为研究新疆准噶尔盆地艾比湖湿地不同植物群落近10年土壤水盐及养分的动态变化,以环湖1周160 km范围内的典型植被梭梭-柽柳、梭梭、胡杨、芦苇群落为研究对象,分析其在2006和2015年土壤含水量、盐分含量、pH值和有机质含量的变化和空间分布特征.结果表明:(1)近10年艾比湖湿地不同植物群落土壤有机质含量和含水量明显下降且整体水平较低,二者分别下降了24.65％～48％和5.41％～20.16％;土壤含盐量、pH值分别上升81.92％～128.74％和2.99％～4.21％,土壤盐碱程度加强.(2)通过土壤水分-盐分-养分空间分布分析显示,各群落近10年土壤盐渍化增加、养分降低程度大小表现为梭梭-柽柳群落＞胡杨群落＞梭梭群落＞芦苇群落,其中梭梭-柽柳群落土壤达到重度盐化水平,有机质降到6级,而其他群落土壤均为中度盐化,有机质为4级,但芦苇群落土壤退化程度较小.研究发现,近10年艾比湖湿地不同植物群落土壤养分不断下降、水分含量降低、盐渍化程度加剧,土壤处于退化状态;土壤质地、降水和气温暖干化是不同植物群落下土壤退化程度差异的基础,人口、耕地面积和农业用水等人类活动使各群落土壤退化程度的差异更加显著.

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.

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.

为了更好地了解荒漠河岸林植被动态与生物多样性维持机制,于塔里木河干流源头荒漠河岸林内建立6个1 hm2样地,对群落物种组成、数量特征和空间格局等进行综合分析.结果 表明,塔河源荒漠河岸林群落结构简单、物种多样性低,共有物种12科15属16种,杨柳科重要值最大(28.97％),是群落优势建群科.取样面积在0.04 hm2时,包括了87.5％的物种;样地内稀有种和偶见种均占所有物种的12.5％.植物区系贫乏,单种科、属多,温带成分占绝对优势,古地中海成分也占有重要地位,具典型温带区系性质.样地内DBH≥1 cm的活木本个体有2497株,灰胡杨多度占92.95％,胸高断面积和重要值最大,在群落中占绝对优势地位.群落内科、属、种的数量随植株高度级的增加而减少,垂直结构层次分明,由乔木层、灌木层和草本层构成.样地内所有树种平均胸径15.57 cm,径级与高度级结构均呈偏正态分布,缺乏高度≤2m的个体,群落更新不良.优势种灰胡杨、胡杨径级结构均呈单峰型,其中胡杨幼树出现断层,灰胡杨幼苗向幼树发展过程中死亡率极高(92.56％),均为衰退型种群.两个优势种空间格局呈聚集分布,不同生境下随径级增大空间分布格局变化不同;且两个优势种在空间上相互排斥而占据不同生境,暗示着种间竞争与生境异质性是影响荒漠河岸林物种空间分布格局和物种共存的重要因素.

[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.

结合对西北干旱区水资源短缺、资源开发中的生态与经济矛盾突出、气候变暖可能加剧干旱区荒漠化以及生态水权与长效保障机制缺失等问题的分析诊断,探讨了荒漠区生态系统可持续管理面临的问题与难点,分析提出了荒漠生态系统植被保育的生态水位与生态阈值,阐述了荒漠-绿洲过渡带生态融合以及绿洲生态系统安全的生态防护梯度等于旱区生态系统管理理念;结合干旱区极端环境自然条件,在多年现场试验基础上,研发集成了退化群落改造与生态多样性构建技术、植物群落结构优化配置、组装与生态融合技术、生态系统恢复水分利用与生态自维持技术以及胡杨萌蘖更新技术等多种适宜荒漠植被恢复与重建的技术模式,并进行了成功实践和试验示范,为干旱荒漠区生态系统可持续管理提供了重要科技支撑.

