塔里木沙漠公路防护林生态稳定性研究

塔里木沙漠公路防护林横穿塔克拉玛干沙漠, 利用3~30 g·L^-1地下咸水灌溉, 风沙、高温、盐分等多种胁迫因子影响人工生态系统的持续和稳定. 通过对多种胁迫下人工防护林的结构特征(包括生产力、更新能力、生物多样性等)和功能特征(生物地化循环, 如: 防护林土壤生理生化特性、地下水)的变化研究, 探讨防护林与环境之间的相互关系. 在此基础上, 将决策分析引入塔里木沙漠公路防护林稳定性研究, 筛选出影响防护林系统稳定性的障碍因子, 建立沙漠公路防护林稳定性的综合指标体系, 评价防护林稳定性, 并将生态稳定性概念应用于生态系统管理. 研究表明: 现阶段防护林塔里木沙漠公路防护林系统处于相对脆弱状态, 气候条件是系统稳定的主要干扰因素, 但能够通过人工措施改善沙漠公路防护林系统的环境质量, 增加了系统的稳定性.     

塔里木沙漠公路防护林带土壤水分动态研究

通过采用野外定位观测法,对塔里木沙漠公路防护林带灌溉周期内与不同种植年限、不同立地类型土壤水分动态变化进行了监测分析,探讨了塔里木沙漠公路防护林带土壤水分动态变化规律.结果表明,塔里木沙漠公路防护林带土壤水分在时间动态上属于灌溉周期型,且土壤贮水量与灌后干旱天数呈线性关系.在垂直变化上,可以将其分为水分速变层、中变层、弱变层以及土壤水分稳定层等4个土壤层次.不同种植年限防护林带土壤水分年动态监测表明,随种植年限的增加,防护林带土壤水分含水率与土壤贮水量逐渐下降,相应土壤亏缺量成增加趋势.反映了在现有的灌溉制度下,防护林带越来越依赖于防护林带土壤累积的贮水量.同时还发现,同年种植的防护林带不同立地类型区,板结沙地的土壤平均贮水量最高,分别为沙垄、黏土地以及平沙地平均土壤贮水量的1.58,1.15和1.43倍,而土壤水分亏缺量都达到了900mm以上.     

塔里木沙漠公路防护林植物水分状况

塔里木沙漠公路防护林生长于极端干旱的塔克拉玛干沙漠中,防护林植物的蒸腾耗水和灌溉管理是防护林可持续的核心问题.利用茎流计测定了塔里木沙漠公路塔中段3种防护林植物的茎干液流,研究了防护林植物茎干液流规律、水分状况和现行灌溉模式下植物的耗水量,探讨了防护林灌溉管理中的节水问题.对茎干液流测定结果表明,防护林植物茎干液流具有明显昼夜节律性,液流的高峰值出现在白天10:00~15:00,最小值出现在00:00~03:00,夜间也保持较小的液流.3株直径1.9~2.0cm乔木状沙拐枣(Calligonum arborescens)、多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、梭梭(Haloxylon ammodendron)在生长季的日平均茎干液流速率分别为67.2,77.05和61.54g·h-1;茎干液流受环境因子影响而波动,太阳辐射、风速、气温、相对湿度和植物茎干液流有显著相关性.8年生沙拐枣、柽柳、梭梭植株年耗水量分别为1937.80,1253.39和1026.96kg,日平均耗水量分别为9.69,6.27和5.13kg.滴灌条件下,防护林带内土壤含水量在各个月份变化不大,土壤含水量充足,防护林植物清晨...     

塔里木沙漠公路防护林生态工程的综合生态环境效应

为了探讨重大工程的生态环境效应,从风沙环境、土壤环境、小气候、生物多样性和地下水环境5个方面对塔里木沙漠公路防护林工程的综合生态环境效应进行了研究.结果表明:(1)防护林改变了近地表风沙运动过程,防沙体系内风速、输沙率降低幅度分别达64%~80%和87.45%~99.02%,风沙流结构、沙物质粒度、地表蚀积状况也发生了明显变化;(2)与自然流沙地相比,防护林土壤容重减小,全盐含量、总孔隙度和含水量增大,土壤肥力质量明显提高,其变化基本呈现"先快后慢"的规律;(3)防护林对于小环境改善作用明显,距地面6m范围内,林地不同高度的空气温度普遍低于自然流沙地,而空气湿度则高于自然流沙地,林地土壤温度也低于自然流沙地;(4)随着防护林内生境的变化,土壤微生物种类显著增加,但不同种类微生物的种群分布并不均匀;(5)目前防护林灌溉抽水对地下水位、地下水矿化度的影响不大,水位在厘米级范围波动,矿化度的变化幅度在±1g·L-1左右,且没有明显的变化趋势.     

