中国沙区公路风沙危害及防治研究进展

本文聚焦公路风沙问题,回顾了中国沙区公路的发展历程、现状与特点,围绕公路沿线风动力环境、沙害特征、致灾机理、风沙防治措施、防护体系结构组成和防护效益等,系统总结了中国沙区公路风沙防治取得的成果以及存在的问题。针对公路沿线流沙和戈壁地表以及区域自然特征的差异,兼顾风沙防治、绿色廊道建植与景观功效,确保沙区公路防护体系持续稳定和效能发挥,系统梳理了中国沙区公路3种典型风沙防治模式。基于中国公路网络骨架体系日益完善的切实需求和沙区公路安全运营面临的挑战,侧重加强高速公路风沙防治工程技术的提升,提出了中国沙区公路未来的研究重点和发展趋势。     

荒漠土壤氧化亚氮排放及其驱动因素研究进展

氧化亚氮(N₂O)具有寿命长、增温潜势高且对臭氧层破坏性大等特点,陆地生态系统是其产生的主要来源。温度升高、降水变化以及由此引起的土壤中多种生物过程的改变,会促进或抑制N₂O排放,进而对环境产生深远影响。基于此,本文回顾和总结了有关国内外荒漠区土壤N₂O排放的研究进展,分析了荒漠土壤N₂O的产生-排放过程及排放通量,并详细综述了环境因子、土壤生物和非生物因素对荒漠土壤N₂O排放的影响机制。结果表明：荒漠土壤N₂O排放由硝化作用和反硝化作用主导,且具有明显的季节特征,具体表现为生长季排放量高,非生长季排放量低甚至为负。在总结已有研究的基础上,展望了荒漠区土壤N₂O排放的研究方向及亟待解决的问题：(1)基于同位素示踪技术及分子生物学技术探究微生物及相关功能基因对荒漠土壤N₂O产生和消耗的影响;(2)探究不同时间尺度(日、月、季节以及年际)多因素交互作用下荒漠土壤N₂O排放规律;(3)完善荒漠生态...     

阿拉善高原荒漠植被组成分布特征及其环境解释Ⅰ.典型荒漠植被分布格局的环境解释

阿拉善高原是亚洲中部荒漠亚区的一个植物地理区域,特殊的地理位置和严酷的气候条件形成了该区独特的植被组成。目前由于气候的干暖化、黑河断流、森林草原的过度开采利用以及人口的激增等,给当地的农牧业发展、生态环境的可持续发展和利用带来严重障碍。如何有效地管理和利用当地的草场资源是当地政府和科研人员面临的首要问题。通过分析环境因子和植被分布的相互关系,来确定影响该区草场资源分布的主要环境因子。通过对52个样地的植被调查资料进行分析,发现所调查到的70种植物包括16个科和46个属,其中一年生植物占7.1%,灌木和小灌木占52.9%。种数最多的4个科是豆科(Leguminosae)、蓼科(Polygonaceae)、禾本科(Gramineae)和菊科(Compositae),分别占到总种数的20.0%、15.7%、14.3%和14.3%。高位芽和地面芽是主要的生活型,这代表了沙漠植物典型的生活型谱。采用二歧双向指示种分析（TWINSPAN）,将所调查植被分为6个类型,每个植被类型及相应的土壤特征代表了特定的地理单元。此外采用除趋势分析（DCA）和典范对应分析（CCA）方法研究了植被分布和环境变量二者的关系。环境因子主要有29个:其中包括18个土壤因子、8个气候因子和3个地理位置因子。DCA和CCA分析的结果一致,都表明植被分布和环境因子之间相关性较强。其中,CCA的第一轴主要代表了土壤有机质、全氮、沙黏粒含量、海拔、Kira湿度指数以及相对湿度,而CCA第二轴主要和Cl-、K+、Mg2+和电导率相关。这两轴在解释植物-环境关系的过程中累积贡献率达到60%,说明前两轴代表的环境因子是决定该区荒漠植被分布的主要因子。这一结果阐明了阿拉善干旱荒漠区植被分布的独特性,以及与关键环境因子之间的作用机制,这为该区域荒漠草场的恢复和管理提供了一定理论基础。     

