塔里木沙漠公路防护林土壤有机碳动态及呼吸特征研究

土壤碳是全球最大的碳源。土壤呼吸是全球碳循环和气候演变的关键生态过程。目前极端干旱区人工林生态系统土壤有机碳动态及呼吸特征方面的资料相对匮乏，相关资料在区域乃至全球碳循环研究中必不可少。为此，本研究立足于世界第二大流动沙漠腹地，以塔里木沙漠公路防护林生态系统中定植年限不同的防护林地为研究材料，通过研究土壤有机碳动力学特征，初步了解防护林对风沙土发育过程中土壤固碳潜力的影响；模拟咸水灌溉影响下凋落物分解过程，理解防护林对于风沙土的碳释放特征的影响。本研究成果能够丰富极端干旱区碳平衡研究的基础资料，有益于极端干旱区碳循环理论体系的完善；同时可为塔里木沙漠公路防护林生态工程的可持续性管护提供科学决策依据。本研究主要成果如下。 （1）随防护林定植年限增大，土壤有机碳储量只有柽柳林地略微升高。值介于1192-2316 g/m2之间，均值为1704 g/m2。就植物种类而言，土壤有机碳储量大小顺序为沙拐枣 > 柽柳 > 梭梭。就不同土层而言，土壤有机碳含量仅在0-50 cm范围内随土壤深度增加而减少，50 cm以下变化不明显。 （2）随防护林定植年限增大，表层土壤（0-10 cm）惰性有机碳（包括团聚体、腐殖质、抗氧化性和抗酸解性有机碳）含量增加，其中团聚体和腐殖质有机碳含量逐年增加，而抗氧化性和抗酸解性有机碳只在定植年限5-7年时增加明显。各碳组分之间极显著相关，其中团聚体、腐殖质有机碳与总有机碳的相关性较高。就各惰性碳在总有机碳中的相对含量而言，团聚体和抗氧化性有机碳的含量较高，而抗酸解性有机碳含量最低。 （3）随防护林定植年限增大，腐殖质结构中C=O的相对含量（C=O / C-O-C）先降低后升高；支链聚亚甲基碳占末端甲基碳的比例（CH2 / CH3）在7年时最高，之后略有降低并趋于稳定。 （4）在夏末、秋季和初冬季节（6月30日-11月18日），随凋落物分解时间的增加，土壤呼吸速率呈波动式降低；随土壤深度增加，土壤呼吸速率在分解过程的夏末和秋初（6月30日-9月10日）时，表层大于亚表层。在夏末和秋初（6月30日-8月10日）时，三种植物对土壤呼吸速率的影响大小为柽柳 > 沙拐枣 > 梭梭。淡水灌溉下土壤呼吸速率明显高于咸水，两种咸水灌溉下土壤差异不明显。施氮肥后土壤呼吸速率明显增加。 （5）秋季防护林土壤呼吸速率日变化呈单峰曲线模式，最大值出现在正午14-16时（北京时间），晚上22-24时（北京时间）降至最低；随土壤深度增加，土壤呼吸速率降低；随灌溉水矿化度增加，土壤呼吸速率降低, 并且亚表层表现较明显；三种植物对土壤呼吸的影响大小为梭梭 > 柽柳 > 沙拐枣。 （6）随土温和气温的变化，防护林土壤呼吸速率月变化模式较为复杂，可用复合（Compound）、增长（Growth）、指数（Exponential）和逻辑曲线（Logistic）来模拟。灌溉咸水土壤呼吸速率日变化与温度呈三次函数关系（Rs = b3T3 + b2T2 + b1T + a），并且与5 cm深度处温度的拟合曲线决定系数（R2）最高，而与气温拟合关系决定系数最低。两个分解层中，表层土壤呼吸速率的变化用温度拟合的准确性较高。三种植物中，柽柳的拟合曲线的决定系数（R2）的均值最大，梭梭最小

