为探究灌丛引入对荒漠草原土壤有机碳稳定性的影响,选取近40年的典型草原-灌丛镶嵌体(荒漠草地,草地边缘,灌丛边缘、灌丛地)为研究对象,开展荒漠草原向灌丛人为转变过程野外原位观测结合室内培养的土壤有机碳矿化及其对降水变化(+40％、+20％、CK、-20％、-40％)的响应特征研究,主要结果如下:荒漠草原人为灌丛转变的过程中土壤有机碳、全氮和全磷含量显著降低;土壤有机碳累积矿化量、碳矿化速率、碳矿化及微生物代谢熵均随着转变过程呈上升趋势,且灌丛地较荒漠草地分别增加了 26.6％、27％、25.8％和26.8％;土壤潜在可矿化有机碳量随转变波动上升,灌丛地显著高出荒漠草地31.55％;转变样地在不同降水梯度下土壤有机碳矿化速率呈下降趋势,但灌丛地、灌丛边缘土壤有机碳矿化始终高于荒漠草地和草地边缘地,其中灌丛地与灌丛边缘有机碳矿化对降水降低响应更加敏感和积极,结果表明荒漠草原向灌丛转变过程增强了土壤有机碳微生物矿化的同时,还提高了其应对干旱的能力,这种能力或许是以更高的微生物代谢熵和二氧化碳通量为代价.

青藏高原被誉为世界屋脊,是我国重要的生态安全屏障和高寒生物种质资源宝库,也是亚洲乃至北半球气候变化的"调节器",在我国生态保护和修复工作中居于特殊重要地位.青藏高原平均海拔超过4000 m,面积约260万km2,自然生态系统类型复杂多样,分布有森林、灌丛、高寒草原、高寒草甸、荒漠和冻土等多种陆地生态系统,还相间了湖泊、河流和沼泽等湿地生态系统,构成了丰富的生态系统多样性和景观多样性.

草地灌丛化现象在草地生态系统上广泛发生.放牧是人类利用草原的重要方式,通过分析不同载畜率下荒漠草原灌木种群及其邻近土壤养分含量的变化,可研究放牧干扰下不同灌木种群的耐牧特性,对深入了解荒漠草原植物群落演替机制具有重要意义.以荒漠草原灌木小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)、半灌木驼绒藜(Ceratoides latens)及小半灌木冷蒿(Artemisia frigida)和木地肤(Kochia prostrata)(下称为"灌木")为研究对象,探究不同载畜率下各个灌木种群的密度、高度、盖度及地上生物量(下称为"数量特征值")及其邻近土壤养分含量.结果表明:冷蒿的数量特征值均随着载畜率的增加而降低,其他植物种群的数量特征值均在CK或LG区出现最大值,且不同灌木邻近土壤养分含量随着土壤深度的增加而下降(P＜0.05).不同灌木邻近土壤全氮含量随着载畜率增加而下降;冷蒿邻近有机碳含量在CK区最高,小叶锦鸡儿邻近速效磷含量在HG区最高,其余灌木邻近有机碳、速效磷含量在LG区最高.灌木种群数量特征与土壤养分的关系为:土壤有机碳与冷蒿和驼绒藜的高度、盖度、地上生物量呈正相关,土壤速效磷与木地肤高度、地上生物量呈显著负相关.因此,载畜率均会对灌木植物种群的数量特征值及其邻近土壤养分含量产生影响.

荒漠草原区人工灌丛生态系统的总初级生产力(GPP)和蒸散(ET)如何响应全球气候变化,不仅是全球变化生态学研究的核心问题,也关乎干旱半干旱风沙区生态建设的可持续性.利用参数优化后的生物群区生物地球化学循环(Biome-BGC)模型和气象环境驱动数据,考虑不同气候变化情景和未来趋势,模拟了盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统GPP和ET对气候变化的响应.结果表明:(1)增温会显著抑制生态系统的GPP,大幅度的增温(3℃)会导致GPP急剧下降,但增温对ET的抑制作用非常微弱;(2)降水是限制ET变化的重要因素,相对于增温诱发干旱胁迫所引起的ET小幅下降,降水多寡则更直接地控制着生态系统的ET大小;(3)中国西北地区未来气候的"暖湿化"趋势和大气CO2浓度升高会对荒漠草原区人工灌丛生态系统产生综合驱动效应,增强陆地和大气间的碳水交换通量.研究成果可为干旱半干旱区应对全球变化及指导地方政府制定生态保护修复政策提供科学依据.

