绿洲-沙漠过渡带引种植物光合生理特征研究

为了研究引种植物在绿洲-沙漠过渡带极端干旱条件下的适应性,在自然条件下对3种引种植物文冠果、酸枣、紫叶小檗的光合、水分等生理指标进行了研究。结果表明,1)3种植物的光响应曲线变化趋势基本一致,均表现为随着光合有效辐射(PAR)的增大净光合速率(Pn)先增大后减小;文冠果和紫叶小檗的光饱和点明显高于酸枣(P<0.01),说明文冠果和紫叶小檗利用强光的能力较大,对光环境的适应性较强;紫叶小檗的最大净光合速率(Pnmax)和暗呼吸速率(Rd)也明显高于文冠果和酸枣,表明紫叶小檗具有高光合耐胁迫的优势。2)3种植物的叶绿素含量和丙二醛含量的变化一致,文冠果均显著高于其他2种植物(P<0.05);3种植物的可溶性糖含量差异不显著(P>0.05),而紫叶小檗的脯氨酸含量显著高于其他2种植物(P<0.01),说明在该生境下紫叶小檗能够较好的保持体内水分含量,较好的适应该生境。3)3种植物的清晨水势和正午水势都有相同的大小关系,都是文冠果较大,酸枣最小,而且植物种之间差异极显著(P<0.01),说明紫叶小檗和酸枣的吸水能力较强,它们主要依靠夜间水分恢复能力来应对干旱环境。总的来说,3种植物的光合参数及生理指标的变化趋势不是完全一致,这可能是由于植物种之间的个体差异,以及不同植物对同一生境的差异所致,因此,要想选取适合在策勒绿洲-沙漠过渡带大面积种植的引种植物,还需做进一步的研究。

黑河下游荒漠河岸林植物水分传输观测试验研究

荒漠河岸林是长期适应干旱区内陆河流域环境的产物,具有独特的水分利用和生存策略.对黑河下游胡杨、柽柳等主要荒漠河岸林植物液流、水势、木质部导水率、根系水分再分配以及植物水分来源等的测试分析表明,在降水稀少、蒸发强烈的黑河下游,胡杨、柽柳主要利用的是深层土壤水和地下水,其中成熟胡杨主要吸收地下175~325 cm处土壤水和地下水供其蒸腾和生存所需;胡杨根系水力提升过程主要发生在10~70 cm土层,蒸散导致的土壤耗水量中有10%来自根系提升的水量;植物根和枝条木质部的初始导水率（Ks0）和最大导水率（Ks,max）相对较高,其中柽柳木质部的潜在导水能力比胡杨强;胡杨、柽柳液流速度呈单峰型,在午后达到峰值,黎明前水势无显著变化,反映未受到严重水分胁迫;黑河下游河道附近的地下水埋深大多在4m以内,基本可以满足荒漠河岸林植物的生长发育,黑河下游荒漠河岸林生态系统处于稳定和发展状态.

策勒绿洲外围6种优势防护林植物对不同灌溉量的光合及水分生理响应

以策勒绿洲外围6种人工栽培的优势防护林植物为研究对象,在绿洲外围设置A(0m3·m-2)、B(0.1m3·m-2)、C(0.2m3·m-2)3个不同灌水量处理实验,探讨优势防护林植物对不同灌溉量的光合以及水分生理响应特征。结果显示:(1)在不同灌溉量下6种优势防护林植物净光合速率的日变化趋势一致,均为典型的单峰型变化,除红枣以外,其它植物的净光合速率均表现为C>B>A。(2)随着灌溉量的增加,植物的蒸腾速率也在逐渐增大,灌木日蒸腾速率呈不规则的M型变化趋势。(3)除核桃外,其它植物清晨水势和正午水势均随着灌溉量的增加而增大,且均表现为B>C>A。(4)6种优势防护林植物在不同的灌溉量下的瞬时水分利用效率日进程基本上一致,且均表现为B>C>A。研究表明,从水分利用和灌溉量大小的角度来说,在防护林树种的选择中应该优先选用核桃、红枣、桑树和沙拐枣;综合考虑节水和植物生长的情况下,对红枣进行适量灌溉显然比核桃、桑树、柽柳、花棒和沙拐枣更为有效,所以红枣比其余5种植物更适于在策勒绿洲地区节水生长。

