多枝柽柳水分利用策略对沙堆堆积过程的响应

多枝柽柳(Tamarix ramosissima)作为干旱荒漠区的优势树种,其与风沙长期作用过程中形成了柽柳沙堆,研究沙堆上多枝柽柳水分利用来源及其对各水源的利用比例,可为干旱荒漠区原生植被的保护及恢复提供科学依据。该研究以空间序列代替时间序列的方法,通过野外调查及室内模型分析,解析了不同发育阶段沙堆上多枝柽柳的水分来源及其对各水源的利用比例,揭示了沙堆堆积过程中多枝柽柳的水分利用策略。结果表明:(1)多枝柽柳沙堆土壤水分含量随沙堆堆积增高而存在较大差异,且0–500 cm层土壤平均水分含量依次为雏形阶段(4.57%)>增长阶段(4.46%)>衰退阶段(3.62%)>稳定阶段(3.48%);(2)雏形及增长阶段沙堆土壤含水率在40–180cm层显著升高,稳定及衰退阶段沙堆土壤含水率分别在180–360cm和360–500cm层显著升高。(3)各发育阶段沙堆上, 0–40 cm层土壤含水率及稳定氧同位素比值(δ18O)波动较大,季节变化明显,且随土层深度的增加δ18O趋于稳定,表明表层土壤受外界环境影响较大。(4)春季,多枝柽柳在雏形阶段沙堆上主要利用360–500 c...     

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。     

太行山南麓山区栓皮栎-扁担杆生态系统水分利用策略

分析了太行山南麓低丘山区降水、泉水、地下水、土壤水以及栓皮栎、扁担杆的氢氧稳定同位素特征,结合Iso Source模型确定了栓皮栎和扁担杆水分来源的季节性差异,并对栓皮栎和扁担杆水分利用策略进行分析。结果表明,同一生态系统中的栓皮栎和扁担杆枝条水的δ18O和δD值差别明显。雨季中栓皮栎和扁担杆水分来源较浅,以0—20 cm土壤水分为主,但旱季中栓皮栎和扁担杆水分主要来源均比雨季明显加深,其中栓皮栎主要利用40—60 cm土壤水分,扁担杆则主要利用20—40 cm土壤水分。此外,旱季后期栓皮栎还利用部分泉水,其比例达到了19.6%。二者水分来源的不同,使得栓皮栎与扁担杆在旱季期间能避开用水冲突。旱季中生长在生态系统上层的栓皮栎中午部分气孔关闭,蒸腾速率下降,生长在生态系统下层的扁担杆日均蒸腾速率、气孔导度则分别比栓皮栎下降了46.94%和30.58%。栓皮栎和扁担杆分别采取了深水源及部分气孔关闭和浅水源及低蒸腾耗散的水分利用策略来利用旱季中有限的水分,因而其组成的生态系统表现出较强地适合太行山南麓脆弱环境的生态适应性。     

鄂尔多斯高原3个水土保持树种的水分利用策略

为了解植物对环境的适应对策,通过测定鄂尔多斯高原东部丘陵区3个水土保持树种沙棘、油松和山杏的枝条木质部水和各潜在水源的δ¹⁸O值及叶片的δ¹³C值,应用多元线性混合模型分析各潜在水源的贡献比例,分析3个树种水分来源和水分利用效率的季节动态和种间差异。结果表明: 沙棘、油松和山杏在5月主要利用10 cm深度土壤水,分别占其总水源比例的88.5%、94.0%和91.6%。7月,沙棘主要利用10～25 cm土层土壤水和雨水,比例为44.6%和35.4%;油松主要利用雨水,比例为93.7%;山杏主要利用25～100 cm土层土壤水和雨水,比例分别为55.9%和36.8%。9月,沙棘主要利用25 cm深度和75～100 cm土层土壤水,比例为88.9%;油松主要利用10 cm和50～75 cm土层土壤水,比例为84.5%;山杏利用10～100 cm土层土壤水。5月沙棘的水分利用效率显著高于7月和9月。7月油松的水分利用效率显著高于9月。5月和7月沙棘的水分利用效率显著高于油松和山杏。3个树种在不同季节根据不同水源的可利用性,选择利用不同深度的土壤水或雨水。沙棘和油松干旱时能够提高水分利用效率适应环境变化,可能比山杏更适应当地的半干旱环境。     

