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荒漠植物与水文过程的相互作用关系是干旱区生态水文过程研究的核心问题。荒漠灌木的树干径流作为植物对降雨再分配过程中汇入根区土壤的降雨分量,对于干旱区降水有效性的提高以及自然植被的生长具有重要作用。本项研究依托阜康荒漠生态系统国家野外站,在古尔班通古特沙漠南缘、对西北内陆干旱区广泛分布的3种自然生长的荒漠灌木:梭梭、柽柳和沙拐枣的树干径流过程及径流化学特征展开系统定位实验研究。揭示了干旱区主要荒漠灌木树干径流的物理和化学特征。主要结果如下。
⑴3种荒漠灌木树干径流特征具有较大的差别。其中梭梭具有最高的径流率和最低的形成径流的初始降雨量。梭梭、柽柳和沙拐枣的平均树干径流率分别为10.64%、3.89%和3.17%,降雨在3种荒漠灌木根部的汇集比率(Funneling Ratio)分别为145.76、52.26、69.01,形成树干径流的最小降雨量分别为0.33mm、1.32mm和0.62mm。
⑵降雨强度和降雨量与树干径流率显著相关。3种荒漠灌木的树干径流率均与降雨量呈线性相关,与降雨强度呈抛物线相关,当降雨强度小于0.633mm/h时,3种荒漠灌木的树干径流率均随着降雨强度的增加而增加,大于该值则随着降雨强度的增加而减小。
⑶荒漠灌木的生物特征对树干径流的影响。3种荒漠灌木与表示冠型特征的冠幅面积、树冠体积、叶面积指数、枝条总长度等具有相关性,而与基径和株高没有相关性。与表示植物冠型特征的计盒维数相关系数达0.89。3种荒漠灌木中单位体积柽柳吸水量最大,是梭梭的238.55倍,是沙拐枣的31.74倍。
⑷树干径流化学性质特征。3种荒漠灌木树干径流中均存在全N、全P、NH4+等养分以及Na+、K+、Ca2+、Mg2+等离子,NH4+的存在表明有农田的土壤扬尘输入沙漠地区。梭梭树干径流中全N、全P含量相对较高,柽柳树干径流中其它成份含量相对较高。树干径流的pH值低于同期大气降雨中的pH值。可见,3种荒漠灌木具备良好的对雨水及养分的收集功能,使之在根区汇集,形成“湿岛”和“肥岛”,可以抵御干旱与贫瘠的自然环境,成为优势种。