敦煌西湖荒漠⁃湿地生态系统优势物种生态位研究

水文情势改变会引起土壤盐分变化,直接影响到荒漠⁃湿地生态系统植被的分布与演替。基于对57个样地、171个样方植物物种分布影响较大的土壤pH值和土壤电导率两个环境因子,将其划分为6个梯度等级,测度分析了敦煌西湖植被群落中15个主要优势种的生态位特征,了解不同物种利用资源和占据生态空间的能力,对维持和科学保育植物群落的多样性具有重要意义。结果表明:(1)在土壤pH值和电导率梯度两个资源维上,多枝柽柳和芦苇的重要值和生态位宽度均较大,说明这两个物种适应能力强能够较好地利用环境资源,分布范围大且均匀。它们作为敦煌西湖植被群落中的广域种,具有重要的生态地位和作用。其次生态位较宽的疏叶骆驼刺、胡杨和苏枸杞对环境因子也具有较强的适应能力。(2)两个土壤因子梯度下植物种群生态位宽度相似,但也存在差异。如泡泡刺、蒙古沙枣在土壤pH值梯度资源维上的生态位宽度值远大于在土壤电导率梯度资源维上,但尖叶盐爪爪和甘蒙柽柳在土壤电导率梯度资源维上生态位宽度较大,表现出较强的耐盐能力,从而说明这些物种对不同土壤因子的利用能力和适应性不完全相同。(3)在两个资源维上优势物种间的生态位重叠值小于0.5的种对均为61对,占总种对的58.10%,因此生态位重叠值整体保持在较低水平,说明物种在土壤pH值和土壤电导率两个环境梯度上生态位分化明显。(4)敦煌西湖优势物种间总体表现为不显著的负关联,表明物种之间处于竞争关系,但竞争强度不大且群落结构稳定性较弱。

敦煌三道泉典型植物群落土壤微生物群落结构特征与影响因素

【目的】了解敦煌盆地周边典型植物群落微生物群落结构特征及其影响因素。【方法】以甘肃省敦煌市三道泉典型植物群落为研究对象,选择芦苇(Phragmites australis,P)、甘草(Glycyrrhiza uralensis,G)、骆驼刺(Alhagi camelorum,A)3种典型植物群落,并以裸地(C)作为对照,基于高通量测序技术研究典型植物群落土壤微生物群落结构特征与影响因素。【结果】研究区内的植被通过改变土壤理化性质影响了土壤微生物群落组成和多样性。植被类型对土壤真菌丰富度和细菌丰富度的影响各异,甘草提高了土壤真菌和细菌多样性,芦苇和骆驼刺仅提高了土壤细菌多样性。甘草群落与骆驼刺群落土壤真菌和细菌群落结构均相似。芦苇群落土壤真菌群落结构的主要驱动因素为碱性磷酸酶、脲酶和碱解氮;甘草和骆驼刺群落土壤真菌群落结构的主要驱动因素为有效磷;裸地土壤真菌群落结构的主要驱动因素为土壤pH。芦苇、甘草和骆驼刺群落土壤细菌群落结构的主要驱动因素分别为脲酶和有效磷,而裸地土壤细菌群落结构的主要驱动因素是土壤pH。【结论】揭示了三道泉区域典型植物群落土壤微生物多样性、群落结构分布特征及其主要驱动因素,可以为该区域干旱区荒漠化防治与植被恢复提供理论依据。

