滇中高原岩溶区典型植物旱雨季水分来源的差异特征

植被恢复是岩溶石漠化生态治理的主要环节，开展植物水分来源辨析和利用策略研究，对植被恢复和保护具有重要的理论和实践指导意义.以滇中高原岩溶区石林县作为研究区域，选取成龄滇青冈、栓皮栎和云南松3种典型地区优势植物作为研究对象，利用氢氧稳定同位素技术和IsoSource模型对3种植物的水分来源进行定性和定量分析.结果显示：(1)所有土壤水、植物木质部水和湖水的氢氧同位素均分布于地区大气降水线[LMWL:δD=8.02δ¹⁸O+8.58(R2=0.98)]附近，表明大气降水是当地各水体的主要补给水源.(2)土壤水δ¹⁸O在季节上呈现雨季贫化、旱季富集的规律，在垂直方向上土壤水δ¹⁸O表现为雨季0-10 cm贫化，20-50 cm富集，而旱季土壤水δ¹⁸O则0-10 cm富集，20-50 cm贫化.(3)滇青冈、栓皮栎和云南松的δ¹⁸O存在差异，同时同一植物不同生境δ¹⁸O也存在明显不同，3种植物δ¹⁸O随季节变化都呈现出雨季贫化、旱季富集的现...     

亚热带针阔混交林土壤-植物-大气连续体（SPAC）中水稳定同位素特征

为揭示亚热带湿润地区森林系统内部的水文过程,通过分析长沙地区针阔混交林内降水、土壤水、樟树(Cinnamomum camphora)和刺杉(Cunninghamia lanceolate)茎杆水与叶片水中稳定同位素组成,并结合相关环境因子,分析了亚热带地区水分在森林系统(SPAC)内部转换过程中稳定同位素的变化特征及其影响因素。结果表明:研究区降水、土壤水和樟树、刺杉茎杆水中δ~(18)O均表现出在湿润期(10月至次年6月)偏正,在干旱期(7—9月)偏负的季节变化趋势。其中,林下土壤水中δ~(18)O随深度的增加季节变化逐渐减小。与茎杆水中δ~(18)O明显的季节变化不同,在湿润期和干旱期典型晴日樟树与刺杉茎杆水中δ~(18)O不存在明显的日内变化。相较于茎杆水中δ~(18)O,樟树和刺杉叶片水中稳定同位素既存在明显季节变化也存在明显的日内变化。在湿润期内,两种植物叶片水中δ~(18)O、Δ~(18)OL(叶片水同位素富集程度)均大于干旱期两种植物叶片水中δ~(18)O、Δ~(18)OL,叶片水线(LWL)的斜率则小于干旱期两种植物LWL的斜率。在湿润期典型晴日内,樟树和刺杉叶片水中δ~(18)O、Δ~(18)O_L明显大于干旱期典型晴日内叶片水中δ~(18)O、Δ~(18)O_L,LWL的斜率则小于干旱期典型晴日内两种植物LWL的斜率。基于Δ~(18)OL与各气象因子的相关性分析得到,在季节变化上,相对湿度、太阳辐射和饱和水汽压差是影响樟树和刺杉叶片水中稳定同位素富集程度的主要因子;在日内变化上,温度、相对湿度和饱和水汽压差对两种植物叶片水中稳定同位素富集程度影响最大。     

