塔里木盆地南缘绿洲-沙漠过渡带8种植物C、N、P生态化学计量特征的季节变化

研究荒漠生态系统中乔木、灌木和草本叶片生态化学计量特征及其随季节变化的规律,旨在阐明不同生活型植物生长发育过程中生态化学计量特征动态平衡及其差异,为荒漠生态系统的保护与管理提供理论依据。选择塔里木盆地南缘绿洲-沙漠过渡带内不同生活型8种植物,在生长季的4—9月连续进行叶片采集,分析叶片C、N、P含量及其计量比在整个生长季的变化。结果表明:(1)整体上,8种植物叶片C含量的季节变化不大,N、P含量在生长初期最高,之后逐步下降,体现了明显的稀释作用,而植物叶片的C∶N、C∶P和N∶P在整个生长季内的变化规律不一致;(2)综合分析8种植物叶片C、N、P含量及其计量比值在整个生长季节内的变异,变异系数由大到小排序为:P(32.39%)>C∶P(25.67%)>N(20.96%)>N∶P(20.42%)>C∶N(19.83%)>C(6.49%);(3)植物叶片C含量的变异主要受物种和生活型的影响,N、P含量及C∶N、C∶P的变异受物种和生长季的影响最大,而N∶P的变异受到生长季与物种的交互影响大于生长季的影响;(4)8种植物叶片N、P含量间存在极显著的正相关关系(P<0.001);P含量则与N∶P间呈现显著负相关(P<0.001),而N含量与N∶P间无显著相关性(P>0.05)。绿洲-沙漠过渡带8种植物叶片碳、氮、磷含量及其化学计量比在生长季因物种而不同,它们在生长季内的变异系数在物种间也存在差异,植物生长更容易受到N元素的限制。

塔里木河流域水储量变化及绿洲生态安全评估

绿洲是干旱、半干旱地区最具生态敏感性和独特性的景观类型,是维系人类生存和社会经济发展的重要区域。然而,在气候变化与人类活动双重影响下,干旱区水资源及其绿洲生境正发生剧烈变化。基于2000—2020年MODIS、GRACE卫星数据、土地利用数据和气象观测资料,通过计算植被覆盖度,估算植被初级生产力(NPP)和遥感生态指数(RSEI),系统分析了过去20 a塔里木河(简称塔河)流域陆地水储量和绿洲的动态变化并完成了绿洲区生态安全评估。结果表明:(1)2002—2020年塔河流域陆地水储量以0.27 mm·月-1的速率减少,空间上塔河流域陆地水储量在北部和西部区域显著减少,而在南部区域显著增加。(2)2000—2020年塔河流域绿洲面积显著增加,面积增加6.49%(0.42×10^(4)km^(2))。塔河流域整体生态环境呈转好趋势,生态等级由较差级别转为中等级别,生态改善区占总流域面积的69%,而生态退化区面积不足5%。塔河流域归一化植被指数(NDVI)由2000年的0.13增至2020年的0.16,近20 a植被覆盖度增加36.79%,NPP增加31.55%。(3)气温升高和降水增多的同时伴随下游河川径流增加,这进一步加剧了塔河流域陆地水资源储量的时空差异性,但人类活动仍是绿洲显著扩张最根本的原因。

