中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

[学位论文] 杨芳新疆大学 2022年博士导师: 吕光辉共241页

摘要 : 干旱胁迫作为干旱区不可避免的因素，是影响植物生产力最严重的环境胁迫之一。它的累积性和多维性严重影响植物的形态、生理、生化和分子属性，对光合能力产生不利影响。植物在应对缺水的过程中，进化出各种复杂的生理生化和分子反应等抗性和适应机制... 展开干旱胁迫作为干旱区不可避免的因素，是影响植物生产力最严重的环境胁迫之一。它的累积性和多维性严重影响植物的形态、生理、生化和分子属性，对光合能力产生不利影响。植物在应对缺水的过程中，进化出各种复杂的生理生化和分子反应等抗性和适应机制，这些机制在不同物种水平上存在差异且其相互作用错综复杂。因此，研究植物响应干旱胁迫的生理代谢及分子机制，挖掘耐旱调控的功能基因并明确其作用机理，筛选和选育耐旱性强的植物种质资源对于我国大面积的旱地利用尤其是提高植物在荒漠生态系统的存活率具有重要意义。梭梭(Haloxylonammodendron)和白梭梭(Haloxylonpersicum)作为典型的干旱区荒漠植物，表现出很强的耐旱性和环境适应性，是研究耐旱分子生化机制的理想模式植物。迄今为止，自然环境下生长的梭梭和白梭梭的全基因组测序还未完成,其响应干旱环境的转录调控网络尚不清楚。为揭示两种植物在生理、转录以及代谢水平上对干旱环境的响应机制，本研究以梭梭和白梭梭作为研究对象，明确其在干旱胁迫下的生理生化响应规律，并基于单分子实时(SMRT)和IlluminaRNA测序以及代谢组学技术探索其响应干旱胁迫的分子机制。主要研究结果如下: (1)本研究选取的样带土壤含水量和土壤含盐量符合湿润低盐和干旱低盐的土壤生境。其中梭梭湿润低盐生境的土壤含水量为12.88％,土壤含盐量为1.91g/kg;干旱低盐生境的土壤含水量为3.80％,上壤含盐量为1.82g/kg。白梭梭湿润低盐生境的土壤含水量为3.46％,土壤含盐量为1.97g/kg;干旱低盐生境的土壤含水量为2.16％,土壤含盐量为1.84g/kg。长期干旱环境下，梭梭表现出较高的土壤养分利用率和低生长性，而白梭梭的表现与之相反。梭梭发达的贮水组织和导管孔径、白梭梭较厚的角质层以及两者中的含晶细胞的存在都是其对干旱荒漠环境的积极适应性。干旱显著降低了梭梭和白梭梭中有机渗透调剂物质(可溶性糖和脯氨酸)的含量，而主要通过积累无机渗透离子(梭梭:Ca2+和Cl-;白梭梭:Na+和K+)来调节细胞渗透压，从而减少干旱胁迫的损伤。虽然梭梭的光合作用(Pn、gs、Ci和Tr均显著降低)和白梭梭的Ci受到干旱环境的显著抑制，但两种物种都能通过适时调整qP和NPQ在一定程度上避免过剩光能抑制光合机构活性，从而减弱对光系统的破坏和损伤。梭梭和白梭梭均表现出较低的膜脂过氧化(MDA)以及一定程度的ROS(H2O2)累积。过氧化物酶(POD)在梭梭的抗氧化机制中发挥主要作用，而白梭梭的抗氧酶（POD、SOD和CAT）在抗氧化防御中表现出较低的活性。此外，梭梭通过积累内源激素（ABA、IAA和GA3）含量来调控自身平衡，而白梭梭对干旱胁迫表现更为敏感，通过降低自身代谢消耗以减弱促进自身生长的激素合成以响应干旱胁迫。（2）通过对梭梭和白梭梭进行单分子实时（SMRT）和IlluminaRNA测序，分别在梭梭和白梭梭鉴定出20,246,576和8，908，053条subreads,435,938和210,334条环型一致序列（CCSreads）,9794个和7330个简单重复序列（SSR）,838个和71个非编码RNA（LncRNAs）,并分别成功收集了15,238、10,135个unigenes。干旱胁迫下，梭梭和白梭梭分别鉴定出11,803（5866个上调,5937个下调）和15,217个（8383个上调，6834个下调）差异表达基因（DEGs）。在干旱胁迫信号感知和传递相关的信号转导通路中，如Ca2+信号通路、ABA信号通路和MAPK信号级联反应中梭梭和白梭梭分别共有319和415个基因存在差异表达。此外，梭梭来自41个不同家族的217个转录因子和白梭梭来自50个不同家族的398个转录因子,如包括FAR1、AP2/ERF、C2H2、bHLH、MYB、C2C2和WRKY等多个转录因子家族成员在干旱胁迫中显著上调。生物信息学分析表明，在干旱胁迫下，活性氧平衡、功能蛋白、木质素生物合成和糖代谢途径相关基因的表达模式发生了改变。（3）通过对梭梭和白梭梭的非靶向代谢组学（LC-MS/MS）分析，干旱胁迫下，梭梭在正负离子模式下分别鉴定出296种（183种上调，113种下调）和252种（119种上调，133种下调）差异表达代谢物（DEMs）;白梭梭在正负离子模式下分别鉴定出452种（254种上调，198种下调）和354种（173种上调，181种下调）DEMs。梭梭通过增加有机氮化合物（组胺）和木脂素、新木脂素及相关化合物（刺五加苷E）含量以及降低生物碱及其衍生物（葫芦巴碱、6-乙酰吗啡和血根碱）类代谢物的含量来响应干旱胁迫;而白梭梭则通过增加有机酸及其衍生物（4-羟基-L-谷氨酸、4-乙酰氨基丁酸、胱氨酰甘氨酸等）类代谢物的含量和降低木脂素、新木脂素及相关化合物（络石苷）类代谢物含量来适应干旱胁迫。干旱胁迫下，梭梭比较组（LSvs.HS）之间和白梭梭比较组（LBvs.HB）之间的DEMs主要富集到代谢途径、次生代谢物的生物合成、糖代谢、碳代谢以及各种氨基酸代谢等途径。其中，LSvs.HS间的DEMs显著富集（P＜0.05）的代谢通路是“类黄酮生物合成（主要DEMs为橙皮素、二氢山奈酚、高良姜素等）”和“不饱和脂肪酸的生物合成（参与的DEMs为木蜡酸、芥酸、山嵛酸和花生酸）”。LBvs.HB之间的DEMs显著富集（P＜0.05）的代谢通路是“托烷、哌啶和吡啶生物碱生物合成（富集的DEMs有哌可酸、羽扇豆宁、千里光宁、托品和L-苯丙氨酸）”和“次生代谢物的生物合成(主要富集的DEMs为木犀草素、咖啡因、松柏醇、D-核酮糖1,5-二磷酸等)”。干旱胁迫显著促进了梭梭和白梭梭中脂类降解代谢，显著增加了梭梭糖代谢、氨基酸代谢和核苷酸代谢物的生物合成代谢以及白梭梭柠檬酸循环、氨基酸生物合成和核苷酸代谢物的生物合成代谢。梭梭和白梭梭通过调节关键代谢途径和代谢物的合成代谢，提高其渗透调节能力、ROS解毒能力以及细胞膜稳定性。 (4)转录组和代谢组联合分析发现，梭梭和白梭梭中的DEGs和DEMs之间以极显著正相关为主(|Corr|＞0.9,P＜0.001)。其中，梭梭在正负离子模式下分别有30个DEMs与61个DEGs以正相关为主;白梭梭在正离子模式下有39个DEMs与81个DEGs以正相关为主，负离子模式下则有33个DEMs与81个DEGs以正相关为主。将DEGs和DEMs对KEGGpathway数据库映射分析表明，干旱胁迫主要影响梭梭的各种糖代谢、氨基酸代谢、类黄酮生物合成、苯丙烷生物合成和植物激素信号转导等，而白梭梭主要受到影响的是次生代谢物的生物合成、碳水化合物代谢、氨基酸代谢、苯丙烷生物合成以及氨酰tRNA生物合成等。进一步分析发现，干旱胁迫下，上游转录调控层面的基因表达量增加，如调控梭梭和白梭梭氨基酸生物合成的基因，大多处于上调表达，利于下游L-组氨酸和L-苯丙氨酸等代谢物的合成。此外，还从生理和转录组水平分析了两种物种生理变化和调控基因的表达变化，结果表明大部分生理变化得到了转录组学的有力支持。然而，事实上，这些转录本并不总是与最终产物蛋白一致。这种差异可能是由于受翻译后调节影响的代谢物的积累，或参与该途径调节的其他未知基因。本研究初步探明了强耐旱梭梭和白梭梭响应干旱的形态、生理及分子适应机制，鉴定了其响应干旱胁迫的关键代谢通路及关键胁迫响应基因和代谢物，有关以上候选基因和代谢物在提高梭梭和白梭梭耐旱性中的作用机制还有待进一步研究。收起

