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养分添加和降水变化对荒漠草原地上和地下生物量稳定性的影响

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生物多样性 2024年第7期32卷 14-24页

作者：尹星元安慧邢彬彬苏诗玉文志林郭建超刘小平王波宁夏大学生态环境学院西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室银川750021 盐池县草原实验站宁夏农牧交错带温性草原生态系统定位观测研究站宁夏盐池751506 宁夏回族自治区草原工作站银川750004

为明确荒漠草原生态系统功能和稳定性对水分和养分资源可利用性改变的响应,阐明荒漠草原生物量稳定性的影响机制及途径,本研究在宁夏荒漠草原开展了为期5年的养分添加和降水变化野外控制试验(2018-2022年),试验包括9个处理:对照(Cont)、... 详细信息

为明确荒漠草原生态系统功能和稳定性对水分和养分资源可利用性改变的响应,阐明荒漠草原生物量稳定性的影响机制及途径,本研究在宁夏荒漠草原开展了为期5年的养分添加和降水变化野外控制试验(2018-2022年),试验包括9个处理:对照(Cont)、N添加(N)、NPK添加(NPK)、减少50%降水(Cont–50%)、增加50%降水(Cont+50%)、N添加+减少50%降水(N–50%)、N添加+增加50%降水(N+50%)、NPK添加+减少50%降水(NPK–50%)和NPK添加+增加50%降水(NPK+50%)。通过测定地上、地下生物量及物种多样性,分析了物种异步性、物种多样性、生物量稳定性及生物量稳定性的影响因素。结果表明:(1)养分添加和降水变化显著影响荒漠草原植物群落生物量,NPK+50%处理增加了地上生物量(156.28%)、地下生物量(51.95%)及总生物量(75.67%),而Cont–50%处理降低了地上生物量(45.59%)、地下生物量(25.09%)及总生物量(31.41%);(2)除NPK+50%处理外,其他处理的地上生物量、地下生物量和总生物量稳定性均显著低于对照处理。NPK+50%处理降低了地上生物量稳定性(31.90%),但增加了地下和总生物量稳定性(33.48%和12.38%);(3)养分添加和降水变化显著影响物种多样性(物种丰富度和Shannon-Wiener多样性指数)和物种异步性,其交互作用对物种异步性有显著影响;(4)降水变化通过降低物种异步性进而降低地上生物量稳定性和总生物量稳定性。地上生物量稳定性对总生物量稳定性无显著的直接效应,而地下生物量稳定性对总生物量稳定性具有显著正效应。综上所述,养分添加和降水变化降低荒漠草原生物量稳定性,物种异步性(互补效应)是荒漠草原生物量稳定性的主要影响机制。在荒漠草原地区地下生物量稳定性对总生物量稳定性的贡献大于地上生物量稳定性,因此,在探究植物群落稳定性对养分添加和降水变化的响应模式及其机制时,不能仅局限于植物地上部分的研究,也要充分考虑植物地下部分的变化和响应。

关键词：荒漠草原养分添加降水变化地下生物量稳定性总生物量稳定性

腾格里沙漠地区4种优势一年生草本植物根构型特征

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应用生态学报 2024年

作者：楼科尔曲文杰王磊王兴郜永贵张波尤万学杨新国宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地宁夏大学生态环境学院中国铁路兰州局集团有限公司中卫工务段中卫固沙林场宁夏黄河湿地生态系统国家定位观测研究站宁夏中卫沙坡头国家级自然保护区管理局

为探究荒漠地区一年生草本植物对生境的适应性，本文以腾格里沙漠东南缘固沙植被区的沙米、百花蒿、虫实、雾冰藜4种常见一年生草本植物为研究对象，采用传统挖掘法收集植物根系，基于量化的根系形态指标，利用几何拓扑学和分形理论分... 详细信息

为探究荒漠地区一年生草本植物对生境的适应性，本文以腾格里沙漠东南缘固沙植被区的沙米、百花蒿、虫实、雾冰藜4种常见一年生草本植物为研究对象，采用传统挖掘法收集植物根系，基于量化的根系形态指标，利用几何拓扑学和分形理论分析根构型特征，比较研究区4种一年生草本植物的根构型特征多样性及其适应机制的差异。结果表明：根冠比和根深宽比表现为沙米＞百花蒿＞虫实＞雾冰藜，比根长和比表面积表现为沙米＜百花蒿＜虫实＜雾冰藜；根系拓扑指数TI和修正拓扑指数qa、qb具有相同的趋势，均表现为沙米＞百花蒿＞虫实＞雾冰藜；沙米、百花蒿、虫实、雾冰藜的根系分形维数分别为1.215、1.278、1.387、1.631，根系分形丰度分别为3.528、3.248、2.479、2.451。沙米和百花蒿采取高生长量资源对策，根系结构简单，倾向于鱼尾形分支结构，垂直方向资源获取能力和空间拓展能力较强；而雾冰藜和虫实采取高质量资源对策，根系结构更为复杂，倾向于叉状分支结构，具有更高的资源利用效率。

