浑善达克沙地南缘人工固沙植被水分利用特征

探讨浑善达克沙地典型乔木青杨和灌木黄柳不同季节的水分利用特征,可为沙地人工防护林生态系统的结构优化提供理论依据.采集研究区大气降水、土壤水、地下水和典型人工固沙植被的茎干水,利用氢氧稳定同位素技术,揭示不同水源δD-δ18O值的分布特征,运用多源线性混合模型计算出各潜在水源对2种植被水的贡献率.结果 表明:研究区大气降...     

科尔沁沙地南缘主要固沙植物旱季水分来源

探讨固沙植物水分来源以及物种间水分利用关系对揭示植物共存机理和固沙植被稳定机制具有重要意义.本研究选取科尔沁沙地南缘两种典型生境(固定沙丘和丘间低地)共12种固沙植物,通过测定植物水、同期降水、地下水和土壤水的稳定同位素比率(δD和δ¹⁸O),利用IsoSource模型计算植物对不同深度土壤水的利用比例,初步阐明半干旱沙区主要固沙植物旱季水分来源以及物种间的水分利用关系.结果表明:两种生境中不同生活型固沙植物水δD和δ¹⁸O差异显著,但丘间低地乔木和灌木差异不显著.在丘间低地从乔木到草本水分来源逐渐变浅,乔木和灌木主要利用50～150 cm或30～50 cm土壤水,半灌木主要利用10～30 cm土壤水,草本主要利用0～10 cm土壤水;固定沙丘灌木主要利用0～30 cm土壤水,半灌木则主要利用50 cm附近土壤水.表明旱季固定沙丘植物比丘间低地植物更依赖0～50 cm土壤水.固沙植物水分来源与植物生活型、根系分布范围有关,其中根系分布范围影响可能更大.     

荒漠人工固沙植被区土壤水分的时空变异性

表层土壤水分具有高度的时间和空间变异性.研究的目的:(1)揭示沙坡头人工固沙植被区浅层土壤水分的时空变异性特征;(2)确定驱动土壤水分变异的主要环境因子.在人工固沙植被区内一个4500m2的网格样地上每隔10m设置取样点,在连续7个月的时间内 (2005年4～10月),每隔15d用时域反射仪测量各样点表层以下15cm和30cm深度的土壤容积含水量.结果表明,该区网格尺度上浅层土壤水分的分布具有明显的空间变异性,其变异性随着土壤水分含量的降低而减小;相对海拔是驱动土壤水分空间变异的主要环境因子,其作用在降雨后尤为显著,且其对土壤下层的影响比上层更明显;植被和土壤水分含量的相关性时间序列与相对海拔一致--降雨使其相关性增加;土壤质地(土壤粒径分布)和土壤水分含量的相关性时间序列特征与植被和相对海拔相反,且其对土壤上层的影响比下层更明显.因此,在沙坡头荒漠人工固沙植被区,降雨后的短暂湿润期,地形和植被是驱动浅层土壤水分变异的主要影响因子,而随着降雨之后土壤逐渐变干,土壤质地的影响变得更加明显.     

荒漠地衣对沙坡头人工植被固沙区的生态影响

腾格里沙漠东南缘沙坡头地区所形成的微型生物结皮(microbiotic crust)占优势的生态格局是荒漠地区天然植被中特有的生态景观之一。荒漠地衣作为微型生物结皮中重要的组成部分,在影响生态变化方面扮演着不可或缺的角色。本研究调查了不同建立年代的人工植被固沙区中的维管植物和微型生物结皮中地衣的物种组成和盖度,测定了结皮土壤的主要养分含量。结果显示:微型生物结皮中地衣以胶衣Collema和石果衣Endocarpon两属为优势类群;随人工植被建立时间的延长,维管植物和微型生物结皮盖度、结皮厚度与土壤养分含量呈增高趋势,并基本呈显著的正相关关系。维管植物、微型生物结皮、地衣和土壤养分基本一致的变化规律表明,微型生物结皮对固沙区中浅根系植被发育和土壤恢复具有正效应,为人工高效治沙及全面实施"沙漠生物地毯工程"提供了必要的理论基础。     