极端干旱区咸水滴灌条件下流动风沙土盐分表聚过程

通过对塔克拉玛干沙漠腹地高矿化度地下水滴灌林带内风沙土和不同因素影响下咸水灌溉后的土样进行取样分析,研究极端干旱区流动风沙土水分动态变化和盐分表聚过程,为塔里木沙漠公路防护林生态工程的可持续利用以及盐害的综合防治提供理论依据.研究结果表明:(1)在一个灌溉周期内,随着时间的推移,结皮层和0～30cm各层土壤质量含水量不断减小,含盐量不断增大;湿润峰结皮层电导率远大于湿润区外和湿润区,湿润峰和湿润区变化较为明显,湿润区外变化较小;滴灌对盐分表聚作用水平影响距离约为1m,垂直影响深度主要集中在0～5cm;盐分表聚作用以Na+,Cl?和SO42?3种离子为主;(2)气温、风速、灌溉水矿化度、覆沙厚度、土壤质地和枯枝落叶量等因素都会对盐分表聚过程产生重要影响.     

沙漠腹地咸水滴灌条件下沙漠公路防护林根系垂直分布特征

对地处塔克拉玛干沙漠腹地咸水滴灌条件下不同林龄、不同立地条件的公路防护林体系内的根系分布规律进行研究.根系采集采用株侧分离根系的土柱法.研究结果表明:(1)土壤质地不同,根系分布存在较大差异,在板结沙地,根系主要集中在0~40cm土层中,在平沙地和沙垄地,植物根系分布深,其次是黏土地,在单位体积的土柱中,平沙地根系最多,其次是沙垄地和黏土地;(2)坡向不同,植物根系的分布存在差异,阳坡的根系总量大于阴坡的,且比阴坡的根系分布深,但毛根少于阴坡的;(3)随着林龄的增加,防护林根系总重量明显增加,在定植初期根系总重量增加明显,随着定植年限的增长,根系总重量增加幅度不断减少.     

塔里木沙漠公路防护林生态工程立地类型划分

通过对塔里木沙漠公路沿线的自然条件和风沙危害状况的调查分析和研究,对塔里木沙漠公路防护林生态工程造林区进行了立地类型的划分.立地类型分类采用了3级分类系统,从影响植物成活生长和影响防护性能2个层面因子切入,采用主导因子和限制因子相结合的方法进行划分.以中尺度的地貌单元、沿线风沙危害状况和重要的生产设施等为依据,划分出6个立地类型小区;以小尺度的地貌类型、地形和风况等因子划分出21个立地类型组;以地下水含盐量和土壤类型进一步划分出36个立地类型.其中,6个立地类型小区在空间上的分布是连续的,不同于一般的划分特点;在立地类型划分中地下水含盐量的阀值(8g和15g·L?1)是根据前期主要防沙造林树种植物耐盐性选育实验的结果及沿线地下水含盐量空间分布特点确定的,把含盐量低于8g·L?1的地下水划归为微咸水.     

塔克拉玛干沙漠腹地沙地咸水灌溉(技术)研究

自1997年起在塔克拉玛干沙漠腹地,针对沙地咸水灌溉的方式、灌溉制度和咸水灌溉后沙地土壤的水盐分布及动态变化等方面进行了试验研究.结果表明,在沙漠腹地利用地下咸水建立沙漠公路生物防沙体系时,可选用滴灌的方式给苗木灌水(地势平缓的地段也可采用沟灌);滴灌制度为在林带栽植当年的灌溉周期为20天,灌溉量为30 kg/m2次,但随着林龄的增加灌溉量可以适当增加,灌溉周期可以延长.     

