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木本植物应对干旱胁迫的响应机制:基于水力学性状视角

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生态学报 2024年第7期44卷 2688-2705页

作者：程莉李玉霖宁志英杨红玲詹瑾姚博中国科学院西北生态环境资源研究院兰州730000 中国科学院大学北京100049 中国科学院西北生态环境资源研究院奈曼沙漠化研究站通辽028300

干旱最显著的影响表现在区域尺度的森林死亡事件中,可以在短时间内杀死数百万棵树木。鉴于未来极端干旱事件的频率和强度可能随温度的升高而增加,迫切需要明确树木对干旱胁迫的响应对策以及衰退死亡机理,揭示木本植物在干旱环境中存活... 详细信息

干旱最显著的影响表现在区域尺度的森林死亡事件中,可以在短时间内杀死数百万棵树木。鉴于未来极端干旱事件的频率和强度可能随温度的升高而增加,迫切需要明确树木对干旱胁迫的响应对策以及衰退死亡机理,揭示木本植物在干旱环境中存活和死亡的生理机制,了解树木在未来气候下的适应机制,提高预测树木对干旱反应的准确性。在常用植物功能性状的基础上,重点纳入与植物水分运输能力及耐旱性相关的水力学性状,系统总结了:1)植物木质部水分运输的物理机制;2)植物应对干旱胁迫的水力响应过程:3)干旱胁迫下木本植物水分利用对策;以及4)干旱胁迫下木本植物衰退/死亡机理。最后,提出3个尚待解决的主要问题:1)加强纳入水力性状阐明植物对干旱胁迫的响应和调节机制;2)加强从全株植物的角度考虑植物不同组织性状间的关系;3)深入探究树木干旱致死机理。

关键词：木本植物干旱胁迫水力性状水分运输策略干旱致死机理

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短期增温和降水减少对半干旱沙质草地群落特征的影响

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西北植物学报 2024年第3期44卷 470-478页

作者：朱远忠黄文达何远政王怀海中国科学院西北生态环境资源研究院奈曼沙漠化研究站兰州730000 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

【目的】为探究短期增温和降水减少对沙质草地植物群落物种多样性、功能性状及生产力的影响,进一步揭示沙质草地植物群落特征对气候变化的响应。【方法】以科尔沁沙质草地植物群落为研究对象,利用开顶式生长室(OTC)模拟增温,研究降水减... 详细信息

【目的】为探究短期增温和降水减少对沙质草地植物群落物种多样性、功能性状及生产力的影响,进一步揭示沙质草地植物群落特征对气候变化的响应。【方法】以科尔沁沙质草地植物群落为研究对象,利用开顶式生长室(OTC)模拟增温,研究降水减少0%、20%、40%和60%与增温的交互作用对沙质草地群落组成、物种多样性和功能性状的影响及群落特征与环境因子关系。【结果】(1)短期增温和降水减少使沙质草地植物群落组成和物种优势度发生变化,其中优势物种猪毛蒿和达乌里胡枝子重要值显著降低,植物群落盖度和地上生物量显著降低。(2)短期增温显著降低Margalef丰富度指数、Simpson优势度指数、Shannon多样性指数和Pielou均匀度指数;短期降水减少对沙质草地物种多样性指标均无显著影响。(3)短期增温显著提高植物群落高度和叶干物质含量,显著降低叶片厚度;短期降水减少显著提高叶干物质含量和叶片厚度,显著降低植株高度和比叶面积。(4)短期增温是影响沙质草地物种多样性和功能性状的主要环境因素。【结论】短期增温和降水减少改变沙质草地群落特征,而且温度是影响沙质草地群落特征的主要环境因子。

关键词：增温降水减少沙质草地物种多样性植物功能性状

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固沙措施对流动沙丘植被和土壤特性的影响

中国沙漠 2024年第2期44卷 273-282页

作者：程莉宁志英杨红玲李玉霖中国科学院西北生态环境资源研究院奈曼沙漠化研究站甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

沙漠化是科尔沁沙地土地退化的主要原因,科学合理的治沙措施能够有效控制风沙侵害,有助于植被-土壤系统的重建与恢复。本研究以科尔沁沙地高大流动沙丘和平缓流动沙丘为研究对象,通过分析自然恢复、种植差不嘎蒿(Artemisia halodendron... 详细信息