喀斯特石漠化区林草间作对土壤养分及微生物数量的影响

林草间作具有水源涵养、提高土壤肥力和增加生物多样性等多重优势,是喀斯特石漠化区生态恢复较为理想的模式之一。为了探讨林草间作对喀斯特石漠化区土壤养分和微生物数量的影响,在贵州省关岭县板贵乡选择花椒(Zanthoxylum bungeanum)+拉巴豆(Dolichos lablab)间作、花椒+雀稗(Paspalum thunbergii)间作及单作花椒3种模式开展研究。结果表明:与花椒单作相比,土壤中有机质、全氮、速效钾、碱解氮含量均有所增加,土壤pH降低,土壤微生物数量增加,其中真菌数量显著增加(P<0.05)。0-10 cm土壤中有效磷含量显著降低(P<0.05),而10-20 cm土壤中有效磷增加。相关性分析表明,0-10 cm土壤中细菌数量与有效磷含量显著负相关(P<0.05),真菌数量与有机质含量极显著正相关(P<0.05),与全氮、有效磷含量显著正相关(P<0.05),与pH显著负相关(P<0.05);10-20 cm土壤中细菌数量与速效钾含量显著正相关(P<0.05),真菌数量与pH显著负相关(P<0.05)。说明在喀斯特石漠化地区花椒和牧草构成的林草间作生态恢复模式在提高土壤养分、增加微生物数量方面有积极作用。

典型农牧交错带不同植被恢复模式土壤微生物特征及其影响因素——以张家口屯垦林场为例

【目的】土壤微生物作为生态系统的分解者在植被演替和养分循环中扮演重要的角色,是土壤养分转化的最重要的调节器之一,也是评估生态系统恢复的重要指标。为明确农牧交错带不同植被恢复过程中的土壤微生物特征,评价植被恢复成效,深入认识农牧交错带植被恢复和演替过程。【方法】利用Illumina MiSep高通量测序技术,结合常规分析方法,以天然草地为对照,分析中国北方典型农牧交错带张家口屯垦林场4种植被恢复模式(樟子松Pinus sylvestris var.mongolica、落叶松Larix principis-rupprechtii、杨树Populus tomentosa和榆树Ulmus pumila)土壤细菌和真菌群落组成及其多样性,并探究其与土壤环境因子的相关性。【结果】高通量测序结果共获得19957个细菌OTUs和5957个真菌OTUs。α多样性分析结果表明,20~40 cm土层中落叶松和樟子松的细菌Shannon和Chao指数显著高于天然草地(P<0.05),0~20 cm土层中天然草地和榆树真菌Shannon和Chao指数显著高于杨树(P<0.05);β多样性分析结果表明,在属水平,不同植被类型微生物群落结构差异显著(P=0.001)。回归分析结果表明,植被恢复导致土壤细菌和真菌群落发生改变,其中SOC、TN和粉粒含量与细菌密切相关,黏粒和粉粒含量与真菌密切相关。【结论】在张家口地区农牧交错带植被恢复过程中,樟子松和落叶松恢复模式是细菌群落丰富度和多样性最高的2种植被恢复模式;榆树恢复模式是真菌群落丰富度和多样性最高的植被恢复模式。研究结果可为农牧交错带生态脆弱区的生态恢复提供理论依据和技术支撑。

河西走廊西段荒漠戈壁灌木群落物种多样性的海拔格局

【目的】分析河西走廊西段灌木群落结构特征在海拔梯度上的分布规律,探讨荒漠戈壁灌木群落物种多样性的空间分布格局。【方法】以甘肃荒漠戈壁灌木群落为对象,在800~3200 m的海拔范围内设置12个海拔梯度,探讨物种多样性沿海拔的变化特征。【结果】荒漠戈壁灌木群落类型沿海拔从低到高依次有沙拐枣+梭梭群落、泡泡刺群落、沙拐枣+泡泡刺群落、泡泡刺+红砂+沙拐枣+膜果麻黄群落、合头草+红砂群落、泡泡刺+红砂群落、合头草+盐爪爪+红砂群落、灌木亚菊+细枝盐爪爪群落、合头草群落、盐爪爪群落、盐爪爪+红砂群落、红砂群落,其中,红砂、合头草和泡泡刺等为分布范围较大的优势种;群落的α多样性指数沿海拔梯度从低到高呈先增加后降低的单峰型分布格局,最大值出现在海拔2000~2200 m内,其中,丰富度Gleason、Margalef指数和多样性Shannon-Wiener、Simpson指数随海拔上升表现出显著的单峰型格局(P<0.05),海拔显著影响荒漠戈壁灌木群落的物种多样性(P<0.05);虽然年均降水量和年均气温与海拔极显著相关(P<0.01),但物种多样性与年均降水量和年均气温的相关性均未达到显著水平(P>0.05);群落物种多样性指数偏低,群落结构简单,物种组成稀少;大多数相邻海拔梯度间灌木群落的Jaccard相似水平较低。【结论】河西走廊西段荒漠戈壁以灌木为优势种的群落呈区域性的斑块状分布格局。不同海拔梯度内灌木群落的建群种都发生了变化。物种多样性在海拔梯度上呈先升后降的单峰分布格局。

