基于茎流-蒸渗仪法的荒漠草原带人工灌丛群落蒸散特征

中国西北地区通过大量种植中间锦鸡儿(Caragana liouana)进行生态治理, 在荒漠草原带上形成人工灌丛景观, 改变了生态系统的结构和功能, 影响到地-气水汽循环过程, 研究该人工灌丛群落的蒸散特征, 对揭示其生态水文效应和指导地方生态治理实践具有重要意义。该文以宁夏盐池荒漠草原带上的人工灌丛群落为例, 利用茎流-蒸渗仪法测定了2018年5-8月的灌木蒸腾和丛下蒸散, 并分析了环境因子对人工灌丛群落蒸散的影响。结果表明: (1)茎流-蒸渗仪法所测的群落蒸散与水量平衡法、涡度相关法得到的群落蒸散有较好的一致性, 茎流-蒸渗仪法能适用于荒漠草原带人工灌丛群落蒸散及其组分结构的测定; (2)观测期内晴天的灌木蒸腾速率和丛下蒸散速率日变化趋势相近, 均为单峰曲线, 群落蒸散主要发生在日间, 但灌丛最大蒸腾速率的出现时间比丛下蒸散最大速率的出现时间晚1 h; (3) 5-8月间灌木累积蒸腾为83.6 mm, 日平均蒸腾量为0.7 mm·d^-1, 季节变化呈抛物线状; 同期丛下累积蒸散为182.5 mm, 日平均蒸散量为1.5 mm·d^-1; 丛下蒸散明显大于灌木蒸腾; (4)观测期间人工灌丛群落累积蒸散266.1 mm, 而同期的降水量为222.6 mm, 陆面水分收支处于亏缺状态; (5)净辐射是影响蒸散最主要、最直接的驱动因素, 且能够影响其他因子进而对人工灌丛群落蒸散产生作用。综上, 人工灌丛引发荒漠草原地带陆面水分收支亏缺的现象, 在生态恢复与重建中须引起注意。     

Characteristics of evapotranspiration in planted shrub communities in desert steppe zone based on sap flow and lysimeter methods

中国西北地区通过大量种植中间锦鸡儿(Caragana liouana)进行生态治理, 在荒漠草原带上形成人工灌丛景观, 改变了生态系统的结构和功能, 影响到地-气水汽循环过程, 研究该人工灌丛群落的蒸散特征, 对揭示其生态水文效应和指导地方生态治理实践具有重要意义。该文以宁夏盐池荒漠草原带上的人工灌丛群落为例, 利用茎流-蒸渗仪法测定了2018年5-8月的灌木蒸腾和丛下蒸散, 并分析了环境因子对人工灌丛群落蒸散的影响。结果表明: (1)茎流-蒸渗仪法所测的群落蒸散与水量平衡法、涡度相关法得到的群落蒸散有较好的一致性, 茎流-蒸渗仪法能适用于荒漠草原带人工灌丛群落蒸散及其组分结构的测定; (2)观测期内晴天的灌木蒸腾速率和丛下蒸散速率日变化趋势相近, 均为单峰曲线, 群落蒸散主要发生在日间, 但灌丛最大蒸腾速率的出现时间比丛下蒸散最大速率的出现时间晚1 h; (3) 5-8月间灌木累积蒸腾为83.6 mm, 日平均蒸腾量为0.7 mm·d^-1, 季节变化呈抛物线状; 同期丛下累积蒸散为182.5 mm, 日平均蒸散量为1.5 mm·d^-1; 丛下蒸散明显大于灌木蒸腾; (4)观测期间人工灌丛群落累积蒸散266.1 mm, 而同期的降水量为222.6 mm, 陆面水分收支处于亏缺状态; (5)净辐射是影响蒸散最主要、最直接的驱动因素, 且能够影响其他因子进而对人工灌丛群落蒸散产生作用。综上, 人工灌丛引发荒漠草原地带陆面水分收支亏缺的现象, 在生态恢复与重建中须引起注意。     

