基于高通量测序的准噶尔盆地荒漠土壤细菌多样性及群落结构特征

荒漠草地占新疆草地总面积的46.9%,不同荒漠类型的气候差异显著,植被和土壤类型也各不相同。以准噶尔盆地大面积分布的3种代表性荒漠植被类型(南缘伊犁绢蒿荒漠、腹地白梭梭荒漠和北缘盐生假木贼荒漠)为研究对象,应用高通量测序技术,分析比较3种荒漠植被类型的土壤细菌群落组成和多样性特征。结果表明:放线菌门、变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门和拟杆菌门是准噶尔盆地荒漠土壤中6个主要优势类群细菌,其相对丰度累计超过94%。放线菌门在3种荒漠类型中相对丰度最高,均超过50%,但差异不显著(P>0.05);酸杆菌门在伊犁绢蒿荒漠中相对丰度最高,厚壁菌门在白梭梭荒漠丰度最高,拟杆菌门在盐生假木贼荒漠丰度最高,且这3种菌门在3种荒漠类型中差异显著(P<0.05);在3种荒漠类型中,白梭梭荒漠细菌操作分类单元(OTU)数最少,多样性最低。Pearson相关性分析和RDA分析结果均表明,年均降水量和土壤有机碳是影响细菌群落结构组成和多样性最显著的环境因子。     

基于高通量测序的准噶尔盆地荒漠土壤细菌多样性及群落结构特征

荒漠草地占新疆草地总面积的46.9%,不同荒漠类型的气候差异显著,植被和土壤类型也各不相同。以准噶尔盆地大面积分布的3种代表性荒漠植被类型(南缘伊犁绢蒿荒漠、腹地白梭梭荒漠和北缘盐生假木贼荒漠)为研究对象,应用高通量测序技术,分析比较3种荒漠植被类型的土壤细菌群落组成和多样性特征。结果表明:放线菌门、变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门和拟杆菌门是准噶尔盆地荒漠土壤中6个主要优势类群细菌,其相对丰度累计超过94%。放线菌门在3种荒漠类型中相对丰度最高,均超过50%,但差异不显著(P0.05);酸杆菌门在伊犁绢蒿荒漠中相对丰度最高,厚壁菌门在白梭梭荒漠丰度最高,拟杆菌门在盐生假木贼荒漠丰度最高,且这3种菌门在3种荒漠类型中差异显著(P0.05);在3种荒漠类型中,白梭梭荒漠细菌操作分类单元(OTU)数最少,多样性最低。Pearson相关性分析和RDA分析结果均表明,年均降水量和土壤有机碳是影响细菌群落结构组成和多样性最显著的环境因子。     

封育对盐生假木贼荒漠和博乐绢蒿荒漠群落特征的影响

以盐生假木贼荒漠和博乐绢蒿荒漠为对象,采用野外简单取样的方法,探讨两种荒漠中围栏内外群落数量特征和植物多样性对短期封育的响应及封育效果,结果表明:(1)与自由放牧区相比,盐生假木贼荒漠短期封育(6a)后植物群落地上生物量、盖度、高度、丰富度指数、均匀度指数和多样性指数显著提高(P<0.05),但密度显著降低(P<0.05);博乐绢蒿荒漠群落数量特征和植物多样性对短期封育(5a)的响应较小。(2)从类型上看,盐生假木贼荒漠封育区高度、盖度、多样性指数和均匀度指数比博乐绢蒿荒漠封育区高28.3%~47.5%,差异显著(P<0.05);而盐生假木贼荒漠自由放牧区高度、丰富度指数、Margalef指数比博乐绢蒿荒漠低23.3%~49.5%,差异显著(P<0.05)。总之,短期封育有利于退化盐生假木贼荒漠草地的恢复和植物多样性的维持,但对博乐绢蒿荒漠影响较小,表明围栏封育效果与荒漠草地类型有密切关系。     

