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。     

沙坡头地区不同植被结构对沙地土壤水分的影响

本文利用沙坡头地区人工植被结构的调查结果及与其对应的土壤水分观测数据,分析了不同植被结构对地表水分的影响.结果表明流沙区土壤水分的变化是由浅层至深层逐渐增加,植被区土壤水分由上至下递减明显,并且人工植被区沙层水分随着植被建立时间的延长而线性减少.该地区草本植物对10cm一20em层的土壤含水量影响较大,灌木主要影响20cm一40cm层的土壤含水量.其中雾冰藜和油蒿对地表水分影响较大.对雾冰藜、油蒿、花棒和小画眉草来说,其密度与土壤含水量呈负相关.     

青海湖流域典型生态系统土壤水分对降水脉动的响应

土壤水分是影响干旱半干旱地区植物生长与空间分布的关键因素,对维持整个生态系统的稳定具有重要作用.通过对青海湖流域3种典型生态系统(草地、灌丛、农田)降水过程和土壤水分的连续动态观测,分析了不同时间尺度(逐月、逐日、10min)土壤水分对降水脉动的响应.结果表明:草地、灌丛和农田深层(60、90cm)土壤水分对降水的响应均比浅层土壤(10、30cm)滞后1个月左右;灌丛土壤水分对降水的响应集中在60cm以上,深层土壤水分主要受地下水影响,由于冠层截留损耗,单次小降水事件对灌丛土壤水分的补给作用较为有限;草地土壤水分对降水的响应集中在10和30cm,而农田降水补给的有效深度小于30cm,响应时间也明显滞后于草地.     

北京山区松栎混交群落的植物水分来源研究

为探究北京山区典型植物的水分竞争关系,通过测定雨季松栎混交群落内5种植物(栓皮栎、油松、荆条、构树、小叶鼠李)的枝条水及不同水源的氢氧同位素值和土壤含水量,利用多元线性混合模型(Iso-source模型)分析了不同植物对不同水源的利用比例.结果表明:栓皮栎主要利用60~100cm深层土壤水,利用比例为55.7%;油松的主要水分利用来源于表层0~20cm土壤水分,水分利用比例占所有水分来源的2/3;林下灌木荆条主要水分来源也为表层0~20cm的土壤水分,利用比例为50.27%;构树对各水分来源的利用较均匀;小叶鼠李主要对40~100cm的深层土壤水分利用较多,水分利用比例达到70%以上.栓皮栎、小叶鼠李倾向于利用深层土壤水,油松、荆条倾向于利用表层土壤水.因此,栓皮栎、油松、构树三者可以形成松栎混交林,以减少植物群落在水分来源中存在的竞争;而油松与荆条、栓皮栎与小叶鼠李水分竞争较大,不易混交.     

鄂尔多斯草地荒漠化过程与植被特征的变化

就鄂尔多斯草地荒漠化过程与植被特征变化的关系进行了研究。结果表明：在鄂尔多斯草地荒漠化过程中,植物群落退化的趋势为本氏针茅群落→本氏针茅 油蒿群落→油蒿群落→沙地以及油蒿群落→油蒿 牛心朴子群落→牛心朴子群落→沙地。退化阶段植被区系组成的变化表现为物种数和密度先降后升的的过程,本氏针茅群落→油蒿群落→牛心朴子群落密度的变化幅度为51.98→31.12→62.76→(ind.(tus.)/m^2),种数为15→12→17种;生活型谱变化不明显,说明植被的退化主要是群落中优势种的衰退造成的;生物量的变化幅度较大,为218.1→748.72→155.6(g/m^2);植物水分生态类型表现为中旱生植物逐渐减少,强旱生植物逐渐增多。     

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.     

黑河上游森林生态系统植物水分来源

通过对黑河上游青海云杉森林生态系统优势植物青海云杉、金露梅、珠芽蓼和针茅木质部水、土壤水及降水稳定氢氧同位素组成(δD、δ¹⁸O)的测定,利用多源线性混合模型分析了不同潜在水源对上述植物的贡献.结果表明:黑河上游土壤水主要来源于降水,植物水分来源于降水补给的土壤水.青海云杉、金露梅、珠芽蓼和针茅对不同土层土壤水的吸收策略有明显的时空变化.植物在雨季吸收利用的水分主要来源于浅层土壤水,其原因是雨季降水对浅层土壤水补给增多,植物优先利用降水补给的浅层土壤水.非雨季,由于植物蒸腾作用的增加和浅层土壤水分的消耗,植物趋向于吸收更深层的土壤水.本研究揭示了黑河上游青海云杉植物的水分利用模式及适应干旱环境的策略,为气候变化背景下干旱半干旱区森林生态系统的水量平衡和生态水文过程研究提供理论依据.     