关键词 : 梭梭干旱胁迫生理代谢种质资源 RNA测序转录组

2. 不同盐生境下盐穗木群落凝结水形成机制及其生态效应

[学位论文] 秦璐新疆大学 2014年博士导师: 吕光辉共203页

摘要 : 凝结水作为维系干旱区主要食物链的水分来源之一，在干旱区水分平衡研究中意义重大，其对荒漠植被的重要性一直是研究的热点问题。本研究以艾比湖地区干旱荒漠带为研究区，以盐分梯度为主线，分别选取不同盐生境（轻度、中度和重度盐渍化）中的盐穗木... 展开凝结水作为维系干旱区主要食物链的水分来源之一，在干旱区水分平衡研究中意义重大，其对荒漠植被的重要性一直是研究的热点问题。本研究以艾比湖地区干旱荒漠带为研究区，以盐分梯度为主线，分别选取不同盐生境（轻度、中度和重度盐渍化）中的盐穗木群落（以下简称轻盐群落、中盐群落和重盐群落），进行野外调查、凝结水量及持续时间观测、植物生理观测、受控试验（盐胁迫和干旱胁迫）以及同位素实验，依据凝结水（土壤凝结水、植物凝结水）时空异质性特征，分析影响凝结水形成的环境因子，开展干旱荒漠区凝结水形成机制研究；分析植物利用凝结水的来源及所占比例，研究凝结水在植物体内的运移路径，探讨植物吸收利用凝结水机制。此外，通过受控试验，深入探讨凝结水对不同程度盐胁迫和干旱胁迫下土壤特性和植物生理的影响。本研究旨在揭示干旱区盐穗木群落凝结水形成机制及其生态效应，为指导干旱区植被恢复和凝结水资源利用提供科学依据。主要研究结果如下：（一）不同盐生境下盐穗木群落凝结水形成机制 (1)土壤凝结水基本形成于夜间，8月（生长旺季，干旱季节）与10月（生长末期，湿润季节）土壤凝结水平均持续时间为15.71 h/d和18.50h/d，随着土壤深度增加，土壤凝结水形成与最大值出现时间延后。中盐群落土壤凝结水可以补充蒸发耗水和其他水源，轻盐和重盐群落中冠下土和裸土凝结水对蒸发耗水和其它水源的补给具有互补差异。盐穗木群落土壤凝结水主要来源于土壤孔隙中的水汽，仅有小部分来源于大气水汽，且地下部分对土壤凝结水的来源主体是0-20cm以内的土壤孑L隙水。三类群落中0-2cm、2-4cm和4-6cm土壤凝结水对表层土壤凝结水的贡献率随土壤剖面垂直变化而降低。水源距离及植被覆盖度对土壤凝结水形成具有一定影响。 (2)三类群落盐穗木冠层凝结水基本形成于夜间，平均持续时间为12h/d，凝结水量最大值基本出现于日落、日出前后及凌晨。8月中盐群落盐穗木冠层凝结水可以补充蒸发耗水，轻盐和重盐群落盐穗木为满足自身生长，需另行获取水分来源。10月，三类群落冠层凝结水均可补充植物蒸发耗水，还可供给植物生长。 (3)不同群落冠层下及裸土凝结水与环境因子的相关程度呈现一定差异性。总体而言，多与太阳辐射( PAR)呈极显著负相关(P＜0.01)，与空气相对湿度呈极显著正相关(P＜O.O1)。10月环境因子对土壤凝结水的影响程度高于8月。8月中盐和重盐群落盐穗木冠层凝结水与PAR呈显著负相关(P＜0.05)，10月则呈极显著负相关(P＜0.01)，其它群落则与环境因子均无显著相关性(P＞0.05)。（二）凝结水量估算、凝结水对盐穗木生长的贡献及其在植物体内运移路径 (1)不同月份内三类群落均表现出植物凝结水量大于土壤凝结水的特征，分别为1.0412-3.1816 mm/d和0.0137-0.0356 mm/d;随着盐渍化程度加深，群落中形成的凝结水量增加，即重盐、中盐和轻盐群落总凝结水量分别为2.5426、1.4143、1.2702 mm/d（8月）矛口3.2057、1.1020、1.0715 mm/d（10月）。 (2)鳞片状叶子可以吸收利用凝结水，不同盐生境下凝结水对植物生长贡献排序为：重度盐渍化＞轻度盐渍化＞中度盐渍化，平均贡献率分别为11.13%、7.10%和3.7g%。 (3)三类群落水分运移途径主要有两种：1）雨水和凝结水经由土壤下渗补充土壤水，一部分地下水补充河水，另一部分则通过土壤蒸发和植物蒸腾返回大气；2)雨水和凝结水直接补充河水，植物根系吸收河水、地下水和土壤水用于生长。轻盐群落中，植物体内水分运移为：浅根→茎→枝→叶，同时浅根一深根存在水分回路；中盐群落中，由茎作为分叉点，一部分水汽路径为：茎→枝→叶片，另一部分为：茎→浅根→深根；重盐群落中，水汽路径为：深根→浅根→茎→枝→叶，最后返还至大气，同时在茎→浅根存在水分回路。（三）自然条件下凝结水对盐穗木、土壤的生态效应 (1)8月，不同盐生境下群落中，有无凝结水处理对盐穗木叶片水势的影响不同；10月，三类群落中夜间凝结水可以提高植物叶片水势，而无凝结水补充则会降低植物叶片水势，有无凝结水处理对重盐群落中植物叶片影u向最大。三类群落中，无凝结水处理叶片单位面积吸水量均高于有凝结水处理，但差异不显著。 (2)凝结水能提高盐穗木叶片净光合速率(Pn)；无凝结水处理能提高昼问植物水分利用效率( WUE)。8月，轻盐群落中，有无凝结水处理间盐穗木最小PSⅡ反应中心的原初光能转换效率(Fv/Fm)，无凝结水显著降低其最大天线转化效率( Fv'/Fm')、PhiPSⅡ和电子传递效率(ETR)；中盐群落中，无凝结水显著降低Fv/Fm、PhiPS Ⅱ和ETR;重盐群落中，有无凝结水处理间盐穗木Fv/Fm、无凝结水显著降低其Fv'/Fm'、PhiPSⅡ和ETR; 10月，除无凝结水显著降低中盐群落盐穗木Fo值外，三类群落中有无凝结水处理间盐穗木荧光参数值均无显著差异。整体来看，凝结水有无对中盐群落盐穗木荧光参数的影响最大。 (3)随着盐渍化程度的加深，群落冠层下土壤呼吸速率增加，与三类群落总凝结水量的排序相同，表现为：重盐群落＞中盐群落＞轻盐群落。（四）盐胁迫、干旱胁迫下凝结水对盐穗木、土壤的生态效应 (1)不同程度盐胁迫下，凝结水的补充可以增加土壤含水量，降低土壤含盐量及pH值；随着处理时间的延长，凝结水可以增加盐穗木叶绿素含量,凝结水处理则会降低其含量；短期盐胁迫下，凝结水量会显著影响植物Pn、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)，随着处理时间的延长，其Pn、Gs和Tr显著降低。 (2)盐穗木可以耐受轻度、中度盐胁迫，然而增加凝结水量则会降低生物的耐受力；重度盐胁迫中，凝结水的增加则会提高其耐盐力与抵抗力。短期盐胁迫与凝结水处理会提高植物的PSII活性，提高原初光能转化效率，而长期盐胁迫与凝结水处理则会降低其活性，且胁迫是不可逆的。整体而言，随着处理时间的延长，轻度盐胁迫无凝结水处理、中度盐胁迫少量凝结水处理和重度盐胁迫多量凝结水处理能较好地增加盐穗木光适应下荧光参数。而植物受胁迫时间的延长，会降低其光合能力(Fq'/Fm')及叶片的热耗散能力(NPQ)。 (3)不同程度干旱胁迫中，凝结水量及持续时间均会显著影响土壤含水量；胁迫初期，凝结水可降低土壤含盐量，长期胁迫下不同量凝结水对土壤含盐量的影响差异显著；胁迫初期，少量凝结水可降低土壤pH，长期胁迫F多量凝结水降低效果较好；胁迫初期，各处理间盐穗木叶片叶绿素含量无显著差异，长期胁迫下凝结水对叶绿素含量的影响随干旱胁迫程度不同而有差异；整体来看，胁迫初期，凝结水会显著增加植物Pn，而当胁迫时间与浓度超过植物的耐受范围，凝结水反而会抑制其生长。轻度干旱胁迫时，少量凝结水会促进植物的Tr，中度与重度干旱胁迫时，凝结水则会抑制Tr。胁迫初期，盐穗木WUE增加，长期胁迫下其值则减小。 (4)短期干旱处理下盐穗木可以耐受轻度、中度和重度干旱胁迫，同时多量凝结水会增加其耐盐力与抵抗力，提高叶片Fm和PSⅡ活性；然而长期处理下，盐穗木Fo、Fm、PSⅡ活性、光合能力、以及NPQ降低，但多量凝结水的补充会缓解NPQ降低程度。收起

