黑河下游柽柳根系水力提升对林分蒸散的贡献

准确量化植物根系水力提升(HL)及其生态-水文效应对于陆地生态系统水分循环和全球变化研究具有重要意义。基于2011—2012年黑河下游柽柳林地土壤含水量和涡度协方差观测资料,通过将土壤体积含水量分割为HL和水分损失量(WD),结合涡度协方差测定的潜热通量计算的蒸散量(ET),首次定量黑河下游柽柳根系HL及其对ET的贡献。据估算,柽柳根系HL主要发生在20—60 cm深度,生长季HL大小在0—1.4 mm/d之间变化,平均为0.22 mm/d,WD在0—0.76 mm/d之间变化,平均为0.23 mm/d,HL与WD的年内变化存在同步性,且HL与WD处于正平衡状态,表明HL通过将深层吸收的土壤水或地下水释放在根系吸收层以供植物蒸腾消耗外,还有剩余水分留存在该层内。生长季ET在0.31—5.38 mm/d之间变化,平均为2.82mm/d,但值得注意的是,HL与ET的年内变化存在时间滞后性,HL在5月最高,但ET在7月最大。HL对ET的贡献率在0.06%—108.25%之间变化,平均为19.25%,比例高于100%的时段主要在生长初期,也就是说在蒸散最大的夏季,HL是相对较小的,其原因可能有2个:一是HL受到夏季深层土壤干化的抑制,二是HL受到夏季夜间蒸腾的抑制,究竟是何种原因还有待进一步研究。     

植物气孔导度的环境响应模拟及其尺度扩展

气孔导度是衡量植物和大气间水分、能量及CO2平衡和循环的重要指标,探讨气孔导度与环境因子的关系及其模拟,以及气孔导度在叶片、冠层及区域尺度间的尺度转换及累积效应,对更好地认识植被与大气间的水热运移过程,合理评价植被在陆面过程中的地位和作用都具有重要意义。从植物气孔导度与环境因子的关系、气孔导度模拟以及尺度扩展三个方面,对前人的研究成果进行了概括总结。从叶片和冠层两个尺度出发,归纳总结了前人对于不同植物气孔导度与环境因子关系的研究成果,发现由于不同植物的遗传特性、测定时的环境、时间尺度的不同,以及未考虑各个环境因子的相互作用对气孔导度的影响,由此得到的气孔导度与环境因子之间的关系也不尽一致。对各单一环境因子与气孔导度的关系,给出了生理学解释,从根本上说明了环境因子变化对气孔导度的影响,而研究环境因子对气孔导度的综合影响时,应对各环境因子进行系统控制与同步观测。模拟计算植物气孔导度的模型主要有Jarvis模型和BWB模型两类,这些模型的模拟能力随着研究对象、试验区域、环境条件的改变而存在一定的差异,在具体使用时应结合实际情况选择最优模型进行模拟。除上述常用模型外,还总结了其他学者分别从不同角度提出的新的模型,对现有气孔导度模型进行了全面的总结。从叶片-冠层、冠层-区域两个方面归纳总结了前人关于气孔导度尺度扩展的研究成果,发现叶片-冠层的尺度扩展研究较成熟而冠层-区域的尺度扩展在模拟精度的验证方面存在困难。针对以下几个方面提出了今后气孔导度的研究重点:(1)结合研究对象所在的区域及环境条件,选择最优模型进行模拟;(2)综合考虑环境因子之间的相互作用及其对气孔导度的累积影响;(3)BWB模型与光合模型的耦合;(4)提高大尺度范围内的气孔导度模拟精度。     

额济纳绿洲土壤养分的空间异质性

利用地统计学方法研究了额济纳绿洲土壤有机质、全氮、全磷、全钾的空间异质性.结果表明:土壤养分含量分布均有较大的空间异质性,土壤有机质的理论模型为指数模型,全氮、全磷和全钾的理论模型均为球状模型;额济纳绿洲土壤有机质、全氮、全钾主要受结构性因子的影响,全磷受结构性因子和随机因子的共同影响;全氮、全磷和全钾的变程在7.68～7.86 km,土壤有机质的变程较小,为5.4 km.土壤养分的空间分布表现为南北高,中间低的分布格局.     

