水分是干旱沙区植被重建和恢复的主要限制性因子,土壤有效水分含量直接影响植物木质部水分运输能力.但是不同水分条件下不同物种、不同年龄木质部水力特性和叶片气体交换的差异以及土壤水分含量对其影响的相关研究目前尚不明确.因此,该研究以10年和30年树龄人工固沙区的柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)和中间锦鸡儿(C.liouana)为实验材料,研究它们在旱季和雨季下水力特性和光合特性的差异及其关系.研究结果表明,树龄对柠条锦鸡儿和中间锦鸡儿木质部导水率、导水率损失百分比、叶片水势和相对含水量等无显著的影响,而土壤水分含量对其功能性状的影响较显著.树龄和土壤水分含量均对灌木叶片光合作用有显著影响,但在土壤水分条件良好的情况下树龄对其影响不显著.此外,土壤含水量与叶片水分含量和木质部茎比导水率之间呈显著的正相关关系;木质部导水率与叶片水分状态和气孔导度也存在显著的正相关关系,而光合速率与木质部导水率和叶片水分含量存在显著正相关关系,这表明土壤水分含量通过影响木质部导水率和栓塞程度而直接影响了叶片水分状况和光合碳同化能力.总而言之,柠条锦鸡儿和中间锦鸡儿的木质部导水能力和叶片光合碳同化能力显著地响应了土壤水分含量的变化.

木质部是植株体内水分传输的主要通路,其水力特性的变化会影响植株的水分关系和果实的水分积累.目前关于番茄植株木质部解剖结构和水力特性对水分和盐分胁迫的响应及其与植株生长和果实含水量之间的关系尚不明确.本研究通过日光温室番茄盆栽试验,设置3 个处理:对照,土壤含水量(θ)为75%～95%田间持水量(FC),初始电导率(EC)为0.398 dS·m-1;水分胁迫,开花前θ为75%～95%FC,开花后至成熟期θ为45%～65%FC,EC为0.398 dS·m-1;盐分胁迫,θ为75%～95%FC,EC为1.680 dS·m-1,研究了樱桃型番茄(红宝石)和中果型番茄(北番501)植株在水分和盐分胁迫下的植株生长、果实含水量以及木质部水力特性的变化.结果表明:与对照相比,水分和盐分胁迫下茎秆横截面积和木质部导管直径分别减小了22.0%～40.7%和10.0%～18.3%,茎秆比导水率和桁架柄比导水率分别降低了 8.8%～41.1%和 12.9%～28.4%,抑制了植株生长,减少了地上部鲜重、果实大小、果实鲜重和含水量,且与樱桃型番茄相比,中果型番茄的降幅更大.此外,果实含水量分别与茎秆和桁架柄比导水率呈显著正相关.综上,番茄植株在水分和盐分胁迫下木质部水力特性指标减小,生长被抑制,果实鲜重显著降低,最终导致产量降低.其中,中果型番茄相较于樱桃型番茄对水分和盐分胁迫更敏感.

通过圆盘入渗试验,探讨不同改良剂施用量下土壤入渗特性的变化,揭示添加生物炭和聚丙烯酰胺(PAM)对海涂围垦区盐碱土水力学参数、孔隙特征及不同级别孔隙水流贡献率的影响.结果表明:单施2％生物炭,土壤饱和导水率比对照增加46.4％;盐碱土饱和导水率随PAM施用量增加而减小.单施2％生物炭使土壤总有效孔隙度和半径＞100 μm的有效孔隙度分别增加8.3％和10.2％.单施PAM时,土壤总有效孔隙度和不同半径孔隙有效孔隙度均有减小趋势,其中,PAM梯度为1‰时最明显,减幅高达88％以上.施用生物炭和PAM后,半径＜100 μm的孔隙的水流贡献率呈下滑趋势,半径＞500 μm的孔隙对土壤水流运动起主导作用.

热带珊瑚岛由于光照强、季节性干旱明显、土壤贫瘠、保水能力差而少有植物生长.草海桐(Scaevola sericea)是一种典型的热带滨海植物,是西沙群岛珊瑚岛植被中的主要建群种,在海岛和海岸带防风固沙及植被生态恢复等方面发挥着重要作用.该研究对西沙群岛自然环境下草海桐的形态解剖学特征、抗氧化能力、抗逆性物质含量及营养元素含量等进行了研究.结果表明:草海桐具有阳生性植物特征,叶片及上表皮厚、气孔密度小、导管直径及水力导管直径大,有利于其适应珊瑚岛干旱环境;其体内的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性与其他受胁迫植物相比较要高,脱落酸含量也较高,表明草海桐对珊瑚岛环境具有较强的适应性及抗逆性;其根际土壤养分含量偏低,但植物体内营养元素含量却较高,表明草海桐对土壤养分的利用效率高.这说明草海桐能够很好地适应干旱、贫瘠的珊瑚砂环境,具有较强的抗逆及适应能力.

