黑河中下游荒漠区植物多样性分布对土壤水分变化的响应

基于对黑河流域中下游荒漠区植被和土壤生境的调查分析,以土壤水分在各调查样地中的差异来反映研究区的生态水文特征,采用种的丰富度和多度来代表荒漠植物多样性研究了荒漠植物,包括隐花植物多样性分布对土壤水分变化的响应。土壤水分变化不仅直接影响着荒漠植物的多样性,而通过影响其它生境因子又间接地影响着多样性的维持。因此,如何维持中下游相对稳定的土壤水分来源是该区荒漠植物多样性保育今后所要面临的挑战。     

沙坡头人工植被固沙区天然降水的入渗和分配研究

土壤、植被冠层与大气界面间(SVAT)物质传输过程日益成为水文学研究最感兴趣的领域,降水量的迁移与转换是非灌溉区SVAT主要的物质传输过程.干旱半干旱区稀疏灌丛蒸散量占降水量的90%以上,因此对降水入渗与水分在土壤内植物根际区再分配的研究显得十分重要.试验于2001年8月17日至9月30日在中国科学院沙坡头试验站进行,主要观测人工植被荒漠灌木柠条(Caragana korshinskii) 灌丛固定沙丘降水入渗与再分配过程.结果表明:在7次不连续降水过程中,土壤入渗深度与降水强度呈简单线性相关关系,土壤入渗速率约为降水强度的10倍.当次降水过程中降水强度小于0.46 mmh-1时,土壤入渗速率约为0 cm*h-1,此时的降水对沙区土壤基本上没有水分补给作用.受荒漠灌木柠条根系吸水作用的影响,其根系密集剖面深度40～140 cm内降水水分入渗积累不明显.降水入渗速率及入渗深度受土壤剖面初始含水率多寡而变化,干燥土壤剖面有助于提高瞬时入渗速率.降水以后随着时间的推移,人工固沙区微环境内空气温度、湿度等气象条件适宜,柠条生长进入相对旺盛阶段,其根系密集层140 cm深度处土壤含水率在总体上下降的过程中,表现出昼消夜长的趋势,试验期间翌日 8:00时土壤含水率值略高于前一日20:00时水分值 0.1%～0.3%.     

人工固沙区一年生植物小画眉草种群异速生长动态研究

通过对沙坡头人工固沙区一年生植物4 a的连续观测,我们得到对于一年生植物来讲水分竞争是个体分异的根本原因,种群中个体间的竞争主要是对有限水分的争夺.随着水分梯度的变化,小画眉草种群从一开始的没有竞争到为有限水分而发生的根系竞争.水分条件的暂时好转,个体又把大量能量用于建造茎杆、枝叶等支持组织,光竞争能力随之加强.发育出较多浅层须根系用于在降雨季节迅速吸收降水是一年生植物非常有利的一个竞争手段.     

黄土高原西北部集雨水利用的投资与效益分析

以黄土高原西北部为研究区,通过中国科学院皋兰生态农业试验站2000-2001年雨水集流试验与春小麦、西瓜、西兰花和黄瓜的补灌试验,对各种集流场的年产流率和集流费用、蓄水窖(池)的贮水费用、作物产量和水分利用效率、以及各作物集雨微灌的投资、产值与单方水产值进行了比较分析。结果表明:各集流面平均集流费用和各蓄水窖(池)的平均贮水费用都很高,分别为1.07元/m3和5.08元/m3,且贮水费用显著高于集流费用。净产值和单方水产值的大小顺序依次为日光温室黄瓜、大田西兰花、砂田西瓜和大田小麦。如把人工计算在内,大田小麦不进行补灌,其净产值为负值,进而补灌导致了净产值的大幅度减小。集雨水用于微灌砂田西瓜、西兰花和日光温室黄瓜都能产生很好的经济效益。并提出了日光温室集水-贮水-高效用水的"一池一窖"模式。     

腾格里沙漠东南缘白刺灌丛地土壤性状的特征

腾格里沙漠东南缘白刺灌丛地土壤颗粒组成中仍以细沙粒(0.25～0.05 mm)含量占主要成分(80%～99%),除固定沙堆土0～5 cm土壤粉沙粒含量高于堆间低地外,沙堆土不同深度粉沙粒含量(0.05～0.002 mm)均低于堆间低地;沙堆不同部位的土壤含水量有一致的变化趋势且差异不大,沙堆0～60 cm土层含水量低于堆间低地,60 cm以下的土壤含水量不仅高于0～60 cm,并且高于堆间低地。发育于草甸盐土上的堆间低地20 cm以下水分含量变化基本保持在较高的水平,发育于盐化半固定风沙土上的堆间低地水分含量在20 cm以下呈急剧降低趋势。白刺沙堆上土壤剖面土壤水分含量的这种变化和堆间低地20 cm处较高的含水层,将会为灌丛植物在年内气候干旱期的生命维持提供着重要水源保证。土壤容重白刺沙堆大于堆间低地,土壤剖面堆间低地的容重基本无变异,而沙堆上因为植物发育土壤容重有不同程度的差异。表征土壤肥力和保肥能力的阳离子代换量均是堆间低地大于沙堆上。堆间低地和沙堆上土壤全氮、有机质、电导率含量和pH值差异因白刺沙堆发育的生境不同而不同,处于半固定沙地生境的白刺沙堆并未形成灌丛的"沃岛效应",处于固定沙地生境的白刺沙堆有弱"沃岛效应"。因此,白刺沙堆地表物质的固定是该植物种生长的生境产生"沃岛效应"的前提。     