LI-6262 CO2/H2O分析仪接气室法在草原群落蒸散量与CO2交换量测定中的应用

植物群落蒸散量和CO2交换量的测定方法多种多样.该文以水分、CO2动态的区域性整合为目标,开创了一种新的、同时测定群落蒸散量和CO2交换量的方法--LI-6262 CO2/H2O分析仪接气室法.借助这种方法测定了内蒙古锡林河流域典型草原区群落蒸散量和CO2交换量,取得了较好的结果.该方法将群落的重要生态过程:蒸散与光合、呼吸作用的测定联系起来,也因此得到一系列表征群落特性的有用指标;同时该方法具有精度高、简便易携带、适于野外操作等特点,经进一步改进后可广泛用于草原、沙地及湿地植物群落的气体通量测定.对于精确研究草原区各种植物群落类型的水分利用、光合和呼吸特性及草原区植被在全球气候变化中的地位和作用等有重要的实用价值.     

LI-6262CO2／H2O分析仪接气室法在草原群落蒸散量与CO2交换量测定中的应用

植物群落蒸散量和CO2交换量的测定方法多种多样。该文以水分、CO2动态的区域性整合为目标,开创了一种新的、同时测定群落蒸散量和CO2交换量的方法——LI—6262CO2／H2O分析仪接气窒法。借助这种方法测定了内蒙古锡林河流域典型草原区群落蒸散量和CO2交换量,取得了较好的结果。该方法将群落的重要生态过程2蒸散与光合、呼吸作用的测定联系起来,也因此得到一系列表征群落特性的有用指标;同时该方法具有精度高、简便易携带、适于野外操作等特点,经进一步改进后可广泛用于草原、沙地及湿地植物群落的气体通量测定。对于精确研究草原区各种植物群落类型的水分利用、光合和呼吸特性及草原区植被在全球气候变化中的地位和作用等有重要的实用价值。     

羊草草原不同退化阶段群落蒸散量比较

运用微型蒸渗仪法对重度、中度和无退化羊草草原群落的日蒸散量进行了测定,并对其与土壤含水量、日均气温、大气湿度等因子的相关关系进行了分析。结果表明:各群落的日蒸散量均随着生长季推移逐渐增大,于6月中旬至7月中旬达到最大,而后逐渐降低;表层土壤含水量和日均气温是影响群落日蒸散量的主要因子,这2个因子与群落日蒸散量的回归关系极显著;群落生长季的累积蒸散量随着羊草草原群落的退化程度加深逐渐降低,且该值均低于生长季累积降水量。     

黄土高原半干旱区柠条(Caragana korshinskii)树干液流动态及其影响因子

应用热脉冲技术在黄土高原神木县六道沟小流域于2006年6月13至25日测定了两种不同密度柠条(Caragana korshinskii)群落的树干液流动态.同时测量了土壤水分、太阳辐射、大气温度、相对湿度、风速、水汽压亏缺和作物参考蒸散等环境因子,并根据植物蒸腾的P-M公式,反推计算冠层导度.结果表明,除风速外,柠条树木液流与太阳辐射、大气温度、相对湿度、水汽压亏缺、作物参考蒸散均显著相关,且可用太阳辐射的线性表达式来估测.不同密度群落的日蒸腾量随叶面积指数增大而增加,叶面积指数为2.3的群落平均日蒸腾为3.83mm d-1m-2,而叶面积指数为1.1的林分平均日蒸腾1.64mm d-1m-2.冠层导度与气象因子关系复杂,当土壤水分不存在亏缺时,冠层导度与太阳辐射、大气温度、作物参考蒸散因子显著相关,与水汽亏缺和相对湿度因子无相关性;当土壤水分存在亏缺时,冠层导度与太阳辐射、大气温度、作物参考蒸散因子无相关关系,而与水汽亏缺和相对湿度因子显著相关.     

