生态水文阈值在中国沙区人工植被生态系统管理中的意义

中国北方风沙区是全球沙漠化发展和生态退化最为严重的地区之一。利用植被固沙是遏制沙化土地扩张和生态重建与恢复的主要途径,但人工植被的稳定维持是可持续性风沙治理所长期面临的挑战。作为人工植被生态系统管理的依据,对生态水文阈值的认识及界定具有重要的理论和实践意义。本文以固沙植被中人工种植的灌木和乔木（仅限东部沙区）的盖度与深层土壤水分含量互馈互调作用的长期变化为依据,基于对中国不同气候带沙区典型人工植被系统生态和水文过程的模拟,通过建立生态水文模型初步界定了不同沙区适宜于人工植被生态系统管理的生态水文阈值,对现有沙区固沙植被的生态系统管理和未来风沙区植被建设具有一定的借鉴意义。     

荒漠地区两种生态型芦苇叶片的抗氧化生理特性分析

以生长于腾格里沙漠南缘的沙丘芦苇（沙芦,DR）和戈壁盐湖芦苇（盐芦,GSR）为研究对象,以水生芦苇（SR）为对照材料,研究荒漠地区两种生态型芦苇在各自自然生境下改变体内还原状态的抗氧化机制。结果表明,沙芦和盐芦的脂质过氧化水平高于水芦,过氧化氢和一氧化氮含量也高,类胡萝卜素与叶绿素的比率增加,且盐芦高于沙芦。这表明沙芦和盐芦的体内氧化水平高于水芦,盐芦的氧化程度更高。抗氧化系统酶活性的响应分析表明,沙芦和盐芦叶片中总抗氧化能力大于水芦,超氧化物歧化酶、抗坏血酸过氧化物酶和一氧化氮合酶活性也高于水芦,但过氧化氢酶和谷胱甘肽还原酶活性没有明显的差异,而过氧化物酶活性却比水芦低。与质膜渗透调节能力相关的Na+/K+-ATP酶和Ca2+/Mg2+-ATP酶活性在盐芦中明显高于沙芦和水芦。这表明芦苇在干旱和盐渍条件下忍受诱导的次级氧化胁迫的能力提高。     

土壤质地与埋深对白刺群落主要伴生植物出苗的影响研究

在田间条件下,研究了3种土壤质地与5个埋深对白刺群落主要伴生植物苦豆子、黄花矶松、沙蒿、油蒿和红砂出苗的影响,为白刺群落恢复、优良植物的筛选及其种群扩展提供理论依据与技术支撑。试验研究表明,尽管白刺群落主要伴生植物在田间的出苗率均较低,但各植物的出苗能力明显不同。土壤质地仅对伴生植物苦豆子、沙蒿和黄花矶松出苗有显著影响,而埋深处理对伴生植物出苗均有显著影响。不同土壤质地与埋深处理的平均出苗率以苦豆子最高,红砂、沙蒿和黄花矶松次之,油蒿最低;不同土壤质地的最高出苗率,沙土以沙蒿最大,沙壤土以黄花矶松最大,黏土以红砂最大;出苗适宜埋深,苦豆子为1.0~2.0 cm,沙蒿、黄花矶松、油蒿和红砂为0.5 cm。研究结果表明,选择适宜的植物及其人工促进技术对退化白刺固沙植被的恢复至关重要。     

水杨酸通过提高抗氧化酶系统活力增强拟南芥悬浮细胞的耐寒性

与未经水杨酸(SA)处理的低温对照相比,0.1 mmol.L-1SA处理提高了拟南芥悬浮细胞在整个低温胁迫期间超氧化物歧化酶(SOD),过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性,并在低温胁迫初期提高了细胞抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性.在抗氧化酶系统活力提升的同时,还伴随着相对电导率的降低和丙二醛(MDA)含量的减少,即细胞膜状态的恢复.相关性研究显示,膜状态的恢复与抗氧化酶系统中各类酶活力的增加呈显著正相关.上述结果表明,SA可以通过提高拟南芥悬浮细胞的抗氧化酶系统活力避免氧化损伤,从而协助膜系统在低温胁迫下的自我恢复,使细胞抗寒性得以增强.     

中国干旱区恢复生态学研究进展及趋势评述

本文评述了中国干旱区恢复生态学研究的历程和特点,系统分析了其研究前沿和未来发展趋势.国家重大需求推动了干旱区恢复生态学研究,植被建设是生态恢复的主要方法和手段;植被分布的地带性规律、土壤生境的恢复、生态水文互馈机理、植物水分关系、生物土壤结皮、基于模型的预测模拟是未来研究的重点;地学与生物学的学科交叉融合为干旱区恢复生态学理论创新和生态恢复实践提供了新的思路和途径.     

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...     