高寒沙地典型固沙植物在沙丘不同地貌部位的水分利用特征

乌柳是高寒半干旱沙地植被恢复中常用的灌木树种,对乌柳水分利用来源的研究有助于理解沙地人工生态系统的稳定性维持及可持续发展。在青海湖湖东沙地,以沙丘不同地貌部位（迎风坡、丘顶和背风坡）生长的乌柳为研究对象,利用IsoSource模型分析植物生长季内的水分利用来源。研究结果表明：在生长季内,乌柳主要利用3个层次的土壤水,但不同地貌部位的乌柳在不同生长季利用不同层次的土壤水。生长季初期,迎风坡的乌柳以深层（60-150cm）土壤水为主要水源（50.28±18.11）%,而丘顶和背风坡的乌柳主要利用表层20cm的土壤水,利用比例分别为（79.96±7.59）%和（53.47±6.47）%。生长季中期,迎风坡的乌柳更多地利用中层20-60cm土壤水（45.52±26.91）%,丘顶的乌柳主要利用表层土壤水（45.17±20.14）%,而背风坡的乌柳以深层土壤水为主要水源（39.26±23.28）%。生长季末期,迎风坡的乌柳仍以（46.07±27.17）%的比例利用中层土壤水,丘顶的乌柳转而利用深层土壤水（44.25±26.23）%,而背风坡的乌柳却以表层土壤水作为主要水源（42.57±18.78）%。不同沙丘地貌部位乌柳对土壤水分的利用模式与其根系分布特征及其下方的土壤含水量具有相关性。     

植物水分利用策略研究进展

水分是影响植物生长发育的重要因子之一。地球上大多数生态系统中的植物都会经历一个降水相对稀少的干旱季节,植物在不同的季节与不同的生态系统中究竟如何利用水分,利用哪些水分去获得生存,成为一个人们关注的问题。在过去的20年,稳定同位素技术在植物生态学中的应用得到了稳定长足的发展。因为陆地植物(少数排盐种类除外)在水分吸收过程中不发生同位素分馏,因此可以利用δD与δ18O数据进行水分获取方式的研究。对植物木质部水分以及其潜在水源的稳定同位素进行分析,并参考土壤水势、叶片水势、土壤含水量等数据,同时运用二元或三元混合模型,可以定量确定植物的水分利用来源。大量的研究表明,不同功能型、生长阶段、季节的植物以及不同物种往往具有不同的水分利用策略。     

石羊河下游不同衰退程度多枝柽柳灌丛水分利用格局研究

多枝柽柳(Tamarix ramosissima)灌丛是石羊河下游防风固沙林的重要组成,对绿洲免受风沙灾害侵袭发挥着关键作用。由于区域水文环境的恶化,多枝柽柳灌丛大面积退化死亡,亟需人工恢复,但其季节水分来源尚不清楚。为此,基于氢氧稳定同位素示踪技术,运用IsoSource模型,定量分析了不同衰退程度多枝柽柳灌丛的水分利用策略。 结果表明：2016年石羊河下游降雨以小于5 mm小降雨事件为主,降雨氧稳定同位素值(δ¹⁸O)的季节效应明显。降水线方程为氢稳定同位素氘值δD=6.46δ¹⁸O-5.11, R²=0.87。整体上,不同衰退程度多枝柽柳灌丛土壤水分在夏季较低,秋季略为恢复。由于衰退程度越严重蒸腾耗水越低,生长季多枝柽柳灌丛土壤水分大小排序为重度(3.48%)>极重度(2.69%)>中度(1.97%)> 轻度(1.87%)。降雨与土壤水δD 的变化关系分析表明,6-10月降雨对衰退多枝柽柳灌丛土壤水补给贡献较大。土壤水、降水、地下水是不同退化程度多枝柽柳灌丛的潜在水源。受春季蒸发损失小,冠层截留少,以及土壤生物结皮的综合影响,不同衰退阶段多枝柽柳春季对降水的平均利用比例达40.63%,大小排序为重度衰退(58.5%)>中度衰退(41.7%)>轻度衰退(39.3%)>极重度衰退(23%)。春季到秋季衰退多枝柽柳灌丛趋向于利用可靠的深层地下水。随生境水分可获得性的变化,不同衰退程度多枝柽柳选择性利用降雨、土壤水、地下水。虽然能勉强维持生存,但石羊河下游衰退多枝柽柳灌丛有被红砂(Reaumuria soongarica)等超耐旱小灌木替代的趋势。建议干旱区人工植被建设应以水定绿,灌草结合,少选择乔木、大灌木等高耗水植物种作为固沙造林树种。     

