精河野外科学观测研究站
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科研进展
2024-04-03 12:21  

近期科研进展如下:

(1)研究方向1:荒漠生态系统生物多样性及保护,该方向系统揭示了艾比湖流域荒漠生态系统功能及生物多样性

        针对荒漠河岸林生物多样性随空间尺度变化规律,研究团队对艾比湖流域荒漠河岸林群落在不同空间尺度下的生物多样性特征和生态系统功能多样性进行了研究,发现:在河岸林群落和荒漠边缘植物群落的三个尺度下(50m×50m20m×20m10m×10m)考虑种内变异极显著增加了功能β多样性,同样的在过渡带群落的10 m×10 m20 m×20 m尺度下种内变异也极显著增加了功能β多样性。小尺度下空间因子主要影响了β多样性,大尺度主要受到环境因子的影响。除了过渡带群落和边缘群落50 m×50 m尺度下,其他尺度下考虑种内变异后空间因素对功能β多样性的影响变小,表明种内变异可以减少扩散作用对功能多样性的影响。考虑种内变异并未改变影响功能多样性的主要生态学过程,但是改变了其环境过滤和扩散作用对功能多样性的解释程度。其次建立了河岸森林-荒漠过渡带木本植物和草本植物功能性状的最小数据集,并验证了其准确性。

支撑代表性成果如下:

[1] Chen Yudong, Wang Jinlong, Jiang Lamei, Li Hanpeng, Wang Hengfang, Lv Guanghui*, Li Xiaotong. Prediction of spatial distribution characteristics of ecosystem functions based on a minimum data set of functional traits of desert plants[J]. Frontiers in Plant Science. 2023, 14: 1131778. (SCI,一区)

[2] Wu Deyan, Jiang Lamei, Li Wenjing, Wu Qiong, Lv Guanghui*. Drivers of rhizosphere microbial differences in desert genus Haloxylon[J]. Land Degradation & Development, 2023, 34(12): 3513-3524.(SCI,一区)

[3] Jiang Lamei, Abudoukeremujiang Zayiti, Kunduz Sattar, Hu Dong, Wang Hengfang, He Xuemi, Yang Jianjun*. The influence of plant intraspecific trait variation on functional diversity and community assembly process in an Arid Desert Region of Northwest China[J]. Forests, 2023, 14: 1536. (SCI,二区)

[4] Hengfang Wang, Honglin Liu*, Tianhong Yang, Guanghui Lv, Wenjiang Li, Yuncai Chen, Deyan Wu. Mechanisms underlying the succession of plant rhizosphere microbial community structure and function in an alpine open-pit coal mining disturbance zone[J]. Journal of Environmental Management, 2023, 325: 116571.(SCI,二区)

[5] 荒漠植物相互作用对群落功能多样性的影响. 国家自然科学基金-地区科学基金项目, 2023.09.30-2026.9.30,主持人: 张雪妮, 34万元.(项目)

[6] 荒漠植物性状变异与整合的多尺度格局:多维表型空间内的个体、物种和群落. 国家自然科学基金-地区科学基金项目, 2023.09.30-2026.9.30,主持人: 何东, 34万元.(项目)

2)研究方向2:荒漠陆表生态环境监测与数字模拟,该方向初步建立艾比湖流域生态环境本底监测体系

本年度已建成梯度风沙观测系统(20米观测塔4套)、水盐平衡观测系统(地下42套)、波文比观测系统(1套)、植物耗水监测系统(2套)、土壤二氧化碳排放监测系统(2套)、湖区水文监测网络(1套)、气象观测系统(6套)。其中气象观测系统1套架设于鸟岛管护站,其余5套以东大桥管护站为起点,垂直于阿齐克苏河每2.5公里架设气象站1个,终止于木特塔尔沙漠南缘,气象观测系统监测指标包括:风速、风向、光合有效辐射、大气压、空气温度、空气相对湿度、土壤温度、土壤体积含水量共8个指标,主要开展荒漠河岸林生物多样性环境响应和防止沙漠化扩张效果研究。目前,所有监测设备均已完成安装,已进入到数据调试环节,收集了大气、植物、土壤、水文等数据集共计48G,初步完成了野外站500亩试验田的建设,相关数据和成果可为博州政府科学保护艾比湖湿地生态系统和沙漠化防治提供数据和技术支撑。

支撑代表性成果如下:

[1] 新疆生态环境关键要素遥感动态监测. 第三次新疆科考项目——国家级, 2021.11-2024.11, 主持人: 马勇刚, 100万元.(项目)

[2] 新疆典型湿地生态系统碳储量、周转、生物来源及未来情景预测. 自然科学基金-重点项目, 2023.09.01-2027.08.31, 主持人: 马勇刚, 80万元.(项目)

[3] 新疆典型流域冰川边界矢量图技术服务. 新疆维吾尔自治区水文局委托项目, 2023.08.01-2023.09.31, 主持人:马勇刚, 14.5万元.(项目)