关键词 : 盐穗木凝结水生态效应盐胁迫叶绿素荧光

3. 准东煤炭开采区周边环境特征及社会经济发展评价

[学位论文] 刘芳新疆大学 2018年硕士导师: 吕光辉共164页

摘要 : 露天煤田开采区及周边作为以煤炭资源开发利用为主导的复合生态系统，已成为生态环境与社会经济矛盾相对明显的区域。新疆准东露天煤田有丰富的煤炭资源，但地处西北典型干旱荒漠区，生态环境异常脆弱。对准东煤炭开采区及周边的地表扰动变化、环境污... 展开露天煤田开采区及周边作为以煤炭资源开发利用为主导的复合生态系统，已成为生态环境与社会经济矛盾相对明显的区域。新疆准东露天煤田有丰富的煤炭资源，但地处西北典型干旱荒漠区，生态环境异常脆弱。对准东煤炭开采区及周边的地表扰动变化、环境污染状况以及当地社会经济发展情况进行及时的监测和评价，是维护该区域生态环境和社会经济协调发展的有效途径。本研究利用准东煤炭开采典型区域为研究靶区，研究了土地利用覆盖变化；明确了土壤重金属污染分布与富集转运、大气颗粒物污染时空分布特征；分析了准东煤炭开采区周边的环境特征及社会经济发展状况；基于地理加权回归（GWR）模型探讨了研究区土地利用覆盖主要类型与环境污染因子的关系；基于协调发展度模型探讨了土地利用覆盖变化与社会经济的关系；运用恢复成本法和损失成本法核算了准东煤田生态补偿费用并给出生态环境保护建议。主要得出以下结论：（1）2006—2014 年间，土地利用类型以裸地、沙地和植被为主；裸地、采掘区、排土场、建设用地和水域的面积均呈现逐年递增的趋势；植被面积呈现先增长后减少的趋势。2006—2010 年采掘区变化幅度较高，均高于 90%，综合土地利用动态度分别为46.762和53.871；2010—2014年裸地变化幅度高于50%，变化强度高于1%，综合土地利用动态度分别为38.136和43.930。2010年两个开采区土地利用信息熵和土地利用程度综合指数均最高。2010—2014 年，西部开采区沙地和裸地以增加和不变为主；植被以减少为主；采掘区、排土场和建设用地以增加为主，附近植被减少明显，覆盖度有所降低；东部开采区沙地和裸地以不变为主；植被以不变和减少为主；采掘区、排土场和建设用地以增加为主。（2）Zn、Cu、Pb的含量与新疆背景值相比均未超标，Cr、Hg、As的含量均超标60%以上；0~10cm土层的重金属污染负荷（PLI）、非致癌风险（HI）和致癌风险（TCR）均高于其它两个土层，属于轻度污染，不同深度土壤差异不显著； 0~10cm 土壤 Zn、Cu和As含量高值区位于产业区附近及其北部，Pb含量组合成明显的“V”形高值带， Hg高值区位于中南部，Cr高值区以各产业区为中心向四周辐射状递减；PLI、HI和TCR高值区均位于西北和东北方向，PLI 随土壤深度增加中度污染区逐渐减小，HI 和 TCR随深度增加面积无明显变化。三个土壤深度的第一主成分贡献率分别为：37.896%、37.985%和33.872%，Cu和Zn富集到周围土壤中；第二主成分贡献率分别为：25.574%、25.350%和24.093%。Cr和Hg可能来源于生产及运输过程中产生的污染；第三主成分土壤贡献率分别为：16.712%、15.551%和 16.157%，有较高荷载的 Pb，可能来源于土壤母质；As（0~10cm）在第三主成分贡献率较高，可能与Cu和Zn的来源相同。（3）研究区4个月份的PM10和PM2.5平均质量浓度均未超过国家环境空气质量标准（GB3095-2012）日均浓度限值，PM10和PM2.5浓度大小顺序为12月﹥7月﹥5月﹥9月。同一月份PM10和PM2.5浓度空间分布格局几乎相同，高浓度区域基本分布在产业区周边。湿度与 PM10、PM2.5质量浓度呈较高正相关，温度与 PM10呈负相关；风速与PM10、PM2.5在9月和12月呈负相关关系，在5月和7月呈正相关关系。湿度是影响粉尘质量浓度和分布的主要因素，重金属是 PM2.5和 PM10的重要组分，但不同季节气候条件下，不同重金属所受到的影响不同。Pb在7月与湿度负相关性最大，降雨对Pb有一定冲刷作用。12月Zn、Cu、AS、Cr与PM2.5、PM10和风速呈现正相关关系，大气颗粒物浓度较高的同时重金属污染也较为严重。（4）不同样点盐生假木贼、蛇麻黄、梭梭和琵琶柴靠近煤矿区植物对 Zn、Cu 和Cr的富集能力较强，对As较弱，均转运能力较差。不同样点大部分植物对重金属的富集系数小于1，为较低累积重金属植物。不同植物和不同样点的转运能力基本都大于1，植物有吸收重金属并运送到地上部分的能力；离煤矿周边较近样点的植物转运能力较弱，可能是植物为免受重金属毒害的一种自我保护策略。土壤中重金属Pb与有机质呈显著正相关，Cr与有机质显著负相关，Zn、Cu、Hg和As与有机质相关性较弱，有机质不是影响土壤重金属分布的主要因素。（5）2006—2014年吉木萨尔县和奇台县经济实力显著提升，总体均呈现增长的趋势；产业结构发生明显变化，第一和第三产业比重下降，第二产业比重明显上升，工业增加值增长迅速；人民生活水平有所提高，农牧家庭可支配收入和就业人员数量在2010年以后增加较快；总人口数量有所增加；奇台县地区生产总值高于吉木萨尔县。吉木萨尔县和奇台县综合发展指数最高值分别为2013年的0.7414和2014年的0.8306。吉木萨尔县和奇台县的总人口与社会经济指标的异速生长系数最大分别为0.9813和1.0267，没有正异速增长现象。两县总人口与其他10个指标呈现同速生长模式，反映了总人口与这些社会经济指标成比例的同速增长。（6）准东煤田西部大部分区域的植被面积与重金属含量 GWR 拟合高度负相关；植被面积比例与As含量关系在中部分布呈“正相关—负相关”的递变，与Cr含量呈负相关和正相关交替出现，与PM10含量在东部呈正相关，在沙地西部和工矿区周边呈负相关。土地利用综合指数 2010 年的值最低，社会经济综合指数 2006 年最低；协调度2014年的值最低；发展度2006年的值最低；协调发展度最高值在2010年，最低为2014年；研究区2006、2010和2014年的协调发展度的类型均属于“勉强协调土地利用滞后型”。裸地、采掘区、排土场、建设用地和水域是导致准东煤田西部开采区土地利用变化的主要因子。（7）2014年准东煤炭资源开发生态补偿总费用为117876.30万元。其中植被修复成本最高，占34.94%，水污染治理成本占30.57%，大气与固体废物损失成本占19.14%，土地复垦成本总费用的 10.08%，煤矸石污染损失成本、生态服务价值成本和生态环境维护成本均占总费用的1%以下。准东生态补偿费用估算小于准东煤炭销售收入的1/10，属于标准范围内。建议准东生态环境保护可以从准东煤田环境管理体制、提高准东煤炭开采企业环境保护意识、重视准东生态环境破坏预防和治理以及多元化生态补偿资金筹措等方面进行完善。收起

