毛乌素沙地南缘4种灌木生长季水分利用来源分析

为提升毛乌素沙地防风固沙植被体系的稳定性,利用氢氧稳定同位素法,对不同类型(油蒿、羊柴、紫穗槐、沙地柏)固沙灌木生长季潜在水分来源及水分利用特征进行研究。结果表明:(1)不同类型固沙植被恢复区土壤水分含量具有较大差异,生长旺季显著高于其他两时期。在生长季初期和生长旺季,土壤水分含量随土层深度的增加表现出先增加后减少的趋势,而生长季末期土壤含水量随着土层的增加变化不明显或有所减少;(2)不同类型固沙植被恢复区土壤水和植物样中δD值差异明显,表层土壤水中δD值较集中,而深层土壤水中其含量之间差异比较大;(3)植物水分利用来源和比例的分析表明,油蒿生长季水分利用来源比较均匀,在生长旺盛期偏重于利用浅表层土壤水;紫穗槐和沙地柏主要利用深层土壤水;羊柴对深层和浅层土壤水分均有利用。为避免固沙植物水分利用之间发生竞争,紫穗槐和沙地柏不宜混合搭配,而油蒿和上述两个植物之间可以考虑进行混合搭配。     

鄂尔多斯高原灌丛化草地恢复机制解析

为澄清严重灌丛化草地能否自然恢复的争论性问题,从灌草植物水分利用与土壤水分变化的角度分析了鄂尔多斯高原油蒿灌丛化草地的恢复过程。结果表明,油蒿灌丛化草地围封后油蒿地上生物量由最高的231.7g/m²下降至9.3 g/m²,而长芒草生物量则由0上升至137.6 g/m²;0～10 cm根系生物量显著增加,10 cm～20 cm根系显著减少,灌丛化草地恢复为长芒草为主的草地的趋势明显。随灌丛化草地恢复,表层土壤细粒物质增加,降雨向土壤深层入渗减少,表层土壤含水量增加。固定沙地油蒿群落油蒿5月和9月主要水分来源为浅层土壤水,7月主要利用深层土壤水;长芒草主要利用浅层土壤水。固定沙地长芒草群落油蒿5月和9月主要利用中层土壤水,油蒿7月主要利用深层土壤水;长芒草主要利用浅层土壤水。抗氧化酶和渗透调节物质分析显示长芒草的耐旱性高于油蒿。灌草植物水分利用差异与不同土层土壤水分变化是灌丛化草地恢复的关键驱动因素。     

鄱阳湖苔草枯水期的水分利用策略

选取鄱阳湖湿地典型植物苔草为对象,通过野外采样,对苔草的土壤水、植物水稳定氢氧同位素组成进行分析,研究鄱阳湖湿地苔草在枯水期的水分利用策略。结果发现:土壤水的氢氧稳定同位素比之间有明显的线性相关关系,在水位更低的2016年土壤水经历了更严峻的蒸发,根据氧同位素比和土壤含水率随深度变化可以将土壤水分为表层土壤水、深层土壤水和地下水三层;在枯水期,苔草对三种水源的利用比例为28.2%~41.4%,对各水源利用比例总体上大致相当,但断面之间的表现差异明显,各采样点之间有所差别,且在2016年枯水期差别更加明显。     

夏季高寒沙地乌柳林的水分来源

【目的】共和盆地位于青藏高原的半干旱区,属于典型的高寒沙地,是青海省土地荒漠化最严重的区域之一。乌柳是当地退化草地恢复的主要树种,乌柳林的稳定性是其可持续管理的关键。研究夏季乌柳林的水分来源以分析它们在半干旱区能否维持稳定性。【方法】利用稳定氢、氧同位素技术研究了夏季4个林龄乌柳林的水分来源,比较乌柳林的木质部水分与各潜在水源的稳定氢、氧同位素值,确定7月乌柳林主要利用的水源。【结果】不同林龄乌柳林可利用不同深度的土壤水或地下水。其中,2年生乌柳林主要利用地表下25 cm的土壤水,占总水源的75.5%; 10年生乌柳林主要利用地表下25～75 cm的土壤水和地下水,占总水源的73.9%; 20年生乌柳林主要利用地表下50～75 cm的土壤水和地下水,占总水源的67.7%; 30 年生乌柳林主要利用地表下25 cm的土壤水和地下水,占总水源的69.6%。随着林龄的增加(从10 a到30 a),乌柳林对地下水的依赖性逐渐增强。【结论】乌柳林通过调整水分利用策略来适应共和盆地的半干旱气候。利用稳定的深层土壤水和地下水有助于长期维持乌柳林稳定性,建议将乌柳作为高寒沙地和其他半干旱地区退化植被恢复的主要树种推广。     

