极端干旱区胡杨生长季水分利用效率变化特征研究

 在干旱区的极端环境,植物能否适应当地的极限环境条件,最主要的是看它们能否很好地协调碳同化和水分耗散之间的关系,也就是说植物水分利用效率是其生存的关键因子之一。 就生长季胡杨叶片稳定碳同位素组成(δ13C)、胡杨叶片水分利用效率及其影响因素进行了研究。结果表明,生长季胡杨叶片δ13C值在-28.16‰±0.23‰～-26.82‰±0.22‰间变化,平均值为-27.70‰±0.13‰。胡杨各月水分利用效率在84.81±2.23～(70.97±2.40)μmolCO2·mmol-1H2O间变化,平均值为(75.69±1.31)μmolCO2·mmol-1H2O;胡杨水分利用效率变化趋势是逐渐降低。最高值出现在5月,而后不断降低,7月达到最低值。造成这种变化的原因是叶片营养物亏缺导致的叶片光合速率的减小和气温升高、土壤含水量减小以及地下水埋深加深共同导致的气孔导度的变化。     

极端干旱区胡杨水势及影响因子研究

依据2002年4月至2003年9月在极端干旱区额济纳旗的观测资料,对胡杨叶水势的日、季变化规律及影响因子进行了分析研究。试验结果表明:胡杨叶水势日变化均值为(-2.86±0.75)MPa,季变化均值为(-2.72±0.14)MPa。叶水势日、季节变化曲线呈单峰型,这种变化规律是胡杨适应该地区生境的生理特性之一。对胡杨不同部位和不同叶型的叶水势测定结果表明,上部的叶水势比下部低,披针叶的叶水势比阔卵叶的叶水势高,这与水分移动的规律相符合。胡杨叶水势的日、季变化与气温、大气相对湿度、辐射照度间有十分显著的相关关系。与土壤水分间也有十分显著的相关关系,土壤含水量下降,蒸腾加快,叶水势降低,土壤含水量增加,蒸腾减弱,叶水势回升。     

极端干旱区多枝柽柳茎水势变化影响因子分析

以新疆塔里木河下游极端干旱环境下天然植物多枝柽柳为研究对象,基于对气象因子、土壤水盐和多枝柽柳茎水势特性的实地监测资料,研究了影响多枝柽柳茎水势变化的主导环境因子,揭示了反映多枝柽柳生长发育期茎干水分变化的环境因子的指示性和指示阈值。结果表明:①在众多环境因子中,土壤水分对多枝柽柳茎水势变化影响最强烈,多枝柽柳对土壤水分的吸收不存在最低土壤含水率阈值,但36%的土壤含水率为影响多枝柽柳茎水势变化的临界上限,超过36%则对其没有明显影响。②土壤pH值的变化可反映极端干旱区多枝柽柳茎水势特性的变化;7.95±0.03的土壤pH值为反映多枝柽柳茎水势发生变化的临界阈值,当土壤pH值大于7.95±0.03时利于多枝柽柳有效分泌盐碱,维持正常生长。该研究为减轻多枝柽柳受旱程度、维持多枝柽柳正常生长及时补充水分提供理论依据。     

极端干旱区荒漠河岸林胡杨生长季树干液流变化

应用热脉冲技术和自动气象站对极端干旱区荒漠河岸林建群种胡杨(Populus euphratica Oliv.)的树干的液流流速及其环境因子进行了为期2 a的连续观测,对胡杨树干液流日、季变化及其与环境因子相关性进行了深入的研究。结果表明:胡杨树干液流速率日变化具有明显的昼夜节律性。白天树干液流流速变化曲线呈多峰型。夜间,胡杨同样存在明显的树干液流现象,这主要是由根压引起的。胡杨树干液流速率7月最高,6月、8月次之,9月液流速率高于5月,10月最小,主要生长期6—8月胡杨日均蒸腾量占整个生长季的70％以上。不同林龄的胡杨树干液流速率不同,表现为15龄＞25龄＞50龄。树干液流量变化与环境因子中气象因子的变化密切相关。逐步回归结果表明,液流速率与净辐射、空气温度、空气相对湿度呈显著线性相关, 同时给出了依据常规气象因子估算液流速率的统计模型。     

