陆地表层系统动力学机制研究Ⅰ．──陆地表层系统和动力学方程

对陆地表层动力学的研究对象、研究内容及其基本理论方法作了阐述,以多学科综合的观点定义了陆地表层系统,包括时空尺度范围的约定、状态变量的选择、物质循环以及外界因子等的讨论;依据物质和能量守恒原理建立了陆地表层系统的非线性控制方程组,表述了各圈层之间物质循环和能量循环过程、反馈关系及其动力学联系;讨论了控制方程组的整体运作功能以及人类活动对陆地表层系统的影响．     

毛乌素沙地草地种植管理咨询系统的开发

 本研究初步开发了一个用于毛乌素沙地草地种植管理咨询的专家系统ASSG。这个系统将当地生态系统管理专家们的经验知识和对土壤水分动态的理论研究成果结合起来以产生对于土地利用和种植的作物种类及品种的最优管理策略和最适的植被覆盖率。本系统利用3个层次的推理过程和结构化的知识库,通过咨询过程—步步地引导用户得到最优种植管理策略。在每—层次的推理中,本系统提供给用户多重选择,根据用户的意愿进行下一步的推理。这一推理的交互作用机制为用户获得适宜的咨询结果提供了最大的便利性。本系统的主体部分山Turbo Prolog语言完成,该语言是一种用于开发专家系统的描述性语言。基于土壤水分平衡原理的最优植被覆盖率模型由C语言实现,并应用多语言编程技术将之嵌入程序主体中。系统的样本运行结果表明本系统运行便利,并能产生合理的种植管理策略。     

季节性干旱地区典型树种长期水分利用特征与模式

在季节性干旱地区,水分是影响植物生长发育的关键核心因子.基于长期连续观测数据探究植物水分利用模式,对于季节性干旱地区植被建设具有重要意义.本研究以北京山区侧柏人工林为对象,利用稳定氢氧同位素技术测定了2012-2017年间土壤、植物枝条和降水同位素组成,通过MixSIAR模型定量分析侧柏对不同土层土壤水分的贡献率.结果...     

退化泥炭地亚表层土壤酶活性与DOC变化规律研究

在气候变化背景下,泥炭地亚表层土壤有机碳逐渐参与到碳循环中,为揭示泥炭地亚表层碳输出与土壤酶活性的关系。以四川省红原县日干乔湿地自然保护区的泥炭沼泽(S1)、沼泽草甸(S2)、高寒草甸(S3)3种不同退化泥炭生态系统中不同深度(0—30 cm、30—60 cm、60—90 cm、90—120 cm、120—150 cm)的土壤作为研究对象,研究泥炭地表层(<30 cm)、亚表层(30—60 cm)和深层(>60 cm)土壤酶(酚氧化酶、β-葡萄糖苷酶、蔗糖酶)活性和土壤溶解性有机碳(DOC)的变化规律及二者的关系。结果显示,从泥炭沼泽到沼泽草甸再到高寒草甸的退化过程中, DOC含量逐渐增加。随着泥炭地退化程度的加深,土壤酶活性呈先升高后降低的变化趋势。从垂直方向来看,泥炭沼泽和沼泽草甸DOC从表层到亚表层逐渐增加,高寒草甸DOC从表层到亚表层逐渐减少;土壤酶中表层的酚氧化酶活性高于深层土壤,而深层土壤中的β-葡萄糖苷酶、蔗糖酶活性高于表层与亚表层。酚氧化酶活性、β-葡萄糖苷酶活性、蔗糖酶活性直接影响DOC含量变化。其中,β-葡萄糖甘酶在不同水位变动条件下都和DOC保持很好的...     

太湖流域丘陵区两种土地利用类型土壤水分分布控制因素

为探究太湖流域丘陵区典型土地利用类型(如竹林地和茶园)土壤水分的控制因素,在不同深度土壤水分定期观测的基础上,根据前7d降雨量将研究时段划分为干旱状态和湿润状态,利用分类与回归树(CART)方法得出不同干湿状态下土壤水分分布的主控因子,并借助典范对应分析(CCA)定量分析不同土地利用类型、不同土壤深度土壤水分格局与环境因子关系。结果表明:(1)高程、土地利用类型和土层厚度对土壤水分分布的相对贡献率最大,但在不同干湿状态下其影响程度存在差异;(2)干旱状态时土壤水分主要受高程、坡度、地形湿度指数(TWI)和剖面曲率等地形因素的作用,而土层厚度和粘粒也分别为0—20 cm和20—40 cm深度土壤水分的主控因子;(3)在湿润状态下,茶园0—20 cm土壤水分的主控因素为地形因子,在20—40 cm则以土壤性质为主,竹林地两个深度的土壤水分受地形和土壤性质的作用都很强,其中20—40 cm深度土壤水分与环境因子的关系较0—20 cm深度更为复杂。     

根区交替控制灌溉条件下玉米根系吸水规律

为了阐明根区交替控制灌溉(CRDAI)条件下玉米根系吸水规律,通过田间试验,在沟灌垄植模式下采用根区交替控制灌溉研究玉米根区不同点位(沟位、坡位和垄位)的根长密度(RLD)及根系吸水动态。研究表明,根区土壤水分的干湿交替引起玉米RLD的空间动态变化,在垄位两侧不对称分布,并存在层间差异;土壤水分和RLD是根区交替控制灌溉下根系吸水速率的主要限制因素。在同一土层,根系吸水贡献率以垄位最大,沟位最低;玉米营养生长阶段,10—30 cm土层的根系吸水速率最大;玉米生殖生长阶段,20—70 cm为根系吸水速率最大的土层,根系吸水贡献率为43.21%—55.48%。研究阐明了交替控制灌溉下根系吸水与土壤水分、RLD间相互作用的动态规律,对控制灌溉下水分调控机理研究具有理论意义。     

