为了解植物群落水分利用过程对生境异质性的适应,2021年4-9月测定乌兰布和沙漠沙丘和戈壁沙冬青群落不同灌木的木质部水和潜在水源(各层土壤水或地下水)的δD和δ18O值,通过MixSIAR模型量化不同潜在水源的贡献比例,明确各水分来源的季节动态.结果表明:早春大雨后4月和5月沙丘的沙冬青和旱蒿对10～25 cm 土壤水利用较多,黑沙蒿主要利用10～200 cm 土壤水;6-8月干旱时,沙冬青对100～200 cm 土壤水和地下水的利用增加,旱蒿和黑沙蒿对50～200 cm 土壤水的利用增加;9月中雨后沙冬青对各层土壤水和地下水的利用比例类似,旱蒿和黑沙蒿对10～50 cm 土壤水的利用增加.戈壁的沙冬青和泡泡刺4月和5月对各层土壤水的利用比例类似,6-8月和9月它们分别主要利用50～150 cm和10～50 cm土壤水;刺旋花则分别主要利用10～50 cm(4-5月)、25～150 cm(6-8月)和10～25 cm 土壤水(9月).两个沙冬青群落不同灌木的水分利用过程存在季节差异.干旱时,沙丘的沙冬青能够利用深层土壤水和部分地下水,而戈壁的沙冬青仅依赖深层土壤水,对降雨更加敏感.

在全球气候变化影响下,中国西北部干旱半干旱荒漠区降水格局发生显著变化,表现为极端降水和干旱事件增多,对荒漠植物群落结构和功能的影响引发广泛关注.以毛乌素沙地典型荒漠灌草植被黑沙蒿群落为研究对象,利用人工遮雨装置进行小区降水控制,设置降水量(W-:减水30％,对照组W:自然降水,W+:增水30％)和降水间隔(对照组T:降水间隔5d,T++:降水间隔15d)的双因素完全随机控制实验,监测各降水处理下黑沙蒿群落物种组成和生产力.结果表明:(1)与降水间隔5d的对照组相比,降水间隔期的延长显著提高了灌木和杂草的重要值,而降低了禾草的重要值.(2)与对照组自然降水相比,降水量的增加提高了黑沙蒿植物群落的多样性.(3)降水量的增加或降水间隔的延长均可以提高黑沙蒿的地上初级生产力.延长降水间隔会增加深层土壤的含水量,这有助于黑沙蒿对土壤水分的利用进而促进其生产力积累并增强了其在群落中的优势度.

为了解典型沙生半灌木群落植物在氮(N)沉降和降水增加下的响应机制和适应策略,以毛乌素沙地黑沙蒿(别名油蒿,Artemisia ordosica)群落为对象,研究了N、水分添加及其交互作用下土壤与优势植物黑沙蒿和赖草(Leymus secalinus)叶片N含量、磷(P)含量、N:P及相应的内稳性指数.结果显示:(1)土壤速效N、P养分供应状况和植物养分吸收的内在属性共同影响黑沙蒿和赖草叶片N含量、P含量、N:P对N和水分添加的响应,黑沙蒿和赖草叶片N含量对N和水分添加的响应存在种间差异;(2)黑沙蒿和赖草叶片P内稳性均强于叶片N内稳性,与黑沙蒿和赖草生长均受N限制密切关联;(3)黑沙蒿叶片N、P化学计量内稳性相对较高且养分利用策略较为保守,赖草叶片N、P化学计量内稳性相对较低且养分利用策略较为灵活.结果表明,黑沙蒿在干旱贫瘠的环境中更具竞争力和生长优势.在N沉降和降水持续增加的情景下,黑沙蒿群落物种组成可能因优势植物黑沙蒿和赖草竞争力和养分利用策略的不同而发生变化.

