古尔班通古特沙漠藻类结皮中微生物群落空间分异特征

古尔班通古特沙漠短命和旱生植物在沙漠东西走向上形成明显的种群变化梯度,那么沙漠藻类结皮土壤中微生物是否也具有类似地空间分布特征?为研究该科学问题,采用高通量测序技术,探究沙漠东西走向上藻类结皮土壤中细菌和真菌群落结构分布规律。在古尔班通古特沙漠西部、中部和东部区域分别采集藻类结皮土样,进行土壤理化因子分析及细菌和真菌扩增子测序,对比不同区域土壤理化性质和微生物群落空间分异特征,分析微生物多样性与环境因子相关性,最后根据微生物物种种类对其功能进行预测分析。结果表明：藻类结皮土壤氮素、全磷、全钾、pH以及土壤化学计量比碳磷比(C∶P)和氮磷比(N∶P)在沙漠不同区域存在显著性差异,其余指标空间尺度上变化梯度较小。微生物α多样性结果显示3个区域藻类结皮土壤中细菌群落丰富度和多样性存在显著性差异,东部与西部区域产生明显分化;而真菌α多样性指数无显著性差异,群落结构较为均匀,未产生分化。β多样性结果显示细菌群落在西部与东部藻类结皮间存在显著性差异,沙漠中部为沙漠西部和东部的过渡带。门水平细菌优势菌群为蓝藻门、变形菌门和拟杆菌门;真菌为子囊菌门和担子菌门。属水平上,丰度前30个属在沙漠不同区域表现...     

水分梯度下荒漠植物多样性与稳定性对土壤因子的响应

荒漠生态系统多样性的研究对维持荒漠区群落稳定性有着重要意义。以艾比湖流域荒漠植物群落为研究对象,基于野外样方调查数据及实验分析,探讨不同水分梯度下植物多样性与稳定性的变化规律及土壤因子对二者的影响。结果表明：（1）随土壤水分含量下降,Shannon-Wiener多样性指数（H）、Simpson多样性指数（D）、Pielou均匀度指数（J）、Margalef丰富度指数（R）和种群密度稳定性（ICV）指数均呈下降趋势,且当土壤含水量低于4.65%时,荒漠植物多样性与群落稳定性总体显著降低（P<0.05）;（2）不同水分梯度下影响艾比湖流域植物多样性的土壤因子具有差异性,高水梯度为硝态氮与有机质,中水梯度下影响植物多样性的因子为pH,低水梯度为全氮和有机质;（3）仅在环境适宜的情况下,土壤因子（土壤含盐量与有机质）才能对群落稳定性产生显著影响（P<0.01）;（4）三种梯度下,物种多样性均对群落稳定性有显著性影响（P<0.001）,植物多样性与群落稳定性存在正相关关系。     

艾比湖湿地自然保护区8个乔灌木种群空间分布格局分析

在划定面积5 m×5 m和10 m×10 m样方的基础上,运用方差比率(VR)法及负二项参数(K)、扩散系数(C)、平均拥挤度(m·)和Cassie指标(CA)对新疆艾比湖湿地自然保护区8个乔灌木种群的种间关联性及空间分布格局进行了研究.结果表明,在面积5 m×5 m的样方内,胡杨(Populus euphratica Oliv.)、枇杷柴[Reaumuria songarica (Pall.)Maxim.]、盐节木[Halocnemum strobilaceum (Pall.)M. Bieb.]、白梭梭(Haloxylon persicum Bunge ex Boiss. et Buhse)、多枝柽柳(Tamarix ramosissima Ledeb.)、盐豆木[Halimodendron halodendron (Pall.)Voss]、盐穗木(Halostachys caspica C. A. Mey. ex Schrenk)和梭梭[Haloxylon ammodendron (C. A. Mey.)Bunge]8个种群总体联结性为显著正关联,种群间很少存在对资源的竞争;K值、C值和CA值的分析结果均表明胡杨、枇杷柴、盐节木、白梭梭、盐豆木和盐穗木种群的空间分布格局为聚集分布,多枝柽柳种群为均匀分布,梭梭种群为随机分布,但仅枇杷柴和盐节木种群为极显著的聚集分布.在面积10 m×10 m的样方内,8个乔灌木种群的总体联结性为不显著的负关联,显示种群间存在对资源的竞争,但稳定共存;8个乔灌木种群的空间分布格局均为极显著的聚集分布.随样方面积从5 m×5 m扩大至10 m×10 m,8个乔灌木种群m·的排序位置发生了改变,显示种间竞争能力和种内自疏能力发生变化,其中,枇杷柴、盐穗木和梭梭的总体表现较强,多枝柽柳最差.研究结果显示,在进行艾比湖湿地自然保护区种群空间分布格局的研究中,采用面积10 m×10 m的样方较为适宜.     

