天山北麓典型地段植被对景观格局和动态的指示意义

景观是由气候、地貌、水文、土壤、植被等组分构成的综合体。这些组分之间相互影响、相互作用,其中植被对其它组分的反映最为敏感。研究了天山中段北坡从中山开始,向下经准噶尔盆地南缘壤质和黏土荒漠,到古尔班通古特沙漠南缘的范围内,以典型温带荒漠植被为主的天然植被格局及其与环境梯度的关系,并以此为基础探讨了干旱区荒漠植被对于景观格局及相应的景观过程的指示意义。结果表明,土壤质地对研究区植被类型有显著的影响,白梭梭-梭梭群落、梭梭群落、琵琶柴群落对细粒物质的偏好依次增大,对粗粒物质含量则有相反的规律;研究区壤质和黏土荒漠中的白梭梭-梭梭群落可以作为景观中土壤沙化过程的指示体。在对土壤含盐量的适应性方面,琵琶柴群落高于梭梭群落,分布在总盐含量更高的生境中,柽柳群落则对土壤盐分没有明显的偏好;盐生矮半灌木群落可以作为土壤盐渍化过程的指示体。在对土壤水分与地下水位的适应性方面,柽柳群落表现出较明显的对高的土壤含水率的偏好,可以指示景观中具有优良生境的斑块。荒漠化过程是干旱区重要的景观生态过程,主要表现为土壤沙化和土壤盐渍化,而这两个过程都有非常明显的植被表征,因此,在以荒漠化动态为目标的干旱区景观动态分析中,可以通过植被的演化来推断景观格局的动态变化,进而推断荒漠化动态。     

离子吸收分布与几种荒漠植物适应性的关系

用压力室灌流挤压法结合原子吸收分光光度计测定了胡杨、沙枣、柽柳、梭梭和花棒等5种荒漠优势植物组织以及细胞内和质外体溶液中K+、Na+含量,并用TPS-1型光合蒸腾测定系统和露点微伏压计测定了叶片(同化枝)的蒸腾速率和组织渗透势,以分析荒漠植物离子吸收特点与其适应性的关系。结果表明:5种植物叶片(同化枝)中K+含量差异较小,但Na+含量却有极显著差异,其中梭梭Na+含量最高、胡杨和柽柳次之、花棒和沙枣相对较低,且梭梭和柽柳的根系和组织细胞膜对Na+也具有更高的透性。另外,实验结果还显示组织Na+含量与组织渗透势和蒸腾失水率均呈显著负相关,即Na+的吸收、积累可能在渗透调节和减少水分散失中具有重要作用。由此可见,梭梭和柽柳能够通过大量吸收和积累无机离子来降低渗透势、增强吸水力,同时减少蒸腾失水,具有很强的荒漠环境适应能力;而胡杨蒸腾耗水量较大、花棒和沙枣生理吸水的动力不足,与梭梭和柽柳相比,其荒漠环境适应能力相对较弱。     

共生条件下三种荒漠灌木的根系分布特征及其对降水的响应

以全根系挖掘法,对共生于原始盐生荒漠生境中的多枝柽柳[Tamarix ramosissima (Ledeb.)]、梭梭[Haloxylon ammodendron(C. A. Mey.)Bunge]、琵琶柴[Reaumuria soongorica (Pall.) Maxim.]的根系分布特征进行了研究;对降水引发的湿润-干旱周期中植物同化枝水势、蒸腾速率的变化过程进行了跟踪观测,并据此计算3种植物的水分胁迫效应指数和土壤-植物系统导水度,以最终确定3种植物用水策略和其对降水的响应特征.研究结果表明,多枝柽柳的吸收根系分布范围从地下50cm到310cm,单株平均总吸收根表面积为30249.2cm2;梭梭的根系分布范围0～250cm,单株平均总吸收根表面积12847.3 cm2;琵琶柴的根系分布范围0～80cm,单株平均总吸收根表面积361.8 cm2.多枝柽柳为深根植物,主要利用地下水和深层土壤水,在降水引发的湿润-干旱周期中,其植物水分生理参数对降水无响应.琵琶柴为浅根植物,对降水响应极为显著.梭梭的根系分布特征介于多枝柽柳和琵琶柴之间,对地下水和降水都有利用,对降水响应显著.3种荒漠灌木对降水的响应差异显然与其根系分布、水分利用策略密切相关,在未来降水发生变化的情景下,根系分布特征的差异将决定着植物在水分资源竞争中的地位.具有较强根系形态可塑性的物种,如梭梭,将具有明显的竞争优势.     

