沙地濒危植物长柄扁桃生物学特性与抗逆性及应用综述

揭示长柄扁桃生物学特性与抗逆性机理并提高其在荒漠化治理中的生态效益和经济效益,是实现西北旱区荒漠化治理可持续发展和提升生态脆弱区生态系统服务功能面临的重要科学问题。本文回顾了长柄扁桃研究所取得的进展,包括建立了长柄扁桃快速育苗和无灌溉水栽培技术,揭示了不同地区长柄扁桃生长规律及其对逆境的适应性,推进了长柄扁桃在荒漠化治理中的应用及其产品开发等;在此基础上,提出了长柄扁桃研究面临的机遇和挑战,包括长柄扁桃的适生土壤类型与耗水量,不同地区长柄扁桃的合理种植密度及其调控和管理措施,长柄扁桃抗逆性机理及其产品开发与高值综合利用等,以期为我国在西北地区推广和建设长柄扁桃林、优化水土资源管理和提高脆弱生态系统的服务功能提供科学依据。     

黄土高原2种典型灌木地土壤水分有效性及其影响因素

为确定土壤质地对旱生植物长柄扁桃(Amygdalus pedunculata Pall)和沙柳(Salix psammophila)幼苗不同生理指标水分有效性的影响,采用盆栽控水试验,研究了黄土高原2种典型质地土壤(砂土和壤土)下长柄扁桃和沙柳幼苗不同生理指标随相对土壤含水率(土壤含水率占田间持水率的比值)的动态变化。结果表明:2种质地土壤下长柄扁桃和沙柳幼苗各生理指标相对值在相对含水率降低至土壤水分阈值之前保持相对稳定,低于此阈值时随相对含水率的降低而迅速下降,且均可用非线性连续函数来拟合(R~2=0.8905～0.9864)。2种植物土壤水分有效性因选取指标的不同而略有差异,当以瞬时气体交换指标(相对净光合速率R_(Pn)和相对气孔导度R_(Gs))为评价指标时,砂土水分有效性高于壤土;当以相对水分利用效率R_(WUE)为评价指标时,壤土水分有效性高于砂土。瞬时气体交换指标(R_(Pn)和R_(Gs))的水分阈值高于日变化指标(相对日蒸腾速率R_(Td)),表明土壤质地和时间尺度均会影响植物生理指标对土壤水分有效性的响应。因此,在黄土高原进行植被恢复与生态建设时应考虑土壤质地对植物水分有效性的影响。     

青海省东部不同土地利用方式下土壤饱和导水率分布及其影响因素

研究高寒地区土壤饱和导水率分布特征及其影响因素可为评估脆弱生态系统水源涵养能力和构建区域水文模型提供参数。通过测定青海省东部南北样线24个样点(0—30 cm)土壤基本理化性质和饱和导水率(K_s),分析了不同土地利用方式下K_s分布特征及其影响因素。结果表明:K_s均值表现为林地(1.89 cm/h)草地(1.62 cm/h)农地(1.41 10 cm/h),其中农地K_s(0.10～3.92 cm/h)随着土层深度增加逐渐减小,而林地(0.28～7.69 cm/h)和草地K_s(0.10～5.34 cm/h)随土层深度增加表现为先增加后减小。不同利用方式下K_s均与pH、容重、孔隙度、黏粒含量、有机质含量及饱和含水量显著相关(P0.05)。利用多元回归分析获得了农地以总孔隙度、非毛管孔隙度和饱和含水量为输入因子的K_s传递函数,林地以毛管孔隙度和非毛管孔隙度为输入因子的K_s传递函数和草地以容重、非毛管孔隙度和饱和含水量为输入因子的K_s传递函数。研究结果可为其他高寒地区不同土地利用方式下K_s的模拟和预测提供参考。     