塔里木河上游典型绿洲不同连作年限棉田土壤质量评价

开展农业生态系统土壤质量评价是保证生态农业持续高效发展的重要内容。以塔里木河上游阿拉尔垦区为典型样区,选择0a、3a、8a、12a、20a、30a等不同连作年限棉田为研究对象,综合考虑土壤物理、化学和生物学性质,分析了12个土壤理化及酶活性指标;基于因子分析和聚类分析法评价棉田间土壤质量的差异并划分等级,利用产量持续指数验证评价结果。研究表明：不同连作年限的棉田土壤的理化性质和酶活性均存在一定差异;棉田的土壤质量随年限呈先上升后下降的趋势,8a、12a棉田土壤质量相对较高,20a、30a土壤质量有退化趋势;土壤质量评价值与产量持续指数变化趋势一致,后者略显滞后效应。     

荒漠区垂直河岸带植物多样性格局及其成因

荒漠区河岸植物多样性格局特征和影响机制研究可为河岸带生物多样性保护和管理提供依据。艾比湖荒漠区垂直河岸样带的植物多样性格局及其土壤影响机制的研究表明:(1)距河2.0—3.0 km(T3.0)和0.9—1.5 km(T1.5)的样带植物本质多样性、α多样性整体高于距河0.1—0.2 km(T0.2)和0.2—0.4 km(T0.4)的样带(P0.05);(2)T0.4样带多样性最低,物种相似性最高,且植物生活型和土壤属性均较T0.2有较大的变化,反映了距河0.2—0.4 km区域群落性质的转变,0.2—0.4 km可作为确定河岸带宽度的参考样带;(3)影响植物多样性的土壤因素和途径沿T0.2—T3.0样带趋于简单化,即由近河带(T0.2)贫营养(碳磷比(C/P)、土壤有机质(SOM))和高土壤水分(SWC)、盐分(TS)的限制作用,到远离河流旱胁迫加剧时对植物多样性影响逐渐突出的土壤全磷(P)和SWC;(4)根据T1.5、T3.0植物多样性特征,研究区土壤水分在7.0—7.5%间,C/P在26.1—30.2之间以及盐分低于1.0%时能维持较高的多样性。最后对保护区河岸带和缓冲带宽度的确定、河岸带管理、植被资源保护以及生态系统恢复等提出针对性建议,以期为制定有效的河岸带生物多样性维护和资源管理对策提供理论参考和科学依据。     

