Study on Soil Microbiotic Crust and Its Influences on Sand-fixing Vegetation in Arid Desert Region

Based on secular fixed_site data in the artificial sand_fixing vegetation district at the southeast fringe of the Tengger Desert, the formative characteristics of soil microbiotic crusts and its influences on vegetation dynamics were analyzed. Once sand barrier and artificial vegetation have stabilized the surface of the sifting sand, could form aeolian deposition crust and then evolve into algae_dominated crust. Such processes result from the interactions of physical effects of atmospheric dust and silt deposition on sand surface, sinking and raindrop impact, and soil microorganism activities. Under the condition of less than 200 mm precipitation, the presence of microbiotic crust changes the soil hydraulic conductivity, alters the temporal and spatial distribution of the limited precipitation in sand layer and leads to the decline of deep_rooted shrubs. The development of microbiotic crust and subsurface soil affects the plant growth and seed rain distribution, as a result, the diversity of plant species gradually tend to become saturated and finally affects the vegetation stability.

Vegetation patterns and nature reserve construction in an extremely-arid desert in Anxi, NW China's Gansu Province

Anxi County is located in the northwestern part of the Hexi Corridor in Gansu Province and has the sole national level nature reserve of extremely arid desert in China. Phytosociological methods (Braun Blanquet, 1964) are used to classify plant community types in this area. Eleven are distinguished, including six of deserts, four of oases and one transitional type between deserts and oases. Direct gradient analysis(DCA) is employed to correlate the distribution of plant communities to physiogeographic conditions. This study makes clear that water is the most important ecological factor for the distribution of plant species and communities in this area. The effects of water have been demonstrated in different ways. A vegetation gradient from lower altitude to higher altitude in the southern part of the reserve is driven by a precipitation gradient. The effects of the depth of ground water table contribute to the differentiation of vegetation from desert to oasis in the flat area. In a finer scale, the washed gullies have obviously higher species richness and also higher vegetation cover than the surround gobi surfaces, possibly caused by the effects of floods. The vegetation patterns demonstrate that the area of Anxi County is a complete landscape unit. The range of the current nature reserve is not large enough for the purpose of conserving the unique biodiversity in this area.

Research Advances in Allelopathy of Plants in Arid Desert Regions of Northwest China

To investigate allelopathy of plants in desert ecosystems, related research achievements obtained in recent years, reported allelopathic plants, allelochemicals and releasing ways of alleochemicalds were summarized, and then the key problems of research into allelopathic plants in desert ecosystems were indicated. It was considered that the research of allelopathy of plants in desert regions has just started in China, and plants with atlelopathic potential were found in the Compositae, Leguminosae, Rosaceae, Scrophulariaceae and Gramineae; plants in desert regions re- lease allelochemicals mainly via natural volatilization, which is closely related to their growing environment; allelochemicals such as alkaloids, fla- vonoids, terpenoids have been identified. This study can provide theoretical basis and practical value for reasonable adoption of protection meas- ures of desert plants and comprehensive control of desertification.

Analysis on the relationship between winter precipitation and the annual variation of horse stomach fly community in arid desert steppe, Northwest China (2007–2019)

Gasterophilus spp.have been found to be widespread in reintroduced Przewalski’s horses in the Kalamaili Nature Reserve(Northwest China).However,data on the annual variation in Gasterophilus infections are lacking.To analyze the epidemiological features and determine the cause of the annual variation in Gasterophilus infections,we treated 110 Przewalski’s horses with ivermectin and collected Gasterophilus larvae from fecal samples each winter from 2007 to 2019.All 110 Przewalski’s horses studied were found to be infected by Gasterophilus spp.,and a total of 141379 larvae were collected.Six species of Gasterophilus were identified with the following prevalence:G.pecorum(100%),G.nasalis(96.36%),G.nigricornis(94.55%),G.haemorrhoidalis(56.36%),G.intestinalis(59.09%),and G.inermis(3.64%).The mean infection intensity of Gasterophilus spp.larvae in Przewalski’s horses was 1285±653.G.pecorum(92.96%±6.71%)was the most abundant species.The intensity of Gasterophilus spp.(r=–0.561,P<0.046)was significantly correlated with winter precipitation.Our findings confirmed that,in the Kalamaili Nature Reserve,gasterophilosis is a severe parasitic disease in Przewalski’s horses.Winter precipitation at the beginning of the year can indirectly affect the intensity and composition of Gasterophilus spp.in Przewalski’s horses at the end of the year.Therefore,the water-related ecological regulation should be carried out to help reduce the parasite infection of Przewalski’s horses.

