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...     

塔克拉玛干沙漠特有灌木光合作用对生境中特殊温度、湿度及辐射变化的响应

在塔克拉玛干沙漠腹地原生生境条件下,利用Li-6400光合作用系统,对天然生特有植物种塔克拉玛干沙拐枣(Calligonum taklimakanensis B.R Pan&G.M Shen)和塔克拉玛干柽柳(Tamarix taklamakanensis M.T.Liu)在不同季节中的气体交换特性进行了测定与比较.结果显示:温度(℃)、太阳辐射(PAR)、土壤含水量(SWC)等环境因子具有明显的季节差异,两种植物的气体交换特性在不同的生长季节也有着不同的变化.7月和9月塔克拉玛干沙拐枣的净光合速率日进程虽都呈明显的双峰型变化,但7月峰值出现时间较早,且最大净光合速率(Pmax)、表观量子效率(φ)、有效光合辐射范围都明显小于9月,同时7月较高的蒸腾速率(Tr)也使其水分利用效率(WUE)小于9月.塔克拉玛干柽柳则不同,虽然9月其净光合速率的日进程已经变为单峰型,但峰值出现的时间未变,而且除水分利用效率有大幅提高外,最大净光合速率,表观量子效率以及光饱和点和有效光合辐射范围都基本不变或略有降低.相比之下,塔克拉玛干沙拐枣选择在生境条件稍好的季节(9月)进行相对高效的光合积累,而塔克拉玛干柽柳则一直保持着相对稳...     

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.     

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．     

天然条件下塔克拉玛干沙拐枣对潜水条件变化的生理响应

通过对塔克拉玛干沙漠腹地不同潜水埋深、矿化度条件下特有灌木塔克拉玛干沙拐枣(Calligonum.taklimakanensis B.R.Pan et G.M.Shen)水分生理特性的研究.结果表明:(1)潜水埋深的变动对塔克拉玛干沙拐枣的水势(清晨、午后)和蒸腾速率的影响比较明显,二者均随潜水埋深的增大而降低,气孔导度的变化主要与外界环境温湿条件相关.渗透势(ψsat,ψtlp),相对含水量和相对渗透水含量(RWCtlp,ROWCtlp)也有随潜水埋深增大而减小的趋势;(2)潜水矿化度对植物水势的影响比较显著,对相对含水量影响不显著.高矿化度对植物生产力降低的影响比较显著;(3)塔克拉玛干沙拐枣通过高蒸腾降低同化枝的温度,保持较高的体内水分含量来适应沙漠腹地干旱、高热的气候条件.另外通过自身调节甚至牺牲生产力来适应沙漠腹地的潜水状况的变化.     

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.     

塔克拉玛干沙漠及周边地区大气水汽量的时空变化

利用塔里木盆地周边地区27个站的1961~2006年的降水、水气压资料和沙漠腹地塔中气象站1999~2006年的观测数据,重建了塔中站1961~1998年逐月水气压序列,并利用1976~2006年和田、库车、若羌、喀什和民丰(1999~2006年)等5个探空站实测资料对大气含水量与地面水汽压的关系进行了验证和计算,研究了塔克拉玛干沙漠及周边地区大气含水量时空变化,得出了新的水汽分布形式.结果表明:塔里木盆地内大气含水量的高值区,主要分布在沙漠北部、西部的边缘的绿洲地带,大气含水量在14~15mm.而沙漠腹地是水汽的低值中心,水汽含量仅为7~8mm.大气含水量的年际变化总体呈现增加趋势,1961~1986年期间,沙漠周边与腹地水汽含量的升降趋势均不显著,1986年后发生显著意义的突变,两地水汽增加明显.这与近50年来南疆降水显著增加的趋势是一致的.NCEP/NCAR再分析资料在塔克拉玛干沙漠地区偏差很大,与实际情况不符.     

设想“西沙东输”

中国新疆的塔里木盆地塔克拉玛干流动沙漠位居世界第二,面积为32.5万平方千米,若以平均厚度2.5米计算:沙储量为3.25×108m2×2.5m=8.125× 108m3.这里的沙质纯净,无污染,颗粒大小均匀,质地坚硬,号称中国最大的黄沙库,也是天赐资源.     

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...     