多枝柽柳作为干旱荒漠区重要的防风固沙灌木,其长期与风沙作用过程中形成了柽柳灌丛沙堆,在维持区域生态环境稳定及遏制沙漠蔓延方面发挥着重要作用.以古尔班通古特沙漠西南缘地区不同发育阶段沙堆上生长的多枝柽柳(Tamarix ramosissima)为研究对象,以空间序列代替时间序列的方法模拟沙堆堆积发育过程,揭示多枝柽柳生理特征对沙堆不同堆积发育阶段的响应及适应机制.结果表明:(1)在沙堆堆积发育过程中,多枝柽柳叶片相对含水量(RWC)及自由水/束缚水(Vs/Va)均呈先上升后下降的变化,其中,在增长阶段沙堆上最高,衰退阶段沙堆上最低,水分饱和亏(WSD)则呈相反趋势;组织含水量(TWC)呈逐渐上升的变化,清晨水势(ΨPD)及正午水势(ΨMD)呈逐渐降低的变化.(2)在沙堆堆积发育过程中,多枝柽柳的光合有效辐射(PAR)、叶片温度(TL)、光合电子传递速率(ETR)以及调节性能量耗散[Y(NPQ)]日变化均呈先上升后下降的变化,衰退阶段沙堆上多枝柽柳各参数的日均值最大;各发育阶段沙堆上多枝柽柳的非调节性能量耗散[Y(NO)]日变化均呈先下降后上升的变化,实际光化学效率[Y(Ⅱ)]日变化均呈"N"型,且Y(Ⅱ)日均值大小依次为增长阶段沙堆(0.489)＞稳定阶段沙堆(0.463)＞雏形阶段沙堆(0.455)＞衰退阶段沙堆(0.439).(3)气温(TEMP)和PAR与叶片Y(Ⅱ)均呈显著负相关,与ETR均呈显著正相关;Y(Ⅱ)与ETR、Y(NO)与Y(NPQ)均呈现显著负相关;PAR、TEMP是影响不同堆积阶段沙堆上多枝柽柳生理特性的主要环境因子.综合分析表明,在沙堆堆积发育过程中,多枝柽柳可通过调节光合作用和水分利用之间的协同关系来响应微环境的变化,从而减少其脱水风险以实现最大程度资源利用.

为探究古尔班通古特沙漠2种灌木不同空间位置"肥岛"效应,以该沙漠优势灌木——准噶尔无叶豆(Eremosparton songoricum)和沙拐枣(Calligonum mongolicum)为研究对象,以灌木根部为中心按20(A)、60(B)、100(C)、140 cm(D)向外延伸设置样点,每个样点按3个土层深度(0

阿尔泰山是个完整的自然地域综合体,自然地理要素垂直地带性分异显著,对花粉搬运、沉积、保存有较大影响.根据对中国阿尔泰山西部53个表土样品花粉谱特征分析,基于植物群落样方物种调查结果,运用聚类分析和主成分分析方法,探讨了该区域表土花粉与现代植被分布的对应关系.研究表明(1)阿尔泰山西部表土花粉组合与现代植被分布基本一致,各植被带均存在特有的花粉组合,荒漠草原带蒿属—藜科—禾本科—麻黄属组合优势明显,草原灌丛带以禾本科—蒿属—蔷薇科—藜科组合为主,山地森林带表现为云杉属(或云杉属+冷杉属)—桦木属—蔷薇科—禾本科—莎草科组合,亚高山灌丛带以桦木属—禾本科—柳属—莎草科组合为主,高山草甸带表现为唇形科—禾本科—桦木属—蔷薇科—莎草科组合.聚类分析可将各植被带准确鉴别开,主成分分析表明湿度是影响其分布的主导因素.(2)云杉属、冷杉属、蔷薇科、桦木属、柳属、豆科、麻黄属、禾本科、蒿属、藜科、菊科、唇形科、莎草科、唐松草属含量高、变化幅度大,为该区域主要的表土花粉类型.其中,云杉属、桦木属代表性较好,禾本科、冷杉属、莎草科代表性较低,藜科、蒿属具超代表性.花粉含量高低除自身因素外,某些科(属)还可能与保存条件有关.

