高寒沙區(qū)生物土壤結(jié)皮對(duì)吸濕凝結(jié)水的影響

成 龍,賈曉紅,*,吳 波,李元壽,趙雪彬,周 虹

1 中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院荒漠化研究所,北京 100091 2 中國(guó)氣象科學(xué)研究院,北京 100081 3 青海共和荒漠生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家定位觀(guān)測(cè)研究站,青海共和 813000

高寒沙區(qū),海拔高、溫度低、降水稀少、蒸發(fā)量高,形成了獨(dú)特的自然環(huán)境。水分是影響動(dòng)植物生存與分布的關(guān)鍵性非生物因子,任何方式的水分來(lái)源都可能為高寒沙區(qū)生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)積極的影響,在水資源稀缺的區(qū)域,除降水外,吸濕凝結(jié)水是重要的水分來(lái)源。

荒漠生態(tài)系統(tǒng)中生物土壤結(jié)皮因其特殊的生理特征,在干旱、半干旱地區(qū)扮演了重要的角色,是荒漠生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建者之一。生物土壤結(jié)皮 (biological soil crusts, BSCs) 以隱花植物(藍(lán)藻、苔蘚、地衣和土壤微生物)為主體,土壤表層顆粒與隱花植物生物體假根和生長(zhǎng)需要產(chǎn)生的分泌物或是自身的菌絲體膠結(jié),形成的十分復(fù)雜的復(fù)合體[1]。伴隨著土地退化、沙化和荒漠化現(xiàn)象的加劇,有關(guān)干旱、半干旱地區(qū)的研究逐漸增多,BSCs在這些植被恢復(fù)區(qū)和荒漠生態(tài)系統(tǒng)中廣泛分布,在某些地區(qū)的覆蓋率達(dá)到了40%以上[1- 2],周期性缺水、缺少維管植物的沙漠、凍原和巖面等,其覆蓋率幾乎達(dá)到了70%。荒漠生態(tài)系統(tǒng)中生物土壤結(jié)皮吸濕凝結(jié)水的研究逐漸引起了重視,相關(guān)試驗(yàn)證實(shí)了吸濕凝結(jié)水的存在,內(nèi)蓋夫沙漠一年有195 d可以生成吸濕凝結(jié)水,吸濕凝結(jié)水總量33 mm[3]；毛烏素沙地,吸濕凝結(jié)水量可占據(jù)年均降雨量的12.6%[4]。對(duì)于灌木、半灌木等需水量較高的植物,吸濕凝結(jié)水的存在沒(méi)有太大意義,且吸收困難,利用價(jià)值有限[5],但對(duì)于荒漠系統(tǒng)中的各類(lèi)昆蟲(chóng)[6]、微生物、結(jié)皮[7-8]等生物來(lái)說(shuō),是賴(lài)以生存的水源之一。此外,吸濕凝結(jié)水具有提高荒漠地區(qū)植物種子萌芽[9],促進(jìn)沙丘穩(wěn)定[10-11]等多方面的作用,因此有關(guān)荒漠地區(qū)吸濕凝結(jié)水凝結(jié)特征的研究具有十分重要的生態(tài)水文意義。

