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生态系统突变及其在寒旱区生态系统管理中的应用展望

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应用生态学报 2024年第7期35卷 1997-2005页

作者：王宇昕赵文智刘鹄中国科学院西北生态环境资源研究院/中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站兰州730000 中国科学院大学北京100049

生态系统突变是指生态系统在受到超过临界值的干扰后,系统由一种状态急剧变为另一种状态的过程。尽管寒旱区常见的土地沙漠化、草地退化属于渐变过程,但当干扰持续时间或干扰强度超过一定阈值时也可能发生突变。研究生态系统突变对寒旱... 详细信息

生态系统突变是指生态系统在受到超过临界值的干扰后,系统由一种状态急剧变为另一种状态的过程。尽管寒旱区常见的土地沙漠化、草地退化属于渐变过程,但当干扰持续时间或干扰强度超过一定阈值时也可能发生突变。研究生态系统突变对寒旱区生态系统管理具有重要意义。本文综述了生态系统突变的内涵演变及预警研究的进展,分析了寒旱区常见的土地沙漠化和草地退化的问题,阐明了系统状态对不同胁迫的多种响应方式,提出了针对干旱荒漠区雨养人工固沙系统和高寒草甸演变过程及突变特点的研究框架。最后指出,未来需要甄别生态系统突变不同阶段的关键驱动因素,并确定相应阈值;重视极端气候事件诱发的水分限制型突变的发生机制和预警;推动突变研究成果在寒旱区生态系统管理中的应用。

关键词：生态系统突变土地沙漠化草地退化人工固沙系统嵩草高寒草甸

河西走廊中段荒漠植被组成及土壤养分空间分布特征

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干旱区研究 2024年第3期41卷 432-443页

作者：安宁郭彬张东梅杨淇越罗维成中国科学院西北生态环境资源研究院中国科学院临泽内陆河流域研究站中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049 甘肃农业大学甘肃兰州730070

荒漠植被是河西走廊绿洲生态安全防护的重要屏障,研究荒漠植被组成及土壤养分分布特征对于荒漠—绿洲过渡带荒漠植被建设及管理有重要意义。本研究基于大量野外调查,并使用传统统计学与地统计学方法,研究了河西走廊中段及巴丹吉林沙漠... 详细信息

荒漠植被是河西走廊绿洲生态安全防护的重要屏障,研究荒漠植被组成及土壤养分分布特征对于荒漠—绿洲过渡带荒漠植被建设及管理有重要意义。本研究基于大量野外调查,并使用传统统计学与地统计学方法,研究了河西走廊中段及巴丹吉林沙漠南缘荒漠植被组成及土壤养分特征,并解析了其与环境因子的相关关系。结果表明:河西走廊中段及巴丹吉林沙漠西南缘荒漠区植物组成单一,多样性较低,且植物种类集中在少数科中,出现频度高的植物均为红砂(Reaumuria songarica)和白刺(Nitraria tangutorum)等典型荒漠植物。草本植物分布与年均降水量有较强相关性,研究区最南端的山丹县草本生物量达到108.01 g·m^(-2),在一定年降水量区间,灌木生物量随降水增加而增加,最高值出现在靠近祁连山北坡的肃州区,为134.03 g·m^(-2);降水量的增加,会显著促进草本植物的生长。研究区表层土壤有机碳、总氮、总磷含量最高,其平均值分别为2.12 g·kg^(−1)、0.25 g·kg^(−1)、0.41 g·kg^(−1),且离散程度较底层土壤更高;水平方向上三种土壤养分变异程度高,空间自相关性弱,最高值出现在张掖绿洲附近,分别达到11.22 g·kg^(−1)、1.30 g·kg^(−1)、0.73 g·kg^(−1)。主成分分析显示,造成研究区生境差异的首要因素是土壤属性,其次是降水,但不同环境因子之间也会互相影响,共同驱动了荒漠植被组成及分布。