西双版纳热带雨林树种斜叶榕F. tinctoria水分利用方式的季节变化

 以斜叶榕F.tinctoria为研究对象,通过测定其木质部与其各种潜在水源的氢氧同位素组成,揭示西双版纳地区斜叶榕在不同季节的水分利用变化.结果表明在干热季时的30cm土壤处水势达到最低值-30.5kPa,在雾凉季时此深度土壤处出现最大水势,为-14.5kPa,在各个季节70cm处的土壤水势几乎没有变化.雨季时的土壤含水量比雾凉季与干热季都高(P<0.001),而雾凉季与干热季的土壤含水量则没有显著差异(P=0.64).通过对雨水、雾水、浅层土壤水、深层土壤水、树干腐殖质水及植物木质部水的稳定同位素分析得出,在雨季,雨水与浅层土壤水是斜叶榕的最主要水源;雾凉季时,斜叶榕主要利用土壤水(包括浅层土壤水与深层土壤水).干热季时,浅层土壤水是斜叶榕的最主要水源.因此,斜叶榕的水分利用存在季节变化.     

基于稳定氢氧同位素的高寒草甸坡地壤中流产流研究

以青海湖流域高寒草甸坡地为例, 通过收集2013年4—9月大气降水、土壤水和壤中流样品, 测定其稳定氢氧同位素值(δD和δ18O)并分析不同水体同位素特征, 同时使用二源线性混合模型辨析壤中流的产流来源.结果显示:大气降水的氢氧同位素值更加接近浅层(0~40 cm)土壤水的氢氧同位素值, 说明大气降水对浅层土壤水的补给作用要高于深层(40~80 cm)土壤水, 而壤中流的氢氧同位素值更加接近深层土壤水的氢氧同位素值, 说明该部分壤中流主要来源于降水前储存在土壤中的水分; 在非降水期间, 土壤水对坡上和坡中位置壤中流的平均贡献率分别为88.54%和78.43%;当降水事件发生时, 壤中流的水分来源由土壤水逐渐转变为大气降水, 而降水停止后土壤水重新成为壤中流的主要来源, 说明土壤水是高寒草甸壤中流产流的重要来源.     

黑河下游荒漠河岸林植物水分传输观测试验研究

荒漠河岸林是长期适应干旱区内陆河流域环境的产物,具有独特的水分利用和生存策略.对黑河下游胡杨、柽柳等主要荒漠河岸林植物液流、水势、木质部导水率、根系水分再分配以及植物水分来源等的测试分析表明,在降水稀少、蒸发强烈的黑河下游,胡杨、柽柳主要利用的是深层土壤水和地下水,其中成熟胡杨主要吸收地下175~325cm处土壤水和地下水供其蒸腾和生存所需;胡杨根系水力提升过程主要发生在10~70cm土层,蒸散导致的土壤耗水量中有10%来自根系提升的水量;植物根和枝条木质部的初始导水率(K_(s0))和最大导水率(K_(s,max))相对较高,其中柽柳木质部的潜在导水能力比胡杨强;胡杨、柽柳液流速度呈单峰型,在午后达到峰值,黎明前水势无显著变化,反映未受到严重水分胁迫;黑河下游河道附近的地下水埋深大多在4m以内,基本可以满足荒漠河岸林植物的生长发育,黑河下游荒漠河岸林生态系统处于稳定和发展状态.     