西北地区东部干旱半干旱区极端降水事件的变化

应用面积权重方法,利用西北地区东部80个测站1960-2000年的资料,对降水的变化及极端降水事件进行了分析。结果表明:西北区东部的气候在近十几年变得更加极端。降水量虽然没有一致的增加或减少的趋势,但自从1990年开始,降水距平百分率低于气候平均值,变化异常;降水异常偏多的区域呈减少趋势,到20世纪90年代中期以后,就几乎没有出现过降水异常偏多的区域;1960-1962年连续3年降水异常偏少的情况是近40a来少见的,这种偏少主要发生在干旱地区;90年代的异常偏少则是全区域的,特别是在湿润、半湿润地区,降水偏少尤其明显;1997年降水偏少最为明显,偏少的区域达20%以上。而在这种气候背景下,90年代极端降水事件并没有减少。     

新疆塔城地区极端气温变化特征及其影响因子分析

利用塔城地区7个国家气象观测站1961—2018年逐日气温资料,选用国际通用的10个极端气温指数,分析塔城地区极端气温的时空变化特征及其影响因子.结果表明:(1)塔城地区极端气温指数暖化趋势明显,最低气温极低值以0.97℃·(10a)-1的倾向率显著升高,最高气温极高值以0.09℃·(10a)-1的倾向率不显著升高;冷...     

极端干旱条件下策勒绿洲引种植物水分生理特征研究

在塔克拉玛干沙漠南缘的中国科学院策勒沙漠研究站植物引种筛选实验区内,以3 a生文冠果、花棒和紫叶小檗为实验材料,研究三种植物经历持续干旱到短期复水过程中的生理生态响应。结果表明：（1）干旱复水后花棒和紫叶小檗的chla、chlb、叶绿素总量以及chla/b值均随土壤含水量的增加而显著增加,文冠果的叶绿素及其组分含量减少。水分变化对chla含量影响较大。（2）三种植物的MDA含量、SS含量在复水后并没有减少,而是显著的增加,文冠果的增加量最大;各物种的脯氨酸的含量降低,紫叶小糪减少的最多。（3）三种植物的清晨水势和正午水势随土壤水分含量的增加而降低,花棒和紫叶小檗的水势变化较小,水分亏缺迹象不显著。文冠果和花棒的抗逆性较强,而紫叶小檗对水分变化比较敏感。本研究结果可为研究区引种植物的适应性及防护林建设中的植物种选择提供理论参考。     

石羊河流域极端干旱事件的时空变化特征

本文借助ArcGIS 9.2和Matlab 7.0数据软件平台,运用复值Morlet小波分析和数理统计方法对石羊河流域极端干旱事件在时空上的变化特征进行分析,结果表明:①石羊河流域的平均湿润指数自北向南逐渐增大,其湿润指数与年均降水和海拔高度具有显著正相关性(在0.01置信水平),而与年均蒸发具有显著负相关性(在0.05置信水平)。②在时间尺度上来说,极端干旱事件的频数具有19a、9a、6a、4a、15a的周期,可能是受南亚高压的准3年周期的影响;在空间尺度上来说,极端干旱事件频数与湿润指数的空间分布大体相似,略有不同是两者的最小值不同:即地表湿润指数最小值在民勤,而极端干旱事件发生频数最小值在武威。7-9月份发生极端干旱频数占年极端干旱总频数的60.62%。③年极端干旱总频数和7-9月份极端干旱总频数都呈略微上升趋势,且年极端干旱频数的线性倾向率较大,即将达到0.3/10a。通过Pettitt突变检验法对年极端干旱总频数和7-9月份极端干旱总频数进行检测,结果检验到突变点分别为2000年和1983年(在0.01置信水平)。     