盐胁迫对沙漠公路防护林主要固沙植物叶绿素含量的影响

鉴于塔里木沙漠公路沿线必须用高矿化度咸水进行灌溉的实际,通过对3种主要固沙植物在6个盐分梯度下叶绿素含量的实验,研究了叶绿素含量与盐胁迫的关系.结果显示:(1)植物叶片中叶绿素含量随着盐胁迫强度的增加而减少;(2)从植物叶绿素含量在不同盐分区间的变化看,3种灌木叶绿素含量均出现2次明显的下降,表明这几种植物对盐分的增加有一个适应的过程;(3)结合实验结果和植物长势的调查,将每种不同植物在不同胁迫程度下的盐分水平进行了划分,为沙漠公路防护林体系建设和可持续管护提供理论支持.     

塔克拉玛干沙漠腹地沙地成水灌溉(技术)研究

自1997年起在塔克拉玛干沙漠腹地,针对沙地成水灌溉的方式、灌溉制度和咸水灌溉后沙地土壤的水盐分布及动态变化等方面进行了试验研究．结果表明,在沙漠腹地利用地下成水建立沙漠公路生物防沙体系时,可选用滴灌的方式给苗木灌水(地势平缓的地段也可采用沟灌);滴灌制度为在林带栽植当年的灌溉周期为20天,灌溉量为30 kg／m2次,但随着林龄的增加灌溉量可以适当增加,灌溉周期可以延长．     

纵向岭谷区公路建设对沿线地区土壤质量的影响

以纵向岭谷区内丽江-大理-保山-龙陵公路沿线作为案例研究区,利用空间替代时间的方法研究公路建设对沿线公路上下坡不同类型土壤质量的影响,并对土壤质量的恢复进行预测.研究表明,公路建设对自然土壤和人工土壤质量都有较大的影响,公路在施工期对土壤质量的影响较大;公路建设对其下坡土壤质量的影响大于上坡,下坡影响范围为距公路200m,上坡为距公路150m.土壤质量受到工程扰动后恢复状况很大程度上和公路的破坏程度、公路的营运时间、当地植被的恢复状况以及土壤有机质、全氮等各要素是密切相关的,其中公路建设是最重要的影响因素.对公路周边土壤质量的恢复情况进行预测,结果表明经过10年的恢复,植被覆盖度恢复到对照的30%时,土壤质量恢复到44%,说明公路周边土壤一经破坏,需要经过相当长的时间来恢复.在公路施工和营运期,应尽可能的控制人为影响以降低干扰.     

胡敏酸中非酸解性氮的形态

土壤氮素是影响作物生长最主要的养分之一,是土壤有机质的主要组分。尽管由于它在土壤肥力、氮素循环和环境保护中占有重要的地位,长期以来受到研究者们极大关注,但是迄今仍有大约一半的土壤氮素的形态不清楚.通常称这部分氮为未知态氮,这些未知态氮包括能够被酸解的和不能被酸解的。     

塔里木沙漠公路沿线风沙危害形成环境分级与区划

通过系统的野外调查与监测,经过量化处理和分级标准确定,对塔里木沙漠公路沿线的风沙灾害形成环境进行了模糊分级与分区,将沙漠公路沙漠段风沙危害形成环境划分为四级,其中易于形成重灾的路段占沙漠段总长度的37.1%;在分级基础上,以沙漠公路沿线五大地貌单元的差异性为基础,结合沿线风况的差异,将沙漠公路沿线风沙危害形成环境从宏观上分为5个区,其中重灾型风沙危害形成环境区占沙漠段的64.3%。沙漠公路风沙危害形成环境程度等级在空间上表现出重复循环的分布规律,但总体上具有自北而南风沙危害形成环境程度逐渐减轻的趋势.     

纵向岭谷区高速公路对沿线土壤-植物系统的影响

以纵向岭谷区云南省境内的大理-保山高速公路沿线作为案例研究区,从土壤养分、土壤重金属、土壤水分、土壤酸碱性、植物养分、植物重金属和植物多样性等7个指标入手,分析公路对沿线不同土壤-植物系统的影响,利用样点与参照点的对比分析公路对单个指标的影响,利用相关性分析,分析公路与各类指标之间的联系,最后利用灰色关联分析,比较公路对3种土壤-植物系统影响范围和强度.分析结果表明:在高速公路的影响范围内,对于公路的干扰,各类指标的表现形式不同.公路建设造成了土壤和植物中的重金属积累,而且这种积累在农田系统中表现的最为明显,公路带来了土壤的微碱化,这种效应在灌草丛系统中表现的最为明显.对林地和灌草丛系统来说,公路是影响沿线土壤重金属、土壤水分、植物重金属、植物多样性这四类指标分布的主要因素,对农田系统来说,公路是影响农田的土壤重金属和植物重金属的分布的主要因素;与公路没有显著相关性的指标,公路通过土壤-植物系统内各指标形成的影响链间接起作用.总体对比3种土壤-植物系统,高速公路对林地和农田的影响多集中于距公路10m以内的地带,对灌草丛的影响多集中于距公路30m左右的地带.     