松嫩草原三种主要植物群落枯落物层生态水文功能

分析了松嫩草原主要植物群落羊草群落、虎尾草群落、碱茅群落枯落物层的蓄积量及持水能力、枯落物层对降水的截留以及枯落物层抑制土壤水分蒸发的效应.结果表明,羊草群落枯落物蓄积量最大为4.7t·hm-2,最大持水量为9.6t·hm-2,最大持水率为208.4%;虎尾草群落枯落物层蓄积量、最大持水量和最大持水率分别为3.0t·hm-2、7.4t·hm-2和262.8%;碱茅群落分别为2.6t·hm-2、5.0t·hm-2和202.2%;3种群落枯落物层对降水的截留量分别为6.57、5.79和5.26t·hm-2,随着降雨量的增加,截留量增加,截留率减小;0.5~2mm枯落物覆盖下不同含水量的土壤水分蒸发比无覆盖的土壤减少7.95%~56.79%,枯落物层减少土壤水分蒸发的效应随枯落物层厚度和土壤含水量的增大而增加.     

交换量测定中的应用

植物群落蒸散量和CO₂交换量的测定方法多种多样。该文以水分、CO₂动态的区域性整合为目标,开创了一种新的、同时测定群落蒸散量和CO₂交 换量的方法——LI-6262 CO₂/ H₂O分析仪接气室法。借助这种方法测定了内蒙古锡林河流域典型草原区群落蒸散量和CO₂交换量,取得了较好的 结果。该方法将群落的重要生态过程：蒸散与光合、呼吸作用的测定联系起来,也因此得到一系列表征群落特性的有用指标;同时该方法具有 精度高、简便易携带、适于野外操作等特点,经进一步改进后可广泛用于草原、沙地及湿地植物群落的气体通量测定。对于精确研究草原区各 种植物群落类型的水分利用、光合和呼吸特性及草原区植被在全球气候变化中的地位和作用等有重要的实用价值。     

荒漠草原不同植物群落蒸散组分特征及其环境因子影响分析

蒸散发是生态水文过程的关键环节,掌握蒸散组分的变化特征及其影响因子,对干旱半干旱地区的可持续发展至关重要。以荒漠草原多年生植物针茅群落和一年生植物猪毛蒿群落为研究对象,利用小型蒸渗仪开展了连续3年监测,分析了蒸散组分的日、月和年变化规律,探讨了影响蒸散组分的主要环境因子。结果表明：晴天时,多年生和一年生植物群落蒸散组分呈先增加后减小的抛物线型,夜间蒸散活动较弱,累积蒸散量较低,不足全天总累积蒸散量的20%;阴天时各蒸散组分无明显峰值,且日累积量均较小,一年生和多年生植物群落的蒸散量、蒸发量和蒸腾量无显著差异;10.64 mm/d及以上降雨对蒸散和蒸发的日变化具有明显影响,随着降雨量的增多,蒸散量和蒸发量也呈增大趋势,但蒸腾量则相对较小。从月动态来看,7—9月占全年蒸散量和蒸发量的一半左右,冬春季蒸散量和蒸发量维持在全年最低水平。年蒸散量与年降雨量接近,而蒸腾量占蒸散量的比例低于10%。总体来看,多年生植物群落蒸散量较一年生植物群落多。采用Mantel检验方法分析不同时间尺度影响蒸散组分的主要气候因素,在小时尺度上太阳辐射与蒸发量和蒸腾量显著性水平较高(P<0.01),但相关性较低...     

宁夏六盘山人工林和天然林生长季的蒸散特征

为了系统地认识森林生态系统结构对蒸散特征的影响,2009年5-10月,应用热扩散技术和传统水文学方法,对六盘山香水河小流域华北落叶松人工林和华山松天然林的蒸散及分量进行对比研究.结果表明: 华北落叶松人工林生长季总蒸散量为518.2 mm,是同期降雨量的104.6%,远高于天然林蒸散量420.5 mm.两种林分总蒸散量在其垂直层次上的分配比例相近,表现为冠层蒸腾量>草本+土壤层蒸散量>灌木蒸腾量,但林分各组成分量占总蒸散量的比例明显不同.其中,人工林冠层月均截留量和蒸腾量为19.6和25.2 mm,分别是天然林的1.2和1.9倍;人工林灌木层月均蒸腾量为 4.4 mm,占天然林的23.4%;人工林草本+土壤层月均蒸散量为37.1 mm,是天然林的1.8倍.采用Penman-Monteith方程对林分的实测蒸散量进行对比检验,两种方法对林分蒸散量的估计值基本接近.
     