荆条灌丛荫庇对栓皮栎幼苗叶片的降温效应研究

为了解干旱半干旱地区生境中现有灌木植物群丛形成的微气候,有效利用荆条灌丛对冠下栓皮栎幼苗的荫庇作用,选择晴朗无风或微风试验条件,用红外热成像仪测定荆条灌丛下和无荆条荫庇对照下的栓皮栎幼苗叶温,并与栓皮栎幼苗叶片高温胁迫指标对比,分析遮阴减少高温胁迫的程度和时间.结果表明:荆条灌丛下与对照下栓皮栎幼苗叶温有明显差异,特别是荆条北1/2栓皮栎幼苗叶温明显低于对照下叶温,且叶温在观测期内变化幅度小;荆条南北栓皮栎叶温也有明显差值,荆条南部12:00时因阳光与枝倾角相近,光线透射,叶温差值最大,夏至日附近表现最明显,超过高温胁迫指标较多,但持续时间短;在荆条庇荫下,或在自然状态下,栓皮栎幼苗叶温与气温的变化趋势相同,但气温整体位于荆条灌丛南北侧叶温之间;自然条件下,栓皮栎叶温超过高温胁迫指标的程度逐渐增加,从春季的1℃左右,增加至夏季的2~3℃,时间从1 h变化到4 h.荆条灌丛下南1/2栓皮栎幼苗叶片中午前后有明显的光斑而出现高于高温胁迫指标的情况,平均高出4.6℃,持续时间1~2 h;荆条荫庇的区域栓皮栎幼苗叶温均低于高温胁迫指标.     

晋西北黄土区不同植被春季土壤水分动态变化特征研究

以晋西北黄土丘陵区为背景,对当地有代表性的植被(乔木类小叶杨林、灌木类沙棘林和柠条、油松-小叶杨混交地及撂荒地)为主要研究对象,系统地对5种不同植被土壤水分含量状况、垂直分布特征及变异情况进行分析,结果表明:在0~600 cm土层深度范围内,不同类型植被的平均土壤水分含量高低依次为撂荒地油松-小叶杨混交林沙棘林柠条小叶杨,且总体都呈现出先增加后减少然后趋于恒定的变化趋势;其中乔、灌木的土壤水分含量最大值均出现在150 cm~220 cm之间,而撂荒地在320 cm处出现最大值,5种植被类型的最小值大都出现在0~20 cm的表层土壤。最后,根据不同植被的土壤水分分布分层的定量分析,将土壤剖面划分为:易变层(0~100cm)、活跃层(100 cm~200 cm)、次活跃层(200 cm~300 cm)和相对稳定层(300 cm~600cm)。因此,根据本区域土壤水分变化特点,在进行植被恢复建设过程中,依据因地适宜原则,实行乔-草或乔-灌-草相结合的植被配置模式。     

基于δ13C值的北京山区典型树种水分利用效率研究

北京山区长年干旱缺水,研究北京山区典型树种长期水分利用效率的特征对于筛选抗旱造林树种具有重要意义.为了探讨北京山区典型树种(侧柏、油松、刺槐、栓皮栎)长期水分利用效率特征,本文基于稳定碳同位素技术测算出4个树种的水分利用效率,并对结果进行了分析与研究.结果表明,叶片δ13C值和水分利用效率同向变化,4个树种的水分利用效率从大到小排列顺序为栓皮栎>侧柏>刺槐>油松,说明4个树种中栓皮栎的抗旱性最强而油松最弱;阳生叶的水分利用效率高于阴生叶;植物叶片日内水分利用效率上午略大于下午,但区别不明显;另外,侧柏冠层不同高度叶片水分利用效率表现为上层>中层>下层.     

太行山南端野皂荚群落数量分析

在野外调查的基础上,应用TWINSPAN和DCA对太行山南端野皂荚植物群落进行了分类与排序研究.结果表明:TWINSPAN将野皂荚植物群落划分为6个群丛,分别是野皂荚+荆条-中亚苔草+荩草群丛、野皂荚+荆条+小叶鼠李-中亚苔草+荩草群丛、野皂荚+荆条+毛黄栌-冰草+中亚苔草群丛、野皂荚+荆条+小叶鼠李-白羊草+冰草群丛、野皂荚+荆条+小叶鼠李-中亚苔草+荩草群丛和野皂荚+毛黄栌-中亚苔草群落.样方和种的DCA排序结果表明,样方的DCA第一排序轴表明决定群落分布的是坡向,从阳坡过渡到半阳坡;种的DCA第一排序轴主要反映了物种生活型的变化,即由中生植物为主过渡到以旱中生植物为主.样方和种的DCA的第二排序轴生态学意义不明显,主要是研究区域尺度较小,群落异质性不明显所致.     

