干旱区杨树、榆树人工防护林地土壤CO2释放通量研究

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组成部分。随着全球气候变暖趋势逐渐明显, 土壤呼吸的时空变异及其对温度变化的响应已成为生态学研究的重要内容之一。利用LI-8100自动土壤CO₂通量测量系统, 连续两年生长季测定了准噶尔盆地新垦绿洲杨树(Populus sp.)、榆树(Ulmus pumila)人工防护林地土壤呼吸的时间动态, 并分析了土壤水热因子及光合作用对土壤呼吸的影响。研究结果表明: 两种林分土壤呼吸日变化波动呈现一定的不规则性; 季节变化表现为明显的单峰格局。杨树林地土壤呼吸速率显著高于榆树林地, 生长季平均土壤呼吸速率分别为3.71和1.82 μmol CO₂·m^-2·s^-1。两种林分土壤呼吸的季节变化与气温、不同深度层次土壤温度间均呈显著的指数相关, 而与土壤含水量之间相关不显著。50和35 cm土壤温度可以分别解释两种林分土壤呼吸时间变化的78.5%和64.4%, 与土壤温度和含水量的共同解释率接近。林分间土壤呼吸速率差异受到林木生长状况、光合作用及土壤盐分等的影响。研究结果初步阐明了准噶尔盆地干旱区典型绿洲防护林植被土壤呼吸的季节动态特征及主要影响因子, 为进一步揭示该区域林地土壤碳循环特点提供了一定的理论基础。     

光合有效辐射与地下水位变化对柽柳属荒漠灌木群落碳平衡的影响

全球气候变化和人类活动的加剧, 正导致古尔班通古特沙漠南缘原始盐生旱生荒漠地区的地下水位发生显著改变。大气污染导致该地区太阳辐射减少。以盐生荒漠建群种多枝柽柳(Tamarix ramosissima)为研究对象, 选择地下水位在2.9-4.5 m波动的典型原始生境, 观测了生长期内光合有效辐射和地下水位变化时的光合作用、蒸腾作用和叶水势等生理活动的季节变化, 调查了根系分布特征; 并利用涡度相关系统测定了生态系统碳水通量, 估算群落碳同化能力、蒸腾耗水量与叶面积指数的季节变化, 旨在揭示光合有效辐射和地下水位等环境因素对柽柳属(Tamarix)荒漠灌木群落光合作用的影响。研究结果表明: 降水造成的潜土层水分状况变化对多枝柽柳的碳平衡没有显著影响。深根系与气孔调节是多枝柽柳碳平衡适应荒漠环境水分状况的两个关键机制。特殊的气孔行为体现了多枝柽柳以高水分消耗为代价将其碳获取最大化的适应对策; 多枝柽柳生理与群落尺度的水分平衡和碳获取均依赖于深根系获取的稳定地下水源, 缓和的地下水位波动将不会扰动其现有的碳/水平衡, 地下水位剧烈下降将危及多枝柽柳的生存。此外, 光合有效辐射是另一个主要影响因素, 与群落碳获取呈显著正相关关系。群落碳同化能力的季节变化是光合有效辐射和地下水位共同影响下光合作用物候学特征的体现。过度开采地下水和直接破坏原生植被的行为, 将会严重地干扰多枝柽柳群落的生存, 进而破坏该区域现有的生态水文过程。     

温带荒漠中温度和土壤水分对土壤呼吸的影响

荒漠对气候变化具有高度敏感性, 深刻认识和量化非生物因子对荒漠生态系统土壤呼吸的影响具有重要意义。采用自动CO₂通量系统(Li-8100)监测了梭梭(Haloxylon ammodendron)、假木贼(Anabasis aphylla)和盐穗木(Halostachys caspica)群落生长季土壤呼吸及温度、土壤含水量等, 深入分析了水热因子对土壤呼吸的影响。土壤呼吸具有不对称的日格局, 最小值出现在8:00, 最大值在12:00~14:00。土壤呼吸的季节格局与气温变化基本同步, 最小值在生长季末期(10月), 最大值在生长季中期(6~7月)。梭梭、假木贼和盐穗木群落生长季平均土壤呼吸速率分别为0.76、0.52和0.46 μmol CO₂·m^-2·s^-1。气温对假木贼(51%)和盐穗木群落(65%)土壤呼吸季节变化的解释率高于梭梭(35%)。梭梭、假木贼和盐穗木群落土壤呼吸温度敏感性(Q₁₀)逐渐增大, 基础呼吸速率(R₁₀)逐渐减小。剔除温度影响后, 梭梭、假木贼群落土壤呼吸与土壤含水量呈显著的幂二次方函数关系, 盐穗木群落两者关系却明显减弱, 未达到显著水平。气温、土壤含水量的二元方程均能解释群落土壤呼吸大部分的时间变异: 梭梭群落71%~93%、假木贼群落79%~82%、盐穗木群落70%~80%。人工模拟降水后土壤呼吸速率表现出降水后10 min减小、180 min时明显增加、达到最大值后再次衰减的现象。5和2.5 mm降水处理下的土壤呼吸速率最大值和其后的递减值高于对照处理, 土壤呼吸增加、达到峰值和其后递减过程与5 cm土壤温度变化基本同步。     