河西走廊西段戈壁灌木群落多样性及其分布格局研究

通过野外样方调查河西走廊西段荒漠戈壁典型灌木群落多样性状况,研究探讨了8种典型灌木群落物种多样性的空间分布格局及其与地理因子的关系,对荒漠戈壁植物群落的多样性的保护和可持续发展具有重要意义。结果表明:(1)8个典型灌木群落Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Margalef指数和Pielou指数从高到低为:盐爪爪群落>麻黄群落>合头草群落>红砂群落>梭梭群落>泡泡刺群落>多枝柽柳群落>沙拐枣群落;波动范围分别为0.314~1.355、0.179~0.666、0.334~1.222和0.051~0.218,说明荒漠戈壁灌木群落物种多样性指数偏低,群落结构简单,物种组成稀少。(2)不同灌木群落内物种数越多,群落间Jaccard相似性系数越大。大部分灌木群落类型间Jac⁃card相似性在0.20~0.60之间,群落间相似水平较低,群落相对稳定。(3)随着海拔的升高,Margalef指数、Pielou指数和Shannon-Wiener指数均呈先增加后降低的单峰型分布格局,最大值出现在海拔2000 m,且与海拔显著相关(P<0.05);在经度梯度上,从东到西,Margalef指数、Pielou指数和Shan⁃non-Wiener指数呈递增格局,但与经度无显著相关性(P>0.05);在纬度梯度上,从南到北,Margalef指数、Pielou指数和Shannon-Wiener指数呈显著递增趋势(P<0.05)。总体上,荒漠戈壁灌木群落物种多样性呈现出明显的垂直(海拔)和纬度地带性分布格局。

敦煌及马鬃山地区植物生活型及其海拔梯度特征

【目的】研究敦煌及马鬃山地区植被区系祖成、植物生活型及其对海拔梯度的响应,阐明植物群落生活型特征及其对气候生境的反映,为区域植物多样性保护及垂直格局研究提供理论依据和科学基础。【方法】在植物群落调查基础上,采用Raunkiaer生活型分类系统,统计敦煌及马鬃山地区维管束植物的生活型,编制生活型谱,并分析不同海拔梯度的植物生活型组成。【结果】1)研究区共记录217种植物,隶属34科122属,占中国干旱区总科数的41.46%,占全国总科数的10.09%。其中,裸子植物1科1属3种,双子叶植物28科96属175种,单子叶植物5科25属38种。2)研究区植物生活型主要以地上芽植物为主,占33.18%,在地上芽植物型的4个亚类群中,以半灌木地上芽植物最多;生活型大小序列为:地上芽植物型>地面芽植物型>一年生植物型>地下芽植物型>高位芽植物型。3)地上芽生活型物种在各海拔梯度都占重要地位,占研究区全部生活型物种的59.15%,随海拔升高呈先增后降的趋势,在海拔1700 m处达到最大值;地面芽植物生活型也表现为随海拔升高而先增后降的趋势;高位芽植物生活型和地下芽植物生活型所占比例很小;一年生植物在整个海拔范围内占10.00%以下,随海拔升高波动不大。【结论】敦煌及马鬃山地区地带性植被以灌木或半灌木建群的植被占优势,主要分布于1000~3000 m海拔内。群落生活型以地上芽植物和地面芽植物为主,并呈随海拔升高而先增后降的单峰分布格局。

