盐生荒漠净生态系统碳交换的涡度相关法和箱式法对比

将叶面积指数的季节动态,与箱式法同步观测得到的同化枝净光合（呼吸）速率和土壤呼吸速率相结合,对群落碳交换进行估算,并以此验证盐生荒漠涡度相关数据的可靠性。结果表明:盐生荒漠生态系统年叶片生物量为51.30±5.56 g·m^-2,其中90.45%以上来源于多枝柽柳的贡献;而整个生长季,群落叶面积指数（LAI）呈单峰形式变化,从5月30日—9月30日,LAI介于0.18⁰.30,并在第197天达到最大值。涡度相关法和箱式法对群落碳交换的测定结果表明,群落碳交换存在显著的季节变化,并于7月中旬达到碳同化峰值,与LAI有显著的相关性（P<0.001）。对比发现,两种测量方法对群落碳交换日过程的测定结果有很好的一致性,但对夜间生态系统呼吸的测定,涡度相关法较箱式法存在略微的低估,引起这种低估的原因可能是夜间湍流较弱。     

基于异速生长理论的准噶尔盆地荒漠灌丛形态研究

为了揭示荒漠灌丛形态的发生发展机制并认识其在荒漠生态系统中的功能, 从形态和结构决定功能的原理出发, 对生长在准噶尔荒漠东南部的岛状灌丛进行了形态学调查。依据Malthusian方程微分形式, 根据异速生长理论, 建立了冠幅与株高生长、灌丛表面积与体积生长的数学关系式, 利用植被调查数据进行了验证, 并最终得出不同灌丛在不同株高时的情景示意图。结果表明: 1)将荒漠灌丛形态假设成半三轴椭球体是合理的; 2)虽然灌丛形态发展趋势可以是扁平、近半球和竖直3种类型, 但是形态建成后, 一般维持在扁平和近半球两种类型; 3) 18类荒漠灌丛的体积和表面积的数量关系具有一定的一致性, 可能与同处于相同环境条件下的水分利用效率相近有关。     

准噶尔盆地荒漠植物的叶片水分吸收策略

在干旱地区, 经常出现只能湿润植物地上部分和表层土壤的小量级降雨和凝结水输入, 此量级的水分输入无法通过入渗进入根区土壤而被植物根系吸收利用。最近研究发现, 叶片吸收水分是利用小量级降水和凝结水的主要方式。该研究通过鉴定和观测准噶尔盆地东南部5个自然植物群落中夏季地上部分仍存活的所有51种荒漠植物叶片的单位面积吸水量(LWUC)、叶片含水量增加率(Rw)以及其他7种植物功能性状, 探讨了这些植物功能性状与植物叶片吸收水分能力的关系。研究结果表明: (1)与Rw相比, LWUC是更加适合评价植物叶片吸收水分能力的指标; (2)植物生活型是相对合理的评价荒漠植物叶片吸收水分能力的植物性状; (3)荒漠植物地上(叶片)和地下(根系)部分吸收水分策略存在着权衡; (4)荒漠植物叶片耗水和吸水存在着权衡。总之, 叶片吸收水分策略对于荒漠植物, 特别是一年生草本植物最大限度地利用有限的水资源渡过持续的干旱并完成生活史具有重要的意义。     

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。     

准噶尔盆地东南缘多枝柽柳、白刺和红砂水分来源的异同

荒漠生态系统中, 水是植物生长最主要的限制因子。为了比较同一生境下不同荒漠植物的水分来源特征, 选取了同一生境下的多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、白刺(Nitraria sibirica)和红砂(Reaumuria soongorica), 测定了这3种植物茎水和各潜在水源(降水、土壤水和地下水)的氢、氧稳定同位素比率(δD和δ¹⁸O)值, 并利用IsoSource软件计算了3种植物对潜在水源的利用比例。结果表明: 红砂和白刺的茎水δD和δ¹⁸O值及其水分来源有明显的季节波动特征。其中, 红砂为浅根系植物, 春季(3-5月)以表层土壤水为主要水源, 夏秋季节(6-10月)表层土壤含水量显著降低, 其主要的水分来源逐渐偏向于较深层的土壤水; 白刺的根系分布范围介于红砂和多枝柽柳之间, 在春季能够较多地利用表层土壤水, 而到了夏秋季节, 所利用的水分更多地来源于深层土壤水或地下水; 多枝柽柳为深根系植物, 其90%以上的水分来源于深层土壤水和地下水, 而且茎水δD和δ¹⁸O值及其水分来源没有季节波动特征。3种植物水分来源特征的差异与其水分利用策略密切相关, 同时, 也说明荒漠灌木可以通过自身调节向着最优(最有利)表现型发展, 从而最大限度地获取水分。     

