古尔班通古特沙漠生物土壤结皮对氨氧化微生物生态位的影响

生物结皮作为荒漠地表的重要覆被类型, 在荒漠生态系统的氮素循环中扮演重要角色。融雪期为古尔班通古特沙漠生物结皮的复苏和生长提供了充足的水分, 也成为该沙漠氮素固定和转化的重要时期, 但该时期生物结皮如何影响驱动氨氧化转化的微生物群落动态尚未明确。因此, 我们利用荧光定量PCR (fluorescent quantitative PCR, qPCR)方法分析融雪期生物结皮与去除结皮不同土层(0-2, 2-5, 5-10和10-20 cm)氨氧化菌群丰度特征, 结合潜在硝化速率和土壤理化参数, 探究融雪期生物结皮对荒漠土壤氮素转化作用。结果表明: 氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea, AOA)是古尔班通古特沙漠土壤优势氨氧化菌, 生物结皮对0-2 cm层土壤中AOA、氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria, AOB) amoA基因丰度具有显著抑制作用(P < 0.01), 对10-20 cm层土壤中AOA amoA基因丰度具有显著促进作用(P < 0.01)。冗余分析(redundancy analysis, RDA)表明, AOA、AOB amoA基因丰度主要受土壤含水量和铵态氮含量的影响, 占总条件效应的54.90%。氨氧化速率分析发现, 去除生物结皮显著降低古尔班通古特沙漠土壤硝化作用潜力(P < 0.001), 证实生物结皮对荒漠土壤氮素转化具有重要的调控作用。综上所述, 古尔班通古特沙漠氨氧化微生物的分布规律受环境因子调控, 特别是生物结皮可以通过调节土壤含水量和铵态氮含量影响AOA和AOB的空间生态位分化, 促进沙漠土壤的硝化作用。     

冻融过程对荒漠区不同微生境下齿肋赤藓渗透调节物含量和抗氧化酶活力的影响

齿肋赤藓(Syntrichia caninervis)作为典型的耐旱藓类, 广泛分布于世界干旱和半干旱荒漠地区, 是古尔班通古特沙漠生物土壤结皮中的优势藓类植物。该沙漠冬季具有稳定的降雪, 初春的积雪融化为植物的生长提供了良好的水热条件。荒漠藓类植物叶片仅具一层细胞, 对外界环境的变化十分敏感, 有关荒漠藓类植物在冬季和早春地表冻融交替过程中如何适应环境剧烈变化的研究鲜见报道。该研究探讨了生长于3种不同微生境(活灌丛、枯死灌丛和裸露地)下的齿肋赤藓, 经由冬季低温冻结到早春融雪复水再到春季中旬自然干燥过程中的生理生化变化特征。结果表明: 不同冻融期、微生境及二者的交互作用能够显著影响齿肋赤藓的渗透调节物质(游离脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白)含量、丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶活性(过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性)。冬季低温冻结期的极端低温和春季中旬的干燥环境使得齿肋赤藓可溶性糖和MDA含量, 以及3种抗氧化酶活性均显著高于早春融雪期, 可溶性蛋白含量显著低于融雪期。同时, 在融雪期灌丛遮阴所形成的“冷岛效应”使得生长于灌丛下的齿肋赤藓植株可溶性糖和MDA含量显著高于枯死灌丛和裸露地。但灌丛的存在也为春季中旬干旱无雨期齿肋赤藓提供了一个相对良好(含水量高)的生活环境, 其下齿肋赤藓的渗透调节物含量和抗氧化酶活性均显著低于其他两个生境。在整个冻融过程中裸露地齿肋赤藓的3种抗氧化酶活性均显著高于灌丛下, 这可能是由于生活于裸露地的苔藓有更强的耐胁迫特性。     

荒漠区不同微生境下齿肋赤藓对一次降雪的生理生化响应

耐旱苔藓广泛分布于干旱半干旱荒漠地区, 对荒漠生态系统稳定性与功能多样性具有重要作用。齿肋赤藓(Syntrichia caninervis)是古尔班通古特沙漠苔藓结皮层的优势物种, 生于不同的微环境中。古尔班通古特沙漠冬、春季降雪频繁, 并能形成稳定的积雪层。目前关于降雪与微生境对齿肋赤藓生理生化特征影响的研究极为缺乏。该研究探讨了初冬一次降雪前后活灌丛、死灌丛和裸露地3种微生境下齿肋赤藓相关生理生化特征。结果表明, 与降雪前相比, 降雪后各微生境下齿肋赤藓植株的含水量、荧光活性、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性均有明显提高, 但脯氨酸、可溶性蛋白和丙二醛(MDA)含量有不同程度的降低。微生境对齿肋赤藓的生理指标有不同程度的影响, 而且与降雪具有显著的交互作用(脯氨酸除外)。降雪前后, 活灌丛下的齿肋赤藓具有较高的含水量和光合活性, 以及较低的保护酶(POD和SOD) 活性, 裸露地则表现出完全相反的特点。表明前者面临的胁迫最小, 生理活性最大, 但抗性较弱; 而后者具有更大的抗胁迫能力, 但生理活性低。降雪后, 脯氨酸、MDA、POD及SOD均与植株含水量呈显著负相关, 而荧光活性、可溶性糖及可溶性蛋白含量与植株含水量为显著正相关, 表明降雪降低了齿肋赤藓的水分胁迫程度, 改善并促进了生理活性与光合作用, 而且初冬的低温也起到了促进作用。     