不同降水条件下两种荒漠植物的水分利用策略

自然降水是干旱、半干旱地区荒漠植物重要的水分来源。为了说明自然降水量的变化对干旱、半干旱地区荒漠植物水分利用策略的影响, 研究了两种常见荒漠植物油蒿(Artemisia ordosica)和白刺(Nitraria tangutorum)在3个不同自然降水地区(内蒙古的杭锦旗和磴口县及甘肃的民勤县)的水分来源、水分利用效率及植物的抗逆能力的变化。测定了不同地区的植物茎水、各潜在水源(降水、地下水和土壤水)的δD和δ¹⁸O值, 并利用IsoSource模型分析了这两种植物在不同地区对这些潜在水源的选择性利用情况; 同时测定了叶片的δ¹³C和游离脯氨酸浓度。结果表明: 在年降水量最高的杭锦旗, 这两种植物对浅层土壤水的利用比例最高, 其中油蒿主要利用0-50 cm土层中的水源; 在年降水量相对较低的磴口和民勤, 植物利用的主要水源为深层土壤水和地下水。随着年降水量的增加, 这两种植物的水分利用效率逐渐降低。白刺的脯氨酸浓度大于油蒿, 与水分利用效率无关, 但油蒿的水分利用效率和脯氨酸浓度成正比。研究表明, 荒漠植物能通过改变其水分利用策略和其他生理特性适应自然降水量的变化, 但不同植物种采用的策略可能有所不同。     

稳定同位素技术在植物水分利用研究中的应用

近20a稳定同位素技术在植物生态学研究中的应用得到了长足发展,使得对植物与水分关系也有了更深一步的了解。介绍稳定同位素性碳、氢、氧同位素在研究植物水分关系中的应用及进展,以期能为国内植物水分利用研究提供参考。由于植物根系从土壤中吸收水分时并不发生同位素分馏,对木质部水分同位素分析有助于对植物利用水分来源,生态系统中植物对水分的竞争和利用策略的研究,更好地了解生态系统结构与功能。稳定碳同位素作为植物水分利用效率的一个间接指标,在不同水分梯度环境中,及植物不同代谢产物与水分关系中有着广泛的应用。同位素在土壤-植被-大气连续体水分中的应用,有助于了解生态系统的水分平衡。随着稳定同位素方法的使用,植物与水分关系的研究将取得更大的进展。     

MixSIAR和IsoSource模型解析植物水分来源的比较研究

选取西南喀斯特地区次生林中主要优势植物刺楸(Kalopanax septemlobus(Thunb.)Koidz.)、香椿(Toona sinensis)和化香(Platycarya strobilacea Sieb.et Zucc.)为研究对象,通过对不同土壤深度的土壤水、泉水、雨水和植物采样,利用氢氧稳定同位素技术,借助IsoSource和MixSIAR两种模型分析植物水分来源,通过直接相关法判断植物主要吸水源来衡量两种模型的适用性。结果表明,降雨δ¹⁸O值在3月—6月偏正,在6月—8月数据偏负,存在明显的季节变化。在春季不同土壤层土壤水δ¹⁸O值土壤深度增加而降低,夏季呈现相反的规律。基于IsoSource和MixSIAR模型计算植物不同水分来源比例时存在一定差异。基于直接相关法定性分析植物水分来源表明MixSIAR模型计算结果可靠性高于IsoSource模型。基于均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)进行模型评价,结果显示出MixSIAR模型的RMSE结果小于IsoSource模型,表明利用MixSIAR...     