亚热带地区不同林分下植物水分利用的季节差异

以长沙地区针阔混交林(样地一)内的刺杉(Cunninghamia lanceolate)、栀子花(Gardenia jasminoides)和低矮经济林(样地二)内的板栗树(Castanea mollissima)、野茶花(Camellia japonica)为研究对象,基于2018年9月-2019年8月期间降水、土壤水和植物茎杆水中稳定同位素数据并结合Iso-Source模型,分析了4种植物水分利用来源的季节变化。旨在揭示亚热带湿润地区不同植物水分利用状况。结果表明:观测期内,土壤水和植物茎杆水中稳定同位素对降水的响应存在时滞。通过比较不同水分条件下4种植物茎杆水线(XWL)和各层土壤水线(SWL)的斜率,可以定性判别4种植物水分利用来源,其结果与Iso-Source模型模拟结果基本一致。在降水较为丰富的10月至次年5月,刺杉、栀子花和野茶花分别主要利用0-20、0-10和0-10cm土壤水,利用比例分别为69.2%、89.6%和56.2%;在雨、旱季过渡期的6-7月,3种植物分别主要利用20-100、0-20和0-60 cm土壤水,利用比例分别为69.5%、63.6%和80.7%;在干旱严重的8-9月,3种植物均主要利用60-100 cm深层土壤水,利用比例分别为78.1%、59.7%和76.8%。板栗树在落叶期(12月至次年3月)几乎不利用土壤水;在10-11月和4月,板栗树主要利用0-10 cm表层土壤水,利用比例均大于40%;而在5-9月,板栗树对深层土壤水利用比例超过40%。研究发现,4种植物水分利用对环境水分的变化较为敏感,均能通过合理的水分利用策略应对季节性干旱。     

祁连山北坡自然恢复杨桦林地植物功能型组成及其影响因素

依据生活型(乔木、藤本、灌木、半灌木、多年生禾草、多年生杂类草和一二年生草本)和水分生态型(旱生、旱中生、中生和湿生)将祁连山北坡次生杨桦林28个调查样地中的81个物种划分为18种植物功能型(Plant functiontypes,PFTs),并通过典范对应分析(CCA)方法研究植物功能型与环境因子间的关系.结果表明:自然恢复杨桦林地植物功能型主要集中在中生多年生杂类草(PFTs16)、湿生多年生杂类草(PFTs23)、旱中生多年生杂类草(PFTs9)和中生灌木(PFTs18)4个植物功能型上;乔、灌、草三层冠层特征和中生植物的大量出现,反映了群落植物生活型趋于复杂化和结构化,生态型逐渐向中生化方向演替的特点;土壤容重、有机碳和全氮含量主要影响植物的生活型分异特征,土壤含水量和林冠郁闭度是植物的水分生态型分异的主要环境因子,而坡位、坡度控制着群落植物总体分布格局的形成.图1表3参31     

不同放牧强度上内蒙古短花针茅草原植物功能群水分和氮素利用效率相关分析

以内蒙古短花针茅(Stipa breviflora)草原为研究对象,设置4个不同的放牧梯度:无牧区、轻度放牧、中度放牧、重度放牧,载畜率依次为0、0.91、1.82和2.71 sheep·hm~(-2)·0.5 a~(-1);根据生活型划分植物功能群(多年生杂类草,多年生禾草,一年生草本,小半灌木),利用稳定性碳同位素测定植物叶片的碳同位素值,结合植物叶片C/N,探讨放牧对植物功能群水分及氮素利用效率的影响,分析不同植物功能群面对干扰时的生理生态应对策略,为放牧条件下荒漠草原植物资源利用对策的选择提供参考。结果表明:(1)随着放牧强度的增大,一年生草本植物的水分利用效率增大(P=0.000 7),而多年生杂草和多年生禾草水分利用效率降低(P=0.000 9,P=0.000 02),小半灌木的水分利用效率没有显著差异(P0.05);(2)随放牧强度的增大,植物功能群的N素含量普遍增大,而C/N普遍降低,植物的资源利用效率降低;(3)在一年生草本植物中,δ~(13)C与C/N呈极显著负相关(r=-0.865,P0.01),而在多年生禾草、杂类草和半灌木中,二者呈显著正相关(r=0.699,r=0.593,r=0.642,P0.05);δ~(13)C与C/N之间的关系因植物体内N的分配而异,不同植物具有不同的资源利用策略。     

