冬季低温及模拟升温对生物土壤结皮固氮活性的影响

以腾格里沙漠东南缘固沙植被区和相邻天然植被区发育的藻类和藓类结皮为研究对象,采用不同规格的OTCs研究了冬季低温及短期模拟升温对其固氮活性的影响。结果表明:不同规格的OTCs装置冬季全天气温升温幅度在1℃左右,不同深度土层升温幅度更加明显,约为3.2℃;冬季试验期,湿润条件下藻类和藓类结皮均具有固氮活性,平均固氮活性分别为1.2×104和0.4×104nmolC2H4·m-2·h-1,藻类结皮的固氮活性显著高于藓类结皮(P<0.01);试验期藻类和藓类结皮的固氮活性均与培养期气温显著正相关(P<0.001),与试验前3d降水量也呈显著正相关(P<0.001)。低温湿润冷冻环境下,结皮生物体胞内冰晶形成而导致的固氮酶体系受损可能是造成冬季结皮固氮活性降低的主要原因,冬季升温能促进结皮固氮活性的提高。本研究表明,在未来全球变暖和降水格局变化背景下,冬季升温能促进生物土壤结皮对区域生态系统的氮贡献。     

腾格里沙漠东南缘人工植被区降水入渗与再分配规律研究

试验于2001年8月17日至9月30日在中国科学院沙坡头沙漠试验研究站进行,主要利用时域反射仪(TDR)连续测量土壤剖面水分含量的方法,观测受植物根系吸水,蒸散作用影响下的人工植被荒漠灌木柠条(Caragana korshinskii)群落区固定沙丘降水入渗与再分配过程。土壤体积含水率由水平埋设在植物根系剖面内12个深度层次(5～200cm)的时域反射仪探头每小时自动测定1次。天然降水条件下的土壤入渗速率由入渗深度与相应的入渗时间之比值计算得到。结果表明：在7次不连续降水过程中,土壤入渗速率与降水强度呈简单线性相关关系,土壤入渗速率约为降水强度的10倍强。然而当次降水过程中降水强度小于0．46mm／h时,土壤入渗速率约为0cm／h,此时的降水对人工植被固定沙丘区的土壤基本上没有水分补给作用。受荒漠灌木柠条根系吸水作用的影响,其根系密集剖面深度40～140cm内降水水分入渗积累不明显。降水入渗速率及入渗深度受土壤剖面初始含水率多寡而变化,干燥土壤剖面有助于提高入渗速率及入渗深度。降水以后随着时间的推移,区域环境内空气温度、湿度等气象条件适宜,柠条生长进入相对旺盛阶段,其根系密集层140cm深度处土壤含水率在总体上下降的过程中,表现出昼消夜长的趋势,翌日8：00土壤含水率值略高于前一日20：00水分值0．1％～0．3vol．％。     

沙坡头人工植被区陆气耦合模式及生物结皮与植被演变的机理研究

论述了研究陆气相互作用的意义和现状。在以前工作基础上,针对腾格里沙漠人工植被区陆气水热传输过程,提出了一个多层陆气耦 .人出了导水率的计算模型和修正后的根系吸水,考虑了结皮层对于土壤水分入渗的影响以及植被演变的过程。陆气耦 地大气,植被,土壤作多层划分,以助于细致了解沿高度分布的各物理量。同时,介绍了当地气候概况和野外观测情况。利用本模式对中国科学院沙坡头沙漠站人工植被区陆气水热交换过程进行了数值模拟,模拟结果与实测值吻合较好,可为当地合理利用水热资源和治理沙漠提供科学依据。     

腾格里沙漠人工固沙植被中油蒿的生长及生物量分配动态

植物的资源分配模式反映了对环境的生态适应对策。2007年整个生长季, 采用生物量法对腾格里沙漠东南缘固沙植被区半灌木油蒿(Artemisia ordosica)地上部分各器官的生长及资源分配格局动态进行了研究。结果表明: 不同时期各器官的生长速率不同, 光合产物在各器官中的分配也不是等量的, 而是按一定的顺序在不同时期有不同的分配中心; 2007年油蒿的营养生长、繁殖输出、生殖枝大小都显著大于年降水量不足其一半的年份, 而繁殖分配和头状花序大小没有差异; 营养器官生物量大的油蒿总的繁殖输出也大, 但生殖期内营养生长和生殖生长既不同时也不等速, 表明资源分配的权衡(Trade-off)是存在的; 固沙植被建立以后, 随着时间延长, 油蒿的当年总生物量、繁殖输出、繁殖器官生物量分配有减小的趋势, 但不显著。     