巴丹吉林沙漠腹地降水事件后的沙山蒸发观测

巴丹吉林沙漠腹地高大沙山和湖泊的形成机理一直是学术界研究的热点,其中关于高大沙山上大气降水能否入渗补给地下水一直存在较大争议.本文基于沙漠腹地的2年降水观测和沙漠边缘的长时间尺度降水资料,结合概率分布模型和日降水极值重现期分析,对沙漠地区的降水等级进行了划分,并利用沙漠腹地的自动气象站和涡度相关系统的观测数据,对不同等级降水事件后的沙山蒸发进行分析.结果显示,沙漠地区的降水事件可分为3类,即5 mm以下的常规降水事件CP(占总降水的90%以上)、20 mm左右的普通年份最大日降水OAM和数十年一遇的极端强降水事件EP.CP和OAM事件后,降水分别约需1~3 d和3~4周可被蒸发出地表,EP事件后水分则需较长的时间方可蒸发出地表.三类降水事件的累积蒸发与累积降水表明,高大沙山上的大气降水对地下水没有显著补给作用.本研究对深入探讨巴丹吉林沙漠腹地湖泊群的形成机理有重要价值.     

基于图像重建的根系三维构型定量分析及其在大豆磷吸收研究中的应用

植物根系三维构型的定量描述和分析是研究植物根系生长及对养分吸收利用等营养功能的重要手段之一, 但迄今尚无定量测定三维根构型参数的有效方法. 本研究通过数码摄像机旋转拍摄物体获得根系多视角二维图像, 并根据根系基本结构特征, 创建了适合根系等线状物体三维图像的快速重建算法, 重建了植物根系图像, 获得根系三维构型的数字化模型及其骨架. 以此模型和骨架为基础, 获得直径大于0.3 mm大豆根系的主根长、总根长、平均基根角度、根宽深比、介质不同层次根长分布率以及根系在生长介质中不同三维区域的分布率等三维根构型参数, 并分析了这些参数与大豆生物量和磷吸收量等生长指标之间的相关关系. 本研究可以为研究植物根系生长及其营养功能提供一种新方法.     

青藏高原两种高寒草甸地下生物量及其碳分配对长期增温的响应差异

增温可以改变植物的生长,不同植被类型的响应方式有差异.植物根系是植物生产量的重要组成部分,但对其增温响应的研究仍然较少.本研究采用开顶式生长室(OTC)模拟增温的方法,对比了长期增温对青藏高原矮嵩草草甸和金露梅灌丛群落地下生物量和有机碳含量的影响.通过分析不同土层地下生物量的垂直分布、土壤和根系含碳量,发现在长期增温条件下:(1)矮嵩草草甸地下生物量显著减少;(2)2种草甸地下生物量分配明显向深层转移;(3)2种草甸植物根系总碳含量变化不显著,矮嵩草草甸10~30 cm土层根含碳量增加,金露梅灌丛草甸20~30 cm土层的根系碳含量减少;(4)2种草甸土壤总碳含量无显著变化(0~30cm),但20~30 cm土层矮嵩草草甸土壤有机碳含量增加,金露梅灌丛草甸土壤有机碳含量降低.2种草甸地下资源分配差异将影响全球变暖背景下该地区的植被演替和碳循环.     

利用LBM-FVM-CA耦合方法模拟管表面上的颗粒沉积与脱离过程

发展了一个包含积灰形状演化、颗粒沉积和脱离机理的数值模型和计算方法,模拟了单排管表面的积灰过程.首先建立了流动的格子Boltzmann方法-有限容积方法(LBM-FVM)耦合的计算模型,给出了通过宏观参数构建多松弛LBM分布函数的重构算子;并结合元胞自动机模型、能量平衡模型以及力和力矩分析,模拟了颗粒的运动、沉积和碰撞过程;其次,针对模拟的时间步长相对于实际积灰时间较短的困难,提出了用于将模拟时间换算到实际时间的比例;然后,具体模拟和分析了不同直径颗粒在不同入口速度下的积灰过程.结果显示,积灰面积随时间呈指数增长并趋近于一个平衡值;在颗粒质量分数一定时,存在一个积灰速率较高的速度范围;颗粒脱离在迎风面和管子正后方较为严重,但在背风面侧面相对缓和;积灰层在整个背风面生长,在迎风面形成锥形,改变了流动并阻止了颗粒的进一步沉积.     