关键词：河西走廊中段物种组成土壤养分环境因子巴丹吉林沙漠南缘

祁连山自然保护区不同海拔典型煤矿修复区土壤种子库特征

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生态学杂志 2024年第6期43卷 1891-1900页

作者：杨竟艺赵文智罗维成刘继亮甘肃农业大学林学院兰州730070 中国科学院西北生态环境资源研究院兰州730030 中国科学院临泽内陆河流域研究站兰州730030

土壤种子库是植物多样性的潜在储备,对矿区植被重建和生态恢复有着重要影响。本研究通过野外调查和室内实验分析了祁连山自然保护区不同海拔典型煤矿修复区和对照区(未破坏样地)的土壤种子库特征,探讨了土壤种子库物种组成与土壤因子的... 详细信息

土壤种子库是植物多样性的潜在储备,对矿区植被重建和生态恢复有着重要影响。本研究通过野外调查和室内实验分析了祁连山自然保护区不同海拔典型煤矿修复区和对照区(未破坏样地)的土壤种子库特征,探讨了土壤种子库物种组成与土壤因子的关系。结果表明:修复区和对照区土壤种子库密度随海拔升高而增加;相同海拔的修复区土壤种子库密度显著小于对照区(P综合分析表明,祁连山自然保护区煤矿修复区的土壤种子库特征与对照区差异较大,特别是海拔2510和2630 m的样地,需要采取其他措施(如人为添加种子、改良土壤特性等)巩固修复效果。

关键词：祁连山自然保护区煤矿修复土壤种子库土壤因子

晋西北丘陵风沙区柠条锦鸡儿人工林植被和土壤随林龄变化特征

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应用生态学报 2024年第1期35卷 62-72页

作者：王国华王佳琪刘婧山西师范大学地理科学学院太原030000 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

以晋西北丘陵风沙区不同林龄(6、12、18、40和50年)柠条锦鸡儿人工林为研究对象,分析其土壤养分和植物群落变化特征。结果表明:土壤有机碳和全氮随着林龄的增加而增加,在40和50年时养分含量显著高于其他林龄,且土壤表层(0~10 cm)有机碳... 详细信息

以晋西北丘陵风沙区不同林龄(6、12、18、40和50年)柠条锦鸡儿人工林为研究对象,分析其土壤养分和植物群落变化特征。结果表明:土壤有机碳和全氮随着林龄的增加而增加,在40和50年时养分含量显著高于其他林龄,且土壤表层(0~10 cm)有机碳和土壤全氮恢复远快于其他土层,表层土壤养分计量比C∶P、N∶P在不同林龄间存在显著差异。随着林龄的增加,柠条锦鸡儿叶片C、N含量显著增加,在50年时达到最大值;叶片P含量先增加后减少,18年时达到最大值;叶片C∶N先增加后减少,12年时达到最大值;而光合色素含量、C∶P、N∶P均先减少后增加,18年时为最小值。林龄小于40年的柠条锦鸡儿主要受土壤N的影响,大于40年主要受P限制。柠条锦鸡儿林下一年生和多年生草本植物种类数量、密度、盖度均随林龄增加而增加,植物群落逐渐由简单的灌木向复杂的灌草群落演变。柠条锦鸡儿与草本植物生物量随着林龄的增加显著增加,且均与土壤有机碳、全氮含量和N∶P呈显著正相关关系。

关键词：计量比柠条锦鸡儿土壤养分植被演替

干旱区气候变化及其对山地森林生态系统稳定性和水文过程影响研究进展

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干旱区地理 2024年第2期47卷 228-236页

作者：常学向赵文智田全彦中国科学院西北生态环境资源研究院中国生态系统研究网络临泽内陆河流域研究站中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室干旱区生态安全与可持续发展重点实验室甘肃兰州730000