基于遥感影像的黄土高原沟壑区生态效应评价

水土流失和生态退化是当今黄土高原面临的主要生态问题,已严重制约区域经济发展。该文基于Landsat TM和OLI数据,估算了黄土高原沟壑区的遥感生态指数(remote sensing ecological index,RSEI),定量分析了2002、2009、2017年甘肃、陕西、山西3个主要塬区的生态安全特征,并指出了需要重点治理的区域。研究结果表明:与2002年相比,2017年甘肃塬区的遥感生态指数呈微弱增长(增加0.04),陕西塬区总体呈现改善的趋势,遥感生态指数由0.45(2002)增加至0.56(2017),山西塬区遥感生态指数由0.54(2002)减少至0.46(2017)。与2002年相比,2017年甘肃塬区中生态条件差、较差区域减少,良好、优秀的区域增加;陕西塬区中生态条件差、较差区域减少,中等、良好的区域增加,优秀的区域保持稳定;山西塬区中生态条件差、较差和中等的区域增加,良好、优秀的区域减少。甘肃塬区的蒲河和洪河流域,陕西塬区的沮河、三水河、泔河和漆水河流域以及山西塬区的州川河和鄂河流域目前的生态环境仍呈现退化趋势。3个塬区中,甘肃、陕西塬区生态条件得到不同程度的改善,山西塬区生态条件虽有下降,但生态条件改善趋势已初现端倪,随着各项水土保持和生态恢复措施不断实施深入,3个塬区生态环境将会有效改善。该研究结果对黄土高原塬面地区生态恢复、水土流失综合治理具有重要指导意义。

柽柳根系构型对干旱的适应策略

本文分析了塔里木河下游2个不同林龄柽柳(Tamarix spp)根系的构型参数,以了解柽柳对干旱的适应策略.结果表明:1)柽柳的根系拓扑结构受生境和林龄的不同而存在差异,表现为四年生柽柳的根系分支模式接近叉状分支,一年生柽柳根系的分支更趋于鱼尾形分支,且远离积水区一年生柽柳根系的拓扑指数较近积水区一年生柽柳大,根系分枝更简单,表明一年生柽柳在受到水分胁迫时会通过降低根系分支来适应干旱.2)不同生境、林龄的柽柳均表现出长的根系连接长度,但远离积水区较近积水区的一年生柽柳根系连接长度有增加趋势,表明干旱可以促使一年生柽柳根系伸长生长.3)较小的总分支率是柽柳根系的分支特点.一年生柽柳和四年生柽柳根系的分支率存在差异,一年生柽柳较小的主根分支和较大的逐级分支率有助于资源的获取速率和促进主根的向下生长.四年生柽柳主根分支较丰富,逐级分支率由主根向低级根逐级减小,一方面可以满足柽柳对资源的需要,同时通过长的连接长度可以避免根系的重叠和根系间资源的竞争.