关键词：腾格里沙漠一年生草本植物根构型拓扑指数分形维数

祁连山国家公园煤矿修复对地表节肢动物多样性的影响

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生态学报 2024年第4期44卷 1575-1587页

作者：冯怡琳杨竟艺王永珍赵文智辛未冬袁虹刘继亮宁夏大学生态环境学院银川750021 西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地/西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室银川750021 中国科学院西北生态环境资源研究院临泽内陆河流域研究站兰州730000 甘肃农业大学兰州730000 山西师范大学临汾041004 甘肃祁连山国家级自然保护区管护中心张掖734000

高寒山区煤矿覆土回填和种植草本植物能够快速改善环境,强烈影响地表节肢动物多样性及其生态功能,地表节肢动物对煤矿修复的响应还会因海拔及放牧扰动强度的变化而异。选择祁连山国家公园甘肃片区中部西营河和东大河保护站煤矿修复区和... 详细信息

高寒山区煤矿覆土回填和种植草本植物能够快速改善环境,强烈影响地表节肢动物多样性及其生态功能,地表节肢动物对煤矿修复的响应还会因海拔及放牧扰动强度的变化而异。选择祁连山国家公园甘肃片区中部西营河和东大河保护站煤矿修复区和毗邻草地(对照区)为研究对象,利用陷阱法调查煤矿修复区及对照区地表节肢动物的种类组成和数量变化,解析地表节肢动物群落及关键类群对煤矿修复的响应模式,确定影响地表节肢动物多样性变化的关键要素。结果表明,煤矿修复缩小了修复区和对照区地表节肢动物群落差异,但煤矿修复区和对照区地表节肢动物群落组成明显不同并存在地域差异。西营河煤矿修复显著提高了地表节肢动物活动密度,而东大河保护站煤矿修复导致地表节肢动物活动密度略有降低,地表节肢动物类群丰富度、多样性和均匀度指数变化与活动密度相反。主要地表节肢动物科对煤矿矿区修复的响应模式不同并存在区域差异,西营河保护站煤矿修复显著提高了平腹蛛科、微蛛亚科和隐翅虫科的活动密度,但显著降低了硬体盲蛛科和象甲科的活动密度;东大河保护站煤矿修复显著提高了步甲科活动密度,但降低了蚁科和狼蛛科的活动密度。pRDA排序结果表明,海拔高度和全氮含量解释了西营河保护站煤矿修复区和对照区20.8%的地表节肢动物群落变异;草本地上生物量和海拔高度解释了东大河保护站煤矿修复区和对照区24.3%的地表节肢动物群落变异。总之,高寒山区人工覆土和植被建设引起的植被和土壤环境变化强烈影响地表节肢动物多样性,地表节肢动物对煤矿修复的响应存在明显的区域差异,地表节肢动物多样性可以指示和评估煤矿修复效果。

关键词：祁连山国家公园煤矿矿区生态修复地表节肢动物多样性指示种

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宁夏盐池县生态系统水分利用效率时空特征及其影响因素

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干旱区研究 2024年第4期41卷 650-660页

作者：马龙龙易志远魏采用周峰李明涛乔成龙杜灵通宁夏大学西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地宁夏银川750021 宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室宁夏银川750021 宁夏回族自治区遥感调查院宁夏银川750021 宁夏回族自治区矿产地质调查院宁夏银川750021

水分利用效率(WUE)是衡量植物光合固碳和水分消耗之间权衡关系的重要指标。研究区域植被WUE的时空变化特征对区域生态恢复、水资源的合理利用与开发等方面至关重要。本研究基于MODIS的GPP和ET数据评估2000—2019年盐池县植被WUE的时空... 详细信息

