乌兰布和沙漠东北缘防护林内外沙尘暴低空结构特征

基于内蒙古磴口荒漠生态系统国家定位观测研究站近地层(050m)风沙监测塔所收集的8次沙尘暴的沙尘水平通量、垂直通量和风速风向数据,对乌兰布和沙漠东北缘中小尺度条件下的防护林内外沙尘暴过程中风况变化、沙尘分布特征以及防护林对沙尘暴的影响进行研究。结果表明:①沙尘暴发生过程中,防护林内外风速均随高度增加呈现递增趋势,风速廓线特征遵循幂函数,防护林内外均以W、WNW、NE方向为主,但每个方向所占比例不同。②防护林外沙尘水平通量及沙尘浓度随高度增高显著减小,其垂直分布特征均符合指数函数关系;防护林内沙尘水平通量及沙尘浓度则随着高度增高缓慢上升,其垂直分布特征均符合幂函数关系。沙尘垂直通量则均随着高度的增高明显减小,其垂直分布特征均符合幂函数关系。③沙尘暴经过防护林体系时,风速显著削弱,平均消减31.03%;沙尘水平通量降低298.16g·m^-2,垂直通量降低0.37g·m^-2,沙尘浓度降低22.48g·m^-2。     

不同时间尺度土壤因子与柽柳液流速率关系的差异

【目的】研究土壤因子对柽柳液流的影响及存在时间尺度差异,为不同时间尺度下更为准确的分析柽柳液流的变化规律。【方法】利用PS-TDP8树木液流监测系统及5TM土壤温度与湿度传感器对库姆塔格沙漠东南部柽柳液流速率及土壤因子(土壤含水量SWC及土壤温度Ts)持续 5个月同步观测。【结果】月尺度下,Ts_20cm是液流速率变化的主要影响因子,单独能解释91.7%的液流速率变化;日尺度下,进入的土壤因子依次为Ts_20cm、Ts_200cm、SWC_50cm、SWC_150cm、SWC_20cm,Ts_20cm可以解释液流速率变化的72.1%,5个因子共同可以解释82.9%的液流速率变化,日尺度下对柽柳液流速率影响最大的也是20 cm层土壤温度;小时尺度下,对液流影响最大的是Ts_20cm,Ts_20cm可以解释液流速率变化的37.6%,6个因子共同可以解释55.9%的液流速率变化。随着时间尺度的扩大,与柽柳树干液流显著相关的土壤因子个数有减少的趋势,而对其解释程度则有增加的趋势。【结论】土壤因子模拟计算小时尺度柽柳液流速率需要的参数较多,预测月尺度液流速率需要的参数最少,可靠性最大,能够较好地解释柽柳液流速率变化,月尺度预测柽柳液流速率更加准确。     

乌兰布和沙漠东北部不同下垫面的小气候变化特征

研究沙区不同下垫面小气候特征对充分利用气候资源及保证林业和农业的正常发展具有实践意义。该研究基于内蒙古磴口荒漠生态系统国家定位观测研究站2018年1-12月监测的荒漠区、荒漠-绿洲过渡带和绿洲内部的气温、相对湿度、风速和风向等气象资料,研究了3种下垫面的小气候特征并探讨了产生差异的原因。结果表明:1)荒漠区、荒漠-绿洲过渡带和绿洲内均为白天气温差异较小,夜间相差较大;由于近地层(0～50m)具有明显的逆温现象,使得植被在气温较高季节发挥降温增湿作用,而冬季发挥保温作用;2)绿洲使年均相对湿度增加1.31～2.57个百分点;就季节而言,夏、秋季,绿洲内的相对湿度较荒漠区和过渡带分别高4.04～6.17和0.93～1.94个百分点,春、冬季,由于近地层(0～50 m)存在明显的逆湿现象,因此绿洲内的相对湿度较荒漠区和过渡带分别低0.37～1.41和6.55～8.71个百分点;3)荒漠区、过渡带和绿洲内风向年变化特征均为以偏西风(W,WSW,SW,SSW)为主,荒漠区和过渡带的风向多变,绿洲内风向相对较为集中,绿洲能够使年均风速降低32.99%～37.05%。乌兰布和沙漠东北部过渡带植被和绿洲防护林体系对小气候具有很好的调节作用(降温、增湿、削减风速),研究区局地小气候主要体现在风速和夏秋季湿度上,而气温和冬春季湿度分别主要受逆温和逆湿的影响。     