在干旱区,水是形成绿洲的根本要素。干旱区高寒山地是维系西北干旱区绿洲存在、是当地国民经济持续发展和生态环境稳定的水源地,山地森林生态系统具有重要的涵养水源功能,有“绿色水库”之称。气候变化将改变山地生态系统结构、组成和... 详细信息

在干旱区,水是形成绿洲的根本要素。干旱区高寒山地是维系西北干旱区绿洲存在、是当地国民经济持续发展和生态环境稳定的水源地,山地森林生态系统具有重要的涵养水源功能,有“绿色水库”之称。气候变化将改变山地生态系统结构、组成和水循环,加剧水资源短缺,威胁干旱区绿洲安全。回顾并综述了干旱区气候变化及其对干旱区山地森林生态系统稳定性和水文过程的影响研究进展,指出了研究中存在的问题,并提出未来在干旱区山地仍需要评估优于1 km空间分辨率的气候变化趋势,从多尺度、多界面、多学科、多方法开展气候变化对干旱区山地森林生态系统稳定性和水文过程影响的综合研究,以促进干旱区山地生态学的发展,为干旱区管理部门提供适应和缓解气候变化、科学的制定气候变化条件下水资源管理方案、实现水资源的有效管理奠定理论基础,促进干旱区气候变化条件下的环境和社会经济可持续性发展。

关键词：气候变化生态系统稳定性森林生态水文过程干旱区高寒山地

干旱及复水对荒漠绿洲过渡带一年生草本植物生长及生理特性的影响

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草业学报 2024年第5期33卷 41-57页

作者：曾露婧王国华山西师范大学地理科学学院山西太原030031 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甘肃兰州730010

一年生草本植物种群组成荒漠与绿洲生态系统的恒有性植物层片,在防风固沙和保护绿洲生态系统稳定方面具有重要的作用。本研究选取河西走廊荒漠绿洲过渡带人工林下典型5种一年生草本植物虎尾草、狗尾草、白茎盐生草、沙米和雾冰藜为研究... 详细信息

一年生草本植物种群组成荒漠与绿洲生态系统的恒有性植物层片,在防风固沙和保护绿洲生态系统稳定方面具有重要的作用。本研究选取河西走廊荒漠绿洲过渡带人工林下典型5种一年生草本植物虎尾草、狗尾草、白茎盐生草、沙米和雾冰藜为研究对象,采用盆栽试验模拟干旱胁迫及复水,测定5种植物幼苗根系和叶片的生长(株高、根体积、根系平均直径、根系总表面积、根系总长和根系干重)与生理指标(根系活力、光合色素、丙二醛、渗透调节物质和抗氧化酶活性)的变化特征和规律,分析其对干旱环境的适应能力。研究结果表明,轻度干旱胁迫(土壤水分相对于CK减少2%)对5种一年生草本植物生长影响较小,甚至有一定的促进作用;中度(土壤水分相对于CK减少4%)和重度(土壤水分相对于CK减少6%)干旱胁迫下植物生长受到明显抑制。随着干旱胁迫程度的加剧,5种植物根系和叶片的丙二醛、过氧化物酶活性和渗透调节物质含量呈上升趋势;而根系活力呈下降趋势。禾本科一年生草本植物虎尾草和狗尾草根系酶活性(超氧化物歧化酶)随干旱胁迫程度的加剧呈持续增加的趋势;藜科一年生草本植物沙米和雾冰藜随干旱胁迫程度的加剧表现出先增加后下降的趋势。复水处理后,5种植物的生长和生理均得到不同程度的补偿,且根系的恢复能力高于叶片,浅根系植物的恢复能力优于深根系的。5种一年生草本植物的抗旱性具有显著差异,依次为狗尾草>白茎盐生草>雾冰藜>虎尾草>沙米。

关键词：一年生草本植物干旱胁迫复水生长生理特性

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低温胁迫对不同母树年龄柠条锦鸡儿种子萌发幼苗生理和生长的影响