干旱沙区植被恢复中土壤碳氮变化规律

测定了干旱沙区不同年限植被恢复区土壤0~5(包括结皮层)、5~10和10~20 cm颗粒组成分布、土壤有机碳(Soil organic carbon, SOC)和全氮含量,并分析了土壤颗粒组成分布中沙粒和粘粉粒含量变化与土壤SOC和氮含量间的关系,探讨植被恢复过程中SOC和氮变化规律。研究表明,干旱沙区植被恢复过程中,SOC和全氮含量存在明显的固存效应,这种效应不仅表现在植被恢复的时间上,也表现在土壤垂直分布上。植被恢复区SOC和氮含量随恢复时间的延长呈增加趋势,在垂直方向上呈降低趋势。土壤极细沙(0.1~0.05 mm)和粘粉粒含量(<0.05 mm)的时间和空间变异与SOC和氮有着相似的趋势。而沙粒含量(0.5~0.1 mm)则随植被恢复时间增加和土层深度的增加呈降低趋势。土壤中极细沙粒(0.1~0.05 mm)和粘粉粒含量(<0.05 mm)分别与SOC和氮含量有显著正相关关系(p<0.01),而沙粒含量(0.5~0.1 mm)与SOC和氮含量呈显著负相关(p<0.01)。从植被恢复或者荒漠化逆转角度阐明了干旱沙区土地利用的变化导致的土壤保护性碳组分的增加是土壤碳储量汇功能增加的体现。在研究区域,有机碳和全氮因土壤粘粉粒和极细沙而积累的定量关系可以用线性方程很好地预测,从而为更好地估算荒漠化逆转过程中不同阶段碳汇量提供了依据。而植被恢复中土壤SOC和氮与土壤颗粒间的结论加深了荒漠化逆转过程中土地利用方式的改变对气候变化响应的陆地生态系统碳循环过程与机理的理解,明确了我国广泛在干旱沙区实施区域治理对全球大气CO₂汇的贡献。植被恢复过程中,表征土壤肥力特征的SOC和氮在时间和空间上的变异对植被演变的影响,以及土壤物理稳定性的增强对土壤抗风蚀能力的贡献。从另一个方面阐述了植被恢复过程中土壤和植被间的这种相互关系及其对生态环境改善的贡献,为探讨干旱沙区荒漠化逆转过程中植物种的选育和合理评价生态环境提供了参考。     

两种沙生植物抗旱生理指标的比较研究

以沙坡头地区自然生长和人工灌溉条件下的沙冬青（Ａｍｍｏｐｉｐｔａｎｔｈｕｓ ｍｏｎｇｏｌｉｃｕｓ）和柠条（Ｃａｒａｇａｎａ ｋｏｒｓｈｉｎｓｋｉｉ）为材料,对它们部分抗旱生理指标的变化进行了研究,结果表明,沙冬青对干办迫最敏感,这些生理指标随着个体发育阶段的不同变化,并具种间差异性。可溶性糖和游离氨基酸（特别是Ｐｒｏ）在干旱环境植物中均有较高含量,沙冬青有较高的热值,类黄酮水平未见差异性变化。     

沙漠人工植被区的蒸发蒸腾

研究于2003年6月至8月在沙坡头沙漠试验研究站的水分平衡观测场进行。利用微型蒸渗仪结合大型称重式土壤蒸渗仪测定了流沙、油蒿(A rtem isia ord osica)和柠条(C arag ana korsh insk ii)3类样地的土壤蒸发;油蒿和柠条的蒸腾利用表面覆盖油毡的大型非称重式蒸渗池和气孔计测定;同时对降水量、流沙渗漏量、0~200cm土层的土壤含水量进行了观测。结果表明:在沙漠人工植被区由于植被比较稀疏,土壤蒸发不受植株遮阴的影响,但不同样地的蒸发量是有差异的,样地和位置间的互作效应差异不显著;在沙漠区有很大比例的蒸发发生在稀少的降水事件之后。气孔计测定的蒸腾速率经单位换算统一,用多项式拟合得到日变化曲线均达到显著水平(p<0.05);将蒸渗池和气孔计2种方法测定结果方差分析表明油蒿的蒸腾均高于柠条的(p<0.05),测定方法间(蒸渗池和气孔计)差异不显著;从而说明本研究以叶面积指数和植物冠层盖度为基础进行叶片与种群间的尺度转换是可行的。2003年6月至8月期间,该区的降水量为159.1mm,渗漏量为48.5mm,裸沙蒸发量为63.0mm;油蒿样地的蒸发量、蒸腾量和蒸散量分别为54.1mm、59.0mm和119.4mm;柠条样地的蒸发量、蒸腾量和蒸散量分别为59.5mm、56.4mm和127.6mm。     