不同居群准噶尔无叶豆果实和种子特性及种子萌发差异

研究准噶尔无叶豆(Eremosparton songoricum) 6个居群间果实和种子特性及种子萌发差异, 以揭示异质生境下准噶尔无叶豆果实和种子的生态适应机制。结果显示: 居群间准噶尔无叶豆的植株距离(F = 2.34, p = 0.03)和植株冠幅(F = 8.49, p < 0.01)存在显著差异, 沙漠北缘E、F居群和沙漠腹地C居群(受人类干扰剧烈)的植株距离和植株冠幅高于沙漠腹地A、B、D居群; 居群间准噶尔无叶豆果实和种子的长度、宽度、厚度、重量存在显著差异, 居群E、F和C的大部分参数显著高于其他沙漠腹地居群; 居群间果实多子性(F = 6.96, p < 0.01)也存在显著差异, 居群C的果实多子性最高((32.50 ± 4.79)%); 萌发结果表明, 居群间新鲜的成熟种子萌发不存在显著差异, 且萌发率都低于15%; 所有居群的大部分种子都存在物理性休眠现象, 人为划破种皮能显著提高种子萌发率, 但在低温(15/5 ℃)条件下, 所有居群的种子萌发率都较低, 说明低温抑制了种子萌发; 经人为划破种皮解除物理休眠后, 种子的休眠没有完全释放, 居群C、E和F (大种子居群)的种子萌发率显著高于居群A、B和D (小种子居群) (F = 30.77, p < 0.01), 说明准噶尔无叶豆种子不仅存在物理性休眠现象, 也可能存在生理休眠现象。不同程度的种子复合休眠可能是准噶尔无叶豆不同居群适应古尔班通古特沙漠的重要生存策略。     

干旱对梭梭水力性状及生理生化特性的影响

以荒漠优势种梭梭(Haloxylon ammodendron)为对象，基于2017年在新疆古尔班通古特沙漠南缘布设的降水量变化(减少100%和对照)的野外原位实验，开展了连续3年干旱处理下梭梭茎的水力特性以及同化枝(叶片)生理生化特性的研究。结果表明：干旱处理对梭梭茎的水分传输效率(比导水率、叶比导水率)、栓塞程度以及枝叶性状并没有产生显著影响。干旱处理下，梭梭通过显著提高同化枝脯氨酸和可溶性蛋白含量来维持其渗透压，提高保水能力；同时，通过显著提高超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性使丙二醛含量维持在较低的水平。相关性分析结果表明，梭梭茎的比导水率与栓塞程度呈显著负相关，与比叶重呈显著正相关；木材横截面积与叶比导水率和栓塞程度呈显著正相关。由此可见，梭梭主要通过增加渗透调节能力和保护酶活性协同抵御干旱胁迫，以维持正常的生理活动，而较高的自然栓塞程度可能也是梭梭长期在荒漠区极端干旱生境中所形成的一种耐旱策略。     

降水对古尔班通古特沙漠细菌群落多样性和构建过程的影响

明确荒漠降水对细菌群落多样性和群落构建过程的影响,有助于进一步认识荒漠土壤细菌群落结构和功能对降水变化的响应及反馈机制。基于古尔班通古特沙漠区域降水梯度上的土壤细菌群落高通量测序数据,比较分析了降水差异对总细菌、高丰度及低丰度细菌类群多样性和群落组成的影响,使用零模型(null model)方法分析确定性过程和随机性过程对细菌群落构建的相对重要性。结果表明:绿弯菌门是高丰度与低丰度细菌类群优势细菌门。沿降水梯度总细菌和高丰度细菌类群的丰富度及Shannon多样性指数无显著差异,随降水减少,低丰度细菌类群的丰富度和Shannon多样性显著降低(P <0.05);降水差异显著影响不同丰度细菌类群的群落组成,且沿降水梯度,低丰度细菌的群落变异与物种空间周转大于高丰度与总细菌类群,表明荒漠不同丰度细菌类群差异响应区域小范围降水梯度,低丰度细菌类群对区域降水变化具有强敏感性,而总细菌和高丰度细菌类群对降水变化具有较强的抵抗力;零模型分析显示,扩散限制主导古尔班通古特沙漠不同降水样点细菌的群落构建过程,而荒漠低丰度细菌类群同时还受到强的异质选择作用(43.0%),表明荒漠降水差异增强了低丰度...     

干旱荒漠区不同藓结皮斑块碳通量对降雨量变化的响应

藓结皮作为干旱区重要的地表覆盖物，主要呈斑块状分布，其大小能够明显改变土壤和藓类植物的含水量、蒸散量以及养分含量，对荒漠地表的稳定和碳循环具有重要作用。降雨是干旱荒漠区土壤水分的主要来源，能够直接影响藓结皮的生理活性，决定了藓结皮土壤的碳源-碳汇效应。然而不同大小藓结皮斑块碳通量对降雨的响应是否不同并不清楚。以古尔班通古特沙漠齿肋赤藓(Syntrichia caninervis Mitt.)斑块为研究对象，施加不同降雨量(0 mm、2 mm、5 mm、15 mm降雨),连续54 h测定不同大小藓结皮斑块(直径为：4.6 cm、5.6 cm、10 cm)碳通量。结果显示：(1)在2 mm和5 mm降雨量下，不同斑块大小藓结皮静碳交换速率连续54 h内的变化趋势相似，直径为4.6 cm和5.6 cm斑块累积碳通量呈负值，表现为碳固定，10 cm斑块则相反表现为碳释放，在15 mm降雨量下，不同斑块大小藓结皮碳通量均表现为碳释放，直径为10 cm的藓结皮斑块净碳交换速率随时间的变化趋势与直径5.6 cm和4.6 cm藓结皮斑块不同；(2)斑块大小和降雨量变化均显著影响藓结皮斑块碳通量，土壤含...