荒漠区灌木对降水脉动响应研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘冰 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-05-06 |
| 授予单位 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 |
| 授予地点 | 寒区旱区环境与工程研究所 |
| 导师 | 赵文智 |
| 关键词 | 荒漠灌木 降水脉动 降水再分配 土壤水分 液流 光合作用 |
| 其他题名 | The response of the desert shrubs on the rainfall pulse in desert regions |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 中文摘要 | 在荒漠区，降水具有脉动特征，降水格局主要以小降水事件为主, 大降水事件(≥10 mm)所占比例较小。大降水事件通常能导致较大的脉动事件，而小降水事件只能导致较浅的降水入渗。荒漠植物吸收大降水事件后，蒸发和呼吸作用显著增强，植物体内水分循环和液流加快，能促进植物生长、生殖和生产力并诱发一系列响应。所以，深入研究荒漠灌木液流和光合参数对降水脉动响应是理解荒漠植物对降水生理响应的基础，对荒漠植物适应干旱环境的生理生态格局及其对全球气候变化响应的认识具有重要的生态学和生理学意义。因此，基于野外试验及其仪器观测，综合运用植物生态学、植物生理学、土壤学以及统计学等多学科的相关理论和方法，研究荒漠灌木对降水脉动响应，将获得一些初步的结论： 1、荒漠区降水特征及脉动规律 研究区1967～2008年的年均降水量为113mm，年际变化占27.93%。降水事件主要以≤5 mm 降水为主，年际变化相对较小。大降水事件(≥10 mm)频率较低，年际变化幅度很大，但大降水事件对年降水量的贡献较大，降水属于典型的干旱区降水脉冲事件。降水主要以≤5 mm d-1的降水日期为主且变化较为稳定，≥10 mm d-1的降水日期变异较大。<10 d间隔期所占全年无降水期的比率最大，且频率基本稳定(CV=18.29%)，>10 d间隔期频率变异较大(CV=27.21%)。年降水量与降水事件、降水期、<10 d间隔期及总降水间隔期存在显著正相关性(R2>0.431，P<001)。≤5 mm和>10mm降水总量与年降水量成线性关系。≤5 mm降水总量变异系数为24.57%，接近年降水量的变异系数(27.93%)，而>10mm降水总量变异系数为76.68%，表明不同水文年份在大降水事件上的差异是其降水总量和降水格局差异的主要原因。 2、荒漠灌木的降水再分配特征 在荒漠区，梭梭、沙拐枣、柽柳和泡泡刺的穿透率、茎流率和截留率依次为78.85% ～ 86.29%、5.50% ～ 8.47%和7.54% ～ 15.95%，且穿透降水和树干茎流阈值分别为0.12 ～ 0.37mm和0.70 ～1.17mm。降水再分配特征是降水特征、气象条件和冠层结构相互作用的结果。穿透降水量、树干茎流量和冠层截留量均与次降水量呈显著线性关系(P<0.0001)。穿透率、茎流率和截留率与次降水量呈对数函数关系(P<0.01)，但与1小时最大降水强度呈抛物线关系(P< 0.01)。穿透率和茎流率随降水特征指标的增加而增加，但除平均风速、温度和树冠蒸发量外，截留率随其它降水特征指标的增加而减小。冠层形态特征与穿透率的相关性不显著。除枝下高和叶倾角外，其它冠层形态指标与茎流率相关性显著(P< 0.01)。枝下高、叶倾角与截留率相关性不显著，而叶面积指数、分枝倾角、冠幅和分枝数与截留率相关性显著(P< 0.01)。荒漠灌木的集流率为30.27% ～ 164.37%，大量降水凝聚在植物根际区，从而验证了树干茎流是植物在干旱条件下生存和生长的重要水分来源之一。 3、荒漠区土壤水分对降水脉动响应 在荒漠区，降水前后土壤水分特征存在显著差异，且随土层的增加差异逐渐变小。土壤水分在降水量、土壤深度和降水前后的差异极显著，交互效应也极显著(P<0.0001)，表明不同深度的土壤水分对降水脉动有显著的响应现象。<10 cm土壤含水量随降水波动较大，而较深层的土壤含水量和变异系数均很小；土壤水分对降水脉动响应表现为较大降水后土壤含水量激增，由于蒸散作用而缓慢减小，直到再次遇到降水补充为止。降水前后土壤含水量的时间序列变异规律均能较好地拟合成变异函数的理论模型。降水前后土壤含水量的C/(C+C0)值均>0.910，说明随机变异均小于结构性变异，反映出荒漠区土壤水分在时间尺度上具有较强的自相关格局。降水使荒漠区土壤水分含量增加，使土壤水分空间结构差异呈现出下降的趋势，且土壤水分在时间序列上异质性降低。 4、荒漠灌木液流对降水脉动响应 荒漠灌木枝条液流速率日变化曲线表现为双峰型，基茎为单峰型，表明枝条有“午休”现象，而基茎没有。降水后，液流启动时间提前了约1h，液流速率响应率为2.05～3.06倍。枝条响应比基部明显，响应存在较大的种间及其种内部位间差异，表现了根际层土壤及植物功能类型对降水的分割作用。随降水量级的增加，两种灌木液流速率响应率逐渐显著增加(P<0.05)，而后减小。液流响应在降水量、种间、部位和脉动期均差异性显著，除脉动期外，交互效应也均差异性显著，其符合Reynolds et al关于降水、土壤水分和植物响应的“脉冲式-储备”模型理论。液流速率的降水响应格局与理想化的“T-D”模型图基本一致，其响应顺序依次为：枝条(沙拐枣) >基茎(泡泡刺) >枝条(泡泡刺) >基茎(沙拐枣)，且液流对降水响应也出现了等级响应现象的累积效应。基茎液流响应的降水阈值下限分别为4.8和5.2mm，上限为12mm，滞后4.17～5.13天。枝条液流响应的降水阈值为0.6mm，表明小降水事件对植物生长和生存具有十分重要的生态学意义。 5、荒漠灌木光合作用对降水脉动响应 两种灌木光合参数在降水脉动期有显著的响应现象 (P<0.001)，但种间差异不显著，表明响应现象是由降水脉动形成的。光合利用效率响应显著 (P<0.001)，但种间差异及交互效应不显著。在降水脉动期，光合参数对土壤水分脉动表现了显著的响应现象 (P<0.001)，响应曲线随土壤水分的增加呈抛物线形。光曲线和CO2曲线在降水前后发生了明显的变化，拟合曲线均符合MnMolecular 函数，且具有很高的拟合度(R2=0.99)。降水前后，除沙拐枣光补偿点和暗呼吸速率不显著外，光曲线参数差异均显著(P<0.05)；除泡泡刺的CO2补偿点、饱和点和呼吸速率不显著外，其它CO2曲线参数在降水前后均达显著水平(P<0.05)，表明荒漠灌木光合生理对降水脉动具有明显的响应。将来，干旱区降水增加15%，而土壤水分在增加15%的情况下泡泡刺和沙拐枣光合速率的响应较为明显。因此，在荒漠区，荒漠灌木将通过提高同化速率来响应将来降水增多的气候变化。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 137 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21828]  |
| 专题 | 寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘冰. 荒漠区灌木对降水脉动响应研究[D]. 寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2009. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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