敦煌北山及马鬃山地区植物群落β多样性及其解释

多样性反映了群落间物种组成差异。通过研究β多样性可以为区域的生物多样性保护提供科学依据。以敦煌北山及马鬃山地区为研究区域,采用系统布设样方法,共设置79个植物群落样地,探讨群落间β多样性及其组分,分析其与气候因素、土壤因素和地理距离之间的相互关系。结果表明:(1)敦煌北山及马鬃山地区的植物群落存在地理衰减格局,群落间差异较大,β多样性以更替组分为主。(2)气候、土壤和地理距离对β多样性及其更替组分有显著影响,其中气候因素影响最大,地理距离影响最小。(3)通过多元回归分析(MRM)表明,气候因素、土壤因素与地理距离对β多样性及其更替组分作用存在差异,气候和土壤因素作用远大于地理距离。综上所述,敦煌北山及马鬃山地区植物群落β多样性及其更替组分是生境过滤和扩散限制共同作用的结果,生境过滤对其影响占有较大的比重,环境的异质性是影响该地区物种差异的重要因素。

唐古特白刺叶性状及叶片δ13C、δ15N沿降水梯度的变化特征

叶片性状反映了植物对环境的适应能力及自我调控能力。以唐古特白刺天然种群为研究对象,沿300—40 mm年降水梯度,测定了7个样地的唐古特白刺叶片性状及叶片δ^13C、δ^15N。结果表明:(1)沿降水梯度变化,7个地区唐古特白刺叶宽、长宽比、叶厚、叶面积、比叶面积、叶氮含量、叶片δ^13C和δ^15N变异性显著(P<0.05),而叶长差异不显著(P>0.05)。唐古特白刺通过叶片各功能性状间的调节来适应环境的变化,并形成性状间的最佳功能组合。(2)唐古特白刺叶片δ^13C与叶面积、比叶面积呈负相关关系,与叶氮含量呈正相关关系,但其相关性均未达到显著性水平(P>0.05),仅与地下水埋深表现出了极显著的正相关关系(P<0.01)。在降水量小于100mm的区域,白刺主要利用地下水源,成为隐域植被,从而降低了对其他环境因子的响应。(3)叶片厚度和叶氮含量可以作为体现不同地区间唐古特白刺差异的叶功能性状。数据显示叶片厚度与年平均温度正相关(P<0.05),尤其与年最高气温大于35℃日数关系更为密切(P<0.01);在高温环境下,叶片增厚的同时叶氮含量显著降低(P<0.05),而这一过程中叶片δ^15N值却有增加趋势(R^2=0.62,P<0.05),因此叶厚度和叶氮含量对叶片δ^15N的相对影响在干旱与半干旱区之间发生转变,这为进一步探究干旱区荒漠植被的水分限制阈值提供了新思路。

柽柳不同季节树干液流特征及其与土壤含水量及土壤温度的关系

为揭示库姆塔格沙漠东南部柽柳的水分传输过程,探究柽柳的耗水特性,本研究利用PS-TDP8树木茎流监测系统对柽柳的树干液流速率进行测定,分析土壤因子与液流速率在不同季节的差异。结果表明,夏季树干液流的启动时间最早,为7:20,峰值最大(6.93 cm·h^(-1)),春季启动时间为7:40,峰值为6.46 cm·h^(-1),秋季启动时间最晚,为8:40,峰值最小(4.22 cm·h^(-1))。在日尺度上,春、夏、秋季柽柳树干液流速率与土壤含水量及土壤温度呈正相关,土壤温度分别单独能解释61.1%、65.6%、64.0%的树干液流变化,土壤含水量与土壤温度分别共同能解释73.4%、74.1%、76.9%的树干液流变化。在小时尺度上,春、夏、秋季树干液流与20、50 cm层土壤含水量及土壤温度呈显著负相关,50 cm层土壤温度是影响树干液流的主导因子。本研究建立了不同季节柽柳液流速率与土壤因子之间的回归方程,能够较好地解释不同季节树干液流速率变化,为柽柳树干液流速率预测与耗水量估算提供了很好的途径,明确了在不同季节通过土壤因子估算柽柳树干液流速率的可行性,可为制定水分管理措施提供参考。