柽柳水浸提液对猪毛菜种子萌发和幼苗生长的化感作用

以一年生草本植物猪毛菜的种子和幼苗为受体,采用室内培养皿法,研究塔里木河下游柽柳水浸提液对猪毛菜种子及幼苗的化感作用。结果表明:(1)柽柳茎、根浸提液对猪毛菜种子萌发的抑制作用较为显著;柽柳茎浸提液0.08～0.20g/mL浓度处理组的猪毛菜种子发芽率、发芽指数和活力指数与对照组之间均差异显著,其中种子发芽率分别减少了84.78%、89.12%、76.09%和67.39%;柽柳根浸提液对猪毛菜种子活力指数的化感作用较为显著,0.12g/mL和0.16g/mL浓度处理组与对照组相比差异极显著,化感效应指数分别为-0.960和-0.930。(2)柽柳茎浸提液处理中的猪毛菜幼苗苗长和根浸提液处理中的猪毛菜幼苗鲜重与对照组差异显著,两者在0.08g/mL浓度处理下分别增加了61.49%和52.63%;在其他浓度处理下则主要受抑制作用。(3)柽柳叶浸提液的综合化感效应呈现"W"型变化趋势;茎浸提液在高浓度时具有较强的综合化感效应;根浸提液的综合化感效应在0.12g/mL浓度最强(RI=-0.749),在0.08g/mL浓度时最弱(RI=-0.389)。     

梭梭和多枝柽柳的枝干光合及其主要影响因子

荒漠植物长期演化过程中保留了枝干光合(Pg)的特性,枝干光合有效减少局部碳损失,且在维持植物正常生理代谢方面发挥重要作用.本研究以古尔班通古特沙漠南缘荒漠植物梭梭和多枝柽柳为对象,利用Li-Cor 6400便携式光合仪与特制叶室相结合监测枝干与叶片光合速率,同时辅以枝干/叶片功能性状(叶绿素含量、含水量、叶/枝面积、碳...     

1986—2019年新疆湖泊变化时空特征及趋势分析

干旱区湖泊是区域水资源系统的重要组成部分,不仅在维系区域生态系统平衡上发挥重要支撑作用,而且也对区域气候变化和人类活动具有重要的指示意义。基于Google Earth Engine(GEE)遥感云计算平台,以Landsat 5/7/8卫星遥感影像为主要数据源,分析了1986—2019年新疆维吾尔自治区湖泊数量以及面积变化的时空特征,并从气候要素变化、人类活动干扰等方面初步探讨了新疆湖泊变化的主要原因。结果表明：1986—2019年间,气温升高使得冰川积雪融水增加,新疆湖泊整体上呈现出扩张趋势。然而受人类活动的干扰程度以及地形海拔等因素,这种趋势存在显著的空间差异。全球变暖背景下,由于受到丰富稳定的雪冰融水的补给,受人为干扰较小的青藏高原北部地区湖泊呈现显著扩张。相反由于环天山地区强烈的人类活动以及冰川加速退缩影响,该区域湖泊面积持续高位波动状态。     