水分利用效率(WUE)是衡量植物光合固碳和水分消耗之间权衡关系的重要指标。研究区域植被WUE的时空变化特征对区域生态恢复、水资源的合理利用与开发等方面至关重要。本研究基于MODIS的GPP和ET数据评估2000—2019年盐池县植被WUE的时空变化特征及其主要的影响因子。结果表明:(1)2000—2019年盐池县的ET和GPP分别以7.61 mm·a^(-1)和7.23 g C·m^(-2)·a^(-1)的速率显著增加,空间上呈西北高东南低的分布特征,具有较强的空间异质性。(2)近20 a,盐池县植被WUE变化范围在0.80~1.11 g C·kg^(-1)·H_(2)O之间,多年均值为0.91 g C·kg^(-1)·H_(2)O,年际变化不显著;从空间上来看,全县WUE存在较强的异质性,高值主要分布在东北部,低值位于西南部。(3)近20 a,宁夏盐池县WUE在空间上有54.70%的区域呈上升趋势,主要分布在东北部;45.30%的区域以下降趋势为主。未来,盐池县61.48%区域的植被WUE变化趋势具有较强的同向持续性;而38.52%的区域将会发生逆转。(4)在不同研究时段,各土地利用类型的WUE均表现为:林地>耕地>草地。(5)在年际尺度上,植被WUE与GPP呈显著正相关关系,而与ET不相关;GPP的变化主要与ET、NDVI和降水呈显著正相关关系。这表明盐池县植被恢复在增强植被生产力的同时,也加剧了区域水分消耗,为盐池未来生态植被重建和水资源的合理开发提供了科学依据。

关键词：水分利用效率总初级生产力蒸散荒漠草原生态恢复宁夏

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荒漠草原不同功能群优势植物的水分利用特征

应用生态学报 2024年第8期35卷 2119-2130页

作者：陈晓莹陈林杨新国李敏岚余殿宋乃平陈应龙宁夏大学林业与草业学院银川70000 宁夏大学生态环境学院银川70000 宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地银川750000 宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室银川750000 中国科学院西北生态环境研究院沙漠与沙漠化重点实验室兰州70000 宁夏哈巴湖国家级自然保护区管理局宁夏吴忠751500 西澳大学农业与环境学院珀斯6009

掌握植物的水分利用特征及植物间的水源关系对实现荒漠草原地区可持续的植被恢复至关重要。本研究以荒漠草原灰钙土生境(胡杨、中间锦鸡儿和短花针茅)和风沙土生境(胡杨、北沙柳和赖草)中的5种优势植物为对象,测定植物木质部水、土壤水... 详细信息

掌握植物的水分利用特征及植物间的水源关系对实现荒漠草原地区可持续的植被恢复至关重要。本研究以荒漠草原灰钙土生境(胡杨、中间锦鸡儿和短花针茅)和风沙土生境(胡杨、北沙柳和赖草)中的5种优势植物为对象,测定植物木质部水、土壤水、地下水和降雨中稳定同位素(δ^(2)H和δ^(18)O),并结合不同深度的土壤含水量和根系数据,使用MixSIAR模型对植物的水分利用特征进行定量分析。结果表明:生长季内5种植物主要利用土壤水,且在不同生长阶段会利用不同层次的土壤水。灰钙土生境中,胡杨的水源在整个生长季变化最大,生长季初期(5-6月)主要利用60~100cm土壤水,生长旺盛期(7-8月)水源下移至100~200cm土壤水,而在生长季末期(9月)水源又上移至0~20cm土壤水;中间锦鸡儿在生长季初期主要利用60~100cm土壤水,但在生长旺盛期和末期上移至0~20cm土壤水;短花针茅在生长季初期和末期主要利用20~60cm土壤水,而在生长旺盛期上移至0~20cm土壤水。在风沙土生境中,胡杨在生长季初期主要利用60~100cm土壤水,但在生长旺盛期和末期上移至0~20cm土壤水;北沙柳在生长季初期和生长旺盛期主要利用60~100cm土壤水,但在生长季末期下移至100~200cm土壤水;赖草整个生长季都主要利用20~60cm土壤水。土壤含水量、降雨的季节变化及植物的根系分布都会影响植物的水分利用特征。在整个生长季中,灰钙土生境中的乔木、灌木和草本3种优势植物间存在水文生态位分离,促进了其对水分的分配和利用;风沙土生境中对应的3种优势植物间存在水文生态位重叠,导致其对水分的激烈竞争(特别是乔木和灌木间)。因此,在进行植被恢复时必须同时考虑物种特征和土壤特性,引入具有互补性水分利用特征的物种组合,才能实现荒漠草原地区的物种多样性和植被恢复的可持续性。

关键词：土壤生境植物吸水稳定同位素 MixSIAR 荒漠草原

耦合InVEST与FLUS模型的无锡市产水量时空变化与预测

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南京林业大学学报(自然科学版) 2024年

作者：包逸涛吴朝明朱骊杨锐戈禹刘自强南京林业大学林草学院水土保持学院江苏省水土保持与生态修复重点实验室南方现代林业协同创新中心宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室江苏省水文水资源勘测局无锡分局