极端干旱区多枝柽柳叶片气孔导度的环境响应模拟

 气孔通过调节植物体水分散失和CO₂吸收在植物适应环境变化和环境胁迫中发挥重要作用。该文在对极端干旱区多枝柽柳(Tamarix ramosissma)叶片气体交换参数观测的基础上, 引入诊断函数f(H)对BWB模型和BBL模型提出的气孔导度(g_s)模型中的空气湿度(h_s或D_s)进行了评价, 并将评价结果引入叶子飘和于强推导出的g_s机理模型。结果表明: (1) BWB和BBL模型对h_s (或D_s)的模拟效果存在很大差异: BWB模型拟合效果较好(R² = 0.535 4), BBL模型的结果显著但效果较差(R² = 0.110 3)。试验结果显示: 随h_s(或D_s)的增大, g_s呈先增大后减小的趋势, 可用Gauss模型进行拟合, R²分别为0.593和0.258, 说明g_s与h_s的关系要比D_s更密切; (2)叶子飘和于强给出的简化模型(Simple模型)和该文给出的指数模型(Gauss-h模型)均具有较好的模拟效果(R²分别为0.870 7和0.828 6), η值分别为0.124 5和0.017 1, 其值均介于0–1之间; (3)模型验证中Gauss-h模型较Simple模型明显低估了观测值, 当观测条件无限趋近于Simple模型的假设时, Simple模型的拟合效果可得到显著提高(R² = 0.960 6)。     

黑河下游土壤水盐对生态输水的响应及其与植被生长的关系

生态输水作为一项改善黑河下游生态环境的人工输水工程,研究土壤水盐与地表植被对输水的响应对于下游植被的恢复与重建具有重要的理论和实践意义。以2001年和2010年野外土壤和植物样方调查资料为基础,探讨了黑河下游土壤水盐对生态输水的响应及其与植被生长的关系,结果表明:(1)输水后不同深度土壤含水率的增加幅度依次为:胡杨林＞柽柳林＞草地;(2)不同群落土壤含盐量的增加幅度依次为:苦豆子＞柽柳＞梭梭＞胡杨;同时,土壤盐分主要以HCO₃^-和Na⁺为主的轻度盐化土向以SO₄^2-、Cl^-及Ca²⁺等为主的中度和强度盐化土转化;(3)以胡杨为例,土壤含水率小于6%时,密度和冠幅与土壤含水率呈正相关,但大于6%时,冠幅和密度分别介于40-70 m²和0.5-5株/100m²之间;同样,土壤水溶性盐含量小于1%时,密度和冠幅与土壤含水率呈正相关,但大于1%时,密度在0.5-5株/100m²之间,造成上述结果的原因更多是群落的一种"自然稀疏"现象。     

黑河下游额济纳绿洲植物群落特征与物种多样性研究

根据53个20 m×20 m样方调查资料,对黑河下游额济纳绿洲植物群落特征及物种多样性进行研究.结果表明:(1)调查样方的植物种类组成成分简单,科属组成较为分散.共有12科26属28种,以藜科、菊科为主,分别占21.43%和14.29%.种类优势现象明显,重要值>10的物种主要有胡杨、梭梭、柽柳、白刺、沙拐枣、苦豆子等;(2)不同植物群落类型的物种多样性指数均较低,且存在较大差异.以重要值计算的Margalef丰富度指数(Rm)介于0.027 3~0.567 7,Simpson多样性指数(Ds)介于0.677 8~0.999 3,Shannon-Weiner多样性指数(H′)介于0.098 2~0.367 3,Pielou均匀度指数(J′)在0.078~0.383之间,表明荒漠绿洲植物群落的结构简单、组织水平低;(3)样方统计的物种多样性指数纬向变化没有经向变化趋势明显,Ds和H′的纬向变化在42.02°N附近存在一个明显的高值区,经向变化呈先增后减的趋势,J′纬向变化与Ds和H′变化趋势较为一致,经向变化趋势不明显,呈连续波动的复杂变化特征.     

基于参与性调查的生态输水和治理工程的可持续性

在中国西北内陆干旱地区,生态输水和治理工程是恢复退化生态系统的重要措施,然而工程的可持续发展受到许多社会经济因素的影响.本文基于农户态度、农户生计以及水资源高效利用等,对额济纳旗的农户开展问卷调查.结果表明:尽管生态输水和治理工程在植被恢复方面取得了巨大成就,但可持续发展仍然受到以下因素影响:由于生态移民的收入主要依赖工程的补偿,造成牧民生计困难,加大了生态治理成果维护的风险;工程对节水农业发展没有起到积极作用,水资源利用效率仍然较低,没有达到最终目的;工程补偿仅仅考虑农牧业损失,对水资源外部性和公共性没有考虑,补偿存在一定的局限性.在进行生态输水和治理的同时,应把发展教育、提供就业机会和技术培训、提高水资源利用效率和建立合理的水资源补偿机制作为环境修复的重要内容.