新疆天山北坡不同盐湖微生物菌群结构及其影响因子

新疆分布的众多湖泊由于干旱气候成盐作用强烈,近半数已演化到盐湖发展阶段,不同盐湖中也因此蕴含着丰富的耐盐及嗜盐微生物资源。为更好的掌握新疆盐湖微生物资源分布规律及对环境因子变化的响应规律,利用高通量测序技术对新疆天山北坡5个不同演化阶段盐湖湖底沉积物中细菌、古菌多样性和菌群结构及其主要驱动因子进行研究,探讨盐湖演化过程中原核微生物群落结构变化规律。分别采集5个盐湖湖底沉积物样本,进行理化因子测试与细菌和古菌16S rRNA扩增子测序分析,比较不同盐湖理化性质和原核微生物菌群差异,并对原核微生物丰度与环境因子进行关联分析。实验结果表明：5个盐湖湖底沉积物总盐和Na⁺含量顺序为：巴里坤湖 > 伊吾湖 > 艾比湖 > 盐湖 > 柴窝堡湖,除艾比湖外其他四个盐湖沉积物均呈碱性。Alpha多样性结果显示5个盐湖细菌richness、chao1、ACE和shannon丰富度指数均大于古菌相应丰富度指数,不同盐湖细菌丰富度指数差异较大,古菌丰富度指数差异相对较小。从5个盐湖湖底沉积物中共检测获得细菌58门、68纲、138目、253科和560属,古菌4门、8纲、12目、21科和60属,细菌以变形菌门为主,古菌以广古菌门为主。不同盐湖细菌和古菌优势属种类均不相同,巴里坤湖主要是一些嗜盐和耐盐细菌属,而伊吾湖主要是嗜盐和耐盐古菌属,PCoA分析结果也表明不同盐湖微生物在OTUs水平有其独特菌群结构类型。RDA和Bioenv分析结果表明,盐湖湖底沉积物中微生物菌群群落结构主要受Na⁺和总盐（TS）浓度的影响,对细菌菌群结构影响较大,而古菌菌群结构可能受多种理化因子共同调节。此外,盐湖特殊卤水成分会对微生物群落结构产生重大影响。     

基于克隆文库法研究古尔班通古特沙漠蓝藻多样性

该研究采用克隆文库法研究古尔班通古特沙漠藻类生物结皮中蓝藻多样性及分布。在古尔班通古特沙漠不同区域采集10份藻类结皮代表性土样,分别构建古尔班通古特沙漠蓝藻16S rRNA和psbA基因克隆文库,并进行系统发育分析,对蓝藻多样性和丰度与环境因子进行关联分析,研究蓝藻分布特点及影响因子。结果显示:(1)16S rRNA基因系统发育树中包括具有明确分类地位的蓝藻有6科10属(占总克隆文库的94.85%)和一个未分类蓝藻属,其中颤藻属(Oscillatoria)和微鞘藻属(Microcoleus)分别占克隆文库的42.54%和37.16%,为古尔班通古特沙漠蓝藻优势属;psbA基因系统发育树中仅鉴定有蓝藻类群4科4属,但优势属与前者结果一致。(2)10个样点藻类结皮中所含蓝藻种类不尽相同,但每个采样点都出现颤藻属和微鞘藻属,证明这二者是古尔班通古特沙漠藻类结皮中的优势属;且样点Gur2和Gur17中蓝藻种类较多,Gur3、Gur5和Gur9中种类较少,但Gur2、Gur3、Gur5和Gur17相对地理位置较近,表明地理位置不是影响蓝藻分布的主要因素。(3)RDA(Redundancy analysis)分析结果显示,微生物量氮(MBN)和土壤有机碳(SOC)对蓝藻多样性影响程度最大,其次是硝态氮(NO~-_3-N)、微生物量碳(MBC),全磷(TP)和全钾(TK)对其影响程度最小。研究表明,古尔班通古特沙漠不同区域沙漠蓝藻多样性和土壤理化性质具有空间异质性,综合分析可得沙漠中南部藻类结皮土壤营养最为丰富,蓝藻多样性较高,而东部和西部土壤营养较为贫瘠,蓝藻丰富度和多样性较低。     

早春短命植物鸢尾蒜和准噶尔鸢尾蒜的光合途径

该研究以鸢尾蒜属两种早春短命植物准噶尔鸢尾蒜(Ixiolirion songaricum)和鸢尾蒜(Ixiolirion tataricum)为对象,通过解剖结构、光合参数、稳定碳同位素比值(δ¹³C)和光合关键酶活性分析二者的光合途径。结果发现：(1)显微结构和超微结构显示,两种短命植物的叶脉维管束鞘细胞1层、排列较紧密,鞘细胞内含有较多叶绿体且多离心分布,类似C₄花环结构。(2)准噶尔鸢尾蒜和鸢尾蒜最大净光合速率分别为14.81和15.04 μmol·m^-2·s^-1;两者的CO₂补偿点较低,分别为3.57和2.54 μmol·mol^-1,δ¹³C分别为-25.36±0.55‰和-25.76±1.38‰,光合酶PEPC/Rubisco比值分为别0.244和0.322。(3)最大净光合速率、δ¹³C和PEPC/Rubisco比值均说明两种植物为C₃光合途径,但二者均具有类似C₄的维管束鞘结构、较低的CO₂补偿点和暗呼吸速率,并具有高于部分C₃和C₃ C₄中间型植物的PEPC/Rubisco比值,表明两种短命植物的光合途径并非典型的C₃途径,而是C₃ C₄中间型。     

