专利名称：一种干旱荒漠区水分利用的方法
技术领域：
本发明涉及干旱荒漠区水分利用的技术，具体涉及干旱荒漠区植物有效利用根系水力提升、群落拦截凝结水和降水的方法。
背景技术：
水力提升是某些植物通过深层根系从较湿的深层土壤中吸取水分再通过浅层根系在较干的浅层土壤中释出的过程。水力提升的生态学作用主要是有助于水分传输，其改善干旱胁迫下植物水分状况的生理生态学意义得到了广泛的认可和关注。具体而言，在个体尺度上，它改变了土壤水分分布，减少了气孔关闭或增加了蒸腾，由于较大的蒸腾而增加了碳收益；在群落尺度上，它增加了水力提升植物的竞争能力，增加了邻近非水力提升植物的竞争能力，改变了群落组成和分布格局；在生态系统尺度上，改变了生态系统的水分平衡，由于植物个体较大的碳收益而增加了净第一性生产力，由于加强了根际交换·过程而改变了养分循环。根系是植物从环境中获取水分和养分的主要器官，由于植物根系不同部位所处的土壤存在条件差异，处于土壤湿润区的根系可以吸收水分并运输到土壤干燥区，受根土间水势梯度影响，根系将传输过来的一部分水分释放到干燥的土壤里，所以根系也被称为土壤水分的“重要搬运工”。在干旱区，植物根系为了适应水分胁迫呈现出特殊的适应性反应，因此，干旱区深根性植物绝大多数都具有水力提升的功能，如胡杨、柽柳和梭梭。这些深根系植物的吸收根分布较深，主要利用地下水和深层土壤水，如胡杨的吸收根分布范围从地下50— 450cm，柽柳的分布范围从地下50 — 310cm，梭梭的分布范围在O — 250cm;而干旱区浅根系植物根系发育浅层化，根系多集中分布于表层的湿沙层中，并且根系表面分布有较多的须根。在地下水埋深3米以下，地下水通过毛管力最多能影响到地下水位以上2米的土壤层，由于缺乏有效降水，干旱区荒漠植物群落内部由于在种子发芽、幼苗出土发育关键时期缺乏持续水分激发、补充，导致群落逐渐退化为深根性乔木、灌木为主，草本逐渐消失，进而使得深根性植物的提升水分和凝结水无效散失非常普遍。在干旱地区，因为有效降水很少而只有地下水作为唯一有效水源，导致了植物不断受到水分胁迫的影响，所以在这些地区水分也就成为影响植物生存和生长的主要限制因子。建国以来，尤其是2000年启动的“退耕还林”等林业生态工程，使得我国干旱地区的植被建设取得了很大成绩，水土流失状况逐步得到改善。但是，仍然普遍存在着荒漠植被的成活率和保存率不高，荒漠植被群落逆向演替严重的情况。尤其在塔里木河下游，物种多样性、丰富度和均匀度随着地下水位的逐步下降而出现相应的递减趋势，荒漠植物群落逐渐退化演替为以胡杨、柽柳为主的乔、灌单一植物群落，草本植物逐渐消失。胡杨和柽柳深根系植物周围由于根系提水效应和冠层凝结水效应而形成的“湿岛”无法发挥其作用，导致水分的无效耗散，进而加剧了人工林地土壤干层现象的出现。考虑到干旱区深根系植物的水力提升功能，并考虑到冠层下凝结水形成的区域，考虑到新技术方法的经济性和技术可行性，通过人工补水复壮旱生植物幼苗，使土壤表层O-IOcm处的细根充分利用土壤凝结水，通过建立与原有乔、灌形成多层群落结构，利用冠层促进凝结水的形成，同时加强对降水的拦截，从而达到提高水分吸收利用效率的目的；同时，利用植物根系水力提升、凝结水形成、植物蒸腾耗散作用，人工补水复壮旱生植物幼苗，使浅根系植物充分利用深根系植物提升水量，从而保证在撤销人工辅助措施后满足乔灌草多层荒漠植物群落的水分自维持的目的。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种干旱荒漠区水分利用的方法，该方法利用根系水力提升、凝结水形成、植物蒸腾耗散，人工补水复壮幼苗，通过建立多层群落结构，充分利用根 系提升的水、土壤凝结的水和冠层拦截吸收的水，减小干旱区水分的无效耗散，提高干旱荒漠区水分利用效率，人工辅助措施后满足乔灌草多层荒漠植物群落的水分自维持的目的，以提高在降水量小于250mm，蒸发量大于2000mm，地下水埋深较大(3_4m)的干旱荒漠区水分利用效率，避免人为辅助措施撤消后的群落的逆向演替。本发明所述的一种干旱荒漠区水分利用的方法，按下列步骤进行
a、栽种的植物选择以本土的持水力较强且具抗旱性的旱生植物，选择健壮苗木，1-2年生实生苗木，苗高3-5cm，根长15-20cm ；
