專利名稱：一種干旱荒漠區(qū)水分利用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及干旱荒漠區(qū)水分利用的技術(shù)，具體涉及干旱荒漠區(qū)植物有效利用根系水力提升、群落攔截凝結(jié)水和降水的方法。
背景技術(shù)：
水力提升是某些植物通過深層根系從較濕的深層土壤中吸取水分再通過淺層根系在較干的淺層土壤中釋出的過程。水力提升的生態(tài)學(xué)作用主要是有助于水分傳輸，其改善干旱脅迫下植物水分狀況的生理生態(tài)學(xué)意義得到了廣泛的認(rèn)可和關(guān)注。具體而言，在個(gè)體尺度上，它改變了土壤水分分布，減少了氣孔關(guān)閉或增加了蒸騰，由于較大的蒸騰而增加了碳收益；在群落尺度上，它增加了水力提升植物的競爭能力，增加了鄰近非水力提升植物的競爭能力，改變了群落組成和分布格局；在生態(tài)系統(tǒng)尺度上，改變了生態(tài)系統(tǒng)的水分平衡，由于植物個(gè)體較大的碳收益而增加了凈第一性生產(chǎn)力，由于加強(qiáng)了根際交換·過程而改變了養(yǎng)分循環(huán)。根系是植物從環(huán)境中獲取水分和養(yǎng)分的主要器官，由于植物根系不同部位所處的土壤存在條件差異，處于土壤濕潤區(qū)的根系可以吸收水分并運(yùn)輸?shù)酵寥栏稍飬^(qū)，受根土間水勢梯度影響，根系將傳輸過來的一部分水分釋放到干燥的土壤里，所以根系也被稱為土壤水分的“重要搬運(yùn)工”。在干旱區(qū)，植物根系為了適應(yīng)水分脅迫呈現(xiàn)出特殊的適應(yīng)性反應(yīng)，因此，干旱區(qū)深根性植物絕大多數(shù)都具有水力提升的功能，如胡楊、檉柳和梭梭。這些深根系植物的吸收根分布較深，主要利用地下水和深層土壤水，如胡楊的吸收根分布范圍從地下50— 450cm，檉柳的分布范圍從地下50 — 310cm，梭梭的分布范圍在O — 250cm;而干旱區(qū)淺根系植物根系發(fā)育淺層化，根系多集中分布于表層的濕沙層中，并且根系表面分布有較多的須根。在地下水埋深3米以下，地下水通過毛管力最多能影響到地下水位以上2米的土壤層，由于缺乏有效降水，干旱區(qū)荒漠植物群落內(nèi)部由于在種子發(fā)芽、幼苗出土發(fā)育關(guān)鍵時(shí)期缺乏持續(xù)水分激發(fā)、補(bǔ)充，導(dǎo)致群落逐漸退化為深根性喬木、灌木為主，草本逐漸消失，進(jìn)而使得深根性植物的提升水分和凝結(jié)水無效散失非常普遍。在干旱地區(qū)，因?yàn)橛行Ы邓苌俣挥械叵滤鳛槲ㄒ挥行?，?dǎo)致了植物不斷受到水分脅迫的影響，所以在這些地區(qū)水分也就成為影響植物生存和生長的主要限制因子。建國以來，尤其是2000年啟動(dòng)的“退耕還林”等林業(yè)生態(tài)工程，使得我國干旱地區(qū)的植被建設(shè)取得了很大成績，水土流失狀況逐步得到改善。但是，仍然普遍存在著荒漠植被的成活率和保存率不高，荒漠植被群落逆向演替嚴(yán)重的情況。尤其在塔里木河下游，物種多樣性、豐富度和均勻度隨著地下水位的逐步下降而出現(xiàn)相應(yīng)的遞減趨勢，荒漠植物群落逐漸退化演替為以胡楊、檉柳為主的喬、灌單一植物群落，草本植物逐漸消失。胡楊和檉柳深根系植物周圍由于根系提水效應(yīng)和冠層凝結(jié)水效應(yīng)而形成的“濕島”無法發(fā)揮其作用，導(dǎo)致水分的無效耗散，進(jìn)而加劇了人工林地土壤干層現(xiàn)象的出現(xiàn)?？