古尔班通古特沙漠南缘固定沙丘坡面土壤水分动态随机模拟

为揭示土壤水分动态对干旱沙区坡面尺度水文和生态过程的影响机理,基于Rodriguez-Iturbe土壤水分动态随机模型,通过修正模型输入项参数,获取干旱沙区坡面土壤水分动态随机模型,并利用2015—2016年古尔班通古特沙漠南缘固定沙丘坡面生长季根系层土壤水分观测数据及2000—2016年日降水资料,分析研究区生长季坡面土壤水分动态与土壤水分概率密度函数特征,探讨该坡面随机模型参数敏感性及应用可行性.结果表明: 研究区生长季降水分布极不规则,以<5 mm降水为主,降水量主要源于>10 mm降水,降水间隔期以<10 d为主,且东坡次降水量略大于西坡;东、西坡面生长季土壤水分年际变化与降雨分布基本一致,西坡根系层土壤含水率略低于东坡,且各坡面生长季根系层土壤水分均服从正态分布;该坡面随机模型模拟得到的不同坡面生长季根系层土壤水分概率密度函数的曲线特征(峰值及其位置、95%置信区间)与观测结果基本一致,一致性指数(CM)均大于0.5,说明该坡面随机模型能对研究区坡面土壤水分概率密度函数进行高效模拟,具有较好的适用性,可为干旱沙区植被生存或恢复研究及实施荒漠化防治生态建设工程提供理论基础和科学方法.     

氮过量吸收对地肤暗呼吸速率及相对生长速率的影响

为研究N过量吸收对植物生长的作用,以耐盐植物地肤(Kochia scoparia)作为研究对象,设置3个不同的施N处理,测量了不同生长时期的N含量、暗呼吸速率、生物量和相对生长速率(RGR)。结果表明:在N过量吸收的情况下,多余的N对暗呼吸速率并没有显著的影响,导致了暗呼吸中N的利用效率变低;单位质量暗呼吸速率与相对生长速率(RGR)有很好的线性相关,并且直线的斜率和截距并不受氮素过量吸收的影响,表明单位质量暗呼吸速率与RGR的关系不受施氮水平的影响;暗呼吸速率与总N的异速关系中,幂指数的大小与施N量相关,施N量越大对应的幂指数越小。     

准噶尔盆地东南部基于Thom-Thony-Vauclin模型的蒸发皿蒸发量估算

应用阜康荒漠生态站实际观测辐射和E601B型蒸发皿蒸发数据,分别校正了Angstrom-Prescott和Thom-Thony-Vauclin模型的参数,并探讨了在过去50年气候变化背景下,蒸发皿蒸发量下降的原因。当经验参数a_s=0.3134、b_s=0.5357,以及a=0.6844、c=1.4123时,Angstrom-Prescott模型和Thom-Thony-Vauclin模型分别达到最佳优合度。ThomThony-Vauclin模型计算表明:2005—2011年4—10月植物生长季蒸发皿蒸发量为954.2~1120 mm,平均值为1028.4 mm。风速下降对准噶尔盆地东南部蒸发皿蒸发量变化贡献最大(66.2%),其次为温度升高和辐射下降,分别贡献21.2%和8.0%,而水汽压饱和亏下降贡献最少(5.9%)。除了相对敏感度随净辐射升高而下降外,其他3项指标与之相反。可见,风速下降是准噶尔盆地东南部蒸发皿蒸发量下降的最主要原因。