b、在深根性植物植株胡杨、柽柳或梭梭外缘100-400cm范围内，挖树坑，坑间距70-80cm,坑深25-30cm，坑宽30_40cm，将旱生植物种植在坑内，植苗回填土至距离坑口IOcm ；
C、在每年3月下旬，补植旱生植物实生苗木，待补植旱生苗种植后，进行灌水，确保灌水后土壤含水量达到饱和含水量；
d、5月定植后，再进行一次灌水，确保苗木定植成功；
e、在定植成功后，在定植苗木生长年内选择晴朗夜晚，在晚9:00至凌晨6:00之间用双层黑色遮阳网对补植区附近的胡杨、柽柳或梭梭遮阴，降低植物夜间蒸腾；
f、在第二个生长年3月下旬，再进行一次灌水，每次灌水后确保达到土壤饱和含水量即可。步骤a所述的旱生植物为骆驼刺、罗布麻、花花柴或铃铛刺苗木。步骤e所述的晴朗夜晚，是指总云量小于或等于5。本发明所述的一种提高干旱荒漠区水分利用的方法，该方法是一、根据乡土性原贝U，选择干旱荒漠区持水力较强的旱生植物骆驼刺、罗布麻、琵琶柴、花花柴和铃铛刺。二、利用深根系植物的水力提升功能，选择干旱荒漠区深根系植物胡杨、柽柳和梭梭。三、利用深根系植物水平方向上吸收根生长的范围，在原有成熟深根系植物吸收根范围内定植一年生植物幼苗。四、利用植物幼苗发育关键期，进行人工水分补充复壮植物幼苗，保证定植成功。五、利用深根系植物水力提升在群落中的生理生态效应，实现用“生物灌溉”替代或部分替代“工程灌溉”的作用。六、利用凝结水在土壤表层和冠层内部凝结的有利条件，促进土壤表层O-IOcm处须根对土壤凝结水的吸收利用。七、利用冠层对降水的拦截作用，提高多层结构的植物群落对有限降水的利用效率。八、利用植物蒸腾耗散对水力的拉升作用，降低植物夜间蒸腾，促进根系提升的水分在水平方向的传输和扩散。本发明所述的一种干旱荒漠区水分利用的方法，其特点为
针对干旱和极度干旱荒漠区生态保育过程中提高有限水分利用效率的目的，通过充分利用深根系植物水力提升、凝结水形成、植物蒸腾耗散，人工补水复壮幼苗，通过建立多层群落结构，充分利用根系提升的水、土壤凝结的水和冠层拦截吸收的水，降低有限水分的无效耗散，达到撤销人工辅助措施后满足乔灌草多层荒漠植物群落的水分自维持的目的，从而提高干旱荒漠区有限水分的利用效率。干旱区荒漠植物群落的逆向演替导致群落结构单一，草本植物缺失，进而导致乔、灌植物林下“湿岛”的水分无效耗散，其中包括深根系植物水力提升的水、土壤及冠层凝结的水和拦截的降水，目前这种提高干旱荒漠区水分利用效率的方法可以在极低降水量、极大蒸发量和地下水埋深较深的自然条件下，用低经济成本，高技术操作性的方法科学构建乔灌草多层群落结构，促进水分在群落尺度的有效利用，进而达到销人工辅助措施后满足乔灌草多层荒漠植物群落的水分自维持的目的，从而提高干旱荒漠区有限水分的利用效率，，避免了人为辅助措施撤消后的群落的逆向演替。
具体实施方式
实施例I :
a、栽种的植物选择以本土的持水力较强且具抗旱性的旱生植物骆驼刺，选择健壮苗木，1-2年生实生苗木，苗高3-5cm，根长15-20cm ；
b、在深根性植物植株胡杨外缘IOOcm范围内，挖树坑，坑间距70cm，坑深25cm，坑宽30cm，将旱生植物骆驼刺苗木种植在坑内，植苗回填土至距离坑口 IOcm ；
C、在每年3月下旬20-30号，补植旱生植物实生苗木骆驼刺幼苗，待补植旱生苗种植后，进行灌水，确保灌水后土壤含水量达到饱和含水量；
d、5月定植后，再进行一次灌水，确保苗木定植成功；
e、在定植成功后，在定植苗木生长年内选择晴朗夜晚总云量小于或等于5，在晚9:00至凌晨6:00之间用双层黑色遮阳网对补植区附近的胡杨遮阴，降低植物夜间蒸腾；
f、在第二个生长年3月下旬，再进行一次灌水，每次灌水后确保达到土壤饱和含水量即可。实施例2:
a、栽种的植物选择以本土的持水力较强且具抗旱性的旱生植物罗布麻，选择健壮苗木，1-2年生实生苗木，苗高3-5cm，根长15-20cm ；
b、在深根性植物植株柽柳外缘200cm范围内，挖树坑，坑间距75cm，坑深30cm，坑宽35cm,将旱生植物罗布麻苗木种植在坑内，植苗回填土至距离坑口 IOcm ；
C、在每年3月下旬20-30号，补植旱生植物实生苗木罗布麻幼苗，待补植旱生苗种植后，进行灌水，确保灌水后土壤含水量达到饱和含水量；
d、5月定植后，再进行一次灌水，确保苗木定植成功；