春、夏季土壤水分对连翘光合作用的影响

在全球气候和环境变化的背景下,我国华北地区表现出平均气温升高和降水时空格局变化的趋势,导致华北地区春、夏季土壤水分变化加剧,从而一定程度上制约了植物的光合作用和生物生产力。为探索植物光合作用对土壤水分变化以及所处生长发育季节的响应特点,以华北地区为研究区,利用Li-6400光合作用测定系统,通过受控温室内盆栽控水的方法,测定和分析了春、夏两个季节2年生连翘叶片在多级连续土壤水分梯度下的光合作用光响应过程。研究结果表明:1) 弱光 (光合有效辐射PAR≤200 μmol m^-2 s^-1) 下,净光合速率 (Pn)、气孔导度 (Gs)、水分利用效率 (WUE) 光响应过程对季节不敏感,强光下Pn-PAR、Gs-PAR过程与土壤水分和季节同时有关,春、夏两个季节Pn、Gs对强光响应的差异更多表现在阈值:土壤相对含水量 (SRWC) >40%范围。2) 春、夏两个季节表观量子效率 (φ)、 Pn、WUE、Gs、 胞间CO₂浓度 (Ci)、气孔限制值 (Ls) 对SRWC具有相似的响应过程,但两个季节各个参数达到阈值时的SRWC不同,说明水分阈值是不同季节植物光合作用响应土壤水分产生差异的关键。3) 春、夏两个季节连翘光合作用较适宜的土壤水分分别是春季51.84%≤SRWC≤58.96%,夏季52%≤SRWC≤83.34%;此SRWC范围内,春、夏两个季节连翘光合作用适宜的PAR范围相似,为1000 μmol m^-2 s^-1≤PAR≤1400 μmol m^-2 s^-1。因此,为适应未来气候和环境变化,有必要根据植物所处的物候期确定环境因子(土壤水分、光照、温度等)的适宜范围和关键阈值,更好地为区域适应性措施的探索提供科学依据。     

黄土丘陵区坡耕地与撂荒地土壤水分对降雨的响应特征

为了揭示黄土丘陵区不同土地覆被方式下土壤含水量对不同强度降雨的响应过程,选取山西省冯家沟小流域农耕地和撂荒地为研究对象,基于2019年4—10月降雨和土壤含水量以小时为单位的观测数据,分析了土壤含水量对不同强度降雨的响应规律。结果表明:(1)小雨、中雨、大雨和暴雨对土层的影响深度分别为20、20、60 cm和60 cm,研究区降雨最主要的形式—小雨对土壤水分的补给作用较小。(2)各强度降雨过程中,除0—10 cm土层外,农耕地土壤含水量均大于撂荒地,且大雨条件下农耕地各土层土壤含水量变化较显著,而撂荒地仅0—10 cm和10—20 cm土层土壤含水量有所增加。(3)不同土层土壤含水量对降雨的响应不同,表层响应相对明显而深层相对减弱;农耕地土壤平均含水量最大值出现在50—60 cm土层,而撂荒地出现在30—40 cm土层。(4)本地区农耕地土壤含水量高于撂荒地,表明在该地区适当的作物种植有较好的储存土壤水分的作用。本研究的结果对地区水资源的高效利用和水土流失防控提供了一定的科学依据。     

改革开放40年来珠江三角洲表土养分和重金属含量变化

主要基于上世纪八十年代以来的土壤调查报告、专著和文献资料的收集整理,针对珠江三角洲地区表层土壤的酸碱度、土壤养分(有机质、氮、磷、钾)和重金属含量等指标做统计,按照1980—2000年、2001—2010年和2011—2019年三个阶段,分析改革开放以来该地区的土壤环境质量演变特征.结果显示,近40年来,珠江三角洲地区...     

土壤水分条件对克隆植物互花米草表型可塑性的影响

在互花米草草滩挖掘沙蚕是海岸带常见的行为,会造成土壤结构松散,蓄水能力下降,局部土壤水分含量低.能否利用这些条件,降低互花米草种群的入侵性,并进而对互花米草的控制提供对策是一个重要的生态学命题.为此,实验模拟3种不同土壤蓄水条件,并测定互花米草在该条件下的形态与存活指标、克隆特征参数及生物量积累与分配格局.结果表明:土壤水分条件对互花米草的叶长和根状茎生物量均没有显著影响(p> 0.05);而其株高、分枝强度、克隆存活数、克隆存活率及地上生物量在各土壤水分条件间差异显著(p< 0.05);在低水分条件下,互花米草的芽数、基茎粗、地上生物量比和叶生物量比均显著低于其他两组处理(p< 0.05),地下生物量比则显著高于其他两组处理(p< 0.05);在中等水分条件下,互花米草的根状茎长、根状茎节数、地下生物量和茎生物量比与其他两组处理差异不显著(p> 0.05),而在其他两组处理间差异显著(p< 0.05);在高水分条件下,总生物量、茎生物量和根生物量显著高于其他两组处理(p< 0.05),根状茎生物量比则显著低于其他两组处理(p< 0.05),而这些指标在其他两组处理间均差异不显著(p> 0.05).由此推断,土壤水分条件适中有利于互花米草的生长扩张以占领有利的资源环境,而土壤水分条件低则抑制互花米草的生长繁殖,影响其种群延续.