荒漠植物梭梭稳定碳同位素组成与环境因子的关系

以广泛分布于新疆荒漠地区的建群种植物——梭梭(Haloxylon ammodendron)为研究对象,通过对23个样地101份梭梭同化枝样品δ~(13)C值的测定,分析了梭梭稳定碳同位素组成的变化特征及其与环境因子(海拔、日照时数、潜在蒸散量、年平均降水量和年平均温度)的关系,并讨论了不同生境下梭梭同化枝δ~(13)C值的变化特征。研究结果显示:(1)梭梭同化枝δ~(13)C平均值为-14.15‰,其在95%置信区间的变化范围为-13.14‰—-15.38‰,表明梭梭是C_4光合途径的植物。(2)梭梭同化枝δ~(13)C值与年平均降水量和年平均温度呈显著负相关关系,而与日照时数、潜在蒸散量和海拔呈显著正相关关系。我们推测梭梭同化枝δ~(13)C值对各环境因子响应趋势的不同,可能是由气孔限制因素造成的,它是梭梭适应干旱荒漠环境的一种策略。(3)在不同生境下,梭梭同化枝的碳同位素组成存在显著差异。当梭梭群落中的主要伴生种为白刺、红砂时,其δ~(13)C值最高,当主要伴生种为沙拐枣和假木贼时,其δ~(13)C值最低。在灰漠土与灰棕漠土样地中的梭梭δ~(13)C值高于棕钙土、风沙土、石质土样地;盆地中梭梭同化枝δ~(13)C值低于平原、山地、丘陵地形条件下的样地。以上结果表明:梭梭水分利用效率在不同环境梯度和生境中,存在着显著不同,表现出显著的适应策略差异。     

新疆北部草地典型灌木的碳氮特征

灌木在维持干旱半干旱区生态系统稳定性方面发挥着重要的作用。该研究调查了新疆北部草地典型灌木物种,并分析了这些灌木叶、枝、茎的碳(C)、氮(N)含量特征,可为新疆草地植被碳氮储量的准确估算以及碳氮循环过程提供基础数据。结果表明:北疆地区草地的典型灌木有白刺(Nitraria spp.)、刺旋花(Convolvulus tragacanthoides)、红砂(Reaumuria soongarica)、假木贼(Anabasis spp.)、锦鸡儿(Caragana spp.)、麻黄(Ephedra spp.)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)、梭梭(Haloxylon spp.)、金丝桃叶绣线菊(Spiraea hypericifolia)、驼绒藜(Krascheninnikovia spp.)、小蓬(Nanophyton erinaceum)、盐爪爪(Kalidium spp.)、猪毛菜(Salsola spp.)等,归属于蔷薇科、豆科、麻黄科、柽柳科、蒺藜科、蓼科、旋花科、藜科。北疆草地典型灌木各器官C含量为茎(45.76±3.43)%枝(44.27±4.51)%叶(39.15±5.91)%,N含量为叶(2.21±0.59)%枝(1.55±0.44)%茎(1.34±0.35)%,C:N为茎(36.74±10.80)枝(31.07±10.43)叶(18.94±5.82)。灌木地上部分C含量为(43.77±4.43)%,N含量为(1.56±0.45)%,C:N为(31.78±10.12);C含量变异程度较小,变异系数为10%,N含量的变异系数为27%,C:N的变异系数为32%。灌木同一器官的C、N含量及C:N在不同科间有显著差异,蔷薇科各器官的C含量显著大于其他科(p0.05);豆科叶和茎的N含量显著大于其他科(p0.05),麻黄科枝的N含量显著大于其他科(p0.05);旋花科叶和枝的C:N显著大于其他科(p0.05),蔷薇科茎的C:N显著大于其他科(p0.05)。     

垦殖对新疆绿洲农田土壤有机碳组分及团聚体稳定性的影响

土壤有机碳是土壤质量变化的重要指标,土壤活性有机碳组分在土壤质量变化方面发挥重要作用。采用有机碳分组技术,研究了干旱荒漠区自然土壤开垦对绿洲农田土壤有机碳活性组分及团聚体稳定性的影响。结果表明:低有机碳含量的自然土壤垦殖后,有利于干旱荒漠区绿洲棉田土壤有机碳的积累,且垦殖(0-5a)增加显著,年均增加在0.65gkg-1以上,上升幅度为76%-286%,5a后维持在相对平衡的水平;土壤活性有机碳、轻组有机碳在垦殖0-5a显著增加,平均增加72%和99%,5a后下降;颗粒有机碳则表现出垦殖0-10a明显增加,增加在275%以上,10a后下降;土壤水稳性团聚体含量随垦殖年限的延长显著增加,0-20a内较自然土壤提高了75%。垦殖可能是干旱区绿洲农田潜在碳汇的重要影响因素;但随垦殖年限延长,土壤有机碳活性组分下降,土壤质量又存在一定的退化风险。     

