多枝柽柳(Tamarix ramosissima)与疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia)是塔里木河下游优势种,也是重要的丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)共生植物,二者常相伴而生且均受水分严重限制.研究采用盆栽试验法,以疏叶骆驼刺和多枝柽柳幼苗为试验材料,设定正常水分[土壤相对含水量(70±5)％,D0]、中度水分胁迫[土壤相对含水量(40±5)％,D1]和重度水分胁迫[土壤相对含水量(20±5)％,D2]3个水分梯度,设置接种(AMF+)和不接种(AMF-)2种处理,以及供体植物疏叶骆驼刺和受体植物多枝柽柳之间2种菌丝传递距离(长菌丝传递距离30 cm,L;短菌丝传递距离15 cm,S),探究了干旱胁迫下丛枝菌根真菌菌丝传递距离对2种不同生活型的植物生长和生理的影响.结果表明,(1)供体植物接种AMF后在供、受体间形成丛枝菌根菌丝网络(arbus-cular mycorrhizal networks,AMNs),其中与正常水分(D0)处理下的侵染率相比,重度水分(D2)处理下长距离处理受体侵染率的降幅为73.22％.(2)在中度水分处理下,AMF对长、短距离处理受体均有促进作用,而在重度水分处理下对长距离处理受体株高、基径相对增长率和生物量无促进作用.(3)各水分处理下AMF对受体植物根系生长指标具有显著促进作用(P＜0.05),且S处理优于L处理,但在重度水分及长距离处理下的受体表现出显著较低的水平.(4)在中度水分处理下,AMF对长、短距离处理受体抗氧化酶活性、渗透调节物质含量、叶绿素含量和叶片相对含水量均有促进作用,且不同距离处理间差异不显著,而在重度水分处理下对长距离处理幼苗无促进作用.因此,在正常水分和中度水分处理下,接种AMF可显著促进长距离端受体植物的表观生长、生物量积累、抗氧化酶活性、渗透调节物质和叶绿素的含量,提高受体植物的抗旱性,在重度水分胁迫下AMF对长距离端受体植物的促进作用不显著.

为查明塔里木河下游不同水分梯度下胡杨种内竞争以及空间分布格局的变化规律,在塔里木河下游阿拉干断面选取3条样带,每条样带内依照水分梯度布设3个样方,采用Hegyi单木竞争模型与点格局等分析方法,探究了水分梯度下胡杨林种内竞争及空间格局变化特征.结果表明:1)塔里木河下游胡杨的最适竞争范围为10m;2)胡杨竞争指数与胸径服从幂函数关系(P＜0.001),胡杨竞争指数随对象木胸径的增加而逐渐减小,当对象木胸径达到20cm以上时,其竞争指数逐渐稳定,且维持在较低水平;3)随水分梯度的降低,胡杨林分竞争指数呈下降趋势;4)在塔里木河下游,胡杨空间格局主要为聚集分布,随空间尺度的增加,胡杨逐渐趋向于随机分布;5)随水分梯度的降低,胡杨空间格局由聚集分布逐渐转变为随机分布.水分是决定极端干旱区荒漠植被空间分布与结构的主要因子;在胡杨林分管理中,应充分考虑胡杨的种内竞争、空间格局及其与水分梯度之间关系,为塔里木河下游胡杨林的保护与更新提供科学依据.

以塔里木河下游的胡杨为研究对象,探讨了胡杨生物量以及经济价值的变化趋势.基于2001—2016年塔里木河下游胡杨的调查及模拟资料,借鉴生物量估算方法,首先对胡杨生物量变化进行了模拟;其次,依据胡杨生物量变化特征和价值评估方式,定量评价了塔里木河下游胡杨的经济价值.结果如下:① 建立了胡杨胸径与年龄间关系模型A=12.711/(1+3.339×e–0.208D)和胡杨单株生物量模型F=128.09(D2h)0.6318(R2=0.892;F=285.35).②估算了生态输水以来各年份胡杨总生物量,起始年份2001年胡杨总生物量约为21.029×104t,平均生物量约为2.401 t·hm–2.③胡杨年际新增价值量最大值出现在2006年为6.746×108元,2009年、2011年、2014年胡杨新增价值量均小于0.08×108元,并且新增价值量与输水量呈极显著正相关关系.

生态需水量计算是干旱脆弱生态区恢复重建的一个关键问题.分析了塔里木河下游荒漠河岸林关键种-胡杨树木年轮近90年来的变化特征及对气候水文过程的响应,并基于树木年轮技术提出了维系荒漠河岸林不同恢复状态的生态需水量.研究结果表明,塔里木河下游胡杨树木年轮主要承载的是区域水文历史变化信息,可以作为定量评估生态输水工程的生态恢复效应和定量计算植被生态需水量的新指标;胡杨标准年轮宽度指数与生长年生态输水量呈显著正相关(P＜0.05),近15年生态输水对胡杨年轮宽度指数增加的平均贡献率为42.96％;若要维持塔里木河下游英苏段垂直河道300 m范围内的胡杨达到近90年来的平均生长水平,则需在生长年下泄生态需水量0.84× 108 m3,若要达到断流前(1933-1974年)的平均径向生长,则每个生长年内生态需水量应达到0.91×108 m3.