干旱半干旱地区人工固沙灌木林生态系统演变特征

应用实验生态学方法分析了沙坡头地区栽植于1956、1964、1981、1987年的无灌溉人工植被固沙群落浅层土壤分形特征、植被盖度、物种特征、生物量、土壤水分、土壤微生物,以及群落土壤物理和土壤养分特征,并与流动沙丘进行比较。结果表明,在干旱半干旱的草原化荒漠地区,首先利用半隐蔽式草方格沙障对流动沙丘进行固定,然后栽植灌木柠条、花棒等和半灌木油蒿,经过40多年的稳定演变,该区域逐渐形成由矮灌木与草本植物覆盖,以及隐花植物与微生物土壤结皮复合的固定沙丘景观。在人工植被固沙防护体系稳定演变过程中,浅表层土壤的细粒化和养分富集化特征,微生物土壤结皮与亚表层土壤厚度,以及浅表层土壤体积含水率均随固沙年限的延长趋于显著增加。而土壤微生物数量、植被盖度、植物种数等生物群落学属性在固沙年限达40a左右时,已趋于最大,尔后呈缓慢下降趋势。随着固沙年限的增加,灌木树种不断衰退减少,当固沙年限逾17a之后,群落生物量增至峰值后略有下降。土壤分形维数与土壤粘粒含量呈显著正相关关系,流动沙丘被人工植被固定年代越久远,浅表层(0~3cm)土壤粘粒含量(4.50%)越高,其分形维数越大(D=2.4083),表明人工植被固沙防护体系浅表层土壤结构变得越紧实,流动沙丘(D=2.0484)在人工植被的固定作用下,发生逆转的趋势越显著,沙丘日趋固定。     

内蒙古科尔沁沙地两种沙生植物冷蒿和差不嘎蒿竞争策略的生理生态学依据(英文)

Gas exchange, water relations and leaf chemical characteristics were examined of twodominant psammophytes: Artemisia frigida Willd and A halodendron Turcz. ex Bess in Horqin sandy land, NeiMongol, China under different water regimes. The measurements were conducted by submitting the plantsto five different irrigation levels. A. fTigida was characterized by lower photosynthetic rate (Pn), lowertranspiration rate ( TR and lower shoot water potential (ψuw) relative to A. halodendron. Foliage of A frigdahad higher values of relative water deficit (RWD), bound water content (BWC), ratio of bound water contentto free water content (BWC/FWC) and integrated drought-resistant index (DI than that of A. halodendron.Water relations differed significantly between two species in response to soil water availability. ψw, BWCand BWC/FWC ratio of A halodendron exhibited large variation with gradual decrease of soil moisture.However, in terms of these parameters, A. fRIGIDA was characterized by higher capacity of water holding anddrought tolerance relative to A halodendron. Proline and total soluble sugar contents of A frigida and Ahalodendron tended to increase with decrease of soil moisture and the former had a larger increaseamplitude than the latter. This shows that A frigida has a higher osmotic regulation ability than A halodendron.Under the extreme drought conditions, ψw, RWD, BWC and BWC/FWC of two species were approximate,but soluble proteins degraded largely. A large amount of accumulation of organic matter, proline and totalsoluble sugars were observed in both A halodendron and A frigida. The increase in proline and total solublesugar contents and soluble protein degradation of A frigida far exceeded those of A. halodendron. Webelieve that the accumulated materials at this moment are mostly of nutrient substances available for therecovery of plants after the drought. This is one of the reasons why A halodendron plants died while Afrigida plants survived under extremely drought condition. Our results suggest that these ecophysiologicalfeatures of A frigida are favorable to its growth in the fixed sandy land compared with A halodendron, whichoften lost its dominance due to weak competition for water sources under lower soil water availability andare major factors resulting in replacement of A. halodendron by A. frigida in the later stage of sandyvegetation succession in Horqin.     

腾格里沙漠东南缘白刺种群性状对沙埋的响应

运用实验生态学和数量生态学方法,研究了腾格里沙漠东南不同沙埋程度的白刺(Nitraria tangutorum)种群特征,并就各特征与沙埋深度的关系进行了分析.结果表明:强沙埋条件(湖盆低地)白刺种群特征均值都大于弱沙埋条件(山前冲积扇),但白刺种群各特征变异却是强沙埋条件小于弱沙埋条件;除弱沙埋条件白剌种群密度外,其他各性状都与沙埋有着显著相关关系;强沙埋条件的种群各性状发育最适沙埋深度均大于弱沙埋条件下;不论沙埋深度强弱和最适沙埋深度的高低,白刺种群各性状发育均受最适沙埋深度制约;低于最适沙埋深度,沙埋深度增加促进种群性状发育,高于最适沙埋深度,沙埋深度增加抑制种群性状发育.白刺种群各性状对沙埋深度的响应主要体现在高生长和生物量上:盖度和密度的发育不仅受沙埋的影响,更主要是受沙埋深度影响下的其他资源特别是水分的限制.