AN IMPROVED METHOD FOR AN ECO-CLIMATIC ZONATION AND ITS APPLICATION AS ZONES IN ARID GRASSLANDS,SEMIDESERTS AND DESERTS

The method was developed for a Range Management Handbook of Kenya and the pre-liminary results published 1991. Now it is improved to a stage ready for international discus-sion.1. Main moisture Zones are defined by a specified sum of monthly moistureindices:

Warming effect of desert and its impact on oasis heat resources and agricultural productivity in arid land,China

This paper provides a positive view of the desert, in terms of the warming effect of deserts on oases and the impact of heat re- sources and agricultural production. We use data from experimental sites in the Manas River Basin in China to characterize these relationships. We note that the warming effect of the desert was found to be significant but gradually reduced with in- creased distance of the oasis from the desert. The range of wanning effect is about 100 km, and the improvement in tempera- ture is about 1.8 ℃. Due to this warming effect, the desert serves as the second heat source for the oasis, which represents one important aspect of the ecologic value of the desert. Our results also show the warming effect has a strong spatial impact on agricultural productivity. Crop productivity fell by about 49 kg/ha with every 10 km increase in distance away from the desert. Our results imply that crop suitability must correspond to the warming effect of the desert. More efficient use of heat resources can contribute towards achieving potential productivity.

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。

干旱砾漠区不同地貌单元植物群落特征及其与环境因子的关系

探究干旱砾漠区不同地貌单元植物群落特征及其驱动力,对干旱区不同地貌单元针对性的自然植物群落保护措施制定与合理的人工恢复植物群落构建具有重要意义。该研究分析了干旱砾漠区砾漠戈壁、风蚀残丘、风沙地和河谷地4种微地貌单元植物群落结构、组成与多样性特征,并基于土壤和微气象因子监测探究了不同地貌单元影响植物群落变化的主要生态因子。结果表明:(1)干旱砾漠区植物群落呈斑块状分布,垂直结构1~2层,生活型主要以1年生植物和小灌木为主;不同地貌单元中砾漠戈壁灌木约占45%,风蚀残丘和风沙地1年生植物约占50%,河谷地植物群落包含所有统计的5种生活型,其中包括少量乔木和藤本植物。(2)干旱砾漠区河谷地的植物群落覆盖度、植株密度、群落多样性和稳定性最高,风蚀残丘次之,在植物分布稀疏的砾漠戈壁和群落结构最简单的风沙地植物群落多样性和稳定性最低。(3)土壤含水率、有机质、可溶性盐和地表温度是影响干旱砾漠区植物多样性、生产力和群落稳定性的主要因子,除此之外,风蚀残丘的土壤容重、砾漠戈壁和风沙地的地表风速也是影响各自微地貌单元植物群落特征的主要因子。综上所述,干旱砾漠区生态受损后应依据不同微地貌单元中影响植物群落的主要生态因子制定相对应的植被恢复措施,如砾漠戈壁地貌减小地表温度、通过土壤质量改善在风蚀残丘和风沙地恢复建群种、河谷地生态用水的维系等。

