河西走廊沙漠人工植被区土壤种子库特征

土壤种子库作为地上植被更新的重要的种源储备库,在植被自然恢复和演替过程以及生态系统建设中起着重要作用。以河西走廊不同区域沙漠人工植被为研究对象,研究了土壤种子库物种组成、时空分布和数量变化特征。结果表明：河西走廊沙漠人工林土壤种子库共出现27种植物,分属8科22属,以藜科植物最多,生活型以草本植物种子比例最高,占到90.6%—95.06%;土壤种子库密度介于19.29粒/m~2—858.57粒/m~2之间,从东到西呈水平地带性分布,土壤种子库分布主要集中在0—2cm土层中,不同样地土壤种子库密度均呈明显的垂直分布,在0—10cm土层内,随着土层深度增加,种子库密度先减小后增大;土壤种子库多样性(Simpson指数)在河西走廊东段沙漠人工植被区最高,在0.671—0.812之间,河西走廊中段沙漠人工植被区为0.417—0.809之间,河西走廊西段沙漠人工植被区为0.256—0.707之间,从东到西呈下降趋势,Shannon-Wiener指数、Margalett丰富度指数、Peilow均匀度指数也表现出相同的趋势,说明由于生境的植被的异质性程度高,使土壤种子库之间的差异性显著;河西走廊沙漠...     

沙漠人工植被地上部分生长动态

对腾格里沙漠东南缘2种人工植被柠条和油蒿在4种配置方式下地上部分的生长动态进行了研究,结果表明:不同配置方式下它们的密度、高度、冠幅和生物量基本不变或略微呈下降趋势;油蒿新梢的年生长动态呈S型曲线,柠条新梢春季生长速度较快,7月份以后生长速度缓慢或基本停止生长;柠条、油蒿地上生物量和叶面积指数的年变化均表现为双峰型,4种配置方式下共有8种1年生植物入侵,并具有较高的植被盖度;同其它3个样地相比,纯油蒿样地1年生植物的密度、盖度和生物量明显偏低.     

沙漠人工植被的生态学取向及其途径

水是干旱沙漠植物生态系统中的最重要的限制因子。在干旱沙漠生境中建造人工植被的正确方向是要建造沙漠人工植被 ,就必须以提供额外的水资源为前提 ;在不能增加额外水资源的情况下不应增加沙漠人工植被 ;增加沙漠植被应保护现有植被和建造半人工植被为主。考察种群生态适应性的一般过程 :一是目前有无这种植物的天然种群 ,二是历史上是否有过这种植物的种群 ,三是目前的生境条件是否满足这种种群或群落的需要 ,四是有无人工提供生态资源的可能性。封育保护和建造半人工植被是建造沙漠植被的主要途径 ,保护地下水资源是根本途径。     

深圳市前海桂湾公园土壤蒸发及植被蒸腾模拟

蒸散发（ET）是连接水文循环和地表能量平衡的重要组成部分,准确的估算土壤蒸发（LE_s）和植被蒸腾（LE_v）对城市水资源分配和管理具有重要意义。针对城市林地蒸散发双源模型的缺失,本研究基于MOD16模型提出了应用于城市林地区域改进的MOD16双源模型。改进的MOD16双源模型更加准确的描述城市林地区域复杂下垫面的能量分配过程。结合高时空分辨率的Sentinel-2遥感卫星影像,对2020年深圳市前海桂湾公园20个无云日的LE_s和LE_v进行反演研究。用Shuttleworth-Wallace （S-W）模型和双作物系数法（FAO dual-K_c）验证模型性能,同时分析改进的MOD16模型对输入变量的敏感度,结果表明：改进的MOD16模型与S-W模型和FAO dual-K_c之间的均方根误差（RMSE）分别为21.39 W/m²和20.41 W/m²,平均绝对误差（MAE）分别为18.81 W/m²和19.05 W/m²,R²分别为0.801和0.634。改进的MOD16模型可以应用在城市林地LE_s和LE_v估算中。桂湾公园地区总蒸散月均值在85-165 W/m²之间。研究区域的LE_s和LE_v呈现出明显的季节变化,春夏季蒸散量升高,秋冬季蒸散量降低,LE_s的变化范围为0-50 W/m²,LE_v的变化范围为0-120 W/m²。LE_v高值在研究区呈现零散分布,多集中在前海桂湾沿岸,LE_s高值集中在研究区的西北、东北和东南部。敏感性分析结果表明,改进后的MOD16模型对植被覆盖、太阳辐射和湿度更敏感。其中,LE_v模拟结果受净辐射和植被覆盖影响最大,LE_s的模拟结果受湿度和植被覆盖的影响最大。因此,应用改进的MOD16模型时需要优先确保这些参数的准确输入。修正后的MOD16模型极大地提高了高分辨率、小尺度区域城市林地LE_s和LE_v模拟的准确性,为准确获取植被耗水量信息从而科学指导城市林地灌溉、解决城市水资源分配与管理提供有力工具。     