毛乌素沙地圪丑沟小流域沙柳水分利用来源研究

为探究毛乌素沙地典型治沙植物根系吸水来源及其影响因素,通过测定毛乌素沙地圪丑沟小流域沙柳(Salix psammophila)(18~20年)木质部水及其各种潜在水源(降水、土壤水和地下水)的氢氧同位素组成(δD和δ¹⁸ O),利用多元线性混合模型(IsoSource)研究沙柳水分来源的季节变化特征及其影响因素。结果表明,监测期间(6-11月)沙柳木质部水、降水、土壤水和地下水的δD值变化范围分别为-82.41‰~-52.91‰,-144.81‰~-6.60‰,-96.94‰~-42.65‰和-86.42‰~-71.82‰,δ¹⁸ O值变化范围分别为-10.77‰~-7.29‰,-18.86‰~-2.07‰,-12.85‰~-0.79‰和-10.86‰~-9.74‰。雨季(7-9月)降雨量和土壤含水量分别高于旱季(6,10,11月)24.80~90.10 mm和0.95%~1.84%,但6-9月地下水位却低于10-11月2~7 cm。沙柳根系在旱季6月主要利用深层土壤水(>200 cm)(33.70%)和地下水(26.20%),雨季(7-9月)逐渐转变为以吸收浅层土壤水(<200 cm)为主(50.70%~54.00%),10-11月由于气温降低、降水减少及沙柳生命活动减弱,浅层土壤水(<200 cm)对沙柳根系吸水的贡献高于雨季(7-9月)35.20%~40.00%,而地下水对沙柳根系吸水的贡献显著降低(<5.00%)。因此,沙柳根系对于毛乌素沙地季节性干旱具有较强的适应和调节能力,其吸水来源随降雨量、土壤含水量和地下水位季节波动而变化。     

降雨强度对含砾石土壤产沙及入渗的影响

通过室内模拟降雨研究降雨强度对含砾石土壤产沙及入渗的影响.结果表明:整个降雨过程中,60mm/h的降雨强度下,产沙率变化相对平稳,90 mm/h和120 mm/h的降雨强度下,土壤产沙率的变化均因为有细沟而产生波动,120 mm/h的降雨强度下,细沟出现的时间较90 mm/h的降雨强度提前了5～20min;降雨强度的增加导致土壤总产沙量也显著增加,当降雨强度从90 mm/h增加到120 mm/h时,总产沙量的增加量是降雨强度从60 mm/h增加到90 mm/h时总产沙量增加量的0.83～2.82倍;随着降雨强度的增加,土壤的入渗率有减小的趋势.Kostiakov模型和Horton模型均可以很好模拟3种降雨强度下含砾石土壤的入渗过程,而在60 mm/h的降雨强度下,Horton模型优于Kostiakov模型,在90 mm/h和120mm/h的降雨强度下,Kostiakov模型优于Horton模型.     

不同煤矸石厚度及位置对土壤水分入渗过程的影响

矿区土壤煤矸石的存在能够改变土壤的某些物理特性,并影响土壤水分入渗过程。采用一维定水头垂直入渗室内土柱模拟试验,对5种不同煤矸石厚度(0,4,8,12,16cm)及3个位置(上层、中层、下层)的土壤水分入渗过程进行研究。结果表明,煤矸石覆盖土壤表层有利于土壤水分入渗,土壤水分累积入渗量和稳定入渗速率随着煤矸石厚度(0～16cm)的增加呈现增大的趋势,但煤矸石厚度较大(8,12,16cm)或较小(0,4,8cm)时土壤稳定入渗速率差异不显著。当煤矸石位于中层时,煤矸石的存在抑制了土壤水分入渗过程,土壤水分稳定入渗速率随着煤矸石厚度(4～16cm)的增加而变大,但煤矸石厚度为12,16cm时土壤稳定入渗速率差异不显著。煤矸石位于下层时,煤矸石厚度对土壤水分入渗过程影响较小。不同煤矸石厚度情况下,煤矸石位于上层时累积入渗量最大,而位于中层时累积入渗量最小。与Philip方程相比,Kostiakov入渗模型可以更好地反映含有煤矸石土壤的累积入渗量变化过程。     

含碎石土壤的含水量测定误差分析

碎石的存在增加了土壤含水量测定的难度,为便于应用,一些学者将碎石当作细土或不透水介质处理,这在一些情况下可能产生很大误差。本文对忽略碎石或其含水量所引起的土石混合介质和细土含水量的误差进行了分析,并用室内实验验证了所得到的结果与相对误差的关系。结果表明,细土和土石混合介质含水量的相对误差与碎石含量以及碎石与细土含水量的比值有关。当碎石与细土含水量比值很大时,即便碎石含量很低也会产生很大误差;而当碎石与细土含水量比值很小时,高的碎石含量同样导致很大误差。此外,碎石与细土含水量的相对大小并非常数,而是随含水量变化的。因此,对土石混合介质田间水分状况的准确监测,以及水分和溶质迁移过程的定量模拟需要考虑碎石特性的影响。     