自然覆盖物对塔里木沙漠公路防护林土壤蒸发的影响

为了揭示塔里木沙漠公路防护林内覆盖物对土壤水分蒸发的影响,在塔克拉玛干沙漠腹地进行人工模拟蒸发实验,为其防护林水资源高效利用和灌溉制度优化提供科学依据.研究结果表明:(1)积沙层、盐结皮层、枯落物和积沙-枯落物混合层等覆盖物阻隔土壤蒸发,对土壤水分蒸发作用影响明显;日蒸发量、累积蒸发量和蒸发速率都较无覆盖物沙地大幅降低,而且覆盖物越厚,降低幅度越大;覆盖条件下蒸发受其他因素影响较小,日蒸发量变幅降低,累积蒸发呈线性分布,累计蒸发曲线近似直线,而裸沙地累积蒸发则呈正对数分布,累计蒸发曲线近似折线,蒸发受其他因素影响较大,日蒸发量变幅大,蒸发过程具有阶段性;(2)覆盖物的蒸发抑制效率明显,而且随覆盖物厚度增加而成对数函数增加,当覆盖物厚度增加到一定程度时,蒸发抑制效率增幅逐渐降低;各覆盖物在2cm厚度的蒸发抑制效率差别不大,最大蒸发抑制效率(根据灌溉第1天日蒸发量计算)则为:积沙-枯落物混合层(79.92%)>枯落物(78.96%)>盐结皮层(75.58%)>积沙层(74.11%),现实蒸发抑制效率(根据灌溉周期末(14天)的土壤累积蒸发量计算)则为:盐结皮层(67.78%)>积沙-枯落物混合层层(66.72%)...     

城市土壤重金属污染研究的现状及趋势

城市土壤是城市生态系统的重要组成部分,对城市的可持续发展及生态环境的调控起着重要作用.城市土壤不仅是城市绿色植物的生长介质和养分供应者、土壤微生物的栖息地和能量来源、而且是城市污染物的汇集地和净化器,其质量的好坏直接影响到人类生活质量和健康.1950年代以来,随着工业化和城市化的飞速发展,城市土壤环境日益恶化,工业、交通过程产生的大量污染物对土壤环境造成严重污染.     

塔里木沙漠公路防护林的温度和湿度效应研究

在塔克拉玛干沙漠腹地采用多个HOBO温湿度自动观测仪器进行同步观测的方式,对极端干旱区防护林小气候中的气温、湿度分别进行了水平和垂直两个尺度上的观测.结果表明:沙漠公路防护林生态系统具有稳定近地层空气气温和提高空气湿度等典型的小气候调节作用.太阳辐射对防护林温湿度影响显著,辐射强度的大小与气温呈正相关,与空气湿度负相关,在阴天时林带保温保湿效果明显;防护林对周围环境的影响较显著,防护林带内小气候具有降温保湿的特征:林内气温总是小于原始沙地,林内湿度总是大于原始沙地,林边气温升降幅度大于原始沙地,林边湿度总是大于原始沙地.并且计算得出防护林垂直影响范围温度4~10m,湿度6~8m;水平影响范围温度16m,湿度24m左右.     