干旱区长期不同灌溉模式及灌溉量对绿洲农田生态系统盐分分布的影响

为比较干旱区长期不同灌溉模式及灌溉量对绿洲农田生态系统盐分分布的影响,本研究于2023年4月分别对漫灌麦田、林地,滴灌棉田、苜蓿地,无灌原始荒漠、撂荒地进行了土壤剖面挖掘,用土钻法以20 cm为间隔取0~100 cm剖面土,对其土壤盐分分布进行研究。结果表明:相比原始荒漠及5年撂荒地土壤剖面的含盐量(15.82 g∙kg^(-1)和2.83 g∙kg^(-1)),长期滴灌与漫灌显著降低了土体盐分,其中漫灌林地和麦田的土壤含盐量分别为1.17 g∙kg^(-1)和1.13 g∙kg^(-1),滴灌棉田和苜蓿地的含盐量分别为1.33 g∙kg^(-1)和0.92 g∙kg^(-1)。此外,在林地和棉田长期灌溉量一致(4500 m^(3)∙hm^(-2))的情况下,滴灌棉田的含盐量高于林地,且主要分布在0~60 cm土层;在苜蓿地和麦田长期灌水量一致(6000 m^(3)∙hm^(-2))的情况下,麦田的土壤含盐量略高于苜蓿地,但两者无显著差异。在不考虑灌溉方式的情况下,土壤含盐量及分布与灌溉定额和植被类型有关,土壤含盐量顺序为苜蓿地<麦田<林地<棉田。研究表明:在地下水埋深约7 m的绿洲农田生态系统,长期滴灌与漫灌均加速了土壤盐分的淋洗,年平均4500 m^(3)∙hm^(-2)的灌溉量即能促使0~100 cm的土体空间呈现良好的非盐渍化环境。当灌溉量相同时,灌溉模式不再是影响土壤含盐量的主要因素,0~60 cm土体盐分分布主要取决于植被类型差异;当灌溉模式相同时,0~100 cm土体盐分分布不再受灌溉方式支配,更多取决于灌溉量,灌溉量高能促进土壤盐分淋洗。

绿洲-荒漠过渡带典型防护林体系环境效益及其生态功能

在塔里木河下游绿洲-荒漠过渡带,选取乔灌草结构(胡杨-柽柳-花花柴群落)、乔灌结构(胡杨-柽柳群落)和单一乔木结构(胡杨群落)三种典型防护林为研究对象,采用野外监测和室内分析相结合的方法,探讨了不同类型防护林对空气温湿度、土壤理化特性及防护效应等的作用,并分析了产生差异的原因及生态功能。结果表明:(1)干旱区绿洲-荒漠过渡带不同结构组成的防护林均可提高群落内温湿度的稳定性,改善土壤理化性质,其中乔灌草结构防护林较其它群落更有利于增加0～50 cm土壤有机质、全N、全P和20～100 cm土壤全K的积累;能更有效地增加0～30 cm土壤水分、抑制0～100 cm土壤盐分、稳定0～50 cm土壤温度;(2)单一胡杨林群落的有效防护高度为2～3 m,横向有效防护距离为40 m;胡杨-柽柳群落的有效防护高度为2～4 m,横向有效防护距离为60 m;胡杨-柽柳-花花柴群落的有效防护高度分别为小于1 m和2～4 m,高度超过1 m以上的横向有效防护距离为60 m,在1 m以下其横向有效防护距离可达100 m;(3)群落结构、植物密度和覆盖度是影响防护林环境特征和生态功能的主要原因。

2000−2020年塔里木河干流生态系统对地下水位变化的响应

地下水位的深浅直接影响植被的生长状况、生态分布格局及生态系统的稳定性,因此研究生态系统对地下水位变化的响应对于生态修复工作至关重要。塔里木河干流地下水位的波动,主要是生态输水、气候变化和人类活动共同作用产生的结果,地下水位的变化影响生态系统的空间分布。以塔里木河干流为研究对象,基于长期监测的地下水埋深数据和多期遥感数据,运用半变异函数模型、动态度分析、分形维数计算和趋势分析等方法,分析地下水埋深和生态系统的时空特征,探讨生态系统对地下水位变化的响应。结果表明:①2000−2020年,塔里木河干流的地下水埋深随着与河道距离的增加而逐渐增大,地下水埋深的空间变化受到人为因素(种植制度、灌溉强度)以及自然环境(地形、地貌、气候、土壤类型和含水层)的影响,且空间相关性不断提高。②2000−2020年,塔里木河干流生态系统变化主要表现为农田生态系统面积的增加和草地生态系统面积的减少,此变化占总变化的58%。其中,农田生态系统主要由灌丛生态系统转变而来,转变面积为1118.00 km^(2);草地生态系统向其他各生态系统转变面积显著,为1258.69 km^(2)。③生态系统的分形维数从1.4701降至1.1350,表明其用地的复杂程度降低,稳定性指数从0.0299增至0.3650,稳定性增强。④持续的生态输水使塔里木河干流地下水位上升,生态呈现出显著的正面发展态势,77.0%的区域生态轻微改善,8.0%的区域中等程度改善,1.7%的区域明显改善。研究显示,地下水埋深的变化对塔里木河干流生态有显著影响,地下水埋深减小,生态恢复明显,地下水埋深增大则生态退化明显。