温带荒漠植物叶片功能性状对土壤水盐的响应

植物叶片功能性状与环境因子的关系一直倍受关注。以艾比湖湿地国家自然保护区荒漠林为研究对象,布设5条30m×3 000m样带,设置30个样方,并沿土壤水分(4.20%±0.57%)、(9.69%±1.95%)、(17.59%±0.83%)和盐分(3.45±0.46)、(4.72±0.74)、(6.42±0.35)g·kg-1环境梯度系统测量了群落中植物的4种叶片性状,包括叶面积、叶厚度、比叶面积和叶绿素含量等,试图寻找干旱和盐渍化双重胁迫下物种、生活型和群落3种水平上叶片功能性状的调整策略,并对是否出现策略响应现象作出可能解释。结果表明,(1)物种水平上,只有花花柴(Karelinia caspica)和罗布麻(Apocynum venetum)的叶绿素含量与土壤盐分表现出显著线性关系,前者为正相关关系(P0.05),后者为负相关关系(P0.01);所有植物叶片厚度与土壤水分、盐分和水盐比均无显著线性关系(P0.05);罗布麻和白刺(Nitraria schoberi)的叶片面积与土壤水分和水盐比均呈显著负相关关系(P0.05),多枝柽柳(Tamarix ramosissima)与土壤盐分有显著正相关关系(P0.05);芦苇(Phragmites australis)、白刺、梭梭(Haloxylon ammodendron)和胡杨(Populus euphratica)的比叶面积与土壤水分和土壤水盐比之间有显著正相关关系(P0.05)。说明在温带荒漠区,深根系植物能利用更多资源,减弱盐害作用,更易保持叶片功能来适应盐、旱胁迫。(2)生长型水平上,沿着土壤水盐梯度(Ⅰ高水高盐-Ⅱ中水中盐-Ⅲ低水低盐),草本和乔木植物的叶片厚度均呈逐渐升高趋势,叶绿素、叶片面积和比叶面积都呈逐渐下降的趋势;灌木叶片厚度呈倒"V"型变化,叶绿素、叶片面积和比叶面积呈"V"型变化。乔木和草本权衡叶片厚度与面积之间碳投资的功能,以及灌木的丛生特性体现了温带荒漠区不同生长型植物适应不同胁迫环境的生长策略。(3)群落水平上,叶片功能性状在Ⅱ梯度下与I梯度或Ⅲ梯度之间呈显著差异;并且土壤盐分含量和土壤水分含量的解释量均较大,其中土壤盐分含量的解释量最大,为13.7%,土壤水盐比值的解释量最小,为2.4%。说明不同水盐梯度下,群落植物叶片性状梯度性的功能调节保持着资源优化配置,侧面反映出水盐异质性分布在一定程度上决定了温带荒漠区植物群落构建。     

黑河中游盐碱地植物生长与水分变化关系分析

为了探索在盐碱地荒漠化防治中植物对水分变化的响应机理,提取黑河流域中游荒漠区建立的试验站长期定位监测的生物量、盖度、土壤各层质量含水率、地下水埋深、降水量等数据,采用特征参数算法、相关和多元回归分析方法,研究植物生长和水分的年内、年际变化特征及相关回归模型。结果表明,(1)2006─2014年,盖度、生物量、地下水埋深呈波动性增加趋势,0~10、10~20、20~40、40~60 cm土壤质量含水率和降水量呈波动性略有减少趋势。(2)在一年植物生长季的3─11月份,降水量、地下水埋深、土壤各层含水率、生物量和盖度等指标变化趋势基本一致。(3)建立了盖度与生物量、10~60cm(10~20、20~40、40~60 cm)土壤质量含水率、降水量、地下水埋深的回归模型以及生物量与盖度、10~60cm(10~20、20~40、40~60 cm)土壤质量含水率、降水量、地下水埋深的回归模型,且均通过了R2拟合检验、F方差检验、t偏回归系数检验。建立的模型可以解释植物盖度、生物量的变差分别为95.3%、98.6%。该研究可为盐碱地荒漠化防治的水资源管理以及退耕还林、天然林保护等提供理论支撑和参考数据。     

