藓结皮是荒漠生物土壤结皮的重要类型,在荒漠生态系统碳固定与碳排放过程中具有重要作用.研究长期氮添加对藓结皮光合生理活性和土壤有机碳(SOC)组分的影响,有助于理解藓结皮光合生理活性特征与荒漠生态系统土壤碳固存之间的关系及其调控因子.为此,研究依托古尔班通古特沙漠野外长期(13a)氮添加实验,以齿肋赤藓形成的藓结皮为研究对象,选取0(N0)、1.0(N1)、3.0 g N m-2 a-1(N3)三种氮处理,阐明长期氮添加对藓结皮光合生理活性和SOC组分的影响.结果表明:(1)相比对照,长期氮添加对结皮层颗粒有机碳(POC)与矿物结合态有机碳(MAOC)含量无显著影响,但显著减少了 0-5 cm 土层POC和MAOC含量的积累;(2)N1处理显著提高了叶绿素和非结构性碳水化合物(NSC)含量,而N3处理叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素及NSC的含量分别显著降低了 50.94％、42.49％、46.71％和50.85％;(3)可溶性糖的含量在N1处理下显著增加,N3处理则显著抑制了其积累,脯氨酸的含量随氮浓度呈显著下降的趋势,长期氮添加对可溶性蛋白含量无显著影响;(4)相关性分析表明,长期氮添加、光合生理活性与POC和MAOC含量无显著相关性,酸碱度、微生物量碳氮、电导率、硝态氮和铵态氮皆显著影响POC和MAOC的含量积累.研究揭示了长期氮添加对藓结皮的光合生理活性和SOC组分的影响,且光合生理活性的响应无法有效反映SOC组分变化,为理解荒漠生态系统中氮沉降对生物土壤结皮的影响提供数据支持.

生态学是生态文明建设的理论基础.现代生态学学科发展与区域生态特色相结合,已成为生态学特色学科方向发展的显著特征和区域生态文明建设的关键依据.沙漠生态学以沙漠或沙漠化土地为研究区域,以沙漠生物为研究对象,是沙漠学与生态学的交叉融合学科,具有典型的区域性特色.从沙漠生态学的概念和学科定位的角度,分析了沙漠生态学的学科特点和特色优势.基于此,沙漠生态学具有自己的研究范畴和研究内容,在学科层面上存在其他学科无法解决或者解决好的科学问题,并从研究区域和研究对象的角度分析了沙漠生态学形成独立学科方向的必要性.沙漠生态学学科体系建设和基础理论丰富与完善,有利于指导干旱、半干旱区沙漠化的发生原因、过程及原理、沙漠化逆转过程的恢复机理的全面系统研究,为沙漠化综合治理措施与治理实践、沙漠自然资源利用与开发以及沙漠生态系统保护提供关键科技支撑,凸显了沙漠生态学的特色学科方向对区域荒漠化综合防治和"三北"防护林生态工程建设的重要理论和实践指导意义.

荒漠短命植物具有异时萌发现象,除在春天萌发外,秋天偶尔也会萌发,但在夏季萌发的植株十分罕见.降水格局的改变使得短命植物夏萌植株出现的概率增加,然而,夏萌植株的生活史策略仍不清楚.选择古尔班通古特沙漠南缘沙垄4个不同坡位、坡向(西坡底部、西坡中部、东坡中部、东坡底部),以短命植物层片中的优势物种尖喙牻牛儿苗夏萌植株为研究对象,解析尖喙牻牛儿苗夏萌植株在不同生长时期关键性状和生物量分配的动态变化,并探讨沙垄不同坡位、坡向的协同效应.结果表明:(1)尖喙牻牛儿苗夏萌植株跨过冬季后在早春完成生活史,生活周期为281.95±3.55 d.(2)在不同生长时期尖喙牻牛儿苗夏萌植株根冠比存在差异,在越冬前根冠比呈现出显著增加趋势(P＜0.05),而越冬后呈现显著递减的趋势(P＜0.05).(3)沙垄不同坡位、坡向尖喙牻牛儿苗夏萌植株关键性状存在显著差异,表现为西坡的株高、叶片数量和单株生物量均显著大于东坡,但不同坡位、坡向间根冠比无显著差异.探究沙垄不同坡位、坡向尖喙牻牛儿苗夏萌植株生活史策略对评估气候变化背景下的荒漠生态系统植被动态具有重要意义.