莱州湾滨海柽柳林湿地植被碳储量的分布特征及其影响因素

莱州湾南岸的柽柳林湿地是我国北方现存面积最大的柽柳林滨海湿地,也是我国“南红北柳”生态工程的重要组成部分.本文基于2014年8月在昌邑海洋生态特别保护区的调查资料,研究了该湿地植被生物量、碳储量的空间分布特征及其影响因素.结果表明: 该湿地植被生物量为949.0 g·m^-2,植被碳储量为393.1 g·m^-2,基本呈中部高、东西部低的分布特征;植被各部分生物量、碳储量均表现为:地上部>地下部>凋落物.该区域主要有柽柳、碱蓬2个单优群落和4个混生群落,植被碳储量以柽柳群落最高,混生群落居中,碱蓬群落最低.受北部潮间带防潮坝的影响,表层土壤的含水量和电导率均不高,土壤盐分不是植被碳储量的主控因子,植被碳储量主要受土壤的营养盐状况(全氮和全磷)和粒径结构(粉粒含量)的影响.土壤水文条件的改变造成了植被群落的演替,在由耐盐群落(盐地碱蓬群落)向轻耐盐群落(茵陈蒿群落、狗尾草群落等)的演替过程中,植被碳储量增大.     

Water use strategy of Ammopiptanthus mongolicus community in a drought year on the Mongolian Plateau

在荒漠生态系统中,水分是植物生长和植被动态的一个限制因子。来自深层土壤或地下水相对稳定的水分对于干旱条件下植物的生存至关重要。在荒漠生态系统中,保护和恢复濒危植物的根本在于理解它们的水分利用策略,例如蒙古高原的沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)。本 论文通过稳定氢、氧同位素技术研究了沙冬青和与其伴生的两种灌木黑沙蒿(Artemisiaordosica)和旱蒿(Artemisiaxerophytica)的 主要水分来源;利用IsoSource模型计算了不同水分来源对每个物种的贡献,并通过比较3种灌木叶片δ ¹³C值和和其根系分布探讨了3种 灌木的长期水分利用策略。结果表明,沙冬青依赖地下水和150–200 cm 深层土壤水,前者几乎贡献其水源的一半。黑沙蒿主要利用150–200 cm 深 层土壤水,但是夏季和秋季也利用100 cm以内的浅层土壤水。旱蒿主要利用150–200 cm深层土壤水和地下水,后者对其总水源的贡献率 大约为30%–60%。3种灌木具有双型根系或深根系,这些根系特征与其水分来源一致。常绿植物沙冬青的叶片δ ¹³C值高于两种落叶蒿属灌木,这可能使其在适应荒漠生态系统中具有优势。因此,地下水是干旱年份蒙古高原濒危灌木沙冬青的一个主要水源,而且沙冬青和两种蒿属灌木竞争深层土壤水和地下水。     

Water sources of Populus euphratica and Tamarix ramosissima in Ejina Delta,the lower reaches of the Heihe River,China