干旱胁迫下牛心朴子的渗透调节机制研究

为探讨荒漠植物牛心朴子(Cynanchum komarovii)响应干旱胁迫的渗透调节机制,采用不同浓度（0~25%）的聚乙二醇（PEG-6000）对愈伤组织进行模拟干旱胁迫,检测了不同程度干旱胁迫下牛心朴子中渗透调节物质K+、Na+、脯氨酸、甜菜碱和可溶性糖（果糖、蔗糖和海藻糖）的含量。结果显示,与对照组相比,处理组牛心朴子的脯氨酸和可溶性糖含量显著升高（P<0.05）,且具有浓度和时间依赖效应。在可溶性糖中,果糖和蔗糖只在高浓度处理组有所增加,而海藻糖含量在所有处理组均明显升高（P<0.05）,且增幅较大（10%PEG浓度组为31%,25%PEG浓度组为98%）,同时海藻糖含量与PEG处理浓度的相关系数最大（R2=0.9437,P<0.01）。以上研究结果表明,海藻糖是牛心朴子响应干旱胁迫主要的渗透调节物质。     

施肥对荒漠化草原草本植物种群密度和生物量的影响

通过外源施加N肥、P肥和N-P混合肥的试验,研究了荒漠化草原草本植物种群密度和生物量对不同肥料的响应,3种肥料均设置了0(对照)、5、10 g·m-2和20 g·m-2 4个投加水平。一年的研究结果表明：种群密度在3种肥料作用下均随着施肥水平的增大呈现逐渐降低的趋势,尤其是在高的N肥（20 g·m-2）处理下,优势种草本植物茵陈蒿（Artemisia capillaris）、多根葱（Allium polyrhizum）和冠芒草（Enneapogon brachystachyus）的密度及总密度均显著低于对照（p<0.05）;地上部及根部生物量在3种肥料处理下的响应同种群密度,即地上和根部生物量均随着施肥水平的增大而减小,其中,3种优势种草本植物的地上部生物量及总的地上部生物量随着施肥水平的增大均呈现出显著的负相关的关系,其决定系数（R2）均在0.80以上。可见,在荒漠区较低的降水条件下（年降水<180 mm）,施肥会抑制荒漠草本植物的种群密度和生物量,且其抑制作用与肥料种类无关。     

生物土壤结皮研究：进展、前沿与展望

生物土壤结皮是由隐花植物和相关土壤微小生物与表层土壤颗粒胶结而形成的复合体,与维管束植物覆盖一样,它是干旱区地表的重要覆盖类型(其盖度达40%)。生物土壤结皮是荒漠生态系统组成和地表景观的重要特征,在不同生物气候区的荒漠景观过程、土壤生态过程、土壤水文过程、土壤生物过程和地球化学循环过程,以及干旱半干旱地区生态修复过程中发挥着重要作用。关于生物土壤结皮的研究是地学和生物学学科交叉的前沿研究领域,已成为国际干旱区地表过程研究的重要核心科学问题之一。综述了国内外该领域最新研究进展,分析了研究的趋势,讨论了其前沿科学问题和未来研究的重点,以期促进我国生物土壤结皮的研究,加深对我国干旱半干旱区地表过程的认识。     

沙漠地区人工固沙植被对土壤温度与土壤导温率的影响

通过分析人工固沙植被区与流动沙丘区不同部位 (沙丘迎风坡、丘间低地、沙丘背风坡 )各层土壤温度梯度分布 ,及其月平均值变化与日变化特点 ,计算不同地表覆盖 (人工植被与裸沙区 )条件下的沙土导温率。结果表明 ,沙坡头地区 7～ 10月平均地温变化的振幅 ,在地面约为 16 2℃ ,振幅变化随深度的递增而迅速减小。在 0 0 5m深度处 ,地温年振幅为地面振幅的一半。 7～ 10月中地温最高最低出现的月份 ,随深度增加都呈滞后现象 ,但滞后的情况两者并不相同。另外 ,在 2 0cm以下深度内 ,7～ 10月月平均温度都高于 0℃。当观测深度按算术级数增加时 ,地温日振幅则以几何级数减小。尽管地温振幅日变化因天气情况不同大有差别 ,在相同的气象条件 (连续四日晴天 )下的研究发现 ,下垫面的影响作用不容忽视 ,尤其是由于植被覆盖度的差异而引起的地温日振幅与地温剖面分布变化。根据 1992年 8月观测记录 ,流沙区丘间地温日振幅最高达 2 6 2℃ (表层 ) ,最小值只有 1 8℃ (1m深 )。固沙植被区丘间低地最高日振幅为 2 5 9℃ (表层 ) ,最低值 4 3℃ (1m深 )。植被区地表层温度变幅小于流沙区 ,而深层温度波动显著。在 5cm深度处 ,植被区地温降至最低值的时间滞后于流沙区 2h以上 ,2 0cm处植被区地温达到最大值的时间比