论文部分内容阅读
干旱沙漠地区土壤水分含量极低,沙粒的水分吸附现象明显,土壤水分夜间增加量为沙层吸附和凝结量的混合值,称为吸湿凝结水。对于降水、地表水和地下水丰富的地区而言,由于吸湿凝结水量相对较少,其生态意义不显著,而在降水稀少的干旱、半干旱地区,任何补充性的水源都有可能对其生态系统有重要影响,尤其是对于荒漠区浅根耐旱植物,吸湿凝结水的生态意义极其重要。相对于气象学上的其它水资源,吸湿凝结水并不是一种降水,因为吸湿凝结水不仅依赖局地空气湿度,还受下挚面特征及其周围环境的辐射、热力学、空气动力学特征影响。沙坡头地区降雨稀少,吸湿凝结水在该区生态系统恢复中的意义不容忽视。该区50多年来实施的人工植被固沙工程,以及生物土壤结皮的拓殖和繁衍使得植被格局、表层土壤特性、土壤水分等发生改变,形成了具有不同时间序列演替特征的荒漠生态系统。吸湿凝结水的形成过程、动态特征将随该区微生境条件的变化而存在显著差异。本文选择沙坡头地区不同固沙阶段的生态系统作为研究对象,采用PVC管手动称重、赛多利斯天平自动称重和CPM法对该区人工固沙过程中不同土壤基质、不同植被景观、不同地形特征、不同气象条件下吸湿凝结水的形成特征进行了研究,并初步探讨了吸湿凝结水在该区的生态环境意义。获得的初步结论如下:
1.该区吸湿凝结水主要发生在0-3cm土壤层,占吸湿凝结水总量的90%左右。
2.吸湿凝结过程是一个复杂的物理过程,其中气象条件是影响吸湿凝结过程的主要因子,近地面空气相对湿度、近地面气温、表层地温、气.地温差、气温-露点温差、蒸发、风力、降雨后时间间隔都影响吸湿凝结水的形成特征,其它环境因子通过调节气象因子对吸湿凝结水的形成起作用。
3.不同天气状况下吸湿凝结水的形成特征存在差异,吸湿凝结水的形成数量和形成间期具有一致的变化趋势;晴天吸湿凝结水形成量最大且持续时间最长,风日吸湿凝结水形成量最小且持续时间最短,多云天气吸湿凝结水形成量和持续时间均居中,出现大雾显著增加了吸湿凝结水的形成数量和持续时间。
4.该区人工固沙过程不同阶段形成的不同土壤发育类型影响吸湿凝结水的形成特征,吸湿凝结水形成量和形成间期均表现为:生物上壤结皮>物理性结皮>流沙,且生物土壤结皮表层吸湿凝结水形成量显著高于物理性结皮和流沙。从吸湿凝结过程开始的时间看,生物土壤结皮表层吸湿凝结过程开始时间较流沙早,在相对较低的空气相对湿度和较高的气温下即开始吸湿凝结作用。
5.不同植被景观的形成改变了局地微气象条件,影响吸湿凝结水的形成特征。植被灌丛越大,其下土壤表层吸湿凝结水形成量越少,且植被对其下物理性结皮和生物土壤结皮表层吸湿凝结水形成量的影响比流沙表层大;不同微生境下吸湿凝结水形成量表现为:流沙裸地>油蒿植被灌丛间>柠条植被灌丛间>死亡油蒿植被灌从下>死亡柠条植被灌丛下>油蒿植被灌丛下>柠条植被灌丛下,成活植被灌丛下三种土壤基质表层吸湿凝结水形成量均显著低于裸露沙地,死亡植被灌丛下和成活植被灌丛下物理性结皮和生物土壤结皮表层吸湿凝结水形成量与裸露沙地上均有显著差异,且这两种土壤基质表层吸湿凝结水的形成量在成活植被灌丛下和植被灌丛间均有显著差异。
6.相同植被灌丛周围不同垂直高度处吸湿凝结水的形成量表现为:植被灌丛上50cm>植被灌从上层边缘>植被灌丛下,上述微生境在黎明后均有吸湿凝结水形成,且越接近地表,黎明后吸湿凝结水形成量占吸湿凝结水最大形成量的比例越高;上述微生境日出后吸湿凝结水的形成时间均占总日间生成时间的50%以上,与吸湿凝结水形成量的分布规律相反,黎明后吸湿凝结水形成问期和总日间形成间期均表现为:植被灌丛下>植被灌丛上层边缘>植被灌丛上50cm,且越接近地表,黎明后吸湿凝结水形成间期占总同问形成间期的比例越高,植被灌丛的遮蔽使得其下吸湿凝结水日出后存留时间延长。
7.地形作用下吸湿凝结水的形成量和形成间期均表现为中等空间异质性,不同坡向吸湿凝结水形成量符合经典的水汽对流模型,丘间低地吸湿凝结水形成量最高,迎风坡吸温凝结水形成量高于背风坡,表现为:丘间低地>西面向坡>北面向坡>丘顶>南面向坡>东面向坡;同一坡向不同坡位处吸湿凝结水形成量表现为:坡脚>坡中>坡顶;坡度与吸湿凝结水形成量呈负的线性相关关系,随着坡度的增加,吸湿凝结水形成量逐渐减少,垂直坡面上吸湿凝结水形成量仅为水平面的一半。
8.沙坡头人工固沙植被区吸湿凝结水形成量与生物土壤结皮中叶绿素含量呈正相关关系,能够提高该区生物土壤结皮的生长活性,有利于其生物量的积累;吸湿凝结水与土壤表层水分含量的相关性不明显,但夜间形成的吸温凝结水在日间参与了地表水分与大气层水汽的交换过程,弥补了日间蒸发作用导致的土壤水分的散失,使得表层土壤水分不会无限制降低。