WP、Tr和WUE进而影响其水分生理特征的变化。因此,建议可利用遮阴措施对极端干旱区荒漠植物骆驼刺进行植被恢复,但其遮光度应设置在70%—80%自然光之间。     

塔里木河下游地下水埋深对胡杨气体交换和叶绿素荧光的影响

为了分析干旱环境下地下水埋深变化对胡杨(Populus euphratica oliv.)光合作用的影响,对塔里木河下游3个地下水埋深(4.91,6.93m和8.44m)环境下胡杨叶片的气体交换日变化、光响应曲线、PN-C_i曲线以及叶绿素荧光特性等进行了比较研究。研究结果表明:当地下水埋深从4.91m增加到6.93m和8.44m,胡杨光合速率(P_N)(10:00),初始荧光(F₀)、最大荧光(F_m)、以及PSⅡ实际光化学效率(Ω_PSⅡ)、电子传递速率(ETR)、非光化学猝灭系数(NPQ)和正午叶水势(Ψ_midday)等都发生了明显变化,其中胡杨NPQ增加了109% 127%,Ω_PSⅡ,ETR和Ψ_midday分别减小了24% 29%,17% 22%和31.6% 45.6%,表明胡杨受到的干旱胁迫程度在增加;而当地下水埋深在6.93 8.44m之间时,上述参数无显著变化,表明胡杨很可能处于相同干旱胁迫程度;并且在地下水埋深4.91 8.44m范围内,最大光化学效率(F_v/F_m),表观量子效率(φ),Rubisco羧化速率(V_cmax), 等参数都未发生明显变化,表明即使地下水埋深增加到8.44m,此时的干旱胁迫程度也未超过胡杨的耐受能力,其光合能力也未受到不可逆转的伤害。     

西北干旱区荒漠植被生态需水量估算

基于AVHRR-GIMMS和SPOT-VEGETATION两种NDVI数据计算西北干旱区生长季植被覆盖度指数(fc),根据该指数划分阈值范围确定荒漠植被面积,并在塔里木盆地进行适用性验证。通过荒漠植被面积和参考作物蒸散量(ET0),采用潜水蒸发模型,计算西北干旱区1982—2010年荒漠植被生态需水量,以期为今后西北干旱区水资源利用和管理提供科学依据。结果表明:根据fc确定荒漠植被面积,在西北干旱区阈值范围设为0.1~0.35较为合理;1982—2010年西北干旱区荒漠植被面积总体上变化不大,呈现增-减-增的波动趋势。高、低覆盖度荒漠植被面积多年平均值分别为234.3和448.2万hm2;西北干旱区ET0空间分布总体为南疆大于北疆、东部大于西部,其中南疆、北疆及河西地区ET0多年平均值分别为1066.9、975.6和1171.6 mm。根据ET0数据拟合分析计算西北干旱区荒漠植被潜水蒸发量,其中南疆、北疆和河西地区低覆盖度荒漠植被潜水蒸发量多年平均值分别为75、64和82 mm,高覆盖度荒漠植被分别为275、233和299 mm;1982—2010年西北干旱区荒漠植被生态需水量呈减少趋势,以0.1063亿m3·a-1的速率减少,多年平均生态需水量为134.13亿m3。其中高覆盖度荒漠植被需水量多年平均为91.64亿m3,以0.3034亿m3·a-1的速率减少;低覆盖度荒漠植被需水量多年平均为42.49亿m3,以0.1972亿m3·a-1的速率增加。     