短花针茅(Stipa breviflora)叶片δ~(13)C对载畜率的响应

叶片δ~(13)C值、养分含量等特征体现了植物为获取最大碳收获所采取的生存适应策略,同时δ~(13)C值还可以指示植物的长期水分利用效率,了解荒漠草原短花针植物的水分及资源利用策略有助于人们掌握其生长机制,对分析短花针茅应对干扰的生态对策有重要意义。采用稳定性碳同位素技术,通过测定荒漠草原短花针茅(Stipa breviflora)叶片稳定性同位素值(δ~(13)C),结合植物叶片碳(C)、氮(N)、碳氮比(C/N)、水分含量(LWC)等生理指标,探讨不同载畜率下短花针茅叶片的适应机理。结果表明,短花针茅叶片δ~(13)C值随放牧强度的增大而显著减小(P=0.041),其中对照处理为-26.8‰,轻度放牧处理为-27.2‰,中度和重度放牧处理分别为-27.4‰和-27.5‰,表明随着放牧强度的增大,植物的水分利用效率降低。随着放牧强度的增大,短花针茅叶片N质量分数增大(P=0.003),从对照到重度放牧处理依次为2.1%、2.3%、2.5%和2.7%;C质量分数减小,但不显著(P=0.076),从对照到重度放牧处理依次为46.3%、46.1%、46.1%和45.3%;C/N显著降低(P=0.004),对照到重度放牧处理依次为26.1%、20.7%、19.6%、18.5%,表明随着放牧干扰的增强,植物积累有机物质及资源利用能力下降。相关分析发现短花针茅叶片δ~(13)C值与N质量分数呈显著负相关(r=-0.690,P0.05),与C质量分数、C/N呈显著正相关(r=0.565,r=0.668;P0.01);叶片δ~(13)C值可指示植物有机物质的积累和资源利用能力。     

北亚热带常绿阔叶林乔灌草物种的碳氮磷生态化学计量比

碳氮磷生态化学计量比是认识植物养分利用与分配的重要指标,一定程度上表征了物种在生态系统中的生存适应策略,但不同生活型的物种(如乔灌草)往往具有较大的差异,且缺乏必要关注.因此,为认识四川盆地北亚热带典型常绿阔叶林中主要乔灌草物种的氮磷利用特征,以9个乔木树种、3个灌木物种和4个草本物种为研究对象,分析不同物种叶、枝、皮、茎和根等器官的碳氮磷含量及生态化学计量特征.结果显示:总体而言,草本植物的氮和磷的含量大于乔木和灌木,但乔木物种的碳氮比、碳磷比和氮磷比均大于灌木和草本,表明乔木植物相较于灌木和草本植物可能具有更加高效的氮磷利用效率;不同器官氮含量表现为叶枝皮根茎,但磷含量表现为叶枝皮茎根;碳氮比表现为茎根皮枝叶,碳磷比表现为茎皮根枝叶,而氮磷比表现为皮叶根枝茎. 3类生活型植物同一器官的氮和磷含量、碳氮比、碳磷比以及氮磷比均存在较大的差异,其中乔木叶片的氮磷比小于16大于14,灌木和草本植物的叶片的氮磷比均小于14,表明灌木和草本植物受到氮的限制作用可能较大.这些结果意味着该区域林下植物养分利用效率相对较低且受到氮限制作用更为强烈,可为相似常绿阔叶林可持续经营和管理提供理论依据.(图5表1参36)     

