天山雪岭云杉林粗木质残体储量特征

粗木质残体(coarse woody debris,CWD)在天山雪岭云杉林生态系统中起着重要的结构性和生物地球化学作用,解释其储量特征是研究CWD的基础,但尚未有大尺度研究见诸报道。以天山雪岭云杉8 hm~2森林动态监测样地为研究对象,采用野外调查、室内试验以及数据分析相结合的方法,调查了样地内CWD的储量组成、径级以及分解等级分布格局等基本特征及其影响因子。结果表明:(1)天山雪岭云杉8 hm~2森林动态监测样地内共有直径≥10 cm的CWD 936株,CWD的密度、体积、储量分别为117株/hm~2,15.13 m~3/hm~2,4.52 t/hm~2;其中倒木是CWD的主要贡献者,占CWD总储量的52.21%;(2)样地内各径级CWD的数量呈典型的倒"J"型结构,直径30 cm的CWD个体占全部CWD的83%;(3)样地内CWD总体上处于以Ⅱ、Ⅲ分解等级为主的中度分解状态,CWD径级越大,分解程度越高;(4)林分密度、郁闭度和海拔是影响天山雪岭云杉林CWD储量特征的主要因素。研究可为天山雪岭云杉林的可持续发展与经营提供科学依据。     

基于多源遥感数据的草地净初级生产力质量评价

植被净初级生产力NPP(Net Primary Production)的遥感估算与分析对全球生态系统具有重要指导意义,不同尺度的遥感影像上占主导地位的地物景观信息是不同的,现代生态研究多尺度分析至关重要。以青海省海北藏族自治州为研究区,使用Landsat 8 OLI遥感影像、天宫二号宽波段成像仪影像、融合影像(Landsat8 OLI影像和天宫二号宽波段成像仪影像融合)联同MODIS影像,作为CASA模型的输入参数,探究不同尺度下的研究区域NPP的空间分布情况,并对比分析不同数据源数据在估算NPP时的精度。结果表明:(1)Landsat 8 OLI数据的NPP值位于150—200 g C m~(-2) a~(-1)所占比例最高;天宫二号宽波段成像仪影像数据和融合后影像的NPP值位于50—100 g C m~(-2) a~(-1)所占比例最高;MODIS数据的NPP值位于小于50 g C m~(-2) a~(-1)比例最高。(2)天宫二号宽波段成像仪影像数据的均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和平均绝对百分比误差(MAPE)最小,与Landsat 8 OLI影像反演的草地NPP值相关度最高,表明天宫二号宽波段成像仪影像数据在描述草地NPP时精度高于融合影像和MODIS影像;MODIS影像在描述该区域的草地NPP时误差值较大,精度最低。     

新疆西伯利亚落叶松固碳速率时空分异研究

气候变化对高海拔物种的生长影响较为显著,高海拔物种的时空分布直接影响区域生态平衡。基于新疆森林资源连续清查数据,使用一元生物量模型估测新疆天山及阿尔泰山西伯利亚落叶松生物量,计算其固碳速率,利用全局莫兰指数(Moran's I)和热点分析(Getis-Ord Gi~*)研究新疆西伯利亚落叶松固碳速率空间聚集特征,并分析其近年来在空间上的变化趋势,再结合气象数据运用相关和偏相关分析,分析其空间分异的影响因素。结果表明:(1)天山东部西伯利亚落叶松固碳速率高于阿尔泰山西伯利亚落叶松固碳速率,2001—2016年期间,新疆西伯利亚落叶松固碳速率整体呈增长趋势,阿尔泰山西伯利亚落叶松固碳速率由0.43 t hm~(-2)a~(-1)增长至0.76 t hm~(-2)a~(-1),天山东部西伯利亚落叶松固碳速率由0.89 t hm~(-2)a~(-1)增长至1.06 t hm~(-2)a~(-1)。(2)天山东部西伯利亚落叶松固碳速率呈离散分布但不显著(P0.05),阿尔泰山西伯利亚落叶松固碳速率空间聚集特征趋于显著,其高固碳速率逐渐从东南部的青河县向西北部的阿尔泰市和哈巴河县移动,而低固碳速率从阿尔泰山的西北部的阿勒泰市向东南部的青河县移动。(3)通过偏相关分析得出,2001—2016年时期新疆西伯利亚落叶松固碳速率与温度成极显著正相关(P0.01),2001—2006年和2006—2011年时期与降水成正相关,但不显著,至2011—2016年时期转变为与降水成极显著正相关(P0.01),2001—2016年期间,其与纬度梯度成极显著负相关(P0.01)转变成无显著相关性,与海拔梯度无显著相关。新疆西伯利亚落叶松固碳速率与纬度梯度呈显著负相关的空间分布格局已发生显著变化,其空间分布格局由东南部高西北部低,逐渐变成西北部高东南部低。     