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。     

不同植被类型下的土壤水分特征研究——以陕西省神木县中鸡镇为例

研究陕西省神木县中鸡镇不同植被类型下土壤含水量的变化特征,主要对不同植被类型下0~70 cm剖面土壤水分总体分布特征进行分析.研究区土壤水分平均值范围3.42%~5.66%,从垂直分布分析,不同地类下土壤水分含量沿垂直剖面的变化具有波动性.小叶杨林地剖面土壤水分的变化呈波浪形趋势,沙柳灌丛剖面土壤水分的变化总体呈降低型趋势,沙葱草地剖面土壤水分的变化总体上呈增长型趋势,裸露沙地剖面土壤水分的变化总体呈稳定型趋势.对研究区土壤水分进行半方差函数分析,块基值显示小叶杨林地、沙葱草地、沙柳灌丛、裸露沙地的土壤水分属于强烈的空间自相关.     

新疆草地植被的地上生物量

2004年对新疆地区的草地地上生物量进行了大范围的调查,据此估算了新疆6种主要草地类型的地上生物量密度和总量,并探讨了草地地上生物量与环境因子的关系。结果表明,草原类型中,荒漠草原的地上生物量密度最小 (34.9 g C·m^-2),草甸草原最大 (87.3 g C·m^-2),而典型草原 (53.2 g C·m^-2)和高寒草原 (47.7 g C·m^-2)介于两者之间;草甸类型中,山地草甸 (117.4 g C·m^-2)的地上生物量密度显著高于高寒草甸 (58.1 g C·m^-2)。6种草地的地上生物量总量为14.65 Tg C,约占全国的10%。地上生物量主要集中于高寒草原和高寒草甸,两者占总量的41.7%;其次是典型草原、山地草甸和荒漠草原,分别占19.0%、18.3%和14.6%;草甸草原因分布面积小而使得其地上生物量最小,仅占总量的6.4%。草原和草甸地上生物量的控制因子存在差异：草原地上生物量主要受降水控制,而草甸地上生物量则与温度相关。除受气候影响外,草原地上生物量还与土壤含水率、土壤总氮含量正相关,而草甸地上生物量与土壤含水率、土壤总氮含量均不相关。     

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.     

石漠化小流域植被演替阶段土壤容重与水分的变化特征

运用空间代替时间法,对关岭石漠化区小流域裸地、草地、灌木林、乔木林和顶级群落5个植被演替阶段下土壤进行分析,探究0~20 cm、20~40 cm、40~60 cm三个层次下土壤容重、土壤自然含水率和土壤饱和含水率的变化特征。结果表明:演替过程中,灌乔阶段土壤容重显著降低,而这种降低是从浅土壤层(0~40 cm)开始向更深层(40~60 cm)土壤进行的;土壤自然含水率和饱和含水率显著地提高。随着演替等级的升高,不同土层间水分含量发生变化,水分含量最高的土层开始从深层向浅层转移,浅层土壤的保水能力随着演替进行开始增强,而深层土壤保水能力相对减弱。     

南水北调中线工程水源地土壤有机碳密度空间分异及驱动因素研究

【目的】通过分析中国南水北调中线工程水源地较大空间尺度土壤有机碳密度(SOCD)的空间分布及驱动因素,为该区域的土地资源合理利用及土壤有机碳(SOC)管理提供科学依据。【方法】在考虑海拔、土壤类型、土地利用等空间因素的基础上布设样地,通过野外取样和室内分析,借助GIS研究区域土壤有机碳密度空间分布格局,利用地理探测器模型分析各影响因子对土壤有机碳密度的解释力及各因子之间相互作用程度的差异,判定影响研究区SOCD空间分布的主要驱动因子,揭示其空间差异及随海拔、土壤类型、土地利用及森林类型的变化规律。【结果】①南水北调中线工程水源地0~20 cm与≥20~40 cm土层的SOCD分别为4.18和2.67 kg/m²,其中0~20 cm土层SOCD比全国平均水平(2.67 kg/m²)高出56.55%。②SOCD呈现南北林区高、中间农田和草地低的格局,SOCD大于10 kg/m²的集中在海拔≥1 000~2 000 m的林地,小于1 kg/m²的集中在海拔<500 m的草地。在海拔上,SOCD随海拔梯度升高先增大后减小,0~20 cm与≥20~40 cm土层SOCD均在海拔≥1 500~2 000 m出现峰值(7.32 kg/m²,4.94 kg/m²);在土壤类型上,SOCD最大的是石灰(岩)土,最小的是褐土,黄棕壤和棕壤在0~20 cm土层SOC储量最高,分别为2.005 Pg和0.815 Pg,二者占总储量的72.83%;在土地利用类型上,林地和农田是主要的土地利用方式,0~20 cm与≥20~40 cm林地土层SOCD分别为4.87 kg/m²和3.05 kg/m²,农田分别为2.75 kg/m²和2.00 kg/m²(比林地分别下降77.09%和52.50%);林地碳储量占87.48%,农田占12.02%。③对SOCD空间分布解释力较大的是海拔(0.25)和土地利用(0.20),其次是土壤黏粒(0.11)。不同驱动因子在交互作用下的解释力明显高于单因素的解释力。【结论】海拔和土地利用是影响南水北调中线工程水源地SOCD空间格局的主导因子,不同驱动因子交互后呈现双因子协同增强效应。农田SOCD明显低于林地,因此,应加强生态工程建设,进行林地保护和植被恢复,提高该区域土壤碳固存能力。     