紤]到干旱區(qū)深根系植物的水力提升功能，并考慮到冠層下凝結(jié)水形成的區(qū)域，考慮到新技術(shù)方法的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)可行性，通過人工補(bǔ)水復(fù)壯旱生植物幼苗，使土壤表層O-IOcm處的細(xì)根充分利用土壤凝結(jié)水，通過建立與原有喬、灌形成多層群落結(jié)構(gòu)，利用冠層促進(jìn)凝結(jié)水的形成，同時(shí)加強(qiáng)對降水的攔截，從而達(dá)到提高水分吸收利用效率的目的；同時(shí)，利用植物根系水力提升、凝結(jié)水形成、植物蒸騰耗散作用，人工補(bǔ)水復(fù)壯旱生植物幼苗，使淺根系植物充分利用深根系植物提升水量，從而保證在撤銷人工輔助措施后滿足喬灌草多層荒漠植物群落的水分自維持的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種干旱荒漠區(qū)水分利用的方法，該方法利用根系水力提升、凝結(jié)水形成、植物蒸騰耗散，人工補(bǔ)水復(fù)壯幼苗，通過建立多層群落結(jié)構(gòu)，充分利用根 系提升的水、土壤凝結(jié)的水和冠層攔截吸收的水，減小干旱區(qū)水分的無效耗散，提高干旱荒漠區(qū)水分利用效率，人工輔助措施后滿足喬灌草多層荒漠植物群落的水分自維持的目的，以提高在降水量小于250mm，蒸發(fā)量大于2000mm，地下水埋深較大(3_4m)的干旱荒漠區(qū)水分利用效率，避免人為輔助措施撤消后的群落的逆向演替。本發(fā)明所述的一種干旱荒漠區(qū)水分利用的方法，按下列步驟進(jìn)行
a、栽種的植物選擇以本土的持水力較強(qiáng)且具抗旱性的旱生植物，選擇健壯苗木，1-2年生實(shí)生苗木，苗高3-5cm，根長15-20cm ；
b、在深根性植物植株胡楊、檉柳或梭梭外緣100-400cm范圍內(nèi)，挖樹坑，坑間距70-80cm,坑深25-30cm，坑寬30_40cm，將旱生植物種植在坑內(nèi)，植苗回填土至距離坑口IOcm ；
C、在每年3月下旬，補(bǔ)植旱生植物實(shí)生苗木，待補(bǔ)植旱生苗種植后，進(jìn)行灌水，確保灌水后土壤含水量達(dá)到飽和含水量；
d、5月定植后，再進(jìn)行一次灌水，確保苗木定植成功；
e、在定植成功后，在定植苗木生長年內(nèi)選擇晴朗夜晚，在晚9:00至凌晨6:00之間用雙層黑色遮陽網(wǎng)對補(bǔ)植區(qū)附近的胡楊、檉柳或梭梭遮陰，降低植物夜間蒸騰；
f、在第二個(gè)生長年3月下旬，再進(jìn)行一次灌水，每次灌水后確保達(dá)到土壤飽和含水量即可。步驟a所述的旱生植物為駱駝刺、羅布麻、花花柴或鈴鐺刺苗木。步驟e所述的晴朗夜晚，是指總云量小于或等于5。本發(fā)明所述的一種提高干旱荒漠區(qū)水分利用的方法，該方法是一、根據(jù)鄉(xiāng)土性原貝U，選擇干旱荒漠區(qū)持水力較強(qiáng)的旱生植物駱駝刺、羅布麻、琵琶柴、花花柴和鈴鐺刺。二、利用深根系植物的水力提升功能，選擇干旱荒漠區(qū)深根系植物胡楊、檉柳和梭梭。三、利用深根系植物水平方向上吸收根生長的范圍，在原有成熟深根系植物吸收根范圍內(nèi)定植一年生植物幼苗。四、利用植物幼苗發(fā)育關(guān)鍵期，進(jìn)行人工水分補(bǔ)充復(fù)壯植物幼苗，保證定植成功。五、利用深根系植物水力提升在群落中的生理生態(tài)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)用“生物灌溉”替代或部分替代“工程灌溉”的作用。六、利用凝結(jié)水在土壤表層和冠層內(nèi)部凝結(jié)的有利條件，促進(jìn)土壤表層O-IOcm處須根對土壤凝結(jié)水的吸收利用。七、利用冠層對降水的攔截作用，提高多層結(jié)構(gòu)的植物群落對有限降水的利用效率。八、利用植物蒸騰耗散對水力的拉升作用，降低植物夜間蒸騰，促進(jìn)根系提升的水分在水平方向的傳輸和擴(kuò)散。本發(fā)明所述的一種干旱荒漠區(qū)水分利用的方法，其特點(diǎn)為
