脱硫石膏在碱土改良中的无机固碳作用

脱硫石膏溶解产生的Ca^(2+)会和土壤中含碳的阴离子(CO_(3)^(2–)、HCO_(3)^(–))发生反应,最终将CO_(2)吸收并固定为土壤无机碳。脱硫石膏在碱土改良中的无机固碳作用对实现“碳中和”具有重要意义。以新疆阜康三工河流域的荒漠碱土为研究对象,以脱硫石膏为钙源物对0~20 cm土层进行改良。探究不同时间0~40 t·hm^(-2)脱硫石膏施用量下土壤无机碳(SIC)和土壤无机碳密度(SICD)的变化,从而研究碱土改良中的无机固碳作用。结果表明:施用脱硫石膏能显著减轻土壤碱害(pH下降),增加土壤盐分,同时具有无机固碳作用(SIC和SICD上升)(P<0.05)。脱硫石膏最佳施用量为30 t·hm^(-2),此时改良土层pH降至最低(8.24)。改良后0~46 d SIC含量相较对照组增加0.93 g·kg^(–1),SICD增加0.29 kg·m^(-2)(即CO_(2)固定量为1.06 kg·m^(-2))。改良过程中,脱硫石膏施用量与SIC、SO_(4)^(2–)和Ca^(2+)呈显著正相关(P<0.05),与pH、CO_(3)^(2–)、HCO_(3)^(–)和Na^(+)呈显著负相关(P<0.05)。气候因子对土壤无机固碳存在影响,增大相对湿度和降水量会抑制SIC含量和SICD增加,而增大风速、温度和太阳总辐射则有促进作用。研究结果为施用脱硫石膏改良碱土能增加土壤固碳潜力提供了直接证据。

细菌群落主导沙漠公路防护林营造后的土壤功能变化

防护林作为沙漠公路的安全保护屏障,其生长和应对胁迫所需的养分供给依赖于土壤微生物。以塔里木沙漠公路防护林和自然沙漠为研究系统,探究土壤细菌和真菌群落、两种生境共有和特有微生物物种变化对土壤物质循环功能的驱动作用。结果显示,土壤细菌和真菌物种丰富度(P<0.01,P<0.01)及群落组成(P<0.05,P<0.01)均受防护林营造的显著影响,细菌物种丰富度的响应增幅为77.5%,高于真菌22.1%。细菌群落是导致土壤酶活性升高的显著驱动因素,而非真菌群落或环境因子;细菌物种丰富度(rho=0.46,P<0.01)和群落组成(rho=0.68,P<0.01)与土壤酶之间呈显著偏Mantel相关。共有细菌相对丰度(rho=0.47,P<0.01)和特有细菌物种丰富度(rho=0.36,P<0.01)是驱动土壤酶活性改善的关键因素,与土壤酶之间呈显著偏Mantel相关。研究表明,沙漠公路防护林土壤细菌而非真菌主导微生物群落的响应,细菌群落通过改变本地物种丰度和新物种数量来调控土壤功能。

土壤盐渍化对稀有和常见细菌群落结构和功能的影响

土壤盐渍化是全球干旱区防护林长期固存的主要胁迫因子,影响着防护林细菌群落结构及其驱动的物质循环和养分活性,细菌群落由常见物种和稀有物种组成,为明晰二者在环境胁迫响应中的功能作用,该文以塔里木沙漠公路防护林长期咸水灌溉形成的土壤盐分梯度为研究系统,测定土壤细菌群落和土壤碳氮磷酶活性,使用0.01%相对丰度阈值法确定稀有物种和常见物种,使用酶多功能性和向量法表征土壤功能,探究稀有和常见细菌对盐渍化响应的敏感性及二者对土壤功能的驱动作用。结果表明:①防护林稀有细菌物种丰富度随盐分含量增加呈显著下降趋势(P<0.05);稀有细菌(ρ=0.293,P<0.01)和常见细菌群落组成(ρ=0.205,P<0.01)均受土壤盐分变化的影响,但稀有细菌群落组成呈现更大的变幅。②土壤细菌活性受磷而非氮元素的限制(向量角度>45°),随盐分含量增加,磷代谢/氮代谢功能呈显著下降(r=-0.190,P<0.05)的趋势,酶多功能性呈显著增加(r=0.253,P<0.01)的趋势。③常见细菌物种丰富度(r=0.173,P<0.05)及群落组成(r=0.181,P<0.05)显著提升了碳代谢功能(向量长度),群落组成显著改善了土壤酶多功能性(partial r=0.177,P<0.01)。研究显示,沙漠公路防护林稀有细菌而非常见细菌主导群落对盐渍化的响应,二者对土壤功能的调控路径存在差异,而常见细菌是土壤功能变化的主要驱动者。