饱和流沙和苔藓结皮在蒸发过程中的水分特征研究

利用Star-1微型水分蒸发测定系统（SC-DLO,Wageningen, Netherlands）研究了饱和流沙（后文简称流沙）和苔藓结皮（取自1956年人工固沙植被区）蒸发过程中水势、蒸发量和水分特征曲线的变化特点。研究发现,流沙和苔藓结皮的水势在蒸发过程中呈现出各自特点,而且其蒸发的持续时间也具有明显差异;流沙和苔藓结皮的蒸发量都经历了先稳定,后增加,最后又降低三个过程,但流沙的蒸发量比同期纯水稍高,而苔藓结皮与纯水基本无明显差异;在相同吸力条件下,流沙释放的植物可以利用的有效水比苔藓结皮多近1/5,故苔藓结皮的持水能力明显强于流沙。对流沙和苔藓结皮蒸发过程中的水势、蒸发量和不同吸力条件下土壤体积含水率所做的统计分析表明:流沙和苔藓结皮的水势和不同吸力条件下土壤的体积含水率具有显著性差异,而两者的蒸发量没有明显差异。     

阿拉善荒漠典型植物功能群氮、磷化学计量特征

氮（N）、磷（P）作为荒漠生态系统重要的养分元素和限制性因子,在维持植物功能群组成及结构稳定、生态系统内养分循环中发挥着重要的作用。本研究沿水热梯度从东至西在阿拉善荒漠设置52个调查样地,通过对优势植物的调查取样,分析了荒漠植物不同功能（类）群N、P元素的生态化学计量特征,并就N、P含量及N：P值对荒漠植物的限制性作用进行了检验和讨论。结果显示：（1）所调查阿拉善荒漠区植物叶片的N、P含量分别为10.65±7.91 mg·g^-1和1.04±0.81 mg·g^-1,N：P值为11.53±5.06,叶片N含量与P含量及N：P值均显著正相关,P含量与N：P值显著负相关;通过对比分析认为该区植物同时受到N、P双重制约,且更易受N限制。（2）从植物生活型比较,认为草本植物叶片N、P含量均高于灌木植物叶片,而灌木植物叶片的N：P值大于草本植物;对光合作用途径分析发现,C₃植物叶片N含量高于C₄植物叶片,而C₄植物叶片P含量高于C₃植物叶片;从系统发育类型方面分析,认为单子叶植物叶片N含量低于双子叶植物叶片N含量,而P含量则高于双子叶植物叶片P含量。     

阿拉善高原荒漠植被组成分布特征及其环境解释 Ⅴ.一年生植物层片物种多样性及其分布特征

阿拉善荒漠常见的37种一年生植物,隶属于9科27属,可划分一年生藜科、一年生禾草、一年生蒿类和一年生杂类草共4个类群,主要由藜科的猪毛菜类构成,占总数的将近一半,其次为禾本科的小禾草类和菊科的蒿类。阿拉善荒漠一年生植物层片由12种区系地理成分组成,其中以亚洲温带、亚洲荒漠成分为主,阿拉善特有成分次之,表现出阿拉善一年生植物层片是作为古地中海旱生植物后裔的古老性和温带干旱荒漠的性质。通过Twinspan分类、CCA排序以及一年生草本物种多样性与环境因子的逐步回归,发现影响阿拉善荒漠一年生植物层片组成及分布特征的关键环境因素包括:第一类是水、热和光照条件,主要包括年均降水量、积温和光照时间;第二类是土壤的粉粒含量;第三类是表征土壤盐碱化程度的指标,包括SO24-、Mg2+、电导率、HCO3-。气候,特别是降水的波动直接决定着一年生草本植物在荒漠群落中层片构成,此外土壤质地也是一年草本植物定居和繁衍的重要基础,在一定的程度上支持了荒漠草地生态修复的理论假说。     

