毛乌素沙地南缘固沙灌丛下地表凝结水特征

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00079

摘要/Abstract

摘要：

尽管凝结水在干旱生态系统中所发挥的重要作用已被广泛关注，但对其在固沙灌丛下时空变化特征的研究仍然比较薄弱。为探明固沙灌丛对地表凝结水的影响，在毛乌素沙地南缘沙区选择3种典型固沙灌丛（沙柳Salix psammophila、柠条Caragana korshinskii和油蒿Artemisia ordosica），以无固沙灌丛影响的裸沙作为对照，用微型蒸渗仪测定了固沙灌丛下不同位置（根部、1/2冠幅和外缘）和不同方向（东、南、西、北）上地表凝结水的形成和蒸发特征。结果表明：（1）与对照相比，固沙灌丛的存在显著降低了地表凝结水量，沙柳、油蒿和柠条灌丛下凝结水量分别降低了29%、32%和33%；（2）不同类型固沙灌丛下地表凝结水量由里向外均呈显著增加的趋势，但不同方向上地表凝结水量差异不显著；（3）固沙灌丛的存在减缓了凝结水的形成和蒸发过程，即凝结水自19:00开始形成，到次日08:00基本结束，至13:00—15:00蒸发殆尽，其形成过程整体上表现出增加—平缓—增加的趋势，柠条和油蒿灌丛下地表凝结水在03:00—05:00甚至有少量蒸发，而蒸发过程呈稳定下降趋势；（4）凝结水的形成过程与空气相对湿度显著正相关，与空气温度和地表温度显著负相关。固沙灌丛通过拦截太阳辐射来缓冲地表温度变化以减缓水分凝结和蒸发过程。

关键词: 凝结水, 固沙灌丛, 蒸发, 毛乌素沙地, 干旱生态系统

Abstract:

Although the important role of dew in arid system has been widely recognized， its characteristics of temporal and spatial variation under sand-fixing shrubs has been paid less attention. To better understand the influence of surface dew under sand-fixing shrubs， three typical artificial sand-fixing shrubs （Salix psammophila，Caragana korshinskii and Artemisia ordosica） on the southern edge of the Mu Us Sandy Land， Northern China were selected and the bare sand without the effect of sand-fixing shrubs was used as the control in this study. The deposition and evaporation characteristics of surface dew in different positions （root， 1/2 crown width and periphery crown width） and directions （east， south， west and north） under sand-fixing shrubs were measured by micro-lysimeter. The results showed：（1） compared with the control， the presence of sand-fixing shrubs significantly reduced the amount of surface dew， and the amount of dew under Salix psammophila， Artemisia ordosica and Caragana korshinskii decreased by 29%， 32% and 33% respectively. （2） The amount of surface dew under different types of sand-fixing shrubs showed a significant increasing trend from the inside to the outside， but the difference in the amount of surface dew in different directions was not significant. （3） The existence of sand-fixing shrubs slowed down the deposition and evaporation of surface dew， that was， the formation of dew started at 19:00 at night， ended at 08:00 the next day， and evaporated from 13:00-15:00. The deposition process of dew showed an overall trend of increasing， fluctuating and increasing. The surface dew under Caragana korshinskii and Artemisia ordosica even evaporated a little from 03:00 to 05:00， and the evaporation process showed a steady downward trend. （4） The formation process of dew had a significant positive correlation with relative humidity， and a significant negative correlation with atmospheric temperature and surface temperature. Sand-fixing shrubs buffered surface temperature changes by intercepting solar radiation to slow down the deposition and evaporation processes of dew.

