模拟短期降雨量变化对准噶尔荒漠植物群落的影响

开展准噶尔荒漠植物群落对未来降雨量变化的响应机制研究,不仅有助于揭示气候变化对荒漠生态系统的影响,也有助于准确评价荒漠生态系统各项健康指标并预测其演变趋势,对荒漠草地可持续管理具有重要理论与实践意义。以新疆准噶尔盆地东南缘荒漠植被为研究对象,2016—2017年在生长季(4—9月)开展不同梯度的人工增减雨试验(减雨60%、减雨30%、自然对照、增雨30%、增雨60%),分析了群落物种组成、多样性、盖度及生产力对生长季不同降雨量变化的响应。研究表明:减雨样地物种数量偏少,假木贼的优势明显,增雨样地内物种较多,且绢蒿的优势度明显增加;样地内植物群落物种丰富度(特别是一年生植物的物种丰富度)随降雨量增加呈上升趋势,且各处理间差异显著(p0.05);随降雨量增加,灌木盖度、多年生草本植物盖度,以及植物群落总盖度与降雨量呈明显正相关(p0.05),一年生草本植物盖度与降雨量无相关性;总地上生物量随降雨量增加,先增大后减小,当降雨增加30%时,地上生物量达到最大值。其中,多年生草本植物表现出与总地上生物量同样的变化趋势,灌木生物量随降雨量的增加而增加,且在增雨60%时达到最大值,一年生草本植物没有明显变化规律。本研究表明,降雨量减少不利于准噶尔荒漠草地,与极端的60%降雨量增加相比,正常年际30%的降雨量增加更有利于准噶尔荒漠植物群落维持物种多样性的维持和提高群落生产力的提高。     

喀斯特峡谷不同植被类型土壤的呼吸及其温度敏感性

[目的]了解喀斯特地区植被恢复对土壤碳释放的影响,为精确估计区域土壤碳收支变化提供参考。[方法]以喀斯特峡谷地区典型植被类型(草地、稀灌草丛、灌丛和乔木林地)为研究对象,采用Li-8100便携式土壤呼吸仪对其土壤呼吸、土壤温度和土壤水分进行定位连续观测,系统研究土壤温度(T)和土壤湿度(W)对土壤呼吸速率(Rs)的影响。[结果](1)草地、稀灌草丛、灌丛和乔木林4种植被类型土壤呼吸均呈单峰型季节动态,土壤呼吸速率的最大值均出现在夏季,最小值出现在冬季,其土壤呼吸速率变化范围分别为0.73~1.21,1.20~1.48,1.54~2.41,1.86~2.95μmol/(m2·s);观测期内,土壤呼吸速率均值分别为1.65,2.76,2.45,3.43μmol/(m2·s)。(2)土壤温度是影响土壤呼吸速率的主导因素,单因素指数模型显示土壤温度对土壤呼吸速率变化的解释能力为72.37%;三次项模型表明土壤水分的贡献率为43.9%。双因素关系模型较好地反映了土壤温度、湿度对土壤呼吸的影响,二者可共同解释土壤呼吸变化的81.5%~91.2%。(3)土壤呼吸的温度敏感性指数Q10值与土壤温度和湿度均呈显著负相关(p0.05)。[结论]4种植被类型土壤呼吸及其温度敏感性同时受土壤温度和水分影响,当土壤含水量过低或过高时,土壤温度的主导作用相对减弱,土壤湿度的影响作用加强。     

科尔沁地区不同类型沙地土壤水分的时空异质性

应用半干旱区科尔沁沙地2006-2010年5-9月份土壤水分定点观测资料,研究农田、沙质草地和固定沙丘土壤水分的时空变异性。结果表明:2006年5月-2010年9月,(1)农田、沙质草地和固定沙丘土壤水分都在7月份最高;农田7月份土壤水分与5、6月份的差异显著,沙质草地7月份的与8、9月份的差异显著,而固定沙丘7月份的与生长季其他月份的都有显著差异;(2)3个样地土壤水分随年份有逐渐增加的趋势;(3)农田、沙质草地和固定沙丘0-160cm平均土壤含水量分别为20.69%,7.63%,3.61%,农田土壤水分明显高于沙质草地和固定沙丘,而且3种样地间土壤水分差异显著;(4)3个样地土壤水分随土层厚度增加呈"先增加后减少,最后又增加"的趋势;农田0-20cm土壤水分与20-40cm,40-60cm,120-140cm及140-160cm的差异显著;沙质草地0-20cm土壤水分除与140-160cm有显著差异外,与其他土层均无显著差异;固定沙丘土壤水分只有100-120cm与140-160cm的差异显著;(5)研究区降雨的季节分配极不均匀,主要集中在4-10月的生长季,占全年降雨量的92.58%;0～5mm降雨占全年降雨事件的73.29%,但其降雨量只占全年降雨量的25.1%;降雨间隔期以0～10d为主,占全年无降雨期的37.6%;0～10d降雨间隔期出现的频数最高,占全年间隔期频数的86.9%;(6)当土壤水分较高时,其变异性会随着土壤水分的增加而减小,而当土壤水分较低时,其变异性随土壤水分的增加而增加。     