不同类型结皮影响下土壤水分的变化规律

通过对库布齐沙漠不同类型结皮覆盖下不同深度土壤含水量的野外动态监测和室内实验测定,研究了不同类型结皮与土壤水因子的相互影响关系,结果表明:(1)土壤含水量在不同类型结皮影响下,随土层深度的增加,生物结皮表现为先下降后升高的趋势,物理结皮则表现为一直升高的趋势.(2)同一土层土壤含水量差异显示,0~5cm藓结皮和藻结皮与物理结皮土层含水量差异显著(P0.05),而藓结皮和藻结皮土层含水量只在降雨后差异显著(P0.05);5~10cm土层含水量只有藓结皮与物理结皮及降雨后藻结皮与物理结皮差异显著(P0.05);深层土壤含水量差异均不显著.(3)不同类型结皮影响下不同土层土壤水分含量日动态变化受土壤水分蒸发、深层土壤水和大气凝结水补给的影响,均显示8:00~16:00下降、16:00~8:00上升的规律.日变化幅度显示降雨前较小,降雨后明显增大;降雨后表层变幅最大,深层土层变幅最小;表层物理结皮降幅最大,藓结皮升幅最大.(4)生物结皮增加了表层土壤持水力,对深层土壤持水力几乎没有影响.     

风沙地综合利用模式对土壤环境质量的影响

以地处辽西北地区的彰武县章古台风沙地为研究对象,选择4种利用模式对土壤特性的影响研究.结果表明: 0~40 cm土层范围,天然荒草地和大扁杏×麻黄的土壤紧实度高,不利于植被的生长;大扁杏×麻黄与大扁杏×玉米两种模式表层土壤水分变化明显,天然荒草地表层渗透速率最低,不利于固沙植物根系在此层对水分有效利用;天然荒草地有机质积累较多,其表层有机质含量较高;其他两种农林混种地有机质含量没有较高的积累趋势.     

北方典型林地系统土壤水分动态和水量平衡随机模拟研究

以我国北方干旱半干旱地区3种典型林地植被元宝枫、油松、侧柏为研究对象,基于实测数据验证和构建土壤水分动态随机模型,量化区域土壤水分随机分布、水量平衡过程及其水分胁迫特征。结果显示:模型可较好地模拟3种林地的土壤水分动态分布特征,3种林地的土壤湿度概率密度分布区间接近,呈单峰状;大部分土壤水分通过蒸散发损耗且以胁迫蒸散发为主,土壤层深层渗漏量所占比例较小且几乎不产流,符合我国北方干旱半干旱山区林地水循环的实际特征;3种林地系统均受到一定程度的水分胁迫且水分胁迫特征值相近,表明土壤水分条件是影响区域生态系统的决定性因素。     

太行低山区荆条土壤水分动态及其对不同降雨量的响应

掌握半干旱地区常见灌木的土壤水分动态变化及其对不同降雨量的响应,采用土壤水分自动观测系统,结合自动气象站,对太行低山区乡土灌木荆条的土壤水分进行观测,分析了荆条土壤水分时空动态变化及其对不同降雨量的响应.结果表明:2019年,研究区生长季总降雨量为526.6 mm,降雨季节分布不均,5—7月降雨较少,8—10月降雨较多,分别占总降雨量的26.5％和73.5％.5—10月共出现24次降雨事件,其中<25.0 mm、>25.0 mm的降雨事件分别有16次和8次,分别占总降雨事件的66.7％和33.3％,累计降雨量分别为127.9 mm和398.7 mm,占总降雨量的24.3％和75.7％;在降雨前期荆条土壤水分日变化平缓,在降雨季节呈骤升缓降的趋势,土壤水分月变化与降雨量具有较好的一致性,即土壤水分和降雨量最大值均出现在8月.垂直空间上土壤水分分布呈反"S"形,即随土壤深度增加土壤水分呈先增加(10～20 cm层)、后减少(20～40 cm层)、再增加(40～80 cm层)的趋势;降雨是该地区土壤水分的主要来源,降雨量是影响补给土壤水分深度的决定因素.0～10.0 mm、10.1～25.0 mm、25.1～50.0 mm及>50.0 mm级别降雨量对荆条土壤水分的补给深度分别为10、20、60及80 cm土层.研究结果为当地植被恢复与管理提供了理论依据.     