Key words: dew, sand-fixing shrubs, evaporation, Mu Us Sandy Land, arid ecosystem

中图分类号:

S152.7

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图/表 12

图1 研究区位置和样地布设

Fig.1 Schematic diagram of the geographical location of the study area and plot layout

表1 研究区不同类型固沙灌丛基本特征

Table 1 Basic characteristics of different types of sand-fix shrubs in the study area

指标	灌丛类型
指标	沙柳	柠条	油蒿
平均直径/cm	333±9	299±16	98±4
平均高度/cm	259±6	216±10	50±2
平均一级枝条数/枝	119±9	77±2	47±2
平均投影面积/m²	8.7±0.5	7.2±1.0	0.8±0.1
平均一级枝条直径/mm	9.4±0.8	14.7±0.2	4.8±0.2
一级枝条与地面夹角/(°)	55±2	55±1	33±1

图2 观测期间不同类型固沙灌丛及对照日凝结水量的变化

Fig.2 Variation of daily dew of different types of sand-fixing shrubs and control group during the experimental period

图3 观测期间不同类型固沙灌丛及对照日均凝结水量和累计凝结水量不同小写字母代表不同处理间地表凝结水量在0.05水平上的显著性差异

Fig.3 Variation of daily average dew amount and cumulative dew amount of different types of sand-fixing shrubs and control group during the experimental period

图4 不同类型固沙灌丛影响下地表凝结水在不同位置上的日变化

Fig.4 Diurnal variation of surface dew at different locations under the influence of different sand-fixing shrubs

图5 不同类型固沙灌丛影响下地表凝结水在不同方向上的日变化

Fig.5 Diurnal variation of surface dew in different directions under the influence of different sand-fixing shrubs

图6 固沙灌丛影响下地表累计凝结水量在不同位置和方向上的变化不同小写字母代表地表凝结水总量在0.05水平上的显著性差异，相同小写字母代表地表凝结水总量在0.05水平上差异不显著

Fig.6 Variation of cumulative surface dew in different locations and directions under the influence of different types of sand-fixing shrubs

表2 灌丛类型、方向、位置及其交互作用对地表凝结水影响的多因素方差分析结果

Table 2 Results of multivariate analysis of variance on the effects of shrub types， directions， locations and their interactions on surface dew

项目	自由度（df）	F	P值
灌丛类型	2	2.665	0.070
方向	3	1.137	0.333
位置	2	15.723	0.000
灌丛类型×方向	6	0.484	0.820
灌丛类型×位置	4	0.193	0.942
方向×位置	6	0.218	0.971
灌丛类型×方向×位置	12	0.133	1.000

图7 对照及不同类型固沙灌丛影响下地表凝结水的形成和蒸发过程

Fig.7 Deposition and evaporation process of surface dew under the influence of control group and different types of sand-fixing shrubs

图8 不同类型固沙灌丛下不同位置（A~C）和方向（D~F）上地表温度的变化

Fig.8 Variations of surface temperature at different locations （A-C） and directions （D-F） under different types of sand-fixing shrubs

表3 地表凝结水量与气象因子之间的相关性分析结果

Table 3 Results of correlation analysis between dew amount and meteorological factors

气象因子	对照凝结水量	沙柳凝结水量	柠条凝结水量	油蒿凝结水量
大气温度	-0.783^**	-0.800^**	-0.786^**	-0.743^**
相对湿度	0.803^**	0.786^**	0.763^**	0.702^**
风速	-0.143	-0.131	-0.095	-0.019
对照地表温度	-0.852^**	-0.861^**	-0.845^**	-0.778^**
空气地表温度差	0.803^**	0.801^**	0.785^**	0.699^**

图9 凝结水的形成和蒸发过程与气象因子之间的关系（A~E依次代表凝结水的形成和蒸发过程与空气温度、空气相对湿度、对照地表温度、风速和空气地表温度差之间的关系；F代表空气和地表温度的变化。2021年9月27—29日观测）

Fig.9 The relationship between the formation and evaporation process of dew and meteorological factors. A-E represent the relationship between dew deposition and evaporation process with air temperature， air relative humidity， control group surface temperature， wind speed and air surface temperature difference respectively； F represents the hange of air temperature and surface temperature. Observation on September 27-29,2021

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