关键词 : 煤田土地利用覆盖重金属大气颗粒物社会经济

4. 艾比湖流域荒漠生态系统碳交换过程及年际碳收支估算与评价

[学位论文] 何学敏新疆大学 2015年博士导师: 吕光辉共156页

摘要 : 陆地生态系统碳交换过程及其碳收支估算与评价是目前我国碳通量研究的重点内容之一。通过对新疆艾比湖流域湖泊-河流影响下的荒漠生态系统开展通量观测研究，在采用主流处理软件对通量数据进行处理和结果对比分析的基础上，进一步讨论了研究区数据插补... 展开陆地生态系统碳交换过程及其碳收支估算与评价是目前我国碳通量研究的重点内容之一。通过对新疆艾比湖流域湖泊-河流影响下的荒漠生态系统开展通量观测研究，在采用主流处理软件对通量数据进行处理和结果对比分析的基础上，进一步讨论了研究区数据插补模型及特征，分析了荒漠生态系统NEE在时间尺度上的变化规律和能量平衡特征，研究了艾比湖流域荒漠生态系统碳通量贡献区时空变化特征，探讨了下垫面优势植物、水域以及土壤对碳收支的影响及贡献，最后，估算了艾比湖流域荒漠生态系统总初级生产力，运用站点尺度模型（CEVSA2）进行了模拟验证。研究将在干旱区“碳源/汇”研究上弥补观测数据的不足，为准确估算干旱区典型生态系统碳源/汇功能变化和碳循环过程机理研究提供理论依据和基础。主要结论总结如下：（1）艾比湖流域荒漠生态系统碳通量受环境影响强烈，原始 CO2浓度和碳通量异常值多集中于冬季（占比>40%），不同天气下（晴天、阴天、雨天、大风、雪天、霜冻）碳通量表现出各自规律性。EdiRe和EddPro软件经参数修订后均能有效处理通量数据，且结果相似（R2=9776，P<0.05），仅在负值区域略有差异，全年水平拟合度较小（R2=0.7670，P<0.05）；二者计算显热通量差异较小，而EddyPro计算的潜热通量约为EdiRe的2倍。EddyPro计算数据更合理，波动较小，数据质量等级较EdiRe弱，但可提高数据连续性和完整性，因此，EddyPro软件是艾比湖流域荒漠生态系统通量数据处理的最优选择。（2）2012年全年碳通量有效数据占比54.42%，空白数据、传感器异常、检验剔除以及不合理阈值占比分别为18.21%、9.43%、2.72%和15.22%；4月23日和10月18日为生态系统净CO2交换量（NEE）正负转变临界日；生长季昼间NEE使用Michaelis-Menten光响应模型插补，2012年初始光能利用率（α）、饱和光强生态系统碳同化能力（Pmax）和日间生态系统呼吸速率（Reco,d）最大值分别为0.01511 mgCO2?μmol-1?quantum-1、38.640和2.599μmol?m-2?s-1，且分别出现在7月、6月、7月，2014年7～9月α、Pmax和Reco,d最大值分别为0.01825 mgCO2?μmol-1?quantum-1、20.540和2.2180μmol?m-2?s-1；生长季夜间NEE与温度（Ta）符合Lloyd&Taylor呼吸方程，且指数拟合较理想（R2=0.6222，P<0.05），25℃下的生态系统呼吸速率为3.438μmol?m-2?s-1；采用van’t Hoff指数方程对非生长季数据进行拟合插补，-15～22℃土温变化范围内NEE变化幅度仅为0～2.5μmol?m-2?s-1。（3）生长季湍流碳通量（Fc）日均值为-2.519μmol?m-2?s-1，非生长季昼间Fc波动较大，其日均值为1.803μmol?m-2?s-1，表明植物冠层上方到大气下界面，生长季吸收CO2和而非生长季释放。Fc占NEE95%以上，而CO2储存通量多在±1.0μmol?m-2?s-1间波动；非生长季NEE最大月均值在4月，为1.019μmol?m-2?s-1；5～9月NEE均为正，6月为最大月均值（2.025μmol?m-2?s-1），9月均值为一年最小（-0.638μmol?m-2?s-1）。2012年7～9月平均NEE均小于2014年，其中8月差异最大，后者为前者的1.89倍，表明2012年艾比湖流域荒漠生态系统CO2吸收能力弱于2014年，且2014年8月生态系统碳累积最大。（4）2012和2014年研究区盛行东南风和西北风；大气稳定度整体呈中性特征，2014年9月大气稳定度最高，达0.842；2012年在270o～360o方位上通量贡献区最大，2014年生长季在70o～360o方位上通量贡献区均略有增加；四季典型日能量平衡各分量均表现为昼间高夜间低，正午高凌晨低的单峰曲线，春季感热通量为主要耗能方式，夏、秋、冬季潜热大于感热；年尺度上潜热通量整体呈春夏增长、秋冬降低，夏季波动较大的趋势，水分是决定感热和潜热通量配比的关键因子；相比于干旱区不同下垫面，荒漠生态系统潜热通量在能量支出中均具有较高的比例，同时其波文比小于干旱区平均水平。（5）下垫面优势植物分别为胡杨、梭梭和芦苇，7月与9月，三种植物净光合速率（Pn）排序均表现为：胡杨>芦苇>梭梭，即乔木>草本>灌木，7月乔木显著大于草本和灌木，而9月三种植物之间净光合速率无显著差异；7月不同植物Pn和NEE变化规律基本相同，夜间植物呼吸对NEE贡献排序为：梭梭>芦苇>胡杨；昼间（7:00～17:00）优势植物Pn对NEE贡献比为42.31%，而夜间（19:00～次日凌晨5:00）优势植物呼吸对NEE贡献比则为54.66%；9月夜间优势植物呼吸作用对NEE贡献为46.3%。（6）下垫面林地和水域内空气温度、空气相对湿度以及潜在蒸发量变化趋势一致且差异较小，二者仅在风速上表现出较大差异；水域上湍流碳通量、水汽通量及NEE均大于林地，分别为后者的2.08、1.97和2.30倍；距河岸由近及远，土壤体积含水量减小，土壤温度变化不大，而60cm土壤电导率变化较大；总体上土壤呼吸速率离河由远及近增大，7月生态系统夜间土壤呼吸对NEE的贡献为82.90%，而植物暗呼吸贡献为17.10%，9月夜间土壤呼吸对NEE贡献为26.93%，而植物暗呼吸贡献比则高达73.07%，表明9月夜间生态系统呼吸以植物暗呼吸为主。（7）2012年生长季艾比湖流域荒漠生态系统总初级生产力（GPP）总体呈先增后减趋势，4月下旬GPP仅为1.109 gC?m-2?d-1，7月上中旬达到最大值，10月上中旬GPP则接近0，而生态系统日累积NEE变化趋势与GPP总体相反；2012年生长季生态系统NEE，Reco和GPP分别为-229.34、364.89和594.23 gC?m-2；2012年和2014年7～9月GPP分别为349.99和365.81 gC?m-2，2014年比2012年具有更高的NEE，差值为15.82 gC?m-2；2012年非生长季CEVSA2模拟数据大于实测数据，生长季小于实测数据，2014年GPP变幅较大，2012和2014年实测数据和模拟数据的相关系数分别为0.6177和0.7082，站点尺度模型CEVSA2能够较好的模拟艾比湖流域荒漠生态系统GPP。收起