禁牧对中度退化伊犁绢蒿荒漠植被特征的影响

为探究草地植物群落和植物生态经济类群对禁牧的响应,研究了不同禁牧年限(禁牧时间为0年、1年、4年、11年)对伊犁绢蒿荒漠草地群落特征、物种多样性以及生态经济类群演变特征的影响。结果表明,随着禁牧年限的增加,伊犁绢蒿种群的高度、盖度、生物量呈增加趋势,种群密度呈先升后降再升的波动变化;群落的高度、生物量呈增加趋势,密度呈先减后增再减的波动变化;Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou指数呈先降后增再降的波动变化,而Patrick指数总体呈下降趋势;半灌木的优势度呈先增后降再升的波动变化。总之,适当的禁牧有利于中度退化伊犁绢蒿荒漠草地恢复。     

蒿类荒漠草地土壤种子库特征及其萌发植物多样性对降水增加的响应

为揭示土壤种子库种子萌发对降水增加的适应规律,采用人工模拟降水方法,对不同降水量[对照(CK)、增加5% (W₅)、增加10% (W₁₀)、增加15% (W₁₅)、增加20% (W₂₀)、增加25% (W₂₅)]下中度退化伊犁绢蒿荒漠土壤可萌发种子库种子萌发数量及其多样性进行了调测。结果表明:0~5 cm土层土壤种子库萌发物种数及其萌发总密度随降水量增加呈上升趋势,且W₂₀、W₂₅下萌发密度显著高于其他处理(P<0.05),萌发物种数较对照(7种)依次增加2.6、2.0倍;5~10 cm土层也呈现相同的变化趋势。无论降水增加与否,0~10 cm土层伊犁绢蒿、木地肤、毛梗顶冰花均有萌发,且降水增加显著促进伊犁绢蒿、木地肤、串珠老鹳草、毛梗顶冰花的萌发。随降水量增加,0~5 cm土层伊犁绢蒿可萌发土壤种子库与地上植被Sorensen相似性总体呈先增后降趋势,且降水增加≥20%处理相似性高于降水增加≤15%处理。降水增加后伊犁绢蒿荒漠土壤种子萌发物种的Shannon-Wiener指数、Pielou指数、Patrick指数总体呈增加趋势,且0~5 cm土层较5~10 cm土层增加明显。土壤种子库可萌发种子密度具明显的空间异质性,且受空间取样位置及降水的交互影响。综上所述,降水增加促进了伊犁绢蒿荒漠草地土壤种子库可萌发植物种数、种子萌发密度、植物多样性指数的增加,导致其与地上植被的相似性增加,有利于退化蒿类荒漠草地的恢复。     

蒿类荒漠草地土壤种子库特征及其萌发植物多样性对降水增加的响应

为揭示土壤种子库种子萌发对降水增加的适应规律,采用人工模拟降水方法,对不同降水量[对照(CK)、增加5%(W_5)、增加10%(W_(10))、增加15%(W_(15))、增加20%(W_(20))、增加25%(W_(25))]下中度退化伊犁绢蒿荒漠土壤可萌发种子库种子萌发数量及其多样性进行了调测。结果表明:0～5 cm土层土壤种子库萌发物种数及其萌发总密度随降水量增加呈上升趋势,且W_(20)、W_(25)下萌发密度显著高于其他处理(P0.05),萌发物种数较对照(7种)依次增加2.6、2.0倍;5～10 cm土层也呈现相同的变化趋势。无论降水增加与否,0～10 cm土层伊犁绢蒿、木地肤、毛梗顶冰花均有萌发,且降水增加显著促进伊犁绢蒿、木地肤、串珠老鹳草、毛梗顶冰花的萌发。随降水量增加,0～5 cm土层伊犁绢蒿可萌发土壤种子库与地上植被Sorensen相似性总体呈先增后降趋势,且降水增加≥20%处理相似性高于降水增加≤15%处理。降水增加后伊犁绢蒿荒漠土壤种子萌发物种的Shannon-Wiener指数、Pielou指数、Patrick指数总体呈增加趋势,且0～5 cm土层较5～10 cm土层增加明显。土壤种子库可萌发种子密度具明显的空间异质性,且受空间取样位置及降水的交互影响。综上所述,降水增加促进了伊犁绢蒿荒漠草地土壤种子库可萌发植物种数、种子萌发密度、植物多样性指数的增加,导致其与地上植被的相似性增加,有利于退化蒿类荒漠草地的恢复。     