國(guó)外對(duì)吸濕凝結(jié)水的研究在20世紀(jì)40年代就開(kāi)始進(jìn)行了,迄今已有70余年,吸濕凝結(jié)水研究的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)十分純熟[12-13],相關(guān)理論(影響因素、形成機(jī)理等)已經(jīng)十分完善[14- 17]。我國(guó)相關(guān)方面的研究還有一定程度的欠缺,研究主要集中在騰格里沙漠[18-19]、古爾班通古特沙漠[20]、毛烏素沙地[4]等區(qū)域[21],鮮見(jiàn)高寒沙區(qū)吸濕凝結(jié)水的相關(guān)報(bào)告,與我國(guó)的荒漠生態(tài)系統(tǒng)分布是不對(duì)稱(chēng)的。基于這種現(xiàn)象,本文選擇地處于青藏高原的共和盆地,采用微型蒸滲儀觀(guān)測(cè)了青海共和沙地夏秋季節(jié)吸濕凝結(jié)水形成量及形成過(guò)程,分析了采樣深度和結(jié)皮類(lèi)型對(duì)它們的影響,探討了吸濕凝結(jié)水量同氣溫和濕度關(guān)系,可為高寒沙區(qū)生態(tài)系統(tǒng)管理及生態(tài)水文學(xué)研究提供借鑒。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于青海省海南州沙珠玉鄉(xiāng)青海省治沙試驗(yàn)站,36°16′N(xiāo),100°16′E,海拔高度2871 m,是青海省林業(yè)廳的下屬單位。地處于青藏高原東北部的共和盆地,是青海省荒漠化土地的主要分布區(qū),占地面積5.2×102km2,土地沙化面積約為1.74×102km2。所處環(huán)境的影響,該區(qū)具有明顯的高原性大陸氣候特征,降水稀少,主要集中在夏季夜晚,時(shí)間短,雨量下,降水十分不均勻,年降水量246.3 mm；降雨的同時(shí)常常伴有大風(fēng),平均風(fēng)速3 m/s,主要是西北風(fēng)；低溫且溫差大,年平均溫度2.4℃,年最高溫度39℃；光照時(shí)間長(zhǎng),年太陽(yáng)輻射量為158431×4.18 kJ/cm2[22]；蒸發(fā)量高,年蒸發(fā)量1716.7 mm。

為治理土地的沙化,青海省治沙實(shí)驗(yàn)站于19世紀(jì)60年代建成,至今已有60多年的歷史,形成了以灌木：檸條錦雞兒(CaraganakorshinskiiKom.)、沙棘(HippophaerhamnoidesLinn)、檉柳(TamarixchinensisLour.)為主,多年生草本：賴(lài)草(Leymus) 、甘草(GlycyrrhizauralensisFisch)、針茅(StipacapillataLinn.)、早熟禾(PoaannuaL.)、等,高大喬木：青楊(PopuluscathayanaRehd.)、小葉楊(PopulussimoniiCarr)、樟子松(Pinussylvestrisvar.mongolicaLitv.)為輔,同時(shí)伴有大面積的苔蘚、藻類(lèi)等隱花植物,形成了復(fù)雜的植物群落。研究對(duì)象為生物土壤結(jié)皮,生長(zhǎng)年限的不同,生物土壤結(jié)皮的發(fā)育程度不同,隨著時(shí)間的推移,生物土壤結(jié)皮的隨著流沙、物理結(jié)皮、藻類(lèi)結(jié)皮、地衣、苔蘚結(jié)皮的發(fā)育順序進(jìn)行更替,同時(shí)存在一定的伴生現(xiàn)象。本試驗(yàn)對(duì)不同年限的生物土壤結(jié)皮厚度進(jìn)行了調(diào)查,綜合考慮,研究樣地設(shè)置在1977年植被恢復(fù)區(qū)。

1.2 研究方法

吸濕凝結(jié)水的測(cè)量沒(méi)有統(tǒng)一的方法,微滲儀法是目前公認(rèn)的較精確的方法之一[23],本試驗(yàn)采用微滲儀法對(duì)吸濕凝結(jié)水凝結(jié)和蒸散過(guò)程進(jìn)行觀(guān)測(cè)[24- 25]。

1.2.1 樣地設(shè)置

研究區(qū)地處高寒沙區(qū),未見(jiàn)相關(guān)研究報(bào)道,2016年6月—2016年10月,利用自制微滲儀對(duì)研究區(qū)吸濕凝結(jié)水進(jìn)行了觀(guān)測(cè),微滲儀由內(nèi)環(huán)和外環(huán)兩部分組成[20],內(nèi)環(huán)直徑10 cm,外環(huán)直徑15 cm；試驗(yàn)共有4個(gè)處理,每個(gè)處理5個(gè)重復(fù),選取具有代表性的苔蘚結(jié)皮、藻類(lèi)結(jié)皮、物理結(jié)皮,用流沙作為對(duì)照；取樣時(shí)在不破壞結(jié)皮的前提下,將內(nèi)環(huán)垂直壓入土壤,用300目紗網(wǎng)封底,取樣高度分別為2、3、5、10 cm(為防止測(cè)量過(guò)程對(duì)樣品的影響,取樣樣品裝至內(nèi)環(huán)頂部1 cm處)。樣品采集與樣方設(shè)置均需避開(kāi)灌叢、喬木的影響。