淋洗与植物作用耦合对盐渍化土壤的改良效应

以甘肃秦王川引大灌区盐渍化土壤为背景,以当地5种耐盐植物为材料,采用根袋法盆栽试验动态研究了淋洗结合植物种植对盐渍化土壤改良的效应。结果表明:与种前相比,单纯的淋洗作用对土壤pH值影响不大,而淋洗结合植物种植明显降低了土壤pH值,且根际土壤pH值小于非根际土壤的,5种耐盐植物中霸王根际土壤pH值降低幅度最大,达0.6个单位。K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Cl-和SO2-4在5种植物根际土壤中均有不同程度的富集,富集程度因物种的不同而不同,随培养时间的延长而呈波动状态。5种供试植物和对照组土壤中的6种主要的可溶性盐分离子随淋洗次数和培养时间的延长呈下降趋势。在培养120d后,单纯淋洗的土壤中K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Cl-和SO2-4的含量相比种前平均分别降低了33.3%、26.1%、35.6%、32.5%、35.5%和36.3%,植物吸收带走的上述各离子的含量平均分别占种前的46.2%、8.1%、30.2%、7.2%和21.6%,其中霸王吸收带走的盐分离子最多,而淋洗结合种植植物的土壤中上述各离子的含量与种前相比平均分别降低了67.25%、63.73%、83.8%、67.5%、81.55%和78.46%,由此可见,淋洗结合植物种植的脱盐效果优于单纯淋洗,且土壤中主要的盐分离子Na+、Cl-和SO2-4的含量降低幅度最大,通过计算得出,在Cl-、SO2-4和Na+减少的总量中还有37.73%的Na+、38.22%的Cl-和35.14%的SO2-4的减少量是由植物根系的物理化学作用机制引起的。     

五种沙生植物根际土壤的盐分状况

以根袋模拟法,研究了古尔班通古特沙漠5种常见沙生植物梭梭(Haloxylon ammodendron Bge)、白梭梭(Haloxylon persicum Bge)、刺沙蓬(Salsola Rathenica Iljin)、骆驼蓬(Peganum harmala Linn)和骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap)根际土壤的pH值和盐分状况,结果表明:5种植物根际土壤的pH值均小于非根际土壤,其中梭梭根际土壤和非根际土壤差值最大,达0.3个单位;5种供试植物根际土壤的电导率均高于非根际土壤,除刺沙蓬外其它供试植物均差异显著(p<0.05);可溶性总盐含量在根际土壤中均出现了聚集的现象,主要是SO2-4、Ca2+和Mg2在根际的聚集,Cl-主要在骆驼刺根际中出现了聚集现象,在其他植物根际和非根际中没有显著变化;5种供试植物中骆驼刺根际土壤盐分聚集最为明显;从Cl- / SO2-4、Na+/ K+、Na+/ Ca2+和Na+/ Mg2+的值可以看出,沙生植物根际土壤主要是硫酸钙、镁盐的聚集,而非氯化钠的聚集.以上结果说明,沙生植物能够通过根际调节降低根际土壤的pH值,从而促进植物对土壤中养分以及水分的利用,同时沙生植物根际土壤中盐分聚集的现象为植物根际的"盐岛"效应的发生提供了很好的依据.     