沼液施肥对滨海盐碱地土壤性状的影响

【目的】分析沼液对滨海盐碱土土壤性状的影响,以及改良土壤的生产应用效果。【方法】在江苏省东台市选择滨海盐碱土,设置了大田周年3茬沼液肥种植试验,沼液喷施和浇施总量分别为0(CK)、65、101、138、175、211和260 m³/hm²,并种植花椰菜以验证土壤性状改良效果。【结果】对滨海盐碱土壤施用适量的沼液(65～268 m³/hm²),土壤pH从8.45降至7.90左右,EC值也从478 μS/cm降至150 μS/cm左右,土壤有机质从1.5 g/kg升至约2.0 g/kg。土壤全氮和有效磷含量也得到较好保持或恢复。改良土壤上的花椰菜生长状况良好,与CK处理相比,花椰菜产量增加、品质提高:不同施用方式下,花椰菜产量存在差异,单茬浇施用量为每小区25.2 L(84 m³/hm²)时,产量最高可达29 236.5 kg/hm²; 单茬喷施用量为每小区31.2 L(104 m³/hm²)时,产量最高可达23 628.0 kg/hm²。另外,施用沼液后,对花椰菜可溶性糖和Vc含量提高具有明显促进作用。【结论】沼液可以改良滨海盐碱土壤性状,有助于降低土壤的pH和EC值,改善土壤的酸碱度,提高或恢复土壤的肥力。沼液可以代替常规肥料用于盐碱地花椰菜的生产,浇施沼液效果好于喷施,单茬沼液的理想施用量范围为84～104 m³/hm²。     

坝上高原不同土地利用类型耕层土壤含水量对比——以康保县为例

分别在坝上高原康保县3个综合农业区相互毗邻的耕地、草地、灌木林地和乔木林地4种不同土地利用类型地块进行土壤采样,测定距地表约20 cm、30 cm耕层土壤水分百分比,结合野外考察、农户走访,对比分析了不同土地利用类型地块耕层涵养土壤水的能力.结果表明:耕地和草地土壤含水量普遍高于乔木林地,灌木林地居中;留茬耕地高于春翻耕地;留茬耕地和草地约20 cm深土层土壤含水量普遍低于30 cm深处,乔木林地与之相反,灌木林地无明显规律.建议在生态恢复重建中重点还草还灌植被,注重草灌乔混交模式;耕地采用保护性留茬,晚翻耕或免耕.     

油蒿(Artemisia ordosica)对半干旱区沙地生境的适应及其生态作用

我国温带半干旱区沙地生境的主要特征是干旱少雨、沙源丰富和大风频繁,这种特定条件进化出我国特有的优良固沙植物--油蒿.在长期的进化过程中,油蒿形成了独特的形态结构、生理特征和繁殖习性,能够很好地适应沙地环境.油蒿群落不仅能够防风固沙,影响沙地生态系统的水分运移与分配,还能促进土壤的发育.因此,油蒿在适应沙地生境的同时对沙地产生巨大的影响和改造作用.油蒿群落对沙地生境的不断改造,推动了植物群落的演替,最终使流动沙丘转变为丰茂的植被.     