库姆塔格沙漠东南部生长季胡杨液流速率动态与气象因子的关系

通过对库姆塔格沙漠东南部胡杨(Populus euphratica Oliv.)液流速率及气象因子(太阳总辐射、风速、空气相对湿度、空气温度、饱和水汽压差)持续5个月的同步观测,揭示气象因子在不同时间尺度对胡杨液流的影响。结果显示:在月尺度下,太阳总辐射是液流速率变化的主要影响因子,单独能解释98.3%的液流速率变化;在日尺度下,空气温度、空气相对湿度、风速、太阳总辐射对液流速率变化影响最大,空气温度可以解释液流速率变化的33.0%,4个因子共同可以解释55.2%的液流速率变化;在小时尺度下,对2018年5-9月液流速率的影响最大的是太阳总辐射。随着时间尺度的扩大,对液流速率变化的影响因子由多变少。根据气象因子预测小时尺度胡杨液流速率需要较多的参数且可靠性最小,预测月尺度液流速率需要较少的参数且可靠性最大,预测月尺度胡杨液流速率更为合适。

库姆塔格沙漠东南部胡杨液流变化及其对环境因子的响应

于2018年4月−10月(春季4月、夏季7月、秋季9月)利用PS-TDP8树木茎流监测系统对库姆塔格沙漠东南部胡杨(Populus euphratica)的液流速率变化进行监测,采用相关分析及逐步回归法分析气象因子(太阳总辐射、空气温度、风速、空气相对湿度)对胡杨液流的影响。结果表明:胡杨茎干液流日变化趋势呈几字“宽峰型”;夏季液流的启动时间最早,液流启动在06:00,秋季液流启动时间最晚,不同季节夜间存在较高液流(10.994~26.035 cm·h^(−1));树干液流速率与太阳总辐射、空气温度、风速、饱和水气压差呈正相关关系,与空气湿度呈负相关关系;影响春季、秋季胡杨液流速率的主要气象因子是太阳总辐射和空气温度,夏季为太阳总辐射和空气相对湿度;不同季节胡杨液流速率与空气温度、空气相对湿度、风速、饱和水气压差的日变化响应呈顺时针环状,与太阳辐射响应呈逆时针环状;不同季节胡杨液流速率对气象因子的响应规律存在差异。这表明胡杨为了保持水分平衡应对水分亏缺的策略不同,在一定条件下(极端干旱)通过气孔调节降低水分损失。研究结果对于明确干旱沙漠环境中胡杨水分传输对环境因子的响应规律及更深入地认识胡杨适应干旱环境的水分利用策略具有重要意义。

库姆塔格沙漠东南部柽柳液流特征及其与气象因子的相关分析

【目的】揭示库姆塔格沙漠东南部柽柳的水分传输过程,探究柽柳的耗水特性,为该地区柽柳生长及生理研究提供数据支撑,对该区域柽柳经营管理具有一定理论意义。【方法】利用PS-TDP8树木茎流监测系统对库姆塔格沙漠东南部柽柳的液流变化进行测定,采用相关分析及逐步回归法分析气象因子对柽柳液流的影响。【结果】柽柳茎干液流速率整体为“宽峰型”。夏季,液流速率最早启动,峰值最大,持续时间最长,日树干液流量最大。秋季,液流速率有最晚的启动时间。不同季节夜间有低值液流。液流速率均值夏季最大,秋季最小。春季,空气温度能单独解释73.1%的液流速率变化,三者共同解释78.3%的液流速率变化;夏季,太阳辐射能单独解释63.0%的液流速率变化,4个因子共同解释69.8%的液流速率变化;秋季,空气温度能单独解释73.3%的液流速率变化,2个因子共同解释液流速率变化的73.8%。春秋季液流主要受气温影响,太阳辐射是影响夏季柽柳液流速率的主导因子。【结论】柽柳液流速率可以通过回归方程估算。本研究结果为摸清干旱沙漠地区柽柳水分利用特性提供基础数据。