1.2.2 生物土壤結(jié)皮吸濕凝結(jié)水凝結(jié)特征觀(guān)測(cè)

2016年6月15日開(kāi)始試驗(yàn),2016年10月8日停止觀(guān)測(cè),觀(guān)測(cè)過(guò)程中,每日19:00和次日7:00用精度為0.01 g的電子天平稱(chēng)取樣品,兩次測(cè)量結(jié)果的差值即為夜間吸濕凝結(jié)水量。測(cè)量過(guò)程中,選取晴朗無(wú)云少風(fēng)的夜晚進(jìn)行凝結(jié)和蒸散過(guò)程的觀(guān)測(cè),2016年7月19日19:00開(kāi)始觀(guān)測(cè),直至樣品重量趨于穩(wěn)定時(shí)結(jié)束,時(shí)間間隔1 h。

1.2.3 氣象條件觀(guān)測(cè)

在樣地安裝有em50(北京力高泰科技有限公司)數(shù)據(jù)采集器,對(duì)空氣溫濕度進(jìn)行觀(guān)測(cè)。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

觀(guān)測(cè)結(jié)果以質(zhì)量表示吸濕凝結(jié)水生成量,轉(zhuǎn)換為以高度表示的吸濕凝結(jié)水量,計(jì)算公式如下：

H=10m/ρπr2

式中,H為吸濕凝結(jié)水量(mm)；m為吸濕凝結(jié)水質(zhì)量即樣品重量變化量(g)；ρ為水的密度(g/cm3)；r為自制微滲儀半徑(cm)[21]。

取樣過(guò)程中,所取樣品土壤深度的不同,會(huì)影響吸濕凝結(jié)水量的觀(guān)測(cè)結(jié)果。在騰格里沙漠[18-19]、古爾班通古特沙漠[20]、毛烏素沙地[4]等區(qū)域[21]的觀(guān)測(cè)過(guò)程中,證實(shí)了吸濕凝結(jié)水主要集中在土壤3 cm,本試驗(yàn)將10 cm取樣深度下測(cè)得的吸濕凝結(jié)水量作為當(dāng)日吸濕凝結(jié)水總量,計(jì)算不同取樣深度下測(cè)得吸濕凝結(jié)水生成量占吸濕凝結(jié)水總量比例(圖2) 。

采用SPSS(雙變量相關(guān)性分析、因子分析)和Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 吸濕凝結(jié)水量相關(guān)特征分析

觀(guān)測(cè)期間,共測(cè)得59次吸濕凝結(jié)水發(fā)生現(xiàn)象,除降雨、大風(fēng)等不適宜觀(guān)測(cè)的天氣外,每天都有吸濕凝結(jié)水的產(chǎn)生。

隨著取樣土壤深度的增加,日吸濕凝結(jié)水量逐漸增加；不同地表類(lèi)型日吸濕凝結(jié)水量存在差異(圖1)。取樣深度2 cm的日吸濕凝結(jié)水量,苔蘚結(jié)皮和藻類(lèi)結(jié)皮高于物理結(jié)皮與流沙,但苔蘚結(jié)皮、藻類(lèi)結(jié)皮、物理結(jié)皮與流沙之間存在差異但并無(wú)明顯規(guī)律；取樣深度3 cm,日吸濕凝結(jié)水量大致呈現(xiàn)為：流沙<物理結(jié)皮<藻類(lèi)結(jié)皮<苔蘚結(jié)皮,但趨勢(shì)不明顯；而取樣深度5、10 cm,日吸濕凝結(jié)水量表現(xiàn)為：流沙<物理結(jié)皮<藻類(lèi)結(jié)皮<苔蘚結(jié)皮,且趨勢(shì)明顯。

圖1 不同地表類(lèi)型(取樣深度)日吸濕凝結(jié)水量變化特征Fig.1 The daily contents of hygroscopic and condensate water on different sand surface (sample depth)

圖2 不同地表類(lèi)型吸濕凝結(jié)水總量 Fig.2 The total amounts of hygroscopic and condensate water on different sand surface不同字母之間代表差異顯著(P<0.05)