古尔班通古特沙漠树枝状沙丘土壤水分时空变异特征

认识沙漠土壤水分的时空变异性，是揭示沙漠生态系统生态一水文格局的基础。利用中子土壤水分仪的实测数据，对古尔班通古特沙漠树枝状沙丘土壤水分时空变异进行了系统分析。研究表明：①沙丘不同部位土壤水分随时间具有一致性变化规律，上层土壤和下层土壤的变化趋势有所不同。0～1m土层坡顶〉坡中〉坡脚，1～2m土层坡脚〉坡中〉坡顶。②土壤水分具有明显的季节变化和分层变化特征。春季是古尔班通古特沙漠土壤水分最丰富、变化最迅速的时期；0～40cm、40～140cm、140～200cm土层土壤水分变异系数分别为13．56％、5．35％和0．80％，与不同土层水分来源和消耗以及植物根系分布相对应；不同土层土壤水分的变异强度要大于不同部位土壤水分的变异强度。③植被和地形对土壤水分的空间分异作用明显，沙丘坡脚处以及荒漠灌木梭梭根区始终存在土壤水分相对富集区。

天山天池水体季节性分层特征

于2014年6—10月，对高山深水湖泊天山天池水温、电导率、溶解氧、pH值、叶绿素a浓度和蓝绿藻细胞密度进行垂直剖面的连续监测，通过对其季节动态和垂直分层结构的分析，探讨天池水体季节性分层特征．天池出现明显水温分层的时间短（6—9月），夏季温跃层变化范围为2～18m，而秋季温跃层不断下移，10月在18m水深以下；受水温分层影响，天池水体溶解氧浓度、电导率、pH值、叶绿素a浓度和蓝绿藻细胞密度在垂直剖面表现出明显的季节性分层，尤其是夏季水温分层影响溶解氧浓度、叶绿素a浓度和蓝绿藻细胞密度在水体中的分布，对天池水质变化产生重要影响．天池浅水层（水深小于10m）溶解氧浓度较高（大于8mg／L），而深水层（水深超过18m）溶解氧浓度9月接近4mg／L，季节性缺氧导致底泥营养盐向上扩散，对水体水质产生不利影响．所以，应在夏、秋季节加强水质监测，以防止天池水华发生；天池叶绿素a浓度与蓝绿藻细胞密度的垂直剖面变化趋势相似，均随水深增加呈先增加后减小的趋势，但叶绿素a浓度在2～12m水深处较高，蓝绿藻细胞密度在5～15m水深处较高，表明5～15m深度适合藻类生长，同时，电导率、pH值的垂直变化也说明藻类的生长情况，这为监测天池水体富营养化取样和分析提供依据．

强降雨条件下沙丘土壤水分运移特征分析

通过开展野外模拟降雨及亮蓝示踪试验,分析古尔班通古特沙漠强降雨条件下沙丘土壤水分运移规律。结果表明,2003-2013年间沙漠降雨以小雨量、小强度、短历时降雨特征为主。存在少数大雨量、大强度、长历时降雨;裸沙地平均土壤入渗率为7.87mm/min,远大于最大自然降雨强度(14mm/h),降雨条件下沙丘坡面不易形成地表径流,降雨期间土壤水分以垂直入渗为主。强降雨后再分配阶段,土壤水分顺坡侧向运移显著;陡坡、缓坡下部土壤水分顺坡侧向运移补给量分别为8.68,4.66mm,各占坡下部土壤水分来源的37.32%和32.63%,是坡下部土壤水分的重要来源。雨后土壤水分运移是土壤水分空间分布的重要影响因素,土壤水分顺坡侧向运移主要作用于土壤水分水平空间分布;强降雨后土壤水分富集层及富集区域向深层及坡下部运移;缓坡土壤水分空间富集层较浅,坡中部为土壤水分富集区域;陡坡土壤水分空间富集层较深,坡下部为土壤水分富集区域。