不同时间尺度土壤因子与柽柳液流速率关系的差异

【目的】研究土壤因子对柽柳液流的影响及存在时间尺度差异,为不同时间尺度下更为准确的分析柽柳液流的变化规律。【方法】利用PS-TDP8树木液流监测系统及5TM土壤温度与湿度传感器对库姆塔格沙漠东南部柽柳液流速率及土壤因子(土壤含水量SWC及土壤温度Ts)持续5个月同步观测。【结果】月尺度下,Ts_(20cm)是液流速率变化的主要影响因子,单独能解释91.7%的液流速率变化;日尺度下,进入的土壤因子依次为Ts_(20cm)、Ts_(200cm)、SWC_(50cm)、SWC_(150cm)、SWC_(20cm),Ts_(20cm)可以解释液流速率变化的72.1%,5个因子共同可以解释82.9%的液流速率变化,日尺度下对柽柳液流速率影响最大的也是20 cm层土壤温度;小时尺度下,对液流影响最大的是Ts_(20cm),Ts_(20cm)可以解释液流速率变化的37.6%,6个因子共同可以解释55.9%的液流速率变化。随着时间尺度的扩大,与柽柳树干液流显著相关的土壤因子个数有减少的趋势,而对其解释程度则有增加的趋势。【结论】土壤因子模拟计算小时尺度柽柳液流速率需要的参数较多,预测月尺度液流速率需要的参数最少,可靠性最大,能够较好地解释柽柳液流速率变化,月尺度预测柽柳液流速率更加准确。

白刺属植物灌丛沙包生物量分布及预测

灌丛沙包广泛分布于西北干旱区,本研究以干旱区常见的白刺属(Nitraria)植物灌丛沙包为研究对象,通过样地收集和文献数据整理,获取45个唐古特白刺(Nitraria tangutorum)和21个泡泡刺(Nitraria sphaerocarpa)灌丛沙包形态及生物量数据,构建白刺属植物灌丛沙包生物量预测模型。结果表明:灌丛沙包植物总生物量每增加1 kg,沙包上部、沙包内部、沙包下部的生物量及枝叶生物量、根生物量分别增加0.31、0.57、0.12、0.44和0.56 kg。植株高度变化能够解释各组件生物量及总生物量变化的76%~88%。沙包长度变化能够解释各组件生物量及总生物量变化的76%~92%。植株高度和沙包长度联合能够解释各组件生物量及总生物量变化的89%~94%。随灌丛沙包高度的增加,沙包上部生物量占比呈现减少,沙包内生物量占比明显增加,沙包下部生物量占比没有明显的变化趋势。另外,随沙包高度增加,沙包内部根系的迅速增加是白刺属植物根生物量占比呈增加的主要原因。白刺属植物灌丛沙包各组件生物量和总生物量之间存在极显著相关关系(P<0.01),这种关系可用于相互间的预测,进而可以为野外跟踪监测提供理论参考依据。

不同时间尺度气象因子与柽柳树干液流关系研究

为揭示气象因子对柽柳液流的影响是否存在时间尺度差异,对库姆塔格沙漠东南部柽柳液流速率及气象因子(太阳总辐射TR、风速WS、空气相对湿度RH、空气温度T、饱和水汽压差VPD)进行持续5个月的同步观测。结果表明:月尺度下,VPD是液流速率变化的主要影响因子,单独能解释94.4%的液流速率变化;日尺度下,TR、WS、RH、T对液流速率变化影响最大,TR可以解释液流速率变化的75.5%,4个因子共同可以解释79.8%的液流速率变化;小时尺度下,对5、6、8、9月液流速率的影响最大的是T,7月是TR。随着时间尺度的扩大,对液流速率变化的影响因子由多变少。通过气象因子模拟计算小时尺度柽柳液流速率需要的参数较多,预测月尺度液流速率需要的参数最少,可靠性最大。因此,从可靠性及所需参数数量上考虑,月尺度预测更为合适。

中国干旱半干旱区土壤微生物分布特征及其影响因素

我国干旱半干旱地区干旱少雨,地表植被稀疏。然而,具有广泛生态适应性的微生物仍可通过生理代谢活动改变沙土的理化性质,促进土壤形成及植物营养转化,有利于植物生长,在区域荒漠化防治过程中起到重要作用,具有重要的生态学研究意义。文中总结我国干旱半干旱区土壤微生物的空间及季节分布特征,并对影响其分布特征的自然和人为因素进行全面梳理。了解土壤微生物的分布特征及其影响因素,可为土壤微生物在该区域生态恢复方面的应用提供参考。同时,根据区域生态恢复重建及增强区域生态安全保障的需要,对未来研究进行展望。