两种生境条件下6种牧草叶绿素含量及荧光参数的比较

昆仑山前山牧场海拔较高, 策勒绿洲海拔相对较低, 两者生境差异较大。以昆仑山前山牧场和策勒绿洲边缘两种不同生境条件下生长的6种牧草: 冰草(Agropyron cristatum)、无芒雀麦(Bromus inermis)、矮生高羊茅(Festuca elata)、披碱草(Elymus dahuricus )、红豆草(Onobrychis pulchella)及和田大叶(Medicago sativa var. luxurians)为试验材料, 研究了不同生境条件下牧草叶片叶绿素含量及叶绿素荧光动力学参数的变化情况。结果显示: (1)在两种生境条件下, 昆仑山前山牧场生境生长的牧草叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素的含量明显较高, 生长在策勒绿洲生境的牧草品种叶绿素a/b值较高; (2)昆仑山前山牧场生境牧草最大荧光、光系统II (PSII)最大光化学效率、PSII潜在活性和单位面积反应中心的数量的值明显高于策勒绿洲生境品种, 而初始荧光、单位反应中心吸收的光能、单位反应中心捕获的能量、单位反应中心耗散的能量、荧光诱导曲线初始斜率值则低于策勒绿洲生境品种。因此, 两种生境下环境因子发生了改变, 对牧草产生综合的胁迫作用; 策勒绿洲生境明显对牧草生长产生了抑制, 策勒绿洲生境牧草的色素含量降低以及PSII的机构遭到损坏, 导致反应中心一部分失活或裂解, 剩余有活性的反应中心的效率增加, 昆仑山生境则相对比较适宜牧草生长; 两种生境不同牧草叶绿素含量和叶绿素荧光参数的变 化幅度不同

铝酸钾溶液碳酸化分解的动力学

对铝酸钾溶液碳酸化分解过程进行研究,建立碳酸化分解过程的动力学模型。借鉴拜耳法晶种分解的动力学模型,对碳分动力学数据进行多元回归,得到动力学方程。结果表明:碳酸化分解的表观活化能为39.2708kJ/mol,说明铝酸钾溶液碳酸化分解需要突破的壁垒小;瞬时晶种量对碳酸化分解过程的影响较小;相比铝酸钠溶液碳酸化分解,苛碱浓度对铝酸钾溶液分解的影响更大。铝酸钾溶液在40~80℃碳化分解,所得氢氧化铝为拜耳石型。</p

塔克拉玛干沙漠南缘玉米对不同荒漠化环境的生理生态响应

为了研究玉米对不同荒漠化环境的适应性，以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲外围不同荒漠化程度下生长的玉米为试验材料，大田试验为手段，布置 3 个胁迫水平( 轻度荒漠化、中度荒漠化、重度荒漠化) ，研究了玉米的土壤含水率、植株高度、生物量分配、脯氨酸( Proline) 、丙二醛( MDA) 、可溶性糖( Sugar) 、叶绿素( Chl) 、叶绿素荧光参数、比叶面积( SLA) 等在不同胁迫梯度下的变化特征。结果显示: 随着荒漠化程度的加剧，玉米生物量、脯氨酸、丙二醛、叶绿素、类胡萝卜素、Chl a/b、叶绿素荧光参数都有不同幅度的下降; 中度荒漠化可溶性糖含量最低，重度最高，轻度介于两者之间; Car/Chl、比叶面积和地下生物量占总生物量的比重都随荒漠化程度的加剧，呈增加趋势。结果表明，荒漠化环境明显对玉米的生长产生了抑制作用; 随着荒漠化程度的加剧，玉米植株的光合色素含量降低，PSⅡ受到影响，从而影响植株的光合作用，使玉米物质的积累受到影响; 玉米自身通过在营养器官分配更多的能量和积累调控物质，并且在形态结构上也会发生某些改变以适应更恶劣的环境。随着胁迫程度的加剧，对其生长抑制愈严重

铝酸钾溶液碳酸化分解的动力学

对铝酸钾溶液碳酸化分解过程进行研究,建立碳酸化分解过程的动力学模型。借鉴拜耳法晶种分解的动力学模型,对碳分动力学数据进行多元回归,得到动力学方程。结果表明:碳酸化分解的表观活化能为39.2708kJ/mol,说明铝酸钾溶液碳酸化分解需要突破的壁垒小;瞬时晶种量对碳酸化分解过程的影响较小;相比铝酸钠溶液碳酸化分解,苛碱浓度对铝酸钾溶液分解的影响更大。铝酸钾溶液在40~80℃碳化分解,所得氢氧化铝为拜耳石型

塔克拉玛干沙漠南缘9种禾本科牧草光系统Ⅱ特性

以新疆塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲边缘广泛种植的中间偃麦草、新燕麦、无芒雀 麦、老芒麦、天山赖草、披碱草、矮生高羊茅、冰草和碱茅等9 种牧草为试验对象，测定暗适应20 min 后牧草叶片的快速叶绿素荧光诱导曲线，比较光系统Ⅱ( PSⅡ) 的特性，分析各牧草对本地区环境的适应能力． 结果表明: 天山赖草和披碱草的最大荧光( Fm ) 、PSⅡ最大光化学效率( Fv /Fm) 和单位面积反应中心的数量( RC /CSo) 的值均显著高于矮生高羊茅、冰草和碱茅，而初始荧光( Fo) 、单位反应中心吸收的光能( ABC /RC) 、单位反应中心捕获的能量( TRo /RC) 、单位反应中心耗散的能量( DIo /RC) 、荧光诱导曲线初始斜率( Mo) 值则低于矮生高羊茅、冰草和碱茅; 中间偃麦草、新燕麦、无芒雀麦和老芒麦的各值处于中间水平． 9 种牧草均受到恶劣气候条件的不同程度胁迫，PSⅡ反应中心的活性及电子传递受到抑制，其中，天山赖草和披碱草受到的影响较小，而矮生高羊茅、冰草和碱茅的PSⅡ结构和功能受到比较严重的影响，光合作用受抑制的程度较大