亚热带常绿阔叶林优势植物4种矿质元素的分配特征

植物对矿质元素的吸收和利用是衡量森林群落养分状况的重要指标.为了解亚热带常绿阔叶林植物群落矿质元素分配特征,以华西雨屏区亚热带常绿阔叶林优势植物为研究对象,于2017年8月采集乔木、灌木和草本植物的根、茎、皮、枝、叶样品,测定分析森林群落优势植物矿质元素K、Ca、Na、Mg的分配特征.结果表明:优势植物矿质元素平均浓度表现为Ca K Mg Na;不同功能群各元素浓度存在一定差异,K和Mg浓度以乔木植物最低,Ca和K浓度分别以灌木和草本植物最高,Na浓度在植物功能群间无明显变化;不同植物功能群相同器官的矿质元素浓度明显不同,根系K、Ca和Mg浓度以乔木植物最低,叶片K、Ca、Na和Mg浓度以灌木植物最高,乔木和灌木植物枝条矿质元素浓度差异不显著;同一植物功能群的不同器官显著影响矿质元素浓度,乔木植物Ca浓度以树皮最高,灌木植物K、Ca和Mg元素浓度以枝条最低,草本植物叶片和根系矿质元素无显著差异;K与Mg和Na元素浓度以及Ca与Mg元素浓度显著正相关,Na与Ca和Mg元素浓度呈显著负相关,K和Ca元素浓度相关不显著.因此,亚热带常绿阔叶林植物矿质元素的分配不仅受到功能群及其器官的影响,还受到元素间相互作用的影响.(图4表2参55附表1)     

亚热带3种典型常绿森林土壤和植物叶片碳氮磷化学计量特征

为深入了解亚热带常绿森林生态系统养分循环和系统稳定机制,以四川省宜宾市老君山国家级自然保护区内3种典型森林(水杉和柳杉人工林、中华木荷和鸡爪槭次生林以及总状山矾和天全钓樟原始常绿阔叶林)作为研究对象,研究其表层土壤(0-10 cm)和乔木、灌木、草本生活型植物叶片的C、N、P化学计量特征.结果表明:(1)表层土壤C、N、P含量以原始林最高,人工林最低,人工林土壤C:N最高,次生林土壤C:P最高,原始林土壤N:P最高;(2)乔木叶片C、N、P含量最高,草本植物最低;人工林乔木叶片C:N、C:P比最高;乔木、灌木、草本N:P比分别为13.9、14.1、9.3;人工林乔木N:P(10.2)最低,次生林乔木N:P(14.5)与原始林(13.8)较高;(3)植被整体及乔木、灌木、草本整体叶片N、P含量间Ⅱ类线性回归斜率约等于1,表明叶片N与P含量呈等速投入关系.可见,乔、灌木整体更易受P限制,草本更易受N限制;在土壤N、P供应较为贫瘠的人工林受N限制更为明显,而物种较为丰富、土壤养分供应较为充足的天然林P限制更为明显.(图4表3参37)     

干热河谷优势灌木种类的根系结构及碳氮磷元素含量特征

研究干热河谷优势灌木的根系特征,有助于了解植物根系的养分和水分吸收能力、固土作用及对恶劣环境的适应与生存策略,为干热河谷植被恢复和生态环境改善提供理论依据.选取马桑(Coriaria sinica)、坡柳(Dodonaea viscose)和苦刺(Sophora davidii)3种干热河谷优势灌木种类,对其根系的形态结构特征和碳(C)、氮(N)、磷(P)元素含量状况进行研究.研究结果表明,马桑、坡柳和苦刺的根长、根表面积、干质量以及部分径级比根长(SRL)和比表面积(SSA)无显著差异,马桑0-2 mm根系的比根长显著高于 2 mm根系,表明其0-2 mm根的养分与水分吸收能力优于 2 mm的根;坡柳和苦刺0-1 mm根系的比根长均显著高于 1 mm根系,表明其0-1 mm根的养分与水分吸收能力显著高于 1 mm的根.苦刺根系的平均C、N、P含量显著高于马桑和坡柳,不同径级的N含量均显著高于马桑和坡柳,这与苦刺为豆科植物具有较强的固氮能力有关.根据N:P判断,苦刺根系受P的限制,马桑和坡柳根系受N的限制. 3种灌木的比根长和比表面积与元素含量基本不存在显著相关性,原因在于比根长和比表面积随径级变化的趋势与根系元素含量的变化趋势不同,造成两者相关性不显著.综上所述,干热河谷3种灌木的根系形态结构特征具有一定的相似性,但元素C、N、P含量以苦刺最高,该结果有助于了解当地植物对土壤养分的利用效率和适应生存策略.(图3表4参51)     

