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。

新疆天山东部森林地表可燃物的热值研究

森林地表可燃物是林火传播的重要因素之一,而热值又是表征可燃物燃烧性的重要指标。以新疆天山东部4种典型植被类型下地表可燃物为研究对象,分析地表可燃物热值特征及其与燃点、绝对含水率之间的关系。结果表明:针叶林和阔叶林中,草本与凋落物组分之间差异显著,灌木林中,灌木与凋落物组分之间差异显著;天山东部林区同一林型不同组分热值大小顺序为:凋落物>草本>灌木>腐殖质;草本可燃物组分中针叶林的热值最高(19.38±0.08 kJ·g^(-1)),凋落物可燃物组分中同样是针叶林的热值最高(19.55±0.05 kJ·g^(-1));不同组分地表可燃物热值与燃点间的关系存在差异:灌木可燃物组分燃点与热值存在极显著关系(R2=0.81,P<0.01),凋落物可燃物组分燃点与热值存在显著相关性(R2=0.38,P<0.05),然而草本和腐殖质可燃物组分燃点与热值间无显著相关(P>0.05);另外,所有林型的地表可燃物热值与绝对含水率之间均无显著相关关系。可见,林型、树种以及理化性质等条件综合影响着可燃物的热值含量。研究结果旨在为天山东部森林管理人员准确预测林内可燃物热值能量和潜在森林火险提供理论依据,为区域地表可燃物深入研究提供数据支撑。

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。

盐分胁迫对骆驼刺幼苗叶片性状的影响

气候变化与人为干扰使得干旱区盐渍化加剧,引发了严重的生态问题。因此,研究干旱区植物叶片性状对盐胁迫的响应具有重要意义。本研究以当年生的骆驼刺(Alhagi sparsifolia)为研究对象,采用盆栽控制试验,设置不同浓度(50、100、200、400mmol·L-1)的盐处理,分析盐胁迫对骆驼刺叶片性状的影响。结果表明,1)盐胁迫降低了骆驼刺的光合能力,其净光合速率和蒸腾速率显著减小,而水分利用效率则显著增大(P<0.05);其荧光参数Fv/F0和Fv/Fm在盐处理下均低于对照处理;2)随盐浓度的增大,叶片的比叶面积逐渐减小,其干物质含量则是先减小后增大,且均低于对照;3)随盐浓度增大,单位质量叶片氮含量(Nmass)和单位面积叶片氮含量(Narea)先降低后升高再降低,单位质量叶片磷含量(Pmass)先降低后升高,单位面积叶片磷含量(Parea)则是先不变后升高,说明骆驼刺对盐分环境有一定的适应性。

不同干扰方式对疏叶骆驼刺生长及生理特征的影响

本实验以塔克拉玛干沙漠南缘疏叶骆驼刺为研究对象,设置春季刈割、春季火烧、秋季刈割、对照4个处理,研究干扰对其生长及生理特征的影响。研究结果表明,1)秋季刈割叶片长宽比、叶片厚度显著大于其他处理,叶片进行能量交换、物质积累的能力最强。2)不同干扰方式均降低了疏叶骆驼刺株高,不利于疏叶骆驼刺的恢复与再生,3种人为干扰方式比较秋季刈割骆驼刺再生能力最强。3)秋季刈割叶片叶绿素含量显著高于其他处理。4)3种干扰在生理上降低了疏叶骆驼刺受外界逆境的损害,秋季刈割抗逆性最强。因此,秋季适度刈割是疏叶骆驼刺最佳的保护性利用措施。

春季与秋季刈割对疏叶骆驼刺叶片功能性状的影响

本研究以塔克拉玛干沙漠南缘策勒县荒漠-绿洲过渡带为研究区,探讨了春季刈割与秋季刈割对自然植被疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia)叶片功能性状的影响。结果表明,骆驼刺经刈割处理后,比叶面积均极显著升高(P<0.01),且春季刈割比秋季刈割升高幅度更大;叶干物质含量极显著降低(P<0.01),而春季刈割与秋季刈割之间差异不显著(P>0.05);各处理对全碳含量和叶绿素a/b无显著影响(P>0.05);而春季刈割与自然生长和秋季刈割相比,全氮含量、氮磷比、叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均极显著升高(P<0.01)。从叶片功能性状对植物适应环境的指示作用分析,刈割可能会造成骆驼刺植被的养分保有能力和资源利用效率下降。但在经济效益方面,秋季刈割会增加骆驼刺的生物量。因此,综合考虑对骆驼刺植被最小程度的破坏以及满足牲畜饲草供应量的要求,推荐秋季刈割作为一种适时利用骆驼刺资源的管理措施。