隐花植物对UV-B辐射响应和适应机制的研究进展

 隐花植物是指不产生种子的植物,是我国干旱、半干旱地区主要表面特征——生物土壤结皮的组成成分,并在其中扮演着独特而重要的生态作用。隐花植物对环境因子变化的响应和适应能力大小对整个生态系统稳定性具有重要影响。因此,有关增强UV-B辐射对隐花植物影响的研究已成为目前UV-B辐射研究领域的发展趋势和热点之一。通过系统地综述国内外有关隐花植物对UV-B辐射响应和适应机制研究方面的进展,分析了研究趋势,讨论了目前该领域研究的一些不足并对未来发展提出了展望,以期促进隐花植物的研究,加深对我国干旱、半干旱区隐花植物在应对UV-B辐射增强的响应和适应机制的认识。     

沙坡头生态水文学研究进展及水量平衡自动模拟监测系统

在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,沙坡头沙漠研究试验站建成了以36台大型称重式蒸渗仪为主体的中国北方不同气候带沙区水量平衡自动模拟监测系统——Lysimeter群。概述了沙坡头生态水文学研究进展。介绍了Lysimeter群建设的科学目标、构建思路、建设内容和预期研究方向。Lysimeter群由大型称重式蒸渗仪、各类探头、移动大棚和降水模拟器等组成,具有集成性和唯一性。该平台可全自动模拟控制降水和地下水位,量化植物水分来源;自动监测蒸散发、植物蒸腾、土壤水渗漏、土壤水分、温度和电导率等。该平台的建成将提升在不同尺度上认知中国沙区生态和水文过程、植被重建的生态水文学和环境胁迫生理生态学机理等相关领域的研究能力,回答不同沙区土壤水分植被承载力和人工植被稳定性维持的生态水文阈值等国家在防沙治沙实践中所面临的核心科学问题。     

种子预处理对唐古特白刺出苗和幼苗生长的影响

 采用不同方法对唐古特白刺种子预处理,以不处理为对照,再行60 ℃浸种24 h后育苗,通过测定出苗动态和生长指标,探寻促进白刺种子出苗和幼苗生长的技术途径。结果表明,唐古特白刺种子出苗率变化动态均呈“S”型曲线,符合Logistic曲线方程,出苗质量随种子处理不同而异,出苗期为38～55 d,极限出苗率为30.2%～57.8%。沙搓和沙碾均可显著提高白刺种子出苗质量,为培育壮苗奠定良好基础,出苗率较对照分别提高15.6%和13.4%,出苗势分别提高60.1%和6.9%,出苗指数分别提高35.2%和13.2%,活力指数分别提高41.5%和23.3%。尤其沙搓种子出苗集中,较对照缩短5 d。而掐尖、20%醋酸和5%碱水浸泡均抑制发芽。将种子与沙子混合后手搓和棍碾压均可破坏白刺种子坚硬致密的内果皮结构,破除休眠,促进出苗和幼苗生长,但需注意的是沙碾操作不当会造成种子内部结构被破坏。     

腾格里沙漠东南缘4种灌木的生物量预测模型

灌木生物量模型是预测灌木生物量最有效的方法。选择腾格里沙漠南缘荒漠生态系统中常见的4种灌木（驼绒藜(Ceratoides latens)、盐爪爪(Kalidium foliatum)、珍珠猪毛菜(Salsola passerina)、红砂(Reaumuria soongarica)）为研究对象,以株高（H）和冠幅（C）的复合因子灌木体积（V）为自变量,通过回归分析,分别构建了4种灌木和混合物种的叶、新生枝、老龄枝、地上部分、地下部分和整株生物量的预测模型。通过决定系数（R2）、估计值的标准误（SEE）和回归检验显著水平（p＜0.05）筛选出了最优的生物量估测模型。结果显示:4种灌木的生物量模型主要以幂函数W=aVb为最优模型,少数以三次函数W=a+bV+cV2+dV3为最优模型。灌木生物量与V之间呈极显著的相关关系（p＜0.001）,决定系数较高,分别为:叶片（0.775＜R2＜0.866）,新生枝（0.694＜R2＜0.840）,老龄枝（0.819＜R2＜0.916）,地上部（0.832＜R2＜0.917）,地下部分（0.74＜R2＜0.808）,全株（0.811＜R2＜0.912）,说明预测模型可以应用于此4种灌木的生物量估算。不同物种之间及不同器官之间的生物量模型存在差异,在实际使用中,要根据物种来选择相应的模型。生物量模型的建立有助于全面估算荒漠生态系统的生物量,并进一步评估生态系统不同碳库的碳存储量与碳循环。为有效提高荒漠草地碳储量、合理实施生态系统管理和人为干预提供科学依据。     

草原化荒漠植被草本层片植物对人工施加氮素的响应

水分是干旱区生态过程的第一非生物限制因子,土壤氮由于直接影响着生物生产力和土壤生态过程而被认为是仅次于水分的限制因子。利用人工施加氮肥的控制试验研究了荒漠植被草本层片植物在多度、物种丰富度、高生长以及地上部分生物量等群落学特征对不同施肥处理的响应。结果表明,在施肥量分别为12.5、25、50 g·m-2时,样方植物多度和物种丰富度在施肥当年和第二年较对照均有不同程度的降低,且施肥量越高,降低越明显,这一结果支持来自典型草地和森林植被生物多样性对氮素增加或氮降沉增加响应的结论,即氮素的增加会使生物多样性减少。地上部分生物量对施氮肥的响应在施肥当年(年降水量为多年平均值的1.4倍)和第二年(年降水量为多年平均值的0.7倍)表现出相反的规律,即施肥当年随着施肥量的增加生物量显著增加,而在第二年则显著减小,说明水肥耦合同样有利于荒漠生态系统生物生产力的提高。氮素对植物高生长的影响不明显,各施肥梯度与对照相比均无显著性差异(P>0.05),这可能主要取决于荒漠草本植物本身固有的生物学特性。