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.

生态系统服务价值(ESV)研究是改善土地利用方式,对促进地区生态系统保护和修复具有重要指导意义.选择生态环境较为脆弱的渭库绿洲为研究区域,以1994和2016年遥感影像为基础数据进行生态服务价值评估,应用格网、敏感性分析、空间自相关等空间统计学方法来进一步揭示研究区域生态系统服务价值(ESV)动态变化特征.结果表明:(1) 1994-2016年间渭库绿洲土地利用变化/土地覆被变化较为显著,耕地,建设用地面积呈增长趋势,水域、草地和未利用地面积呈递减趋势,耕地和草地面积变化最为剧烈.(2) 1994-2016年,渭库绿洲的生态系统服务总价值呈减少趋势,由4895.67×106元减少到3864.78×106元,减少了1030.89×106元,年均减少0.96％;空间上表现为生态服务价值增值区及减值区呈包围态势,生态系统服务高值区域在不断缩小;同时生态系统单项服务价值呈现有增有减的趋势,废物处理、水源涵养、生物多样性保护、娱乐文化等四项单项服务价值呈现下降趋势,而食物生产、气候调节、气体调节和原材料、土壤形成与保护等其他五项单项服务价值出现上升趋势.(3)敏感性分析表明,所有土地利用类型生态系统服务价值系数的敏感性指数(CS)均小于1,说明生态价值系数(VC)对生态系统服务价值的变化影响较小,模型能够合理评估该区域生态服务价值波动.(4)研究区生态系统服务价值表现出明显的空间自相关与空间聚集现象,生态服务价值高值聚集区主要分布在渭干河上游“克孜尔水库”周围和塔里木河北岸,并呈减少趋势,注意保护高值区的空间稳定性;低值聚集区主要集中在绿洲南部靠近塔克拉玛干沙漠边缘和北部靠近天山中部的山区以及库车河下游荒漠区域,这类区域在空间范围上呈连片连绵趋势,空间分布格局上基本保持稳定.(5)受气候变化和人类活动的双重影响下,草地和水域面积的大幅度下降,耕地和建设用地面积的增加,导致生态服务价值系数较高的土地越来越少,使得研究区的生态服务价值趋于减弱.

以塔里木河干流荒漠河岸胡杨(Populus euphratica)为研究对象,在塔里木河干流河道上游和中游选择帕满水库和坎白尔吾斯坦2个断面,分析胡杨径向生长的特点.根据不同断面的河道径流数据,采用小波分析和相关性分析方法研究塔里木河胡杨径向生长随径流动态变化的响应.结果表明,帕满水库-新其满断面,胡杨基部断面生长增量(BAI)与径流在15-24年时间尺度上都发生震荡,且径流震荡年份要早于基部断面生长增量震荡年份.坎白尔吾斯坦-英巴扎断面,胡杨BAI与径流在10-20年时间尺度上都发生震荡,BAI震荡周期出现时间较晚.在塔里木河干流沿岸,径流是胡杨径向生长的主要限制因素之一.上游帕满水库断面,胡杨BAI与前一年11月至当年3月的径流量呈显著相关;中游坎白尔吾斯坦断面,胡杨BAI与前一年12月至当年3月的径流量呈显著相关.塔里木河不同河段胡杨BAI对径流变化响应的敏感度存在差异.研究表明,塔里木河上游采样区胡杨生长良好,所对应的最佳径流达1.334 0×108 m3;塔里木河中游采样区胡杨径向生长的最合理径流量的范围为0.380 3×108-1.205 6×108 m3.

阐明灰杨(Populus pruinosa Schrenk)克隆特征变化及受外界环境影响,是增强灰杨林生态服务功能的基础.本研究在中国新疆塔里木河上游灰杨河岸林,沿垂直河道方向在林缘(距河道200 m)、林内(距河道400 m)生境设置样方,于2014年4 ～10月,每隔20天调查两生境不定芽、未出土和出土克隆分株数量,测定横走侧根及土壤养分含量.结果 表明:(1)横走侧根全氮、全磷、全钾、有机碳含量的变化趋势与不定芽和未出土分株数在4～6月逐渐增加、7～10月逐渐减少变化趋势基本一致,与土壤有机质、碱解氮、速效磷及速效钾含量在4～6月逐渐升高或保持最高水平,在7～10月逐渐降低的变化趋势同步;横走侧根碳氮比在4～6月初逐渐降低,随后呈现增大又减小的趋势;氮磷比在4～6月逐渐减小,7月显著减小后逐渐增大(林缘)或基本保持不变(林内).(2)不论是林缘还是林内,不定芽数量受到横走侧根全氮和氮磷比的影响,未出土分株数受到横走侧根全氮、有机碳含量、碳氮比的影响;林缘不定芽数量与土壤有机质、碱解氮及速效钾含量相关紧密,未出土分株数与土壤碱解氮和速效磷显著相关,土壤养分也与横走侧根全氮、碳氮比、氮磷比紧密相关,而在林内受到土壤养分影响的主要是横走侧根全氮和氮磷比.(3)林内的不定芽、未出土及出土克隆分株数量显著低于林缘,土壤养分含量通过影响横走侧根养分含量而影响不定芽、未出土分株、出土分株数量.灰杨是杨属为数不多的国家保护植物,具有重要的生态服务功能,我们的结果对基于克隆繁殖的灰杨林保护策略提供基础数据支持.