不同地表類(lèi)型產(chǎn)生的吸濕凝結(jié)水總量存在差異(圖2)。取樣深度2、5、10 cm的吸濕凝結(jié)水總量表現(xiàn)為：流沙<物理結(jié)皮<藻類(lèi)結(jié)皮<苔蘚結(jié)皮,吸濕凝結(jié)水量隨著結(jié)皮發(fā)育的程度呈現(xiàn)增加的趨勢(shì),且不同地表類(lèi)型所產(chǎn)生的吸濕凝結(jié)水總量差異顯著(P<0.05)；生物土壤結(jié)皮產(chǎn)生的吸濕凝結(jié)水總量顯著大于流沙產(chǎn)生的吸濕凝結(jié)水總量(P<0.05)；取樣深度3 cm的吸濕凝結(jié)水總量表現(xiàn)為：流沙<物理結(jié)皮<藻類(lèi)結(jié)皮<苔蘚結(jié)皮,其中藻類(lèi)結(jié)皮、物理結(jié)皮吸濕凝結(jié)水總量差異不顯著(P>0.05),苔蘚結(jié)皮、流沙與藻類(lèi)結(jié)皮和物理結(jié)皮之間吸濕凝結(jié)水量差異顯著(P<0.05)。

2.2 取樣深度與吸濕凝結(jié)水的關(guān)系

以10cm深度的日吸濕凝結(jié)水量為當(dāng)日吸濕凝結(jié)水總量,計(jì)算不同取樣深度日吸濕凝結(jié)水生成量占日吸濕凝結(jié)水總量比例的結(jié)果表明,不同取樣深度的比例變化為 2 cm<3 cm<5 cm,且取樣深度2 cm和3cm的比例在觀(guān)測(cè)期呈波動(dòng)性變化,而5 cm深度的比例在整個(gè)測(cè)定期呈穩(wěn)定變化趨勢(shì)(圖3)。取樣深度2 cm的比例變異系數(shù)在不同地表類(lèi)型為：苔蘚結(jié)皮0.253、藻類(lèi)結(jié)皮0.259、物理結(jié)皮0.434、流沙0.415,取樣深度3 cm變異系數(shù)為：苔蘚結(jié)皮0.209、藻類(lèi)結(jié)皮0.181、物理結(jié)皮0.217、流沙0.292,取樣深度2和3 cm出觀(guān)測(cè)結(jié)果變異系數(shù)較大。取樣深度5 cm的日吸濕凝結(jié)水占日吸濕凝結(jié)水總量的比例較高,最低86.57%,最高達(dá)到了98.92%,所占比例基本達(dá)到了90%以上,且變異系數(shù)較小：苔蘚結(jié)皮0.030、藻類(lèi)結(jié)皮0.030、物理結(jié)皮0.031、流沙0.029。

圖3 不同取樣深度生物土壤結(jié)皮吸濕凝結(jié)水量Fig.3 The hygroscopic and condensate water contents of biological soil crust in different sample depth

不同取樣深度對(duì)吸濕凝結(jié)水總量有影響(圖4),但地表類(lèi)型對(duì)吸濕凝結(jié)水總量無(wú)影響；取樣深度2 cm的吸濕凝結(jié)水總量與取樣深度3、5、10 cm吸濕凝結(jié)水量之間差異顯著(P<0.05)；取樣深度3 cm處測(cè)得吸濕凝結(jié)水總量與取樣深度5、10 cm處吸濕凝結(jié)水總量之間差異顯著(P<0.05)；取樣深度5 cm處吸濕凝結(jié)水總量與取樣深度10 cm吸濕凝結(jié)水總量之間差異不顯著(P>0.05)。

圖4 不同取樣深度吸濕凝結(jié)水量 Fig.4 The total amounts of hygroscopic and condensate water in different sample depth不同字母之間代表差異顯著(P<0.05)