西鄂尔多斯荒漠灌丛土壤粒径分形特征与养分的耦合关系

植物适宜的生长和发育需要理想的土壤机械组成与养分保障,土壤分形维数和养分的分布特征及其关系对研究土壤结构的稳定性、抗风蚀性和水肥运动有着重要的作用。四合木(Tetraena mongolica)、沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)和霸王(Zygophyllum xanthoxylum)作为西鄂尔多斯地区广泛分布的3种孑遗濒危荒漠灌木物种,既是重要的自然资源,也是天然的生态屏障,对保障荒漠草原生态系统稳定安全具有重要意义。本研究通过测定分析3种灌丛0–60 cm土层深度的土壤颗粒机械组成、土壤体积分形维数和土壤养分含量的垂直分布特征,探讨荒漠草原土壤分形特征与土壤养分的关系,揭示灌丛植被生存与扩散机制。结果表明,3种典型灌丛拦截风沙流后沉积在灌丛土壤粒度特征不同,其中粘粉沙、极细沙体积百分含量和分形维数在不同物种间差异显著(P <0.05),土壤分形维数表现为四合木(2.432±0.041)>沙冬青(2.391±0.046)>霸王(2.276±0.034)>裸沙地(2.218±0.059);土壤分形维数主要由粒径小于0.5 mm的粘粉沙(...     

库姆塔格沙漠东南部柽柳液流特征及其与气象因子的相关分析

[目的]揭示库姆塔格沙漠东南部柽柳的水分传输过程,探究柽柳的耗水特性,为该地区柽柳生长及生理研究提供数据支撑,对该区域柽柳经营管理具有一定理论意义.[方法]利用PS-TDP8树木茎流监测系统对库姆塔格沙漠东南部柽柳的液流变化进行测定,采用相关分析及逐步回归法分析气象因子对柽柳液流的影响.[结果]柽柳茎干液流速率整体为"...     

平茬年限和林龄对沙冬青叶片功能性状及土壤化学计量特征的影响

为阐明平茬年限和林龄对沙冬青叶片功能性状及灌丛下土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征的影响,采用方差及相关性分析方法研究沙冬青被平茬后更新恢复生长的机理和策略,探讨C、N、P化学计量特征对沙冬青种群生长及恢复的指示意义,从而更好地解释平茬复壮后植物补偿性生长机理与持续年限,以期在理论与技术上解决孑遗植物种质资源的保存与修复,为天然沙冬青种群在生态系统中演变特征进行预测和评估提供基础资料。结果表明:1)沙冬青经平茬处理后,叶片面积显著增大(P<0.05)。平茬恢复生长1年的沙冬青比叶面积、叶片N含量、叶片P含量显著升高(P<0.05),且随平茬年限和林龄的增加呈下降趋势,叶片干物质含量变化趋势与比叶面积相反,叶片碳含量在不同平茬年限和林龄下无显著差异(P>0.05)。叶片N含量与叶片P含量、比叶面积呈极显著正相关,叶片干物质含量与比叶面积呈极显著负相关,且与叶片N含量、叶片P含量呈显著负相关。2)叶片与土壤中的C、N、P化学计量特征对平茬年限和林龄变化的响应不完全一致。平茬年限和林龄对沙冬青灌丛下土壤有机碳含量产生显著影响(P<0.05),但对土壤P含量无显著影响(P>0.05),仅林龄对土壤全N含量影响显著(P<0.05)。随着平茬年限和林龄的增加,土壤C、N含量呈上升趋势,土壤P含量呈下降趋势。3)在叶片C、N、P化学计量特征中,叶片P与C:P对平茬年限和林龄变化反应最为敏感,对于沙冬青更新恢复生长及种群动态变化规律具有指示意义。平茬恢复1、3和8年的沙冬青叶片N:P平均值分别为14.79、15.77、17.81,幼龄林、中龄林和成熟林沙冬青叶片N:P平均值分别为15.32、18.23、21.76,可见随着平茬年限和林龄的增加,沙冬青生长由N、P共同限制逐渐转向更受P的限制。     

沙冬青种子形态和比叶面积沿降水梯度的变化特征

种子形态学性状对种子植物繁衍具有重要的调控作用,比叶面积反映植物截获光能的能力,这二大功能性状反映了植物对环境的适应策略及自身调控机制。以天然沙冬青种群为研究对象,沿270-50mm年降水梯度,测量分析了6个分布区内的标准株的种子和叶片。结果表明:6个自然分布区的沙冬青种子长度、宽度、体积、表面积及千粒重均有显著性差异(P<0.05),而种子长宽比差异不显著(P>0.05)。其中种子体积变异程度最大,且种子多项形态指标的协同作用显著,说明种子通过调节大小和性状间的最优组合来适应环境的变化。不同区域的环境因子中仅年平均降雨量对沙冬青比叶面积的影响显著,且随着雨量的增加,比叶面积呈增大趋势,表现出显著的正相关性(P<0.05)。沙冬青种子各性状与比叶面积之间存在负相关关系,但仅种子长度与比叶面积的相关性显著,说明植物的资源营养生长和种子繁殖生长的时期本身不完全同步,两者间的权衡关系体现了沙冬青对外界环境变化的适应策略。     

