民勤绿洲荒漠过渡带梭梭东、西方位树干液流特征及相关性分析

采用Grainer热扩散式探针法( TDP )连续测定了6月份至11月份民勤绿洲荒漠过渡带梭梭﹝Haloxylon ammodendron ( C. A. Mey.) Bunge﹞东、西方位的树干液流速率,并同步测定了相关环境因子;在此基础上,对晴天、阴天和雨天东、西方位树干液流速率的日变化以及实验期间东、西方位树干液流速率和各环境因子的变化进行了分析,并对不同天气和时间尺度东、西方位树干液流速率间的相关性及其与部分环境因子的相关性进行了分析。结果表明：在生长旺盛期(6月份至8月份),晴天时梭梭东、西方位树干液流速率的日变化均表现为明显的“宽峰型”曲线;在整个观测期内,不同天气的树干液流速率存在一定差异,东、西方位的树干液流速率也存在一定差异,并且其差异在夜间较白天更明显;总体来看,东方位的树干液流速率高于西方位。相关性分析结果表明：不同天气和时间尺度东、西方位的树干液流速率间存在极显著正相关性,其相关系数均在0.90以上并略有差异。总体来看,晴天梭梭东、西方位树干液流速率间的相关性高于阴天和雨天,并且,日尺度东、西方位树干液流速率间的相关性最强。晴天东、西方位树干液流速率与各环境因子的相关性高于阴天和雨天,并且,小时尺度东、西方位树干液流速率与环境因子间的相关性高于日尺度。西方位树干液流速率与环境因子的相关性略高于东方位,说明西方位的树干液流速率对环境因子变化的反应更敏感。晴天和阴天东、西方位树干液流速率与参考作物蒸散量( ET0)的相关性极显著,其相关系数均在0.70以上,说明根据梭梭东、西方位树干液流速率计算其耗水量具有一定的可行性。研究结果显示：梭梭树干液流速率与天气、环境因子、时间尺度和树干方位等均有一定关系。     

荒漠区固沙植物梭梭(Haloxylon ammodendron)耗水特征

利用SF-300热脉冲树干液流仪,连续观测了生长季节荒漠区固沙植物梭梭树干液流速率,研究了荒漠区固沙植物梭梭林木的耗水量及其与气象因子的关系。结果表明：在生长季节,梭梭树干液流速率昼夜变化小;不同的生长日,梭梭树干液流速率介于(5.9±0.7)～(14.5±3.6)g cm^-2h^-1;观测期间,梭梭平均日耗水量为(0.3±0.2)mm,生长季节单株木耗水量达494mm。树干液流速率对气象因子均有一定程度的响应,且在不同时间的影响程度不同。日耗水量与林冠投影面积、基径、基径的平方乘以树高的积、边材厚度和边材面积呈线性关系。     

荒漠绿洲过渡带不同年限雨养梭梭(Haloxylon ammodendron)对土壤水分变化的响应

通过调查分析河西走廊荒漠绿洲过渡带不同种植年限（5、10、20、30和40a）人工梭梭生理生化变化（叶片渗透调节物质、丙二醛和叶绿素含量,根系活力）和个体形态特征（叶片、枝条和茎干生物量、枯枝落叶比、株高、冠幅等）以揭示不同种植年限雨养梭梭对土壤水分变化的响应机制。研究结果表明：随着梭梭种植年限增加,人工梭梭林内深层100-120cm和180-200cm土壤水分变化明显,在5-20a保持在3%-4%,而在种植后期（30-40a）土壤水分下降到1%-2%左右。在5-20a,梭梭主要通过显著提高叶片渗透调节物质可溶性糖和可溶性蛋白含量,维持叶片较低的丙二醛含量和较高的叶绿素含量,保持新叶光合能力;同时,显著提高0-20cm根系的活力,增强对表层土壤水分的吸收能力;但在30-40a,梭梭叶片渗透调节物质明显减少,梭梭叶片丙二醛含量增加,叶绿素含量下降,同时叶绿素a,b比例失调,渗透调节作用失效,梭梭叶片老化,老叶比例明显增加,光合作用能力下降,枝条和茎干退化严重,个体生物量进一步减少,在40a梭梭叶片、枝条和茎干生物量下降到最低值。研究表明在年降水100mm左右的荒漠绿洲过渡带,在种植梭梭5-20a土壤水分为3%-4%,梭梭可以通过生理调节适应土壤干燥,但是从30a土壤水分下降到1%-2%时,梭梭主要通过枯枝落叶降低个体蒸腾耗水量,在40a梭梭进入休眠（假死）状态,这暗示土壤水分下降到1%-2%,可能是梭梭的临界吸收土壤水分。     