我国干旱沙漠地区人工植被与环境演变过程中植物多样性的研究

 以我国干旱沙漠区流沙治理的成功模式包兰铁路沙坡头地段人工植被防护体系作为研究对象,研究了区域人工植被与环境演变过程中植物多样性的变化特点。研究表明：该区人工植被经过40余年的演变其植物种的组成趋于动态平衡;植物多样性在时间尺度上的变化表现为随群落演替的进行而增大,42年前(1956年)建立的人工植被多样性指数达到D＝0.706～0.822或H′＝1.393～1.893,10年前(1987年)建立的人工植被其多样性仅为D＝0.501～0.702或H′＝0.819～1.074;β多样性的测度表明,沙坡头地区人工植被在其演变的历程中经历了2次物种周转速率相对较快的阶段,这一特点与植被演替密切相关,对干旱沙漠地区的生态恢复和人工绿洲建设与管理具有重要的参考价值。本文还进一步研究了土壤基质条件等变化对植物多样性的影响。     

草原区不同植物群落蒸发蒸腾的研究

 在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站,采用“土柱称重法”对典型草原群落蒸发蒸腾进行实验观测,主要研究结果如下：1．草原沙地、羊草草原和河漫滩草甸是本地区差异明显的三种群落。草甸蒸腾最大(9.2 mm·d-1),比另两种群落高2—3倍;草甸蒸发最小(0.4mm·d-1),约为沙地的1／4,草原 的l／8。2．羊草草原在本区分布广,大针茅草原是本区半干旱地带性代表。由于这两种群落主要有关背景值的不同,羊草群落蒸散值(4.4—5.Omm·d-1)明显高于大针茅群落(3.5—3.8 mm·d-1),而且羊草群落的T／E1)值(～2)也明显大于大针茅(～1)。在生长季节中,羊草草原蒸散随气温升高而升高,在盛夏达最高值,然后随气温降低而降低。然而由于降雨变化的影响,羊草草原蒸发蒸腾的季节变化时而出现较大幅度的波动。3．根据1989年实测的降水和羊草群落蒸发蒸腾的季节变化,分析羊草群落的水分收支,可以看到实验区羊草草原的水分收支是大体平衡的。     

盐分增量法测定植被蒸散

采用“盐分增量法”测定了松嫩平原大安古河道试验站典型的羊草．星星草．碱地蒲公英群落分布区的植被蒸散量。结果表明,盐分增量法是一种测定植被蒸散量的新方法,可有效地测定植被蒸散量;植被日均蒸发量随植被盖度增加不断减少,日均蒸腾量随植被盖度增加逐渐增大,由于蒸腾量增加幅度大于同期蒸发量减少幅度,植被日均蒸散量随植被盖度增加而增大。     

几个主要地面因子对草原群落蒸发蒸腾的影响

 在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站,采用“土柱称重法”,观测了几个主要地面因子对草原群落蒸发蒸腾的影响。主要研究结果如下：1．土壤因子的影响：(1)在通常情况下,草原群落蒸发、蒸腾及蒸散均随土壤水分增加而增大;当土壤水分过多时,群落蒸腾由于植物受涝而降低。(2）在低土壤含水量条件下,群落蒸发随土壤粘粒含量增加呈线性降低;在高土壤含水量条件下,群落蒸发随土壤粘粒含量增加而升高。(3)不同土壤含水量的群落蒸发,均随土壤紧实度增大而升高,并先后达最高值。土壤含水量愈低,蒸发达最高值愈滞后。 2．放牧因素的影响：群落蒸腾与牧压呈线性负相关;群落蒸发与牧压呈线性正相关。群落生物量随牧压增大而降低是导致群落蒸发和蒸腾与牧压呈正、负相关的主要原因。 3．退化群落及其恢复群落的蒸发蒸腾：群落退化导致群落蒸发升高,蒸腾降低;相应的群落恢复导致群落蒸发降低,蒸腾升高。在—定程度上,群落退化及其恢复演替虽然能明显改变群落T／E值1）,但却不会引起群落蒸散值的明显变化。     