氮沉降增加和人类干扰对半干旱草地土壤呼吸的影响

土壤呼吸是全球碳循环的主要流通途径,但半干旱草地土壤呼吸对全球变化和人类干扰的响应机制尚不清楚。该研究以科尔沁沙质草地为研究对象,研究氮沉降增加、人类干扰(火烧、刈割)及其交互作用对沙质草地整个植物生长季(2017年5-9月)土壤呼吸的影响。结果表明,土壤呼吸呈明显的季节动态变化,在7月最高。氮沉降增加使根呼吸显著提高42%,土壤呼吸显著增加17%(P0.001),但对微生物呼吸无显著影响。火烧使根呼吸显著提高25%(P0.01),但使微生物呼吸降低13%(P0.001),从而导致土壤呼吸未显著增加(P0.05)。刈割显著降低了土壤温度,诱导微生物呼吸和根呼吸分别降低13%(P0.001)和20%(P0.05),从而显著抑制土壤呼吸(P0.001)。氮沉降增强了火烧对土壤呼吸的促进作用,但未显著影响刈割对土壤呼吸的抑制作用。氮沉降、火烧和刈割对土壤呼吸的不同影响可对全球变化背景下沙质草地土壤碳循环的预测和天然草地的科学管理提供参考。     

短花针茅荒漠草原土壤呼吸及其对施肥的响应

2011～2014年,在内蒙古短花针茅荒漠草原设置了氮、磷和氮磷配施等3种施肥处理以及单施氮肥的3个不同添加梯度处理,并以未施肥为对照,采用LI-8100土壤碳通量测量系统测定了各处理样地土壤呼吸速率季节变化,结合土壤养分、地下生物量和环境因子,分析了不同施肥处理下土壤呼吸的变化规律及其与各影响因子之间的关系。结果表明:1)土壤呼吸季节变化规律不受施肥的影响,呈单峰型,最高值出现在每年8月。2)土壤呼吸与气温和降雨量呈指数相关关系,其年际变化受降雨量的影响较大。3)单施N肥、单施P肥和NP配施均促进生长季土壤呼吸,但其作用程度受降雨量多少而不同,降雨量越高对土壤呼吸的影响越明显。4)随着N肥添加量的增加,土壤呼吸速率呈增强趋势,但土壤呼吸与环境因子间的相关性减弱;单施P处理生长季平均土壤呼吸速率最高,NP配施处理稍低,二者随气温和降雨量的变化幅度大于单施N肥处理。     

沙漠化对科尔沁沙质草地土壤呼吸速率及碳平衡的影响

在科尔沁沙地测定了不同类型沙漠化草地土壤呼吸速率的日进程和季节变化,以及植物碳储量和土壤有机碳储量,分析了沙漠化对沙质草地土壤呼吸速率及草地碳平衡的影响。结果表明:(1)沙漠化可导致草地土壤呼吸速率日变化幅度变小,日均土壤呼吸速率明显降低;与非沙漠化草地相比,在生长季轻度、中度、重度和严重沙漠化草地日均土壤呼吸速率依次下降6.4%、12.8%、33.0%和39.4%;(2)受沙漠化的影响草地碳储量明显下降,与非沙漠化草地相比,4种类型沙漠化草地碳储量依次下降50.3%、74.0%、86.4%和90.2%;其中,凋落物碳储量的下降幅度最大,土壤有机碳储量下降幅度次之,植物碳储量下降幅度最小;(3)沙漠化可使草地碳平衡受到严重破坏,草地一旦沙漠化,土壤呼吸消耗碳量将超过植物固定碳量,这时土壤有机碳库将作为后备碳源来弥补土壤呼吸过程中植物固碳量的不足。为了促进沙漠化草地碳库的恢复,应加强沙漠化草地的治理,促进草地植被的恢复重建。     