伊犁绢蒿荒漠草地主要植物的高光谱识别

以伊犁绢蒿荒漠草地为研究对象,利用SOC710 VP成像光谱仪获取不同季节的伊犁绢蒿荒漠草地地面高光谱影像,通过主成分分析和方差分析提取不同季节主要物种伊犁绢蒿、角果藜、叉毛蓬和裸地光谱特征波段、特征参数与植被指数;采用Fisher判别分析法将样本按7∶3的比例划分训练集和测试集,对3种主要植物和裸地进行识别。研究表明：6月植被指数建立的识别模型对测试集样本伊犁绢蒿、角果藜、叉毛蓬和裸地的判别精度最优,分别达到100%、95.56%、100%和100%,总体精度达98.89%;基于高光谱影像数据,以6月植被指数作为识别参数可以实现伊犁绢蒿荒漠草地主要植物的识别,为进一步对群落影像进行物种定量分类提供了依据。     

封育年限对伊犁绢蒿荒漠群落特征及草场质量的影响

以伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)荒漠草地为对象,研究不同封育年限对伊犁绢蒿荒漠草地植被群落特征、物种多样性及草场质量指数的影响.结果表明:伊犁绢蒿荒漠草地总盖度、密度及生物量,随封育时间的增加呈先降后升再降的波动变化,且以封育6年达到最高;围栏封育有利于伊犁绢蒿、木地肤(Kochia prostrata)的生长与恢复,生物量较对照区分别提高了158.63%~221.44%,100%,且封育9年时伊犁绢蒿重要值恢复到首位;封育后群落的物种多样性指数较对照区均有增加,且随封育年限的增加呈现先增后减再增趋势;通过群落物种多样性分析认为,封育9年后伊犁绢蒿荒漠草地尚未恢复到原始顶级状态;以草地的生产力与经济效益来考虑,初步推测封育5年为该区域伊犁绢蒿荒漠草地的最佳围栏时间.     

短期封育对伊犁绢蒿荒漠群落特征的影响

本研究以新源县和呼图壁县典型的伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)荒漠为研究对象,采用野外调查的方法,测定封育区和放牧区伊犁绢蒿荒漠植被生态经济类群、群落特征及其多样性,研究不同气候区荒漠群落特征对封育的响应规律,为草地资源的合理利用提供一定的基础资料和科学依据。结果表明:1)封育围栏内,草原植物群落的高度、盖度、密度和生物量有大幅度提高,显著高于围栏外(P0.05);2)在封育围栏内,草地群落Pielou均匀度指数增大,香浓指数和Patrick指数减小,伊犁绢蒿荒漠植被恢复明显。     

封育年限对伊犁绢蒿荒漠草地群落种间关系及稳定性的影响

为了解封育对蒿类荒漠植物群落种间关系及其稳定性的影响,对不同封育年限(封育年限为0年、2年、5年、12年)伊犁绢蒿荒漠植物物种数、物种频度差异、群落总体关联性、种对关联及群落稳定性进行了分析。结果表明:随封育年限增加,伊犁绢蒿荒漠单位面积物种数呈增加趋势。封育对伊犁绢蒿荒漠草地植物群落总体性关联影响不显著,各处理的群落主要物种间总体表现为不显著负相关。随封育年限增加,群落成对物种间负关联种对占总物种对的比例增加,群落内部竞争增强。封育后伊犁绢蒿荒漠植物群落稳定性从高到低依次为封育12年、封育5年、封育0年、封育2年。总之,在研究时间范围内,封育增加了伊犁绢蒿荒漠植物群落的稳定性。     

极端干旱对内蒙古荒漠草原植物群落物种多样性和土壤性质的影响

在内蒙古希拉穆仁荒漠草原利用人工设置野外减雨措施(生长季5～8月减雨66％、6～7月减雨100％和自然降雨)探讨荒漠草原植物群落物种多样性和土壤理化性质对极端干旱的响应特征.结果表明:(1)极端干旱改变了荒漠草原植物群落结构组成,促使多年生根茎型及一二年生草本植物成为主要优势种.(2)减雨66％和减雨100％两种极端干...     