干旱区典型盐生植物群落土壤团聚体组成及有机碳分布

以干旱区玛纳斯河流域扇缘带为研究区,分析了花花柴(Karelinia caspia)、雾冰藜(Bassia dasyphylla)、梭梭(Haloxylon ammodendron)和柽柳(Tamarix ramosissima)4个典型盐生植物群落土壤团聚体的组成及有机碳分布。研究表明:不同植物群落土壤团聚体均以0.25—0.053 mm粒径为主,占了46.7%—74.6%,且与其他粒径差异显著(P0.05),0.25 mm和0.053mm粒径土壤团聚体含量较少,仅占7.8%—43%。梭梭群落0.25 mm团聚体平均含量较高,达32%。不同植被群落土壤总有机碳介于2.01—8.73 g/kg之间,不同粒径团聚体有机碳介于1.70—13.68 g/kg之间。不同群落之间,梭梭和柽柳群落总有机碳和团聚体有机碳含量均相对较高,且随着土层深度下降而下降。不同粒径之间,有机碳含量在0.25—0.053 mm粒径最低,在0.25 mm和0.053 mm粒径中最高,呈现"V"型分布且差异显著(P0.05)。0.25—0.053 mm团聚体中有机碳含量的贡献率最高,达43.43%,而0.053 mm粒级贡献率较低,但有机碳含量较高,说明了小粒径团聚体对有机碳保护能力较强。土壤有机碳含量与0.25—0.053 mm团聚体含量呈显著负相关(P0.05)。而从整体来看,梭梭群落0.25 mm团聚体比例较高,且土壤有机碳和团聚体有机碳含量也较高,说明了在该研究区,梭梭群落聚集土壤养分能力较强,相对其他群落更有利于土壤有机碳的积累。     

古尔班通古特沙漠西部地下水位和水质变化对植被的影响

通过对比分析古尔班通古特沙漠西部3a地下水位和水质的变化特点,研究了地下水位和水质变化对地表土壤理化性质、植物多样性、及建群种梭梭种群生长与更新的影响。发现地下水位和土壤理化性质空间变异较大,最浅地下水位为3.3 m,最深可达24.2 m,主要集中在6-8 m;土壤电导率、pH值、Cl^-和SO₄^2-均在表层0-40 cm含量较高,变异系数随土层深度的增加而减小。在时间上地下水位受准噶尔盆地上游农田用水的影响,水位呈季节性波动。一年中最高水位出现在4月,最低水位在7月。玛纳斯河向下游输水对提高盆地地下水位具有明显作用,地下水位平均可升高4.3 cm,地下水矿化度平均增幅1 g/L。地下水位对退化区物种多样性影响不大,但对梭梭生长产生显著影响。梭梭生长的适宜地下水位为5-8 m,且地下水矿化度小于4 g/L。地下水位大于8 m导致梭梭种群衰退,而地下水位小于4 m时,地下水矿化度影响土壤表层积盐,进而显著地降低物种多样性,阻碍梭梭幼苗更新,导致梭梭种群衰败。总结认为准噶尔盆地上游的玛纳斯河断流和农业灌溉对古尔班通古特沙漠西部平原地区的地下水位和水质产生显著影响,梭梭退化与地下水位变化显著相关,必须引起高度重视。     

3种荒漠灌木的用水策略及相关的叶片生理表现

以新疆古尔班通古特沙漠南缘原始盐生旱生荒漠的3种建群灌木多枝柽柳(Ｔamarix ramosissima)、梭梭(Ｈaloxylon ammodendron)和琵琶柴(Reaumuria soongorica)为对象,跟踪自然降雨过程,利用LI-6400光合作用系统和Model 3005植物水分压力审测定光合作用和叶水势的变化,以研究浅层土壤水分条件改变对荒漠灌木主要叶片生理特征的影响;并在原始生境中将植株根系完整地深挖取出,进行根系形态结构调查,以确定此3种灌木根系功能型与用水策略。当浅层土壤分别处在水分充足及匮缺的条件下时．测定3种灌木的光合作用响应曲线和日过程曲线．以及黎明前和止午叶水势,结果表明：浅层土壤水分状况变化时,3种灌木的光合能力均没有显著改变;多枝柽柳的叶水势亦没有明显波动;而梭梭和琵琶柴的叶水势却表现出显著差异。在两种功能型根中,多枝柽柳为深根型,生存和乍理活动的维持主要依赖于地下水;而梭梭和琵琶柴为非深根型植物,主要水源是降水形成的浅层土壤水,其用水策略是根据水分条件行效调节根系和冠层生长,从而维持正常的光合作用。即荒漠灌木在长期适应的过样中．已形成不同的根系功能型和用水策略;叶水势对浅层土壤水分状况变化的种间差异性响应在一定程度上反映了这一点。同时．此3种荒漠灌小通过不同的个体适应策略都能够实现水分平衡和碳收支的有效调节,这主要体现为浅层土壤水分条件变化时光合响应的种间一致性。     