克里雅河流域荒漠-绿洲交错带3种不同生活型植物的光合特性

利用LI-6400光合仪测定新疆克里雅河流域荒漠-绿洲交错带自然生长的芦苇、柽柳、胡杨叶片的气体交换参数及环境影响因子,通过对比3种植物光合特性的差异及其与环境因子间的关系,探讨3种植物对荒漠环境的适应特性和机制。结果表明:(1)3种植物叶片Pn日变化均呈不对称的双峰曲线,"午休"现象明显,Pn日均值的大小依次为胡杨>芦苇>柽柳,种间差异不显著。(2)Tr、PAR和Gs与3种植物Pn的日变化存在极显著或显著的相关关系,其中影响芦苇Pn的主要因子是Tr、PAR和Gs,作用效应为Tr>Gs>PAR;影响柽柳Pn的主要因子是Tr、Gs,作用效应为Tr>Gs;影响胡杨Pn的主要因子是Tr。(3)3种植物的光合作用对光强和CO2的响应特征可用二次方程描述;光补偿点和饱和点均为柽柳>胡杨>芦苇;CO2补偿点为胡杨>柽柳>芦苇,饱和点为胡杨>芦苇>柽柳。(4)3种植物的表观量子效率在0.0341—0.0411 mol/mol之间,羧化效率在0.0480—0.0546 mol m-2s-1之间。综合比较表明,3种干旱区植物在自然条件下日均净光合速率、光能利用率和CO2同化能力差异不显著,气孔限制是光合"午休"现象产生的主要原因;影响3种植物光合作用的主导因子各不相同,但Tr与Pn间的关系较其它因子更为密切。

西北干旱荒漠区生态系统可持续管理理念与模式

结合对西北干旱区水资源短缺、资源开发中的生态与经济矛盾突出、气候变暖可能加剧干旱区荒漠化以及生态水权与长效保障机制缺失等问题的分析诊断,探讨了荒漠区生态系统可持续管理面临的问题与难点,分析提出了荒漠生态系统植被保育的生态水位与生态阈值,阐述了荒漠 绿洲过渡带生态融合以及绿洲生态系统安全的生态防护梯度等干旱区生态系统管理理念;结合干旱区极端环境自然条件,在多年现场试验基础上,研发集成了退化群落改造与生态多样性构建技术、植物群落结构优化配置、组装与生态融合技术、生态系统恢复水分利用与生态自维持技术以及胡杨萌蘖更新技术等多种适宜荒漠植被恢复与重建的技术模式,并进行了成功实践和试验示范,为干旱荒漠区生态系统可持续管理提供了重要科技支撑。

塔克拉玛干沙漠南缘玉米对不同荒漠化环境的生理生态响应

为了研究玉米对不同荒漠化环境的适应性,以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲外围不同荒漠化程度下生长的玉米为试验材料,大田试验为手段,布置3个胁迫水平(轻度荒漠化、中度荒漠化、重度荒漠化),研究了玉米的土壤含水率、植株高度、生物量分配、脯氨酸(Proline)、丙二醛(MDA)、可溶性糖(Sugar)、叶绿素(Chl)、叶绿素荧光参数、比叶面积(SLA)等在不同胁迫梯度下的变化特征。结果显示:随着荒漠化程度的加剧,玉米生物量、脯氨酸、丙二醛、叶绿素、类胡萝卜素、Chl a/b、叶绿素荧光参数都有不同幅度的下降;中度荒漠化可溶性糖含量最低,重度最高,轻度介于两者之间;Car/Chl、比叶面积和地下生物量占总生物量的比重都随荒漠化程度的加剧,呈增加趋势。结果表明,荒漠化环境明显对玉米的生长产生了抑制作用;随着荒漠化程度的加剧,玉米植株的光合色素含量降低,PSⅡ受到影响,从而影响植株的光合作用,使玉米物质的积累受到影响;玉米自身通过在营养器官分配更多的能量和积累调控物质,并且在形态结构上也会发生某些改变以适应更恶劣的环境。随着胁迫程度的加剧,对其生长抑制愈严重。