关键词 : 艾比湖流域荒漠生态系统碳交换过程土壤呼吸优势种光合作用

5. 荒漠植物群落演替及其营养元素驱动研究

[学位论文] 张雪妮新疆大学 2014年博士导师: 吕光辉共155页

摘要 : 植物群落演替是诸多生态过程和因子协同变化的过程，由于生态系统的多样化，关于演替的理论和机制至今未达成统一。生态化学计量学是研究生物与环境间多重元素平衡以及该平衡对生态过程影响的一种新理论，它提供了从营养计量角度出发研究演替过程的方... 展开植物群落演替是诸多生态过程和因子协同变化的过程，由于生态系统的多样化，关于演替的理论和机制至今未达成统一。生态化学计量学是研究生物与环境间多重元素平衡以及该平衡对生态过程影响的一种新理论，它提供了从营养计量角度出发研究演替过程的方法。荒漠植被在干旱区生物多样性保护和区域生态系统稳定性维持等方面居于重要地位，开展荒漠植被演替过程及其生态化学计量研究，有助于揭示区域植物多样性过程和群落演替的营养驱动规律，对植被资源科学管理和恢复重建、保护脆弱生态系统以及荒漠植被对全球气候变化的响应等科学问题的研究都具有重要意义。本文以新疆艾比湖国家级湿地自然保护区的典型荒漠植被及其生境土壤为研究对象，通过野外调查和实验测定，重点分析了(1)群落特征与土壤水盐和营养间关系及其演替变化以及(2)荒漠植物叶片和土壤营养计量特征、关系及其与土壤水盐间关系的演替动态，最后对(3)群落特征与土壤水盐和营养间的关系进行剖析，主要取得以下研究结果： 1．样地植被组成与土壤水分、盐碱性和有机质含量在距河梯度上呈一定规律性变化且关系密切；根据植被和土壤的梯度特征，研究区植被群落可划分为胡杨-白刺-芦苇群落(SSⅠ)、梭梭-琵琶柴-猪毛菜群落（SSⅡ)和梭梭-木碱蓬-对节刺群落(SSⅢ)三个演替阶段。 2．不同演替阶段群落等级／多度格局、α多样性差异显著，其中SSⅡ阶段多度格局与SSⅠ与SSⅢ阶段显著不同，α多样性总体亦显著低于SSⅠ与SSⅢ群落；SSⅠ-SSⅢ群落的β相异性测度降低，相似性指数整体呈升高趋势，SSⅡ阶段略降，说明沿SSⅠ-SSⅢ阶段植物组成的共性提高。 3．各阶段群落均表现为不显著的负联结，种间竞争大于互利；其中SSⅠ竞争强度最高，SSⅡ竞争与互利相当，SSⅢ竞争强于互利；种间关系与群落联结性基本一致，沿SSⅠ-SSⅢ阶段总体上种间互利种对增多，且互利作用增强；各阶段群落稳定性沿SSⅠ-SSⅢ略提高，但均处于不稳定状态。 4．研究区植物C含量沿SSⅠ-SSⅢ阶段略降，物种水平C含量沿SSⅠ-SSⅢ阶段普遍升高，各阶段盐爪爪、琵琶柴、猪毛菜等均为低C含量种；群落、物种水平N含量较低且均沿SSⅠ-SSⅢ阶段降低，植物N限制加剧，河岸带藜科植物N含量较高说明水分在研究区N循环中的重要性；研究区植物普遍受P限制，且沿SSⅠ-SSⅢ阶段加剧，多数低P物种N含量亦较低，植被随演替过程趋向于受N、P的共同限制：研究区植物S含量整体较高，物种间S含量差异显著，且富含S物种的N含量普遍低。 5．研究区植物K含量较高，Mg含量适中，均沿SSⅠ-SSⅢ提高；植物Ca含量中等，Na含量较高，总体均沿SSⅠ-SSⅢ降低，K、Ca、Na、Mg元素的演替变化可能反映了植物水分吸收策略改变、抗逆性下降和光合作用的增强；植物Fe含量沿SSⅡ-SSⅢ阶段显著升高，Mn、Cu、Zn含量均不同程度降低，4种元素的演替变化总体反映其在光合作用中辅助功能的下降。 6．植物冠下的群落土壤与林间隙地的对照土壤C均沿SSⅠ-SSⅢ阶段显著下降，即植被对土壤营养的改善作用下降；两种土壤N含量的演替变化与土壤C相同，SSⅠ阶段植被对土壤的“施N”效应显著，但在SSⅡ、SSⅢ阶段明显减弱；研究区土壤P含量普遍极低，且植物向土壤的P返还较低或无返还，体现了植物缺P的现状；土壤S含量整体较高，且植被覆盖对土壤S动态无显著影响。 7．研究区群落土壤Ca、Na、Mg含量沿SSⅠ-SSⅢ阶段显著下降，K含量不显著升高，4种元素在两种土壤间总体无显著差异，说明研究区土壤的初始K、Ca、Na、Mg含量较稳定，总体上植被覆盖对土壤K、Ca、Na、Mg的动态无显著影响；土壤Fe、Mn、Cu、Zn元素总体较稳定，且除Zn元素外基本对植被覆盖无显著响应。 8．植被平均C∶N、C∶P和N∶P分别为22.40、513.66和24.17，总体高于同类地区，研究区植物普遍缺N和P营养且随着离河距离增加植物P限制加剧；对照土壤C∶N沿SS Ⅰ-SSⅢ升高，土壤N供应量降低，土壤C∶P和N∶P均沿SSⅠ-SSⅢ降低，说明土壤由近河岸的P缺乏逐渐转变为远离河岸区的N、P共同缺乏。 9．植物营养与土壤元素问的整体相关性不高。植被覆盖条件下土壤C、N间的正相关沿SSⅠ-SSⅢ阶段下降，C、P问正相关增强，N、P间及其与S间相关性有不同程度的提高；土壤K、Na和Mg元素间正相关沿SSⅠ-SSⅢ阶段总体增强，Ca与C、N、P在SSⅠ和SSⅡ分别为显著负相关和正相关；综合来看除C与N、S间相关性沿SSⅠ-SSⅢ阶段下降外，元素间相关性在植被覆盖条件下普遍增强，植被生长使土壤元素间联系更为密切。研究区植被覆盖总体降低了水分对土壤元素的影响力，特别是对土壤C、N、P、S、Ca、Na、Mg的影响降低，同时植被生长提高了盐碱性对土壤N、P、S、Mg的正向影响，但降低其对C、Ca、Na、K等的促进作用。 10.土壤容积含水量对多样性变化的解释在各阶段均不显著，但在SSⅢ阶段的决定性最高，土壤水分对多样性的影响总体为低值时促进，高值时无显著影响或趋于复杂化：土壤EC和pH值对多样性的影响力沿SSⅠ-SSⅢ降低，SSⅠ阶段土壤EC小于约12ms/cm和pH低于8.3时，植物多样性线性上升，土壤盐碱性持续升高则导致植物多样性下降，SSⅡ与SSⅢ阶段土壤盐碱度升高后与多样性间关系趋于复杂；综合来看，土壤水分对植物多样性的影响沿SSⅠ-SSⅢ阶段增强，而土壤盐分对多样性的影响减弱。土壤C、N对多样性的影响沿SSⅠ-SSⅢ阶段下降；土壤P与植物多样性间非线性关系在SSⅠ阶段较复杂，P含量升高时多样性变异亦增加，SSⅡ阶段土壤P对多样性变化的解释力最高：土壤S对植物多样性的影响力沿SSⅠ-SSⅢ提高，S升高导致植物多样性降低：土壤K对多样性的影响力沿SSⅠ-SSⅢ阶段先降后升，土壤K含量较高时（约17.0g/kg）与多样性间关系趋于复杂化；土壤Na、 Mg增加总体抑制多样性增加。总体上土壤C、N、P元素对多样性的影响沿SSⅠ-SSⅢ阶段降低，大多数土壤元素与多样性间关系在SSⅠ较复杂，且土壤元素含量较高时与多样性间关系总体趋于复杂化。 11.土壤水分、盐分的提高以及土壤C、N、S、Ca、Na、Mg和Cu含量的增加总体导致群落的竞争性增强，土壤P、K、Fe、Mn和Zn元素增加则提高种问互利效应；群落稳定性随土壤水分和盐分增加不显著提高，土壤C、N、P、S、Ca、Na、Mg和Cu等大部分元素的增加有助于提高群落稳定性，其中土壤P对群落稳定性的提高最为显著。收起