【目的】预测无锡市未来不同情景下土地利用转移，研究产水量服务功能时空变化及驱动因素，为当地生态与社会经济可持续发展提供依据。【方法】基于FLUS及InVEST模型，利用历史用地转移趋势预测未来情景土地利用变化，分析1990—2030... 详细信息

【目的】预测无锡市未来不同情景下土地利用转移，研究产水量服务功能时空变化及驱动因素，为当地生态与社会经济可持续发展提供依据。【方法】基于FLUS及InVEST模型，利用历史用地转移趋势预测未来情景土地利用变化，分析1990—2030年无锡市产水量服务功能空间异质性，并通过情景分析法探究产水量主导驱动因素。【结果】无锡市的历史土地利用演变主要由耕地向发展用地转移，在研究期内，耕地面积减少32.69%，发展用地面积增加217.25%；研究区历史年均产水体积为25.52×108m3，年平均产水深度为612.34 mm，年产水量与降水量和蒸散量的变化趋势保持一致，呈现出先下降后上升的模式。在空间上，产水量高值区集中在西南部林地和东北部草地区，低值区集中在中部水域。在1990—2000年、1990—2010年、1990—2020年及未来2020—2030年4个时段内，产水量的变化受到土地利用转移和降水量变动的影响，这两个因素对4个时段产水量的贡献率分别为-10%和110%、12.5%和87.5%、1%和99%及5.46%和94.54%。降水量是影响产水量变化的主要因素。【结论】历史及未来情景下，降水量变化对产水量的影响显著高于土地利用对产水量的影响，降水量是无锡市产水量变化的关键驱动力，此结果可为研究区水资源配置提供科学依据。

关键词： InVEST模型 FLUS模型产水量驱动因子土地利用无锡市

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贺兰山西坡不同海拔梯度土壤氨基糖积累特征

生态学报 2024年第7期44卷 2907-2918页

作者：赵娅茹吴梦瑶袁丽丽王晓勤杨娟陈林李学斌周金星万龙庞丹波宁夏大学生态环境学院西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室宁夏贺兰山森林生态系统国家定位观测研究站银川750021 宁夏大学林业与草业学院银川750021 北京林业大学水土保持学院云南建水荒漠生态系统国家定位观测研究站北京林业大学水土保持国家林业和草原局重点实验室北京100083 内蒙古贺兰山国家级自然保护区管理局阿拉善左旗750306

为探明旱区山地不同海拔梯度土壤氨基糖积累特征,明确氨基糖对土壤有机碳库的贡献以及影响因素。以2021年8月在贺兰山西坡不同海拔(1848—2940 m)采集的土壤为研究对象,分析土壤理化性质、微生物群落结构、氨基糖含量、氨基糖对土壤有... 详细信息

为探明旱区山地不同海拔梯度土壤氨基糖积累特征,明确氨基糖对土壤有机碳库的贡献以及影响因素。以2021年8月在贺兰山西坡不同海拔(1848—2940 m)采集的土壤为研究对象,分析土壤理化性质、微生物群落结构、氨基糖含量、氨基糖对土壤有机碳贡献变化特征以及引起该变化的驱动因素。结果表明:沿海拔梯度上升,土壤理化性质表现出显著差异,土壤含水率、有机碳、全氮表现为升高趋势,pH和容重表现为降低趋势,全磷无明显变化规律。沿海拔梯度上升,土壤真菌、细菌、放线菌以及丛枝菌根真菌磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acids, PLFAs)含量表现为先增加后减少的趋势,在中海拔区域(2110—2360 m)微生物PLFAs含量更高。沿海拔梯度上升,总氨基糖含量和氨基糖单体(氨基葡萄糖、氨基半乳糖、胞壁酸和氨基甘露糖)分别表现为持续增加和先减少后增加的变化趋势,并且总氨基糖和氨基糖单体含量均在最高海拔达到峰值,中海拔区域真菌和细菌残体碳对土壤有机碳的贡献率均小于高海拔(2707—2940 m)和低海拔(1848—1910 m),且在不同海拔梯度上真菌残体碳对土壤有机碳贡献率占据主导地位。方差分解结果显示,土壤理化性质和微生物PLFAs含量共同解释了土壤氨基糖含量及对有机碳贡献率的55.2%,其中土壤理化性质解释变异的52.9%,微生物PLFAs含量解释变异的26.9%,冗余分析同步验证土壤理化性质是影响氨基糖及氨基糖对土壤有机碳贡献率的主要因素。本研究结果揭示了贺兰山西坡微生物驱动土壤有机碳存储与转化机制,可为进一步研究旱区山地微生物残体对土壤有机碳的贡献提供理论依据。

