退耕地人工植物群落根系生态位及其分布特征

根系生态位研究是全面掌握植物群落特性、种间搭配以及生态功能的重要科学问题。其测度方式、分布特征、影响因素等方面内容,对于合理指导退耕还林还草工程十分必要。将植物群落根系视为“标准地”,分布于每个土体层次的每个径级根系视为“植物种”。根量、根长、根数作为“植物种”的观测变量,仿照群落生态学方法,提出了一种综合计算根系生态位指数的方法。即将整个研究区域作为一个系统．将这一系统中所有植物群落。统一选用指标最大值。在纵向(即相对于指标维的不同指标)用上限效果测度公式统一进行归一化处理,然后在横向(土层、径级间。简称层径级)进行合并运算,得出层径级根系参数,这一参数定义为层径级根系生态位指数;而将某一群落各层径级生态位指数之和,定义为植物群落根系生态位指数。从而使区域内所有植物群落间具有可比性。使用这一方法,对国家退耕还林还草科技试验县——青海省大通县退耕地人工植物群落根系进行了系统研究。研究结果表明,根系生态位垂直空间分布大多数为典型的表层聚积型,表土层0～20cm根系生态位指数明显高于其它层次。植物群落根系比单一种群或纯林根系具有更高的生态位指数。根系生态位径级分布包括J型、反J型、S型和U型。J型多为粗根一深根型植物群落根系,反J型为细根一浅根型植物群落根系,S型和U型为上述2种类型之间的过渡型。根系生态位指数与植物群落地上部分鲜重生物量、根系丰富度呈显著正相关。退耕地植物群落根系的生态位指数较为接近天然植被,明显高于农作物根系。青海云杉 中国沙棘、中国沙棘、青海云杉等3种植物配置模式更有利于退耕地植物根系生态位的恢复。实施退耕还林还草工程是有效增加根系生态位、提高根系多方面功能的重要途径。     

不同水分处理对甘蒙柽柳幼苗根系生长特性的影响

以1年生甘蒙柽柳幼苗为对象,采用人工壕沟挖掘法,对柽柳幼苗在不同水分处理条件下(干旱处理、适度灌溉、充分灌溉)根系生态学特征的季节变化进行了研究.结果表明,不同水分处理对柽柳幼苗根系生长影响显著,垂直根扎根深度和生长速率随着灌溉量的减小而增加.地面灌溉量的增加会导致根系分布的浅表化和根系消弱系数的减小,根系生物量与土壤深度呈显著负对数关系.不同水分处理条件下,7-10月的根/冠比平均值分别为0.43、0.60、0.90、1.12,其根、冠间存在典型的异速生长关系.根/冠比随土壤水分的减小而增加,且生长季后期大于初期.     

北京地区栓皮栎和油松人工林土壤团聚体稳定性及有机碳特征

通过野外调查与室内分析,研究了北京地区栓皮栎和油松人工林土壤水稳性团聚体稳定性及有机碳分布特征.结果表明:在两种人工林内,大团聚体含量均随土层加深呈减少的趋势.其中,油松人工林中大团聚体(>0.25mm)含量占总团聚体的71%～77%;栓皮栎人工林中大团聚体含量(51%～58%)与微团聚体(≤0.25mm)含量(42%～49%)差异不明显.油松人工林土壤平均质量直径和几何平均直径均显著高于栓皮栎人工林,分形维数D值小于栓皮栎人工林.在两种林分中,土壤各粒级团聚体有机碳含量均随土壤层次的加深呈现逐渐降低的趋势.油松人工林中水稳性大团聚体的有机碳对土壤有机碳的贡献率为58%～83%,高于栓皮栎人工林水稳性大团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率(49%～66%).油松人工林比栓皮栎人工林更利于土壤水稳性团聚体的稳定和土壤有机碳的保护.     