塔克拉玛干沙漠腹地人工植被土壤肥力变化

在极端干旱的塔克拉玛干沙漠腹地,利用地下咸水（矿化度4-5g/L)灌溉建立人工植被后,不仅改善了当地的生态环境。也促进了风沙土的成土发育,使土壤内部发生了一系列的变化。通过分析测定。结果表明人工植被建立对流沙的固定和成土发育产生了深刻的影响,它使土壤内部的各个性质都发生了显著的变化。土支离破碎中物理化学性质得到改善,土壤的肥力提高,这种变化是随着植被建立时间的延长而逐渐增大的,同时由于受到不同植被类型和人为措施的影响,使得相同种植时间的不同样地,土壤性质的变化有差异。另外从土壤物理,化学和生物因子等方面出发,建立了土壤肥力综合评价指标体系,并利用多元统计方法,对塔克拉马干沙漠腹地人工植被建立过程中土壤肥力的变化特征进行综合评价。结果表明,随着人工植被建立时间的延长,土壤肥力呈增长趋势,但由于植被类型和人为措施的不同,相同种植时间的植被样地,土壤肥力的变化不同,变化最为显著的是蔬菜地,花卉地和草地,IFI值分别为0.689,0.729和0.773。     

岩溶石漠化治理优良先锋植物种类光合、蒸腾及水分利用效率的初步研究

针对西南岩溶石漠化地区干旱缺水的特点,采用Li-6400对其先锋树种任豆、金银花、狗骨木的光合、蒸腾及水分利用效率等特征进行分析,以揭示先锋树种利用水分生理生态学特征,从而提出植被恢复的对策。光响应模拟结果表明金银花和狗骨木符合Walker的非直线双曲线模型。蒸腾临界值狗骨木(幼树期)最小,金银花次之,任豆树较大,说明阳性树种任豆具有较大的蒸腾拉力,能够从土壤提取更多的水分,以减少岩溶石漠化地区强光引起的高温灼伤。任豆树、金银花、狗骨木具有同地带干性或沙漠优势植物的光合速率特征。任豆树有较耐受强光的能力,这与其在石漠化地区总是能够成为优势层片优势种的地位相符。三种植物光有效辐射与叶片蒸腾的呈极显著的线性关系;任豆树的蒸腾作用受气孔调节明显;狗骨木有较高的水分利用效率。上午9点左右和下午5∶00~6∶00是这些石漠化地区植物水分利用最高时间段。可以说这三种植物具有适应石漠化地区干旱和高温的生理生态学适应特征和避旱避高温策略,并保持旺盛的生物生产力。从植物固定碳水化合物效率并提高水分利用效率而言,三种植物套种,任豆树能够对藤灌植物适当遮荫,对加速狗骨木生长,提高金银花的产量将具有较好的效益。     

荒漠人工固沙植被区土壤水分的时空变异性

表层土壤水分具有高度的时间和空间变异性.研究的目的:(1)揭示沙坡头人工固沙植被区浅层土壤水分的时空变异性特征;(2)确定驱动土壤水分变异的主要环境因子.在人工固沙植被区内一个4500m2的网格样地上每隔10m设置取样点,在连续7个月的时间内 (2005年4～10月),每隔15d用时域反射仪测量各样点表层以下15cm和30cm深度的土壤容积含水量.结果表明,该区网格尺度上浅层土壤水分的分布具有明显的空间变异性,其变异性随着土壤水分含量的降低而减小;相对海拔是驱动土壤水分空间变异的主要环境因子,其作用在降雨后尤为显著,且其对土壤下层的影响比上层更明显;植被和土壤水分含量的相关性时间序列与相对海拔一致--降雨使其相关性增加;土壤质地(土壤粒径分布)和土壤水分含量的相关性时间序列特征与植被和相对海拔相反,且其对土壤上层的影响比下层更明显.因此,在沙坡头荒漠人工固沙植被区,降雨后的短暂湿润期,地形和植被是驱动浅层土壤水分变异的主要影响因子,而随着降雨之后土壤逐渐变干,土壤质地的影响变得更加明显.     