分根区施保水剂对玉米气孔导度和单叶WUE的影响

盆栽条件下,研究了陕单9号玉米(zea mays L．)在根区不施保水剂(对照)、分根区施保水剂和根区全施保水剂3种处理下,叶片气孔导度、CO2吸收和H2O蒸腾的变化。结果表明,在75％土壤饱和持水量下,各指标在3种处理之间没有明显差别;在50％土壤饱和持水量下,分根区施保水剂显著降低了叶片气孔导度,叶片CO2吸收量和H2O蒸腾量也同时降低,但H2O蒸腾量下降幅度更大;在两种水分条件下,分根区施保水剂均能提高玉米单叶水分利用效率(water use efficiency,WUE)。     

民勤连古城自然保护区群落结构和物种多样性特征分析

通过物种多样性指数、林地承载力以及土壤水分等指标对民勤连古城自然保护区荒漠群落的结构和物种多样性以及影响因子进行了研究。结果表明:(1)群落的优势层片为灌木层,其物种组成和结构比较稳定,受环境变化的影响较小,而草本层为不稳定层片;(2)荒漠群落的物种多样性指数均偏低,生态优势度较高,群落的生态功能主要由优势种群或建群种群实施,在无外界干扰情况下,优势种群或建群种群的稳定性可以揭示群落的稳定性;(3)土壤水分是影响群落结构的主导因子,而降水是土壤水分的主要来源,对群落结构具有显著影响。土壤异质性对群落结构同样具有显著影响,是第二主导因子,其物种多样性指数为黏性土壤>灰棕荒漠土>风沙土;(4)群落物种多样性与其林地承载力无一定规律的相关性,灌木层片中,二者呈对数相关(y=64.787ln(x) 214.04,R2=0.829,P<0.01),能够比较科学地揭示物种多样性与林地承载力之间的关系,而草本层中二者呈幂指数相关(y=0.3198e6.1654x,R2=0.6999,P<0.01),反映了林地承载力受环境因子变化的影响。     

不同耕作方式对茶园土壤物理性状及茶叶产量的影响

研究了免耕、旋耕和深松3种耕作方式对茶园土壤紧实度、土壤含水率、土壤容重、茶叶产量构成因素及茶叶产量的影响.结果表明: 3种耕作方式对土壤容重和土壤紧实度的影响效果为深松>旋耕>免耕.旋耕和深松能够打破粘盘层,降低深层土壤紧实度.0～30 cm耕层深松土壤容重较免耕下降16.4%,土壤紧实度下降13.4%～27.5%;深松可以显著增加土壤的储水空间,进而增强土壤持水能力,扩大土壤水库容,深松15～30 cm层含水量与免耕相比增加7.7%.不同耕作方式对土壤孔隙度影响不大.旋耕和深松方式下土壤比表面积增加,土壤气体和液体的比例均明显升高.茶叶的光合速率和蒸腾速率的日变化曲线均为“双峰”型,气孔因素是导致“午休”的主要原因.在深松方式下,茶树叶片蒸腾速率降低,芽叶密度增加,百芽干质量和水分利用效率升高,茶叶产量分别比免耕和旋耕增加17.6%和6.8%.深松是皖东地区茶园较为适宜的耕作方式.     