植物间正相互作用对种群动态和群落结构的影响:基于个体模型的研究进展

植物间的相互作用对种群动态和群落结构有着重要的影响。大量的野外实验已经揭示了正相互作用(互利)在群落中的普遍存在及其重要性。为了弥补野外实验方法的不足, 模型方法被越来越多地应用于正相互作用及其生态学效应的研究中。该文基于个体模型研究, 探讨了植物间正相互作用对种群动态和群落结构的影响。介绍了植物间正相互作用的定义和发生机制、植物间相互作用与环境梯度的关系。正相互作用是指发生在相邻的植物个体之间, 至少对其中一个个体有益的相互作用。植物通过直接(生境改善或资源富集)或间接(协同防御等)作用使局部环境有利于邻体而发生正相互作用。胁迫梯度假说认为互利的强度或重要性随着环境胁迫度的增加而增加, 但是越来越多的经验研究认为胁迫梯度假说需要改进。以网格模型和影响域模型为例, 介绍了基于个体的植物间相互作用模型方法。基于个体模型, 对近年来国内外正相互作用对种群时间动态(如生物量-密度关系)、空间分布格局和群落结构(如群落生物量-物种丰富度关系)影响的研究进行了总结。指出未来的研究应集中在对正相互作用概念和机制的理解, 新的模型, 新的种群、群落, 甚至生态系统问题, 以及在全球变化背景下进行相关的研究。     

优先流研究现状及发展趋势

优先流是一种常见的土壤水分运动形式,它是土壤水运动机理研究由均质走向非均质领域的标志。但最初却没有真正的定义。综合介绍了目前国际上公认的土壤优先流定义、优先流多种表现形式及其重要特征。系统阐述了优先流的静态（内在）和动态（外在）影响因素、开展研究的基础理论以及实验研究技术,指出开展优先流研究可以有效及充分地解释早期水文学研究所困扰的不符合达西定律及对流一弥散方程等重大问题,但由于优先流运动过程具有非平衡性及区域特点,其自身类型较多,开展优先流研究同时加大了水文过程研究的难度及深度,所以长期以来没有得到充分重视,到目前为止,对于优先流运动机理尚未明确;开展优先流研究判定标准多样,但缺乏系统成形的判定标准;由于土壤本身就是异质性系统,对优先流研究需综合考虑尺度效应;虽然已有多种方法可以有效开展优先流研究,但缺少已获得国际标准认证的适用于具有快速环绕特性的优先流研究需要的现代仪器设备。同时还探讨了优先流研究的发展趋势。     

晋西黄土区辽东栎、山杨树干液流比较研究

于2009年生长季(4—10月),应用TDP (Thermal Dissipation Probe) 热扩散探针技术,并结合同步测定的太阳辐射、大气温度、空气饱和水汽压差及大气相对湿度等气象因子,分析了晋西黄土区15年生辽东栎、山杨树干液流的昼夜变化及季节变化规律,建立了液流速率与气象因子的关系模型。结果表明：辽东栎和山杨树干液流速率昼夜变化显著,4月份和7月份峰值出现的时间不一致。4月份两个树种的峰值出现在清晨或夜间,而7月份树种树干液流速率于中午前后达到高峰。4月份两个树种夜间的树干液流速率明显大于白天,山杨的树干液流于中午前后接近于零。4月份,辽东栎和山杨树干液流速率的峰值分别为2.808 cm/h和1.188 cm/h,最小值为0.218 cm/h和0 cm/h,日平均液流速率为1.440 cm/h 和0.516 cm/h; 7月份,辽东栎和山杨树干液流速率的峰值分别为12.276 cm/h和 20.448 cm/h,最小值为0.144 cm/h和0.288 cm/h,日平均液流速率为3.656 cm/h 和6.328 cm/h。7月份阴雨天时,辽东栎的液流速率峰值较晴天小,日平均液流速率是晴天的0.95倍,对山杨是0.75倍。4月份两树种树干液流速率的月平均值最低,只有1.106 cm/h和0.626 cm/h;6月份达最高值5.112 cm/h和8.214 cm/h,分别是4月份的4.62倍和13.12倍。生长季(4—10月)的林分林木总蒸腾耗水量对于辽东栎林为201.14 mm,山杨林为56.43 mm,辽东栎林为山杨林的3.56倍。统计分析表明,影响树干液流速率的主要因子对辽东栎是大气温度和太阳辐射,对山杨是太阳辐射和空气饱和水汽压差。     

