植物固沙沙区凝结水形成特征、机理及生态水文功能研究

Dew is a sustained and stable water resources in arid area. However, due to the formation process of dew is greatly affected by environmental factors, and it has high requirements to measurement methods and accuracy, which hinder the accurate assessment of its eco-hydrological significance in ecosystem recovery and reconstruction in arid area. The study object of this project is the vegetation restoration areas at southeast edge of Tengger Desert, adopting the combination method of field measurements and laboratory simulation, through the continuous positioning observation of dew formation characteristics for different vegetation patterns, and the comprehensive analysis of soil attributes, microhabitat conditions and so on, this study discuss the influence of desert vegetation restoration to dew formation and accumulation. At the same time, this project combine the analysis of relative meteorological factors and other environmental conditions, clarify the critical condition, the formation time, duration, amount, spatial and temporal dynamics of dew, explore the mechanism of vegetation restoration influencing dew formation in arid area. Through the observation and analysis on the response of cryptogamic plants, typical annual herbs and soil moisture to dew, the study reveal the ecohydrological functions of dew in arid desert vegetation restoration areas, provide experimental support and scientific basis for the resolution of the function and ecological hydrology significance of dew in desert ecosystems.

凝结水是干旱区普遍存在的一种持续稳定的水资源，由于其形成过程受环境因子影响较大，对测量手段与精度要求高，限制了对其在干旱区生态系统恢复与重建中的生态水文意义的准确认知。本项目以腾格里沙漠东南缘植被恢复区为研究对象，采用野外测量与室内模拟相结合的方法，通过对不同植被恢复区凝结水形成特征的连续定位观测，结合土壤属性、微生境状况等因子综合分析，探讨荒漠植被恢复对凝结水形成与积累的影响；同时，结合对相关气象因子及其它环境条件分析，阐明凝结水形成的临界条件、形成时间、持续时间、形成量及时空动态，探讨干旱区植被恢复影响凝结水形成的机理；通过对隐花植物、典型一年生草本植物、土壤水分对凝结水响应的观测与分析，揭示凝结水在干旱荒漠植被恢复区的生态水文作用，为解析凝结水在荒漠系统中的功能和生态水文学意义提供实验支持和科学依据。

本项目按计划任务书，选择沙坡头地区不同植被演替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，并进一步量化了吸湿凝结水在该区的生态环境意义。取得的主要研究成果如下：.1. 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。.2. 不同土壤发育类型影响吸湿凝结水的形成特征，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。 .3. 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；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，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；黎明后吸湿凝结水形成间期占总日间形成间期的比例也越高，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。.4. 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，迎风坡吸湿凝结水形成量高于背风坡；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。.5.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，但夜间形成的吸湿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。.6. 在室内人工气候室控制条件下，拟合出了不同藓类生物土壤结皮与沙丘沙表层吸湿凝结水形成过程的预测模型，从孔隙率、细粒物质含量以及盐分方面进行分析，探明了吸湿凝结水在人工固定沙丘地区的形成机制。