该研究以种群生命表和生存分析理论为基础,采用空间代替时间法和分段均滑技术,编制了塔里木河下游地区胡杨种群特定时间生命表,绘制了胡杨种群的存活曲线、死亡率曲线,并分析了种群数量动态变化过程.结果表明:(1)胡杨种群的存活曲线属于凹型,Ⅰ~Ⅲ龄级死亡率在20%以下,从Ⅲ龄级到Ⅷ龄级死亡率增加迅速,并在Ⅷ龄级达到高峰,之后一直保持在50%以上.(2)胡杨种群累积死亡率从Ⅰ~Ⅷ龄级增加了75.79%,Ⅸ~Ⅻ龄级累积死亡率仅增加5.07%,胡杨幼苗和幼树的死亡率高;种群危险率在第Ⅶ龄级已经达到0.1423,至第Ⅻ龄级达到0.2174,表明随着胡杨年龄的增加,危险率也增加;死亡密度在Ⅶ龄级与Ⅸ龄级之间减少了0.0187,说明从Ⅶ龄级到Ⅸ龄级有大量的胡杨死亡.(3)胡杨种群数量动态除了受基波的影响外,在第Ⅵ龄级处还有一个明显的小周期波动,这也许与该龄级胡杨的生理特性或人为干扰有关.

分析了塔里木河上游荒漠区灌木植物叶片和土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量特征以及二者之间的相关性,旨在阐明荒漠植被在极端环境下养分循环及限制状况,为塔里木河上游荒漠生态系统的恢复与保护提供理论依据.以塔里木河上游多枝柽柳(Tamarix ramosissma)、盐穗木(Halostachys caspica)、黑果枸杞(Lycium ruthenicum)、铃铛刺(Halimodendronhalodendron)4种荒漠灌木植物叶片和土壤为研究对象,分析植物叶片和土壤C、N、P生态化学计量特征及其相关性.结果表明:在4种不同荒漠灌木植物叶片中柽柳叶片的C含量为(484.77±59.74) mg/g,显著高于其他灌木植物(P＜0.05);铃铛刺的N含量是(14.20± 1.58) mg/g,显著高于其他灌木植物(P＜0.05);柽柳叶片的P含量为(0.54±0.16) mg/g,显著低于其他灌木植物(P＜0.05).4种灌木植物叶片C/N比值大小为黑果枸杞＞柽柳＞铃铛刺＞盐穗木,且黑果枸杞的C/N比值显著最高为(37.83±7.74) (P＜ 0.05);C/P为柽柳＞铃铛刺＞盐穗木＞黑果枸杞,盐穗木和黑果枸杞的C/P显著低于其他灌木(P＜0.05),其比值分别为(379.76±158.63)和(383.47±128.95);N/P为柽柳＞铃铛刺＞盐穗木＞黑果枸杞,柽柳的N/P比值显著最高为(22.34±4.60)(P＜0.05).4种不同荒漠灌木土壤的有机碳(soC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量及其化学计量比特征均未表现出显著的差异.由相关性分析可知柽柳叶片仅P含量与土壤TP含量呈现出显著正相关(P＜0.05);铃铛刺叶片C含量与土壤TN、叶片P含量与土壤TN/TP均呈显著负相关(P＜0.05),而叶片C含量与土壤TN/TP呈极显著负相关(P＜0.01);盐穗木和黑果枸杞叶片化学计量特征与土壤的化学计量特征均未表现出显著相关性(P＞0.05).说明植物叶片化学计量特征并非是由土壤养分含量特征直接决定的,更多受植物自身遗传特性的影响,体现了荒漠灌木植物对极端生境的适应性.

目的 检测新疆5个不同产地塔里木亚种马鹿鹿茸质量性状、多肽(42,26,15 kDa)含量及其对小鼠前成骨细胞增殖和活性的影响.方法 对比分析不同产地鹿茸性状(直径、干鲜比、茸长、眉枝、水分、总灰分和浸出物);采用BCA蛋白定量试剂盒测定鹿茸多肽中的蛋白含量并作聚类分析,采用SDS-PAGE电泳法鉴别鹿茸多肽类型;建立小鼠成骨细胞模型,采用MTT及ELISA法分析其对细胞增殖和功能的作用.结果 不同产地塔里木鹿茸药材中鹿茸质量性状存在差异,塔里木河沙雅县鹿茸质量性状较好,鹿茸多肽含量高,显著提高了小鼠成骨细胞增殖率40.74％及碱性磷酸酶活性.结论 新疆沙雅地区塔里木亚种马鹿鹿茸活性较好.本实验为建立塔里木马鹿亚种鹿茸质量标准的提升提供了数据支撑.