放牧和模拟降水对短花针茅荒漠草原植物功能群多样性的影响

为探究放牧和降水变化对植物功能群的影响,本文以内蒙古短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原为研究对象,开展了野外控制试验。试验设置围封和适度放牧,分别进行模拟降水处理(减少降水量50%、自然降水、增加降水量50%、增加降水量100%),并在每年8月观测植物群落组成。结果表明：减水会降低植物功能群多样性、生物量和物种数量,增水有利于植物功能群多样性的提高。多年生丛生禾草多样性随降水量的增加而升高。同时,对降水梯度和功能群多样性进行拟合分析发现,降水量低于年降水量16%则不利于除灌木、半灌木外其他功能群植物的生长。围封草地增水67%～79%时,功能群的Simpson指数、Shannon-Wiener指数、Pielou指数值均较高,功能群多样性较高;由于放牧提高了植物的水分利用效率,放牧地各指数在增水26%～50%时较高,功能群多样性较高。综上,适度的放牧及水分补充有利于提高植物功能群多样性。     

青藏公路沿线植被多样性特征及其与环境因子的关系

青藏高原是全球气候变化的敏感区,青藏公路从北至南穿青藏高原而过,研究沿线植被物种多样性特征及其与环境因子的关系具有重要意义。本研究调查分析了沿线29个样点(从西宁市到拉萨市编号依次为1~29号)的植被群落学特征,并分析了它们同环境因子的关系。结果表明,青藏高原从北向南植被总盖度呈先降低后升高的趋势,其中7号样点(阿尔茨托山)最低;物种丰富度呈先降低后增加再降低的趋势,其中14号样点(风火山隧道)最低,26号样点(甲赤岗)最高;香农指数和辛普森指数随样点呈降低趋势;Pielou指数呈先降低后增加的趋势,其中22号样点(托青村)最低;Alatalo指数变化趋势与Pielou指数相反,但波动较大。对物种多样性指数和环境因子进行相关分析和逐步回归分析发现,物种盖度、物种丰富度和Pielou均匀度指数特征主要受水分因子控制,物种多样性指数(香农指数和辛普森指数) 与物种Alatalo均匀度指数特征与短波辐射关系密切。     

基于物种周转揭示放牧对荒漠草原植物多样性的影响

放牧引起草原生态系统物种更替,进而调控群落植物多样性。然而,放牧过程中物种更替与植物多样性改变间具有怎样的联系,目前缺乏系统的研究。本试验在内蒙古荒漠草原放牧实验平台进行,对群落植物多样性进行了调查。研究发现：随放牧强度的增加,群落物种总数下降了28%～52%且物种组成发生了明显的分异;随放牧强度的增加,群落科的数目和多年生杂类草的物种数逐渐减少,一年生植物的物种数增加,同时群落Simpson指数和Shannon-Weiner指数等显著降低(P<0.05);随放牧强度的增加,物种损失率和周转率显著提高(P<0.05),但物种获得率无显著变化;放牧荒漠草原物种损失率和周转率与植物多样性指数间呈显著负相关关系(P<0.05)。本研究从物种周转的角度揭示了放牧荒漠草原植物多样性降低的驱动机制,为优化荒漠草原管理和利用提供科学支撑。     