中国西北干旱区树木蒸腾对气象因子的响应

应用数值方法 ,对中国西北干旱区 5个主要树种 (樟子松、榆树、二白杨、胡杨和沙枣 )的叶面蒸腾及气孔导度对气象因子的响应进行了探讨 ,时间尺度为日。两套综合环境观测系统分别安置在黑河中游的临泽和下游的额济纳旗 ,每半小时自动记录微气象因子、土壤水分和树汁流量。应用日平均树汁流量、饱和差、总辐射、平均气温和土壤含水量拟合树木叶面蒸腾及气孔导度的经验公式。气孔导度和单个气象因子之间具有很高的相关性。应用多个气象因子所建立的经验公式能够很好的模拟气孔导度 ,模拟效果比气孔导度与单一因子的相关性高。气孔导度总体上和饱和差和气温呈指数关系 ,与总辐射的关系多种多样 ,与土壤含水量的关系较复杂。在中游地区 ,二白杨气孔导度、叶面蒸腾量和单株树木树汁流量最大。试验期间下游试验点土壤水分充足 ,耐旱树种胡杨及沙枣树汁流量较大 ,但其气孔导度及叶面蒸腾量均较小。本次研究没有发现树木叶面蒸腾量和单一环境因子之间具有明显的相关性。叶面蒸腾模拟效果没有气孔导度模拟效果好 ,原因是叶面蒸腾是气孔导度和饱和差的函数。     

祁连山北坡退化林地植被群落的自然恢复过程及土壤特征变化

采用长期定位观测的方法,研究了祁连山北坡退化林地人工抚育下2001-2008年间植被群落的自然恢复过程和土壤特征变化。结果表明:人为干扰消除后,退化林地群落环境逐渐优化,群落的科、属、种均明显增加,物种成员更替频繁;灌木和乔木物种出现后,群落垂直高度增大,群落结构出现成层现象;群落总体多样性指数呈不断增大的趋势,在空间结构上,Patrick丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Simpson优势度指数表现出:草本层>灌木层>乔木层的规律,而Pielou均匀度指数变化相反;土壤含水量、土壤有机碳和全氮含量随植被恢复均不断增加。在实施封育禁牧措施后,退化林地实现了由草本群落-灌木群落-乔木群落方向的快速演替,当恢复到早期的先锋乔灌混交阶段时,群落的物种组成、结构和多样性趋于复杂化,土壤性状也得到一定改善,显示出相对较好的适应性和恢复效果。     

湖南乌云界自然保护区典型生态系统的土壤持水性能

土壤持水性能是决定生态系统水源涵养能力的关键,是自然保护区生态服务功能的重要方面。以湖南省乌云界自然保护区为研究区域,选取森林、灌丛、竹林和草地4个典型生态系统,采用野外调查采样和室内分析的方法研究了土壤的物理性质和持水性能。结果表明,乌云界4种典型植被下表层0—20cm土壤有机质含量普遍较高(>76 g/kg)、容重较低(<0.85 g/cm3)、团聚体稳定性较强(>5mm水稳性团聚体达22.7%—52.3%),表明保护区土壤的结构发育总体上较好。森林和竹林土壤具有较多的大孔隙和较高的饱和导水率,有利于天然降水向地下水的转化,而灌丛和草地土壤毛管孔隙度则相对较高,其土壤中能够保持更多的有效水分。乌云界自然保护区4个典型生态系统0—40cm土层土壤重力水容量为:森林(83.5 mm)>竹林(79.2mm)>灌丛(66.9 mm)>草地(43.8 mm),有效水容量为:草地(128.7 mm)>灌丛(111.6 mm)>森林(95.9 mm)>竹林(83.9mm)。在明晰土壤总蓄水容量(>0 MPa)、重力水容量(0—0.01 MPa)、有效水容量(0.01—1.5 MPa)、无效水容量(>1.5 MPa)等概念的基础上,建议用重力水容量和土壤有效水容量两个指标来评价生态系统土壤的水源涵养功能,其中土壤重力水容量可以反映生态系统补充地下水和调控河川径流量的能力,而土壤有效水容量可以反映生态系统本身保蓄水分的潜力,这些指标均可以通过土壤水分特征曲线进行求算。乌云界自然保护区森林和竹林土壤对于补充地下水和调控河川径流量的能力较强,而灌丛和草地土壤保蓄水分的能力较强。     