塔里木河干流荒漠河岸林的空间分布与生态保护

塔里木河流域荒漠河岸林具有重要的生态、经济和社会效益。论文以塔里木河干流的荒漠河岸林系统为研究对象,借助于卫星遥感、GIS等技术,结合实地调查,应用缓冲区梯度分析方法,对现有林地水平分布结构进行分析。结果表明:①塔里木河干流荒漠河岸林面积为58.42×104hm2,占研究区总面积的14.07%,自上而下5个河段的林地面积分别占总面积的2.94%、3.75%、3.95%、1.99%和1.44%,并且北岸河岸林面积较南岸明显多,南岸受沙漠化威胁,河岸林退化严重,水资源时空分配不均匀是荒漠河岸林分布特征的重要原因;②荒漠河岸林多沿河道地形分布,随离河道距离的增加呈波动下降趋势,河流对荒漠河岸林显然具有重要影响,径流主要起到补给地下水的作用,近河床区林地分布较集中,波动幅度小,在远离河床区林地易于退化,河流北岸影响范围为38.33～45.51 km,南岸为15.21～39.33 km;③塔里木河干流总体林地率不高,林地分布不均匀,荒漠河岸林形成以河道为中心的带状分布,分布范围达10～80 km,重要保护范围在0.8～12.3 km,恢复范围在2.2～24.5 km,重建范围在4.7～30.1 km。根据荒漠河岸林的分布特征和保护目标,对塔里木河干流用水作统一规划和协调是符合实际的生态治理措施。

新疆5种藜科盐生植物的饲用价值

为了研究新疆5种藜科一年生盐生饲草红叶藜(Chenopodium rubrum)、野榆钱菠菜(Atriplex aucheri)、盐地碱蓬(Suaeda salsa)、盐角草(Salicornia europaea)和高碱蓬(Suaeda altissima)的最佳刈割时期和相对饲用价值大小,对其3个不同生育时期(营养期、初花期和结实期)的营养成分含量进行测定分析。结果表明,5种植物在初花期营养价值最高,地上部生物量能够满足载畜需求,因此适宜在初花期开发利用;5种盐生饲草在初花期与苜蓿(Medicago sativa)相比,红叶藜的相对饲用价值最高,之后依次为野榆钱菠菜、盐地碱蓬、高碱蓬和盐角草。野榆钱菠菜、红叶藜和高碱蓬甜菜碱含量丰富,在7%左右,盐角草、红叶藜和野榆钱菠菜草酸盐含量超标。总之,这5种植物均具有一定的饲用开发利用价值,但盐分含量偏高不宜长期单一饲喂反刍动物。

疏叶骆驼刺根系的田间离体繁殖

以塔克拉玛干沙漠南缘疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia)离体根系为研究对象,在策勒沙漠-绿洲过渡带人工控制试验田设置3种根长处理、3种种植深度处理、5种灌溉处理,进行三因素完全交互试验。结果显示,在其它两种影响因素相同情况下,疏叶骆驼刺出苗率随根长的增加而减小,根长为10cm时出苗率最高;随着种植深度的加深出苗率逐渐增大,种植深度为30cm时出苗率最高;出苗率在灌水10m^3·m^(-2)、7月30日灌溉一次处理下最高。除灌水处理与种植深度的交互作用外,其它影响因素及其交互作用对出苗率影响差异显著(P<0.05)。研究得出,10cm根长、30cm种植深度、10m^3·m^(-2)灌溉一次为最优处理组合。