生态系统突变是指生态系统在受到超过临界值的干扰后,系统由一种状态急剧变为另一种状态的过程.尽管寒旱区常见的土地沙漠化、草地退化属于渐变过程,但当干扰持续时间或干扰强度超过一定阈值时也可能发生突变.研究生态系统突变对寒旱区生态系统管理具有重要意义.本文综述了生态系统突变的内涵演变及预警研究的进展,分析了寒旱区常见的土地沙漠化和草地退化的问题,阐明了系统状态对不同胁迫的多种响应方式,提出了针对干旱荒漠区雨养人工固沙系统和高寒草甸演变过程及突变特点的研究框架.最后指出,未来需要甄别生态系统突变不同阶段的关键驱动因素,并确定相应阈值;重视极端气候事件诱发的水分限制型突变的发生机制和预警;推动突变研究成果在寒旱区生态系统管理中的应用.

长期放牧改变了草地生态系统的土壤资源可利用性和微生物生物量化学计量.研究放牧荒漠草原土壤化学计量不平衡与微生物碳利用效率(CUE)的关系,有助于从微生物视角理解土壤碳动态.本研究依托2004年建立的内蒙古短花针茅荒漠草原长期放牧实验平台,以围封禁牧为对照,设置重度、中度和轻度放牧处理,测定了 土壤有效养分、微生物生物量及其获取的相关酶活性,并利用生态化学计量法对土壤微生物CUE进行计算.结果表明:与对照相比,放牧抑制了土壤微生物CUE,降幅为1.0％～10.3％;土壤C∶N不平衡在中度放牧处理下显著增加20.6％,C∶P不平衡和N∶P不平衡在重度放牧处理分别显著增加20.7％和25.2％,这表明土壤微生物群落更容易受N、P限制.土壤微生物群落通过调节元素阈值计量比和胞外酶的产生来维持自身化学计量平衡.结构方程模型结果表明,化学计量不平衡通过改变元素阈值计量比、微生物生物量化学计量和酶化学计量间接影响微生物CUE.

基于中国生态系统研究网络(CERN)长期监测数据,选取新疆维吾尔自治区代表暖温带干旱区的绿洲农田生态系统(阿克苏站)、代表暖温带荒漠区(策勒站)以及温带荒漠区(阜康站)的绿洲农田和荒漠生态系统综合观测场、辅助观测场和农户调查点2005-2020年0-100 cm 土层的土壤有机碳(SOC)储量数据,分析新疆农田和荒漠生态系统SOC储量的影响因素.研究结果表明,2005-2020年0-100 cm 土层SOC总储量平均值为阿克苏站(5.17 kg/m2)＞阜康站(4.20 kg/m2)＞策勒站(2.96 kg/m2).0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm 土层的 SOC 分别约占 0-100 cm 土层储量的 27.3％—35.3％、23.1％—24.6％和15.8％—17.5％.在阿克苏站,施肥量最高、灌溉量最低的农户调查点SOC储量最高;而在策勒站和阜康站,农户调查点和辅助观测场的施肥和灌溉措施分别最有利于提高SOC储量.总体来看,土壤含水量、地上生物量与SOC储量呈正相关关系;年平均气温与0-40 cm 土层的SOC储量呈负相关关系.在单一生态站的生态系统尺度,年平均气温与SOC储量相关性不显著;地上生物量与策勒站和阜康站的SOC储量呈正相关关系,但是与阿克苏站0-40 cm 土层的SOC储量呈负相关关系;施纯钾量与策勒站0-60 cm 土层的SOC储量呈正相关关系,但与阜康站40-100 cm 土层的SOC储量呈负相关关系.总之,与自然状态下的荒漠和农田不施肥相比,灌溉和施肥的农田管理措施有利于增加干旱区SOC储量.不同生态站要根据自身区域特点制定合理的农田管理模式,以维持较高的SOC储量.

乌兰布和沙漠东北段的防护林是保护东部河套平原农业生产的重要生态屏障,由于对人工造林研究缺乏重视,许多防护林体系中的林分有一定的衰退趋势.研究乡土树种人工栽培后的生态适应性,是指导人工防护林建设和可持续经营的重要举措.为了深入探究乌兰布和沙漠乡土树种人工栽培后的生态适应性,本文以 3种乡 土树种沙冬青(Ammopiptathus mongolicus)、霸王(Zygophyllum xanthoxylon)和蒙古扁桃(Prunus mongoli-ca)为研究对象,通过测定功能性叶片表皮形态、解剖结构、生理指标,结合当地气象数据,阐释3种植物对沙漠环境的适应机制.结果表明:3种植物分别以不同方式适应沙漠环境.沙冬青通过增大叶面积来增加受光面积、提高光合效率,利用密集的表皮毛和发达的角质层强化叶片机械防御能力,降低强光灼伤及水分蒸腾,维持细胞水分平衡,从而降低细胞膜脂过氧化.蒙古扁桃叶片簇生,通过增加叶片数量增加受光面积、提高光合效率,通过卷曲叶片躲避强光灼伤,通过特化气孔位置(将气孔全部分布于叶片下表面),利用发达的维管束、丰富的黏液细胞和晶体结构来降低水分蒸腾,维持细胞水分平衡,从而降低细胞膜脂过氧化.霸王叶片呈圆柱状条形结构,通过降低风阻,降低叶片遭受风沙流危害的概率,通过生理代谢调节提高叶片抗氧化物酶活性和渗透调节物质含量,维持细胞水分和活性氧代谢平衡.这些发现揭示了 3种植物在应对荒漠环境时所采取的不同的适应策略,为乌兰布和沙漠东北部乡土树种的引种驯化提供了新思路.