古尔班通古特沙漠原生梭梭树干液流及耗水量

梭梭广泛分布于我国西部干旱区,利用热脉冲技术对古尔班通古特沙漠生长期原生梭梭的树干液流耗水特征进行了研究。随着水分条件的不同,影响树干液流过程的主导因素有所不同。根区土壤体积含水量在8.7%-12.1%时,梭梭日树干液流量与土壤水分显著相关;土壤含水量＞12.1%时,液流更多的受到气象因素的影响;土壤含水量＜8.7%,树干液流与气象要素之间没有相关性,液流更多的受植物生理特征影响。在土壤水分最丰富的4月份,随着土壤水分的降低,白天与夜间的液流变化趋同;4月份日平均液流量约是5-9月份的2倍。梭梭的液流通量从古尔班通古特沙漠原生林的0.156L?cm-2?d-1到塔中人工滴灌林的0.876 L?cm-2?d-1,均处于正常生长状态,表明梭梭生态需水的可塑性范围较广。基径为7.8cm和9.0cm的梭梭在4月至9月份生长期的实际耗水量分别是95mm和117mm。     

民勤绿洲荒漠过渡带梭梭树干液流的时滞特征

应用Granier热扩散探针测定民勤绿洲荒漠过渡带梭梭人工林的树干液流,将液流与饱和水汽压差(VPD)和光合有效辐射(PAR)数据分别进行逐行错位分析,探讨树干液流与环境因子之间的时滞效应.结果表明: 梭梭日液流速率呈现明显的季节变化,6月平均液流速率最大,8月平均液流速率最小.生长季(5-9月)梭梭树干液流与光合有效辐射、饱和水汽压差存在明显的时滞,树干液流滞后于PAR 80 min,提前于VPD 114 min,且不同月份的时滞长短存在差异.尽管梭梭树干液流在日尺度上更加依赖于PAR的变化,但在白天,树干液流与饱和水汽压差间有更紧密的关系.梭梭生长季树干液流与VPD或PAR之间的时滞与树形因子(株高、地径、50 cm处直径、枝下高、冠幅)及夜间液流量的相关性均不显著.     

基于热扩散技术的梭梭树干液流特征研究

利用TDP热扩散式茎流计,结合自动气象站,对古尔班通古特沙漠南缘原生梭梭的树干液流及环境因子进行连续监测,分析了梭梭树干液流对环境要素的响应,建立了生长季梭梭树干液流与环境因子的关系,估算出梭梭群落的日、季耗水量。结果表明:(1)液流速率日变化主要为单峰曲线,夏季偶有出现双峰曲线,不同季节间的液流速率大小差异显著,夏季树干液流启动早,峰值出现早,夜间持续有微弱的液流;(2)梭梭树干瞬时液流速率与风速、净辐射、空气温度、饱和水汽压亏缺值等因素呈显著正相关,与实际水汽压和空气湿度呈极显著负相关,影响梭梭树干瞬时液流速率变化的关键因子是净辐射和饱和水汽压亏缺值是导致树干液流速率瞬时变化的关键因子;(3)梭梭树干日均液流速率与净辐射、空气温度、实际水汽压、土壤含水率和土壤温度等呈极显著正相关,与空气湿度等呈极显著负相关,与风速相关性不显著,影响梭梭日均液流速率变化的关键因子是净辐射、饱和水汽压亏缺和空气温度。     