几种荒漠植物地上生物量估算的初步研究

在调查植物样方的基础上,利用植株冠幅特征如冠幅长与宽、株高、基径、新生枝条数、总枝条数等作为变量建立了估算典型荒漠植物地上生物量的模型,利用植株冠幅长与宽所建拟合方程对估算琵琶柴灌丛生物量的精确度较高,经验证,预测值与实测值的相关系数为O．9989,相对误差在4．79％～10．12％之间利用植株株高、基径所建拟合方程对估算梭梭、多枝柽柳生物量计算值与实测值的相关系数在0.9418以上,显著性检验表明相关系数均为极显著经验证,预测值与实测值的相关系数分别为0．9902和0．9875．相对误差分别为6．87％～19．22％和7．49％～18．47％。研究表明,在大面积荒漠植物生物量研究中,利用植株冠幅特征作为变量来估算琵琶柴灌丛地上生物量方法简便可行,用来估算梭梭、多枝柽柳等灌木地上生物量时存在一定误差     

近10年艾比湖湿地不同植物群落土壤水分 盐分 养分变化特征

为研究新疆准噶尔盆地艾比湖湿地不同植物群落近10年土壤水盐及养分的动态变化,以环湖1周160km范围内的典型植被梭梭-柽柳、梭梭、胡杨、芦苇群落为研究对象,分析其在2006和2015年土壤含水量、盐分含量、pH值和有机质含量的变化和空间分布特征。结果表明:(1)近10年艾比湖湿地不同植物群落土壤有机质含量和含水量明显下降且整体水平较低,二者分别下降了24.65%~48%和5.41%~20.16%;土壤含盐量、pH值分别上升81.92%~128.74%和2.99%~4.21%,土壤盐碱程度加强。(2)通过土壤水分-盐分-养分空间分布分析显示,各群落近10年土壤盐渍化增加、养分降低程度大小表现为梭梭-柽柳群落胡杨群落梭梭群落芦苇群落,其中梭梭-柽柳群落土壤达到重度盐化水平,有机质降到6级,而其他群落土壤均为中度盐化,有机质为4级,但芦苇群落土壤退化程度较小。研究发现,近10年艾比湖湿地不同植物群落土壤养分不断下降、水分含量降低、盐渍化程度加剧,土壤处于退化状态;土壤质地、降水和气温暖干化是不同植物群落下土壤退化程度差异的基础,人口、耕地面积和农业用水等人类活动使各群落土壤退化程度的差异更加显著。     