疏叶骆驼刺和多枝柽柳不同时期光合特性日变化及其与环境因子的关系

在自然条件下,利用Li-6400光合仪测定疏叶骆驼刺（Alhagi sparsifolia Shap.）和多枝柽柳（Tamarix ramosissima Ledeb.）7-9月份的气体交换参数,分析2种植物净光合速率（Pn）与环境因子——光合有效辐射（PAR）、空气温度（Ta）、大气CO2浓度（Ca）、相对湿度（RH）之间的关系,以明确影响其光合作用的主导环境因子,为恢复和重建过渡带植被提供理论依据。结果显示：（1）疏叶骆驼刺不同时期Pn的日变化均为单峰曲线,多枝柽柳7、8月份的Pn日变化为单峰曲线,9月份为双峰曲线,且疏叶骆驼刺Pn的平均值（7.08μmol·m-2·s-1）高于多枝柽柳（5.54μmol·m-2·s-1）。（2）2种植物7-9月份的蒸腾速率（Tr）日变化均为单峰曲线,且疏叶骆驼刺Tr的平均值（5.46mmol·m^-2·s^-1）高于多枝柽柳（4.40mmol·m^-2·s^-1）;疏叶骆驼刺和多枝柽柳的胞间CO2浓度（Ci）的日变化趋势均呈＂倒钟型＂曲线,与Pn日变化趋势相反。（3）2种植物7-9月份的WUE日变化进程与各自的Pn日变化规律基本一致,多枝柽柳的WUE日均值（1.21 mmol·mol^-1）明显高于疏叶骆驼刺（0.97mmol·mol-1）。（4）偏相关分析显示,骆驼刺和柽柳的Pn与PAR呈显著正相关关系,而与RH呈显著负相关关系;回归分析显示,骆驼刺和柽柳Pn日变化的变异分别有35.6%和42.4%是由环境因子的日变化造成的;通径分析显示,各环境因子对Pn都具有显著的影响,其大小顺序分别为：Ta〉RH〉PAR〉Ca（骆驼刺）和PAR〉Ca〉Ta〉RH（柽柳）,且骆驼刺在7-9月份内PAR均为决策变量,RH为限制变量（除7月份外）;而柽柳在8、9月份内PAR均是决策变量,RH、Ca是限制变量。研究表明,疏叶骆驼刺属于高光合高蒸腾低水分利用效率型,多枝柽柳属于低蒸腾低光合高水分利用效率型;7月份骆驼刺和柽柳Pn的下降主要是由于气孔限制引起,而8、9月份主要是由非气孔因素限制所致;PAR和RH是影响骆驼刺和柽柳最重要的环境因子,其次是Ca,而Ta在不同时期的影响程度不同;疏叶骆驼刺和多枝柽柳与环境协同进化过程中产生了一定的生态适应性,但柽柳的WUE明显高于骆驼刺,推测柽柳的抗旱能力强于骆驼刺。

柽柳属6种植物侧枝木质部导水率与纹孔数量特征关系

柽柳属(TamarixL.)植物是耐旱耐盐胁迫的良好固沙造林树种,借助木质部导水率及栓塞测量系统和扫描电子显微镜,分别对6种柽柳属植物侧枝的导水能力与纹孔特征进行测量观察。结果表明,6种柽柳属植物侧枝木质部导水效率和纹孔数量特征具有显著的种间差异性(P<0.01),其导水率的高低排序为刚毛柽柳(T.hispida)>沙生柽柳(T.taklamakanensis>多枝柽柳(T.ramosissima)>细穗柽柳(T.leptostachys)>中国柽柳(T.chinensis)>短穗柽柳(T.laxa);刚毛柽柳具有最大的纹孔膜面积和外纹孔口面积,而短穗柽柳的相应指标较小。6种柽柳属植物侧枝木质部纹孔膜结构没有明显的差异性,纹孔膜上未见微孔;各柽柳植物侧枝导水率与外纹孔口面积具有较好的正相关关系。

气候变暖背景下新疆和中哈边境亚洲飞蝗适生区预测及变化

亚洲飞蝗Locusta migratoria migratoria是中国新疆与哈萨克斯坦边境区域重要害虫之一,具迁飞性且繁殖能力强,对农牧业经济造成巨大伤害。本文以亚洲飞蝗为研究对象,根据其发生区和相关生物学特性,利用CLIMEX 4.0.2和ArcGIS 10.2相结合,预测其在新疆和中哈边境区域亚洲飞蝗的潜在地理分布。亚洲飞蝗的适生区在新疆境内集中分布在北疆(42.69~48.29°N),包括伊犁、博尔塔拉中部、塔城西北部及南部、阿勒泰西部、昌吉和乌鲁木齐南部地区;哈萨克斯坦境内主要分布在北纬47.03~51.65°N区域,包括东哈萨克斯坦州北部、阿拉木图州东南部境内的湖泊及河流沿岸地区,这与亚洲飞蝗的现有分布点和历史发生记录吻合。未来气候变暖情景下,亚洲飞蝗在中哈边境新疆境内的适生区逐渐扩大,其中在阿勒泰、伊犁、昌吉及乌鲁木齐的高度适生区面积增加,哈密开始出现高度适生区;在哈萨克斯坦边境区域的适生区略有增加,其中东哈萨克斯坦州地区高度适生区面积减少明显。研究结果对区域内亚洲飞蝗的预测预报和综合防控具有重要意义。