沙漠化是科尔沁沙地土地退化的主要原因,科学合理的治沙措施能够有效控制风沙侵害,有助于植被-土壤系统的重建与恢复。本研究以科尔沁沙地高大流动沙丘和平缓流动沙丘为研究对象,通过分析自然恢复、种植差不嘎蒿(Artemisia halodendron)和设置草方格沙障3种固沙措施下植被群落特性和土壤理化性质的变化趋势,从而为该类型沙丘固沙措施的筛选提供科学指导。结果表明:(1)不同固沙措施下平缓流动沙丘植物物种丰富度为设置草方格沙障(20种)>种植差不嘎蒿(18种)>自然恢复(15种);高大流动沙丘植物物种丰富度为设置草方格沙障(14种)>种植差不嘎蒿(8种)>自然恢复(5种)。(2)高大和平缓流动沙丘土壤理化性质差异不显著;设置草方格沙障显著增加土壤有机碳、全氮含量(P生态系统恢复的措施。生态恢复是一个相对漫长的过程,随着固沙年限增加,自然恢复、种植差不嘎蒿和设置草方格沙障均有利于科尔沁沙地流动沙丘的生态恢复。

关键词：固沙措施流动沙丘植物群落特征土壤理化性质

内蒙古库伦旗草地群落分布特征及牧草储量估算

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中国沙漠 2024年第1期44卷 142-150页

作者：徐远志刘新平胡鸿姣王立龙张铜会何玉惠中国科学院西北生态环境资源研究院奈曼沙漠化研究站甘肃兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院皋兰生态与农业综合研究站甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

充分认识草地群落分布特征、估算牧草储量是保护和合理利用草地资源的关键。以库伦旗8个乡镇的4个草地类型为研究对象,通过实地调查并结合空间分析法,探讨库伦旗草地群落的分布特征及其影响因素,并估算牧草储量。结果表明:库伦镇物种丰... 详细信息

充分认识草地群落分布特征、估算牧草储量是保护和合理利用草地资源的关键。以库伦旗8个乡镇的4个草地类型为研究对象,通过实地调查并结合空间分析法,探讨库伦旗草地群落的分布特征及其影响因素,并估算牧草储量。结果表明:库伦镇物种丰富度最高,水泉乡物种多样性指数最高;北部地区草地面积较大,牧草平均高度较大,但物种丰富度低于南部地区。根据物种重要值将群落类型分为23类。4个草地类型中,灌丛草地生物量最高,疏林草地多度最高。土壤因子显著影响植被高度、盖度、物种丰富度和多样性指数;优势物种狗尾草(Setaria viridis)和毛马唐(Digitaria chrysoblephara)主要分布在土壤肥力较差的灌丛草地和草甸草地。库伦旗草本类牧草的储量(干草)约为19.78万t,主要分布在北部的茫汗苏木和额勒顺镇。研究结果将为库伦旗牧草资源的开发利用、合理载畜量的评估和畜牧业的发展提供技术理论支撑。

关键词：库伦旗群落特征牧草储量草地类型

祁连山地区过去500 a年代际旱涝事件演化及驱动因素分析

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干旱区地理 2024年第2期47卷 214-227页

作者：任子健王江林徐贺年秦春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甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

祁连山地区是气候变化敏感区和生态环境脆弱区,年代际重大干旱事件对其植被、冻土等生态要素影响显著。根据前人所重建的干湿变化数据集,分析了祁连山地区过去500 a年代际旱涝事件的发生规律、演化趋势及可能的驱动机制。结果表明:(1)... 详细信息

祁连山地区是气候变化敏感区和生态环境脆弱区,年代际重大干旱事件对其植被、冻土等生态要素影响显著。根据前人所重建的干湿变化数据集,分析了祁连山地区过去500 a年代际旱涝事件的发生规律、演化趋势及可能的驱动机制。结果表明:(1)祁连山地区近几十年来气候呈现明显的湿润化趋势,且1951年之后的变湿趋势已超出了历史时期自然变率范围。(2)亚洲夏季降水数据集对研究区历史干湿状况代表性良好,该地区过去7次年代际干旱事件降水差异显著,其中严重程度最高的是1786—1796年干旱;4次年代际湿润事件持续时间差异显著,持续时间最长的是发生在1968—2009年长达42 a的湿润事件。(3)年代际旱涝事件受气候外强迫和海温内部变率综合影响,太平洋和大西洋年代际海温模态变化及二者位相组合是调节祁连山年代际旱涝事件的关键因子。太阳辐射与祁连山降水呈同相位变化,火山活动则主要影响年代际干旱事件。研究强调长时间背景对评估当前祁连山地区气候异常的重要性,并建议评估未来该地区发生重大旱涝事件风险时需综合考虑外强迫和海温内部变率的不确定性。