干旱砾漠区不同微地貌单元土壤性状及真菌群落变化特征

探明干旱砾漠区不同微地貌单元土壤性状、真菌群落组成特征及其变化驱动因素,对于该区土壤真菌群落构建机制的理论研究和针对性生态损伤修复策略制定的实践指导具有重要意义。本文首先对比了干旱砾漠区4种微地貌单元(风蚀残丘、砾漠戈壁、河谷和风沙地)土壤理化性质、真菌α多样性及群落组成的变化特征,再结合不同微地貌单元植物群落特性和微气象因子测定,探究了各微地貌单元影响土壤真菌群落的主要生态因子。结果表明:(1)干旱砾漠区土壤均为砂质土壤,其中风沙地砂粒含量最大且黏粒含量最小,而河谷土壤粒径组成则相反;河谷和砾漠戈壁之间土壤容重和有机质含量无显著差异但显著高于其他两种微地貌单元;河谷土壤可溶性盐含量显著低于其他微地貌单元21.4%,但土壤含水量显著高出39.3%;速效养分中除砾漠戈壁的速效氮与速效钾、风蚀残丘的速效磷含量显著较低外,其他微地貌单元速效养分并未表现出显著性差异。(2)土壤真菌α多样性中,Shannon-Wiener指数、Pieloue指数和Simpson指数均表现为在风沙地显著降低而其他微地貌单元差异不明显,但Chao1多样性指数没有显著差异;真菌群落组成在门水平上,不同微地貌单元都以子囊菌门和担子菌门为优势菌门,其中子囊菌门在砾漠戈壁和风蚀残丘优势度最大,担子菌门在河谷占比最大;在属水平上,风蚀残丘的新凸轮孢菌属、暗茎草属,砾漠戈壁的新凸轮孢菌属、光黑壳,河谷的曲霉属、链格孢属,风沙地的金银花属、新凸轮孢菌属分别为各地貌单元土壤真菌群落优势属。(3)土壤含水量、有机质、速效氮、可溶性盐是影响干旱砾漠区不同微地貌单元土壤真菌群落结构变化的共同关键因子,风沙地的土壤机械组成、风蚀残丘的地表温度、光辐射强度、砾漠戈壁的地表风速和河谷的地表植被生物量分别为各自地貌单元影响土壤真菌群落的差异化生态因子。

2005-2020年中国干旱半干旱区典型草地和荒漠生态系统植被地上生物量数据集

植被生物量是全球碳循环的重要组成部分,是陆地生态系统与大气之间碳交换的重要环节,是定量研究全球气候变化与草地、荒漠生态系统之间的反馈调节作用等的基础。中国干旱半干旱区的草地、荒漠生态系统是重要的碳库类型,本文选取中国生态系统研究网络(Chinese Ecosystem Research Network,CERN)中位于中国干旱半干旱区的2个草地生态系统观测研究站(海北站、内蒙古站)和5个荒漠生态系统类型观测研究站(鄂尔多斯站、阜康站、临泽站、奈曼站、沙坡头站)的典型生态系统,对其按照CERN生态系统长期观测规范开展长期观测获取的植被地上生物量的2005–2020年间生长季的月动态实测数据进行了收集整理与质量控制,并开展了样方原始调查数据到样地尺度观测数据的统计计算,生成了植被地上生物量数据集,可为中国干旱半干旱区草地和荒漠生态系统对全球气候变化响应及植被保育与可持续发展等研究提供地面观测数据支撑。