稳定氢氧同位素在定量区分植物水分利用来源中的应用

全球气候变化下陆地生态系统的适应性是当前科学研究关注的主题之一,了解生态系统如何响应及影响全球气候变化有利于人类对未来生存环境的预测和适应。生态系统中不同来源水分对植物生长相对贡献决的大小一定程度上决定了生态系统对气候变化的响应方式、程度和响应结果,因此跟踪和分析植物利用水分的来源是制定全球气候变化对策的一个重要研究内容。本文介绍了稳定氢氧同位素技术研究历史及其在定量区分植物利用水分的来源研究中的应用原理与具体方法。由于土壤水分在被植物根系吸收及随后沿导管向上传输的过程中,与外界环境不发生水分交换,因此不存在同位素的分馏过程,所以植物茎木质部水分同位素组成能反映出植物利用的来源水分同位素信息。通过比较植物茎木质部水分与植物利用的不同来源水分同位素值,利用二项或三项分隔线性混合模型(two-orthree-compartment linear mixing model),可以估算出植物对不同来源水分的相对使用量。而由于植物叶片水分同位素组成受到周围环境的温度、湿度、降雨和土壤水分的异质性等许多因素的影响,通过比较分析植物茎木质部水分和叶片水分同位素组成的差异可以得到植物周围环境的气候信息。植物利用水分的来源存在显著的季节性差异,并且,不同生活型植物在利用水分来源上存在明显不同。植物根系的分布及根深是决定植物利用水分来源的一个重要的因素,表层和深层根系的相对分布及其活性影响着植物吸收水分的范围。当然,利用线型分隔混合模型定量区分植物利用水分的不同来源,还有许多值得改进的地方,而且,尽管稳定同位素技术在植物科学中的应用正迅速发展起来,但利用稳定氢氧同位素来分析环境因素对植物影响的研究还只是刚刚展开,还有许多方面值得去进一步探索。     

毛白杨杂种无性系稳定碳同位素值的特征及其水分利用效率

2008年在北京林业大学对9个毛白杨(Populus tomentosa)杂种无性系苗木生长不同时期的叶片、小枝、根的碳同位素δ~(13)C和瞬时水分利用效率WUEi的差异进行研究,分析不同无性系间δ~(13)C与瞬时水分利用效率WUEi的相互关系,目的在于探求δ~(13)C在筛选高水分利用效率毛白杨杂种无性系中的应用价值.结果表明:不同生长时期叶片δ~(13)C值表现为7月<8月<10月<9月,小枝δ~(13)C值表现为8月<9月<10月,叶片δ~(13)C值、小枝δ~(13)C值在不同时期和不同无性系间的差异均达显著水平,无性系间的差异是引起δ~(13)C值变化的主要因素.不同部位碳同位素比值表现为叶片<小枝<根,毛白杨杂种无性系δ~(13)C值在不同部位和无性系间差异均达显著水平,部位间的差异是引起δ~(13)C值变化的主要因素.δ~(13)C值较高的无性系30、83、BL5的WUEi也较高,δ~(13)C值较低的无性系42、26、BT17的WUEi也较低,且不同时期δ~(13)C和WUEi呈较强的正相关,相关系数分别为0.766、0.872、0.675,高δ~(13)C可以作为筛选高WUEi毛白杨的有效指标,且在苗木生长旺盛时期选育能得到更为可靠的结果.     