小叶锦鸡儿人工固沙区植被恢复生态过程的研究

主要研究了流动沙兵采用草方格固沙结合播种小叶锦鸡儿后,上锦鸡儿人工群落形成和发展过程,尤其对群落中物种侵入过程和群落组织结构在３５年间的变化情况做了详细分析。结果表明,人工小叶锦鸡儿群落不同发育阶段植物丰富度发生降有大的变化,从５种增加到２３种;在生活型组成结构上,一年生植物占约对优势,但所占比例随着时间的变化有８逐渐减少的趋势,地面芽植物和地下芽植物的种类数 和个体数所占比例均逐渐增加;物种多样     

宁夏沙坡头地区人工固沙植被种间水分竞争的初步研究

本文通过研究沙坡头地区人工固沙植被中油蒿和柠条对环境资源利用（包括时间,空间和水资源）所表现出的不同生长状况和生理生态特性,阐明了环境条件的动态变化,尤其是沙地表面结皮的形成、降水入渗浅层化对固沙植物水分利用与竞争的重要影响,结果表明,油蒿以其较强蒸腾耗水能力和根系的浅层密集分布,在与柠条的水分竞争中占据优势,能够更好地利用作为唯一水分来源的降水补给。     

沙坡头人工固沙植被土壤水分空间异质性

利用传统统计学和地统计学相结合的方法对沙坡头人工固沙植被区0～200 cm 之间的各层土壤水分的空间变异性进行研究.结果表明,1）土壤水分相对变异较大的层是在160～180 cm层和180～200 cm层,变异系数分别为0.72和0.73.表层0～5 cm层的相对变异也较大,变异系数为0.662）半方差函数分析结果表明,各层土壤水分均具有明显的空间变异性,各层土壤水分自相关部分的空间异质性占总空间异质性的程度很高,所占比例在87.7%～99.9%范围内.各层土壤水分的有效变程大小有较大差异,最小值出现在60～80 cm层(7.04 m),最大值出现在20～40 cm层(19.71 m),土壤水分有效变程从表层到深层没有明显的变化规律;3）土壤水分插值图反映出0～140 cm之间相邻各层土壤水分变化较大,140～200 cm各层土壤水分变化较小;4）土壤水分在0°、45°、90°、135°四个方向的半方差函数基本上是一条直线,表明在这四个方向上半方差和距离的相关性较低,土壤水分变化是独立、随机的,是同质性的.     

腾格里沙漠人工植被区固沙灌木影响深层土壤水分的动态模拟研究

灌木是我国沙漠地区主要的优势植物类型,固沙灌木的存在有益于沙丘的固定进而有利于退化沙漠生态系统的生态恢复。基于腾格里沙漠沙坡头地区50多年的人工植被区长期观测研究,建立生态-水文模型模拟了该地区固沙灌木盖度和深层土壤水分的动态变化过程,结果表明,固沙灌木的建立改变了沙区原有的生态-水文过程,在固沙灌木建立40多年后,固沙灌木的盖度和深层土壤水分达到了新的平衡状态。灌木盖度逐渐稳定在(10±0.9)%左右,而深层土壤水分稳定在(2.58±0.2)%左右。因此,在年均降雨量为186mm的腾格里沙漠沙坡头地区,土壤水分的最大植被承载力为:灌木和生物土壤结皮的盖度分别维持在10%和60%,深层土壤水分维持在3%左右。     