研究水蚀风蚀交错区土地利用方式转变对土壤水气传输的影响,可为黄土高原生态恢复过程中有限水土资源的高效利用提供参考.为了分析不同土地利用方式下的土壤水气传输特性,探究饱和导水率(Ks)、导气率(Ka)和相对气体扩散率(Dp/Do)间的关系,对柠条地、撂荒地、苜蓿地、农地和裸地样地0～5 cm深度土层原状土,采用定水头法测定Ks,气室法测定Dp/Do,土壤导气率测定仪测定田间持水量(FC)下的Ka.结果表明:土壤0～5 cm容重(ρb)的大小顺序为苜蓿地＞裸地＞撂荒地＞柠条地＞农地,撂荒地、裸地和苜蓿地ρb与农地差异显著.土壤总孔隙度(Φ)的大小顺序为农地＞柠条地＞撂荒地＞裸地＞苜蓿地,相比农地,苜蓿地、裸地和撂荒地土壤Φ分别低7.5％、4.7％和3.1％.充气孔隙度(ε100)的大小顺序为农地＞撂荒地＞柠条地＞裸地＞苜蓿地,苜蓿地、裸地、柠条地和撂荒地ε100分别较农地低38.3％、33.6％、12.8％和10.1％.土壤Ks的大小顺序为撂荒地＞柠条地＞苜蓿地＞裸地＞农地,其中,撂荒地K8显著高于其他4种土地利用方式;土壤Ka的大小顺序为撂荒地＞苜蓿地＞柠条地＞裸地＞农地,撂荒地与农地之间差异显著;土壤Dp/Do的大小顺序为撂荒地＞柠条地＞苜蓿地＞农地＞裸地,其中,柠条地和撂荒地土壤Dp/Do显著大于农地,分别较农地高36.8％和61.6％.土壤Ks和FC条件下的Ka、Dp/Do之间呈显著相关.土地利用方式转变显著改变了土壤的通透性,耕地撂荒或者种植柠条及苜蓿改善了表层土壤导水和导气性能,农地和裸地土壤水气传输能力较差.

根系吸水是树木水分关系的重要环节,在树木生理活动中发挥着至关重要的作用.深层土壤中的水资源含量一般相对较高,常可为树木生长供给大量水分,并在旱季保障其生存与正常生长.因此,了解树木对深层土壤水的吸收利用特征与机制,可帮助深入认识树木与环境的互作机制、树木的生长与生存策略、物种间的共存与竞争机制等内容,同时还可帮助构建既能降低外部水资源投入,又能避免水分生态环境负面效应的人工林绿色栽培制度.基于已有研究,该文对树木吸收利用深层土壤水的特征与机制进行了综述.首先,探讨了深层根系和深层土壤的界定,指出对于除寒温带针叶林以外的其他主要森林植被类型,可以l m作为树木深根系和深土层的平均划分(参考)标准,并明确了全球范围内树木深根系的成因.其次,对已有研究中观察到的树木对深层土壤水的吸收利用特征及其影响因素进行了归纳与总结,并从深根系性状调节、整株水力特性协调两方面探讨了树木高效吸收利用深层土壤水的机制,如可通过深根系的空间、时间和效率调节策略来促进对深土层水分的吸收.最后,提出了树木利用深土层水分对人工林培育的几点启示,包括水分管理中应使林木适度利用深层土壤水,选用合适的灌水频率、合理的树种混交能促进深层土壤水分储库“缓冲”作用的发挥,基于树木土壤水分利用深度的间伐木选择技术等,并指出了该领域现有研究的不足以及今后的发展方向.