关键词 : 荒漠植被多样性群落演替营养元素计量土壤水盐

6. 艾比湖流域荒漠区土壤呼吸空间变异及其影响因素研究

[学位论文] 王金龙新疆大学 2022年博士导师: 吕光辉共125页

摘要 : 土壤呼吸是维持陆地生态系统碳平衡的关键生态系统功能。由于其对全球碳循环的重要性，近几十年来，土壤呼吸一直受到科学界的高度关注。土壤呼吸的空间异质性是生态学家所面临的一个主要挑战。这种异质性源于土壤呼吸受多种非生物和生物因素的调节，... 展开土壤呼吸是维持陆地生态系统碳平衡的关键生态系统功能。由于其对全球碳循环的重要性，近几十年来，土壤呼吸一直受到科学界的高度关注。土壤呼吸的空间异质性是生态学家所面临的一个主要挑战。这种异质性源于土壤呼吸受多种非生物和生物因素的调节，也源于土壤CO2产生的不同来源以及与这些排放有关的影响因素的不同响应。干旱荒漠生态系统是最为脆弱的生态系统之一，植被的斑块分布以及土壤性质的异质性可能会使土壤呼吸的空间变化进一步复杂化。探究干旱荒漠区土壤呼吸的空间变化及其驱动因素可以减少陆地碳循环建模的不确定性,有助于更好地理解干旱生态系统碳收支及碳循环评估。本研究以新疆艾比湖流域荒漠生态系统为研究区域，垂直阿奇克苏河岸依次布设了 3个100m×100m的固定样地（河岸边样地、过渡带样地和荒漠边缘样地），根据群落调查和原位测量数据，对比分析了不同取样尺度下土壤呼吸的变化特征,探讨了土壤非生物特性和植物性状对土壤呼吸的贡献率;通过密集的现场采样和空间统计分析，揭示了土壤呼吸的空间变异规律及其与相关驱动因子之间的关系的空间非平稳性;使用地理加权回归和结构方程模型的组合方法，评估了多个维度的植物多样性（分类学、功能和系统发育多样性）与土壤呼吸之间关系的空间变异特征;基于原位的根排除实验和土壤宏基因组测序，识别了土壤CO2来源的不同贡献以及与这些排放相关的根系和微生物群落的系统模式。研究结果如下: （1）研究了土壤呼吸空间变异的尺度效应，结果表明，5 m×5 m和10 m×10 m两种取样尺度下的土壤呼吸均属于中等变异强度，变异系数分别在37.0％-58.0％和35.4％-52.8％之间。样地类型对土壤呼吸有显著影响（P＜0.05）,而取样尺度的变化并未导致土壤呼吸产生较大的差异。除土壤温度和土壤pH为弱变异（CV≤10％）外，其余环境因子均为中等变异（10％≤CV≤100％）。在同一样地内随着取样尺度的增大，驱动土壤呼吸变化的因素由生物（植物功能性状）转变为非生物因子（土壤性质）。三个样地间土壤呼吸的变化可以很好的用土壤含水量来解释（5m×5m:R2=0.32;10m×10m:R2=0.34）。与5m×5m的取样尺度相比，土壤含水量（贡献率:32.0％）解释了 10m×10m取样尺度下土壤呼吸的大部分空间变异（P＜0.05）。（2）运用地统计法和地理加权回归（GWR）方法，评估了土壤呼吸的空间异质性及其与相关驱动因子之间关系的空间非平稳性，结果表明，河岸边样地的土壤呼吸均值（0.29±0.25 μmol m-2 s-1）显著高于过渡带样地（0.18±0.10 μmol m-2 s-1)和荒漠边缘样地（0.12±0.11 μmol m-2s-1)。与河岸边样地相比，过渡带样地和荒漠边缘样地的土壤呼吸速率均值分别降低了 38.0％和59.0％。研究区土壤呼吸具有明显的空间异质性。其中，河岸边样土壤呼吸空间异质性（结构比参数C/[C+C0]=0.89）高于过渡带样地(结构比参数C/[C+C0]=0.69),荒漠边缘样地(结构比参数C/[C+C0]=0.20)未检测到土壤呼吸的空间格局。 (3)基于地理加权回归和结构方程模型(GWR-SEM)的组合方法，评估了多个维度的植物多样性(分类学、功能和系统发育多样性)与土壤呼吸之间关系的空间变化，通过设置直接路径和间接路径将上述这些变量联系起来，以分析标准化路径系数的空间非平稳性。GWR-SEM模型的空间标准化路径系数表现出明显的变化，表明土壤呼吸、土壤因子和植物多样性之间关系的强度在空间上存在差异。在所有样地中，分类学多样性、土壤含水量、土壤温度和土壤性质均对土壤呼吸均产生正的直接效应(P＜0.05)。从河岸边样地(空间标准化路径系数:0.85±0.01)和过渡带样地(0.47±0.12)到荒漠边缘样地(0.14±0.06),物种多样性对土壤呼吸的直接效应逐渐减弱。相反，土壤性质对土壤呼吸的直接效应逐渐增强，表现为河岸边样地(0.17±0.01)＜过渡带样地(0.26±0.02)＜荒漠边缘样地(0.53±0.06)。分类学多样性和功能多样性通过土壤因素对土壤呼吸的间接效应均在荒漠边缘样地最高，分别为0.17±0.12和0.13±0.13。GWR-SEM模型标准化总效应表明，在河岸边样地和过渡带样地中，除系统发育多样性外其余变量均对土壤呼吸产生正向作用,而荒漠边缘样地的所有变量均对土壤呼吸产生正向作用。 (4)在观测期间，河岸边样地、过渡带样地和荒漠边缘样地的土壤呼吸分别为 1.82±0.41 μmol m-2 s-1、0.49±0.15 μmol m-2 s-1 和 0.45±0.12 μmol m-2 s-1，异养呼吸分别为 1.02±0.48 μmol m-2 s-1、0.32±0.13 μmol m-2 s-1 和 0.28±0.11 μmol m-2 s-1，自养呼吸分别为 0.81±0.48 μmol m-2 s-1、0.18±0.10 μmol m-2s-1和 0.17±0.08μmol m-2 s-1。自养呼吸对土壤呼吸的贡献率在河岸边样地(45％)最高，其次为荒漠边缘样地(38％)和过渡带样地(37％)。三个样地中异养呼吸对土壤呼吸的贡献均在50％以上，异养呼吸是土壤呼吸的主要贡献者。自养呼吸与厚壁菌门(Firmicutes)和广古菌门(Euryarchaeota)的相关菌属呈显著正相关，而与变形菌门(Proteobacteria)的相关菌属呈显著负相关(P＜0.05)。异养呼吸与拟杆菌门(Bacteroidetes)的相关菌属呈显著正相关关系(P＜0.05)。自养呼吸与糖基转移酶(Glycosyl Transferases,GTs)和碳水化合物酯酶(Carbohydrate Esterases,CEs)的相关基因丰度呈显著正相关(P＜0.05),这两类碳水化合物活性酶分别参与碳水化合物合成和修饰，而异养呼吸与参与碳水化合物分解的糖苷水解酶(glycoside hydrolases,GHs)相关基因丰度呈显著正相关(P＜0.05)。磷脂酰肌醇聚糖A(phosphatidylinositol glycan A,K03857)与土壤呼吸组分均呈现显著正相关关系(P＜0.05)。土壤含水量、磷素有效性和微生物功能属性与土壤呼吸组分密切相关。收起