荒漠灌木梭梭(Haloxylon ammodendron)周围土壤微生物的空间分布

以古尔班通古特沙漠荒漠生态系统中主要优势种——梭梭(Haloxylon ammodendron)冠幅内外的土壤为研究对象,通过分析从树干基部向外水分和养分变化下土壤微生物生物量、多样性和群落组成的变化规律,试图揭示荒漠生态系统中土壤微生物空间分布的基本特征。微生物生物量和多样性采用磷脂脂肪酸进行测定。结果表明:从树干基部向外,土壤微生物总生物量、多样性以及不同微生物类群的生物量均随土壤水分和养分含量降低而逐渐降低,指示了土壤微生物从裸地向内集聚分布的特征。另外,在微生物群落组成中,不同类群微生物的生物量从树干基部向外的减少程度有所不同,例如,从树干基部附近5 cm处到冠外裸地200 cm处,真菌、细菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌的生物量分别减少了50.25%、84.06%、82.70%、92.57%,指示了细菌从裸地向内集聚分布的程度强于真菌,革兰氏阴性菌从裸地向内集聚分布的程度也较强于革兰氏阳性菌。研究表明,在资源稀缺的荒漠生态系统中,土壤微生物倾向于分布在冠内资源丰富的区域。土壤微生物的空间分布不仅与资源的丰富度有关,而且与微生物自身对环境变化的忍耐性或敏感性有关。     

民勤绿洲荒漠过渡带人工梭梭群落与水土因子的关系

作为绿洲可持续发展的重要生态屏障,人工梭梭群落的演替关系着民勤绿洲的生态安全。以民勤绿洲边缘人工梭梭群落为研究对象,在野外调查的基础上,采用双向指示种分类(TWINSPAN)和典范对应分析(CCA)数量生态学方法分析了人工梭梭群落与水土环境因子的关系。结果表明:(1)TWINSPAN方法将人工梭梭群落划分为4个群丛类型:群丛I梭梭+白刺-沙蒿-盐生草(Haloxylon ammodendron+Nitraria tangutorum-Artemisia frigida-Halogeton glomeratus)、群丛Ⅱ梭梭+沙拐枣-沙米(Haloxylon ammodendron+Calligonum mongolicum-Agriophyllum squarrosum)、群丛Ⅲ梭梭+白刺-芦苇(Haloxylon ammodendron+Nitraria tangutorum-Phragmites australis)、群丛Ⅳ梭梭+柽柳+盐爪爪(Haloxylon ammodendron+Tamarix ramosissima+Kalidium foliatum);(2)CCA排序第1轴代表生境水分及有机质梯度的变化,第2轴代表生境土壤盐分的环境梯度。Monte Carlo检验和前项选择结果表明,人工梭梭群落演替的环境调控因子排序为土壤水分(10%)有机质(9.7%)pH(8.8%)速效磷(8.4%)土壤沙粒(7.8%)地下水埋深(7.8%)样方距离绿洲之间的距离(7.2%)全氮(6.9%)电导率(6.7%)。TWINSPAN分类结果在CCA样方-环境因子排序图中有较好的反映,分类和排序结果较为吻合。(3)土壤含水量、酸碱度、沙粒体积百分比、速效磷、有机质、全氮、电导率与空间因子样方与绿洲的距离解释了物种格局变化的19.8%,其中土壤因子占15.6%,地下水因子占1.1%,土壤与地下水因子交互作用解释部分占3.1%。对于50%以上未能被解释的变异部分,可能归咎于未被选取的环境因子如降水、风蚀沙埋、封禁或者随机过程。     