沙坡头人工固沙区的种子库动态

沙坡头人工固沙区的土壤种子库中共有４６种植物的种子,属于１７个科。其中菊科植物最多,达１１种;其次为藜科,７种;禾本科７种;豆科４种。既是现有植被组分种,其种子又存在于种子库中的,占总种数的３３．３％ 。油蒿（Ａｒｔｅｍ ｉｓｉａ ｏｒｄｏｓｉｃａ）、花棒（Ｈｅｄｙｓａｒｕｍ ｓｃｏｐａｒｉｕｍ ）和柠条（Ｃａｒａｇａｎａ ｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉｉ）的种子产量为５４５±６７６．７３粒／ｍ ２、６．６７±１３．７４粒／ｍ ２、０．０３２±２．４３×１０－ ３粒／ｍ ２。油蒿在植株上成熟时不受虫害,而花棒、柠条的种子受害比例分别为３１．９２％ 和８３．２９％ 。在最适埋藏深度下,油蒿、柠条、花棒种子的累积发芽率分别可达７８．３％ 、８５．０％ 和６６．７％ ;萌发速度：油蒿＞ 柠条＞ 花棒。根据种子库动态分析和植被调查结果可初步预测：沙坡头人工固沙植被的演替趋向将是灌木以油蒿为主,草本以雾冰藜（Ｂａｓｓｉａ ｄａｓｙｐｈｙｌｌａ）、小画眉草（Ｅｒａｇｒｏｓｔｉｓｐｏａｅｏｉｄｅｓ）为主的群落     

沙坡头地区人工固沙植物水分利用及其生态位适宜度过程数值模拟分析

本文以干旱区植物为研究对象,探讨了自然降水资源的时空分布规律以及降水与固沙植物耗水之间的制约关系。通过扩展经典生态位理论的内涵,用数学抽象的方法定义植物水分生态位适宜度为其水分最适生态位点与现实生态位的贴近度,建立相应的数学模型,对固沙植物生态位适宜度进行了定量分析,并建立了生态位适宜度过程模拟方法。依据实验结果进行了有关计算与数值模拟,所做模拟结果与实际观测结果相吻合。结果表明,柠条与油嵩混播为实验条件下的最佳种植方式,密度为5000株／hm^2时其水分生态位适宜度最高,林木覆盖率也最大。文中进一步讨论了有限降水限制和沙地土壤水分亏缺胁迫下油篙和柠条对水分的竞争行为,混播下的生态位适宜度变化及稳定共存格局形成的机理。该结果为干旱区人工林的营建提供了定量依据。     

Analysis of stream water temperature changes during rainfall events in forested watersheds

Despite continued interest in stream water temperature (Tw) analysis, there are few studies of Tw response to rainfall events at forested watersheds. We examined 61 sets of data on Tw for 21 rainfall events at 16 watersheds with various slope gradients (from 0.08 to 0.56) in four regions of Japan from June 2004 to December 2005. The investigation focused on the changes of specific discharge (ΔQs) and ΔTw at medium-sized watersheds (0.5–100 ha). The results clearly demonstrated different flow patterns expressed by Qs vs. Tw hysteretic loops. Those were clockwise in Period I (April–September) and counterclockwise in Period II (October–March), except for lower slope gradient at Aichi, where counterclockwise loops were observed in both periods. These differences in hysteretic loops could be explained by the differences in Tw and in response times to rainfall between surface/subsurface and groundwater flows. The response times were probably determined by the slope gradient and the vertical level of groundwater. We also found that the changes in air temperature (ΔTa) influenced ΔTw to a lesser degree than Qs. The average rainfall intensities in Period I and Period II (9.3 ± 1.7 and 5.4 ± 0.2 mm/h, respectively) affected the average values of ΔQs and ΔTw (6.62 ± 4.08 mm/h and 1.7 ± 0.4°C; 0.85 ± 0.68 mm/h and 0.9 ± 0.3°C, respectively). This indicates that slope gradient and Qs influenced ΔTw by changing the relative proportions of flow paths. In addition, the water table changes influenced the percentage of groundwater flow to the stream.     