以塔里木河河岸边、过渡带、沙漠边缘样地调查数据为基础,采用成对相关函数g(r)分析了3个生境胡杨群落的空间分布格局及关联性.结果 表明:不同生境下胡杨种群的结构特征存在差异.胡杨种群年龄结构在河岸边样地呈反“J”型,属于增长型种群;过渡带样地呈偏正态分布,属于稳定型种群;沙漠边缘样地呈典型的反“L”,属于衰退型种群.不同生境下胡杨群落的空间分布格局表现也不同.河岸边样地,花花柴(Karelinia caspia)、假苇拂子茅(Calamagrostis pseudophragmites)、芦苇(Phragmites australis)和多枝柽柳(Tamarix ramosissima)分布均呈聚集分布,而罗布麻(Apocynum venetum)主要呈随机分布;过渡带样地,罗布麻和骆驼刺(Alhagi sparsifolia)表现为聚集分布,而黑果枸杞(Lycium ruthenicum)和胡杨小尺度上呈聚集分布,随着尺度增加,表现为随机分布;沙漠边缘样地,白茎盐生草(Halogeton arachnoideus)呈聚集分布.不同生境下胡杨群落的空间关联表现也不同.河岸边样地,胡杨与假苇拂子茅、胡杨与大叶白麻(Poacynum hendersonii)、假苇拂子茅与芦苇、芦苇与多枝柽柳的关联性均为正相关;过渡带样地,铃铛刺(Halimodendron halodendron)与黑果枸杞、黑果枸杞与花花柴、黑果枸杞与铃铛刺、铃铛刺与骆驼刺、花花柴与骆驼刺、骆驼刺与花花柴、蓼子朴(Inula salsoloides)与花花柴均呈正相关,而罗布麻与多枝柽柳呈负相关;沙漠边缘样地,刺沙蓬(Salsola ruthenica)与白茎盐生草呈负关联.

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.

为研究艾比湖湿地不同植物群落土壤酶活性的季节变化规律及影响因素,2015-2016年5、8和11月以绕湖一周范围内的梭梭-柽柳、梭梭、胡杨、芦苇为研究对象,对4种植物群落下不同月土壤过氧化氢酶、磷酸酶和脲酶活性及理化因子进行分析.结果 表明:(1)各植物群生境的差异使酶活性有明显变化,呈现出芦苇群落＞梭梭群落＞胡杨群落＞梭梭-柽柳群落.不同植物群落下酶活性具有明显的季节变化,梭梭-柽柳、梭梭、胡杨群落土壤过氧化氢酶、磷酸酶、脲酶的峰值分别出现在5月(2.72、3.31和2.94 mg/g)、(1.18、1.32和0.69 mg/g)和(0.18、0.34和0.17 mg/g),而芦苇群落3种酶活性的峰值出现在8月(5.18、1.20和0.66 mg/g);谷值均出现在11月.(2)4种植物群落下各月土壤酶活性与土壤有机质、全磷呈显著正相关,而与土壤盐分呈负相关;除芦苇群落外,其他群落8月土壤温度与酶活性呈负相关.(3)4种植物群落各月间土壤酶活性受多因素的共同影响,土壤盐分、有机质、全磷是影响艾比湖湿地不同植物间土壤酶活性的主导因素,土壤温度和含水量对不同月土壤酶活性的影响更为显著.

水文情势改变会引起土壤盐分变化,直接影响到荒漠-湿地生态系统植被的分布与演替.基于对57个样地、171个样方植物物种分布影响较大的土壤pH值和土壤电导率两个环境因子,将其划分为6个梯度等级,测度分析了敦煌西湖植被群落中15个主要优势种的生态位特征,了解不同物种利用资源和占据生态空间的能力,对维持和科学保育植物群落的多样性具有重要意义.结果 表明:(1)在土壤pH值和电导率梯度两个资源维上,多枝柽柳和芦苇的重要值和生态位宽度均较大,说明这两个物种适应能力强能够较好地利用环境资源,分布范围大且均匀.它们作为敦煌西湖植被群落中的广域种,具有重要的生态地位和作用.其次生态位较宽的疏叶骆驼刺、胡杨和苏枸杞对环境因子也具有较强的适应能力.(2)两个土壤因子梯度下植物种群生态位宽度相似,但也存在差异.如泡泡刺、蒙古沙枣在土壤pH值梯度资源维上的生态位宽度值远大于在土壤电导率梯度资源维上,但尖叶盐爪爪和甘蒙柽柳在土壤电导率梯度资源维上生态位宽度较大,表现出较强的耐盐能力,从而说明这些物种对不同土壤因子的利用能力和适应性不完全相同.(3)在两个资源维上优势物种间的生态位重叠值小于0.5的种对均为61对,占总种对的58.10％,因此生态位重叠值整体保持在较低水平,说明物种在土壤pH值和土壤电导率两个环境梯度上生态位分化明显.(4)敦煌西湖优势物种间总体表现为不显著的负关联,表明物种之间处于竞争关系,但竞争强度不大且群落结构稳定性较弱.