卡山保护区核心区璃眼蜱空间格局及成因

璃眼蜱是一类能够传播多种病原体的吸血媒介节肢动物。近年来璃眼蜱在新疆卡拉麦里山有蹄类保护区(简称“卡山保护区”)的泛化,对当地野生动物甚至保护区管护人员构成的威胁日渐突出。于2021、2022年在该保护区核心区设置25km^(2)样地,探究了璃眼蜱的空间分布及其影响因素,重点围绕璃眼蜱与普氏野马及啮齿类动物之间的空间关系展开。通过半方差变异函数分析璃眼蜱空间分布相关性;以双变量空间自相关方法评估璃眼蜱与宿主动物的空间聚集程度;采用结构方程模型拟合璃眼蜱数量与环境因素的关系。结果表明:1)璃眼蜱的块金基台比值大于0.75,显示璃眼蜱具有较低的空间相关性,表明其分布更易受到宿主及所处环境的影响;2)璃眼蜱与宿主的双变量梯度LISA聚集图表明,璃眼蜱与普氏野马之间的空间聚集关系强于璃眼蜱与啮齿类之间的空间聚集关系。3)多元混合结构方程模型的拟合效果较好(R^(2)=0.70),模型发现气候、植被、宿主三种因子均能影响璃眼蜱数量。综上,本研究发现影响卡山保护区核心区的璃眼蜱分布的最主要因素是宿主,其中普氏野马与璃眼蜱的空间聚集关系强于啮齿类动物。璃眼蜱随大型宿主的扩张性分布,对同域,特别是核心区其他野生动物构成了直接威胁。野生动物的重引入可能会对生态链中其他物种产生间接影响。随着普氏野马的重引入,该地区的寄生虫分布发生了变化,可能是因为寄生虫适应了新的环境条件,且这种适应性又依赖于普氏野马的分布。这种现象表明,生态系统中的各个组成部分都会相互关联,生态链的变化可能会导致其他生物适应性发生改变。该问题显示开展濒危野生动物重引入监测工作的重要性,研究结果拓展了野生动物蜱传疾病控制和管理思路。

Noah-MP陆面模式对干旱区不同下垫面水热通量模拟评估

基于干旱区张掖国家气候观象台2021年1月-2022年6月和大满灌区绿洲农田站2020年1-12月的观测数据,评估Noah-MP模式对干旱区荒漠和农田两种下垫面的水热通量的模拟性能。结果表明:Noah-MP模式模拟的干旱区荒漠下垫面辐射与观测值的相关系数均>0.98,泰勒评分>0.93。感热的泰勒评分(0.809)>潜热的泰勒评分(0.504),对辐射及湍流通量的变化特征、峰谷值与观测值总体一致,模拟效果较好。模拟的5 cm土壤湿度对降水过程有明显的响应,表现出明显的冷暖季差异,但其模拟性能仍有待改进。Noah-MP模式模拟的干旱区农田下垫面辐射通量及各层土壤温度的相关系数均>0.98,泰勒评分>0.58,模拟效果较理想。但模拟的潜热通量及各层土壤湿度较观测值偏低,尤其在生长季模拟性能不理想。Noah-MP模式对干旱区荒漠下垫面水热通量的模拟性能优于农田下垫面,优化和发展模式水文过程的参数化方案,在模式中考虑人为作用,是提高干旱区陆面过程模式模拟能力的重要方向。

西北干旱区荒漠植物叶片和细根碳、氮、磷化学计量特征

植物的叶片和细根是植物地上部分和地下部分最重要的营养器官,其碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征反映了植物的养分限制状况及叶片与细根间的协同作用,开展叶片与细根化学计量关系的研究,对认识植物养分利用策略及元素间平衡关系有重要意义。对西北干旱区21种荒漠植物叶片与细根C、N、P含量进行了测定,分析了C、N、P含量及其计量比在不同生活型及不同器官间的关系。结果表明:1)西北干旱区荒漠植物叶片与细根C含量相对稳定,叶N、P含量高于细根,说明在干旱生境中,植物对养分的分配侧重于地上部分,以完成其正常的生命活动;叶片与细根的N∶P无显著差异,有明显的保守性,表明植物地上与地下部分养分吸收策略与分配规律具有一致性;2)不同生活型植物叶片和细根的C、N、P含量及C∶N、C∶P存在显著差异,灌木与禾草具有较高的C∶N和C∶P,杂类草具有较高的N、P含量,说明灌木与禾草倾向于保守型养分适应策略,杂类草倾向于快速生长的资源竞争策略;3)21种荒漠植物叶片与细根N、P含量间均存在显著的正相关关系,表明西北干旱区荒漠植物体内N、P元素间存在相互作用;4)植物叶片与细根间C、N、P含量及C∶N、C∶P存在等速生长关系,表明植物光合产物和养分在地上与地下部分间的分配具有平行的比例关系,但这种关系受生活型影响。上述结果表明西北干旱区不同生活型植物在恶劣生境中存在不同的养分适应策略,且地上与地下部分的养分利用策略及分配规律存在协同作用,这为进一步认识西北干旱区荒漠植物的养分利用策略提供了试验基础。