古尔班通古特沙漠不同生活型植物对小雨量降雨的响应

对古尔班通古特沙漠南缘降雨模式和不同生活型植物对小雨量降水的生理响应进行了研究。通过分析1998—2007年的降雨数据,发现本区的降水模式为小雨量,高频率,0～5 mm的小雨量降雨占总降雨频次的898%,平均降雨间隔在6 d左右。选择了本区具有代表性的16种植物,利用叶片相对含水量作为指标,研究了不同生活型植物对小雨量降雨（1、2、3、4和5 mm）的响应。结果表明,所有草本植物（11种）对2～5 mm的降雨都有不同程度的响应,只有1种灌木（驼绒藜Ceratoides latens）,对4 mm降雨有响应。这12种植物在降雨后的第1天,叶片相对含水量显著增加,水分状况得到显著改善,表明这些植物对小雨量(≤5 mm)降雨有显著响应,而半灌木（沙漠绢蒿Seriphidium santolinum）、灌木（梭梭Haloxylon ammodendron、柽柳Tamarix ramosissima）、小乔木（白梭梭Haloxylon persicum）对5 mm以下的降雨均无显著响应,小雨量降雨可能主要是被1年生草本植物所利用。通过统计各降雨梯度上响应的植物种数发现,在降雨量达到3 mm时开始响应的植物种类最多。综合考虑降雨模式与不同生活型植物对小雨量降雨的响应特点,高频率的小雨量降雨,可能是维持本区较高植被覆盖度的重要原因。     

石灰岩地区连片出露石丛生境植物水分来源的季节性差异

以桂西北石灰岩地区连片出露石丛生境次生林群落为研究对象, 运用稳定性氢氧同位素技术结合IsoSource模型, 分析了5种典型植物(半落叶乔木粉苹婆(Sterculia euosma)、落叶乔木菜豆树(Radermachera sinica)、常绿灌木鹅掌柴(Schefflera octophylla)以及落叶灌木红背山麻杆(Alchornea trewioides)和紫弹树(Celtis biondii))水分来源的季节性差异。结果表明: 雨季, 除鹅掌柴同时利用部分前期雨水外, 其余4种植物均主要利用最近15天内的雨水(利用比例的平均值之和均超过80%)。旱季, 5种植物均主要利用最近一次雨水与前期雨水(一个月前)的混合(利用比例的平均值之和均超过80%), 其中乔木和常绿灌木对前期雨水的利用比例更高(利用比例的平均值均超过50%)。植被良好的石灰岩连片出露石丛生境中, 植物主要以不同时期的雨水为主要水源, 这可能与石灰岩发育的裂隙及其储水能力有关。储存在裂隙中的雨水通过植物蒸腾的方式返回大气, 这一良好的水文循环过程应得到充分的保护。     

金沙江干热河谷人工植被土壤水环境

金沙江干热河谷异常干热的气候特点,普遍存在水分亏缺问题,人工植被土壤水环境问题比其它干旱、半干旱地区更加突出．在干热河谷典型地段——元谋的试验观测表明,现有的乔木林明显表现出“土壤干化”的特点,土壤水分持续长时间亏缺,雨季结束之后的11月份。2m土层内的土壤含水量只有15％(相当于田间持水量的35％)左右,之后持续下降,直到5月份达到最低点(9％左右),几乎接近林木的凋萎湿度(元谋表蚀燥红壤的凋萎湿度为9．O％)．由此而导致林木生长缓慢．车桑子(Radonaea wiscosa)灌木林同层土壤含水率相对比乔木林高42．68％,自然草坡的土壤水分明显优于乔木和灌木林,分别比乔木林和灌木林高34．36％和22．22％．这种人工乔木林的“土壤干化”问题在干热河谷地区的植被恢复中还没有引起重视,将极大地制约人工植被的可持续发展．     

北京山区典型植被土壤水分对次降雨的响应

为了揭示北京山区不同植被类型土壤水分对不同强度降雨的响应过程,选取北京山区内侧柏、荆条灌丛、荒草地为研究对象,基于2022年6—10月降雨和土壤水分的连续观测数据,分析土壤水分对不同降雨事件的响应特征。结果表明：(1)观测期内研究区降雨事件主要由小雨构成,小雨事件的总降雨量占总降雨量的14.78%,小雨事件对土壤水分的响应深度可达到40—60 cm土层;中雨、大雨、暴雨事件的总降雨量占总降雨量的85.52%,中雨、大雨、暴雨事件对土壤水分的响应深度均可达到60—80 cm土层;大降雨事件对土壤水分的补给作用更明显,降雨量越大,降雨能补给的土层深度越深,土壤水分补给效果越好。(2)三种植被平均土壤水分补给速率大小依次为荒草地>侧柏>荆条灌丛,说明降雨对荒草地的补给效果最好;土层活跃程度对植被土壤水分有影响,土层越活跃,土壤水分波动越大,三种植被平均土壤水分变异系数大小依次为荒草地>荆条灌丛>侧柏,而三种植被平均土壤储水量大小则依次为侧柏>荒草地>荆条灌丛,说明侧柏的土壤水分最为稳定。(3)荒草地、荆条灌丛剖面上各层土壤水分逐渐减少,侧柏则增加,说明土壤...     

