荒漠绿洲农田垦殖过程中耕层土壤碳储量演变特征

以河西走廊中段临泽荒漠绿洲区为研究对象,通过实地调查结合遥感影像辨析确定农田的开垦年限,对比不同开垦背景的农田耕层(0～20 cm)土壤有机碳储量(SOCD)的变化特征,研究荒漠绿洲农田垦殖过程中SOCD的演变趋势.结果表明: 研究区农田耕层SOCD在2.41～32.97 t·hm^-2范围变动,平均值为17.22 t·hm^-2;盐碱地、戈壁和沙地背景农田SOCD平均值分别为19.36、16.10、15.93 t·hm^-2.随着开垦年限的增加,农田耕层SOCD呈增加趋势,但沙地和戈壁背景农田开垦20年后增加趋势放缓,盐碱地背景的农田在25年后才表现出放缓趋势;沙地、戈壁和盐碱地背景农田土壤有机碳(SOC)的固存速率分别为0.424、0.485、0.811 t·hm^-2·a^-1.SOCD与全氮、全磷、碱解氮、速效磷含量呈显著正相关,而与速效钾、pH相关性不显著.综上所述,荒漠绿洲盐碱地背景农田SOC的固存速率显著高于戈壁、沙地背景农田,但开垦30年后不同背景农田SOCD仍处于较低水平,需要针对不同开垦背景对绿洲农田进行管理以提高荒漠绿洲土地利用效率和生产力.     

基于土地利用/覆被变化的荒漠绿洲碳储量动态评估

以典型的荒漠绿洲区为研究对象,基于不同时期土地利用/覆被类型图,运用Bookkeeping模型,结合土壤、植被碳密度基础资料及调查数据,评估了近30年临泽绿洲土地利用/覆被变化特征及其对碳储量的影响。结果表明:(1)临泽荒漠绿洲区的土地利用/覆被变化特征主要表现为:居民及建设用地、耕地、林地呈增加趋势,增幅分别为90.2%、75%、46.5%;盐碱地、水体、沙地、荒漠草地则呈减少趋势,减幅分别为73.9%、67.8%、46.2%、5.5%。(2) 30 a耕地面积增加了269.38 km~2,其中耕地开垦面积为372.57 km~2,开垦主要来源于盐碱地、荒漠草地和沙地,分别占耕地开垦面积的24.7%、24.4%和21.05%。耕地转变为其他土地覆被类型的面积为103.19 km~2,转变后的主要去向分别是居民及建设用地、盐碱地和荒漠草地,分别占耕地转变为其他土地覆被类型面积的32.78%、17.8%和15.37%。(3)土地利用/覆被变化导致总碳储量增加5.89×10~5t,其中土壤碳储量增加量为4.02×10~5t,植被碳储量增加量为1.86×10~5t;耕地变化使碳储量增加4.91×10~5t,其中使碳储量增加的转变分别是荒漠草地-耕地、沙地-耕地、盐碱地-耕地、耕地-林地,相反的转变则使碳储量减少。总体来看,临泽荒漠绿洲土地利用/覆被面积和结构均发生了变化,耕地开垦为最主要的土地利用/覆被变化,土地利用/覆被变化导致碳储量总体呈增加趋势,耕地变化是影响碳储量变化的主要因素。     

黑河中游荒漠绿洲过渡带土壤水分与植被空间变异

荒漠绿洲过渡带是绿洲生态系统的重要组成部分,对维持绿洲稳定具有重要作用。过渡带土壤湿度和植被之间的相互关系是了解荒漠绿洲过渡带的重要科学问题,从而开始受到重视。研究是在黑河中游荒漠绿洲过渡带,选择一条1700m×200m的样带（包括3条平行样线）,在对土壤湿度、植被高度、盖度等调查的基础上,应用统计分析和地统计的方法,研究了荒漠绿洲过渡带土壤水分和植被的空间变异性特征。结果表明：在荒漠绿洲过渡带上,0～200cm土层中土壤平均湿度介于1．45％～3．85％,变异系数在27．7％～83．2％;植被盖度介于9％～80％,变异系数为80％。植被盖度、冠幅与0～20、20～40cm两层土壤湿度显著负相关（p〈0．05）,与120～140、140～160cm两层土壤湿度显著正相关（p〈0．01）。土壤水分和植被空间分布在样带上存在明显的空间异质性,表现在小于100m的尺度上随机分布,而在100～3110m的尺度上呈聚集分布格局。     

