胡杨作为我国西北干旱区重要的树种资源,对气候环境变化较为敏感,然而西北干旱区近期出现"暖湿化"现象,将对胡杨生长及发展态势带来何种影响尚未明确.本研究以塔里木盆地南缘策勒绿洲外围沙漠绿洲过渡带胡杨林为对象,利用树木年轮技术手段,采集年轮材料,分析了该地区胡杨在1984-2021年间的径向生长对主要气候要素及其变化的响应.结果表明:胡杨年轮宽度指数与当年2月、5月和上一年9月温度呈显著负相关,而与当年3月、5月和上一年9月降水量呈显著正相关,与当年2月、5月标准化降水蒸散指数(SPEI)具有显著正相关关系.年轮宽度指数与组合月份气候要素的关系更为明显.滑动相关分析表明,年轮宽度指数与生长季温度的相关性整体趋于增强,而与降水量、SPEI之间的相关性整体趋于下降或保持平稳.与单月气候要素相比,组合月份气候要素与年轮宽度指数之间相关性的动态变化趋势更为明显.当前区域暖湿化特征有利于策勒绿洲外围沙漠绿洲过渡带胡杨林的生长发展及其生态防护功能的提升.

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.

为了解胡杨林生长过程对主要营养元素在土壤全库、有效库及植被库之间运移规律的影响,以新疆轮台县轮南镇5个不同林龄(幼龄林、中龄林、近熟林、成熟林和过熟林)典型天然胡杨林为研究对象,采用时空替代方法,分析林下土壤和植被中C、N、P、K的空间分配特征.结果表明:(1)总体而言,土壤营养元素全库中全钾含量较富积,有机质、全氮、全磷相对缺乏.土壤有机质及全量养分受林龄影响较显著.土壤全氮量随着林龄的增长显著升高,至近熟林时达到最大值,然后下降.幼龄林土壤有机质、全钾含量较低,中龄林和近熟林含量较高.幼龄林、成熟林和过熟林土壤全磷含量相对较高.土壤垂直层中,土壤有机质、全钾含量深层土壤＞浅层土壤,而全氮含量随着土壤深度的增加呈现下降趋势.全磷含量受土壤垂直层影响较小.(2)土壤有效养分库中碱解氮、速效磷含量较低,速效钾含量较高.土壤速效养分受林龄影响较大,碱解氮含量随着林龄的发育,呈现先显著升高到近熟林达到最大值,然后下降的趋势.速效钾、速效磷含量均呈现幼龄林和中龄林显著低于其它龄林.不同土壤垂直层显示,碱解氮、速效钾、速效磷含量均呈现浅层＞深层土壤.速效钾、速效磷有明显的表层聚集现象.(3)从土壤养分有效性占全量比率分析,氮＞钾＞磷.氮素在不同龄级中有效率均较高.钾和磷有效率受林龄影响,呈现出成熟林＞过熟林＞近熟林＞中龄林＞幼龄林.土壤垂直层中0-10cm、40-60 cm氮素有效率较高.钾和磷有效率随着土层深度的增加呈现递减的变化趋势,其中0-10cm钾和磷有效率显著高于其他土层.(4)植被库中主要矿质养分积累量由大到小依次为N＞K＞P.除叶外,N、K、P积累量在胡杨各器官中均呈现随着林龄的增长而增加,到成熟林达到最大值,在过熟林降低.对树木不同器官,N、P累积量依次为干＞根＞枝,但K累积量依次为根＞干＞枝.

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.

木薯是世界重要的粮食和生物质能源作物,其块根淀粉含量高达25％～28％,淀粉积累主要在块根发育的膨大期,影响淀粉积累的代谢通路包括糖代谢和淀粉代谢,而连接这两个代谢通路的主要物质是葡萄糖-6-磷酸,通过葡萄糖-6-磷酸/磷酸转运体(glucose-6-phosphate/phosphate translocator,GPT)转运葡萄糖-6-磷酸进入块根淀粉体合成淀粉.本研究通过生物信息学方法,以木薯、麻风树、蓖麻、胡杨林、可可、拟南芥、水稻、玉米、马铃薯、小麦和大豆的GPT为研究对象,对其核酸序列、氨基酸序列、导肽、跨膜拓扑结构、疏水性/亲水性、蛋白质二级结构、亚细胞定位的分析及预测.结果表明,GPT在不同植物中氨基酸组成成分基本一致,α-螺旋、延伸链和无规则卷曲是其重要的结构元件,含有叶绿体转运肽,无线粒体目标肽,整条肽链表现为疏水性,主要存在内质网和线粒体上.利用qRT-PCR对木薯膨大期GPT基因表达水平进行分析表明GPT对木薯块根膨大期淀粉累积有促进作用.