Two-step vegetation analysis based on very large data sets

A two-step method for the classification of very large phytosociological data sets is demonstrated. Stratification of the set is suggested either by area in the case of a large and geographically heterogeneous region, or by vegetation type in the case of a set covering all the plant communities of an area. First, cluster analysis is performed on each subset. The resulting basic clusters are summarized by calculating a ‘synoptic coverabundance value’ for each species in each cluster. All basic clusters are then subjected to the same procedure. Second order clusters are interpreted as community types. The synoptic value proposed reflects both frequency and average cover-abundance. It is emphasized that a species should have a high frequency to be used as a diagnostic species. The method is demonstrated with a set of 1138 relevés and 250 species of coastal sand dune vegetation in Yucatan treated with the programs TWINSPAN and TABORD. Some problems and perspectives of the approach are discussed in the light of hierarchy theory and classification theory.     

模拟降雨条件下玉米植株对降雨再分配过程的影响

为系统测定玉米(Zea mays)不同生长阶段的穿透雨、茎秆流和冠层截留,采用室内模拟降雨法测定了不同降雨强度、不同叶面积指数玉米冠下穿透雨和茎秆流,采用喷雾法测定了玉米不同生长阶段的冠层截留。对其进行了量化分析,并探讨了三者与玉米叶面积指数和降雨强度的关系,阐明了玉米冠下穿透雨的空间分布特征。结果表明:玉米冠下穿透雨量占冠上总降雨量比例为30.97%—94.02%,平均为63.92%;茎秆流量占降雨量比例的变化范围为5.68%—75.70%,平均为35.28%;冠层截留量在其全生育期内变化范围为0.02—0.43 mm,平均为0.16 mm,所占总降雨量比例最大仅为1%。随玉米生长,穿透雨量逐渐降低,茎秆流量和冠层截留量逐渐增加。穿透雨与茎秆流呈现此消彼长的关系,其中穿透雨率平均由93.55%降至36.23%;茎秆流率平均由5.98%增加至70.42%。降雨强度与穿透雨量和茎秆流量呈正相关关系,但是二者占总降雨量的比例与降雨强度关系不显著(P0.05)。随着玉米生长,穿透雨冠下空间分布由均匀逐渐趋向于不均匀,使降雨经过冠层后趋于向行中汇集,但在玉米生长后期,集中于行中的穿透雨量也因叶片衰败而随之降低。揭示了玉米对降雨的再分配作用特征,可为农田水分有效利用、农田生态水文过程机理和坡耕地土壤侵蚀防治提供理论依据。     

Photosynthetic response of desert plants to small rainfall events in the Junggar Basin,northwest China

Small rainfall events (≤ 5 mm) have short intervals, but account for a large proportion of the annual rainfall frequency in arid lands. To explore possible strategies used by desert plants to utilize the small rainfall events, we investigated the photosynthetic responses of 28 species to 1 mm and 6 mm of simulated rainfall in the Junggar Basin, northwest China. The species were grouped into four plant functional types: short-life-cycle herbs, long-life-cycle herbs, non-phreatophyte shrubs, and phreatophyte shrubs. The results showed that the net photosynthetic rate, stomatal conductance, and transpiration rate increased in most of the herbs, but they responded differently to the rainfall treatments. However, the water-use efficiency did not significantly differ after 1 and 6 mm rainfall treatments in most of the shrubs. The maximum water absorption by leaves and the percentage increase of a leaf water content (LWC) were higher in the herbs than those in the shrubs. Plants with dense trichomes had the highest LWC. The results suggested that the desert plants benefited from the micro-environment humidity provided by the small rainfall events.