干旱荒漠区三种典型灌丛植物凋落物混合分解效应研究

为探究干旱荒漠区混合凋落物的分解特征,本研究以红砂(Reaumuria soongarica(Pall.)Maxim)、泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa Maxim)和珍珠(Salsola passerina Bunge)为研究对象,分析了单一和混合凋落物质量损失率和养分残留率的变化,揭示了混合凋落物分解的加性与非加性效应。结果表明:各凋落物质量损失率随分解时间延长呈增加趋势;各凋落物C和N残留率随分解时间推移为降低趋势,说明C和N养分元素呈释放模式;混合凋落物质量损失率表现为加性效应,C残留率在分解前期为加性效应,分解末期为拮抗的非加性效应,N残留率在分解前期为拮抗和协同的非加性效应,分解末期为加性效应;凋落物混合后,较高的物种丰富度会导致养分残留率的非加性效应增强。综上,混合凋落物分解中养分变化的混合效应因分解时间而不同,混合凋落物物种丰富度会影响养分元素的混合效应,能改善干旱荒漠生态系统的养分循环。

新疆农田和荒漠生态系统土壤有机碳储量及其影响因素

基于中国生态系统研究网络(CERN)长期监测数据,选取新疆维吾尔自治区代表暖温带干旱区的绿洲农田生态系统(阿克苏站)、代表暖温带荒漠区(策勒站)以及温带荒漠区(阜康站)的绿洲农田和荒漠生态系统综合观测场、辅助观测场和农户调查点2005—2020年0—100 cm土层的土壤有机碳(SOC)储量数据,分析新疆农田和荒漠生态系统SOC储量的影响因素。研究结果表明,2005—2020年0—100 cm土层SOC总储量平均值为阿克苏站(5.17 kg/m^(2))>阜康站(4.20 kg/m^(2))>策勒站(2.96 kg/m^(2))。0—20 cm、20—40 cm、40—60 cm土层的SOC分别约占0—100 cm土层储量的27.3%—35.3%、23.1%—24.6%和15.8%—17.5%。在阿克苏站,施肥量最高、灌溉量最低的农户调查点SOC储量最高;而在策勒站和阜康站,农户调查点和辅助观测场的施肥和灌溉措施分别最有利于提高SOC储量。总体来看,土壤含水量、地上生物量与SOC储量呈正相关关系;年平均气温与0—40 cm土层的SOC储量呈负相关关系。在单一生态站的生态系统尺度,年平均气温与SOC储量相关性不显著;地上生物量与策勒站和阜康站的SOC储量呈正相关关系,但是与阿克苏站0—40 cm土层的SOC储量呈负相关关系;施纯钾量与策勒站0—60 cm土层的SOC储量呈正相关关系,但与阜康站40—100 cm土层的SOC储量呈负相关关系。总之,与自然状态下的荒漠和农田不施肥相比,灌溉和施肥的农田管理措施有利于增加干旱区SOC储量。不同生态站要根据自身区域特点制定合理的农田管理模式,以维持较高的SOC储量。

基于改进域对抗网络的新能源基地风光时序功率曲线生成方法

准确刻画风光时序功率曲线对于加快推动新能源大规模并网、指导联合发电系统规划运行具有重要意义。针对我国沙漠、戈壁、荒漠等地区新建大型风电光伏发电基地无历史功率数据可利用的现状,该文提出基于改进域对抗网络(improved domain adversarial neural networks,IDANN)的新能源基地风光时序功率曲线生成方法。以历史气象和功率数据充足的新能源场站作为源域,仅有气象数据的新建基地作为目标域。将源域上学习的输入气象信息到输出风光功率的非线性映射知识迁移到目标域,并添加最大均值差异(maximum mean discrepancy,MMD)作为度量域间特征分布相似性的损失函数以降低目标域泛化误差。最后采用实际风光场站算例验证所提方法的有效性,并进一步表明该方法的实用价值和意义。