关键词 : 干旱荒漠区土壤呼吸空间变异植物多样性根系微生物艾比湖流域

7. 探索隐藏在物种灭绝背后的因素——从物种特征、群落物种丰富度和生境丧失视角看

[学位论文] 刘昊奇新疆大学 2018年硕士导师: 吕光辉共124页

摘要 : 由于生境丧失日益严重，越来越多的珍贵物种处于濒危状态，甚至面临灭绝风险，这对物种保护和生物多样性维持造成了严重破坏。为了应对这一问题，本文探究生境丧失、物种特征和群落物种丰富度的共同做用对物种长期生存的影响。为了建立本文所需的生物... 展开由于生境丧失日益严重，越来越多的珍贵物种处于濒危状态，甚至面临灭绝风险，这对物种保护和生物多样性维持造成了严重破坏。为了应对这一问题，本文探究生境丧失、物种特征和群落物种丰富度的共同做用对物种长期生存的影响。为了建立本文所需的生物群落，首先生成空间异质的资源景观；其次在资源景观上，利用带有空间结构的食物网模型，通过物种体型大小的逐渐进化，建立所需的群落。本文所需的生境丧失模型包括随机式和蔓延式生境丧失模型。在生物群落的生态和进化动态达到稳定状态后，分别探讨生境丧失和物种特征，以及生境丧失和群落物种丰富度，对群落中的物种长期生存的影响。生境丧失和物种特征对物种长期生存影响的研究结果表明：（1）遭受生境丧失时，体型较大或营养级水平较高的物种更容易灭绝；且对于这些物种，相比蔓延式生境丧失，随机式生境丧失更具威胁性。（2）遭受生境丧失时，流出能量比较少的物种，流出能量远少于流入能量的物种，或流出能量的多样性较低，但流入能量的多样性较高的物种更容易灭绝；且对于这些物种，相比蔓延式生境丧失，随机式生境丧失更具威胁性。对于流入能量比较少的物种，也很容易灭绝，但随机式或蔓延式生境丧失对其的影响没有明显的区别。（3）相比随机式生境丧失，当蔓延式生境丧失发生时，对于小物种或低营养级物种，其种群的衰减更加严重，而且空间分布区域的减少也更多，尤其当生境丧失率处于中等和极高之间时。（4）对于能量流入或流出较多，能量流出与流入比值较高，能量流出的多样性较高，但能量流入多样性较低的物种，当蔓延式生境丧失发生时，其种群比随机式生境丧失发生时失去更多的个体，而且其空间分布区域也比随机式生境丧失发生时减少的更多，尤其当生境丧失比例处于中等和极高之间时。（5）尽管生境丧失对物种的长期生存是一个巨大的威胁，但一定程度的生境丧失，尤其是随机式生境丧失，却对某些物种有益，这些物种基本符合：初始时刻流入或流出能量中等程度，能量流出与流入比值较高，能量流出的多样性较高，但能量流入的多样性较低。生境丧失和群落物种丰富度对物种长期生存影响的研究结果表明：（1）遭受生境丧失时，群落的物种丰富度越高，群落越早出现物种灭绝；且相比蔓延式生境丧失，随机式生境丧失发生时，早期灭绝物种的灭绝时间更短。（2）对于群落中最后灭绝异养物种的，无论蔓延式还是随机式生境丧失对其都没有明显作用。（3）对于群落中所有异养物种，群落的物种丰富度越高，其平均灭绝时间越短；且相比蔓延式生境丧失，随机式生境丧失发生时，平均灭绝时间更短。（4）蔓延式生境丧失发生时，倘若群落的物种丰富度越低，在群落第一个物种灭绝后，群落中其它所有异养物种将在更短的时间内全部灭绝；但随机式生境丧失发生时，观察不到这种现象。（5）遭遇生境丧失时，群落的物种丰富度越高，食物网的顶端物种越不容易灭绝。（6）对于食物网中间的物种，群落物种丰富度对其没有重要影响，但生境丧失是重要的影响因子——相比蔓延式生境丧失，随机式生境丧失下，食物网中间的物种更容易灭绝。（7）尽管随机式生境丧失发生时，群落损失更多的物种，但蔓延式生境丧失发生时，群落损失更多的个体。本文的研究结果有助于研究者进一步了解群落、生境丧失和群落的特征如何影响物种灭绝，并且为进一步了解如何保护物和维持生物多样性种提供理论依据。收起

关键词 : 体型营养级物种丰富度能量流动生物多样性丧失

8. 水分对白刺（Nitraria sibirica）群落土壤呼吸温度敏感性（Q10）的影响

[学位论文] 盛惠怡新疆大学 2023年硕士导师: 吕光辉共106页

摘要 : 土壤呼吸(Rs)是陆地生态系统碳循环过程的重要组成部分。温度敏感性(Q10)是生态系统碳释放强度与模拟全球变暖之间的关键参数，有关Q10的研究一直是生物地球化学循环和陆地生态系统碳平衡研究的重要领域。但关于水分如何改变土壤性质和微生物群落特征... 展开土壤呼吸(Rs)是陆地生态系统碳循环过程的重要组成部分。温度敏感性(Q10)是生态系统碳释放强度与模拟全球变暖之间的关键参数，有关Q10的研究一直是生物地球化学循环和陆地生态系统碳平衡研究的重要领域。但关于水分如何改变土壤性质和微生物群落特征，进而影响根系呼吸和土壤微生物呼吸的温度敏感性仍不明确。因此，本研究以新疆艾比湖流域典型稀盐盐生植物白刺为研究对象,系统分析了在水分梯度下白刺叶、茎、不同径级细根(极细细根,＜0.5mm;中等细根,0.5-1mm;较粗细根,1-2mm)等功能性状、土壤理化性质、微生物群落特征的变化规律，并对微生物进行功能预测，进而探究水分对土壤呼吸温度敏感性的影响。主要结论如下: (1)三个自然水分梯度(A,13.74％;C,5.87％;E,2.44％)的土壤呼吸、土壤自养呼吸(Ra)、土壤异养呼吸(Rh)、土壤凋落物呼吸(RI)的变异程度多为中等变异。细根呼吸Q10沿水分梯度的变化规律为:A(2.56)＞C(1.64)＞E(1.37);微生物呼吸Q10沿水分梯度的变化规律为:A(1.50)＞C(1.29)＞E(1.03),均呈现出随水分的降低显著减少的趋势（P＜0.05)。 (2)白刺的部分功能性状沿水分梯度变化差异显著(P＜0.05),包括:茎干物质含量(SDMC)、叶片磷含量(LPC)、茎氮含量(SNC)、茎磷含量(SPC)、根氮含量(RNC)、根磷含量(RPC);其中，在中水分梯度中，白刺叶、茎N、P含量均显著较低，SDMC显著高于其他水分样地(P＜0.05)。三径级细根的功能性状中，比根面积(SRA)和根干物质含量(RDMC)随径级的增加而显著减小(P＜0.05);根碳含量(RCC)随径级的增加而显著增加(P＜0.05);Q10(极细细根)受根氮含量(RNC)、SRA影响显著;Q10(中等细根)受RCC、RNC、SRA显著影响(P＜0.05)。 (3)沿土壤水分梯度的降低，土壤水盐含量(SWC、SSC)和土壤有机碳含量(SOC)、土壤总氮含量(TN)、硝态氮(NN)、总磷含量(TP)、速效磷含量(AP)、pH、极细砂粒、黏粒、土壤酶活性(β-葡萄糖苷酶:β-GC;脲酶:UE;碱性磷酸酶:AKP;蔗糖酶:SC)呈显著降低的趋势。Rs、Ra、RI均与SOC、TN和NN、TP和AP、土壤水盐含量呈极显著正相关关系;Rs和RI均与酶活性(β-GC、UE、AKP)呈显著正相关，Ra与酶活性(UE、AKP)呈显著正相关;此外，Rs、Ra、Rh均与土壤粒径显著相关。三径级细根Q10均与SWC、SOC、TN、AN、NN呈显著正相关关，Q10(极细细根)还与TP、AP、UE、AKP、土壤水分特征(SWC、pH、SSC)呈极显著正相关，与黏粒呈极显著负相关;Q10(中等细根)与AP、酶活性(AKP、UE、SC)、土壤水盐含量呈显著正相关关系。综合对比土壤因子与微生物呼吸Q10的关系，土壤水分特征、土壤磷含量(TP、AP)、酶活性(β-GC、AKP、UE)是影响土壤微生物呼吸Q10的最重要因素。 (4)土壤水分对白刺根际土壤细菌群落群落组成(NMDS:stress=0.052;PERMANOVAR:R2=0.24,P=0.03)影响显著，样方之间的细菌群落存在明显的分离，说明三个样地之间的白刺根际土壤细菌组成结构差异较大，且水分适中的中水分梯度微生物群落多样性组成最丰富。水分对非根际土壤细菌组成的影响较大(NMDS:stress=0.035;PERMANOVAR:R2=0.41,P=0.005)。其中，低水分梯度的土壤微生物群落多样性组成最丰富。 (5)三个水分梯度中共有的门为放线菌门、变形菌门、厚壁菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门、拟杆菌门等;其中，高、中水分中放线菌门、变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、酸杆菌门等相对丰度较高，低水分梯度中芽单胞菌门、绿弯菌门、迷踪菌门、Entotheonellaeota等相对丰度较高。筛选与Q10相关的门可以发现，低水梯度中绿弯菌门、放线菌门、变形菌门相对丰度较高。FAPROTAX功能注释显示，化能异养功能、有氧化能异养为绝对优势功能，高、中水分的芳香族化合物降解功能较强。 (6)根际土壤细菌群落门水平上，Q10(极细细根)与蛭弧菌门呈显著正相关，与Sumerlaeota呈显著负相关，Q10(较粗细根)与变形菌门呈极显著正相关，与NB1-j呈显著正相关。非根际土壤细菌群落门水平上，硝化螺旋菌门、迷踪菌门、Entotheonellaeota、未分类门均与Q10具有显著负相关性。 (7)在极细细根呼吸温度敏感性的最优结构方程模型中，各因子对Q10的解释度为0.96。其中:土壤化学性质与模块6、微生物丰度对Q10的直接影响标准总效应分别为0.66、0.16、0.26;在中等细根呼吸温度敏感性的最优结构方程模型中，各因子对Q10的解释度为0.75。其中:土壤化学性质与模块6对Q10的直接影响标准总效应分别为0.72、0.48;在较粗细根呼吸温度敏感性的最优结构方程模型中，各因子对Q10的解释度为0.73。土壤化学性质与模块3对Q10的直接影响标准总效应分别为0.56、0.46。在解释微生物呼吸温度敏感的最优结构方程模型中，各因子对Q10的解释度为0.58。其中:土壤微生物丰度、酶活性对Q10的直接影响标准总效应分别为0.49、0.38,土壤水分特征、土壤粒径、土壤化学性质对Q10的间接影响标准总效应分别为0.36、0.25、0.42。收起