針對干旱和極度干旱荒漠區(qū)生態(tài)保育過程中提高有限水分利用效率的目的，通過充分利用深根系植物水力提升、凝結(jié)水形成、植物蒸騰耗散，人工補(bǔ)水復(fù)壯幼苗，通過建立多層群落結(jié)構(gòu)，充分利用根系提升的水、土壤凝結(jié)的水和冠層攔截吸收的水，降低有限水分的無效耗散，達(dá)到撤銷人工輔助措施后滿足喬灌草多層荒漠植物群落的水分自維持的目的，從而提高干旱荒漠區(qū)有限水分的利用效率。干旱區(qū)荒漠植物群落的逆向演替導(dǎo)致群落結(jié)構(gòu)單一，草本植物缺失，進(jìn)而導(dǎo)致喬、灌植物林下“濕島”的水分無效耗散，其中包括深根系植物水力提升的水、土壤及冠層凝結(jié)的水和攔截的降水，目前這種提高干旱荒漠區(qū)水分利用效率的方法可以在極低降水量、極大蒸發(fā)量和地下水埋深較深的自然條件下，用低經(jīng)濟(jì)成本，高技術(shù)操作性的方法科學(xué)構(gòu)建喬灌草多層群落結(jié)構(gòu)，促進(jìn)水分在群落尺度的有效利用，進(jìn)而達(dá)到銷人工輔助措施后滿足喬灌草多層荒漠植物群落的水分自維持的目的，從而提高干旱荒漠區(qū)有限水分的利用效率，，避免了人為輔助措施撤消后的群落的逆向演替。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例I :
a、栽種的植物選擇以本土的持水力較強(qiáng)且具抗旱性的旱生植物駱駝刺，選擇健壯苗木，1-2年生實(shí)生苗木，苗高3-5cm，根長15-20cm ；
b、在深根性植物植株胡楊外緣IOOcm范圍內(nèi)，挖樹坑，坑間距70cm，坑深25cm，坑寬30cm，將旱生植物駱駝刺苗木種植在坑內(nèi)，植苗回填土至距離坑口 IOcm ；
C、在每年3月下旬20-30號，補(bǔ)植旱生植物實(shí)生苗木駱駝刺幼苗，待補(bǔ)植旱生苗種植后，進(jìn)行灌水，確保灌水后土壤含水量達(dá)到飽和含水量；
d、5月定植后，再進(jìn)行一次灌水，確保苗木定植成功；
e、在定植成功后，在定植苗木生長年內(nèi)選擇晴朗夜晚總云量小于或等于5，在晚9:00至凌晨6:00之間用雙層黑色遮陽網(wǎng)對補(bǔ)植區(qū)附近的胡楊遮陰，降低植物夜間蒸騰；
f、在第二個(gè)生長年3月下旬，再進(jìn)行一次灌水，每次灌水后確保達(dá)到土壤飽和含水量即可。實(shí)施例2:
a、栽種的植物選擇以本土的持水力較強(qiáng)且具抗旱性的旱生植物羅布麻，選擇健壯苗木，1-2年生實(shí)生苗木，苗高3-5cm，根長15-20cm ；
b、在深根性植物植株檉柳外緣200cm范圍內(nèi)，挖樹坑，坑間距75cm，坑深30cm，坑寬35cm,將旱生植物羅布麻苗木種植在坑內(nèi)，植苗回填土至距離坑口 IOcm ；
C、在每年3月下旬20-30號，補(bǔ)植旱生植物實(shí)生苗木羅布麻幼苗，待補(bǔ)植旱生苗種植后，進(jìn)行灌水，確保灌水后土壤含水量達(dá)到飽和含水量；
d、5月定植后，再進(jìn)行一次灌水，確保苗木定植成功；
e、在定植成功后，在定植苗木生長年內(nèi)選擇晴朗夜晚總云量小于或等于5，在晚9:00至凌晨6:00之間用雙層黑色遮陽網(wǎng)對補(bǔ)植區(qū)附近的檉柳遮陰，降低植物夜間蒸騰；
f、在第二個(gè)生長年3月下旬，再進(jìn)行一次灌水，每次灌水后確保達(dá)到土壤飽和含水量即可。實(shí)施例3
a、栽種的植物選擇以本土的持水力較強(qiáng)且具抗旱性的旱生植物花花柴，選擇健壯苗木，1-2年生實(shí)生苗木，苗高3-5cm，根長15-20cm ；
b、在深根性植物植株梭梭外緣300cm范圍內(nèi)，挖樹坑，坑間距80cm，坑深25cm，坑寬40cm，將旱生植物花花柴苗木種植在坑內(nèi)，植苗回填土至距離坑口 IOcm ；
C、在每年3月下旬20-30號，補(bǔ)植旱生植物實(shí)生苗木花花柴幼苗，待補(bǔ)植旱生苗種植后，進(jìn)行灌水，確保灌水后土壤含水量達(dá)到飽和含水量；
d、5月定植后，再進(jìn)行一次灌水，確保苗木定植成功；