降水和生物多样性是维持干旱区荒漠草原生态系统平衡和稳定的关键因素,研究降水变化背景下荒漠草原植物多样性、微生物多样性以及二者相互关系具有重要的理论和实践意义.本文以宁夏盐池荒漠草原为研究对象,采用遮雨棚和滴灌技术模拟了5个降水梯度,分别为正常降雨量的33％、66％、100％(CK)、133％和166％(记为R33,R66,RCK,R133,R166),全面分析了降水变化对荒漠草原植物多样性和微生物多样性的影响.结果表明:(1)降水减少(R66)会显著降低植物群落的多样性和均匀度,降水增加(R133)会使植物群落丰富度显著增加(P＜0.05);(2)细菌群落的Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Ace指数以及真菌群落的Ace指数随降雨量的增加显著增加,降水变化对真菌群落的Shannon-Wiener指数和Simpson指数影响显著(P＜0.05);(3)增水处理对土壤微生物群落β多样性有显著影响;(4)细菌与土壤碳氮比、碳磷比之间存在显著正相关关系(P＜0.05),真菌与土壤碳氮比、碳磷比及氮磷比之间均存在极显著正相关关系(P＜0.01);(5)植物群落多样性与细菌Shannon-Wiener指数显著正相关,与细菌Simpson指数、Ace指数及真菌Ace指数显著负相关(P＜0.05).因此,降水变化对荒漠草原植物多样性和微生物多样性产生了显著影响,且二者之间存在紧密关联,这不仅为模拟和预测荒漠草原生态系统对气候变化的响应和反馈提供借鉴,也为该地区的生态保护和恢复提供了科学依据.

物种编目是生物多样性研究和保护的基础,长期开展野生动物多样性监测、提供物种分布影像资料佐证对于更新本底物种编目至关重要.祁连山国家公园青海祁连县片区自东向西差异明显的自然生态系统孕育了诸多野生动物类群.2017年9月至2021年12月,为了调查该片区内雪豹(Panthera uncia)及同域分布物种本底数据,在雪豹适宜生境选取187个位点利用红外相机开展野生动物监测.调查期间,累积获得44946个有效相机工作日,收集独立有效照片14330张(含雪豹466张),共鉴定出野生动物78种,其中兽类5目12科27种,鸟类7目18科51种.记录到国家Ⅰ级重点保护野生动物9种,包含雪豹、荒漠猫(Felis bi-eti)、白唇鹿(Cervus albirostris)、马麝(Moschus chrysogaster)、藏野驴(Equus kiang)、胡兀鹫(Gypaetus barba-tus)、秃鹫(Aegypius monachus)、金雕(Aquila chrysaetos)和红喉雉鹑(Tetraophasis obscurus);国家 Ⅱ 级重点保护野生动物20种;"三有"动物40种.被IUCN红色名录评估为濒危(EN)的野生动物1种,易危(VU)3种,近危(NT)5种;被《中国脊椎动物红色名录》评估为极危(CR)、濒危、易危和近危的分别有3、5、7和17种.相对多度指数(RAI)排名前5位的兽类依次是岩羊(Pseudois nayaur,RAI=128.18)、喜马拉雅旱獭(Marmota himalayana,RAI=50.17)、赤狐(Vulpes vulpes,RAI=11.30)、灰尾兔(Lepus oiostolus,RAI=10.72)和雪豹(RAI=10.37);RAI 排名前 5 位的鸟类依次为赭红尾鸲(Phoenicurus ochruros,RAI=8.30)、藏雪鸡(Tetraogallus ti-betanus,RAI=5.18)、红嘴山鸦(Pyrrhocorax pyrrhocorax,RAI=3.87)、棕颈雪雀(Pyrgilauda ruficollis,RAI=4.32)和喜鹊(Pica pica,RAI=3.65).本次在祁连县境内监测到的斯氏高山?(Alticola stoliczkanus)、藏雪雀(Montifringilla henrici)和黄腰柳莺(Phylloscopus proregulus)为祁连山地区新记录物种.此外,红外相机还监测到较多的放牧活动(RAI=56.09).本研究为祁连山国家公园区域物种编目以及制定野生动物保护与管理政策提供了数据支持.

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.