为加强塔里木河流域胡杨林生态保护,维系胡杨林植被系统多样性、稳定性和完整性,针对塔里木河上游吐江、中游坎白尔吾斯坦生态监测断面,从胡杨冠幅、长势打分、年龄结构、幼苗出现频率及生理指标进行了调查和测定.分析距水源远近对胡杨林群落特征的影响.结果表明:①淹灌前后胡杨幼苗在单位面积内(植)株(个)数从0.08株·m-2增加到0.80株·m-2;长势较差的胡杨逐渐被长势较好的替代;同一柽柳在淹灌前后新枝增幅71.6％.②随着距生态闸距离的增大胡杨冠幅、单位面积内胡杨数呈现下降趋势;且长势打分也呈下降趋势,随着淹灌距离的增大分别下降了5.0％、19.3％、45.5％;胡杨幼林和中成林随着淹灌距离增大分布呈下降趋势、过熟林呈上升趋势,幼林分别下降了28.6％、85.7％、100％.过熟林分别增加了32％、88％、132％;胡杨幼苗出现频率随着淹灌距离增大分别下降了21.83％、44.51％、27.78％;③生态补水后,可溶性糖(SS)、脯氨酸(Pro)和脱落酸(ABA)均呈现减少趋势.在淹灌距离300 m、450 m、600 m处可溶性糖(SS)减少了37.4％—42％;脯氨酸(Pro)减少了36.6％—41.9％;脱落酸(ABA)减少了29.8％—41.9％.生态补水在一定程度上缓解了胡杨水分胁迫,使的胡杨生长环境得以好转.

空心树是森林生态系统的重要组成部分,它在维系森林生态系统的动物或微生物多样性方面起着重要作用,但树木空心的发生过程和形成机制仍是一个悬而未决的科学问题.通过野外实调,解析了塔里木河上游肖夹克荒漠林区胡杨树洞型空心树数量特征、类型与分布格局,探讨了空心树的发生与形成过程.结果表明:1)胡杨幼林空心树发生频率较低,为10.34％,但成熟林空心树发生频率达到了 83.78％;2)空心树树洞分为主干型和分枝型两大类,其中主干和分枝断口造成树洞是树洞型空心树形成的两种主要表现方式,分别占树洞类型的41.94％和19.35％;3)推断树洞发生过程为"外伤-分泌物外泄-木质部被腐蚀、消融-伤口扩大-形成树洞";4)树木发生外伤的主要起因可能为长期的风沙侵扰,造成树木小枝或者分枝折断.

为了了解塔里木河上游地区荒漠植物叶片的功能性状及其对不同生境的生态适应性,以花花柴(Kareliniacaspica)和骆驼刺(Alhagi sparsifolia)两种典型荒漠植物为研究对象,分析沙地和盐碱地等不同生境下两种荒漠植物叶片的结构性状和化学性状,并结合冗余分析探讨了其与土壤因子的关系.结果表明:(1)研究区花花柴、骆驼刺两种荒漠植物的叶厚度(LT)、叶面积(LA)、比叶面积(SLA)及叶组织密度(LTD)等结构性状在不同物种之间存在显著差异(P＜0.05),而叶片有机碳(LOC)、氮(LN)、磷(LP)含量等化学性状在不同生境之间存在显著差异(P＜0.05),其平均值分别为417.67g/kg、15.14g/kg及1.12g/kg,低于全球植物叶片平均水平.(2)在沙地和盐碱地等不同生境下两种荒漠植物叶片LA、SLA及LTD等均呈极显著负相关(P＜0.01),LA和N/P是两种生境下植物叶片性状中综合排名前三的共同指标因子.(3)冗余分析结果表明,土壤因子中的土壤含水量(SWC)、土壤有机碳(SOC)和土壤氮(SN)对荒漠植物叶片性状变异起到了较好的解释.本研究表明不同荒漠植物在长期进化过程中形成了相对稳定的叶片结构性状特征,而叶片化学性状对生境土壤因子的变化则较为敏感.