2.3 不同類(lèi)型地表的吸濕凝結(jié)及蒸散日動(dòng)態(tài)過(guò)程

為更好的了解吸濕凝結(jié)水凝結(jié)與蒸散過(guò)程,通過(guò)對(duì)吸濕凝結(jié)水的日動(dòng)態(tài)觀(guān)測(cè)結(jié)果表明,不同地表類(lèi)型吸濕凝結(jié)水的凝結(jié)和蒸散過(guò)程呈現(xiàn)出單峰曲線(xiàn)(圖5),吸濕凝結(jié)水量表現(xiàn)為：流沙<物理結(jié)皮<藻類(lèi)結(jié)皮<苔蘚結(jié)皮。取樣深度2 cm處物理結(jié)皮與流沙之間差異不顯著(P>0.05),結(jié)皮(苔蘚結(jié)皮和藻類(lèi)結(jié)皮)與流沙之間差異顯著(P<0.05)；取樣深度3、5、10 cm吸濕凝結(jié)水量不同地表類(lèi)型吸濕凝結(jié)水量之間差異均顯著(P<0.05)。相同地表類(lèi)型取樣深度2、3 cm與取樣深度5 cm和10 cm之間差異顯著(P<0.05)；取樣深度5 cm與10 cm吸濕凝結(jié)水量之間差異不顯著(P>0.05)。

凝結(jié)過(guò)程分為兩個(gè)階段(圖5),日出前的凝結(jié)現(xiàn)象以及日出后的蒸散現(xiàn)象,凝結(jié)現(xiàn)象自19:00開(kāi)始,至次日7:00結(jié)束,吸濕凝結(jié)水量最大值出現(xiàn)在次日7:00；蒸散現(xiàn)象自次日7:00至次日12:00,持續(xù)時(shí)間5 h,12:00吸濕凝結(jié)水基本已蒸發(fā)完。蒸散過(guò)程苔蘚結(jié)皮吸濕凝結(jié)水量下降最快,流沙次之,藻類(lèi)結(jié)皮和物理結(jié)皮吸濕凝結(jié)水量下降居中。

圖5 不同地表類(lèi)型凝結(jié)及蒸散過(guò)程Fig.5 Condensation and evaporation process of different soil surface

2.4 大氣溫濕度與日凝結(jié)水量之間關(guān)系

因吸濕凝結(jié)水生成時(shí)間為19：00至次日7：00,所以采用該時(shí)間段內(nèi)大氣溫濕度平均值分析日吸濕凝結(jié)水量與其的相關(guān)關(guān)系。大氣溫度降低,濕度升高,吸濕凝結(jié)水量增加,大氣溫度升高,濕度降低,吸濕凝結(jié)水量降低(圖5和圖6)；大氣溫度與吸濕凝結(jié)水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,大氣濕度與吸濕凝結(jié)水量呈正相關(guān)關(guān)系,且相關(guān)性與取樣深度和地表類(lèi)型無(wú)關(guān)(圖7)。

圖6 夜間大氣溫濕度變化特征Fig.6 Changes of atmospheric temperature and humidity at night

圖7 大氣溫濕度與吸濕凝結(jié)水量相關(guān)性Fig.7 Correlations between hygroscopic and condensate water contents and atmospheric humiture