以叶尔羌河流域胡杨林分布区为研究区域,以胡杨春尺蠖(Populus euphratica Apocheima Cinerius Erschoff)为研究对象,借助遥感技术和MODIS等遥感产品,分析2001—2015年的胡杨春尺蠖活动期温度变化特征,结合实地调查的胡杨春尺蠖虫情信息,分析近15年来胡杨春尺蠖虫态发育节律与温度的关系,为进一步探究叶尔羌河流域胡杨春尺蠖危害发生时间、发生规律、危害程度及时间分布规律提供科学依据.结果表明:(1)2001—2015年胡杨春尺蠖活动期平均温度整体变化趋势基本稳定,2、3、4月份平均温度总体变化趋势持续降低,温度回升速度变慢,胡杨春尺蠖的危害期逐渐延长;(2)虫蛹总数、虫卵数量、虫口密度均呈现增长的态势,表明胡杨春尺蠖虫害发生程度日趋严重;(3)治理胡杨春尺蠖幼虫的最佳时期是三龄幼虫之前,胡杨春尺蠖各虫态与温度之间的关系是符合生物学发生规律的,具体关系如下:V=0.0920/1+exp(2.4860-0.0887T)(春尺蛾活动期),V=0.9828/1+exp(4.4052-101268T)(卵活动期),V=0.1410/1+exp(3.7863-0.1595T)(幼虫活动期).

放牧是干旱区主要的人类干扰活动,对土壤微生物的结构和组成具有重要影响.分析放牧对干旱区胡杨绿洲土壤真菌群落功能性质的影响对认识干旱区元素循环和生态系统维持与稳定具有重要意义.在额济纳胡杨林绿洲,依据胡杨林放牧差异(牲畜的数量、放牧频率)选取3个放牧强度样地:重度放牧(heavy grazing,HG)、中度放牧(moderate grazing,MG)和轻度放牧(light grazing,LG);设置A(胸径:0～ 10 cm)、B(胸径:10～20 cm)、C(胸径:20～30 cm)、D(胸径:30～40 cm)和E(胸径:＞40 cm)5个胡杨径级,采用Biolog-FF微平板方法分析真菌群落代谢特征.结果 表明:胡杨径级对其根际真菌群落代谢活性具有显著影响,解释率为7.8％;根际真菌群落代谢活性随放牧强度的增加而减弱(AWCDLG＞AWCD MG ＞AWCDHG);轻度放牧情况下,胡杨径级对真菌群落代谢活性不具有显著影响,而在中度和重度放牧下,不同径级胡杨根际真菌群落代谢活性之间具有显著性差异,说明放牧对不同径级胡杨具有不同影响,从而导致其根际真菌群落代谢活性的差异性响应;放牧和胡杨径级对胡杨根际真菌群落的总碳源利用率和各分类碳源利用率均不具有交互作用,但对功能多样性指数具有交互影响,表明各径级下,不同放牧强度没有改变真菌的整体代谢强度,但改变了真菌群落的组成结构;此外,放牧强度和径级大小主要是通过改变利用小分子碳源的真菌而影响真菌群落代谢特征的.

林窗作为森林生态系统得以长期维持的主要驱动力之一,能够促进森林的自然更新与演替、优化森林结构和养分循环,从而提高生物多样性及生态系统服务功能.基于塔里木河中游历年径流量、耗水量与地下水埋深等水文数据,利用回归模型、拟合优度t检验与种群结构动态定量相结合的方法,分析了研究区水文条件对胡杨荒漠河岸林林窗数量及其形成木种群结构与动态的影响.结果 表明:1)1970年前塔里木河中游水量较为充足,在一定程度上可满足胡杨生存发育的需水量.自1980年来,塔里木河中游年径流量(R2=0.785,P＜0.01)与耗水量(R2=0.524,P＜0.01)呈明显减少趋势、地下水日益匮乏,其埋深呈直线下滑趋势(R2=0.8618,P＜0.01).这导致河道两岸的胡杨林生态用水日益紧缺,从而引起胡杨林林窗现象频繁出现,尤其是在1997-2006年期间.2)随着中游年径流量与耗水量逐渐减少、地下水埋深逐渐增加,林窗内胡杨形成木数量则变为增长趋势.3)林窗形成木除1957-1966、1967-1976年属衰退型外,1977-1986、1987-1996、1997-2006和2007-2016年均呈现增长型特征.特别是林窗内胡杨形成木Ⅱ级幼龄树大幅度增加,其表现出胡杨林年龄结构的老龄化特征.4)由模型显示,林窗及其形成木数量与径流量之间存在显著性负相关,径流量降至17.81×108 m3时,林窗内的胡杨将面临高峰死亡.由此可知,在干旱区水文条件是决定胡杨生死的主导因子,也是塔里木河中游荒漠河岸林林窗形成的主要原因.