科尔沁沙地三种常见乔木根-土界面水分再分配初探

根-土界面水分再分配研究对于干旱、半干旱地区退化植被的恢复与重建具有重要意义,同时也是国际植物生理生态学和生态水文学界十分关注的研究领域之一.为了探明科尔沁沙地优势乔木树种樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)、小叶杨(Populus simonii Carr.)、榆树(Ulmus pumila)是否具有根-土界面水分再分配的现象,我们利用时域反射仪(TDR)每隔2 h连续测定植株根际土壤水分,同时应用干沙瓶分根法对3种乔木根-土界面水分再分配作了测定,结果表明:三种常见乔木树种樟子松、小叶杨、榆树均具有根-土界面水分再分配的潜力;并且榆树的水分再分配能力较樟子松和小叶杨强;三种常见乔木根-土界面水分再分配现象一般发生在14:00之后,而分配水量最大的时间多是出现在次日凌晨4:00左右,即4:00-14:00为植物的蒸腾耗水时段,而14:00至次日4:00为植物的水分再分配时段.     

雨季红壤坡地油茶林土壤水势变化特征及耗水规律

利用野外定位观测数据,研究了雨季红壤坡地油茶林土壤水势变化特征及耗水规律.结果表明,土壤水势及其变异系数均为坡上大于坡下,坡上深度50cm、坡下深度40cm以上土层显著受到土壤蒸发和植物蒸腾的双重影响,坡上、坡下深度90cm附近土壤水势变化大于相邻层次.土壤物理性质、根系分布对土壤水势影响显著,深度40、90cm分别为黏土层向砾石层、砾石层向网纹层的转变,水分容易积聚,根系易于向此靠近;吸水根(根直径<1mm)根干重与土层深度呈显著指数型相关,且在深度90cm处所占比例最大,达46.95%;吸水根干重所占比例与深层(70-110cm)土壤水势变化量呈明显正相关.通过零通量面分析,雨季持续干旱时段深层水分整体向上蒸发,但深度90cm处水势变化最大,证实土层深度90cm附近为雨季油茶林主要耗水区域.     

拒马河的水化学、同位素特征及其指示意义

通过水文地球化学的方法来探究拒马河流域的河水与地下水之间的水力联系,从而为拒马河流域地下水的开采与管理提供一定的科学依据.因此,对太行山山前河流拒马河不同河段水样的水温、pH值、电导率、重碳酸根离子进行了现场测定,对水样中的K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Cl~-、SO_4~(2-)、NO_3~-等阴、阳离子以及D和~(18)O进行了实验室测定.7种常规离子的特征分析表明,拒马河不同河段水样水化学类型属于低矿化度的Ca-MgHCO_3型水;δD和δ~(18)O沿程变化特征表明拒马河河水在径流的过程中,δD和δ~(18)O两者均沿程逐渐变化,并且都出现了富集的现象;氘过量参数沿程变化特征表明拒马河河水在径流的过程中发生"氧漂移"现象的原因主要是水/岩相互作用和蒸发作用,并且径流速度从整体来看比较缓慢;补给来源分析表明拒马河不同河段由大气降水补给,其化学成分是大气降水渗入地下经地下循环中各种水化学作用和蒸发作用影响的结果;补给高程的计算表明研究区内拒马河河段的补给高程在58—908 m之间,推断补给区很可能是北京西南部的中—低山区.     