晋西黄土区果农间作的种间主要竞争关系及土地生产力

以晋西黄土区核桃×花生、核桃×大豆、苹果×花生和苹果×大豆4种典型果农间作模式为研究对象,分析果农间作模式中作物光合有效辐射（PAR）、净光合速率（P_n）、土壤水分和产量情况.结果表明：与农作物单作相比,间作模式中作物的PAR和P_n均出现不同程度的降低,并且离树体越近,PAR和P_n越小;P_n与作物产量呈显著正相关,说明光照是影响作物产量的重要因素之一;从整体趋势来看,核桃间作农作物0～100 cm土壤水分与相应单作模式间无明显差异,而苹果间作农作物0～100 cm土壤水分与相应单作模式间差异显著,说明苹果对作物土壤水分的竞争比核桃剧烈.研究区果农间作的土地利用效率平均提高70%,经济效益平均提高14%,且核桃间作模式优于苹果间作模式.为了提高间作作物产量,应加强水肥管理、增加树体与作物的间作距离或设置根障、定期适当修剪果树并种植耐荫作物.     

六盘山叠叠沟小流域典型坡面土壤水分的植被承载力

确定土壤水分的植被承载力是我国北方半干旱地区合理调控土壤水分和植被生长关系、科学恢复林草植被的核心问题。我国北方半干旱地区的土壤水分主要来自大气降水, 作为土壤水分限制型生态系统的坡面植被, 植物种类和植被密度等结构特征与降水量紧密相关。根据六盘山石质山区的特点, 基于水量平衡原理, 建立了阴坡华北落叶松(Larix principis-rupprechti)和阳坡草地的土壤水分植被承载力数学模型, 即由4~10月的生长季降雨量(P)计算得到可承载的叶面积指数(Leaf area index, LAI)公式: LAI_tree= exp((0.773 1×P-186.12)/146.46)和LAI_grass= exp((0.511 2×P-345.93)/227.89), 并提出了考虑坡面水分再分配影响的不同坡位的土壤水分植被承载力计算方法。阴坡华北落叶松的植被承载力(用LAI表示)从坡顶的1.45升高到坡中的4.83, 然后稳定在3.0~3.3。对于阳坡草地, 土壤水分可承载的LAI从坡顶的0.37上升到坡中的0.46, 然后在0.41~0.47之间变动, LAI的计算值与实测值较为接近, 计算结果比较合理。     

基于稳定同位素的SPAC水碳拆分及耦合研究进展

土壤-植被-大气连续体(SPAC)是陆地水文学、生态学和全球变化领域的重要研究对象,其水碳循环过程及耦合机制是前沿性问题.稳定同位素技术示踪、整合和指示的特征有助于评估分析生态系统固碳和耗水情况.本文在简述稳定同位素应用原理和技术的基础上,重点阐释了基于稳定同位素光学技术的SPAC系统水碳交换研究进展,包括:在净碳通量中拆分光合与呼吸量,在蒸散通量中拆分蒸腾与蒸发量,以及在系统尺度上的水碳耦合研究.新兴的技术和方法实现了生态系统尺度上长期高频的同位素观测,但在测量精准度、生态系统呼吸拆分、非稳态模型适应性、尺度转换和水碳耦合机制等方面存在挑战.本文探讨了现有主要研究成果、局限性以及未来研究展望,以期对稳定同位素生态学领域的新研究和技术发展有所帮助.     

北京山区侧柏-荆条系统水分来源对降雨事件的响应

分析了北京鹫峰山区侧柏、荆条枝条水及其潜在水分来源的氢氧同位素特征,运用IsoSource模型解析侧柏、荆条系统水分利用来源的季节变化及其对降雨事件的响应.结果表明:旱季初期(4月)研究区0～20 cm土层富集土壤水¹⁸O值,20 cm以下该值则随着土层深度增加逐渐减小,侧柏主要利用前2～3 d降雨补充的0～30 cm层土壤水;旱季末期(6月)侧柏和荆条分别利用当天雨水补充的0～10和10～30 cm层土壤水;雨季(7月)侧柏利用前期降水补给的0～40 cm层土壤水(59.3%)和近期降水(12.5%),荆条则利用近期降雨供给的0～30 cm层土壤水;侧柏的土壤水分来源逐月加深,至生长季末(11月)其主要利用60～80 cm层土壤水(前2～3 d降雨补给),而荆条枝条水δ¹⁸O值远离各水分来源δ¹⁸O值.两物种对水分的竞争压力小,适应本区域气候特征,尤其在应对特大暴雨等极端天气时,植物系统垂直分布的水分来源能够有效分流洪峰,减小暴雨瞬时破坏力.