塔里木河下游生态输水对荒漠河岸林生态恢复力的影响

生态恢复力是指生态系统在外界干扰下通过自我调节、恢复到未受损前状态的能力,研究生态恢复力可为有效应对外界干扰对生态系统的威胁提供理论基础。基于对过去20 a近河岸荒漠河岸林植被归一化植被指数(NDVI)和气象数据的分析,研究了塔里木河下游不同河段4个时期(2001—2005年、2006—2010年、2011—2015年和2016—2019年)植被净初级生产力(NPP)的均值以及生态系统抵抗力、稳定性和恢复力状况,得到了不同时期不同河段生态系统的恢复状况。结果表明:(1)2016—2019年具有最大的NPP均值和最大值,与2006—2015年相比,生态系统恢复力较大,但略小于2001—2005年。(2)上段2011—2015年恢复力最大,中、下段2016—2019年恢复力最大,上、中和下段2006—2010年恢复力最低。(3)输水20 a后,上段生态系统的恢复状况较中、下段好。(4)生态恢复是相对于某种状态而言的,生态输水后前10 a生态恢复力较低,表明生态系统不容易恢复到未退化状态,而后10 a生态恢复力较大,说明生态系统越来越接近未退化状况,植被整体生长状况在改善。

干旱区绿洲-荒漠化演变中的水足迹表征研究——以新疆天山北坡为例

以新疆天山北坡为研究区,首先利用改进后的方法计算了研究区的水足迹,然后在水足迹时空变化和荒漠化格局演变分析的基础上,建立天山北坡荒漠化与水足迹之间的关系,并从水足迹的角度对天山北坡绿洲荒漠化的过程机制进行了分析。结果表明:(1)1960—2007年,天山北坡水足迹呈现较为明显的上升趋势,同时,水足迹结构发生了明显的变化。(2)天山北坡各市县当地生产水足迹的空间差异明显。(3)研究区荒漠面积与水足迹之间存在显著的负相关性。(4)调整地区生产结构(特别是农业)和改善区域居民的消费模式都有利于减轻干旱区水资源压力,对干旱区荒漠化的预警和防治具有重要的战略启示。

2009–2015年塔里木盆地南部荒漠和绿洲农田土壤元素含量数据集

研究区域位于昆仑山脉为界的青藏高寒区和塔克拉玛干沙漠之间,植被稀少,生态系统结构简单,稳定性差。中国科学院新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站(以下简称“策勒站”)自2005年加入中国生态系统研究网络(Chinese Ecosystem Research Network,CERN)以来,按统一的监测规范,对荒漠生态系统中土壤营养元素、主要理化性质及重金属含量等指标进行长期定位监测。本数据集收集整理了策勒站2009–2015年3个荒漠观测场和7个农田观测场长期采样地0–10、10–20、20–40、40–60、60–80、80–100 cm土层土壤的交换量、养分全量、矿质全量、微量元素和重金属元素、速效微量元素、机械组成及容重等42项指标。本数据集可为荒漠系统大气–土壤–植物生物地球化学循环过程提供基础数据,为荒漠生态系统修复和保育提供理论参考。

荒漠生态系统土壤呼吸速率对环境因子的响应

为探明环境因子与土壤碳释放之间的关系,利用LI-8100土壤碳通量自动测定仪监测塔里木河下游典型断面的荒漠河岸林群落土壤呼吸的变化动态,并同步观测植被盖度、地下水位、土壤特性及温度等相关因子的变化,分析其与土壤的关系。结果表明:1)在同一温度范围条件下,虽然土壤呼吸对温度变化有所响应,但温度不再是土壤呼吸作用的主要限制因子,根系和土壤微生物的生命活动很容易受到其他因素的影响和制约;2)监测区地下水对土壤呼吸速率存在一定的影响,地下水位越高土壤呼吸速率越小,地下水位越低土壤呼吸速率越大;3)植被盖度与地下水同时作用于土壤呼吸过程;4)在地下水的影响下土壤特性对土壤呼吸过程也存在影响。

