地球科学进展

地球科学进展 ›› 2022, Vol. 37 ›› Issue (1): 99 -109. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2021.109

“青促会成立10周年之地球科学领域”专刊 上一篇    

吸湿凝结水对荒漠地区生物土壤结皮生态功能的影响综述
潘颜霞( ), 张亚峰, 虎瑞   
  1. 中国科学院西北生态环境资源研究院沙坡头沙漠试验研究站，甘肃 兰州 730000
  • 收稿日期:2021-09-18 修回日期:2021-10-25 出版日期:2022-01-10
  • 通讯作者: 潘颜霞 E-mail:panyanxia@lzb.ac.cn
  • 基金资助:
    美丽中国生态文明建设科技工程专项“绿色环保沙化治理技术与示范”(XDA23060202);甘肃省自然科学基金项目“民勤荒漠绿洲过渡带植被—土壤系统水分运移特征及驱动机制研究”(21JR7RA049)

Review of the Impacts of Hygroscopic Condensate on BSCs Ecological Function in Desert Areas

Yanxia PAN( ), Yafeng ZHANG, Rui HU   

  1. Shapotou Desert Research and Experiment Station，Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
  • Received:2021-09-18 Revised:2021-10-25 Online:2022-01-10 Published:2022-01-29
  • Contact: Yanxia PAN E-mail:panyanxia@lzb.ac.cn
  • About author:PAN Yanxia (1981-), female, Shouguang City, Shandong Province, Associate professor. Research areas include ecohydrology in arid area. E-mail: panyanxia@lzb.ac.cn
  • Supported by:
    the Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences "Green environmental protection desertification control technology and demonstration"(XDA23060202);The Natural Science Foundation of Gansu "Characteristics and driving mechanism of water transport in vegetation-soil system in Minqin desert oasis transition zone"(21JR7RA049)
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生物土壤结皮可以作为一种模式系统来研究复杂的生态学问题，而吸湿凝结水是生物土壤结皮在干旱期维持功能活性的基础，吸湿凝结水输入期间生物土壤结皮的生理活动会影响土壤中的碳交换和许多生物地球化学过程，因此，在荒漠生态系统中，地表吸湿凝结水与生物土壤结皮的关系研究显得尤为重要。但由于吸湿凝结水的形成过程受下垫面特征以及诸多热力及气象环境要素的影响，需要基于土壤学、生物学、气象学、物理学和表面科学等学科的交叉集成研究。在综述国内外研究动态的基础上，根据吸湿凝结水形成的物理基础，对比分析了不同原理测量方法的优缺点及发展趋势，从吸湿凝结水对生物土壤结皮的作用机制和生物土壤结皮发育对吸湿凝结水形成的影响两方面总结和讨论了目前吸湿凝结水形成与生物土壤结皮关系研究的进展和不足，根据现有研究结果，阐述了在未来全球变化背景下，非降雨水输入特征的改变及对生物土壤结皮发育和荒漠生态系统功能的生态作用，并提出了当前研究中存在的问题及未来的研究重点，这些问题的解决将提高我们对荒漠生态系统稳定性和可持续性的科学认知水平。

关键词: 生物土壤结皮, 凝结水, 测定方法, 生态意义

Biological Soil Crusts （BSCs） can be used as a model system to study complex ecological issues. As a continuous water source， hygroscopic condensate is most important factor to the survival of BSCs in dry conditions， which influences the physiological activities of BSCs and soil carbon exchange and other biogeochemical processes. Therefore， the relationship between hygroscopic condensate and BSCs is particularly important in desert ecosystem. Considering the formation process of hygroscopic condensate is affected by underlying surface characteristics and many thermal and meteorological environmental factors， the cross-integrated research based on soil science， biology， meteorology， physics， surface science and other disciplines is proper for this study topic. This paper reviews the latest research trends on hygroscopic condensate and BSCs relationship， analyzes the advantages and disadvantages for different measurement methods and their development tendency， summarizes the effect mechanism of hygroscopic condensation to BSCs and the influence of BSCs growth on the formation of hygroscopic condensation， discusses the evolution and deficiency of current research on the relationship between hygroscopic condensation formation and BSCs based on above two aspects， states the change of non-rainfall water input and its ecological effect to BSCs growth and desert ecosystem function under the condition of future global changes. Furthermore， we put forward the existing problems in current research and the research priorities in future. The solution of these problems will improve our scientific understanding about the stability and sustainability of desert ecosystems.

Key words: Biological soil crust, Hygroscopic condensate, Measurement method, Ecological significance

中图分类号: 

图1 以Dew和Biological soil crusts为主题词的检索结果（数据来自Web of Science）
Fig. 1 The retrieved results based on dew and biological soil crusts as keywords （data from Web of Science）
表1 吸湿凝结水测定方法比较
Table 1 Comparison of methods for hygroscopic condensate measurement
方法分类 测量方法 测量仪器/计算方法 原理 优点 缺点 参考文献

直接

测量法

 凝结面法 Duvdevan木板、Cloth plate method布板等 重量变化

凝结面类型多样、

简单、便宜

与天然凝结面有差别、精度低、不能计算

形成间期

 ［ 24 - 26 ］
称重法 Hiltner凝结水天平等 重量变化 连续测定 与天然凝结面有差别、水分不能进入土壤 ［ 27 - 29 ］

自动称重式蒸渗仪、

微型蒸渗仪等

 重量变化

凝结面与天然状态

一致、精度高

对电子秤的精度要求高，边界层效应

影响精度

 ［ 27 - 37 ］

间接

测量法

 平衡测算法 波文比法 水量平衡 参数容易获得、比直接测量方便

受水平衡计算过程中

各种因子影响，

易产生误差

 ［ 38 - 40 ］
Penman-Monteith公式 水量平衡 参数容易获得、比直接测量方便

受水平衡计算过程中

各种因子影响，

易产生误差

 ［ 8 ， 20 ， 41 ］
涡度相关法 能量平衡 代表区域广泛

易漏掉不确定水源，

中间观测量易引入

较多误差

 ［ 33 ， 42 - 43 ］
稳定同位素技术 氢氧同位素分析仪 同位素数量变化 无破坏、定量化程度高

对仪器设备要求高，

价格昂贵

 ［ 44 - 47 ］

电子传导

测量法

 叶面湿度传感器 电阻值变化

简单、易操作、能测定

形成间期

 推算误差较大 ［ 48 ］

电子传导土壤—水汽

计量器

 热传导能力变化 简单、易操作、连续测定 干扰表土层，热导度影响凝结和蒸发，降低了测量精度 ［ 30 ， 49 ］

模型模拟

测算法

 数值模型、经验和半经验统计模型、沙地凝结水计算模型等 凝结水形成原理和过程建模 参数容易获得、比直接测量方便

形成过程的复杂性

导致精确度不高

 ［ 31 - 32 ， 34 - 35 ， 50 ］
遥感测算法

微波辐射计、

微波雷达等

 遥感信号变化 无破坏、范围广、时间长 要求遥感信号灵敏度高，受环境因子影响大，精确度不高 ［ 30 ， 51 - 52 ］
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