土壤碳酸钙/有效磷化学计量特征对油蒿群落植物密度的影响

干旱和半干旱区土壤碳酸钙会降低土壤磷的有效性, 进而影响植物生长, 土壤碳酸钙/有效磷(钙磷比)化学计量特征会不会影响植物密度, 这有待于研究证实. 本研究对干旱和半干旱区4 个油蒿(Artemisia ordosica)群落做了调查, 进行了正交盆栽实验, 探讨了土壤钙磷比与植物密度之间的关系. 结果表明, 土壤钙磷比化学计量特征对油蒿生长的影响不低于土壤碳酸钙和有效磷, 土壤钙磷比对油蒿密度的影响与气候带及土壤钙磷比增加的类型和量级有关. 当土壤钙磷比量级相同且小于2.5 时, 随土壤钙磷比的增加, 半干旱区油蒿密度逐渐增大, 而干旱区油蒿密度则逐渐减少. 在半干旱区, 当土壤钙磷比量级不变、土壤碳酸钙增幅大于有效磷增幅时, 随土壤钙磷比的增加, 油蒿密度也逐渐增大, 土壤钙磷比与油蒿密度间关系不发生变化.在干旱区, 当土壤钙磷比量级增大、土壤碳酸钙显著增加而有效磷显著减少时, 随土壤钙磷比的增加, 油蒿密度逐渐增大, 土壤钙磷比与油蒿密度间关系发生改变. 因此, 干旱、半干旱区土壤钙磷比化学计量特征不同的变化类型和变化量级是影响油蒿密度的一个重要因素.     

水分条件对塔里木沙漠公路防护林植物幼苗生长及生物量分配的影响

设计了35kg·(株·次)-1(对照)、24.5kg(株·次)-1(处理1)和14kg·(株·次)-1(处理2)3种不同的灌溉量,对塔里木沙漠公路防护林植物梭梭(Haloxylon ammodendron)和多枝柽柳(Tamarix ramosissima)幼苗生长及生物量分配的影响开展了实验研究.结果表明:(1)随水分的减少,两植物幼苗主根垂直深度均呈增加趋势,且梭梭在处理2条件下主根垂直深度显著大于对照组,表明在塔克拉玛干沙漠腹地,两种植物幼苗通过根系的伸长生长来适应水分减少,(2)处理1和处理2地下生物量均比对照组有所增加,梭梭幼苗在处理2条件下增加了37.03%,而在处理1条件下只增加了14.51%;多枝柽柳在处理1条件下增加了68.19%,而在处理2条件下只增加了25.78%.表明梭梭幼苗对处理2具有更好的适应性,而多枝柽柳幼苗对处理1具有更好的适应性,(3)与对照组相比,两种植物幼苗在处理1和处理2条件下的细根生物量均有所增加.方差分析表明:两植物种在处理2条件下深层细根生物量显著大于对照组和处理1,这有利于植物幼苗对深层土壤水分的有效吸收,(4)根冠比因物种和水分条件而异,塔克拉玛干沙漠腹地梭梭...     

一个可能的植物入侵机制: 入侵种通过改变入侵地土壤微生物群落影响本地种的生长

测定了紫茎泽兰(Eupatorium adenophorum)重度入侵地土壤(对照于轻度入侵地土壤)的pH, 有机质, N, P, K养分状况和细菌群落特征(Biolog EcoPlate^TM)的变化; 并通过紫茎泽兰的水浸提液处理土壤, 检测了紫茎泽兰对土壤细菌群落作用; 然后通过盆栽实验研究了土壤性质的改变对外来植物紫茎泽兰入侵过程的意义. 土壤性质分析结果表明, 2个样地间的土壤pH, 有机质, 全N, 全P和全K差异较小, 而重度入侵地土壤的NH₄⁺-N, NO₃^--N和有效性P, K比轻度入侵地显著地提高, 2个样地间的土壤细菌群落结构存在明显的差异; 紫茎泽兰水浸提液处理的轻度入侵地土壤在细菌功能群结构上与原土壤存在较大差异, 而与重度入侵地土壤具有很高的相似性. 盆栽实验结果表明, 当生长于重度入侵地土壤时, 紫茎泽兰和三叶鬼针草的生长不受影响, 但本地植物生长受到明显的抑制, 在用活性炭除去土壤中可能残留的紫茎泽兰化感物质后, 仍然表现出相同的规律. 在以上结果中, 土壤养分状况的差异无法解释生长于二种土壤上的本地植物生长的差异, 而土壤细菌群落特征在样地间的变化与本地植物的生长表现出明显的相关性, 暗示着改变土壤细菌群落可能是紫茎泽兰入侵过程的一个重要组成部分. 土壤微生物群落可能在外来植物与本地植物的关系中起到了重要的“桥梁”的作用, 外来植物可以通过改变重度入侵地土壤微生物群落结构阻碍本地植物的生长和更新.