关键词：海拔梯度微生物群落土壤有机碳氨基糖贺兰山

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贺兰山东麓典型葡萄园土壤有机碳库组成及其活跃度

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水土保持通报 2024年第3期44卷 390-398页

作者：易志远罗霄王玉霞苏丽乔成龙薛斌杜灵通宁夏大学西北土地退化与生态恢复省部共建国家重点实验室培育基地宁夏银川750021 宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室宁夏银川750021 宁夏贺兰山东麓葡萄酒产业园区管理委员会宁夏银川750104

[目的]研究贺兰山东麓典型葡萄园土壤有机碳库的组成及其活跃度,量化该区域葡萄园生态系统潜在的固碳能力,为挖掘葡萄园碳汇能力和核算碳汇价值提供科学依据。[方法]以贺兰山东麓典型的新慧彬葡萄园为例,开展园区尺度的土壤有机碳取样... 详细信息

[目的]研究贺兰山东麓典型葡萄园土壤有机碳库的组成及其活跃度,量化该区域葡萄园生态系统潜在的固碳能力,为挖掘葡萄园碳汇能力和核算碳汇价值提供科学依据。[方法]以贺兰山东麓典型的新慧彬葡萄园为例,开展园区尺度的土壤有机碳取样调查与分析,研究土壤有机碳含量、密度和组分等特征。[结果](1)葡萄园0—100 cm剖面土壤有机碳平均含量为4.65 g/kg,土壤有机碳密度为64.5 t/hm^(2),虽然土壤有机质含量低,养分匮乏,但依然是葡萄园生态系统碳库的主要部分。(2)在垂直剖面上,土壤有机碳含量随着土层加深而递减,且0—40 cm表层和40—100 cm深层的土壤有机碳含量存在显著差异,表层土壤的有机碳富集系数大于1,对有机碳具有更强的固持能力。(3)土壤有机碳含量在园区范围内存在空间异质性,其中表层土壤有机碳的空间异质性受制于不同田块间葡萄品种及施肥等垦殖活动差异,而深层土壤有机碳的空间异质性主要受制于原始土壤的形成背景。(4)土壤有机碳活性、中性和惰性组分的比例约为1∶2∶5。惰性组分比例较高,碳库活度较低,稳定性较强。虽然惰性有机碳含量决定了总有机碳的高低,但中性有机碳含量的变化亦会影响总有机碳和全碳含量。[结论]贺兰山东麓葡萄园土壤碳库活度和有机碳含量水平较低。葡萄种植最终会增加土壤碳储量,增强生态系统的碳汇能力。

关键词：葡萄园土壤有机碳农田生态系统碳汇贺兰山东麓

基于代谢组学的两种罗布麻叶片类黄酮和酚酸成分分析

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中国野生植物资源 2024年第1期43卷 1-10页

作者：张庆李国旗车金凤赵长海宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地宁夏银川750021 宁夏大学西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室宁夏银川750021 宁夏大学生态环境学院宁夏银川750021

目的:类黄酮和酚酸物质是罗布麻中主要的活性物质,鉴定不同罗布麻品种中类黄酮和酚酸代谢物成分并比较代谢物含量差异,为有效利用罗布麻属药用资源提供理论依据。方法:以罗布麻和大麻状罗布麻叶片为材料,利用液相色谱质谱联用技术(LC-MS... 详细信息

目的:类黄酮和酚酸物质是罗布麻中主要的活性物质,鉴定不同罗布麻品种中类黄酮和酚酸代谢物成分并比较代谢物含量差异,为有效利用罗布麻属药用资源提供理论依据。方法:以罗布麻和大麻状罗布麻叶片为材料,利用液相色谱质谱联用技术(LC-MS)检测次级代谢物成分并进行分析。结果:2种罗布麻中共检测出275种类黄酮和194种酚酸物质;PCA分析表明2种罗布麻的代谢物种类相似,但含量存在较大差异,结合OPLS-DA筛选出124种显著差异代谢物,其中有80种类黄酮和44种酚酸;富集分析发现,共有10条代谢通路被显著富集,主要体现在苯丙烷生物合成、类黄酮生物合成以及黄酮和黄酮醇生物合成等途径。结论:2种罗布麻药用成分种类相似,可为大麻状罗布麻作为药用植物开发提供理论依据。

关键词：罗布麻大麻状罗布麻代谢组学类黄酮酚酸