重点脆弱生态区生态恢复模式现状与发展方向

生态系统退化严重影响区域可持续发展,控制生态系统退化和生态恢复已成为重要议题。我国脆弱生态区分布广泛,生态系统退化显著,荒漠化、水土流失、石漠化等问题突出,针对这一问题,我国已开展一系列生态恢复工程,积累了数量众多的生态恢复模式。在梳理重点脆弱生态区(北方风沙区、青藏高寒区、干旱荒漠区、黄土高原区和喀斯特地区)生态环境问题现状基础上,整理了针对不同脆弱生态区及亚区的生态恢复模式,构建了一套全面评估生态恢复模式的综合效益的指标体系,结合实地调查和数据收集,评估了脆弱生态区的生态恢复模式的综合效益,基于此提出生态恢复实践中应将生物多样性和生态系统服务提升作为重要目标,同时加强针对生态恢复模式的成本效益分析,综合设计生态恢复管理制度,搭建重点脆弱生态区生态恢复信息平台可为生态恢复模式筛选和优化提供决策支持。

不同灌溉量对绿洲-荒漠过渡带多枝柽柳幼苗根系生长和分布的影响

为了探讨绿洲-荒漠过渡带上受损柽柳群落幼苗适宜生长的土壤水分条件，在塔南策勒绿洲外围设置A（不灌溉）、B（适度灌溉）、C（充分灌溉）3个处理的田间试验。于7～10月份考察了各处理柽柳幼苗粗根（〉2mm）和细根（〈2mm）生物量积累、空间分布等变化特征。结果显示：（1）随着灌溉量的增加，柽柳根系生物量积累不断增加，且在生长季末（10月份）增速最大，同时细根占总根重的比例从20.5％上升到29．8％，显著提高了幼苗吸收养分和水分的能力。（2）干旱胁迫（处理A）下柽柳幼苗根系的下扎深度大，但水平根幅的扩展却有限；适度灌溉（处理B）的生物量较处理A大，但小于处理C；根系扎根深度表现为处理A〉处理B〉处理C，各指标均处于中间状态；水分条件最好（处理c）时虽然垂直扎根深度小，但水平根幅最大，可以更有效利用浅层土壤资源。（3）柽柳幼苗大量根系集中在0～40cm的土壤表层，而且水分条件越好，这种集中趋势越明显；根系生物量随土壤深度的增加呈递减变化，细根的根长密度也有相似变化，但细根的比根长变化规律不明显，这可能与各层土壤微观环境的变化有关。研究表明，灌溉对柽柳幼苗根系的生长和分布有显著影响，充分灌溉下柽柳幼苗根系生物量积累最多且空间分布最大，该灌溉量有利于柽柳幼苗根系的正常生长和合理分布。

2010–2020年塔里木盆地南部荒漠草地凋落物回收量月动态数据集

中国科学院新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站(以下简称“策勒站”)地处塔里木盆地南缘,南依昆仑山,北临我国最大的塔克拉玛干沙漠。具有植被群落简单,土壤有机质积累缓慢等特点。凋落物是该区域重要的养分来源。基于对策勒站荒漠植物群落的长期定位观测,通过对不同植物凋落物器官(枝、叶、果)分组,本文整理统计得到2010–2020年塔里木盆地南部荒漠草地凋落物的回收量月动态数据,同时记载了观测场群落以及土壤养分的年度变化情况。数据的产生严格遵照CERN生物观测规范执行,数据的审核及质量控制由台站与分中心质控人员共同完成。本数据集以期为深入研究塔里木盆地南部荒漠草地凋落物动态变化提供基础数据,为了解和评估极端干旱荒漠生态系统养分循环过程提供理论支撑。