三角城种羊场三种植被类型生物量及土壤碳氮含量比较

以位于青海湖北岸的青海省三角城种羊场为研究区域,选取芨芨草草地、金露梅灌丛和冷地早熟禾草地为研究对象,对3个样地地上和地下生物量、土壤基本理化性质、0～30 cm土体土壤有机碳和全氮储量分别进行了比较研究。结果显示:3种不同植被类型样地相比较,地上生物量从高到低表现为:金露梅灌丛>芨芨草草地>冷地早熟禾草地,其中芨芨草草地和冷地早熟禾草地之间差异不显著(P>0.05),但都显著低于金露梅灌丛(P<0.05);0～30 cm土体总地下生物量从高到低亦表现为:金露梅灌丛>芨芨草草地>冷地早熟禾草地,其中金露梅灌丛与其他2种植被类型间差异显著(P<0.05)。所测样地土壤均呈偏碱性;土壤含水量介于13.94%～56.10%之间,3种植被类型0～30 cm土层平均土壤含水量以金露梅灌丛最高;不同植被类型下土壤容重的垂直变化规律均不相同。30 cm深度单位面积土壤有机碳和全氮储量从高到低均表现为:金露梅灌丛>芨芨草草地>冷地早熟禾草地,其值分别为12.12、7.83、5.87 kg/m2和1.11、0.93、0.62 kg/m2,金露梅灌丛与芨芨草草地、冷地早熟禾草地间差异显著(P<0.05)。     

沙坡头人工固沙区油蒿叶片氮质量分数及其影响因素

通过对沙坡头人工固沙区和过渡区荒漠植物油蒿叶片氮质量分数的测定,研究了土壤水分和油蒿叶片N质量分数的年际、季节和微生境变化,并对影响油蒿叶片N质量分数的主要限制因子进行探讨．结果表明：年际间、季节和微生境间油蒿叶片N质量分数差异显著．极端干旱年（2005年）油蒿叶片N质量分数显著高于干旱年的（2004年）．与干旱年相比,极端干旱年油蒿叶片N质量分数增加15．31％．在干旱年,油蒿叶片N质量分数无一致的季节变化规律,而与微生境深层土壤水分变化趋势一致．叶片N质量分数与100cm土层土壤含水量和相对湿度显著正相关,说明干旱年油蒿叶片N质量分数主要受深层土壤水分和相对湿度等因素控制。但在极端干旱年,不同微生境下油蒿叶片N质量分数有较为一致的季节变化规律,叶片N质量分数与地面温度和气温呈显著负相关关系,表明极端干旱年温度是影响油蒿叶片N质量分数的主要限制因子。     

盐肤木和红麸杨人工幼龄林生物量的研究

采用平均标准木法对五倍子蚜虫夏寄主主要树种盐肤木和红麸杨人工幼龄林的生物量及其分配进行了测定和研究. 根据 22 株不同径级标准木的实测数据,建立了测算盐肤木和红麸杨 2树种各器官生物量的回归方程( w = aD^b, w= a( D²H)^b) . 各方程的相关系数均达极显著水平( r 值在0.970 0~ 0.998 2 之间) , 估测精度和置信度高( 标准回归误差在0.019 5~ 0.051 3 之间) ,具有实用价值.研究结果表明, 3 年龄的倍蚜虫夏寄主林现存总生物量可达 1 540. 6 g/ m², 其中, 乔木层和林下植物的生物量以及凋落物量分别为 1 291. 0 g/ m², 157. 0 g/ m², 92. 6 g/ m².两种夏寄主树的生物量在各器官中的分配比率依次是主茎( 50.7%) > 叶片( 20.9%) > 根系( 14.9%) > 枝条( 13.5%) .     

田间管理措施及土壤侵蚀对农田温室气体通量的影响

针不同田间管理措施及土壤侵蚀对农田温室气体通量的影响, 应用反硝化分解模型(DNDC 模型), 选取中国科学院禹城综合试验站作为研究区域, 结合该区域的气象、土壤和田间管理措施等数据, 模拟在不同施氮量、施肥深度以及土壤侵蚀条件下的CO₂和N₂O气体通量。结果表明: DNDC模型对农田CO₂和N₂O气体通量的模拟效果较好; 施氮量从实际施氮量的0.5 倍升高到1.5 倍的过程中, N₂O排放通量从1.06 mg/(m²·d)线性地增加至2.88 mg/(m²·d), C的净固定量亦从1.38 g/(m²·d)逐渐增加至2.07 g/(m²·d), 但增加趋势逐渐变缓; 在施肥深度从5 cm变化到20 cm的过程中, N₂O排放通量从2.88 mg/(m²·d)降低至0.68 mg/(m²·d); 当施肥深度从0.2 cm升高到20 cm时, C的净固定量从1.79 g/(m²·d)逐渐升高至2.32 g/(m²·d), 但增加趋势逐渐变缓; 在土壤侵蚀的影响下, C的净固定量和N₂O的排放量分别升高11%和4%。研究结果可为国家温室气体通量清单的编制及相关管理政策的制定提供参考依据。