细根空间分布特征能够反映植物对环境的利用程度和适应性,这对评价植物适应逆境至关重要.为了探究胡杨细根空间分布在干旱环境下的适应性特征,以塔里木河下游极端干旱区不同地下水埋深条件下的成年胡杨(Populus euphratica Oliv.)为对象,采用人工挖掘法,对胡杨细根(D≤2 mm)空间分布及其与地下水埋深和土壤水分的关系进行了研究.结果显示:(1)在水平方向上(550 cm范围内),胡杨细根的根长密度(RLD)、表面积密度(SAD)、根质量密度(RMD)随水平距离的增加未发生显著变化;(2)在垂直方向上,土壤表层基本无细根分布,随土壤深度加深,胡杨细根RLD、RMD呈先增加后减少的分布特征,并且在地下水埋深较深处,胡杨细根在较深土壤层(280 cm)仍保持较高的比根长(SRL)和比表面积(SRA);(3)胡杨细根RLD、RMD与上层土壤(0～180 cm)含水量存在较高的正相关关系,而与深层土壤(180 cm以下)含水量存在空间差异.本研究表明生长在上层土壤(0～180 cm)的胡杨细根主要受水分的限制,而生长在土壤深层的细根很可能受地下水埋深的影响,同时为了应对干旱环境,胡杨根系不仅具有较强的水平扩展能力,也会向深层湿润的土壤发展.研究结果可为极端干旱环境下胡杨适应机制的研究提供参考.

以极端干旱环境中的胡杨群落为研究对象,利用涡度相关通量观测系统,研究了胡杨群落CO2通量与水分利用效率在不同物候期的动态规律.结果表明:胡杨CO2通量在不同物候期日变化趋势基本一致,但存在明显的季节差异,其中果熟期CO2通量变化幅度最大,开花期最小,展叶期介于二者之间.相关分析表明,胡杨群落CO2通量均与显热通量、潜热通量、动量通量、土壤热通量、净辐射以及空气相对湿度呈极显著相关.其中,净辐射、潜热通量和显热通量与CO2通量的相关系数较大,其变化范围分别为-0.82—-0.88、-0.64—-0.66和-0.63—-0.94,是影响群落CO2通量的最主要环境因子.胡杨群落水分利用效率(WUE)同样存在明显日变化规律.其时间动态表现为:群落水分利用效率在开花期、叶黄期和落叶期变化幅度大,开花期最高,在展叶期和果熟期WUE最稳定.净辐射和风速是影响群落水分利用效率的两个最关键要素.

水分是制约很多陆地生态系统植物生长和繁殖的重要因素,在干旱地区尤为明显.利用稳定同位素技术探究塔里木河下游不同林龄胡杨(Populus euphratica)的水分来源情况,了解生态输水背景下荒漠河岸林的水分利用循环与利用策略,可为生态输水提供科学依据,同时也可对同类地区的生态恢复提供借鉴.本研究通过测定塔里木河下游胡杨茎干水和各潜在水源(土壤水、地下水)的稳定氢氧同位素值(δD、δ18O),应用多源线性混合模型(IsoSource)分析了各潜在水源对不同林龄胡杨的贡献比例,并结合3种林龄胡杨不同土壤深度含水量的变化,分析了胡杨的主要吸水层位.结果表明:(1)不同林龄胡杨样地的不同深度区间上的土壤水δ18O值存在显著差异(P＜0.05):胡杨幼龄木、成熟木、过熟木木质部δ18O分别为-7.83±0.07‰、-8.53±0.11‰、-9.36±0.21‰;而δD值不存在显著差异(P＞0.05).可据此来推断胡杨的主要吸水层位.(2)总体上,三种林龄胡杨土壤水δ18O值随土壤深度增加而减小,并趋于接近地下水的δ18O值.其中,0-60 cm土壤水受蒸发影响比较大,其同位素组成经历了强烈的蒸发分馏过程,土壤含水量极少,土壤水δ18O值偏正.(3)不同林龄胡杨所利用的水分来源不同:胡杨幼龄木对于地表80 cm以下的土壤水以及地下水均有一定程度的利用,对80-140 cm、140-220 cm和220-340 cm的土壤水平均利用比率依次为16.2％、21.4％和24.6％,对地下水平均利用比率为24.5％;成熟木主要利用220-340 cm的土壤水及地下水,平均利用比率分别为36.9％和42.3％;过熟木主要利用140-340 cm的土壤水及地下水,平均利用比率分别为32.8％和49.3％.