塔克拉玛干沙漠腹地梭梭(Haloxylon ammodendron)蒸腾耗水规律

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.利用植物茎流计连续测定了塔里木沙漠公路塔中段防护林植物梭梭的茎干液流、蒸腾耗水量.结果表明:梭梭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0:00～03:00,夜间也保持较小的液流;茎干液流受环境因子影响而波动,太阳辐射、气温和风速与茎干液流有较明显的正相关关系,相对湿度和茎干液流呈负相关关系;滴灌条件下,防护林带内土壤含水量充足且在各个月份变化不大,土壤含水量对茎干液流影响不大;依据清晨和午后水势变化,梭梭体内水分在夜间得到了较好的恢复;在一个生长季内,3株直径为2.0、2.8、3.4cm的梭梭总的耗水量分别为295、436、616kg,日平均耗水量分别为1.48、2.18、3.08kg;现行灌溉模式提供了充足的水分供应,梭梭的水分状况良好;在充足水分条件下,梭梭有较大的蒸腾耗水量,干旱的环境条件和较为充足的水分供应是梭梭耗水量大的主要原因;依据梭梭的水分状况,当前水分管理为防护林提供了较充足的水分.     

荒漠植物梭梭和沙拐枣光合作用、蒸腾作用及水分利用效率特征

运用开放式气体交换LI-6400便携式光合作用测定系统,研究了梭梭(Haloxylonammodendron)和沙拐枣(Calligonummongolicum)的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)及水分利用效率(WUE)特征。结果表明:梭梭和沙拐枣在湿润状况下的Pn日变化呈单峰型,梭梭低于沙拐枣,日平均分别为19.60±0.12μmol·m-2·s-1和24.06±0.50μmol·m-2·s-1;E也是梭梭低于沙拐枣,日平均分别为5.53±0.08mmol·m-2·s-1和8.21±0.26mmol·m-2·s-1;WUE则不同,日平均梭梭高于沙拐枣,分别为3.28±0.05mmolCO2·mol-1H2O和2.84±0.06mmolCO2·mol-1H2O。WUE年均值也是梭梭高于沙拐枣,二者最高值都出现在9月,次高值出现在7月,WUE的高低变化与年降水量的高低分布一致。在湿润和干燥两种状况下,梭梭和沙拐枣Pn对光强的响应表明,水分条件好时Pn明显增大,光能利用率提高。从湿润状况时的净光合速率、光饱和点和CO2补偿点,以及干燥状况时也具有低CO2补偿点,确定梭梭和沙拐枣具有C4光合途径。     

干旱半干旱地区人工固沙灌木林生态系统演变特征

应用实验生态学方法分析了沙坡头地区栽植于1956、1964、1981、1987年的无灌溉人工植被固沙群落浅层土壤分形特征、植被盖度、物种特征、生物量、土壤水分、土壤微生物,以及群落土壤物理和土壤养分特征,并与流动沙丘进行比较。结果表明,在干旱半干旱的草原化荒漠地区,首先利用半隐蔽式草方格沙障对流动沙丘进行固定,然后栽植灌木柠条、花棒等和半灌木油蒿,经过40多年的稳定演变,该区域逐渐形成由矮灌木与草本植物覆盖,以及隐花植物与微生物土壤结皮复合的固定沙丘景观。在人工植被固沙防护体系稳定演变过程中,浅表层土壤的细粒化和养分富集化特征,微生物土壤结皮与亚表层土壤厚度,以及浅表层土壤体积含水率均随固沙年限的延长趋于显著增加。而土壤微生物数量、植被盖度、植物种数等生物群落学属性在固沙年限达40a左右时,已趋于最大,尔后呈缓慢下降趋势。随着固沙年限的增加,灌木树种不断衰退减少,当固沙年限逾17a之后,群落生物量增至峰值后略有下降。土壤分形维数与土壤粘粒含量呈显著正相关关系,流动沙丘被人工植被固定年代越久远,浅表层(0~3cm)土壤粘粒含量(4.50%)越高,其分形维数越大(D=2.4083),表明人工植被固沙防护体系浅表层土壤结构变得越紧实,流动沙丘(D=2.0484)在人工植被的固定作用下,发生逆转的趋势越显著,沙丘日趋固定。     