荒漠植物梭梭和沙拐枣在不同水分条件下的光合作用特征

在我国河西走廊中部沙漠区,选择20年生以上C4荒漠植物梭梭（Haloxylon ammodendron）和沙拐枣（Calligonum mongolicum）植株,分干旱环境、雨后近地层空气湿润和人工树下挖坑浇水补充土壤水等3种水分条件,比较研究它们的光合作用特征。结果表明,在干旱环境下,梭梭和沙拐枣均表现出不同程度的强光下光合速率（Pn）下降现象,光系统Ⅱ光化学效率（Fv／Fm）明显降低,表现为光抑制。但在雨后空气湿润和人工浇水,使空气湿度和土壤湿度提高的条件下,2种植物的Pn日变化呈单峰型,Fv／Fm日变化小,没有光抑制现象。2种植物的Pn日平均值在雨后空气湿润条件下小于浇水后,浇水后第1天的Pn值明显高于第2天。水分条件改善后,梭梭和沙拐枣光合作用的光补偿点降低,光饱和点升高,光合速率对时间的积分加大。研究得出,水分胁迫导致C4荒漠植物梭梭和沙拐枣出现光抑制,提高空气湿度或者土壤湿度,都能避免光抑制,提高光能利用率。     

人工调水对额济纳胡杨荒漠河岸林繁殖的影响

研究了围封禁牧条件下人工调控黑河水文过程对额济纳胡杨荒漠河岸林繁殖的影响。结果表明:在分水实施的3a中,胡杨主要靠根蘖繁殖更新,种子繁殖几乎不存在。在没有放牧干扰的条件下,不同年份之间林窗内胡杨的根蘖繁殖差异明显,胡杨幼苗个体密度平均为(213.9±112.5)株/100m2,其中1龄为(27.5±18.8)株/100m2,2龄为(113.8±67.7)株/100m2,3龄为(71.0±73.9)株/100m2。胡杨幼苗的丛密度平均为(108.3±56.0)丛/100m2,其中1龄为(19.2±13.9)丛/100m2,2龄为(59.0±37.8)丛/100m2,3龄为(29.8±22.8)丛/100m2。这种差异与当年的生态水文条件有关。划分的整体、大林窗、小林窗3种类型中,大林窗内2龄胡杨幼苗的根蘖繁殖更新受到了距样方最近和最远母树距离的影响。在生态水文条件较好的年份(2龄苗对应于2002年),在距母树较远的地方根蘖繁殖最容易发生。在其它林窗中,胡杨根蘖繁殖主要受林窗生境如环样方母树株数(Tn)、距样方最近母树距离(Nd)、距样方最远母树距离(Fd)和林窗面积(Ga)等因子的综合影响,任何一个因子的单独影响都不显著。总之,本研究的初步结论是黑河分水工程实施对胡杨的繁殖更新无疑是有利的,但前提是消除放牧等干扰因素的影响。     

祁连山青海云杉物候表型的空间分异及其内在机制

量化种群水平植物物候空间分异的遗传表达与表型可塑性, 对于合理预测气候变化对植物动态的影响具有重要实践意义。该研究以祁连山广泛分布的优势常绿针叶树种——青海云杉(Picea crassifolia)为研究对象, 通过对排露沟流域5个海拔带20个样地的156株样树进行连续两年的物候过程监测, 研究了物候表型的空间分异规律, 结合同质园移植实验, 解析了物候空间分异的遗传分化成分, 并借助岭回归和Lasso回归分析, 探讨了环境因子对非遗传分化部分(即表型可塑性)的调控作用。研究发现: 青海云杉表观物候期均随海拔升高而呈现推迟的趋势(每100 m 0.57-1.36 d), 这种空间分异体现了一定程度的种源效应(即遗传分化现象), 其所占比例平均为20.8%, 且年际之间基本维持在相对稳定的水平; 同时, 研究发现同质园内来自高海拔的种群的春季物候期要明显早于低海拔种群, 这可能与高海拔种源的芽分化需要较低的季前热量积累阈值有关; 物候格局与环境因子关系的分析结果显示, 除海拔影响外, 季前热量积累、季前降水量、冻害发生频率对于解释物候动态起到了关键的指示作用。     

土壤有机碳动态:风蚀效应

土壤风蚀是引起土壤退化最广泛的形式和原因之一。土壤风蚀对土壤碳动态的影响机制一方面是土壤风蚀引起土壤退化使土壤生产力下降,输入土壤的碳数量减少;另一方面是富含有机碳的细粒物质直接移出系统。风蚀土壤碳的去向包括:(1)就近沉积,(2)沉积于水渠和河流,输入水体;(3)以粉尘形式运移,在远离风蚀区的地域沉积;(4)氧化释放至大气。风蚀引起土壤碳的迁移和沉积不仅导致土壤有机碳在地域间的再分布,使土壤性状的空间异质性增加,也显著改变了土壤系统中碳矿化的生物学过程。土壤有机碳的保持可以促进团聚体的形成,使土壤物理稳定性增加,减缓风蚀。对易风蚀土地进行退耕还林还草、实行保护性耕作等措施可以有效增加土壤碳的固存。     