新疆草地群落谱系多样性变化特征及影响因素

谱系多样性(PD,Phylogenetic diversity)因包含植物之间的谱系关系和进化历史信息,被广泛用于植物多样性分布格局的研究中。现有研究表明PD变化受到古气候和现代气候等因素的影响,但结果并不统一且忽略了土壤养分对PD变化的影响。基于此,以新疆草地为研究对象,通过对全疆8个区域(阿尔泰山、准噶尔西部山地、准噶尔荒漠、天山北坡、伊犁河谷、天山南坡、塔里木盆地和昆仑山)中310个样地PD的调查,综合分析了古气候、现代气候、土壤养分、草地和土壤类型对PD的影响。结果显示:(1)样地是影响新疆草地PD变化的最主要因素,其次分别为草地和土壤类型,三者合计解释了新疆草地PD总变异的46.07%—78.80%。其中,PD最高值出现在塔里木盆地、低平地草甸和寒漠土,而最低值则出现在准噶尔荒漠、温性荒漠和风沙土;(2)PD也受到末次冰期以来降水变化(MAPano,Precipitation anomaly since the Last Glacial Maximum)、年均温度(MAT,Mean annual temperature)、季节性降水(PS,Precipitation seasonality)和土壤碳氮比(C∶N,Ratio of soil organic carbon to total nitrogen)单独和交互作用的影响。随MAPano增加,PD在新疆草地总体、准噶尔西部山地、伊犁河谷和昆仑山中呈先增加后降低的单峰型变化趋势。随MAT增加,PD在新疆草地总体中呈先降低后增加的"U"型变化趋势,在准噶尔荒漠则呈线性降低的趋势、而在伊犁河谷和昆仑山呈单峰型变化趋势。沿PS梯度,PD在新疆草地总体、阿尔泰山和伊犁河谷均呈现单峰型变化趋势,而在昆仑山则表现为负相关关系。C∶N仅对北疆部分地区PD有显著影响且呈"U"型变化趋势;(3)与之前新疆草地中物种丰富度变化特征相比,由于群落中物种亲缘关系的变化,PD与环境因子之间关系与物种丰富度呈相反或不同的变化趋势。表明以物种间亲缘关系为视角,不仅有助于我们深入理解植物多样性与环境因子之间的关系,也对未来多样性的保护有重要参考意义。     

昭苏山地草甸4种典型土地利用方式下的土壤呼吸特征

为探讨不同土地利用方式对新疆昭苏天山北坡山地草甸土壤呼吸速率的影响,于2015年和2016年的4月底至9月初,用土壤呼吸测量仪对补播草地(RG)、豆禾混播草地(LG)、围封草地(NG)和农田(CR)的土壤呼吸进行测定,并分析了影响土壤呼吸速率的土壤生物和水热因子。结果表明:1)土壤呼吸速率在2015年NG和CR呈现双峰值,RG和LG呈现单峰曲线,各处理均在8月达到最大值。2016年各处理峰值出现的时间不同,RG和LG在6月底达到最大值,NG和CR在7月底达到最大值;监测期内平均土壤呼吸速率由大到小依次为:NGRGCRLG。2)各样地土壤呼吸速率与土壤温度呈指数正相关关系;土壤含水量与土壤呼吸的关系可能由于此地段常年湿润,土壤含水量较高,从而抑制土壤呼吸,土壤呼吸与土壤体积含水量呈线性负相关关系;土壤呼吸的温度敏感指数(Q10)大小为NGCRRGLG。3)不同处理的土壤微生物以细菌为主,放线菌次之,真菌居第三,各样地总微生物生物量为:NGRGCRLG,与各样地平均土壤呼吸速率大小一致,拟合分析显示RG土壤呼吸与放线菌呈显著的线性相关关系,LG土壤呼吸与细菌和放线菌呈显著线性相关关系。不同处理微生物生物量碳平均含量为CRNGLGRG,拟合分析显示RG与CR的土壤呼吸速率与微生物生物量碳呈显著线性相关关系,其中CR的土壤呼吸速率与微生物生物量碳极显著相关;4)各样地酶活性与土壤呼吸的相关关系分析显示,只有蛋白酶和蔗糖酶与土壤呼吸有相关关系,而蔗糖酶对土壤呼吸的影响更大。豆禾混播草地和补播草地相对于围封草地和农田,土壤呼吸速率显著降低,草地土壤的固碳能力显著提高。