3 討論

其他研究表明,吸濕凝結(jié)水主要來(lái)源于空氣和土壤中的水汽,吸濕凝結(jié)水量的大小受取樣深度、地表類(lèi)型、周?chē)脖坏纫蛩氐挠绊慬3,18- 19]。在騰格里沙漠沙坡頭區(qū)[1]、毛烏素沙漠[3]和古爾班通古特沙漠[19]等地區(qū)吸濕凝結(jié)水主要發(fā)生在0—3 cm內(nèi),3—10 cm土壤深度,雖然存在吸濕凝結(jié)水,但因其凝結(jié)量較少,可以忽略不計(jì)[19-20,26]。通過(guò)對(duì)高寒沙區(qū)不同地表類(lèi)型的2、3、5、10 cm土壤深度的吸濕凝結(jié)水量研究表明,高寒沙區(qū)生物土壤結(jié)皮吸濕凝結(jié)水量與所取樣品土壤深度密切相關(guān)；土壤2、3 cm的吸濕凝結(jié)水量波動(dòng)大,差異明顯,不可作為代表性取樣深度；土壤5 cm處觀(guān)測(cè)結(jié)果占總吸濕凝結(jié)水量(10 cm土壤深度)的90%以上,且較為穩(wěn)定,可作為代表性取樣深度進(jìn)行試驗(yàn)。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中,凝結(jié)水量較高時(shí),凝結(jié)水會(huì)出現(xiàn)下滲現(xiàn)象,水分下滲深度較高,所取樣品土壤深度低于下滲深度時(shí),就會(huì)引起觀(guān)測(cè)結(jié)果的不準(zhǔn)確；本研究觀(guān)測(cè)的吸濕凝結(jié)水量較小,基本保持在土壤淺表層,入滲深度不深。另一方面,取樣深度造成觀(guān)測(cè)結(jié)果的偏差可能與吸濕凝結(jié)水來(lái)源有關(guān), 一方面大氣溫度在沒(méi)有達(dá)到露點(diǎn)溫度時(shí)就有凝結(jié)現(xiàn)象的產(chǎn)生,即來(lái)自大氣中的水分的吸收凝結(jié)部分；另一方面因土壤溫度梯度的影響,深層土壤水分向上轉(zhuǎn)移,并在近地表某一深度的土壤處凝結(jié)[27],這一現(xiàn)象的發(fā)生,決定著不同研究區(qū)域生物土壤結(jié)皮吸濕凝結(jié)水的取樣深度[18]。本研究中,5 cm和10 cm取樣深度形成的吸濕凝結(jié)水量差異不顯著,5 cm取樣深度可作為高寒沙區(qū)吸濕凝結(jié)水相關(guān)研究的代表性土壤深度。

吸濕凝結(jié)水的凝結(jié)、蒸散過(guò)程與地表類(lèi)型密切相關(guān)。不同類(lèi)型的生物土壤結(jié)皮因其結(jié)構(gòu)和組成成分的差異,會(huì)對(duì)吸濕凝結(jié)水量產(chǎn)生不同的影響[19,23,28]。在干旱區(qū)或半干旱區(qū)生物土壤結(jié)皮吸濕凝結(jié)水的研究表明：吸濕凝結(jié)水量隨結(jié)皮發(fā)育程度的增加而增加,結(jié)皮發(fā)育程度越高,吸濕凝結(jié)水量越大；生物土壤結(jié)皮吸濕凝結(jié)水量顯著高于流沙[19,23,28]。吸濕凝結(jié)水量的多少受多方面的影響,在古爾班通古特的研究表明夜晚,苔蘚結(jié)皮溫度下降較快,至近地表溫度以下時(shí),空氣中水汽在地表凝結(jié)；白天增溫快,夜晚降溫迅速,較大的日夜溫差有利于吸濕凝結(jié)水的生成[26]；另一方面,研究區(qū)蘚類(lèi)結(jié)皮屬于變水植物,變水的特征決定其含水量隨周?chē)h(huán)境的變化而變化,經(jīng)過(guò)一日的高溫,空氣濕度迅速下降,由于干旱缺水,苔蘚植物體皺縮,進(jìn)入休眠狀態(tài),遇到水分(即使量很少)之后恢復(fù)生理活性,恢復(fù)活性的苔蘚結(jié)皮苔蘚植物體裸露在結(jié)皮表面,與其他類(lèi)型的結(jié)皮相比具有較大的表面積,在吸濕凝結(jié)水形成過(guò)程中捕捉空氣中水分具備更大的優(yōu)勢(shì)；凝結(jié)面機(jī)械組成也會(huì)影響吸濕凝結(jié)水的形成,土壤粉粒和黏粒等細(xì)顆粒物含量越高,凝結(jié)面表面捕水的毛管作用力越大,即越有利于吸濕凝結(jié)水的形成,在鄂爾多斯沙地的研究證明,隨著結(jié)皮的發(fā)育程度的增高,土壤粉粒和黏粒等細(xì)顆粒物含量隨之增加[29]。苔蘚結(jié)皮較大的表面積、較高的日溫差和較高的細(xì)顆粒物含量都有利于吸濕凝結(jié)水的產(chǎn)生,本研究結(jié)果也表明夜間苔蘚結(jié)皮的吸濕凝結(jié)水量最大。藻類(lèi)結(jié)皮、物理結(jié)皮和流沙與苔蘚結(jié)皮相比具備空氣接觸面積小和土壤細(xì)顆粒物少的特點(diǎn),而在這三者之中,接觸面積：藻類(lèi)結(jié)皮>物理結(jié)皮>流沙,土壤細(xì)顆粒物含量：藻類(lèi)結(jié)皮>物理結(jié)皮>流沙[29],這導(dǎo)致吸濕凝結(jié)水量：藻類(lèi)結(jié)皮>物理結(jié)皮>流沙。本研究中,吸濕凝結(jié)水量：苔蘚結(jié)皮>藻類(lèi)結(jié)皮>物理結(jié)皮>流沙,與騰格里沙漠沙坡頭區(qū)[1]、毛烏素沙漠[3]和古爾班通古特沙漠[19]等地區(qū)吸濕凝結(jié)水相關(guān)研究結(jié)果一致。