黄土高原半干旱区侧柏(Platycladus orientalis)树干液流动态

应用热扩散式树干茎流计(TDP)于2008年4～10月对黄土高原安塞县侧柏人工林树干液流速率进行了连续测定,并对周围气象、土壤水分等多个环境因子进行了同步测定.结果表明:侧柏在不同月份晴天树干液流速率变化具有明显的昼夜节律性,呈单峰曲线;且各月液流速率日均值受土壤供水水平限制总体上呈下降趋势,即4月份最大,为0.00135 cm · s-1;10月份最小为0.00011cm · s-1;树干液流速率与光合有效辐射、大气温度、水汽压差呈极显著正相关,与相对湿度呈负相关,其相关程度:光合有效辐射＞水汽压差＞大气温度＞相对湿度,并可用线性表达式来估算;侧柏边材面积和地径呈幂指数关系,并以此结合密度估算出样地侧柏人工林的边材面积为4.65m2,最终估算出侧柏人工林生长季总耗水量为1159.6 t · hm-2.     

环境因子对民勤绿洲荒漠过渡带梭梭人工林蒸散的影响

利用涡度相关系统、土壤水分TDR传感器,于2014年7月—2015年6月连续测定了民勤绿洲荒漠过渡带退化梭梭人工林蒸散量,研究不同天气条件下梭梭人工林的蒸散对外界环境因子的响应.结果表明: 梭梭人工林晴天蒸散量日变化具有明显的季节变化规律.梭梭人工林蒸散量日变化幅度在生长季初期逐渐增大,在生长旺盛期达到最大峰值(0.07 mm·h^-1), 而后逐渐减小,至12月达到最低峰值(0.01 mm·h^-1).不同天气条件下梭梭人工林蒸散日变化波动幅度差异较大,阴天蒸散日变化波动幅度最小,降水后蒸散波动明显增高,强降水(>9 mm·d^-1)后日蒸散量显著增加至雨前的28倍,然后逐渐减少,并持续4个晴朗日后恢复至雨前蒸散量.在整个观测年,梭梭人工林蒸散总量为108 mm,占降水总量的98%,土壤水是梭梭人工林蒸散的水源,为主导因子.净辐射、光合有效辐射、空气温度、水汽压饱和差是决定植被用水和大气边界层水传输的气象动力,为显著影响梭梭人工林蒸散的主要因子.利用日蒸散量与环境因子数据建立了蒸散与土壤含水量和小气候因子的多元回归方程,拟合度(R²)高达0.80.     

民勤绿洲荒漠过渡带人工梭梭种群年龄结构及动态

基于野外样地调查数据,通过分析静态生命表、存活曲线、动态指数等参数,结合时间序列模型,研究了人工梭梭种群年龄结构动态,旨在预测人工梭梭种群演替趋势,为退化人工梭梭种群恢复与重建提供理论依据。结果表明：(1)民勤绿洲荒漠过渡带人工梭梭种群的年龄结构近似于“金字塔”型,幼龄林个体占总物种数的90.1%;(2)人工梭梭种群存活曲线趋近于Deevey-Ⅱ型,为稳定型种群。不同区域人工梭梭种群的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ龄级个体死亡率和消失率最高;(3)动态量化结果显示人工梭梭种群总体均表现为增长型,对外界干扰敏感性较强;(4)时间序列预测分析表明,在未来2、4个龄级时间后,种群Ⅱ、Ⅳ龄级个体数量大幅度增加,人工梭梭种群发展趋势较好。民勤绿洲荒漠过渡带人工梭梭种群为稳定增长型种群,种群具有一定的自然更新能力。针对该种群幼龄个体死亡率较高的问题,未来建议加强对第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ龄级幼株的精准抚育管理,通过人为辅助措施提高幼苗的保存率,促进人工梭梭林的可持续发展。     

梭梭糖基转移酶基因克隆及序列分析

以梭梭叶片为材料,根据其他植物糖基转移酶基因的保守序列设计引物,采用同源基因克隆及RACE-PCR方法克隆到2个同源的序列,分别命名为 HaUGT1和 HaUGT2。基因测序结果显示, HaUGT1基因编码区长1 485 bp,编码495个氨基酸; HaUGT2基因编码区长1 185 bp,编码394个氨基酸。HaUGT1和HaUGT2蛋白具有保守的PSPG 基序、UDP-葡萄糖基转移酶结构域,与其他植物中的糖基转移酶蛋白同源性较高。     