古尔班通古特沙漠植物雾凇凝结特征

古尔班通古特沙漠冬季稳定积雪期长,多雾凇天气。通过2007年11月~2008年3月在沙漠南缘的定位实验观测,发现植物雾凇凝结水总量平均为5.8 mm,占冬季降水量的21.8%,其中,沙漠区垄间和垄上植物雾凇凝结水总量分别是3.8 mm和9.1 mm,各占冬季降水量的14.4%和34.3%;植物雾凇凝结水量是雪面凝结水量的5倍;荒漠植物的雾凇凝结水可以增加古尔班通古特沙漠冬季植被分布区域水资源量。雾凇形成的最大风速一般小于3m/s;-15℃^-20℃是雾凇形成次数最多的气温区间,占全部雾凇日数的24.3%,气温低于-30℃时雾凇凝结量显著减少;观测期雾凇形成时大气最大相对湿度小于80%的日数占冬季雾凇日数的41%。低温、高湿、低风速的气象条件,加之梭梭枝条的细直径和针状叶特征,是古尔班通古特沙漠冬季具有丰富植物雾凇凝结水的重要原因。

5种荒漠短命植物养分再吸收对水氮添加的响应

人类活动和全球气候变化导致的大气N沉降升高和降水格局的变化,将会影响植物-土壤系统的养分循环。研究了5种荒漠优势短命植物在N添加和增加降水处理下,叶片N、P含量变化及叶片N、P的再吸收特征。结果表明：自然情况下,荒漠植物叶N、P含量相对较高（平均值分别为30.1mg·g^（-1）、3.6mg·g^（-1））,而叶片N∶P很低（6.8～10.5）;荒漠短命植物叶N再吸收率（NRE,34.08%）低于P再吸收率（PRE,73.03%）;叶片养分含量和再吸收率在物种间的差异极显著;N添加对NRE和PRE没有显著影响;N添加使尖喙牻牛儿苗（Erodium oxyrrhynchum）、条叶庭荠（Alyssum linifolium）和卷果涩荠（Malcolmia scorpioides）N再吸收度（NRP）减小,使丝叶芥（Leptaleum filifolium）和齿稃草（Schismus arabicus）的NRP增加,对P再吸收度（PRP）影响很小。不同含量N添加处理对NRE没有显著影响,但对PRE具有显著影响;增加降水对NRE具有显著影响,使NRE增加（丝叶芥除外）,对PRE、NRP和PRP没有显著影响,但PRE和NRP增加,PRP变化很小;N添加和增加降水对NRE没有显著交互作用,对PRE具有显著交互作用,但其变化因物种而异。总之,N输入增加和降水格局的变化,显著改变了荒漠短命植物养分状态及再吸收特征,这将对短命植物群落组成及所处荒漠生态系统养分循环产生重要影响。

盐生荒漠土壤水稳定氢、氧同位素组成季节动态

对准噶尔盆地东南缘降水和土壤水稳定氢、氧同位素组成(δ18 O和δD)进行了测定,分析了降水中δ18 O和δD值的季节变化规律、表层土壤水中δ18 O和δD值对降水脉冲的动态响应以及不同深度土壤水中δ18 O和δD值的变化特征。结果表明:该区域大气降水线为δD=7.691δ18 O+4.606;降水与表层土壤水中δ18 O和δD值表现出明显的季节变化特征;表层土壤水中δ18 O和δD值、质量含水量对降水脉冲响应显著,且不同量级的降水导致不同程度的响应。利用LSD法对0~300cm土层内土壤水中δ18 O和δD值进行多重比较分析,可将土壤在垂直方向上分为3层,表层(0~50cm)土壤水分活跃,稳定同位素值随深度的增加而迅速减小;中间层(50~180cm)土壤水分相对活跃,既受到降水入渗和蒸发作用的影响,也有地下水的补给;深层(180~300cm)水分来源稳定,土壤水中δ18 O和δD值基本不变。