冀北山地阳坡草本植物物种多样性的空间异质性研究

采用地统计学方法对冀北山地干旱阳坡草本植物物种多样性的空间异质性进行了研究。结果表明,丰富度指数、Simpson指数、Shannon-Weiner指数和Pielou均匀度指数均服从正态分布,变异系数CV为11.1%~27.7%,均属中等变异性;4个多样性指数的变异函数均为指数模型,丰富度指数、Simpson指数、Shannon-Weiner指数具有中等强度的各向同性空间相关性,Pielou均匀度指数具有明显的各向异性特点;丰富度指数的变程为84 m,在对该地区山地植被进行多样性调查时,样地之间的距离应在84 m以上,以消除取样时样地间的相关性;在变程范围内,各物种多样性指数空间变异的结构性因子占主导地位,所占比例为50.1%~67.6%,环境因素是决定物种多样性空间分布的主导因素;4个多样性指数在空间上均呈条带状及斑块状分布,垂直方向上,4个多样性指数在从上坡到下坡的环境梯度上呈逐渐下降的趋势,水平方向上,丰富度指数总体上西部明显高于东部。     

库姆塔格沙漠植物群落类型及其多样性

采用线路调查法研究了库姆塔格沙漠植物群落类型及植物物种多样性。结果表明,库姆塔格的植被可划分为山前戈壁荒漠植被、沙漠植被和荒漠草甸植被3大类型,其中沙漠南部山前戈壁的荒漠植被17类,沙漠东缘和北缘的荒漠草甸植被12类,沙漠植被13类。因分布区域的差异,不同植物群落的物种多样性存在一定差异,南缘戈壁荒漠植物群落较稳定,物种多样性水平高,多样性指数平均为1.437,均匀度和优势度指数分别为0.824和0.302;沙漠植物群落物种组成稀少,群落稳定性差,多样性指数平均为0.725,均匀度指数为0.533;盐化草甸类植物群落多样性水平不高,群落相对较稳定,多样性、均匀度、优势度指数分别为0.804、0.807、0.547。戈壁荒漠植物群落随着气候环境干旱程度的加剧,多样性水平趋于减少,北缘植物群落多样性在中部地段明显升高,这与土壤结构组成有必然的联系,两条经度线上植物群落多样性变化与区域地形地貌及水文条件具有密切的关系。     

北京山区侧柏林下草本植物多样性的影响因素分析

为分析和比较林分结构和环境因子对侧柏林下草本物种多样性的影响，以北京山区侧柏林为研究对象，采用多元逐步回归分析和结构方程模型解析了林分结构和环境因子与林下草本物种多样性的耦合关系。结果表明：多元线性回归显示海拔、林分密度和土壤有机质是影响林下草本Simpson多样性的主导因子，郁闭度是影响林下草本Pielou均匀度指数的主导因子，海拔是影响林下草本Margalef丰富度指数的主导因子；结构方程显示海拔和林分结构(林分密度、郁闭度)对林下草本物种多样性整体水平起主导作用，通过影响土壤养分对林下草本物种多样性产生间接影响，但直接影响起主要作用；土壤对林下草本物种多样性整体水平起重要作用，仅存在直接影响。因此，维持合理的林分密度和郁闭度是提升林下草本植物多样性整体水平的有效途径。     

库车山区新疆假龙胆适生地植物群落多样性及其环境解释

采用相关分析和RDA排序法分析了天山南坡中段库车山区新疆假龙胆适生地植物群落多样性特征及其环境影响因子。结果表明,在新疆假龙胆适生地植物群落的24个样地中,共记录到物种87种,隶属于20科54属;共有10种植物群落类型,其结构组成及物种多样性组成是不同的,分布较广的物种为菊科、禾本科、豆科和蔷薇科。各群落物种多样性指数中,Simpson指数最高,各样地间多样性指数测值变幅较大。群落物种多样性指数及种群数量特征与环境因子的相关性分析表明,群落物种Margalef丰富度指数显著受土壤全N、全P的影响;群落物种Simpson多样性指数显著受海拔、土壤总盐的影响;群落中新疆假龙胆的重要值及其种群数量受pH的显著影响;群落中新疆假龙胆种群高度显著受有效K、海拔和土壤总盐的影响。RDA分析表明,全N、全P、有效K、pH、海拔是影响群落物种多样性的主要环境因素。