e、在定植成功后，在定植苗木生长年内选择晴朗夜晚总云量小于或等于5，在晚9:00至凌晨6:00之间用双层黑色遮阳网对补植区附近的柽柳遮阴，降低植物夜间蒸腾；
f、在第二个生长年3月下旬，再进行一次灌水，每次灌水后确保达到土壤饱和含水量即可。实施例3
a、栽种的植物选择以本土的持水力较强且具抗旱性的旱生植物花花柴，选择健壮苗木，1-2年生实生苗木，苗高3-5cm，根长15-20cm ；
b、在深根性植物植株梭梭外缘300cm范围内，挖树坑，坑间距80cm，坑深25cm，坑宽40cm，将旱生植物花花柴苗木种植在坑内，植苗回填土至距离坑口 IOcm ；
C、在每年3月下旬20-30号，补植旱生植物实生苗木花花柴幼苗，待补植旱生苗种植后，进行灌水，确保灌水后土壤含水量达到饱和含水量；
d、5月定植后，再进行一次灌水，确保苗木定植成功；
e、在定植成功后，在定植苗木生长年内选择晴朗夜晚总云量小于或等于5，在晚9:00至凌晨6:00之间用双层黑色遮阳网对补植区附近的梭梭遮阴，降低植物夜间蒸腾； f、在第二个生长年3月下旬，再进行一次灌水，每次灌水后确保达到土壤饱和含水量即可。 实施例4:
a、栽种的植物选择以本土的持水力较强且具抗旱性的旱生植物铃铛刺苗木，选择健壮苗木，1-2年生实生苗木，苗高3-5cm，根长15-20cm ；
b、在深根性植物植株胡杨外缘400cm范围内，挖树坑，坑间距70cm，坑深28cm，坑宽40cm，将旱生植物物铃铛刺苗木种植在坑内，植苗回填土至距离坑口 IOcm ；
C、在每年3月下旬，补植旱生植物实生苗木物铃铛刺幼苗，待补植旱生苗种植后，进行灌水，确保灌水后土壤含水量达到饱和含水量；
d、5月定植后，再进行一次灌水，确保苗木定植成功；
e 、在定植成功后，在定植苗木生长年内选择晴朗夜晚总云量小于或等于5，在晚9:00至凌晨6:00之间用双层黑色遮阳网对补植区附近的胡杨遮阴，降低植物夜间蒸腾；
f、在第二个生长年3月下旬，再进行一次灌水，每次灌水后确保达到土壤饱和含水量即可。
权利要求
1.一种干旱荒漠区水分利用的方法，其特征在于按下列步骤进行 a、栽种的植物选择以本土的持水力较强且具抗旱性的旱生植物，选择健壮苗木，1-2年生实生苗木，苗高3-5cm，根长15-20cm ； b、在深根性植物植株胡杨、柽柳或梭梭外缘100-400cm范围内，挖树坑，坑间距70-80cm,坑深25-30cm，坑宽30_40cm，将旱生植物种植在坑内，植苗回填土至距离坑口IOcm ； C、在每年3月下旬，补植旱生植物实生苗木，待补植旱生苗种植后，进行灌水，确保灌水后土壤含水量达到饱和含水量； d、5月定植后，再进行一次灌水，确保苗木定植成功； e、在定植成功后，在定植苗木生长年内选择晴朗夜晚，在晚9:00至凌晨6:00之间用双层黑色遮阳网对补植区附近的胡杨、柽柳或梭梭遮阴，降低植物夜间蒸腾； f、在第二个生长年3月下旬，再进行一次灌水，每次灌水后确保达到土壤饱和含水量即可。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于步骤a所述的旱生植物为骆驼刺、罗布麻、花花柴或铃铛刺苗木。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于步骤e所述的晴朗夜晚，是指总云量小于或等于5。
全文摘要
本发明涉及一种干旱荒漠区水分利用的方法，该方法利用根系水力提升、凝结水形成、植物蒸腾耗散，人工补水复壮幼苗，通过建立多层群落结构，充分利用根系提升的水、土壤凝结的水和冠层拦截吸收的水，减小干旱区水分的无效耗散，提高干旱荒漠区水分利用效率，人工辅助措施后满足乔灌草多层荒漠植物群落的水分自维持的目的，以提高在降水量小于250mm，蒸发量大于2000mm，地下水埋深较大(3-4m)的干旱荒漠区水分利用效率，避免人为辅助措施撤消后的群落的逆向演替。
文档编号A01G1/00GK102939845SQ201210493619
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月28日 优先权日2012年11月28日
发明者黄湘, 马建新, 陈亚宁, 李卫红 申请人:中国科学院新疆生态与地理研究所