额济纳绿洲河岸胡杨(Populus euphratica)叶水势变化特征

利用WP4露点水势仪对额济纳绿洲胡杨(Populus euphratica)叶水势进行测定,研究了胡杨叶水势的日和月变化规律及其影响因子。结果表明:(1)胡杨叶水势日进程呈"V"形,最小值大都出现在13:00,日均值为-2.53±0.30MPa;月变化呈先上升后下降趋势,月均值为-2.43±0.30MPa。(2)树龄越小对应的叶水势越高;叶片着生部位越高,对应的水势越低;卵圆形叶水势整体稍高于披针形叶水势。(3)叶水势与气温、饱和水汽压差和蒸腾速率呈极显著线性负相关,相关系数依次为-0.87、-0.69和-0.88;与相对湿度和光合速率呈极显著二次多项式相关,相关系数分别为0.85和0.92。胡杨叶水势各方面的综合研究对于明晰胡杨的水分亏缺和抗旱机理有一定的理论指导意义。     

塔里木河下游胡杨气体交换特性及其环境解释

结合塔里木河下游不同地下水埋深下胡杨的气体交换参数及其环境因子的实测结果,探讨地下水位及环境因子对胡杨光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(gs)、水分利用效率(WUE)等气体交换参数的影响规律。研究表明:随着地下水位下降,胡杨净光合速率和蒸腾速率日变化最大值提前,地下水埋深越深,净光合速率“双峰”曲线趋势越明显,地下水位4.37 m以上时,蒸腾速率呈“双峰”曲线,当地下水位下降到5.91 m时,蒸腾速率呈“单峰”曲线;低地下水埋深下,光合作用受抑制的主要原因是气孔限制;随着地下水位下降,光合抑制的主要原因则是非气孔限制;适度水分胁迫有利于提高胡杨水分利用效率\.同时,结果显示: 4 m为胡杨的合理生态水位,地下水位为4~5 m时,胡杨受到轻度水分胁迫,低于6 m,胡杨受水分胁迫加剧。     

青海柴达木地区野生胡杨叶的形态解剖学研究

采用常规石蜡切片法,对青海柴达木地区野生胡杨叶的形态和解剖结构进行了观察和分析,探讨野生胡杨在解剖学方面适应干旱的机理。结果表明,该地区的野生胡杨叶具有明显的旱生结构特点。具体表现为:叶片厚,不等面叶;上下均由两层细胞构成复表皮,具有较厚的表皮细胞外壁与角质层;气孔下陷;具有不整齐的维管束鞘细胞,主脉韧皮纤维发达,含较多的粘液细胞;栅栏组织发达,细胞小,排列紧密;叶肉细胞含有两种结晶体——棱晶和簇晶。     

新疆塔里木河下游胡杨不同叶形水势变化研究

 以塔里木河下游生态输水后胡杨披针形叶和宽卵形叶作为实验材料,对这两种异形叶水势的日、月变化规律进行了比较研究。结果表明,两种异形叶水势的日变化趋势基本一致,大体上略呈单峰形,在午后14：00—18：00期间出现全天最低值;胡杨两种异形叶水势的月变化趋势也大体相同,表现为从5—8月阿拉干断面胡杨两种异形叶水势均呈先降低后增高的趋势;亚合浦马汗断面B1和B2井位处胡杨叶水势呈逐渐增高趋势,B3井位处胡杨披针形叶水势先降低后增高,7月最低。运用国际通用软件SPSS10.0对气温、地下水埋深与胡杨两种异形叶水势之间的关系进行了相关性分析,发现它们之间存在显著的相关关系。该研究对了解不同环境因子对胡杨两种异形叶水势的影响效应以及生态输水对塔里木河下游不同断面局部小气候的调节和改善作用有一定的参考意义。     

极端干旱区胡杨吸水根系的分布与模拟研究

依据2006年7月在极度干旱区内蒙古额济纳旗的实测资料,对胡杨吸水根系根长密度的分布特征进行了分析和拟合,建立了根长密度垂直方向和水平方向的一维、二维分布函数,以期对胡杨根系吸水及胡杨SPAC系统进一步的研究提供有力的试验依据和理论支持。试验结果表明:在垂直方向,吸水根根量主要集中在0~80 cm的土层内,占吸水根总量的97.60%;在水平方向,0~220 cm范围内根长密度随距离的增加而逐渐增大;220~400 cm范围内根长密度随距离的增加而逐渐减小;在0~20 cm范围内,吸水根系仅占总量的0.47%;在160~220 cm范围内,吸水根系分布最为密集,占总量的18.57%。统一采用指数函数对胡杨吸水根系根长密度分布函数进行了拟合,拟合函数与实测数据的相关系数平方分别为:0.888 4、0.680、0.73和0.685,说明胡杨吸水根系根长密度分布也具有与果树相似的规律,基本符合指数衰减规律。     