塔克拉玛干沙漠南缘三种防护林植物根系构型及其生态适应策略

采用全根挖掘法挖取塔克拉玛干沙漠南缘3种主要防护林植物种——多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、梭梭(Haloxylon ammodendron)和新疆杨(Populus alba var.pyramidalis)成年植株根系,测定并分析了根系构型及其拓扑结构。结果表明:1)多枝柽柳和梭梭的根系趋向于鱼尾状分支结构,新疆杨根系为叉状分支结构,根系分支结构的差异使其资源获取能力和对环境的适应能力有所差异;2)三种植物最小的根系平均连接长度为33.67 cm,多枝柽柳和梭梭的根系连接长度大于新疆杨,增加连接长度对植物在资源贫瘠的沙质土壤环境的生存有利;3)新疆杨的根系分支率显著高于多枝柽柳和梭梭,但其对干旱的适应性不如多枝柽柳和梭梭。4)三种植物根系分支均遵循Leonardo da Vinci法则,且不受根系直径的约束。三种防护林植物在水、养资源获取与土壤空间拓展方面具有差异性,表明在相似的极端干旱环境中3种植物采取了不同的生态适应策略。

晋西南黄土高原区植被覆盖度变化及其生态效应评估

水土流失和生态退化是黄土高原区面临的严峻问题,已经严重制约了经济发展。基于TM和OLI数据,分别估算晋西南黄土高原区的植被覆盖度(FVC)和遥感生态指数(RSEI),定量分析了晋西南黄土高原区的植被和生态恢复效果,并提出需要重点治理的区域。研究结果表明:(1)15年间晋西南黄土高原区的植被覆盖度和遥感生态指数都呈现增加的趋势,FVC指数从2002年的42.69%增加至2017年的47.67%,RSEI指数由2002年的45%增加至2017年的52.5%,反映出研究区生态质量有了明显提高;(2)除研究区内芝河流域、汾河谷地和沁河流域的生态质量出现严重退化外,研究区大部分区域的FVC指数和RSEI指数都呈改善趋势,因此需对芝河流域、汾河谷地和沁河流域加大生态治理力度;(3)除研究区汾河谷地外,其余地区植被覆盖度和遥感生态指数的变化趋势基本吻合,汾河谷地由于冬小麦大面积种植,植被覆盖度得到一定程度改善,但遥感生态指数并没有明显改善。

我国西北地区沙化土地治理的成功经验及启示——以新疆为例

防沙治沙工作事关我国生态安全与可持续发展,是一项功在当代、利在千秋的事业。当前,我国荒漠化、沙化土地治理呈现“整体好转、改善加速”的良好态势,荒漠化和土地沙化实现“双缩减”,但北方地区沙化土地面积大、分布广、程度重、治理难的基本面尚未根本改变。新疆作为我国土地沙化问题最为突出的区域,气候干旱,沙漠土地面积大,基础设施薄弱,沙漠化土地治理投入高,加之近几年全球气候变化负面效应凸显,防沙治沙面临着严峻的挑战。为此,有必要加大对新疆防沙治沙工作的政策与专项工程支持力度,加强科学规划、统筹推进“沙漠锁边”专项治理生态修复及示范工程,强化新疆防沙治沙工作的科技支撑、智力引进和交流协作,创造新时代中国防沙治沙新奇迹,让天更蓝、山更绿、水更清。

