典型陆地生态系统土壤碳储量计算研究进展

大气中近 10%的碳由土壤产生, 其微小变化就能对全球碳平衡产生重要的影响, 进而影响全球气候变化。因此, 土壤碳储量和释放量的准确测定已成为当前全球变化研究的关键问题之一。从典型陆地生态系统土壤碳储量的计算结果、计算方法及影响因素 3 个层面对当前土壤碳储量的相关研究成果进行了归纳与总结, 分析了当前关于土壤碳储量计算研究中尚存在的问题及原因, 并提出了应加强的研究内容, 以期为今后的研究提供一些参考。     

内蒙古西鄂尔多斯荒漠区降水入渗氘同位素特征

探讨我国干旱半干旱地区大气降水在土壤剖面中的时空分布特征将为西鄂尔多斯荒漠退化生态系统恢复和维持提供科学依据.本研究利用氘同位素技术研究了内蒙古西鄂尔多斯荒漠的大气降水、土壤水、地下水中的氘同位素值(δD),运用二元线性混合模型计算降水对各层土壤水的贡献率,并结合土壤含水量分析了不同降水条件下土壤剖面各层土壤水δD的时空分布特征.结果表明: 雨后9 d内,小雨(0～10 mm)影响0～10 cm土壤含水量和土壤水δD值,对表层土壤(0～10 cm)的贡献率在30.3%～87.9%;中雨(10～20 mm)影响0～40 cm土壤含水量和土壤水δD值,对0～40 cm土壤水的贡献率为28.2%～80.8%;大雨(20～30 mm)和特大暴雨(＞30 mm)影响0～100 cm土壤含水量和土壤水δD值.降水对100～150 cm深层土壤水δD值影响不显著.西鄂尔多斯荒漠土壤水δD介于大气降水δD与地下水δD之间,表明西鄂尔多斯荒漠土壤水主要来源于大气降水与地下水.在同一降水强度下,表层土壤水(0～10 cm)受降水的直接影响显著,随着土壤深度的增加,土壤水δD变化幅度降低,100～150 cm深层土壤水δD基本趋于稳定.降水强度越大,对土壤水δD影响的时间越长,影响的土壤深度也越深.     

唐古特白刺叶性状及叶片δ13C、δ15N沿降水梯度的变化特征

叶片性状反映了植物对环境的适应能力及自我调控能力。以唐古特白刺天然种群为研究对象,沿300—40 mm年降水梯度,测定了7个样地的唐古特白刺叶片性状及叶片δ~(13)C、δ~(15)N。结果表明:(1)沿降水梯度变化,7个地区唐古特白刺叶宽、长宽比、叶厚、叶面积、比叶面积、叶氮含量、叶片δ~(13)C和δ~(15)N变异性显著(P0.05),而叶长差异不显著(P0.05)。唐古特白刺通过叶片各功能性状间的调节来适应环境的变化,并形成性状间的最佳功能组合。(2)唐古特白刺叶片δ~(13)C与叶面积、比叶面积呈负相关关系,与叶氮含量呈正相关关系,但其相关性均未达到显著性水平(P0.05),仅与地下水埋深表现出了极显著的正相关关系(P0.01)。在降水量小于100 mm的区域,白刺主要利用地下水源,成为隐域植被,从而降低了对其他环境因子的响应。(3)叶片厚度和叶氮含量可以作为体现不同地区间唐古特白刺差异的叶功能性状。数据显示叶片厚度与年平均温度正相关(P0.05),尤其与年最高气温大于35℃日数关系更为密切(P0.01);在高温环境下,叶片增厚的同时叶氮含量显著降低(P0.05),而这一过程中叶片δ~(15)N值却有增加趋势(R~2=0.62,P0.05),因此叶厚度和叶氮含量对叶片δ~(15)N的相对影响在干旱与半干旱区之间发生转变,这为进一步探究干旱区荒漠植被的水分限制阈值提供了新思路。     