亚低温与干旱胁迫对番茄植株水分传输和形态解剖结构的影响

为探讨亚低温和干旱对植株水分传输的影响机制,以番茄幼苗为试材,利用人工气候室设置常温(昼25 ℃/夜18 ℃)和亚低温(昼15 ℃/夜8 ℃)环境,采用盆栽进行正常灌水(75%～85%田间持水量)和干旱处理(55%～65%田间持水量),分析了温度和土壤水分对番茄植株水分传输、气孔和木质部导管形态解剖结构的影响。结果表明: 与常温正常灌水处理相比,干旱处理使番茄叶水势、蒸腾速率、气孔导度、水力导度、茎流速率、气孔长度和叶、茎、根导管直径显著减小,而使叶、茎、根导管细胞壁厚度和抗栓塞能力增强;亚低温处理下番茄叶水势、蒸腾速率、气孔导度、水力导度和叶、茎、根导管直径显著降低,但气孔变大,叶、根导管细胞壁厚度和叶、茎、根抗栓塞能力显著升高。亚低温条件下土壤水分状况对番茄叶水势、蒸腾速率、气孔导度、水力导度、气孔形态、叶、根导管结构均无显著影响。总之,干旱处理下番茄通过协同调控叶、茎、根结构使植株水分关系重新达到稳态;亚低温处理下番茄植株水分关系的调控主要通过改变叶和根导管结构实现,且受土壤水分状况的影响较小。     

绿洲生态条件下春小麦蒸发蒸腾特征及其影响因子

 在河西走廊临泽绿洲北部试验区,对春小麦进行3种水分处理并同时观测了全生育期内的蒸发蒸腾(ET)及环境中各生态因子和植物生理指标。结果表明：当年全生育期内,春小麦ET在充分供水条件下为593mm;在中等供水条件下为365mm;在少量供水条件下为280mm。其日蒸散量分别为5.5mm,3.4mm和2.8mm。讨论了影响ET和植物蒸腾的各植物生理指标和环境因子,发现在植物诸指标与蒸腾相关程度的顺序为：叶片水势、气孔导度和叶温(充分供水)及叶片水势、叶温和气孔导度(水分胁迫)。在环境诸因子中与ET的相关程度顺序是：有效光合辐射、净辐射、20cm土温、大气饱和水汽压差,15cm土温、气温、10cm土温、土壤表面温度及5cm土温。     

玉米农田蒸散过程及其对气候变化的响应模拟

应用基于生理生态学过程的EALCO模型,对玉米农田生态系统的蒸散(ET)过程进行了模拟,在模型检验基础上,使用该模型模拟了玉米农田生态系统ET过程对未来气候变化的响应。结果表明,EALCO模型中能量与水过程的动态耦合机制使模型能够较好地模拟农田蒸散过程,基于涡度相关法的观测值与模型模拟值在小时、日尺度上均吻合较好,模型可以解释67%的日蒸散的变化特征。对土壤蒸发与冠层蒸腾的分别模拟显示,生长季土壤蒸发约占ET的36%。温度的升高会引起ET与冠层蒸腾的增加,同时土壤蒸发减少;ET对降水减少的响应较为敏感,主要表现在土壤蒸发的下降。大气CO2浓度升高对冠层蒸腾影响显著,该情景下冠层蒸腾下降幅度最大。研究所假设的2100年气候情景下,该农田生态系统生长季蒸散将减少,然而相对于降水的减少而言,蒸散的减少量较小,即水分支出项相对增加,因此,发生土壤水分匮乏的可能性加大,这可能会加剧该地区的暖干化趋势,给作物产量及生态环境带来威胁。     

半干旱黄土丘陵区沙棘的水分生理生态及群落特性研究

１９７７～１９９８年在陕西吴旗、安塞半干旱黄土丘陵区对沙棘的水分生理生态及群落学特性进行了分析研究。试验结果表明：（１）沙棘有一定的耐旱能力,为广生态幅植物;（２）沙棘生长迅速,竞争力强,第３～４年即可形成茂密的单优群落,以后随着自然稀蔬,能形成良好的藻木一草本群落;（３）消棘适应半干旱黄土丘陵区陵区生境的水分生理生态特性是：棘缚水含量随灌木－－草本群落;（３）沙棘适应半干旱黄土丘陵区生境的水分生