有限元子域法分析土石混合介质的饱和导水率

在黄土高原水蚀风蚀交错地区,碎石的存在影响着土壤的水力学特性,因此研究土石混合介质的渗流运动对该地区的植被恢复建设具有重要的指导意义。虽然用有限元法分析地下水渗流的工作很多,但对土石混合介质而言,由于有限元法的解题规模迅速增加,其研究甚少。本模型采用子域法矩形单元,假定土石体中石块含量增加不影响土的孔隙率且石块不透水分析了土石混合介质中的渗流过程。结果表明,影响土石混合介质饱和导水率的主要因素是土石介质的含石率;石块的大小基本不影响混合介质饱和导水率;石块分布方式增加水流路径时,会影响混合介质饱和导水率。这一数值分析结论与土石体渗流问题的部分理论结果和试验结果吻合良好。本模型子域法计算效率高,结果较准确,可用于较大规模的土石混合介质渗流分析,还可推广用于土石混合介质的三维分析和多级子域法有限元技术以获得更大规模的解题效果。     

蚯蚓粪覆盖对土壤水分蒸发过程的影响

通过模拟试验研究蚯蚓粪覆盖对土壤水分蒸发过程的影响,以蚯蚓粪覆盖厚度和覆盖度为试验变量,试验处理设置如下:覆盖度90%时,4个处理分别为覆盖1 cm、2.5 cm、4 cm和裸土;覆盖厚度2 cm时,4个处理分别为覆盖度30%、60%、90%及裸土,均连续测定15 d的土壤日蒸发量和12 h的日变化量,以及蒸发前后蚯蚓粪和土壤的有机质含量。结果表明:在覆盖度一定的条件下,土壤蒸发量随蚯蚓粪覆盖厚度的增大而减少;当覆盖厚度一定时,覆盖度越大,对土壤蒸发的抑制作用越强,但覆盖度对土壤蒸发过程的影响小于覆盖厚度。因此,蚯蚓粪覆盖对土壤蒸发有一定的抑制作用,土壤蒸发量随着蚯蚓粪覆盖度和厚度的增加而减小。由于蚯蚓粪具有良好的保水性能,且能够有效增加土壤有机质含量,因而对提高土壤持水能力有促进作用。     

黄土高原北部日本弓背蚁巢穴结构特征及其影响因素

黄土高原大量的植被恢复为地栖性土壤动物提供了合适的栖息地和充足的食物,土壤动物的筑巢活动可提高土壤大孔隙的数量。以黄土高原北部神木县六道沟小流域的日本弓背蚁为研究对象,通过石膏浇筑法研究了日本弓背蚁巢穴结构特征,对比了日本弓背蚁(Camponotus japonicus)和针毛收获蚁(Messor aciculatus)成熟巢穴结构的异同,分析了土壤质地、土壤含水量和土壤容重对日本弓背蚁巢穴结构的影响。结果表明:日本弓背蚁的巢穴结构由通道和巢室组合而成,通道为圆柱形,其直径大小为4.1~6.6 mm,巢室的形状为倒置漏斗形或立体椭圆形,巢室横截面面积为606~2 117 mm~2;日本弓背蚁和针毛收获蚁巢穴在通道直径、巢室形状和横截面积、巢穴深度等方面有较大的差异;巢穴体积随着蚂蚁群落规模的增加而增加;日本弓背蚁群落在壤土和壤砂土中均有广泛分布,适宜其生存和繁殖的土壤含水量在60~200 g kg~(-1)之间,在土壤颗粒较大的干燥砂土中并不常见;土壤容重越大,蚂蚁巢穴的结构越简单,其通道的长度、分支、节点和巢穴总体积较小。但是,通道直径主要与蚂蚁的体型相关,不受土壤质地、含水量和容重的影响。本研究从小尺度分析了黄土高原植被恢复通过土栖性蚂蚁对土壤结构产生的间接影响,拓宽了黄土高原北部土壤大孔隙的研究范围。