干旱荒漠区不同盐渍化土壤沙地云杉造林试验

为解决干旱荒漠区盐渍化土壤造林成活率低的问题,本研究在民勤沙生植物园选择不同的土壤类型,对沙地云杉5年生苗木进行造林试验,同时在同一立地条件下开展5年和12年苗的造林试验,通过造林成活率、生长量调查研究,总结出民勤干旱区适宜于沙地云杉造林的技术方案。研究结果表明:沙地云杉在民勤地区造林适宜的土壤类型为沙壤土,适宜造林的苗木规格为5年生以上的苗木,苗龄超过5年的,带土移栽造林成活率会显著提高,裸根苗适宜的造林时间为春季4月底,带土球移栽在春季或秋季均可进行,夏季温度过高,不易开展造林。

干旱荒漠区井工煤矿水土流失特点分析

干旱荒漠区是我国重点的生态脆弱区之一。由于煤矿开采活动的加剧,水土流失和风蚀沙化的问题变得更加严重,因此进行水土保持和生态修复的任务变得非常艰巨。文章通过实地调查以及对干旱荒漠区典型井工煤矿的现状分析和文献查询,探讨了井工煤矿在干旱荒漠区的水土流失问题。该研究从时间和空间两个维度对这一问题进行了详细的分析,旨在为干旱地区井工煤矿水土流失治理和生态文明建设提供基础依据。

电-氢-碳耦合促进新能源基地开发模式研究

实现全球“碳中和”,核心是推动能源绿色低碳转型,重要举措是推动新能源大规模基地化开发和高效消纳。针对偏远、水电不足地区新能源基地开发面临的低碳调节手段不足、电网配置和消纳能力有限、“风光火”开发模式降碳难等问题与挑战,提出了基于电-氢-碳协同的新能源基地发展思路和开发模式,将氢基产业发展与新能源开发消纳、煤电灵活低碳转型深度融合,同时结合绿氢、绿氨、绿色甲醇等氢基产品制取工艺的技术发展和调节能力提升,量化分析绿电与绿色氢/氨/甲醇在终端消费市场的竞争力及经济效益,研判不同时期新能源基地开发与氢基产业协同发展的适用模式及应用时序,展望新能源基地电-氢-碳协同开发模式在中国三北地区以及北非等海外地区的应用前景。

西北干旱区荒漠戈壁两次极端沙尘事件的对比研究

为深入理解极端沙尘暴事件的演变过程和驱动因子,结合多源卫星遥感及再分析数据,挑选2007年3月31日(“3·31”事件)和2021年3月14日(“3·14”事件)爆发于西北干旱区荒漠戈壁的两次沙尘暴事件,对比分析了其时空演变、高低空环流配置、近地面气象要素的变化。结果表明:(1)两次极端事件分别爆发于塔克拉玛干沙漠及戈壁荒漠,均受高低层天气系统影响。其中,“3·31”事件受地面冷锋和高空脊控制,脊前西北冷空气与地面冷锋引起的垂直运动配合,将沙尘往下游输送;而“3·14”事件则受蒙古气旋和高空槽影响,气旋后的偏北风和气旋引发的垂直运动将沙尘卷起至高层大气,并通过槽后西北风将其往下游输送;(2)两次极端沙尘事件均有持续时间长的特点,区别在于“3·31”事件主要受高压脊、均压场和周边地形影响,大气层结稳定,沙尘不易沉降和输送,而“3·14”事件则因中国北部持续性高压导致的偏南风和偏东风阻止了沙尘向下游扩散;(3)两次极端沙尘事件爆发前,塔克拉玛干和戈壁荒漠均出现了高温、降水减少及土壤水分枯竭现象,即强风和干燥土壤。为极端沙尘事件的爆发创造了有利的动力条件和物质基础。