中国陆地生态系统净初级生产力时空变化特征及影响因素

为揭示气候变化背景下我国各陆地生态系统净初级生产力(NPP)的时空分布特征与驱动机制,引入重心模型分析2000—2017年我国NPP的空间分布格局变化,并利用相关分析方法结合Thornthwaite Memorial模型定量区分气候变化与人类活动影响NPP的相对作用。结果表明：(1)2000—2017年全国NPP均值为325.86 g C/m²,整体呈现出南方高北方低,东南向西北逐渐递减的特点。(2)近18年全国与各陆地生态系统NPP均呈现增长趋势,全国NPP增长速率为4.4597 g C m^-2 a^-1,总净增加约0.391 Pg C。空间上全国与森林、草地、荒漠生态系统的NPP重心向东北方向移动,农田与城市生态系统的NPP重心向西北方向移动,表明NPP在该方向上的增速和增量最大。(3)全国NPP在华北、西北地区与四川盆地主要受降水的影响,在青藏高原与云贵高原的东部主要受气温的影响,各陆地生态系统之间城市生态系统NPP对降水响应的敏感度相对最高,荒漠生态系统NPP对温度响应的敏感度相对最高。(4)气候变化和人类活动对全...     

幼龄胡杨气孔行为对土壤质地和地下水埋深变化的响应

气孔调节是植物适应水分条件变化的关键途径,研究多变生境中植物气孔行为对认识植物的适应具有重要意义。洪水漫溢新形成的河漫滩是胡杨更新的自然生境,其土壤质地和地下水埋深具高度时空异质性。已有研究主要集中于胡杨对地下水埋深变化的生理生态响应,而对土壤质地与地下水变化交互作用影响植物水分关系的认识不足。通过设置土壤质地(砂土(S₁)、砂壤土(S₂)、黏壤土(S₃)与地下水埋深(W₁(30 cm)、W₂(60 cm)、W₃(90 cm))交互试验模拟幼龄胡杨自然生境,观测分析了不同条件下胡杨气孔导度(G_s)、气孔导度斜率(g₁)、光合的气孔限制(L_s)的变化。研究结果表明:(1) 胡杨气孔行为对地下水变化的响应受土壤质地影响;(2) 相同地下水埋深时不同土质间G_s具显著差异,W₁时S₂与S₃的G_s显著高于S₁;W₂时S₁与S₂明显低于S₃;W₃时S₃最大,S₂次之,S₁最小;(3) 相同地下水埋深处理下,g₁在S₁最大,S₃次之,S₂最小;(4) 相同地下水埋深处理下,W₁时S₂与S₃的L_s显著高于S₁,W₂与W₃时L_s在S₂最大,S₃次之,S₁最小。综上所述,幼龄胡杨气孔行为对地下水埋深变化的响应因土壤质地而异,这可能归因于土壤质地影响根系结构和土壤水的垂直分布,对胡杨早期植物水分关系具有重要影响。     

气候变暖背景下新疆和中哈边境亚洲飞蝗适生区预测及变化

亚洲飞蝗Locusta migratoria migratoria是中国新疆与哈萨克斯坦边境区域重要害虫之一,具迁飞性且繁殖能力强,对农牧业经济造成巨大伤害。本文以亚洲飞蝗为研究对象,根据其发生区和相关生物学特性,利用CLIMEX 4.0.2和ArcGIS 10.2相结合,预测其在新疆和中哈边境区域亚洲飞蝗的潜在地理分布。亚洲飞蝗的适生区在新疆境内集中分布在北疆（42.69~48.29°N）,包括伊犁、博尔塔拉中部、塔城西北部及南部、阿勒泰西部、昌吉和乌鲁木齐南部地区;哈萨克斯坦境内主要分布在北纬47.03~51.65°N区域,包括东哈萨克斯坦州北部、阿拉木图州东南部境内的湖泊及河流沿岸地区,这与亚洲飞蝗的现有分布点和历史发生记录吻合。未来气候变暖情景下,亚洲飞蝗在中哈边境新疆境内的适生区逐渐扩大,其中在阿勒泰、伊犁、昌吉及乌鲁木齐的高度适生区面积增加,哈密开始出现高度适生区;在哈萨克斯坦边境区域的适生区略有增加,其中东哈萨克斯坦州地区高度适生区面积减少明显。研究结果对区域内亚洲飞蝗的预测预报和综合防控具有重要意义。