极端干旱区花花柴(Karelinia caspia)和胡杨(Populus euphratica)叶凋落物分解和养分释放特征

为研究凋落物在极端干旱区的分解规律,利用凋落物分解袋法,以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲地区优势物种花花柴(Karelinia caspia)和胡杨(Populus euphratica)叶凋落物为研究对象,模拟自然状态,分别在3种生境下:土壤表层0 cm、土壤埋深2 cm、悬挂1 m进行凋落物分解试验,探究不同分解位置下的凋落物质量分解和碳(C)、氮(N)元素含量释放特征。结果表明:不同植物的质量损失率在不同分解位置处理下均存在显著差异,土壤表层0 cm处理下凋落物质量损失显著高于悬挂1 m和土壤埋深2 cm。至凋落物分解试验结束,花花柴质量损失率依次为:土壤表层0 cm(19.91%)>悬挂1 m(15.99%)>土壤埋深2 cm(12.35%)。胡杨质量损失率依次为:土壤表层0 cm(24.15%)>悬挂1 m(13.44%)>土壤埋深2 cm(8.72%)。在整个分解过程中,两种植物叶凋落物N含量呈富集现象,C含量呈释放状态。在不同分解位置下,N元素富集量和C元素量损失差异显著,土壤表层和土壤埋深2 cm凋落物N元素富集量均小于悬挂1 m凋落物,C元素损失量均大于悬挂1 m凋落物。Olson指数衰减模型对凋落物质量残留率进行拟合,两种植物的分解常数k值大小排序均为:土壤表层0 cm>悬挂1 m>土壤埋深2 cm。凋落叶质量残留率多因素方差分析表明在不同分解时间和不同分解位置对凋落物质量残留率影响显著(P<0.01)。在极端干旱区,掩埋条件不是驱动凋落物分解的主要因素,影响凋落物分解的因素主要是光降解。

不同采收间隔双排油莎豆(Cyperus esculentus)带风场结构与防风效能的模拟研究

油莎豆(Cyperus esculentus)根系发达,具有作为防风固沙作物的巨大潜力。开展不同条带状采收方式下油莎豆带的防风固沙效益研究,对于合理利用油莎豆进行防风固沙具有重要意义。以风洞模拟为手段,分别在6 m·s^(-1)、8 m·s^(-1)、10 m·s^(-1)3种风速下,对隔一带采收一带(H1)、隔一带采收两带(H2)、隔一带采收三带(H3)3种不同油莎豆采收模型在风洞不同位置的风速进行测定,并对不同模型的流场特征、风速加速率及防风效能进行分析。结果表明:(1)3种不同油莎豆采收模型中,气流均在近床面内受油莎豆模型阻挡,风速被急剧削减形成一定面积风影区,H2与H3模型的流场结构稳定性、风影区面积均比H1模型高。(2)随着风速增加,不同模型的防风效能均有所下降。H2与H3模型背风面在不同风速下的平均防风效能没有显著差异,但显著大于H1模型。在采收间距内,H2与H3模型防风效能均>50%,H1模型<40%。(3)从防风固沙效益及流场稳定性来看,H2与H3模型之间没有显著差异且显著大于H1模型。但从经济效益来看,H2模型采收间距减小,经济效益降低。综合防风固沙的生态效益与获取油莎豆的经济效益来看,H3模型为推荐采收方式。本研究通过对不同油莎豆采收模式的防风固沙效益,为利用油莎豆进行防风固沙提供了指导,并为在干旱半干旱地区推广种植油莎豆,获得更大的生态经济效益提供了理论依据。

油莎豆种植及作为防风固沙作物的潜力展望

油莎豆(Cyperus esculentus L.)是一种原产于非洲的具有极强适应性和广泛用途的新型油料作物,其优质种质资源的合理选用及合理种植模式的科学配置是获得高产的重要途径。此外,油莎豆具有防风固沙及地力培育等生态修复功能,合理的种植模式能有效减少土壤风蚀,增强生态效益。本文从经济效益与生态效益出发,重点阐述不同种植模式对油莎豆饲草、块茎产量的影响,详细论述关于油莎豆种质资源、分子水平生物学及遗传特征等方面的研究进展,并对其作为优良防风固沙植物的潜力进行分析。阐明目前油莎豆种植规模、产业扩大受限的主要原因。最后,对油莎豆科学种植模式和合理扶持政策提出建议。