不同耕作方式对土壤水热变化的影响

为了研究各免耕处理下土壤的水热变化,2005～2008年在黄河流域清水河县对玉米进行了5种不同耕作方式的试验研究。结果表明,土壤含水量、温度在5种不同耕作方式下均达到了显著(p0.05)或极显著(p0.01)差异。①三年间在0～10 cm土层,整个生育期内留高茬覆盖、留低茬覆盖、留高茬、留低茬处理的平均土壤含水量分别较常规耕作增加了29.92%、26.23%、17.30%、13.95%。在0～40 cm土层,留茬覆盖处理能有效地抑制土壤水分蒸发,提高作物的水分利用率。在80～100 cm土层,土壤含水量达到最大值。土壤水分变化主要受季节影响,随秸秆覆盖和降雨量的变化而变化。②土壤温度在5 cm土层变化幅度最大,留茬覆盖能有效地调节土壤温度,使土壤温度日变化平缓,且随土层深度的增加土壤温度的变化幅度减小。③不同耕作方式形成的土壤微环境为玉米的生长发育提供了更好的基础,其中留茬覆盖处理效果最佳,由于水热状况良好,留茬覆盖下作物产量较高。     

模拟降水变化下黄土丘陵区草地群落特征及其物候期响应

在全球气候变化背景下,黄土高原降水格局呈现出季节波动增强和极端降水事件增加趋势,降水格局变化势必会引起草地群落特征和物候期发生重要改变。为研究黄土丘陵区草地生态系统对降水改变的响应,选取黄土丘陵区退耕草地为研究对象,连续定位观测自然恢复小区不同降雨梯度下(0,±20%,±40%,±60%)物候动态变化,探究了物候期和群落结构对降水变化的响应状况。结果表明:(1)不同降水条件下群落物种组成及丰度存在明显差异,与对照组相比,增雨与减雨均提高了物种的种类。增雨60%群落种类最多,为18种。(2)降水梯度递增处理下,群落盖度呈先增加后降低趋势,地上生物量随呈单峰趋势。增雨20%处理和减雨20%处理均能够显著提高群落植被盖度和地上生物量,地上生物量在增雨处理下明显高于减雨处理。(3)丰富度和Shannon-Wiener指数总体上都呈增加趋势,减雨20%,40%,60%均使Pielou均匀度指数降低。(4)不同降水条件对物种物候期的影响显著(p<0.05),群落返青期、繁殖期和和枯黄期在减雨处理下显著提前,而增雨处理则使其繁殖期和枯黄期发生推迟。综上,群落物种组成、植被盖度和地上生物量在不同降水处理下表现出显著差异,而物种多样性对降水变化响应不敏感。     

反光膜对桃树光合特性及根际温度的影响

为研究地面铺反光膜对桃树光合特性及根际温度变化的影响,以"浅间白桃"结果树为材料,于果实成熟期间进行地面铺反光膜的田间试验,测定了果树叶片的光合特性及不同土层根际温度的变化.结果表明,处理树叶净光合速率(Pn)、光能利用率(LUE)明显高于对照树.随着光强增加,处理和对照叶片的蒸腾速率(Tr)和水分利用率(WUE)均增加,且处理叶WUE明显高于对照.气孔限制值(Ls)和水蒸气压差(VpdL)与光强呈正相关,处理树叶片Ls显著高于对照,但VpdL和胞间CO2(Ci)却明显低于对照.处理树前期(7月22日～8月10日)不同深度土壤温度变化呈双峰曲线,土层越浅土壤温度越高且变化幅度越大;8月9日根际土壤温度值为20 cm＞15 cm＞10 cm＞5 cm;之后又恢复到前期水平.对照树前期(7月22日～8月12日)根际温度的变化与处理树相似,但8月15日后不同深度土壤温度值为10 cm＞20 cm＞15 cm＞5 cm.     

晋西黄土残塬沟壑区不同植被类型土壤水分动态研究

采用时域反射仪（TDR）于2005年在晋西蔡家川流域对刺槐、油松等8植被类型样地进行了土壤水分动态研究,研究结果表明:在2005年,0~200 cm土壤水分含量平均值变化过程除农地外,不同地类土壤水分变化特征差异性小,研究期内土壤水分日平均值按从大到小排列顺序为:农地、侧柏、次生林、油松、果园、刺槐×油松、刺槐×侧柏、草地、刺槐;在季节变化中,可将其分为三个时段:土壤水分消退期、土壤水分稳定期、土壤水分积累期。人工林与果园、农地、草地、次生林相比土壤水分调节作用较强;在日尺度上各样地土壤水分受降雨量及降雨分布影响。在样地土壤水分剖面垂直变化上土壤的剖面结构分为土壤水分弱利用层、土壤水分利用层、土壤水分调节层;农地、次生林、油松、侧柏、侧柏×刺槐、草地、果园土壤水分含量随深度变化趋势属于增长型;刺槐、刺槐×油松属于减少型。