天山天池夏季叶绿素a的分布及富营养化特征研究

2014年6~8月,对天山天池水体叶绿素a(Chl-a)的分布特征及其与环境因子的相关性进行分析,探讨了天池富营养化状态及成因.结果表明,天池夏季Chl-a浓度变化范围为2.11~4.06μg·L-1,平均值为(2.8±0.69)μg·L-1.不同监测断面Chl-a垂直剖面变化趋势相似,整体表现为表层(0~2 m)和深层(12 m以下)低,中上层(2~12 m)高的特点.天池Chl-a浓度与深度和电导率显著负相关,与水温、p H值、溶解氧、蓝绿藻细胞密度和TP显著正相关,与TN的相关性较小.夏季天池TN和TP平均浓度分别为0.27 mg·L-1和0.035 mg·L-1,超过国际上一般标准的富营养型湖泊的浓度,采用修正的卡尔森营养状态指数评价天池的营养化状况,其目前处于中度富营养化水平.究其原因,可能主要是水土流失导致的营养盐升高,以及水生生物组成改变引起的藻类大量繁殖引起的.所以需从生态恢复和生态管理的角度,进行天池水质和周边植被的保护和恢复,以减缓天池水体富营养化加剧的风险.

准噶尔盆地东南缘多枝柽柳、白刺和红砂水分来源的异同

荒漠生态系统中,水是植物生长最主要的限制因子。为了比较同一生境下不同荒漠植物的水分来源特征,选取了同一生境下的多枝柽柳(Tamarix ramosissima)、白刺(Nitraria sibirica)和红砂(Reaumuria soongorica),测定了这3种植物茎水和各潜在水源(降水、土壤水和地下水)的氢、氧稳定同位素比率(δD和δ18O)值,并利用IsoSource软件计算了3种植物对潜在水源的利用比例。结果表明:红砂和白刺的茎水δD和δ18O值及其水分来源有明显的季节波动特征。其中,红砂为浅根系植物,春季(3-5月)以表层土壤水为主要水源,夏秋季节(6-10月)表层土壤含水量显著降低,其主要的水分来源逐渐偏向于较深层的土壤水;白刺的根系分布范围介于红砂和多枝柽柳之间,在春季能够较多地利用表层土壤水,而到了夏秋季节,所利用的水分更多地来源于深层土壤水或地下水;多枝柽柳为深根系植物,其90%以上的水分来源于深层土壤水和地下水,而且茎水δD和δ18O值及其水分来源没有季节波动特征。3种植物水分来源特征的差异与其水分利用策略密切相关,同时,也说明荒漠灌木可以通过自身调节向着最优(最有利)表现型发展,从而最大限度地获取水分。

准噶尔盆地南缘梭梭树干液流规律比较

采用SF-300热脉冲树干液流仪,分析比较了准噶尔盆地南缘人工种植和原生条件下,梭梭树干液流及其土壤水分的变化,建立了人工种植梭梭树干液流速率与气象因子的最优回归方程。结果表明:人工种植梭梭日累积液流量过程线呈近似"S"型,与土壤含水率具有极显著的相关性;液流速率日变化多呈双峰型,昼夜变化明显,对气温的时滞约1 h;原生梭梭耗水特征相对稳定,日累积液流量过程线近似直线型,与土壤含水率无相关性,液流速率日变化多呈多峰型,无明显日过程。观测期人工梭梭单位面积液流通量平均为0.240 L/(cm2.d),是原生梭梭的1.5倍;降雨后人工和原生梭梭液流速率峰值分别比降雨前提前3 h和30 min。