荒漠植物功能性状及其多样性对土壤水盐变化的响应

植物功能性状及其多样性对环境变化的响应研究有助于揭示极端环境下植物适应策略和群落构建机制。通过实地调查和实验分析,研究艾比湖荒漠植物形态、生理和化学等8个功能性状的特征,并从多维性状和一维性状角度揭示功能多样性对土壤水分和盐分变化的响应规律。结果表明:高水盐环境下(SW1),(1)群落加权株高、叶绿素含量(SPAD)及叶片碳(C)和钙(Ca)含量显著高于低水盐环境,叶片氮(N)、磷(P)、硫(S)含量在不同水盐环境间无显著差异。(2)SW1环境下,沿乔木-小乔木-灌木-草本层次,上层生活型植物性状值普遍高于下层植物,其中灌木叶片仅N、钾(K)含量显著高于草本;沿该生活型层次植物性状呈趋同变化。(3)低水盐环境下(SW2),乔木叶片性状差异特征与SW1相似;小乔木叶片C、N含量分别显著高于和低于灌木及草本;相比于草本,灌木SPAD、S含量显著高,K含量显著低,株高、C、N、P含量差异不显著;SW2环境下各生活型植物性状呈趋同变化。(4)SW1环境下多维功能丰富度、功能离散度显著高于SW2环境,但均匀度无显著差异。(5)一维功能均匀度在不同水盐环境间均无显著差异,但化学性状的均匀度总体高于植物株高;高水盐环境下叶片N、S和Ca的功能分异指数显著高于低水盐环境。研究为掌握胁迫环境下的植物适应策略和荒漠植被恢复提供参考。     

气候变化和人类活动干扰下骆驼刺潜在分布格局变化特征

气候变化和人类活动是影响物种分布的最重要因素。骆驼刺是我国荒漠区的重要建群种,建群种的丧失将对荒漠生态系统产生严重损伤。因此预测气候变化和人类活动影响下骆驼刺适宜生境的变化特点对保护我国荒漠生态系统具有重要的意义。本研究采用61个骆驼分布点数据,和21个环境因子数据,运用最大熵模型（MaxEnt）预测骆驼刺当前在有、无人类活动干扰下的适宜生境分布,对影响其分布的环境因素进行了评估。并预测未来（2021-2040,2041-2060,2061-2080,2081-2100）四条共享社会经济路径（SSP126,SSP245,SSP370,SSP585）情景下,骆驼刺潜在分布区的变化特点。研究结果表明,在无人类活动干扰的情况下,骆驼刺适生区面积达132.29万km²,覆盖我国西北干旱区的大部分面积。年均降水量、最冷季度平均温、平均气温日较差、年均温、温度季节性、降水的季节性和高程被确定为影响骆驼刺潜在分布区的最重要因素。而在加入人类活动强度因素之后,骆驼刺适生区面积显著下降至71.31万km²,且呈现出破碎化状态。此时,年降水量、人类活动强度和高程是影响骆驼刺分布的最重要原因。在未来气候情景下,骆驼刺的适生区将产生一定的扩张。尤其在中高强迫（SSP370）和高强迫（SSP585）情景下,骆驼刺的适生面积将随时间推移产生显著的增加,且这种扩张主要向高纬度和高海拔地区发展。骆驼刺能保留大部分原有生境,仅在内蒙古中西部地区发生少量收缩。在气候变化条件下,骆驼刺能够在西北干旱区生存并扩张,故可将其作为防沙治沙的优良物种进行保护与开发。