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植物生态学报 2024年第2期48卷 201-214页

作者：高敏缑倩倩王国华郭文婷张宇张妍山西师范大学地理科学学院太原030031 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730010 中国科学院西北生态环境资源研究院沙漠与沙漠化重点实验室兰州730010

为探讨母树年龄、低温胁迫及其交互作用对柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)幼苗叶片生理和生长的影响,该研究选取晋西北丘陵风沙区5种母树年龄(7、13、19、41和51a)人工林柠条锦鸡儿的种子进行萌发,取2个月左右幼苗为实验材料,设置低... 详细信息

为探讨母树年龄、低温胁迫及其交互作用对柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)幼苗叶片生理和生长的影响,该研究选取晋西北丘陵风沙区5种母树年龄(7、13、19、41和51a)人工林柠条锦鸡儿的种子进行萌发,取2个月左右幼苗为实验材料,设置低温((–8±1)℃)胁迫,进行不同时长低温处理:W1(6 h)、W2(12 h)、W3(24 h)、W4(48 h)和W5(72 h),并以常规温度(25℃)培养为对照,测定幼苗与抗冻性相关的生理和生长指标,并采用隶属函数法进行综合评价。研究结果表明:(1)低温胁迫对不同母树年龄柠条锦鸡儿种子源萌发幼苗光合作用色素和渗透调节物质的影响存在显著差异,其中母树年龄和低温胁迫对幼苗叶片叶绿素(Chl)a含量有显著影响,母树年龄、低温胁迫及其交互作用对柠条锦鸡儿幼苗的Chl b、Chl(a+b)、类胡萝卜素含量和Chl a/b均有显著影响;低温胁迫和母树年龄与低温胁迫的交互作用对可溶性糖含量有显著影响,母树年龄、低温及其交互作用对游离脯氨酸含量有显著影响。随着低温胁迫时间的增长,柠条锦鸡儿幼苗叶片内Chl a、Chl b和Chl(a+b)含量整体呈先降后升的趋势,而Chl a/b和类胡萝卜素含量呈先升后降的趋势;游离脯氨酸含量则呈上升趋势。(2)低温胁迫对不同母树年龄柠条锦鸡儿种子源幼苗生长的影响差异显著,一方面,不同母树年龄种子萌发幼苗的株高、叶片数、干质量、主根长和根冠比均存在显著差异,随母树年龄的增加呈先升后降的趋势;另一方面,低温胁迫对幼苗株高有显著抑制作用,而母树年龄和低温胁迫的交互作用则对幼苗的上述生长参数没有显著影响。(3)通过聚类分析低温胁迫下柠条锦鸡儿幼苗的抗冻性生理指标综合评价值,将5种幼苗的耐低温性划分为两大类:第一类包括7、13 a母树种源幼苗,耐低温性强;第二类包括19、41、51 a母树种源幼苗,耐低温性弱,这表明低龄(7、13 a)母树柠条锦鸡儿种子萌发幼苗比高龄(19、41、51 a)母树的具有更强的抗冻性。综上,生理指标Chl b含量、Chl(a+b)含量、类胡萝卜素含量、Chl a/b和生长指标株高、叶片数、干质量、主根长和根冠比可作为柠条锦鸡儿幼苗的抗冻性鉴定指标,同时,在人工促进柠条林天然更新时,可以选用青壮年柠条锦鸡儿的种子进行幼苗培育,进而提高人工林更新的成功率。

关键词：晋西北丘陵风沙区柠条锦鸡儿幼苗低温胁迫渗透调节光合色素根冠比

生物炭施加垄沟集雨种植对水土流失及紫花苜蓿草产量的影响

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草地学报 2024年第5期32卷 1314-1326页

作者：朱进辉赵武成 Erastus Mak-Mensah 王琦张登奎周旭姣赵晓乐戚文佳马文崔循臻李旭春刘冰甘肃农业大学草业学院甘肃兰州730070 甘肃省定西市水利科学研究所甘肃定西743000 甘肃省定西市水土保持科学研究所甘肃定西743000 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/中国科学院内陆河流域生态水文重点实验室甘肃兰州730000