两种盐生植物根际土壤细菌多样性和群落结构

应用高通量测序技术对西北干旱区两种盐生植物黑果枸杞和里海盐爪爪根际土壤细菌的多样性和群落结构进行研究,旨在揭示两种耐盐植物根际土壤细菌之间以及根际与非根际细菌群落结构间的差异,为深入研究盐生植物根际土壤微生物与耐盐性之间的关系提供理论基础。结果表明:黑果枸杞、里海盐爪爪根际细菌多样性丰度高于非根际土,黑果枸杞根际土壤细菌多样性丰度高于里海盐爪爪。根际和非根际土壤细菌群落的组成和丰度存在差异,从黑果枸杞和里海盐爪爪根际土壤中分别检测出细菌21门289属和22门304属,而从非根际土壤中分别检测出28门285属和24门336属;在两种盐生植物根际土壤中,变形菌门和厚壁菌门均为优势门;拟杆菌门、放线菌门、蓝细菌门及浮霉菌门在根际土壤中的丰度显著高于非根际土壤,而厚壁菌门在根际土壤中的丰度低于非根际土壤。两种植物根际土壤中的细菌优势门和优势属的数量均高于非根际土壤,在黑果枸杞和里海盐爪爪的根际土壤中的细菌优势属分别有10个和9个,而二者非根际土壤中的细菌优势属各有4个,其中假单胞菌属是根际和非根际土壤中的共有优势属。黑果枸杞和里海盐爪爪根系细菌群落组成和丰度存在差异,只有假单胞菌属和盐单胞菌属是两种植物根际土壤中的共有优势属。Unifrac分析和聚类分析表明,两种盐生植物根际土壤细菌之间的相似性大于根际和非根际细菌群落间的相似性。细菌多样性与土壤有机碳、有机质、总氮正相关,与pH、电导率负相关,电导率和pH,有机碳和总氮分别是非根际土,根际土壤细菌群落物种组成的主要影响因素。     

雪岭云杉不同器官N、P、K化学计量特征随生长阶段的变化

生态化学计量是研究物种与生存环境之间关系及其适应策略的有效方法,但关于氮(N)、磷(P)、钾(K)化学计量在不同器官内的分配及其随生长阶段变化的认识还不充分。本文以天山北坡雪岭云杉(Picea schrenkiana)为研究对象,通过对不同生长阶段的雪岭云杉根、茎、叶中N、P、K含量的测定,分析雪岭云杉不同器官N、P、K化学计量特征及其随生长阶段的变化规律,探讨N、P、K在雪岭云杉各器官中的分配策略及异速生长关系。结果表明:(1)雪岭云杉N、P、K含量在各器官中主要表现为叶茎根;随树龄的增加,叶片的N、P、K含量先增大后减小,茎中N、K含量逐渐增大,而P含量无明显变化趋势。根N含量逐渐减小,P、K含量逐渐增大;(2)雪岭云杉各器官N∶P值为20.25~27.61,N∶K值均为0.28~0.41,P∶K值为0.01~0.02,随树龄的增加叶和茎的N∶P、N∶K、P∶K先增大后减小,根的N∶P、N∶K值逐渐减小,P∶K值无显著变化规律;器官、林龄及二者的交互作用均对雪岭云杉N、P、K化学计量特征产生影响;(3)雪岭云杉各器官中N、P、K元素含量的分配比重表现为:茎根叶;叶片的N、P、K含量之间及茎和根的N与K间存在显著的异速增长关系(叶:N-P0.956,P=0.001;N-K-0.254,P0.001;P-K-1.568,P0.001;茎:N-K-0.326,P=0.011;根:N-K-0.529,P=0.007);受到环境因子以及雪岭云杉对营养元素的吸收和分配等因素的影响,各器官中N、P、K化学计量特征随生长阶段发生变化。     

石油污染土壤自然衰减过程多环芳烃降解基因动态特征

新疆石油污染土壤中微生物多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)降解功能基因研究甚少,且环境因子和功能基因之间相关性仍不清楚。【目的】揭示新疆石油污染砂质土壤自然衰减过程中多环芳烃降解关键基因结构和变化规律。【方法】以新疆准东油田为研究区,分析同一采油区不同石油污染年限土壤理化因子和多环芳烃含量变化,采用扩增子测序研究石油自然衰减过程中多环芳烃降解酶基因结构变化规律,利用Mental检验探讨其环境驱动因子。【结果】石油污染时间1年和3年的土壤中有多项理化指标与背景土存在显著性差异,而污染5年土壤与背景土之间仅2项指标具有显著性差异,随石油自然衰减逐渐恢复至正常。石油污染1年的土壤中16种多环芳烃除苊烯和?以外,其余14种多环芳烃均高于石油污染3年和5年土壤,多环芳烃总量和含油率污染1年土壤均显著高于污染3年和5年的土壤,多环芳烃会在污染后短时间内迅速被降解。扩增子测序结果显示,萘双加氧酶基因分类操作单元(operational taxonomic units,OTUs)序列随污染年限延长逐渐增多;芳环羟化双加氧酶基因OTUs序列BLAST(...     