[背景]新疆绿洲生态系统的大规模农垦开发对当地生态环境产生了一系列影响,评估农业活动对新疆地区原始生态土壤细菌群落的影响对合理利用土地、开发农业资源具有指导意义.[目的]通过研究塔里木河中下游流域受农垦开发影响的棉田及未经历土地开垦的胡杨林土壤细菌群落结构及多样性的变化,探究农垦开发活动对土壤微生态的影响.[方法]利用国标法测定塔里木河中下游流域绿洲棉田及原始胡杨林全氮、总盐、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、pH等土壤理化性质;提取土壤总DNA,通过PCR扩增建立文库,用新一代Illumina HiSeq 2500测序技术对土样DNA进行16S rRNA基因(V4区)高通量测序;利用生物信息学分析细菌群落的α多样性(包括Chaol、Observed species、Phylogenetic diversity (PD)、Shannon、Simpson和Good's coverage指数)、p多样性在两地的变化,基于线性判别分析流程[Linear discriminant analysis (LDA) effect size pipeline,LEfSe]分析在两地具有显著差异的细菌分类单元;结合土壤理化参数、群落功能预测分析可能影响两地细菌群落结构变化的主要因子.[结果]土壤基本理化性质分析:绿洲棉田与原始胡杨林相比,全氮、碱解氮、总盐、pH含量显著增加,土壤盐含量与全氮、碱解氮和pH呈显著正相关(P＜0.05);细菌多样性分析:α多样性指数Chaol、Observed species和PD在棉田样品中均显著低于胡杨林样品,Shannon指数差异虽不显著,但是也表现出同样的变化趋势;细菌群落组成分析:两组样品中的优势细菌依次为α-变形杆菌纲、放线菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、γ-变形菌纲、B-变形菌纲、δ-变形菌纲、绿弯菌门、厚壁菌门、浮霉菌门、泉古菌门和硝化螺旋菌门(丰度＞1％);差异分析的结果显示,新疆绿洲棉田土壤中显著富集的微生物主要包括酸杆菌门、放线菌门、绿弯菌门、厚壁菌门、黄杆菌纲、α-变形菌纲、γ-变形菌纲中的一些物种,以及泉古菌门中的Candidatus Nitrososphaera;新疆原始胡杨林土壤中显著富集的微生物主要包括绿菌门、δ-变形菌纲以及变形菌门中的其他物种,还包括泉古菌门中的Nitrosopumilus.主坐标分析(PCoA)结果显示,棉田生态系统的土壤细菌群落结构能够与胡杨林生态系统的群落结构明显分开,且前者的细菌群落结构一致性更高.功能预测结果显示,绿洲棉田的硝化作用显著高于原始胡杨林.冗余分析(RDA)结果表明全氮含量对细菌群落结构有显著影响.[结论]在长期耕种施肥等人为因素干扰下,绿洲棉田土壤细菌多样性和群落结构发生明显改变,细菌α多样性明显低于原始胡杨林,细菌p多样性差异减弱,同时一些与植物生长密切相关的细菌类群,如放线菌、硝化细菌等显著富集.该研究可为新疆绿洲棉田生态系统的开发利用现状提供数据参考.

胡杨(Populus euphratica)为第三纪孑遗植物,在个体的不同发育阶段形成了独特的异形叶,具有较强的抗旱性和耐盐性,是额济纳绿洲生态系统的主要建群种,具有重要的研究价值.以内蒙古额济纳旗胡杨林自然保护区胡杨为研究对象,通过实地调查观测,分析了胡杨幼苗期、幼树期和成熟期叶片的形态变化规律及其性状特征,利用Li-6400XT便携式光合作用系统测定了胡杨幼苗期、幼树期和成熟期不同形态叶片的光合作用光响应过程,并采用直角双曲线修正模型对其进行了拟合分析.结果表明:(1)在胡杨生长发育过程中,其叶片形态性状表现出明显的变化规律.随着胡杨树龄的增长,其叶片的长/宽比值、比叶面积和叶片厚度逐渐减小,而叶干物质含量、叶面积和叶干重数据增大.(2)胡杨成熟期阔卵圆形叶具有较高光合活性,通过提高Pnmax以增强光能利用率,使其在干旱荒漠区高温、强光环境下仍能保持较高的光能转化效率与光合速率;幼树期条形叶具有较宽的光能利用区间,能够在弱光环境下保持较高的光合速率;幼苗期条形叶具有较低的α与相对较高的LCP、LSP及Pnmax,主要归因于其较高的比叶面积,高效光捕获面积使其具有较高的光合速率;上述结果是胡杨在不同光环境下形成的适应性反应和生理生态机制.(3)直角双曲线修正模型适于胡杨不同形态叶片光合生理参数的定量研究.