盐渍土系统土壤水-地下水转化规律研究

通过野外定位观测和室内分析,探讨了苏打盐渍土微域特征(32m长的横截面)及其水分和地下水之间的转化规律。结果表明:土壤特征以及微地貌格局是制约土壤表层水分迁移的主要因素,并由此形成了大汽降水-土壤水-地下水转化的特殊模式。盐化草甸土分布在相对低洼的部位,苏打碱土分布在微坡地和高平地。苏打碱土质地为粉砂质亚粘土-粘土-粉砂-砂砾垂直结构,盐化草甸土以粉砂和砂砾结构为主。地表径流为水分迁移的关键环节,盐化草甸土成为地表水和地下水转化的通道。承接微坡地和高平地的径流,盐化草甸土在雨季含水率较多(甚至大到饱和)且迅速补给地下水,使地下水位逐渐上升。坡地土壤(苏打盐渍土)整个土层的含水率变化不显著。运用Vensim对盐渍土系统的土壤水-地下水的转化过程进行了模拟,结果与观测数据基本一致。在现代盐渍化过程研究中,以坡面系统为研究单元并考虑坡面径流,才能认识到盐渍化地区土壤水-地下水之间转化的实质。     

近地层O3污染对陆地生态系统的影响

随着全球气候变化对生态环境的影响日益增加,近地层臭氧(O3)污染的环境生态效应备受人们关注.现有研究表明,陆地生态系统的温室气体NOx和CH4释放、矿质能源消耗和机动车辆尾气排放量的增加将加剧近地层O3污染.O3污染通过降低植物叶片气孔导度、光合速率和净同化作用,改变同化物的分配,进而抑制植物生长和加速植物老化,导致作物和林木减产.O3污染导致植物-土壤系统碳积累和周定降低势必影响未来全球碳动力学和碳预算,而植物和根系生长受到抑制则不利于土壤养分、水分的吸收进而影响植物-土壤系统养分循环,但目前报导极少,尚无法准确判断对全球碳和养分循环的影响,亟待深入研究.由于环境因素间具有互作效应,目前模拟研究过多集中O3与CO2增加对陆地生态系统的复合效应方面,而与其它环境因子(如O3与NO、SO2、水分、温度等)的复合效应研究偏少,不利于在全球气候变化背景下深入了解与预测O3污染对陆地生态系统的影响程度与趋势.基于研究现状,未来应加强:(1)地表O3监测网络建设和监测,结合田间试验和建模加强草地、森林和农田生态系统对O3污染的响应研究;(2)长期定位研究,侧重陆地生态系统对O3污染连合其它温室气体、温度增加等模拟未来气候情景下的环境响应研究;(3)O3污染下土壤.植物系统碳循环和固定研究;(4)O3污染条件下优势植物和农作物在不同时空条件下的土壤.植物系统养分利用研究;以期为判断和预测全球气候变化背景下陆地生态系统对近地层O3污染加剧的响应程度与趋势提供数据资料和科学依据.     

艾比湖湿地典型植物群落土壤养分和盐分的空间异质性

荒漠盐生植物作为艾比湖湿地广泛分布的植物类群,其影响下的土壤养分和盐分的变化特征,对于研究盐生植物适应盐渍化环境的机理有着重要意义。基于2012和2013年对艾比湖湿地3种不同生境(灌丛生境、草甸生境、稀疏乔木生境)进行野外调查,采用传统统计学方法与地统计学方法,对土壤养分和盐分特征进行了初步探究。结果表明:(1)灌丛生境-草甸生境-乔木生境,随湖距和海拔高度的增加,土壤有机质、全氮和全盐含量显著升高(P0.05);(2)表层0~5 cm土壤聚盐和聚养现象极为显著(P0.01),且呈上高下底分层结构;(3)灌丛生境-草甸生境-稀疏乔木生境,土壤有机质、全氮和全盐均具有明显的空间结构特征,且空间分布不均,其空间异质性主要由结构性因素如微地形、湖面积波动、成土母质、气候变化等引起,以条带状和斑块状镶嵌分布;(4)通过对3种不同生境土壤养分和盐分的回归分析表明,土壤有机质含量的变异性是影响土壤全氮变异性分布的重要因子,而土壤盐分异质性的存在,在一定程度上又是引起土壤有机质和土壤全氮异质性的重要因素。