不同干扰处理对骆驼刺茎、叶、刺器官化学计量特征的影响

以塔克拉玛干沙漠南缘沙漠—绿洲过渡带的优势植物种骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap.)为研究对象,设置当年春季砍伐、春季火烧,上一年秋季砍伐和对照处理,研究刈割和火烧对骆驼刺不同器官N、P、K化学计量特征的影响。结果表明:不同干扰处理下骆驼刺不同器官N、P、K含量及其N∶P比差异显著,并且在不同生长阶段变化规律不一致,其平均N、P、K含量以及N∶P比均为叶片高于茎和刺。在骆驼刺的生长阶段(8—10月),叶和刺中均为P含量及N∶P比的季节变异较小,N及K含量的季节变异较大;茎中N及K含量的季节变异较小,P含量及N∶P比的季节变异较大。对骆驼刺N、P、K含量及其N∶P比的多因素方差分析显示,骆驼刺N和P主要受不同器官的影响,而K和N∶P比主要受生长阶段的影响。

极端干旱区花花柴(Karelinia caspia)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)和胡杨(Populus euphratica)叶片凋落物分解特征

为探究极端干旱区凋落物分解特征,利用凋落物分解袋法,以塔克拉玛干南缘策勒绿洲边缘荒漠地区优势植物花花柴(Karelinia caspia)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)和胡杨(Populus euphratica)的叶片凋落物为对象进行分解试验,探究极端干旱区凋落物分解特征及主要影响因素。结果表明:(1)极端干旱区凋落物分解主要在凋落次年的5—9月,有机物的损失是质量损失的重要原因;(2)对于水溶性盐含量较高的凋落物,水溶性盐损失在质量损失中占较高比例;(3)降雨是影响极端干旱区凋落物分解的重要因素,降雨与凋落物分解的Pearson相关性显著高于温度和太阳辐射。

不同地理种群疏叶骆驼刺光合和水分代谢特性的差异

选取极端干旱区的策勒种群和干旱区的阜康种群,利用LI-6400测定了净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、光合有效辐射(PAR)、空气温度(Ta)、水汽压亏缺(Vpd)、相对湿度(RH)等相关参数,对2个不同分布区骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap.)的光合特性和水分代谢特性进行了比较研究。结果表明:不同地理种群骆驼刺适应环境的方式不同,策勒种群的光饱和点(1 300μmol·m^(-2)·s^(-1))、光合最适宜温度(35℃)均高于阜康种群(光饱和点为1 000μmol·m^(-2)·s^(-1),光合最适宜温度为31℃);与阜康种群相比,策勒种群采用低光合、低蒸腾、高水分利用效率的节水对策来维持植物在极端干旱环境下的正常生长。策勒种群的净光合速率(5.68μmol·m^(-2)·s^(-1))、蒸腾速率(2.71 mmol·m^(-2)·s^(-1))和光能利用效率(10.35 mol·mol^(-1))远低于阜康种群(净光合速率为8.57μmol·m^(-2)·s^(-1),蒸腾速率为6.11 mmol·m^(-2)·s^(-1),光能利用效率为12.56 mol·mol^(-1)),而水分利用效率(1.79μmol·mmol^(-1))和水汽压亏缺(3.96 k Pa)明显高于阜康种群(水分利用效率为1.33μmol·mmol^(-1),水分亏缺为3.28 k Pa),说明策勒种群对环境的适应能力更强。

极端干旱区沙土掩埋对凋落物分解速率及盐分含量动态的影响

极端干旱区由于降水稀少,植被盖度低,太阳辐射强烈,以及土壤稳定性差,导致其凋落物周转不同于非干旱区。为探究极端干旱区凋落物分解规律,该研究利用凋落物分解袋法,以塔克拉玛干沙漠南缘沙漠-绿洲过渡带优势物种花花柴(Karelinia caspia)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)和胡杨(Populus euphratica)凋落叶为研究对象,设置不同的沙土掩埋处理:地表、2 cm和15 cm埋深,以模拟自然条件下凋落物分解环境,测定分解过程中凋落物质量和水溶性盐的变化特征。结果表明:极端干旱区凋落物分解速率与凋落物初始碳(C)含量、氮(N)含量、C:N和木质素含量的关系与非干旱区存在较大差异,在地表处理下,木质素含量越高,质量损失越快。不同分解环境下凋落物质量和水溶性盐损失具有显著差异,与15 cm埋深相比,地表和2 cm埋深处理显著增加了凋落物的质量损失和水溶性盐总量损失。地表处理增加了凋落物分解前期的水溶性盐溶解量。该研究表明,极端干旱区凋落物分解的驱动机制具有独特性,由于降水稀少,土壤微生物的活性较低,掩埋深度不是驱动凋落物分解的主要因素,极端干旱区凋落物的分解主要受其他非生物过程如太阳光辐射的影响。