塔里木河下游输水对荒漠河岸林生态系统水分利用效率的影响

水分利用效率(Water use efficiency,WUE)作为评价植物生长适宜度的综合指标之一,能很好地反映植被对生态输水的响应。通过Slope趋势分析、Pearson相关性分析及栅格时序合成等方法,利用CASA模型估算的净初级生产力(Net primary productivity,NPP)和SEBAL模型估算的实际蒸散发(ET),研究了塔里木河下游WUE的时空变化及其对生态输水的动态响应。结果表明:(1)2001—2018年,塔里木河下游WUE呈显著上升趋势(P<0.05),但受NPP的影响大于ET(CorNPP=0.76>CorET=0.10),灌丛WUE(0.49 g C·mm^(-1)·m^(-2))高于胡杨(0.30 g C·mm^(-1)·m^(-2))及草本(0.24 g C·mm^(-1)·m^(-2));WUE空间变化规律为由河道向两侧及由西北向东南呈递减趋势,极显著上升面积占整个研究区的13.64%。(2)各植被WUE随着生态输水量的增加,呈显著上升趋势(P<0.05),灌丛WUE平均每年上升幅度是胡杨和草本WUE上升幅度的15倍,表明灌丛WUE对生态输水的响应更为敏感;各植被WUE与生态输水量、输水持续时间均呈正相关,与输水开始时间呈负相关。年内输水次数与年内WUE、NPP及归一化植被指数(NDVI)呈正相关关系(WUE:Cor=0.407,NPP:Cor=0.605,NDVI:Cor=0.657)。(3)不同植被类型生长的最适温度有所差异,并与WUE、NPP及ET有着密切关系。胡杨年均最适温度25.62℃、灌丛27.07℃及草本23.22℃。在温度偏差值最小的时间(4—10月)进行最佳的水热组合将更有利于植被生长。(4)塔里木河下游年均WUE与地下水埋深呈较强的负相关关系(Cor=-0.81),其中草本及灌丛WUE与地下水埋深的相关性高于胡杨(|Cor草本及灌丛=-0.76|>|Cor胡杨=-0.46|);各植被年均WUE在地下水埋深4~6 m处存在峰值,超过6 m后,WUE均呈下降趋势。

绿洲农业对博湖小湖生态需水的影响研究

研究博湖县绿洲农业灌区对博斯腾湖小湖区域的补给水量,提出最优的绿洲农业种植结构。基于MIKE-SHE水文模型及水量平衡公式,以2017年为研究背景,量化不同种植结构情景下的地下水及地表水对博湖小湖补给量的变化情况,核算了区域年补给总量。结果表明:(1)模拟值与观测值的平均相关系数及纳什系数分别为0.89、0.79;(2)种植水稻地下水对博湖小湖补给量10.628×10^6m^3,种植油菜地表水对博湖小湖补给量538.023×10^6m^3,均为最高;(3)地下水对博湖小湖的补给量与灌溉期、灌溉定额、作物种类有着强烈的相关关系,地表水对博湖小湖的年补给量远远大于地下水,且与总补给量高度相关,是博湖小湖总补给量的决定性因素;(4)油菜及小麦的年补给量分别为544.939×10^6m^3、 541.158×10^6m^3,为小湖生态需水要求下区域最佳的种植作物。

温带荒漠灌丛和藓类结皮对土壤养分的贡献

灌丛与生物土壤结皮镶嵌分布是温带荒漠常见的地表景观之一,二者的发育均显著影响了地表土壤养分的空间分布特征及循环过程。然而,灌丛和生物土壤结皮对荒漠土壤表层养分的影响存在怎样的差异,二者对养分变化的贡献度如何尚不清楚。因此,选择中国北方典型温带荒漠古尔班通古特沙漠为研究区,以荒漠中的优势灌丛膜果麻黄(Ephedra przewalskii)灌丛和生物土壤结皮发育高级阶段的藓类结皮的结皮层及结皮下层土壤为研究对象,采集不同微生境(裸露地、灌丛下)的裸沙与藓类结皮的土壤样品。为探究不同微生境下不同土层碳、氮、磷和钾养分变化特征,测定了不同土层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、速效氮(AN)、速效磷(AP)和速效钾(AK)含量。结果表明:(1)相较于裸露地,灌丛显著提高了藓类结皮不同土层有机碳、全氮和全钾的含量和裸沙全磷的含量,降低了灌丛下藓类结皮土壤全磷的含量。(2)对于速效养分而言,与裸沙相比,裸露地藓类结皮覆盖降低了土壤速效氮含量,增加了速效磷和速效钾含量;而灌丛下藓类结皮覆盖提高了土壤速效氮和速效钾的含量,但降低了速效磷的含量。(3)相关性分析显示,在0—2 cm土壤中速效磷与速效氮呈现显著负相关,而在2—6 cm速效磷与速效氮呈现显著正相关(P<0.01)。(4)贡献度分析表明,土壤中灌丛效应对养分的贡献(42.54%)要远大于藓类结皮的贡献(2.43%),但二者交互作用却降低了除速效氮以外的其他土壤养分含量。综上,灌丛、藓类结皮覆盖和土层深度变化对土壤碳、氮、磷和钾养分均具有显著影响(P<0.05),但三者间的交互效应对养分的影响不显著(P>0.05)。相对于裸露地,灌丛与藓类结皮的覆盖均对表层土壤碳、氮、磷和钾养分具有促进作用,且随着土层深度的下降,土壤养分含量呈现显著的下降趋势(P<0.05)。因此,在荒漠生态系统中耐旱灌丛与生物土壤结皮这两个最重要的斑块单元联合调控了微尺度土壤养分的空间异质性变化。