铝酸钾溶液碳酸化分解的动力学

对铝酸钾溶液碳酸化分解过程进行研究,建立碳酸化分解过程的动力学模型。借鉴拜耳法晶种分解的动力学模型,对碳分动力学数据进行多元回归,得到动力学方程。结果表明:碳酸化分解的表观活化能为39.2708kJ/mol,说明铝酸钾溶液碳酸化分解需要突破的壁垒小;瞬时晶种量对碳酸化分解过程的影响较小;相比铝酸钠溶液碳酸化分解,苛碱浓度对铝酸钾溶液分解的影响更大。铝酸钾溶液在40~80℃碳化分解,所得氢氧化铝为拜耳石型

Effects of short time heat stress on photosystem II, Rubisco activities and oxidative radicals in Alhagi sparsifolia

生长在温带沙漠地区的植物在夏季时常遭受正午短时间的高温胁迫, 频繁和骤然的热胁迫在很大程度上限制了荒漠植物的光合作用。以塔克拉玛干沙漠南缘防风固沙的优势植物疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia)为材料, 分别用叶绿素荧光诱导动力学和CO2响应方法分析热胁迫后光系统II (PSII)和RuBP羧化酶的热稳定性。结果表明: (1)在叶片温度超过43 ℃后PSII最大光化学量子产量、有活性反应中心数目、活力指数均出现明显的降低; 中高温度下PSII的电子供体侧比电子受体侧组分更容易受到热胁迫的伤害; 在58 ℃出现明显的K点(300 μs), 说明放氧复合体放氧结构受到破坏而失去活性。(2)随着叶片温度的上升, Rubisco活性先升高后降低, 在34 ℃时具有最高的活性水平。(3)叶片受到高温胁迫时, 细胞内氨态氮和活性氧分子等大量积累。(4)疏叶骆驼刺叶片处于短时间的高温环境时, 光合作用的光反应和暗反应阶段均表现出功能的不稳定性

Effects of shading on leaf morphology and response characteristics of photosynthesis in Alhagi sparsifolia

通过设置自然光与遮阴(60%自然光)两种光环境, 观测了遮阴60天后疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia)叶形态、光合生理参数和脯氨酸(Pro)含量的变化。结果表明: 与自然光照下的叶片相比, 遮阴叶的比叶面积显著增大(p < 0.01), 比叶干重、比叶鲜重和叶片厚度明显降低(p < 0.01); 叶绿素(a + b)和类胡萝卜素含量有所增加, 其中叶绿素a含量增加显著(p < 0.01); 光补偿点、光饱和点和暗呼吸速率降低, 表观量子效率提高, 最大净光合速率明显增大, 光能利用效率高于自然光叶; 强光照下遮阴叶的净光合速率明显降低, 易发生光合光抑制现象。上述结果说明: 遮阴处理后, 疏叶骆驼刺在叶形态和光合生理上表现出对遮阴弱光 条件的一定程度的驯化适应。另外, 遮阴叶片Pro的大量积累, 说明Pro在疏叶骆驼刺驯化适应弱光环境中起着重要作用。遮蔽环境下疏叶骆驼刺植株死亡率明显偏高, 表明塔克拉玛干沙漠南缘荒漠区的疏叶骆驼刺属于专性阳生植物不耐阴品种

千烟洲中亚热带人工林生态系统CO_2通量的季节变异特征

作为中国陆地生态系统通量网络(ChinaFLUX)的组成部分,利用涡度相关技术对千烟洲中亚热带人工林生态系统CO2通量进行了长期观测．本研究集中探讨了千烟洲人工林2003年和2004年净生态系统CO2交换量(NEE)、生态系统呼吸(Re)和总生态系统CO2交换量(GEE)的季节变异特征及其源汇状况与强度．研究结果表明:(i)NEE,Re和GEE具有明显的季节变化趋势且密切相关,冬季和干旱期量级较低而夏季量级较高．(ii)光照、温度和水分条件是控制千烟洲人工林生态系统NEE,Re和GEE季节动态的主导因素．国家重点基础研究发展规划项目(编号:G2002CB412501);中国科学院知识创新工程重大项目(编号:KZCX1-SW-01-01A2、KZ-CX-SW-01-01B-02);中国科学院地理科学与资源研究所知识创新工程主干科学计划项目(编号:CX10G-E01-03-05)共同资