种间联结是生态群落的重要特征之一,对研究群落物种格局的形成,种群进化和群落演替动态具有重要意义.基于方差比率(VR)、χ2检验和点相关系数ψ,对毛乌素沙地东缘黑沙蒿群落13个主要种的种间联结性进行了分析.结果表明:(1)毛乌素沙地东缘黑沙蒿群落总体种间关联性为显著正相关.(2)χ2检验显示有40对正相关种对,37对负相关种对,1对不相关种对,不显著种对占84.61％.(3)点相关系数 ψ 与 χ2检验所得结果相似,主要种对间多为不显著正相关关系.(4)根据种间联结性的分析结果,可将黑沙蒿群落分为两个不同的生态种组,且两个生态种组间具有一定排斥关系.总之,在沙漠边缘取样条件下毛乌素沙地东缘黑沙蒿群落仅少数种对间表现出强依赖性,多数物种间未形成一种稳定、协调的搭配关系,群落处于演替动态过程中.

沙地柏、黑沙蒿和沙柳是毛乌素沙地的3种优势灌木群落.利用稳定同位素技术研究了3种灌木及伴生植物杨柴主要利用的水分来源,结合叶片稳定碳同位素值与土壤水分监测,从而确定灌木群落如何利用水分.结果 表明:7月和9月3种群落内浅层土壤水的稳定氧同位素值接近雨水.沙地柏5月主要利用25 cm浅层土壤水,而7月和9月主要利用10-25 cm浅层和100-200 cm深层土壤水.黑沙蒿和伴生的杨柴5月主要利用10 cm浅层土壤水,7月同时利用10 cm浅层土壤水和150 cm深层土壤水,9月则利用10-150 cm土壤水.沙柳5月主要利用10-25 cm浅层土壤水,伴生的杨柴主要利用50-200 cm土壤水;7月它们同时利用10-25 cm浅层土壤水和100-200 cm深层土壤水;9月都主要利用25-200 cm土壤水.4种植物的叶片稳定碳同位素值存在季节动态和种间差异.常绿灌木沙地柏的叶片碳同位素值比较稳定,而且高于其他3种落叶灌木和半灌木.5月浅层土壤含水量较低时3种落叶植物的叶片碳同位素值较高.因此,降雨补充的浅层土壤水是3种灌木群落利用的主要水分来源.3种灌木及其伴生植物根据不同深度土壤水的可利用性,在不同季节利用不同深度的土壤水.杨柴与黑沙蒿或沙柳均存在水分竞争.沙地柏的叶片稳定碳同位素值较高,干旱时具有竞争优势.干旱时落叶灌木和半灌木能够提高叶片稳定碳同位素值来适应环境.

探讨冀北地区各灌木种对干旱胁迫的生理生态适应性及抗旱能力,为冀北地区选种育种以及加快植被恢复建设提供理论支持.以4种乡土灌木金露梅(Potentilla frutico-sa)、黑沙蒿(Artemisia ordosica)、虎榛子(Ostryopsis davidiana)、胡枝子(Lespedeza bicolor)和2种引种灌木沙棘(Hippophae rhamnoides)、荆条(Vitex negundo var.heterophyll)为研究对象,设置4个水分水平(T1、T2、T3和T4分别为田间持水量的85％±5％、70％±5％、50％±5％和35％±5％),做室内盆栽干旱胁迫实验,观测其生物量、株高变化率、根冠比、叶绿素相对含量(SPAD值)、叶片水势、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)与水分利用效率(WUE)等指标.结果表明:(1)受干旱胁迫影响,金露梅和黑沙蒿的根冠比显著增加(P＜0.05),生物量以及株高变化率下降较小;而虎榛子和荆条的生物量和株高变化率受水分限制显著减小(P＜0.05).(2)6种灌木在干旱条件下,叶绿素相对含量、叶水势及光合作用均有不同程度的降低,而WUE随土壤水分的降低变化趋势相异,胡枝子在T3下WUE显著降低(P＜0.05),沙棘在T3下WUE显著升高(P＜0.05),金露梅在T4下WUE显著升高(P＜0.05).(3)灌木的生长、形态、生理生态及光合指标与各主成分之间载荷的绝对值均大于0.7,且各灌木种的主成分抗旱综合得分顺序为:金露梅＞黑沙蒿＞胡枝子＞沙棘＞虎榛子＞荆条,且除了金露梅以外,其他灌木T4水平因子得分均为负值,表现出极强的抗旱性.因此,在冀北干旱地区,应以乡土灌木种金露梅和黑沙蒿为主进行种植,而在水分条件较好的地区则可选择乡土灌木种胡枝子和引入种灌木沙棘作为植被群落恢复物种.