乌兰布和沙漠典型灌木群落土壤化学计量特征

乌兰布和沙漠不同典型灌木群落类型对荒漠土壤质量的改善具有重要的作用,而土壤碳、氮、磷生态化学计量比是体现生态系统变化过程的重要依据。研究不同灌木植被类型对土壤碳、氮、磷含量及其生态化学计量学特征的影响,对于深入认识乌兰布和沙漠典型灌木植被生长与修复对土壤质量的改良,准确评价植被生态环境效益具有重要的现实意义。在乌兰布和沙漠8个主要建群种天然植被类型灌木林地内设置10 m×10 m的标准样方进行调查,在灌丛边缘（东、南、西、北四个方向）进行土壤分层采样,取样深度分别为0-20、20-40、40-60、60-80、80-100 cm,共5层。将相同层次土壤样品充分混合,经四分法取样,风干,过0.15 mm筛用于土壤C、N、P含量的测量,分析不同灌木类型各土层碳、氮、磷含量及其生态化学计量比的垂直分布特征,探寻各指标间的相关关系。结果表明：乌兰布和沙漠地区8种天然灌木林土壤有机C、全N、全P含量整体水平不高,分别为2.45、0.26、0.28 g/kg,均低于全国水平。由C、N、P含量的相关性分析可知三者间呈显著正相关（P < 0.05）,且C、N元素含量变化几乎同步,但P元素含量变化滞后于二者。各灌木类型表层（0-20cm）土壤C、N、P含量均较高,各灌木类型土壤有机C、全N含量随着土壤深度的增加呈下降趋势,而不同灌木类型土壤全P含量从上至下分布规律不同,且土层对P含量无显著差异（P > 0.05）。8种典型灌木群落土壤整体C：N、C：P、N：P值（9.41、8.70、0.93）低于全国水平,各灌木类型土壤N：P和C：P随土壤深度而递减,但不同灌木类型土壤C：N随土层深度的变化规律不同。乌兰布和沙漠典型灌木群落土壤碳、氮、磷化学计量特征值均低于全国水平,各灌木类型土壤C、N、N：P和C：P随土壤深度而递减,但不同灌木类型土壤P、C：N随土层深度的变化规律不同。有机C、全N、全P与其化学计量比之间具有非线性耦合关系。C：N和P含量具有较高的稳定性（CV=22.45%和24.39%）,C：P和N：P比值是研究区限制性养分判断的重要指标。     

沙冬青种子萌发及幼苗生长特性

沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)是亚洲中部荒漠特有种,由于其分布的环境条件特殊,现存植被天然更新困难,人工育苗、造林存在一定问题。为改善种皮透水性,获得整齐一致的发芽,分别用21.5 (室温)、40、60、80和90 ℃的温水浸种5 min。结果表明: 60 ℃温水浸种效果最好,与对照相比,显著地提高了种子发芽势,并有效地降低硬实率。对比分析了15、20、25、30、35和40 ℃环境温度下种子萌发的特性,种子发芽最适温度是30 ℃,而胚根及下胚轴伸长最快的温度为25~30 ℃。较低温度下种子发芽延续时间较长,并且种子萌发后下胚轴和胚根伸长缓慢,易形成畸形(胚根严重扭曲、缢裂)幼苗。15 ℃时畸形幼苗占发芽种子数的28.1%,而30~40 ℃时仅占5.2%~8.6%。温度过高不利于种子萌发及幼苗生长,40 ℃时,吸胀种子绝大部分丧失活力,发芽种子在35 ℃以上温度下生长2~3 d,胚根胚轴组织呈水渍状坏死。另外,催芽后的种子播种在河沙中子叶出土最快,出土率可达63%,显著高于在粘质壤土中出土率(11%)。不同粒径的种子播种后幼苗生长特性表现出一定的差异,粒径5 mm以下小粒种子播种后幼苗长势弱,苗期成活率低,生长70 d后幼苗成活率仅为35.4%,而粒径5 mm以上种子同期幼苗成活率达56.2%。据上述试验结果,结合自然分布区内环境条件的资料,分析了沙冬青濒危原因,并为植被恢复育苗措施提出建议。     

形态变化对叶片表面温度的影响

干旱区植物叶片形态可塑性是植物适应高温干旱环境的重要生存策略, 但目前仍缺乏直观的数据予以证明。该研究应用热成像技术和图像分析技术, 同步测定真实叶片与模拟叶片的叶温、形态及风速、辐射和温度等环境参数。研究结果显示: 在干旱、高温环境下, 除了蒸腾, 叶片形态变化也是调控叶温的重要因子。干旱区植物叶片变小, 有利于加速叶片与环境的物质及热量交换, 从而达到降低叶温的目的。样地数据显示, 在高温、低风速环境下, 叶片宽度每减少1 cm, 叶片表面温度降低约2.1 ℃, 而模拟叶片叶宽度每减少1 cm, 叶片表面温度降低0.60-0.86 ℃。该研究对深入理解植物生存策略与环境适能力具有重要意义。     

乌兰布和沙漠沙冬青群落特征的研究

基于对乌兰布和沙漠地区植被调查数据,采用物种多样性和种群联结性相结合的分析方法,对珍稀植物沙冬青群落生存状况进行分析评价,以揭示群落稳定性及更新演替趋势。结果表明:(1)研究区沙冬青群落的种类组成比较丰富,与沙冬青伴生的植物共有25种,其中灌木12种,草本植物13种。(2)灌木层物种多样性水平较草本层高,但无论是灌木层还是草本层,固定沙丘生境的沙冬青群落物种多样性均较大,物种均较为丰富;物种均匀度减小是群落草本层多样性下降的主要原因。(3)种间总体联结性测定结果显示,沙冬青群落中灌木层种间有轻微正关联;总体竞争性较弱,表明沙冬青在群落中处于优势地位。(4)从种间联结来看,大多数种对为正联结,或联结性较小且均不显著,说明沙冬青作为该群落的建群种,它的分布和存在似乎不受其他物种的影响或所受影响很小,有独立分布特征;但即使联结性不强的物种也可能有较高的相伴出现机率。研究认为,可通过保护和选择与之正联结较强的物种来保护和建立沙冬青生存环境,以维持沙冬青分布群落的稳定性,最终达到实效保护目的。