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。     

荒漠绿洲区不同种植年限人工梭梭林土壤化学计量特征

为阐明梭梭建立对林下土壤养分化学计量特征的影响,分析了2、5、9、13、16、31、39a荒漠绿洲区梭梭林灌丛下和流沙区(0a)土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)、碳酸钙(CaCO_3)、速效磷(Available P)含量及其化学计量特征变化规律。结果显示:1)SOC和TN在9a后出现显著的成层化分布,而TP的这一特征相对滞后;不同土壤深度SOC、TN均随林龄增加而显著增加,而TP未表现出明显变化。2)C∶P和N∶P在9a后表现出明显的成层化分布且不同土层C∶P和N∶P随林龄增加显著增加,而C∶N保持相对稳定。3)较低含量的Available P在2a后即表现出0—5 cm含量大于5—20 cm且表层Available P和CaCO3随林龄增加而显著增加。而Ca CO3∶Available P在不同林龄间并未发生显著变化。4)随林龄增加,土壤表层风蚀可蚀性极显著降低且与土壤表层养分含量呈显著的负相关关系。以上结果表明,梭梭的建立提高了土壤SOC和TN含量且随林龄增加变化更显著,而变化较小的C∶N说明土壤氮的形成需要固定比例的碳。变化幅度较小的TP说明主要来源于岩石风化的磷素受时间作用的限制,而较低含量的Available P和变化幅度较小的CaCO_3∶Available P则表明梭梭的生长受P的限制且有限的Available P易被CaCO_3固定。另外,土壤养分含量与土壤风蚀可蚀性显著的负相关关系,进一步说明梭梭的建立改善了土壤质地,增加了土壤养分含量,这对荒漠绿洲区土壤恢复和植被建设有极大的促进和指导作用。     

梭梭林下土壤结皮发育对黄花补血草种群发育格局的影响

通过梭梭林下黄花补血草种群调查,研究土壤结皮发育过程中的无结皮沙地(前期NSC1、后期NSC2)、物理结皮沙地(前期PSC1、后期PSC2)和生物结皮沙地(前期BSC1、后期BSC2)的黄花补血草种群发育格局特征,以揭示梭梭林下土壤结皮发育对黄花补血草种群发育的影响以及植被恢复技术。结果表明:(1)梭梭林下土壤结皮的发育对黄花补血草的种群密度具有显著的促进作用,在BSC1样地达到最大,而对个体冠幅具有前期促进后期抑制的作用,在NSC2样地达到最大,故导致种群总盖度变化不稳定。(2)种群个体发育值呈先增加后减小的趋势,在NSC2样地达到最大;在NSC1-NSC2过程中,土壤结皮发育对种群个体发育具有促进作用,其值逐渐增大,而在NSC2-BSC2发育过程中,土壤结皮发育对种群个体发育的抑制作用逐渐增强,其值逐渐减小。(3)黄花补血草种群优势级层位于较低级层,随着土壤结皮的发育,呈先增加后减小的趋势,其峰值在BSC1样地,而种群级层越高,该级层的峰值则逐渐向土壤结皮发育前期移动,其峰值在NSC2或PSC1样地。研究认为,梭梭林下土壤结皮发育对黄花补血草种群密度具有促进作用,但对种群内植株个体发育具有前期促进后期抑制的作用,该结论对梭梭林下黄花补血草植被恢复具有积极的指导意义。     