关键词：年代际旱涝小冰期气候驱动因素祁连山

基于黏土沙障的复配土壤对土壤水分特征影响对比分析

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水土保持研究 2024年第1期31卷 88-95页

作者：潘加朋张克存安志山张宏雪薛承杰中国科学院西北生态环境资源研究院敦煌戈壁荒漠生态与环境研究站甘肃敦煌736200 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730000 中国科学院大学北京100049

[目的]研究基于黏土沙障的复配土壤在不同复配质量比下对土壤水分特征的影响,旨在揭示其土壤改良效益,为今后黏土沙障的设计提供最佳复配比。[方法]通过试验设计将各样品划分为空白组、对照组与试验组,并分别对三组样品的土壤容重、水... 详细信息

[目的]研究基于黏土沙障的复配土壤在不同复配质量比下对土壤水分特征的影响,旨在揭示其土壤改良效益,为今后黏土沙障的设计提供最佳复配比。[方法]通过试验设计将各样品划分为空白组、对照组与试验组,并分别对三组样品的土壤容重、水分常数及土壤水分特征曲线进行对比分析。[结果](1)试验组样品土壤容重随复配土壤质量比(即复配比)的增加而减小,相较于空白组,当复配比为5∶1时降低至1.45 g/cm^(3),对照组则降低至1.32 g/cm^(3)。(2)试验组样品的土壤饱和含水率在其复配比超过一定阈值时明显增加,当复配比为2∶1时相较于空白组升高了0.97%,同时,其田间持水率与凋萎系数也相较于空白组整体分别升高1.518%,1.543%,对照组两者上升则均超过10%。(3) Gardner模型对三组样品模拟良好,三者土壤含水率均随土壤水势增加而减小,当土壤水势一定时,试验组复配比的增加有效提高了复配土壤的含水率,在土壤水势为0.01~1.5 MPa间不同质量比复配土壤平均增加了1.32%~1.72%。[结论]基于黏土沙障的复配土壤其复配比的增加能有效提升土壤的持水力与保水性,其有效含水量也明显上升,对土壤改良明显。

关键词：黏土沙障复配土壤土壤水分特征曲线土壤容重

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干旱半干旱区土地利用/覆被类型变化对土壤有机碳动态影响的研究进展

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生态学杂志 2024年第7期43卷 2222-2230页

作者：张蕊赵学勇王瑞雄胡晋瑜赵思腾中国科学院西北生态环境资源研究院奈曼沙漠化研究站兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院乌拉特荒漠草原研究站兰州730000 中国科学院大学北京100049 榆林市横山区二石磕林场陕西榆林719100

土壤碳库是陆地生态系统碳库的重要组成部分,其小幅度变化即可影响植被的养分供应和碳素在土壤与大气之间的交换,进而响应和反馈全球变化。土地利用/覆被类型变化是影响土壤碳储量和土壤碳排放的重要因素,研究不同土地利用/覆被的土壤... 详细信息

土壤碳库是陆地生态系统碳库的重要组成部分,其小幅度变化即可影响植被的养分供应和碳素在土壤与大气之间的交换,进而响应和反馈全球变化。土地利用/覆被类型变化是影响土壤碳储量和土壤碳排放的重要因素,研究不同土地利用/覆被的土壤碳效应对于提高区域土壤碳储量,改善生态环境具有重要意义。本文概述了我国干旱半干旱区不同土地利用/覆被类型下的土壤有机碳动态研究进展,系统阐述了土地利用/覆被类型变化对土壤碳库和土壤碳排放的影响,明确了土地利用/覆被类型变化下土壤有机碳动态的主要影响因素。然而,关于城市建设和城市扩张导致的土地利用/覆被类型变化对土壤有机碳动态影响的研究还十分薄弱。这限制了我们对土地利用/覆被类型变化引起的土壤碳效应的全面理解。因此,在气候变化背景下,应加强城市建设和城市扩张过程中土地利用/覆被类型变化对土壤有机碳动态影响的研究,特别是在干旱、半干旱区土地利用变化的热点区域。这些问题的深入研究将有助于提高我们对干旱、半干旱区不同土地利用/覆被类型下土壤有机碳动态变化的科学认知水平,为科学利用和保护有限的土壤资源,制定可持续的土地利用方案,增加土壤碳固存潜力和减缓土壤碳排放提供理论依据。