不同下垫面土壤凝结水特征及其影响因素

凝结水是干旱区生态系统重要的水分来源。2010年6—7月采用底部连通和不连通的微渗计对塔里木河下游地区胡杨林、柽柳丛和裸地3种典型下垫面土壤凝结水的变化特征、形成时间及其影响因素进行了研究。结果表明:①观测期间研究区裸地土壤凝结水总量最多,其次为柽柳丛的,而胡杨林的最小,其凝结水总量分别为2.60、2.49、1.26 mm,方差分析显示,不同下垫面类型土壤的日均凝结水量之间存在极显著差异(P<0.01);②凝结过程一般从22:00持续到次日8:00,晴天日出后一定时间范围内凝结现象仍继续发生,3种下垫面土壤凝结水量的变化趋势均呈双峰曲线,2:00～4:00左右达到第1个峰值,第2个峰值出现在8:00左右;③连通微渗计产生的凝结水量显著高于不连通微渗计的(t<0.01)。凝结水量主要受气温、大气相对湿度、地温、风速以及下垫面等因素的影响。

疏叶骆驼刺母株与子株间的水分整合

在未灌溉的土地上,疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia)通常不能进行有性繁殖,克隆繁殖是其种群维持和延续的唯一方式。因此,克隆性及其相关克隆性状(如水分整合)在疏叶骆驼刺自然种群的维持过程中可能扮演了极其重要的角色。该文通过疏叶骆驼刺母株和子株之间的间隔子切断和给母株补充水分的方法,研究了母株和子株在各处理下的水势、叶形态和植株生长变化情况。结果表明:(1)间隔子切断后,疏叶骆驼刺母株和子株正午水势均明显增大(p<0.01),说明间隔子切断使得母株和子株水分亏缺值都增大。(2)给母株补水后,间隔子切断组和间隔子相连组中的母株水势均有明显增加,同时间隔子相连组的子株水势明显增加(p<0.01),而间隔子切断组子株水势没有明显变化(p>0.05)。(3)间隔子切断组的子株叶片含水率明显低于间隔子相连组子株,而其株高、冠幅、分枝数和基径的增长量都明显小于间隔子相连组的子株(p<0.01)。疏叶骆驼刺母株和子株间存在水分整合,母株会通过根系向子株传输水分。研究成果对塔克拉玛干沙漠南缘的植被恢复以及水资源的合理利用有着重要的意义。

黄土塬面保护区潜在蒸发量时空变化及其与气象、环流因子关系分析

黄土塬面是黄土高原地区主要的农业分布区和人口聚居地,地位十分重要。黄土塬面潜在蒸发量(ET0)的研究对于区域水循环研究、水土流失防治及农业的可持续发展具有重要意义。基于黄土塬面保护区1960-2017年的气象数据,利用Penman-Monteith模型、小波分析、Mann-Kendall非参数检验等方法研究了黄土塬面保护区ET0的变化规律及其与气象、环流因子间的关系。结果表明:(1)黄土塬面保护区多年平均ET0为1173.4 mm,总体呈现增长趋势,增长率为21.1 mm/10 a;其生长季平均ET0值及增长率均高于非生长季平均ET0。(2)该区多年平均ET0空间分布特征表现为东部高西部低,西部甘肃塬区多年平均ET0远低于东部山西塬区。(3)过去58年来,区域年均、生长季、非生长季ET0均呈现出增长趋势,但空间差异明显;研究区年均ET0存在着10年、30年和50年的震荡周期,其中以30年周期为主周期。(4)气温是控制区域ET0变化的最重要的气象因子,但气温对ET0的影响具有明显的空间差异,在整个研究区内最低气温影响最显著;而甘肃塬区和陕西塬区的ET0变化主要受平均气温变化的控制,在山西塬区最高气温的变化是区域ET0变化的主要控制因子。(5)遥相关分析结果显示太平洋/北美指数(PNA)与北大西洋年代尺度振荡(AMO)对该区域ET0变化有一定影响,西太平洋海温指数(WPI)的变化影响区域非生长季ET0变化。