[背景]黑沙蒿是我国北方沙漠地区分布广泛、抗旱性能优良的固沙灌木,对稳定沙漠地区生态系统有至关重要的作用.[目的]内生菌在植物生命过程中扮演着重要角色,认识植物生长发育阶段幼嫩和成熟组织内生菌群的结构变化,对于理解菌群间的相互作用及保护宿主植物抵御生物和非生物胁迫具有积极意义.[方法]以宁夏拉巴湖林场黑沙蒿为研究对象,对其嫩枝和成熟枝木质化相关指标进行测定并对其内生菌群落进行高通量测序分析.[结果]黑沙蒿茎枝不同发育阶段木质素和纤维素差异显著,嫩枝内生细菌、真菌的多样性高于成熟枝,具有更多的OTU;成熟枝则通过木质素、纤维素的积累,表现出较高的环境适应能力;随着黑沙蒿茎枝的不断发育,内生真菌群落变化较为明显,优势门出现未识别真菌菌门替代子囊菌门的趋势.[结论]黑沙蒿茎枝不同发育阶段对植物微生物组的组装有深刻的影响,内生细菌和真菌微生物组在植物发育的不同阶段起着不同的生态作用.本研究揭示了黑沙蒿茎枝发育过程中内生细菌、真菌群落结构的差异,为荒漠地区生态恢复提供理论参考.

过去30年,毛乌素沙地采取飞播、禁牧等一系列生态恢复措施进行荒漠化治理,在改善区域生态环境方面取得了显著成效;然而,植被恢复后,土壤多功能性的变化情况仍不明晰,尤其是土壤微生物对土壤多功能性的影响缺乏深入认识.本文以毛乌素沙地同期建植的黑沙蒿(Artemisia ordosica)、北沙柳(Salix psammophila)和柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)3种固沙灌木林地土壤为研究对象,使用高通量测序技术测定了土壤微生物群落结构,采用平均值法量化了林地土壤多功能性并分析二者关系.研究结果显示:(1)3种固沙灌木林地土壤有机碳、全氮、全磷、微生物量碳、微生物量氮存在显著差异(黑沙蒿林地＞北沙柳林地＞柠条锦鸡儿林地),黑沙蒿和北沙柳林地土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶、土壤多功能性无显著差异,但高于柠条锦鸡儿林地;(2)黑沙蒿林地土壤微生物Chao 1指数、物种数、Shannon指数显著高于柠条锦鸡儿林地,柠条锦鸡儿林地土壤净种间亲缘关系指数显著低于其他两类林地,3种林地土壤微生物Shannon指数、系统发育多样性、网络拓扑性质(节点、边、边密度)及柠条锦鸡儿林地土壤净种间亲缘关系指数均与土壤多功能性呈正相关;(3)微生物参数对土壤多功能性的解释度从高到低依次为网络拓扑性质(24.46％)、物种多样性(19.72％)、谱系多样性(5.92％),土壤微生物多样性通过促进网络结构间接地对土壤多功能性产生正向影响.研究结果表明,不同灌木林地对土壤微生物参数和土壤多功能性影响不同,土壤微生物多样性通过正向调控微生物种间关系影响土壤生态系统功能.结果有助于从土壤微生物视角,理解以不同固沙灌木为优势种组成的植被群落对土壤功能的影响,并可为荒漠化防治植物种的选择提供理论依据.