准噶尔盆地典型地段植物群落及其与环境因子的关系

沿88°E线,南北纵穿新疆北部准噶尔盆地,选择环境梯度明显的典型地段,设置33个具有代表性的野外样方,应用TWINSPAN与DCCA分析样方的物种数据和环境数据。研究结果表明:(1)样方TWINSPAN分类结果的第一级分类将分布于流动、半流动沙丘(垄)上的白梭梭群落与固定、半固定沙地上的梭梭群落区分开来,进一步的分类,可将33个样方划分为12个组。35种优势植物种TWINSPAN第1级分类把沙漠内部植物种与外缘物种分开。第2级分类把沙漠内部垄上与垄间植物种以及沙漠外缘旱生、中生和盐生植物种分开。(2)在各种环境因子中,土壤水分与相对高度(或地面活动性)是影响植物群落分布的最主要环境因子,DCCA第一排序轴反映生境水分环境条件,第2轴反映土壤结构梯度的变化。(3)除相对高度(或地面活动性)与土壤水分外,在沙漠南部外缘的山前冲积、洪积扇扇缘,土壤盐分状况亦为植物生长的重要胁迫因子;在沙漠北部外缘的砾石戈壁平原,基质的机械组成对群落分布格局有重要影响;在沙漠内部,土壤质地、地面坡度对植物群落的分布有较大影响。(4)以沙漠为中心的准噶尔盆地地势相对高度与地面活动性、土壤有机质与土壤粘粒、土壤水分与土壤总盐、pH值、有机质、相对高度之间存在显著相关关系。     

大尤尔都斯盆地沼泽边缘植被分布与环境因子关系研究

新疆天山中部的大尤尔都斯盆地,是世界著名的天鹅保护区,由于受特殊地理位置及地形的影响,该区域植被分布以高山沼泽植被及高山草甸、草原植被为主。中国科学院新疆生物     

无灌溉管件防护梭梭荒漠造林新技术及其示范推广

梭梭是我国荒漠生态恢复和重建首选植物之一,但在无灌溉条件下人工直播苗和移栽苗存在生长缓慢、保存(成活)率很低(≤10%)的瓶颈问题.研究发现,除干旱、风沙和小动物啃食等危害外,苗期茎基部接触的地表层(0~2 cm)高温(≥50℃)灼伤胁迫也是导致这一瓶颈问题的重要因素,但在荒漠造林实践过程中,这一胁迫因素往往被忽视.针对这一胁迫因素,本实验室发明了"无灌溉管件防护梭梭荒漠造林技术",经几年、多个荒漠生境的检验,该项新技术适宜在地下水位相对较高、或湿沙层相对较丰富的荒漠半荒漠地区使用,适合流动半流动沙丘,更适合固定沙丘、戈壁、壤漠等.它具有可有效降低地表层高温、风沙以及小动物啃食等的胁迫伤害,操作简单,不需灌溉,适宜秋植和春植,既可直播也可移栽等优点,从而可有效提高梭梭直播苗和移栽苗的保存率(平均在70%以上)、提高年生长量(20%以上).此外,该技术也可应用于其他荒漠药用、食用、生态植物种植或造林过程中.目前,该技术正在新疆、内蒙古和甘肃等省荒漠地区大面积示范推广应用中.     

固沙树种梭梭在不同水分梯度下的光合生理特征

对不同水分梯度下梭梭光合作用的研究发现,地下水位、土壤含水量、灌水量对梭梭的光合具有明显的影响。在1．4m、2．4m、3．4m地下水位下,梭梭的光合速率、呼吸作用、量子效率随水位的降低而降低,光补偿点随水位的降低而增大;在滴灌供水时,梭梭的光合速率较对照明显提高,且灌水量越大,梭梭的光合速率越高;半流动沙丘、丘间低地、粘土沙障固定沙丘退化梭梭的光合作用的强弱同其林地土壤水分的高低基本一致。7月,不同水分梯度下的梭梭光合作用均表现出午休现象,9月只有立地条件较差的梭梭发生光合午休,而且9月光合作用要强于7月,说明9月环境条件更有利于梭梭生长。     

NaCl抑制棉花幼苗生长的机理—盐离子效应

75和150 mmol/L NaCl处理.降低棉花幼苗叶面积、叶相对扩展率,蒸腾和木质部汁液K~ 浓度;而增大叶细胞质膜透性、渗透势、叶Na~ 含量和木质部汁液Na~ 和Cl~-的浓度。生长在75mmol/L NaCl加压(根际)和不加压条件下的棉花,叶面积、叶相对扩展率、蒸腾、叶质膜透性和渗透势的变化基本一样。这些结果表明棉花幼苗的拒盐能力不大,盐害的原因是盐的原初效应,而不是盐的次生效应。另外,盐对棉花幼苗叶相对扩展率和质膜透性的效应在生长后期降低,表明棉花幼苗也具有一定的耐盐能力。     