不同功能型原生荒漠植物对小降雨的光合响应

小降雨事件(≤5 mm)在干旱区年降雨频次中占很大比重,并且发生间隔较短。为揭示荒漠植物对小降雨的利用策略,在准噶尔盆地原始生境中研究了4种植物功能型(短生活史草本植物、长生活史草本植物、非潜水灌木和潜水灌木,共28物种)对1和6 mm人工降雨的光合响应。结果表明,1 mm降雨后,多数草本植物净光合速率(P_n)、气孔导度(g_s)上升,非潜水灌木的g_s和潜水灌木的瞬时水分利用效率(WUE)响应的幅度接近于6mm降雨效应。为探讨植物利用小降雨的可能机制,选取单位面积叶片吸水量(LWUC)和叶片相对含水量增量(R_w)对叶片进行吸水能力测试。结果表明,小降雨既可通过叶面毛被草本植物直接吸收利用,也可通过增加微生境湿度,调节气孔导度,降低蒸腾而使灌木间接获益。     

昆仑山北坡4种优势灌木的气体交换特征

在自然条件下对昆仑山北坡四种灌木塔里木沙拐枣（Calligonum roborowasikii）、驼绒藜（Ceratoides latens）、合头草(Sympegma regelii)和昆仑绢蒿(Seriphidium korovinii)的气体交换、水势的季节变化特征及生长季末δ13C值进行了比较研究。结果表明：驼绒藜、塔里木沙拐枣和合头草气体交换日变化为单峰曲线,昆仑绢蒿为双峰曲线;其中塔里木沙拐枣属高光合高蒸腾型,水分利用效率最高,合头草属低光合低蒸腾型,驼绒藜属高光合低蒸腾型,昆仑绢蒿属低光合高蒸腾,水分利用效率最低。驼绒藜光合速率8月日变化,10：00-12：00,16：00-20：00两个时段,Pn下降,主要决定因素均为非气孔因素。沙拐枣6月光合速率日变化,12：00-14：00时,Pn下降,主要受气孔导度因素影响;16：00-20：00时,Pn下降,可能是同时受气孔和非气孔因素的影响。从耐旱机理可以将4种灌木归类：塔里木沙拐枣和昆仑绢蒿属于高水势延迟脱水耐旱机理;驼绒藜和合头草属于低水势忍耐脱水机理。用δ13C表征植物水分利用效率时,只有部分物种有很好的一致性。     

克里雅河流域荒漠-绿洲交错带3种不同生活型植物的光合特性

利用LI-6400光合仪测定新疆克里雅河流域荒漠-绿洲交错带自然生长的芦苇、柽柳、胡杨叶片的气体交换参数及环境影响因子,通过对比3种植物光合特性的差异及其与环境因子间的关系,探讨3种植物对荒漠环境的适应特性和机制。结果表明:(1)3种植物叶片Pn日变化均呈不对称的双峰曲线,"午休"现象明显,Pn日均值的大小依次为胡杨芦苇柽柳,种间差异不显著。(2)Tr、PAR和Gs与3种植物Pn的日变化存在极显著或显著的相关关系,其中影响芦苇Pn的主要因子是Tr、PAR和Gs,作用效应为TrGsPAR;影响柽柳Pn的主要因子是Tr、Gs,作用效应为TrGs;影响胡杨Pn的主要因子是Tr。(3)3种植物的光合作用对光强和CO2的响应特征可用二次方程描述;光补偿点和饱和点均为柽柳胡杨芦苇;CO2补偿点为胡杨柽柳芦苇,饱和点为胡杨芦苇柽柳。(4)3种植物的表观量子效率在0.0341—0.0411 mol/mol之间,羧化效率在0.0480—0.0546 mol m-2s-1之间。综合比较表明,3种干旱区植物在自然条件下日均净光合速率、光能利用率和CO2同化能力差异不显著,气孔限制是光合"午休"现象产生的主要原因;影响3种植物光合作用的主导因子各不相同,但Tr与Pn间的关系较其它因子更为密切。     

大气氮沉降监测方法研究进展

大气氮沉降是全球氮素生物地球化学循环中的重要环节,指包括氧化态(NO_y)和还原态(NH_x)的活性氮通过干、湿沉降两种方式从大气中移除并降落到地表的过程,对陆地和水生生态系统的结构和功能有重要影响.日益增加的氮沉降对自然生态系统和人类健康构成潜在威胁,如何准确监测不同生态系统的干、湿氮沉降的组成和通量,建立统一的监测技术方法是近年来的研究热点和难点之一.本文详细综述了近年来国内外干、湿氮沉降的监测方法,包括微气象学法、推算法、模型法、替代面法、降水采集法和离子交换树脂法等.并结合其在区域、国家及全球尺度的应用对比总结了不同方法的优缺点,为建立全国性的氮沉降监测网络提供方法学的支持.