近40 a昆仑山北麓典型河流生态基流时空特征

生态基流是河流生态系统健康稳定的关键,对于水资源缺乏的干旱区内陆河流尤为重要。以昆仑山北麓克里雅河、尼雅河与车尔臣河3条典型季节性内陆河为研究对象,选取1978—2014年流域水文数据,利用QP法、Tennant法、近10 a最枯月平均流量法和Texas法4种水文学方法,计算确定河流生态基流并据此分析其时空分异特征与影响因素。结果表明:Tennant法更适合昆仑山北麓河流生态基流计算。从时间变化来看,3条河生态基流年内最大值均出现在7月份,最小值均出现在1月份;年生态基流最大值均出现在2010年左右,最小值在1980年前后,分别以1.378、0.653、3.066 m^(3)/s·(10 a)^(-1)的速度增加。3条河流生态基流空间分布,春季表现为车尔臣河>克里雅河>尼雅河,夏季和秋季均表现为克里雅河>车尔臣河>尼雅河,且同一河流波动变化明显,不同河流之间变化差异不显著(p>0.05)。影响生态基流年内时空差异的主要因素分别是气温、降水和人类活动,其中以车尔臣河流域气温、降水与生态基流的相关性最强,相关系数r分别为0.876、0.917。考虑生态基流时空分布与流域气候变化特征,综合提出3条河流年内各月生态基流管控目标。研究结果可为昆仑山北麓河流生态保护与水资源管理调度提供参考。

替代稳态下阜康北部荒漠生态弹性的时空格局

替代稳态下的荒漠生态系统生态弹性反映了系统承受环境干扰后的恢复能力,这对认识荒漠生态系统过程具有重要的理论意义。当前研究主要集中在湖泊和森林生态系统,而有关荒漠生态系统弹性的研究普遍未考虑替代稳态,也鲜有考虑弹性的时间变化。本研究以阜康北部的古尔班通古特沙漠南缘至沙漠腹地样带为例,运用2001年1月至2020年12月的MODIS全球植被指数遥感数据,采用BFAST(Breaks for Additive Season and Trend)和状态空间建模对数据进行处理和提取,通过不同状态的退出时间量化得出不同时段替代稳态条件下的生态弹性,同时根据计算结果分析了该地区生态弹性时空演变特征及其影响机制。研究结果表明:(1)研究区弹性+和弹性-整体呈现先下降后上升的趋势,但沙漠边缘至腹地空间差异显著。(2)生态弹性对降水变化存在滞后响应。(3)降水季节变化的差异会降低降水量与生态弹性之间的相关性。综上所述,生态弹性的空间分布总体受降水格局控制,但立地条件导致的植被空间异质性增加了生态弹性空间分布的复杂性,而生态弹性与降水变化的关系取决于植被群落构成、植物对降水变化响应、降水量变化趋势和季节分布。本研究在认识荒漠生态系统功能稳定性维持机制以及荒漠生态保护和修复方面具有重要的理论与实践意义。