吸濕凝結(jié)水的蒸散過(guò)程中,一方面苔蘚結(jié)皮與其他類(lèi)型結(jié)皮相比具備增溫速度快,空氣接觸面積大等特點(diǎn)；另一方面苔蘚結(jié)皮具備明顯植物體,夜間產(chǎn)生的吸濕凝結(jié)水附著在植物體表面,日出后,吸濕凝結(jié)水直接暴露于空氣中,有利于吸濕凝結(jié)水的蒸發(fā),綜合導(dǎo)致苔蘚結(jié)皮蒸散速率高于其他結(jié)皮類(lèi)型。藻類(lèi)結(jié)皮,是由藻類(lèi)菌絲體與土壤顆粒膠結(jié)形成的薄膜,由于其特殊的水分運(yùn)移方式,產(chǎn)生的吸濕凝結(jié)水轉(zhuǎn)移到土壤表層的下方[3]；相關(guān)研究證明,日出時(shí),溫度與水分適宜,藻類(lèi)恢復(fù)生理活性,藻絲體從膠鞘游至表層,進(jìn)行生理代謝活動(dòng),隨著表層溫度的升高,為避免水分的散失,藻絲體退至土壤下層[23],特殊的水分運(yùn)移方式和特殊的藻絲體運(yùn)動(dòng)方式可能是藻類(lèi)結(jié)皮吸濕凝結(jié)水持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的原因。物理結(jié)皮是土壤顆粒板結(jié)所形成的一種特殊的結(jié)皮類(lèi)型,其上部未見(jiàn)明顯的植物存在,由于表層的板結(jié),對(duì)水分的運(yùn)輸起到了一定的阻礙作用,吸濕凝結(jié)水產(chǎn)生后,滲入物理結(jié)皮下層,致使吸濕凝結(jié)水的蒸發(fā)速度較慢。而流沙的土壤孔隙大,持水能力差,表層與近地表溫度升高,吸濕凝結(jié)水迅速蒸發(fā)[26]。本研究中,吸濕凝結(jié)水蒸發(fā)速率：苔蘚結(jié)皮>流沙>物理結(jié)皮>藻類(lèi)結(jié)皮。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)處于高寒沙區(qū)共和盆地開(kāi)展吸濕凝結(jié)水凝結(jié)特征的初步觀(guān)測(cè),得到以下結(jié)論：

不同地表類(lèi)型產(chǎn)生的吸濕凝結(jié)水表現(xiàn)規(guī)律如下：流沙<物理結(jié)皮<藻類(lèi)結(jié)皮<苔蘚結(jié)皮,生物土壤結(jié)皮吸濕凝結(jié)水量顯著大于流沙(P<0.05)；

在該地區(qū)吸濕凝結(jié)水主要集中在土壤表層5 cm處,取樣深度5 cm可作為高寒沙區(qū)吸濕凝結(jié)水研究的代表性土層；

吸濕凝結(jié)水產(chǎn)生時(shí)間在19:00至次日7:00,持續(xù)時(shí)間為7:00—12:00,持續(xù)時(shí)間5 h,吸濕凝結(jié)水產(chǎn)生與持續(xù)時(shí)間與地表類(lèi)型和取樣深度無(wú)關(guān)；

吸濕凝結(jié)水量與大氣溫濕度密切相關(guān),與大氣溫度呈正相關(guān)關(guān)系,與大氣濕度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。