为缓解我国黄土高原区干旱胁迫和控制水土流失,本研究采用裂区设计,生物炭施加模式(生物炭施加和无生物炭施加)为主区,耕作模式(打结垄、开敞垄和平作)为副区,研究不同生物炭施加模式和耕作模式对土壤水分、径流、泥沙流失、养分流失、... 详细信息

为缓解我国黄土高原区干旱胁迫和控制水土流失,本研究采用裂区设计,生物炭施加模式(生物炭施加和无生物炭施加)为主区,耕作模式(打结垄、开敞垄和平作)为副区,研究不同生物炭施加模式和耕作模式对土壤水分、径流、泥沙流失、养分流失、紫花苜蓿(Medicago sativa L.)干草产量和水分利用效率的影响。试验结果表明,在2019和2020年紫花苜蓿生育期,与平作处理相比,开敞垄和打结垄处理的径流量、泥沙、全氮、全磷、有机质流失量分别减少20.1%~37.7%和60.1%~64.7%,54%~75.5%和77.1%~87.6%,44.4%~65.5%和49.0%~81.8%,36.7%~75.3%和48.6%~87.3%,48.2%~72.9%和58.6%~85.4%,土壤贮水量、紫花苜蓿干草产量和水分利用效率分别增加39.5~52.1和31.2~60.5 mm,26.2%~31.7%和26.5%~35.2%,10.07~14.86和12.14~16.55 kg·hm^(-2)·mm^(-1)。与无生物炭施加处理相比,生物炭施加处理的径流量、泥沙、全氮、全磷和有机质流失量分别减少48%~69%,94%~125%,12%~24%,28%~46%和35%~48%,土壤贮水量、紫花苜蓿干草产量和水分利用效率分别增加42.93~26.09 mm,106%~111%和1.96~6.90 kg·hm^(-2)·mm^(-1)。本研究表明,生物炭施加打结垄沟集雨种植是该区域适宜耕作模式。

关键词：生物炭添加模式耕作模式径流水土流失养分流失坡地

基于陷阱法采集的河西走廊戈壁荒漠甲虫数据集

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生物多样性 2024年第2期32卷 91-97页

作者：任嘉隆王永珍冯怡琳赵文智严祺涵秦畅方静辛未冬刘继亮山西师范大学地理科学学院太原030031 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 宁夏大学生态环境学院银川750021

戈壁荒漠甲虫多样性对气候变化和人类活动干扰的响应十分敏感,甲虫数量、多样性及其功能性状可用于评估戈壁荒漠生态系统的健康与稳定。戈壁荒漠甲虫分布及多样性月动态变化数据积累可为荒漠生态系统动物多样性保护与维持机制研究提供... 详细信息

戈壁荒漠甲虫多样性对气候变化和人类活动干扰的响应十分敏感,甲虫数量、多样性及其功能性状可用于评估戈壁荒漠生态系统的健康与稳定。戈壁荒漠甲虫分布及多样性月动态变化数据积累可为荒漠生态系统动物多样性保护与维持机制研究提供数据支撑。河西走廊中部是戈壁荒漠主要分布区之一,2012年研究组在河西走廊中部的甘肃省临泽县北部干旱荒漠国家沙化土地封禁保护区内建立了地表甲虫分布及多样性的长期监测样地。本数据主要汇集了戈壁荒漠地表甲虫物种组成、物种照片、活动节律、数量及功能性状信息数据。该数据集可用于典型荒漠甲虫种属识别、典型甲虫种功能性状比对及其时空分布格局对气候变化及人类活动扰动的响应研究。

关键词：河西走廊戈壁荒漠地表甲虫功能性状活动节律