关键词 : 土壤呼吸碳循环温度敏感性水分梯度荒漠生态系统微生物群落

9. 荒漠生态系统植物物种共存机制研究

[学位论文] 蒋腊梅新疆大学 2018年硕士导师: 吕光辉共98页

摘要 : 物种共存机制是研究各个物种受到何种作用而产生现有状态的一种学说。近年来，此机制成为生态学家们关注的一大焦点问题。目前物种共存机制研究区主要集中热带森林、热带草原、温带阔叶林等区域，对于有关温带荒漠干旱区植物物种的共存机制缺乏深入研... 展开物种共存机制是研究各个物种受到何种作用而产生现有状态的一种学说。近年来，此机制成为生态学家们关注的一大焦点问题。目前物种共存机制研究区主要集中热带森林、热带草原、温带阔叶林等区域，对于有关温带荒漠干旱区植物物种的共存机制缺乏深入研究。因此，本文以艾比湖湿地荒漠植被的群落为研究对象，结合物种共存机制的相关理论，利用零模型模拟法、物种多度分布曲线、相关分析与冗余分析和竞争模型等方法，探讨了多度的分布变化、植物功能性状的变化、物种竞争能力对生态位过程与中性过程的影响，进而阐述它们各自对物种共存的作用大小。结果表明： (1)120个乔木与灌木样方和90个草本样方依据k均值聚类法，可以划分为高水高盐与低水低盐两类样地。 (2)高水盐梯度下木本植物叶片有机碳SDNN与模型差异极显著(P<0.01)；叶片全磷的变异系数显著高于随机零模型的预测值(P<0.01)。低水盐梯度下木本植物实际叶片有机碳的变异系数和 SDNN 都小于零模型预测值，其差异极显著(P<0.01)；其均值显著大于零模型预测值木本植物群落成员中SDNN与模型差异极显著(P<0.01)；叶片比叶重的实测均值、变异系数和SDNN值显著小于零模型预测值(P<0.01)；干材密度的实测 SDNN 值显著小于零模型预测值(P<0.05)。高水盐梯度下草本植物全氮、全磷和比叶重的 SNDD 值均显著小于零模型预测值(P<0.05)，低水盐梯度下草本植物全氮、全磷和比叶重的变异系数显著小于模型值(P<0.05)。 (3)物种多度格局分析发现，拟合高水和低水盐梯度下草本植物多度分布曲线的最优模型均为复合群落零和多项式模型。高水盐梯度下木本植物最优模型为Vo lko v模型，低水盐木本植物最优模型则为对数正态模型。 (4)高水盐梯度下木本植物分布较为分散，低水盐梯度下则较为聚集；胡杨与梭梭两个建群种之间的树冠面积、株高和株数随着水盐梯度变化存在明显的生态位分化现象；高水盐梯度下建群种与环境因子的相关性较低，极限相似性是引起建群种与环境相互关系的主要作用，而低水盐梯度下两者相关系很高，环境筛选作用对物种共存作用较为突出。 (5)本研究区内木本植物群落存在物种竞争作用，且种内竞争作用更加明显；无论是高水盐梯度还是低水盐梯度，胡杨的平均种间竞争均大于平均种内竞争，白刺也出现同样的规律。铃铛刺则呈现相反的规律。琵琶柴的竞争规律较为特殊，高水盐梯度下平均种内竞争大于平均种间竞争，低水盐梯度下平均种间竞争大于平均种内竞争。收起

关键词 : 荒漠生态系统零模型物种共存生态位理论中性理论

10. 荒漠木本植物光合器官吸收冠层凝结水机理探究：基于分子、细胞和生理视角

[学位论文] 龚雪伟新疆大学 2017年硕士导师: 吕光辉共98页

摘要 : 水分是荒漠生态系统中植物生长最重要的非生物限制因子，控制着其他生物与非生物因子的组合形式与变异程度。在地下水位较低和表层土壤水分较少的情况下，荒漠植物发育出地上部分（以光合器官为主）对空气水源的吸收策略。但目前的研究多是对该现象的... 展开水分是荒漠生态系统中植物生长最重要的非生物限制因子，控制着其他生物与非生物因子的组合形式与变异程度。在地下水位较低和表层土壤水分较少的情况下，荒漠植物发育出地上部分（以光合器官为主）对空气水源的吸收策略。但目前的研究多是对该现象的报道或者基于某一层次上的机理研究，缺乏多种方法结合，从不同层次揭示植物光合器官吸水机制的探究。且现有研究多基于根系较浅的荒漠草本和生物土壤结皮，对于具有发达根系和导管系统的荒漠木本植物仍缺乏系统研究。荒漠木本植物是荒漠生态系统的建群种和优势种，研究其光合器官吸收冠层凝结水的内在机理，对阐释凝结水在荒漠生态系统中的积极效应和全球气候转暖背景下的植物适旱对策具有重要意义。本研究以幼龄胡杨(Populus euphratica)叶片和梭梭(Haloxylon ammodendron)同化枝为研究对象，采用野外生理观测、原位控制实验和室内控制实验等手段，人工模拟冠层凝结水，结合qPCR、石蜡切片、荧光示踪、δ18O同位素示踪和生理监测等多种方法，从多尺度揭示荒漠木本植物光合器官吸收冠层凝结水的内在机理。研究结果表明：（1）正常天气状况下，白天的蒸腾作用和夜间的根压吸水作用是胡杨、梭梭光合器官与二级枝条水分关系的主要调控因素。在相对高湿的夜间，梭梭同化枝能够主动吸收冠层凝结水，并通过ΨPhotosynthetic organs>ΨSecondary branches的逆向水势梯度将冠层凝结水向下转移至二级枝条。极端降雨事件发生后，梭梭能够主动吸收被冠层截留的雨水，并通过逆向水势梯度将水分从同化枝向二级枝条运输。稳定同位素示踪结果显示，模拟冠层凝结水条件下，胡杨和梭梭的光合器官、二级枝条和茎木质部均表现出明显的18O富集，说明胡杨和梭梭的光合器官均具有吸收冠层凝结水并将水分转运至茎木质部的能力。（2）胡杨和梭梭光合器官表面均被有一层致密的角质层，角质层首先接触空气中的水分。胡杨和梭梭光合器官的叶片表皮细胞、晶异细胞和维管束细胞的细胞壁中均含有亲水的多糖化合物，这些多糖化合物在光合器官内部连接成一个质外体网络，承接角质层吸收的水分并运往木质部。光合器官表面的微形态结构及内部的亲水性化合物是其能吸收冠层凝结水的物质基础。（3）胡杨和梭梭光合器官中调控质膜和液泡膜中水通道蛋白(AQPs)表达的PIP2-1-like和TIP3-1-like基因在模拟冠层凝结水条件下具有相对较高的相对表达水平，在排除根压的条件下，这种现象仍旧明显。说明AQPs在荒漠木本植物将冠层凝结水通过共质体途径在细胞间转运的过程中具有重要的调节作用，是其吸收冠层凝结水的分子机制。（4）梭梭光合器官在吸收冠层凝结水的过程中，水势不断增加，当光合器官的水势增加到一定程度时可能建立ΨPhotosynthetic organs>ΨSecondary branches的逆向水势梯度，光合器官可以通过逆向的水势梯度将多余的水分转移到主茎，这有利于其对冠层凝结水的持续吸收利用。逆向水势梯度是梭梭光合器官能够吸收冠层凝结水的能量结构。胡杨光合器官在吸收凝结水以后主要通过自由扩散作用转运水分，与梭梭相比转运的水量和速度都较低。收起

关键词 : 荒漠地区木本植物光合器官叶片吸水冠层凝结水荧光示踪