不同土壤水分条件下葡萄叶片光合特性的比较

运用开放式气体交换LI-6400便携式光合作用测定系统,研究了葡萄(VitisviniferaL.cv.Yatomirosa)在不同土壤水分条件下净光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)及水分利用效率(WUE)特征.结果表明,葡萄在湿润和干旱条件下净光合速率(Pn)日变化均呈不明显的双峰曲线,有轻度的中午光合下调现象;湿润条件下葡萄Pn高于干旱条件下,日平均分别为(9.16±0.10)μmol.m-2.-s1和(7.34±0.08)μmol.m-2.-s1,提高了24.8%;E也是湿润条件下高于干旱条件下,日平均分别为(2.59±0.03)mmol.m-2.-s1和(1.07±0.02)mmol.m-2.s-1,提高了142.1%;WUE则不同,日平均湿润条件下低于干旱条件下,分别为(4.28±0.16)mmolCO2.mo-l1H2O和(7.08±0.20)mmolCO2.mo-l1H2O,降低了39.6%.在土壤水分条件好时葡萄Pn升高,但蒸腾速率也明显增大;在土壤水分条件差时,虽然光合速率有所减小,但蒸腾速率大幅度减小,水分利用效率显著提高.这表明,高的土壤水分显著增大了葡萄蒸腾强度,适度干旱则有利于提高葡萄水分利用效率.     

沙地生境沙拐枣(Calligonum mongolicum)种群特征及其扩张

沙拐枣(Calligonum mongolicum)是分布于我国北方荒漠、半荒漠的一种主要固沙植物,研究沙拐枣种群在沙地生境中的扩张对沙漠-绿洲过渡带的生态恢复和重建管理具有重要的实践意义.以巴丹吉林沙漠延伸带与河西走廊中部张临高绿洲过渡带为研究区域,采用踏查与样方调查相结合的方法对4种不同沙地生境(固定沙丘、半流动沙丘迎风坡、背风坡、丘间低地)中沙拐枣种群特征、繁殖规律、种群的扩张域和扩张速率进行了研究.结果表明:(1) 沙地生境中沙拐枣以有性繁殖为主.固定沙丘、半流动沙丘丘间低地、迎风坡和背风坡萌蘖苗密度占总密度的比值分别为35%、45%、2%、9%;实生苗密度比值分别为65%、55%、98%、91%.(2)不同生境中沙拐枣种群都为增长型种群;(3) 固定沙丘、半流动沙丘迎风坡、背风坡、丘间低地中,沙拐枣种群无性繁殖的扩张域和平均扩张速率分别为1～5m和0.67m/a、1～8m和0.64m/a、0～2m和0.15m/a、1～4m和0.41m/a.同时,3种生境中沙拐枣种群密度及其扩张速率都随着年龄的增长而下降.(4)沙拐枣种群在侵入新的生境过程中,开始于有性繁殖,利用无性繁殖拓展生存空间.     

黑河中游荒漠草地地上和地下生物量的分配格局

草地生态系统中地上和地下生物量的分配方式对于研究生态系统碳储量和碳循环有着重要的意义。为了解黑河中游荒漠草地的地上和地下生物量分配格局, 从群落和个体两个水平对黑河中游的地上和地下生物量进行了调查。结果表明: 群落水平上地上生物量介于3.2-559.2 g·m^-2之间, 地下生物量介于3.3-188.2 g·m^-2之间, 个体水平上地上生物量介于6.1-489.0 g·株^-1之间, 地下生物量介于2.4-244.2 g·株^-1之间, 群落水平上的根冠比(R/S)为0.10-2.49, 个体水平上为0.07-1.55, 地下生物量均小于地上生物量, 群落水平上R/S值大于个体水平。群落和个体水平地上和地下生物量的拟合斜率分别为1.1001和0.9913, 与1没有显著差异, 说明地上与地下生物量呈等速生长关系。群落和个体水平土壤表层0-20 cm和0-30 cm的根系生物量分别占全部根系生物量的89.81%、96.95%和81.42%、93.62%, 表明地下生物量主要集中在0-20 cm和0-30 cm土壤表层。