关键词：土地利用/覆被变化土壤碳库土壤碳排放气候变化城市化

中国防沙治沙实践与沙漠科学发展的70年——Ⅲ.发展篇(1)

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中国沙漠 2024年第1期44卷 1-10页

作者：王涛中国科学院西北生态环境资源研究院、中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室甘肃兰州730000

1966—1976年的“文革”10年,在一定程度上影响了防沙治沙实践和沙漠科学的发展。尽管如此,依靠之前十多年打下的基础,科技和工程团队还是坚守在风沙一线,继续开展防沙治沙技术研发和工程实施、野外定位观测、室内样品化验分析与数据统... 详细信息

1966—1976年的“文革”10年,在一定程度上影响了防沙治沙实践和沙漠科学的发展。尽管如此,依靠之前十多年打下的基础,科技和工程团队还是坚守在风沙一线,继续开展防沙治沙技术研发和工程实施、野外定位观测、室内样品化验分析与数据统计、风洞实验、成果总结和论文、著作的写作等,取得了一批标志性进展。如风沙环境风洞的建设和应用,开启国内防沙治沙风洞实验和风沙运动规律研究的先河;系统进行的铁路风沙灾害过程与防治工程技术试验和理论研究取得新的进展;1975年3月在兰州成功举办的“中国科学院治沙研究工作交流会”,及时总结和展示了理论与实践的成果和水平;系统总结科学考察、观测、实验、研究和实践的成果,在发表一批科技论文的同时,编写和出版了系列专著,在中国沙漠的分布及其一般特征、沙漠形成原因、沙漠沙物质来源(就地起沙)、风沙流运动特征、沙丘形成演变机制和塔克拉玛干沙漠风沙地貌的形成、沙丘形态特征和运动规律、风沙地貌区划和防治风沙的若干地貌问题等方面都有开拓和创新的结果,推动了中国沙漠科学的理论探讨和系统构成;在农田沙害的治理、铁路沙害的防治和沙漠铁路工程建设方面和主要防沙治沙省区如新疆、甘肃和内蒙古也都产出了系统总结成果。这10年是中国防沙治沙实践与沙漠科学整体发展的初期。

关键词：防沙治沙沙漠科学 70年中国发展篇(1)

科尔沁沙地防沙治沙实践与生态可持续修复浅议

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中国沙漠 2024年第4期44卷 302-314页

作者：李玉强王旭洋郑成卓连杰刘新平龚相文段育龙牟晓明王立龙中国科学院西北生态环境资源研究院干旱区生态安全与可持续发展重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院奈曼沙漠化研究站甘肃兰州730000 中国科学院西北生态环境资源研究院沙坡头沙漠研究试验站甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

地处中国北方农牧交错带东南端的科尔沁沙地,本应是水草丰美的疏林草地景观,然而脆弱的生态环境基质条件叠加气候变化与不合理的人类活动影响,使其成为现代沙漠化最严重的区域之一。在中国防沙治沙的实践进程中,科尔沁沙地率先实现了沙... 详细信息

地处中国北方农牧交错带东南端的科尔沁沙地,本应是水草丰美的疏林草地景观,然而脆弱的生态环境基质条件叠加气候变化与不合理的人类活动影响,使其成为现代沙漠化最严重的区域之一。在中国防沙治沙的实践进程中,科尔沁沙地率先实现了沙漠化逆转,但在全球变化背景下该区的防沙治沙形势依然严峻。本文重点梳理了科尔沁沙地在过去几十年防沙治沙中形成的独具特色的治理模式及成效,归纳了科尔沁沙地歼灭战攻坚行动启动以来各省区的行动方案,探讨分析了新时代防沙治沙面临的主要问题与挑战,并针对性地提出了生态可持续修复的对策建议,以期为科尔沁沙地生态环境高水平保护修复与经济社会高质量发展提供科技支撑。

关键词：北方风沙区沙地生态系统沙漠化防治治沙模式生态修复