荒漠植物白刺新固定碳在植物-土壤系统中的分配

定量生长季内荒漠植物新固定碳在植物-土壤的分配规律,对理解全球碳循环有着重要意义。采用野外原位13C-CO2脉冲标记法,测定植物各器官及土壤13 C丰度值,比较不同标记时间段白刺新固定碳分配在不同器官、土壤和呼吸损失中的分配规律,并量化了白刺光合碳向地上、地下碳库的转移。结果表明:不同标记时间段内13 C-新固定碳在白刺叶、茎、根、土壤中的分配差异明显。在标记后1h内,叶片和茎中13 C丰度值迅速上升到最高值,13C丰度值分别达到520.1‰和592.5‰,比对照分别增加14和20倍,此后13 C丰度值随时间推移逐渐下降,直至趋于稳定;而标记后18h在根系和土壤中发现被标记的13 C,13 C丰度值分别达到9.5‰和-23.8‰,白刺新固定碳经地上部呼吸和土壤呼吸损失量分别在标记1和18h后达到最大。标记32d后,白刺新固定碳在地上部和地下部13 C分配比例分别占35.59%和32.49%,呼吸损失(地上呼吸+土壤呼吸)占31.92%。荒漠植物白刺生长季年固碳量为2895.6kg C·hm-2·yr-1,表明白刺在荒漠生态系统碳循环中起着重要的碳汇作用。     

浑善达克沙地3种灌木土壤分形特征与养分关系

以浑善达克沙地广泛分布的3种典型荒漠草原灌木柄扁桃、小叶锦鸡儿和狭叶锦鸡儿灌丛下土壤为研究对象,测定分析3种灌丛下0~60 cm土层深度的土壤颗粒机械组成、土壤体积分形维数和土壤养分含量的垂直分布特征,探讨草原灌丛化后土壤分形特征与土壤肥力的关系,揭示灌丛植被在荒漠草原的生存与扩散机制。结果表明,3种典型灌丛形态结构存在差异,拦截风沙流后沉积在灌丛下的土壤粒度特征不同,其中粘粉沙体积含量和分形维数在不同物种间差异显著(P<0.05)。土壤分形维数表现为小叶锦鸡儿(2.346)>狭叶锦鸡儿(2.259)>柄扁桃(2.149)>裸沙地(2.057);土壤分形维数主要由粒径小于0.25 mm的粘粉沙(<0.05 mm)、极细沙(0.05~0.1 mm)和细沙(0.1~0.25 mm)体积百分含量决定,其中0.1 mm粒径是决定研究区灌丛下土壤分形维数的临界粒径,即小于该粒径的粘粉沙、极细沙含量越多,土壤分形维数越高。灌丛下土壤有机质和全氮含量与土壤分形维数存在极显著正相关关系(P<0.01);土壤有机质含量随土层深度增加而递减,全氮和全磷含量随土层波动性较强,不同物种间土壤有机质和全氮含量差异显著(P<0.05),而全磷含量差异不显著。灌丛覆盖的土壤结构和肥力均较裸沙地有明显改善,不同物种改良土壤的效果依次为小叶锦鸡儿>狭叶锦鸡儿>柄扁桃。     

乌兰布和沙漠人工梭梭夏季茎干液流变化特征及其与气象因子的关系

为了揭示乌兰布和沙漠人工梭梭水分利用规律,探究人工梭梭的生态适应能力,利用PS TDP8树木茎流监测系统和自动气象站对乌兰布和沙漠1979年人工种植梭梭的液流变化及其周围的环境因子进行观测,采用逐步回归及相关分析法对茎干液流变化规律及其与太阳总辐射、空气温度、相对湿度、风速、土壤温度、土壤含水量的相关关系进行研究。结果表明：梭梭晴天茎干液流日变化呈“单峰型”,雨天茎干液流日变化呈“双峰型”;夏季晴天梭梭茎干液流在7:00左右启动,9:30左右出现峰值,液流在10:20以后开始迅速下降,至21:30基本下降到极低值,夜间仍有液流。直径125和895 cm的梭梭液流日累积量分别为1423 和260 L。晴天,茎干液流速率变化幅度较大,白天的液流速率高于夜间。雨天的液流峰值显著低于晴天,且夜间液流小于晴天。相关性分析表明,晴天,影响梭梭液流速率的环境因子依次为太阳总辐射、土壤含水量、空气温度、空气相对湿度、土壤温度、风速;雨天,影响梭梭液流速率的主要环境因子依次为太阳总辐射、空气温度、空气相对湿度、土壤温度、风速、土壤含水量。研究结果可为人工梭梭林的经营管理提供理论支撑,对沙漠地区人工梭梭的管理和保护有重要的理论和实际意义。