胡杨种子出苗对沙埋和供水条件的响应

为探讨胡杨种子出苗对沙埋和供水条件的响应,对其进行0 cm、0.2 cm、0.3 cm、0.5 cm 4个沙埋深度和4.4 mm、8.8 mm、17.6 mm、22.1 mm、26.5 mm 5个供水处理。结果表明:①沙埋深度、供水量及两者的交互作用对出苗率的影响均达到极显著水平（P<0.01）;②供水条件一致时,种子出苗的适宜埋深为0～0.3 cm,埋深为0.5 cm时出苗率为0;③埋深0 cm和0.3 cm时,每天供水量17.6 mm和每两天供水量22.1 mm下的出苗率均显著高于其他处理;埋深为0.2 cm时,每天供水量8.8 mm和每两天供水量26.5 mm下的出苗率显著高于其他供水量（P<0.05）;④胡杨种子出苗较为适宜的沙埋深度和供水量条件是埋深0.3 cm、每天供水量17.6 mm或每两天供水量22.1 mm。     

胡杨(Populus euphratica)树干液流特征及其与环境因子的关系

以2012年4—10月实测数据,对黑河下游胡杨树干液流特征及其与环境因子的关系进行了分析。结果表明:在整个生长季,胡杨(Populus euphratica)树干液流速率日变化具有明显的昼夜节律性,夜间存在明显的树干液流以补充白天蒸腾损失的大量水分,恢复植物体内的水分平衡;与其他天气条件下树干液流速率特征比较,阴雨天液流启动时间推迟,液流停止时间提前,液流历时缩短,且峰值显著缩小;树干液流的季节变化特征表现为液流速率在夏季的启动时间、到达峰值的时间、液流停止时间均早于春季和秋季;单株蒸腾耗水表现出明显的季节性格局,4月和10月中下旬耗水量较低,5—8月为主要耗水期,占整个生长季的75%;日间液流速率主要受到土壤含水量、水汽压差、光合有效辐射、相对湿度和气温的影响,夜间液流速率主要受到水汽压差、相对湿度的影响,整个生长季胡杨树干液流主要受光合有效辐射、土壤水分、气温和相对湿度的影响。     

极端干旱区花花柴(Karelinia caspia)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)和胡杨(Populus euphratica)叶片凋落物分解特征

为探究极端干旱区凋落物分解特征,利用凋落物分解袋法,以塔克拉玛干南缘策勒绿洲边缘荒漠地区优势植物花花柴(Karelinia caspia)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)和胡杨(Populus euphratica)的叶片凋落物为对象进行分解试验,探究极端干旱区凋落物分解特征及主要影响因素。结果表明:(1)极端干旱区凋落物分解主要在凋落次年的5—9月,有机物的损失是质量损失的重要原因;(2)对于水溶性盐含量较高的凋落物,水溶性盐损失在质量损失中占较高比例;(3)降雨是影响极端干旱区凋落物分解的重要因素,降雨与凋落物分解的Pearson相关性显著高于温度和太阳辐射。     

极端干旱环境下的胡杨细根分布与土壤特征

以塔里木河下游的中龄胡杨为研究对象,采用开挖剖面分层取样法,对胡杨细根(D≤2 mm)的空间分布以及与土壤特征因子之间的关系进行了分析。结果表明:①在长期干旱胁迫下,胡杨细根(D≤2 mm)根长密度(RLD)、根表面积密度(SAD)从表层到地下100 cm土层内,呈逐渐增加趋势,100~140 cm土层内表现为减少的波动分布趋势;细根RLD、SAD集中分布在60~120 cm土层内,约占0~140 cm土层总细根RLD和SAD的74%以上;在水平方向上,距树干0.75～2.5 m范围内,呈逐渐减少趋势,而在3.5～5.5 m范围内呈波动的增加趋势。②胡杨细根(D≤2 mm)RLD和SAD与土壤总盐、土壤有效养分含量之间呈显著负相关关系,适合乘幂模型,与土壤含水率之间呈一定程度的正相关关系,适合三次曲线模型。