塔里木沙漠公路影响下的地表形态变化

通过野外试验、调查和实地测量,对塔里木沙漠公路防沙体系内外的地表形态变化进行了分析．研究结果表明,在防沙体系影响下,地表蚀积具有明显的空间分布规律,改变了原有的地表形态格局．防沙体系内部以积沙为主,地表高度逐渐增加,阻沙区(包括落沙带)形成顺沙垄走向延伸的横向沙垄,固沙带区则以一定厚度的积沙体加积于原有地形之上．在防沙体系设置初期,落沙带、固沙带内部和固沙带内沙丘迎风坡都形成风蚀,而在防沙体系下风侧原始地面中,整体表现为风蚀状态．     

大豆磷效率应用核心种质的根构型性状评价

应用GIS方法构建了大豆磷效率的应用核心种质, 并对大豆种质的重要根系性状根构型进行了系统的评价和对比分析, 结果揭示了大豆根构型与磷效率的关系及其可能的进化规律. 研究发现: (ⅰ) 大豆根构型与磷效率密切相关. 浅根型大豆根系具有合理的三维空间分布, 有利于大豆对耕层土壤磷的吸收, 从而显著提高了大豆的磷效率和产量; (ⅱ) 大豆地上部株型、根构型和磷效率具有协同进化的趋势, 直立型的栽培大豆一般具有浅根根构型和较高的磷效率, 蔓生型的野生大豆一般具有深根根构型和较低的磷效率, 半野生型大豆的根构型和磷效率介于两者之间; (ⅲ) 磷有效性对根构型具有调节作用, 在土壤表层施磷条件下, 大豆根系普遍变浅, 说明根构型和磷效率的协同进化可能是由于长期耕作施肥的结果. 上述研究结果可为改良大豆根系性状、提高大豆磷效率提供重要理论依据.     

柽柳灌丛下与灌丛外短命植物AM真菌多样性

对生长在柽柳荒漠生境中最常见的4种早春短命植物离子草(Chorispora tenella (Pall.) DC.)、角果毛茛(Ceratocephalus testiculatus (Crantz) Bess.)、东方旱麦草(Eremopyrum orientale (L.) Jaub et. Spash)和弯果婆婆纳(Veronica campylopoda Boiss.)进行取样调查, 分析了柽柳灌丛下和灌丛外的4种植物丛枝菌根(AM)的形成状况、根际AM真菌的孢子密度和群落组成, 并探讨了柽柳灌丛对其菌根侵染状况、根际AM真菌群落组成的影响. 结果表明, 柽柳灌丛下短命植物的侵染率和根际土壤中AM真菌孢子的密度显著低于灌丛外的植物, 并且灌丛下AM真菌的种类(12种)少于灌丛外(19种). 灌丛下短命植物根际土壤由于受到柽柳灌丛的影响, 其养分含量除速效钾外, 都高于灌丛外; 灌丛下碱解氮和速效磷的含量分别为65.37和44.50 mg/kg, 而灌丛外的含量则为32.33和33.85 mg/kg. 本研究共从短命植物根际分离到21种AM真菌, 其中无梗囊霉属有5种、原囊霉属1种、球囊霉属13种和类球囊霉属2种. 通过上述结果得出以下结论: 柽柳灌丛影响着土壤的理化特性及其下生长的短命植物丛枝菌根的形成和根际AM真菌群落的组成.     

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.     

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%)...     

腾格里沙漠东南缘沙丘表面风沙流结构变异的初步研究

对腾格里沙漠东南缘沙丘表面各部位输沙量观测数据的分析结果发现, 风力作用下的沙粒在沙丘表面上、下坡运动时, 其输沙量垂线分布出现明显的变异. 在距沙面0~20 cm高度范围内, 沙丘迎风坡各部位和丘顶输沙量垂线分布均符合单一指数递减规律; 沙丘背风坡输沙量垂线分布出现两个不同的变化区间, 多数以距沙面8~12 cm高度为界, 下部输沙量随高度呈指数函数形式递减, 上部为幂函数规律减少. 在沙丘迎风坡, 由于上坡运动沙粒跃移轨迹长度沿坡向上减小, 随着风速和总输沙量向丘顶方向增加, 风沙流上层输沙量趋于相对减少; 在背风坡, 下坡运动的跃移沙粒起跳高度和轨迹长度增加使风沙流上层输沙量相对增加.