矿业废弃地先锋植物盐生草在镍、铜处理下抗氧化酶系统的变化

采用温室盆栽法,研究镍(Ni)、铜(Cu)单一处理（0、50、100、200、400 mg·kg-1）对金昌Ni/Cu尾矿库先锋植物盐生草(Halogeton glomeratus)幼苗Ni、Cu积累、膜脂过氧化程度与抗氧化酶系统的影响。结果表明：盐生草幼苗叶片及根部Ni、Cu含量随土壤中Ni、Cu含量的增加而增加,Ni、Cu含量以根部含量为高;叶片及根部丙二醛(MDA)含量随Ni、Cu处理浓度升高显著增加,膜脂过氧化程度加剧;Ni胁迫下盐生草叶片中仅抗坏血酸酶(APX)活性随Ni浓度增加总体呈增加趋势,在对抗Ni胁迫引起的氧化胁迫方面发挥着主要作用,根部超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、APX和谷胱甘肽还原酶(GR)活性随Ni浓度增加呈上升趋势,在减轻Ni胁迫引起的氧化损伤方面起着重要作用;Cu胁迫下盐生草叶片SOD和APX活性较对照有所增强,在减弱Cu胁迫引起的氧化损伤方面发挥着一定作用,根部上述5种抗氧化酶活性随Cu浓度增加总体呈增加趋势,在缓解Cu胁迫引起的氧化损伤方面发挥着重要作用。     

生物土壤结皮对土壤微生物量碳的影响

微生物量碳是土壤有机碳的重要组成部分,是判别退化系统生态修复的重要指标之一。为了探明生物土壤结皮对土壤微生物量碳的影响,以腾格里沙漠东南缘的人工固沙区不同生物土壤结皮覆盖的沙丘土壤为研究对象,根据固沙年限的不同将样地分为4个不同的区进行采样(1956、1964、1981年和1987年固沙区),并以流沙区为对照。与流沙区相比较,54龄、46龄、29龄和23龄固沙区的真藓结皮和藻结皮的存在均可显著提高其下土壤微生物量碳（P<0.05）,且固沙年限与结皮下土壤微生物量碳存在正相关关系;真藓结皮和藻结皮对其下土壤微生物量碳的影响仅限于0~20 cm的土层,随着土层的加深,其影响逐渐减弱,到20~30 cm土层与对照相比已无显著差异（P>0.05）。因此,对生物土壤结皮的干扰可能会造成土壤微生物量碳的损失。     

镍、铜对矿业废弃地先锋植物盐生草和骆驼蓬抗氧化物质和渗透调节物质积累的影响

以盐生草(Halogeton glomeratus)和骆驼蓬(Peganum harmala)幼苗为材料,采用盆栽试验研究土壤中不同浓度(0、50、100、200、400 mg·kg-1)镍(Ni)、铜(Cu)处理对盐生草和骆驼蓬幼苗过氧化氢(H2O2)、抗坏血酸(ASA)、维生素E(VE)、谷胱甘肽(GSH)、脯氨酸和可溶性糖含量的影响。结果表明,盐生草和骆驼蓬叶片及根部过氧化氢(H2O2)含量随介质中Ni和Cu浓度的增加而增加。Ni胁迫下盐生草叶片中GSH含量随Ni浓度增加呈增加趋势,根部VE含量在高浓度Ni(≥100 mg·kg-1)胁迫下显著积累;Cu胁迫下盐生草叶片和根部GSH、ASA和VE含量较对照显著积累,三者协同作用缓解Cu胁迫诱导的氧化损伤。Ni胁迫下骆驼蓬叶片GSH和ASA含量、根部ASA含量较对照显著增加;Cu胁迫下骆驼蓬叶片中GSH和ASA含量随Cu浓度增加呈上升趋势,根部ASA含量较对照显著增加,VE在100 mg·kg-1和200 mg·kg-1的Cu处理下较对照显著增加。Ni和Cu胁迫使得盐生草和骆驼蓬幼苗脯氨酸和可溶性糖含量较对照显著积累。     

荒漠植物枝系构型影响因素分析

荒漠植物的枝系构型的影响因素包括各级分枝角度、各级分枝长度、枝径比、逐步分枝率和总体分枝率、树冠分维数、分枝分维数和计盒维数等17个指标。采用主成分分析（PCA）方法对50种典型荒漠植物的17个构型指标进行分析,结果表明：第一主成分的贡献率十分高,达到77.0％,其中2级分枝长度和3级分枝长度是影响枝系构件的主要因素;第二主成分的贡献率只有11.3％,主要综合了3级分枝角度、2级分枝角度和1级分枝角度三个因素。对枝系构型因素进行PCA排序可将其划分为三类：第一类包括各级分枝长度;第二类包括逐步分枝率和分形维数;第三类包括各级分枝角度和枝径比等。通过第一和第二主成分分析体现了荒漠植物的两种不同的生态适应机制,即在分枝长度上和分形维数上,趋于增加和减小两种趋势,但在分枝角度方面,都有趋于增大的趋向。