肉苁蓉寄主梭梭根际土壤微生物种类及群落结构特征

为探索梭梭根际土壤微生物结构特征及其与肉苁蓉寄生的关系,应用磷脂脂肪酸(PLFA)法分析了5—8月份梭梭生长季节的根际土壤微生物种类及群落结构特征,采用湿筛倾注-蔗糖离心法对其根际土壤AM真菌进行了初步分离和鉴定,并分析了肉苁蓉寄生与梭梭根际微生物及环境因子间的相关性。结果表明,5—7月3个月份的梭梭根际土壤微生物磷脂脂肪酸种类及含量均显著高于8月份,总磷脂脂肪酸和AM真菌磷脂脂肪酸以6月份含量最高。梭梭根际土壤共鉴定出AM真菌4属35种,它们分别为球囊霉属(Glomus)22种、无梗囊霉属(Acaulospora)7种、多孢囊霉属(Diversispora)3种和巨孢囊霉属(Gigaspora)3种。其中以黑球囊霉(Glomus melanosporum)和双网无梗囊霉(Acaulospora bireticulata)为优势种群,并且发现了与寄生有关的巨孢囊霉属AM真菌。6月份和8月份的AM真菌孢子数量最多,而5月份的AM真菌孢子数量最低。6月份梭梭根际土壤提取液得到的肉苁蓉种子萌发率(65.94%)和田间接种寄生率(59.19%)均为最高值,而5月份土壤提取液测试得到的肉苁蓉种子萌发率最低。因此,推测梭梭根际AM真菌可能参与了肉苁蓉的寄生过程。相关分析表明梭梭根际土壤微生物种类和数量主要与土壤温湿度和土壤理化性质相关性较大,其中可能与寄生有关的真菌数量与土壤温度呈显著正相关;肉苁蓉寄生率与土壤温度及土壤养分呈显著负相关。研究为解析梭梭根际土壤微生物在肉苁蓉寄生过程中的作用以及指导肉苁蓉人工种植提供参考。     

西北荒漠绿洲过渡带土壤细菌结构和氮代谢对梭梭恢复的响应

探究植被恢复过程中土壤微生物群落结构和氮代谢变化,是认识陆地生态系统生物地球化学过程的重要环节。然而,关于干旱区荒漠人工植被种植后土壤微生物功能的研究鲜有报道。选择西北荒漠绿洲过渡带建植时间序列(3、6、11、19、28a和46a)梭梭(Haloxylon ammodendron)林为研究对象,取冠层下表层土样(0-10 cm),流动沙地(Ms)作为对照,采用高通量测序技术,探究土壤细菌群落多样性、结构、氮代谢及功能基因对梭梭恢复的响应,考察土壤细菌群落结构变化的关键驱动因子。结果表明,放线菌门(Actinobacteriota)和变形菌门(Proteobacteria)是所有样地的优势细菌类群。Shannon指数随梭梭种植年限增加显著增加,表明梭梭建立显著提高了土壤细菌群落多样性。样本层级聚类分析显示不同年限梭梭林土壤细菌群落被分为3个小组,非度量多维尺度(NMDS)分析表明梭梭的建立显著改变了土壤细菌群落结构。Spearman相关性分析显示土壤含水量(SM)、有机碳(SOC)、速效磷(AP)和速效钾(AK)显著影响土壤细菌群落结构,且呈显著正相关。土壤细菌氮代谢主要以同化和异化硝酸盐还原为主,硝酸盐还原基因(NRG)丰度是氨氧化基因(AOG)的17.5-126.9倍,表明反硝化速度快于硝化速度。NRG/AOG随梭梭种植年限增加而下降,表明梭梭生长有助于土壤氮的积累。研究结果有助于对干旱荒漠生态系统恢复过程中植物-土壤相互作用方面的理解。     

不同年代梭梭同化枝解剖结构特征及其对土壤条件的响应

叶片是植物与外界环境进行能量、水气交换的主要器官,对环境变化较敏感且可塑性较大.该研究以民勤不同年代梭梭同化枝为研究对象,采用石蜡切片法,分析不同年代梭梭同化枝解剖结构变异特点及其与土壤条件的关系,旨在探讨梭梭同化枝在干旱环境的生态适应机制.结果表明:(1)除角质层和导管孔径,不同年代梭梭同化枝解剖结构指标差异显著(P...