梭梭个体形态调整在环境定居中的适应

近几十年来,全球气候变化以及人类活动的加剧导致古尔班通古特南缘荒漠地区的降水与地下水位发生显著改变,这些改变必然导致荒漠植物用水策略的适应性变化。本实验以古尔班通古特沙漠南缘原始沙漠中建群种梭梭(Haloxylon ammodendron)为研究对象,从种子萌发起,对气象因子、梭梭地上高度、地下根系深度、生物量等进行了连续监测,直至梭梭完成定居,以期探明梭梭定居过程中的个体形态调整特征。结果表明:在遭遇干旱时,梭梭以同化枝凋落的形态调节方式有效地维持了根系供水与地上部分需水之间的平衡,保证了存活同化器官的光合能力;同时,梭梭以牺牲地上部分生长为代价将更多的光合产物转向根系,使得根系能够获得更多的水分保证其生长、生存。     

基于Landsat8 遥感影像和SEBS 模型的呼图壁县蒸散量时空格局分析

利用Landsat8 影像, 采用SEBS 模型, 结合呼图壁县气象站观测的温度风速、日照时数等气象数据, 对新疆昌吉回族自治州呼图壁县2013 年4 月22 日、6 月9 日、8 月28 日 10 月15 日的蒸散发量进行了估算。从时间上看, 估算结果存在明显的季节变化规律: 夏季最大, 春季次之, 秋季最小, 以耕地为例四天蒸散发量分别为: 1.938, 3.136, 2.641 和1.314 mm·day–1。从空间上看, 县域蒸散发量整体变化趋势为: 北部荒漠区<中部平原区<南部山区。四天当中最大值出现在南部山区6 月9 日达到了4.128mm·day–1。对SEBS 的估算结果与呼图壁县气象站的观测结果和利用彭曼公式计算的结果进行比较,表明SBES 模型的结果是合理的, 可以在实践中用来反映天山北坡典型县域蒸散量的时空变化特征。     

新疆近15年草地NPP动态变化与气象因子的相关性研究

为揭示新疆不同时空格局下气候因素变化对植被生产力的影响, 探讨草地植被生产力与气候因子的相关关系, 采用2000-2014年8月MOD13A1遥感数据集, 利用CASA模型分析新疆草地植被净初级生产力的空间格局及动态变化, 结合降水量、温度数据分析新疆不同草地植被类型NPP的变化趋势, 并对其与气象因子的相关关系进行分析。结果表明: (1)从空间上, 草地植被NPP各年呈北高南低的空间格局, 不同的草地类型的NPP也存在较大差异, 总体大致表现为草甸>高山亚高山草甸>平原草地>高山亚高山草地>荒漠草地。(2)从时间上, 2000—2014年, 草地植被NPP总体呈波动式下降趋势, 在2006年、2012年、2014年降到谷底, 分别为50.520 g C·(m²·a)-1、54.438 g C·(m²·a)-1、54.213 g C·(m²·a)-1。(3)新疆草地植被NPP与降水呈显著正相关, 与温度呈不显著负相关。表明降水是影响该地区植被NPP的主要气候因子。     

天山北麓新人工绿洲扩张过程中的碳库格局变化与碳库迁移

基于地面调查数据、气象数据和遥感数据分析了40年来天山北麓新人工绿洲迅速扩张对区域植被和土壤的碳库格局、碳库迁移及碳储量的影响,结果如下:1976-2016年,研究区农田面积占比从3.25%增加到40%以上,沼泽消失,水库干涸,灌丛大幅减少,土壤盐碱化过程停止,裸盐碱地面积40年里减少近70%,新生草地在裸盐碱地上形成;2016年6月植被有效碳储量约为0.122Tg,比1976年下降了15.7%,成为一个弱的碳源;土壤碳库在干旱地区陆地生态系统碳库中占绝对主导地位,1976年研究区(0-60cm)的土壤有机碳储量为7.814Tg,其中耕地仅占4.2%,1996年土壤有机碳储量比1976年减少12.4%,呈明显碳源特征,到2016年,耕地土壤有机碳储量占比超过50%,总碳储量与1996年相比微降1.2%,土壤碳库重新趋于稳定。其中,裸盐碱地土壤碳库在向耕地、灌丛地、草地土壤碳库的迁移过程中贡献了1.265Tg的碳储量增量,草地土壤碳库在向耕地、灌丛地碳库的迁移过程中贡献了0.894Tg的碳储量增量;若维持现有耕地规模不再进行新的垦荒活动,40a垦荒造成的土壤碳库损失可以逐渐恢复并重新形成碳汇效应。