e、在定植成功后，在定植苗木生長年內(nèi)選擇晴朗夜晚總云量小于或等于5，在晚9:00至凌晨6:00之間用雙層黑色遮陽網(wǎng)對補(bǔ)植區(qū)附近的梭梭遮陰，降低植物夜間蒸騰； f、在第二個(gè)生長年3月下旬，再進(jìn)行一次灌水，每次灌水后確保達(dá)到土壤飽和含水量即可。 實(shí)施例4:
a、栽種的植物選擇以本土的持水力較強(qiáng)且具抗旱性的旱生植物鈴鐺刺苗木，選擇健壯苗木，1-2年生實(shí)生苗木，苗高3-5cm，根長15-20cm ；
b、在深根性植物植株胡楊外緣400cm范圍內(nèi)，挖樹坑，坑間距70cm，坑深28cm，坑寬40cm，將旱生植物物鈴鐺刺苗木種植在坑內(nèi)，植苗回填土至距離坑口 IOcm ；
C、在每年3月下旬，補(bǔ)植旱生植物實(shí)生苗木物鈴鐺刺幼苗，待補(bǔ)植旱生苗種植后，進(jìn)行灌水，確保灌水后土壤含水量達(dá)到飽和含水量；
d、5月定植后，再進(jìn)行一次灌水，確保苗木定植成功；
e 、在定植成功后，在定植苗木生長年內(nèi)選擇晴朗夜晚總云量小于或等于5，在晚9:00至凌晨6:00之間用雙層黑色遮陽網(wǎng)對補(bǔ)植區(qū)附近的胡楊遮陰，降低植物夜間蒸騰；
f、在第二個(gè)生長年3月下旬，再進(jìn)行一次灌水，每次灌水后確保達(dá)到土壤飽和含水量即可。
權(quán)利要求
1.一種干旱荒漠區(qū)水分利用的方法，其特征在于按下列步驟進(jìn)行 a、栽種的植物選擇以本土的持水力較強(qiáng)且具抗旱性的旱生植物，選擇健壯苗木，1-2年生實(shí)生苗木，苗高3-5cm，根長15-20cm ； b、在深根性植物植株胡楊、檉柳或梭梭外緣100-400cm范圍內(nèi)，挖樹坑，坑間距70-80cm,坑深25-30cm，坑寬30_40cm，將旱生植物種植在坑內(nèi)，植苗回填土至距離坑口IOcm ； C、在每年3月下旬，補(bǔ)植旱生植物實(shí)生苗木，待補(bǔ)植旱生苗種植后，進(jìn)行灌水，確保灌水后土壤含水量達(dá)到飽和含水量； d、5月定植后，再進(jìn)行一次灌水，確保苗木定植成功； e、在定植成功后，在定植苗木生長年內(nèi)選擇晴朗夜晚，在晚9:00至凌晨6:00之間用雙層黑色遮陽網(wǎng)對補(bǔ)植區(qū)附近的胡楊、檉柳或梭梭遮陰，降低植物夜間蒸騰； f、在第二個(gè)生長年3月下旬，再進(jìn)行一次灌水，每次灌水后確保達(dá)到土壤飽和含水量即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟a所述的旱生植物為駱駝刺、羅布麻、花花柴或鈴鐺刺苗木。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟e所述的晴朗夜晚，是指總云量小于或等于5。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種干旱荒漠區(qū)水分利用的方法，該方法利用根系水力提升、凝結(jié)水形成、植物蒸騰耗散，人工補(bǔ)水復(fù)壯幼苗，通過建立多層群落結(jié)構(gòu)，充分利用根系提升的水、土壤凝結(jié)的水和冠層攔截吸收的水，減小干旱區(qū)水分的無效耗散，提高干旱荒漠區(qū)水分利用效率，人工輔助措施后滿足喬灌草多層荒漠植物群落的水分自維持的目的，以提高在降水量小于250mm，蒸發(fā)量大于2000mm，地下水埋深較大(3-4m)的干旱荒漠區(qū)水分利用效率，避免人為輔助措施撤消后的群落的逆向演替。
文檔編號A01G1/00GK102939845SQ201210493619
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者黃湘, 馬建新, 陳亞寧, 李衛(wèi)紅 申請人:中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所