长期机械耕作压实会对土壤的物理性质和水力特性产生显著影响,进而影响土壤优先流强度,但机械耕作压实对土壤优先流强度的影响仍存在较大争议.本研究在临泽绿洲农田边缘持续压实区(CC)和正常耕作区(对照,CK)分别设置3个样方,利用亮蓝溶液进行原位染色试验,测定土壤容重、土壤孔隙度和土壤饱和导水率等指标,分析长期机械压实对土壤优先流的影响.结果 表明:长期机械耕作压实对耕作层(0～20 cm)的土壤物理和水力特性无显著影响,而对犁底层20～60 cm的土壤物理和水力特性影响显著(P＜0.05).其中,持续压实区土壤剖面20～60 cm土壤容重增加了10.8％,土壤总孔隙度减少了11.9％,土壤饱和导水率减少了32.3％.长期机械耕作压实显著改变了土壤优先流特征及强度.持续压实区的土壤优先流呈现明显的横向流,显著区别于正常耕作区的大孔隙流;并且持续压实区的土壤优先流显著大干正常耕作区的土壤优先流(P＜0.05),主要体现在最大入渗深度(P＜0.05).本研究结果表明,长期机械耕作压实显著改变了耕作层以下的土壤物理和水力特性,并加强了土壤优先流强度.

地下灌溉竖管灌水技术是一种新型的灌水技术.研究压力水头和竖管直径对砂质壤土地下灌溉竖管入渗特性的影响,对研究竖管地下灌溉管网系统水力特性具有重要意义.采用竖管灌水器入渗试验装置,分别测定了不同时刻粉质壤土在0.5、1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 m压力水头,以及竖管直径为4、8、12和16 mm条件下累积入渗量的变化过程.结果 表明:压力水头对累积入渗量影响较大,随入渗时间延长,其影响程度减弱;竖管直径与累积入渗量呈显著的正相关关系,但随着管径的增大,对累积入渗量的影响程度减小;对构建的经验公式进行T检验、F检验和相关性系数R检验,表明压力水头和竖管管径对累积入渗量有显著性影响;压力水头、竖管直径作用下累积入渗量的试验值与经验公式计算值的相关系数分别为0.997和0.998,表明其能够较好地反映累积入渗量和影响因素之间的关系.研究结果对地下灌溉竖管入渗的进一步研究有一定的借鉴意义.

通过对巴丹吉林沙漠高大沙山不同部位以及距湖泊不同距离的土壤水势、植物水势、植物根、茎及叶的导水率进行测定,分析不同立地条件下4种典型植物霸王(Zygophyl-lum xanthoxylon)、油蒿(Artemisia ordosica)、沙茴香(Ferula bungeana)及白刺(Nitraria tangu-torum)的水势日变化、导水率日变化差异,进而研究水分在沙漠典型植物体内的运移传输机理.结果表明:(1)所有植物水势值均表现为根＞茎＞叶,就植物种类而言,灌木白刺各器官平均水势最低,多年生草本沙茴香最高;就空间位置而言,同种植物在沙山上部各器官水势最低,在沙山下部最高;距湖泊100 m的白刺各器官水势最低,距湖泊20 m的白刺各器官水势最高;就日变化而言,所有植物均表现为黎明前水势最高.(2)各样地土壤水势随深度增加均呈现波动升高的趋势.(3)就植物种类而言,霸王导水率最高,沙茴香导水率最低;就空间位置而言,所有植物导水率均表现为沙山上部＞沙山中部＞沙山下部,白刺表现为距湖距离20 m＜距湖距离50 m＜距湖100 m;就日变化而言,所有植物均表现为正午导水率最小.植物水势与导水率之间存在一定的正相关关系,植物体能够在特殊生境中为保持自身水分动态平衡、维持自身生命活动形成一种适应性水分运输策略.

大规模的采矿作业已对我国半干旱区植被生态造成很大破坏,矿区植被亟待恢复,以解决半干旱矿区日益恶化的生态环境问题.如何改良土壤、有效储存和利用降水是半干旱矿区复垦土地植被恢复的首要问题.本研究针对半干旱矿区复垦土地水分涵养功能不足的问题,提出利用凹凸棒土和当地砂土组配作为新覆土材料,并研究了外源凹凸棒土添加对神木矿区复垦土壤入渗、排水和储水能力的影响.结果表明:随着凹凸棒土含量的增加,土壤的累积入渗量减少4.8％～37.4％,入渗率减少6.4％～46.3％,湿润锋推进速度减小9.8％～116.9％,饱和导水率减小14.3％～59.5％,24 h和72 h排水量分别减少0.3％～4.3％和0.3％～2.5％,土壤最大储水量增加1.6％～22.4％.外源凹凸棒土的作用效果在添加量为150 t·hm-2时基本已达到最大,结合经济成本的最佳用量在30～150t·hm-2.本研究结果系统揭示了凹凸棒土对半干旱矿区土壤减渗保水的作用机理,证明其可以作为半干旱矿区复垦土壤改良的有效材料,为半干旱矿区土地复垦和植被恢复提供参考.