不同立地条件下荆条根系分布规律

根系分布特征有着特殊的生态意义,它反映出植物适应和改造环境的功能.采用土钻法对北京市门头沟区常见的灌木-荆条的根系特征进行调查和研究.结果表明,不同立地条件下的荆条根系分布特征具有明显的差异,不同径级(d≤1 mm/d＞1 mm)的根系生物量随土壤深度呈指数减少;不同立地条件下根系密度的垂直分布,均表现为从土壤表层到深层逐次递减,在各土层中,0-60cm土层中分布的根系密度所占的比重最大;而根系密度的垂直分布,也均表现为随着距离树干的距离增大逐次递减,0-40cm土层中分布的根系密度所占的比重最大.阴坡立地上的根系密度和生物量均小于阳坡立地,≤1mm的根系分布深度要大于＞1mm根系,有利于刺槐对深层土壤中水分、养分的吸收,适应干旱环境.     

土壤水分空间分布研究——以斜峪河流域为例

利用经典统计学指标对斜峪河小流域土壤水分的整体特征进行分析,小流域土壤水分含量总体变化为7.81%~38.44%;从剖面分布看,上中下游0~80 cm各层平均土壤水分变化为13.91%~22.29%,上游土壤水分含量均大于中下游.利用半方差函数分析方法,研究了小流域土壤剖面水分空间分布特征,结果显示,上中下游0~80 cm土层平均土壤水分半变异函数最优模型分别为高斯模型、高斯模型、指数模型,各区段土壤剖面水分均表现为强烈空间自相关.     

土壤温度对油松树干液流启动与停止的影响

利用TDP (thermal dissipation probe)技术, 对九寨沟次生优势树种油松进行连续观测和初步研究。在2013—2015 年间, 利用土壤温度传感器采集其树下3, 10, 20, 30, 40和50 cm共6个深度的土壤温度数据, 分析温度与树干液流强度的关系。结果表明, 早春季节的3 cm浅层地表土壤温度和气温相比深层土壤对树干液流强度的影响更显著(相关系数为0.852)。对不同土层温度与树干液流密度进行相关性分析, 得到油松根系的最适温度为4.0~7.9℃。土壤温度通过对早春土壤水分要素的控制影响林下供水环境, 从而显著地影响蒸散发量。随着土壤温度升高, 油松在 3~4月间启动树干液流, 加剧九寨沟早春径流的衰竭。     

安太堡矿区在不同类型结皮影响下土壤水分的变化规律

通过对安太堡矿区不同类型结皮覆盖下不同深度土壤含水量的野外动态监测和实验室测定,研究了不同类型结皮与土壤水因子之间的相互影响关系。实验结果表明:第一,生物结皮可以增加表层土壤持水力但对深层土壤持水力几乎没有影响;第二,土壤含水量在不同类型结皮的影响下,随着土层深度的增加,生物结皮表现为先下降后升高的趋势,物理结皮则是表现为一直升高的趋势;第三,在不同类型结皮影响下不同土层土壤水分含量日动态变化受到土壤水分蒸发、深层土壤水和大气凝结水补给的影响。     

真空蒸馏提取与原位采集对土壤水氢氧稳定同位素值比值的影响

为了研究不同采样方法对采集的土壤水氢氧稳定同位素比值的影响,设计了室内降水入渗模拟试验,收集土柱底部出流水、土壤溶液采样器原位采集10cm、40cm、70cm、100cm处的土壤水,在相同层位采集土壤样品并采用真空蒸馏法提取土壤水。通过样品的氢氧稳定同位素比值对比分析可知,降水入渗干燥的土壤过程中土颗粒优先吸附轻同位素,第一个收集的水分具有最正的氢氧稳定同位素比值;真空蒸馏法提取的土壤水是土壤吸湿水和入渗水分的混合,土壤溶液采样器原位采集的土壤水代表土壤中流动的水分,此水分是土壤中可被有效利用的水分。