荒漠草原是陆地生态系统中最为脆弱且受人类干扰较为严重的生态类型之一,精准模拟其碳水通量及对人为干扰的响应,不仅能够揭示其复杂的生态学过程,而且还可为人为生态修复和保护提供决策依据.生态模型能够有效地模拟陆地生态系统的碳水循环过程,但模型众多的参数及其取值的合理性限制了其普遍应用,故探索参数优化是提升生态模型应用的有效途径.利用PEST参数优化方法和涡度相关观测数据对Biome-BGC模型的生理生态参数进行优化,在评估参数优化效果的基础上模拟了 1986-2018年宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的总初级生产力(Gross primary productivity,GPP)和蒸散(Evapotranspiration,ET).结果表明:(1)参数优化可以改善Biome-BGC模型对荒漠草原区人工灌丛生态系统GPP和ET的模拟效果,参数优化后模拟的GPP和ET均更接近于观测值,其中月尺度的模拟效果更佳;(2)基于PEST的Biome-BGC模型参数优化方法具有较强的普适性,优化后的参数可推广应用于荒漠草原区人工灌丛生态系统长时间序列的GPP和ET模拟;(3)宁夏盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统的GPP在1986-2018年呈缓慢上升趋势,增幅为1.47 g C m-2 a-1,但ET的年际变化率较大,且无显著变化趋势.

为揭示国家级自然保护区生态系统格局构成及变化状况,基于2000年和2010年319个国家级自然保护区生态系统类型与分布数据,根据生态系统类型转化及其转化幅度,考虑自然保护区各功能区的重要性,构建生态系统格局变化指数,分析国家级自然保护区生态系统格局动态变化.结果表明,国家级自然保护区草地生态系统面积最大,2000年和2010年分别占全国国家级自然保护区总面积的57.88％和57.74％,其次为荒漠生态系统,两期占比约17％,其他依次是湿地、森林、灌丛、农田、冰川/永久积雪、海洋、城镇等生态系统类型.2000-2010年,国家级自然保护区内森林、湿地面积明显增加,城镇有一定程度扩张,冰川/永久积雪略微减少.总体上,国家级自然保护区生态系统格局基本保持稳定,基本维持的保护区数量219个,占国家级自然保护区总数的68.65％,生态系统格局改善的保护区数量略多于退化的数量,10年来国家级自然保护区生态系统格局保护取得一定效果.国家级自然保护区生态系统格局在基本维持的基础上,表现出一定的地域不平衡性.生态系统改善的保护区多分布在秦岭、大巴山、大娄山、南岭一带,而东部省份、内蒙古高原、东北平原一带生态系统退化的保护区数量较多,主要是荒漠、内陆湿地和水域、野生动物、自然遗迹等类型自然保护区.最后,提出3点建议为提高国家级自然保护区管理水平提供参考.

降水变化是造成青藏高原草地植被生长年际变异的重要因素,降水量、分配方式及发生时间是降水变化的重要特征.利用2000-2015年青藏高原及附近区域145个气象站点的降水资料,以年降水量表征降水整体状况,以改进的降水集度(PCI)表征年内降水的分配状况,以定义的降水重心(PC)表征降水的集中时期,分析青藏高原降水变化的时空特征;并进一步以归一化植被指数最大值(NDVImax)表征植被生长状况,探讨了青藏高原草地对降水年际变化的响应.结果表明:青藏高原年降水量和PCI存在明显的梯度特征,PC在西藏南部形成中心.青藏高原灌丛草地NDVImax年际变化对PCI变化响应敏感,降水越均匀越有利于NDVImax的增加,但受到降水量的限制;高寒草甸对降水特征没有表现出显著的相关关系;草原植被NDVImax的年际变化同时受PCI和PC的控制;高寒荒漠植被NDVImax的年际变化主要受降水量的控制.在研究降水变化对青藏高原不同类型植被的影响时,除降水量之外,还需进一步考虑降水的分配格局等特征.