准噶尔盆地侏罗纪介形类新知

准噶尔盆地侏罗纪介形类已由众多中外地层古生物工作者进行过数十年的研究并有系统成果问世。本文仅介绍两个侏罗系化石点,作为前人工作之补充,充实已有化石记录,也提出了进一步划分的建议和依据。     

山东寿光不同种植年限设施土壤的酸化与盐渍化

以山东寿光不同种植年限设施菜地为对象,研究并分析了土壤的酸化与盐渍化状况,结果表明:设施菜地土壤pH值平均为6.86,全盐含量为2.47g.kg-1,与露天菜地、自然土相比有较明显的酸化与盐渍化现象;设施菜地在连续种植0-12.7a间,土壤pH值随种植年限增加而降低,12.7a后则出现随种植年限增加而升高的现象,土壤全盐含量则表现出与pH值相反的变化趋势,其发生变化的转折年限约为8.4a;设施土壤中的Na+,Mg2+,Cl-,SO24-含量随种植年限的变化均表现出与土壤全盐量相同的趋势,且与种植年限的相关性均达到显著水平,这4种离子含量的变化可能是导致土壤全盐量随种植年限变化的重要原因;从土壤盐分离子组成来看,设施菜地土壤主要以SO42-、Cl-、Ca2+为主,分别占全盐量的62.4%、10.6%、9.3%,设施菜地中SO24-、Cl-、Mg2+、Na+含量与全盐量均呈极显著相关,其中相关性程度最大的为SO24-(r=0.9291)和Mg2+(r=0.7224)。设施菜地中SO24-含量与pH值变化存在极显著相关(r=-0.5508),其大量累积可能是造成调查区域设施土壤酸化的重要原因。     

干旱区不同草地土壤植物系统水盐的特征

 土壤水盐状况对干旱区草地植物群落的种类组成有直接的影响。本文通过3年对土壤水盐动态(1m土壤含盐量、潜水埋深和矿化度)的定位定点监测,系统地划分出水盐等级指标,并结合草地调查,阐述了不同草地类型与水盐状况的关系,将新疆呼图壁草地生态试验站天然草地划分为沼泽化低地草甸、盐化低地草甸、重盐化低地草甸、盐土荒漠和重盐土荒漠五个亚类。     

集成微管路电位分析及其在生态学研究中的应用

本文介绍了集成微管路电位分析原理,实验装置、分析特点及其在生态学研究中的应用。采用此微型装置测定了土壤、植物、水、血清、药物中的K~ 、Na~ 、Cl~-、pH、NH_3、NO_3~-、Ca~(2 )、Mg~(2 )、F~-、CN~-、I~-、S~-/Ag~ 、阿托品、东茛菪碱等,并和各种标准分析方法进行了比较,结果一致。鉴于集成微管路引入分析领域所提供的优点,它将在生态学研究中发挥重要作用。     

Effects of ground water and harvest intensity on alkaline grassland ecosystem dynamics – a simulation study

A model for the alkaline grassland ecosystems, MAGE, was applied to plant communities dominated by three species. Field observations on two communities dominated respectively by Puccinellia tenuiflora and Suaeda corniculata were used to parameterize the model for multiple species interaction. The model behaves reasonably in following the seasonal variations of water content, soluble sodium cation and calcium cation in surface soil, as well as biomass of the plant communities.Simulations were run to investigate the effects of ground water quality, ground water table depth, maximum non-capillary porosity in surface soil and harvest intensity, on ecosystem dynamics. The results indicated that ground water sodium concentration and ground water table depth had primary control on soil alkalization and vegetation status. The improvement of soil conditions by vegetation is limited to an extent with moderate ground water depth and sodium concentration. Non-capillary pores are critical for vegetation to affect the soil alkalization/de-alkalization process, but the effect of non-capillary pores tends to saturate when maximum non-capillary porosity is greater than 0.1.