3)研究方向3:荒漠生态系统过程与调控,该方向揭示了艾比湖流域荒漠植物叶片吸水机制,以及荒漠植物土壤微生物及分子适应机制

叶片水分吸收被认为是大多数陆生植物的一个普遍现象,作为一种补充性水源对干旱区植物生长存活起到重要作用。研究团队围绕该现象在新疆艾比湖湿地国家自然保护区内展开了一系列实验。研究发现:梭梭和沙拐枣叶片(同化枝)可以吸收大气水分,高的空气湿度是叶片吸水的先决条件;18O稳定同位素的结果表明这二者可将叶片吸收的水分输送至二级枝条和主茎,并不会输送至根;叶片湿润可以改善叶片水分状态,并且提高净光合速率和光化学效率。雌胡杨叶片吸水能力强于雄胡杨,二者存在显著的性别差异;雌胡杨叶片吸水表现出了储存-速度效率共存的策略,依赖于叶表皮细胞壁组分(纤维素和果胶)以及叶细胞结构(栅栏组织)的支持。六种典型荒漠植物(胡杨、白刺、铃铛刺、罗布麻、骆驼刺、甘草)采取了不同的吸水策略,其中气孔调节行为是叶片吸水策略产生差异的重要影响因素;随土壤含水量的降低,叶片吸水策略的关键影响因素从气孔调节行为改变为氧化代谢调节。这些结论将加深对我们对干旱区植物水分利用的认识。针对艾比湖资源禀赋特点,结合养分添加实验,利用16S rRNAITS高通量测序技术探究了植物根际和土壤微生物群落多样性。利用宏基因组技术揭示荒漠植物土壤元素循环的微生物基因变化。上述研究有助于加深植物-微生物互作关系的认识,了解荒漠植物耐旱的生态适应机制并且有助于荒漠化治理。

支撑代表性成果如下:

[1] Li Wenjing, Wang Jinlong, Jiang Lamei, Lv Guanghui*, Hu Dong, Wu Deyan, Yang Xiaodong*. Rhizosphere effect and water constraint jointly determined the roles of microorganism in soil phosphorus cycling in arid desert regions[J]. CATENA, 2023, 222: 106809. (SCI,一区)

[2] Fan Yuxian, Lv Guanghui*, Chen Yudong, Chang Yaling, Li Zhoukang. Differential effects of cow dung and its biochar on Populus euphratica soil phosphorus effectiveness, bacterial community diversity and functional genes for phosphorus conversion[J]. Frontiers in Plant Science, 2023, 14: 1242469. (SCI,一区)

[3] Li Zhoukang, Chen Yudong, Wang Jinlong, Jiang Lamei, Fan Yuxian, Lü Guanghui*. Foliar water uptake and its influencing factors differ between female and male Populus euphratica[J].Environmental and Experimental Botany, 2023, 213: 105419. (SCI,一区)

[4] Li Zhoukang, Gong Xuewei., Wang Jinlong, Chen Yudong, Liu Feiyi., Li Hanpeng, Lü Guanghui*. Foliar water uptake improves branch water potential and photosynthetic capacity in Calligonum mongolicum[J]. Ecological Indicators, 2023 146: 109825. (SCI,二区)

[5] 基于高光谱遥感的新疆荒漠绿洲过渡带植物光谱多样性对干旱及高温胁迫响应研究, 国家自然科学基金-地区科学基金项目, 2023.09.30-2026.9.30, 主持人: 王恒方, 34万元.(项目)

[6] 胡杨根-冠水分利用机制研究. 国家自然科学基金-面上项目, 2022.01.01-2025.12.31,主持人: 吕光辉, 54万元.(项目)

[7] 氮沉降背景下AM真菌调节荒漠生态系统多功能稳定性的机制. 国家自然科学基金-青年科学基金,2022.01.01-2024.12.31, 主持人: 贾阳阳, 30万元.(项目)

[8] 生物结皮群落结构对荒漠土壤碳氮代谢的影响及其机制研究. 国家自然科学基金-面上项目合作单位, 2021.01.01-2023.12.31, 主持人: 张雪妮, 11.6万元.(项目)


4)研究方向4:荒漠监测、生态修复与实践,该方向编制了艾比湖流域国土空间生态修复规划,开展了艾比湖盐碱地生态修复示范

        开展了博尔塔拉河流域历史遗留废弃矿山生态修复示范工程实施方案编制,编制完成了项目可行性研究报告、项目实施方案、项目清单及相关图件,编制成果通过了自治区有关部门评审。编制完成了博州国土空间生态修复规划(2021-2035年),开展了艾比湖流域山水林田湖草沙一体化保护和修复前期课题研究工作,相关编制成果顺利进入自治区项目建设库。依托野外站,选取了典型盐生植物(小叶碱蓬、碱蓬和白麻),在厘清三种盐生植物不同生境特征及差异的基础上,探究了不同生境下三种盐生植物对盐渍土的光合生理、水生理适应和不同器官的微组织结构适应,结合器官盐含量、根系空间分布和根外-根际-根内三相界面水、盐、养分运输特征,揭示了不同生境下盐生植物对盐渍土的适应和调控。在干涸湖区种植200余亩盐生植物试验田,进行盐渍化土壤改良试验示范和技术推广。

支撑代表性成果如下:

[1] 博尔塔拉河流域历史遗留废弃矿山生态修复示范工程实施方案(博州国土空间生态修复规划(2021-2035年)、艾比湖流域山水林田湖草沙一体化保护和修复前期课题研究). 博尔塔拉蒙古自治州自然资源局, 2023.01.01-2025.03.31, 主持人:马勇刚, 144万元.(项目)

[2] 伊犁河及艾比湖流域水循环调控及生态修复关键技术研究. 新疆维吾尔自治区水利厅水资源规划研究所委托项目, 2020.05.10-2023.06.30, 主持人:丁建丽, 50万元.(项目)

[3] 新疆艾比湖地区典型盐生植物对盐渍土的适应和调控. 中央引导地方科技发展专项, 2023.01.01-2024.12.31, 主持人:何学敏, 65万元.(项目)


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