干旱区荒漠稀疏植被覆盖度提取及尺度扩展效应

选择线性混合像元分解模型、亚像元模型、最大三波段梯度差法模型以及修正的三波段梯度差法的2个变异模型来提取植被覆盖度,结合地面实测数据,探讨了提取干旱区荒漠稀疏植被覆盖度信息的适宜模型,并以简单平均法模拟了不同尺度的覆盖度影像,通过尺度上推检验了模型在MODIS尺度上的反演效应.结果表明：线性混合像元分解模型反演覆盖度的精度高于其他模型,适于稀疏植被地区,但端元的正确选取较难,从而影响其运用;亚像元分解模型是一个通用模型,植被分类图越精细,通过亚像元分解模型得到的覆盖度精度越高,但这也同时意味着该模型需要测定大量的输入参数;最大三波段梯度差法的算法简单、易于操作,其在农田等中高植被覆盖区及裸土区的预测值与实测值接近,但对干旱区稀疏植被的估计精度偏低;修正后的三波段最大梯度差法模型在稀疏植被覆盖区的预测值与实测值基本一致,在不同尺度上反演的覆盖度信息与实测值的一致性较好.该方法可有效提取干旱区低覆盖度植被信息.     

Water-use efficiency and transpiration efficiency of wheat under rain-fed conditions and supplemental irrigation in a Mediterranean-type environment

Growth and water use were measured in wheat (Triticum aestivum L.) grown in northern Syria in a typical Mediterranean climate over five seasons 1991/92–1995/96. Water use was partitioned into transpiration (T) and soil evaporation (E_s) using Ritchie's model, and water-use efficiency (WUE) and transpiration efficiency (TE) were calculated. The aim of the study was to examine the influence of irrigation and nitrogen on water use, WUE and TE. By addition of 100 kg N ha^-1, E_s was reduced from 120 mm to 101 mm under rain-fed conditions and from 143 mm to 110 mm under irrigated conditions, and T was increased from 153 mm to 193 mm under rain-fed conditions and from 215 mm to 310 mm under irrigated conditions. Under rain-fed conditions, about 35% of evapotranspiration (ET) may be lost from the soil surface for the fertilized crops and 44% of ET for the unfertilized crops. Transpiration accounted for 65% of ET for the fertilized crops and 56% for the unfertilized crops under rain-fed. As a result of this, WUE was increased by 44% for dry matter and 29% for grain yield under rain-fed conditions, and by 60% for dry matter and 57% for grain yield under irrigated conditions. Transpiration efficiency for the fertilized crops was 43.8 kg ha^-1 mm^-1 for dry matter and 15 kg ha^-1 mm^-1 for grain yield, while TE for the unfertilized crops was 33.6 kg ha^-1 mm^-1 and 12.2 kg ha^-1 mm^-1 for dry matter and grain yield, respectively. Supplemental irrigation significantly increased post-anthesis water use, transpiration, dry matter and grain yield. Water-use efficiency for grain yield was increased from 9.7 to 11.0 kg ha^-1 mm^-1 by supplemental irrigation, although WUE for dry matter was not affected by it. Irrigation did not affect transpiration efficiency for grain yield, but decreased transpiration efficiency for dry matter by 16%. This was associated with higher harvest index as a result of good water supply in the post-anthesis period and increased transpiration under irrigated conditions.     

干旱荒漠区土壤有机质空间变异特征

以内蒙古阿拉善左旗为例 ,研究了干旱荒漠区土壤有机质的空间变异特征。传统统计分析结果表明 ,研究区内土壤有机质含量总体水平较低 ,平均为 6 .6 5 g/ kg;变异系数为 1.4 2 ,属强变异。在半方差结构分析和球状模型套合的基础上 ,结合普通Kriging插值方法 ,分析了土壤有机质的地统计特征。比较不同趋势效应和异向性的普通 Kriging插值的误差结果表明 ,宜考虑各向异性和二阶趋势效应。获得了研究区土壤有机质含量的等值线图 ,并分析了其空间分布规律     

荒漠区固沙植物梭梭(Haloxylon ammodendron)耗水特征

利用SF-300热脉冲树干液流仪,连续观测了生长季节荒漠区固沙植物梭梭树干液流速率,研究了荒漠区固沙植物梭梭林木的耗水量及其与气象因子的关系。结果表明：在生长季节,梭梭树干液流速率昼夜变化小;不同的生长日,梭梭树干液流速率介于（5．9±0．7）～（14．5±3．6）gcm^-2h^-1;观测期间,梭梭平均日耗水量为（0．3±0．2）mm,生长季节单株木耗水量达49．4mm。树干液流速率对气象因子均有一定程度的响应,且在不同时间的影响程度不同。日耗水量与林冠投影面积、基径、基径的平方乘以树高的积、边材厚度和边材面积呈线性关系。