Aims We aim to evaluate the water sources of typical riparian arbor species (Populus euphratica) and shrub species (Tamarix ramosissima), and analyze the spatial and temporal dynamics of plant water source in Ejina Delta, the lower reaches of the Heihe River, China.Methods Eight sampling sites were selected in the riparian zones along the East River and West River in Ejina. The plant xylem water, soil moisture, rainwater, stream water and groundwater were taken and pretreated during the growing season in 2015-2016, and the stable oxygen isotope ratio (δ¹⁸O) for each water sample was measured. The δ¹⁸O of plant xylem water and soil moisture were compared to estimate the dominant depth of root water uptake, and the linear-mixed model called “IsoSource” were applied to determine plant water sources and quantify their proportions.Important findings This study indicated that the main recharge sources for P. euphratica and T. ramosissima were stream water and groundwater. The contributions of rain water to them was negligible due to the limited amount and the shallow infiltration depth of local rainfall. As affected by groundwater level fluctuation, soil physical properties, as well as lateral and vertical recharge of stream water on soil moisture, the dominant depth of root water uptake spatially varied. However, the relative contributions of stream water or groundwater to plant water sources did not change significantly across space. Populus euphratica used more stream water (68%), while T. ramosissima used more groundwater (65%). Plant water sources were sensitive to environmental flow controls. The contributions of stream water to the water sources of the two species went up to 84% and 48% for P. euphratica and T. ramosissima respectively during the discharge period, but dropped to 63% and 30% during the non-discharge period. On the other hand, the contributions of groundwater decreased to 16% and 52% during the discharge period, but increased to 37% and 70% during non-discharge period. It is noteworthy that the high similarity of δ¹⁸O between stream water and groundwater due to extensive water exchange in the riparian zone made increase the uncertain in quantifying plant water sources.     

黄河三角洲莱州湾湿地柽柳种群分布特征及其影响因素

为探明黄河三角洲莱州湾柽柳(Tamarix chinensis Lour)灌丛环境因子的基本特征及其对柽柳灌丛空间分布类型的影响,采用样地与样方相结合的测定方法,对柽柳灌丛样地距海远近、地下水水位、土壤盐碱含量、土壤容重和孔隙度等基本物理参数以及土壤有机质、速效氮、磷养分等13个环境因子参数进行相关性和主成分分析。结果表明:莱州湾柽柳种群空间分布表现为聚集型分布,林分密度与距海距离和地下水水位呈极显著正相关,与土壤含水量呈极显著负相关;土壤含盐量与土壤含水量呈极显著正相关,与地下水水位和土壤孔隙度呈极显著负相关;土壤含水量与地下水位呈极显著负相关。莱州湾柽柳灌丛13个环境因子的变异系数在0.060—1.296之间,土壤K+含量、土壤含盐量和林分密度变化幅度较大;其次为土壤有机质和有效磷,地下水水位的空间变异性高于至海距离,而土壤p H值、土壤容重和总孔隙度等基本物理性状变化幅度较小。土壤盐碱含量分别为0.47%和p H为8.48,呈重盐土和偏碱性特征。主成分分析表明,土壤盐碱含量是影响黄河三角洲莱州湾湿地柽柳灌丛分布的主导因素,其次是距海距离,土壤速效磷和地下水位次之。     

黄河三角洲柽柳居群的遗传结构和遗传分化

作为黄河三角洲关键建群物种之一,柽柳（Tamarixchinensis）在维持当地湿地生态系统平衡中起着重要作用。为更好地了解黄河三角洲柽柳居群的遗传结构和分化水平,本文利用10个ISSR分子标记,对来自三个柽柳居群的90个个体的遗传多样性进行了对比分析,结果表明：黄河三角洲的柽柳在物种水平存在较高的遗传多样性,总的多态位点百分率（P）达85％,Nei’s基因多样度（H）和Shannon’s多样性指数（I）分别为0．276和0．419;遗传变异主要存在于居群之内,居群间遗传分化程度低（Gst=0．077,φst=0．072）。这种遗传结构和分化格局的形成除了和柽柳的生活型、交配体系以及种子传播模式紧密相关外,可能还与其生境,特别是土壤的含盐量具有一定的关系。     

西双版纳绞杀植物斜叶榕的水分利用策略

以斜叶榕为研究对象,通过测定其不同生长阶段木质部与各潜在水源的稳定氢、氧同位素组成,以及土壤水分含量、土壤水势、叶片水势等参数,揭示西双版纳地区不同生长阶段的绞杀榕（斜叶榕）在不同季节的水分利用策略.结果表明：浅层土壤（10～50 cm）的水势在干热季与雾凉季变化较大,较深土壤（51～120 cm）的水势在各季节无明显变化;雾凉季与干热季的土壤含水量之间无显著差异（P=0.64）;植物黎明前叶片水势与中午叶片水势随不同生长阶段而异;根据木质部水与各潜在水源的稳定氧同位素以及植物水势等其他参数判定,浅层土壤水是斜叶榕全年最主要的水分来源,不同生长阶段的斜叶榕在不同季节采取了不同的水分利用策略来应对环境的变化.     

宁夏河东沙区刺槐和丝绵木水分利用策略

刺槐和丝绵木混交林是宁夏河东沙区防护林建设的主要模式,了解刺槐和丝绵木的水分利用策略,能为区域植被恢复和防护林林分结构调整提供科学依据。以宁夏河东沙区刺槐(Robinia pseudoacacia)和丝绵木(Euonymus bungeanus)混交林为研究对象,通过监测微气象、树干液流和土壤质量含水量,结合大气降水、土壤水、植物木质部水同位素组成,采用Granier及其校正公式,运用贝叶斯混合模型(MixSIAR)和相似性比例指数(PS)研究2个树种的蒸腾耗水、水分来源和水分利用关系。结果表明：刺槐和丝绵木的蒸腾耗水量在生长季中期较高,前期和后期较小,刺槐的蒸腾耗水量是丝绵木的1.55倍;影响刺槐蒸腾耗水的主要环境因子为饱和水汽压差、太阳辐射、0—40 cm土壤质量含水量和40—120 cm土壤质量含水量;影响丝绵木蒸腾耗水的主要环境因子为饱和水汽压差、太阳辐射、平均气温、0—40 cm土壤质量含水量和40—120 cm土壤质量含水量;蒸腾耗水较高时,刺槐主要吸收利用中层土壤水,丝绵木主要吸收利用浅层土壤水,蒸腾耗水较低时,刺槐主要吸收利用浅层土壤水,丝绵木主要吸收利用中层土壤水;在...     

黄河三角洲滨海滩涂不同密度柽柳林的土壤盐碱与养分特征

为探讨黄河三角洲滨海滩涂不同密度柽柳林的土壤盐碱和养分特征,明确不同密度柽柳林的“盐谷”及“肥岛”效应,以黄河三角洲山东省滨州市北海新区滨海滩涂的低密度（1100 株/hm2）、中密度（4100 株/hm2）和高密度（7100 株/hm2）柽柳林为研究对象,测定分析不同密度柽柳林及柽柳植株周边不同位置的土壤pH、电导率、速效氮、速效磷、速效钾、有机碳等指标。结果表明：（1）土壤电导率随林分密度增大表现为逐渐减小,在中、高密度柽柳林,土壤电导率分别比低密度降低28.39%、55.74%;随距离柽柳植株远近不同,中、高密度柽柳林土壤电导率表现为根部<冠幅中心<冠幅边缘<株间空地,即中、高密度柽柳林出现“盐谷”效应,而低密度林分未出现。（2）土壤速效氮、速效磷和有机碳含量随林分密度增大表现出先增大后减小,在中、高密度柽柳林,柽柳植株周边不同位置的速效氮、速效磷和有机碳含量存在显著差异（P<0.05）,表现为根部>冠幅中心>冠幅边缘>株间空地,而低密度柽柳林差异不显著（P>0.05）;即中、高密度柽柳林出现“肥岛”效应,而低密度林分未出现。（3）中密度柽柳林在养分含量、养分富集率方面高于高密度,在盐分富集率方面低于高密度,具有更强的“肥岛”、“盐谷”效应。（4）不同密度柽柳林以及柽柳植株周边不同位置的土壤pH差异均不显著（P>0.05）。林分密度显著影响土壤盐分及养分含量,中密度柽柳林具有显著提高土壤肥力的作用,高密度次之,而低密度较差。不同密度柽柳林的降盐作用表现为中、高密度较好,低密度较差。基于柽柳林改良土壤盐碱与养分的作用,建议黄河三角洲滨海滩涂柽柳合理的初植密度为4100 株/hm2。