“三北”工程在防沙治沙领域取得了举世瞩目的成就，有效遏制生态恶化，形成国际领先的“中国方案”。其成功的核心在于始终坚持并不断深化的科学治沙战略。本文系统梳理并归纳“三北”工程科学治沙的变革历程与核心内涵，指出主要体现在“三个深化”：理念深化，从生存抗争向“人与自然和谐共生”“以水定绿”等科学理念转变，强调系统治理与可持续性；技术深化，科技创新贯穿始终，从传统方式发展到集成遥感、大数据、节水灌溉、优良种质、生物固沙及智能化装备的“科技治沙2.0”新阶段，提升了治理精准度与效率；成效深化，从单一生态恢复拓展至生态、经济、社会效益协同提升与科学评估体系完善。“三北”工程的科学治沙实践，为中国乃至全球干旱半干旱地区生态修复与可持续发展提供了宝贵经验和中国智慧。本文为建设绿色“三北”、生态“三北”、美丽“三北”和幸福“三北”提出了针对性的建议，供决策参考。

中国荒漠化问题严重，沙漠化对生态安全和社会经济可持续发展构成巨大威胁。针对20世纪50年代形成的包兰铁路固沙防护体系（沙坡头模式1.0版）存在的问题，如机械沙障人工制作成本高、效率低且前期需反复扎设，固沙植物生长迟缓、成效欠佳、稳定性差且前期过度消耗水分，能够稳定沙面的生物土壤结皮形成慢、周期长，以及铁路固沙防护体系质量效益不高等问题，本团队通过长期研究和试验示范，研发了机织沙障与人工结皮协同固沙技术体系（沙坡头模式2.0版）。该模式的核心内容包括阻沙栅栏和大网格高立式阻沙网格技术、草方格沙障机械化制备技术、干旱沙区固沙植物栽植技术、人工生物土壤结皮快繁与固沙技术。该模式在库姆塔格沙漠东缘、巴丹吉林沙漠边缘、腾格里沙漠腹地交通干线等地进行了应用示范，初步结果表明其具有一定的固沙效果。该模式在中国北方沙区及“三北”工程三大标志性战役区域具有潜在的应用价值，可为沙区生态系统的恢复提供技术支持。

人工生物土壤结皮（Biological soil crust， BSC）快速治沙技术和生态修复技术发展迅速，已成为沙化土地治理的新模式和沙区恢复生态学研究的前沿和热点。人工培育的BSC在加速生态修复进程中发挥着关键作用，可缩短BSC的形成时间并加速其发展进程。通常情况下，能够将自然条件下BSC形成所需的10~20年时间缩短至1年左右，显著缩短了沙面稳定时间，加速了沙区生态系统功能的恢复。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/宁夏沙坡头沙漠生态系统国家野外科学观测研究站（简称沙坡头站，始建于1955年），作为中国沙区生态研究的重要基地，是较早系统从事人工BSC快速治沙技术理论和应用研究的单位。值此建站70周年之际，本文对过去20年来沙坡头站研究团队在这一领域所取得的重要进展进行了系统地梳理与剖析，并对人工BSC治沙技术在沙化土地治理研究中的发展趋势进行了前瞻性展望。通过该综述，以期为全面、准确认识和评估人工BSC快速治沙技术对沙化土地治理的作用及其对生态系统功能的影响提供科学依据，也为后续相关技术的优化改进以及大规模推广应用提供理论指导，推动沙区生态环境的持续改善和可持续发展。

戈壁是干旱区典型荒漠景观，也是沙区道路工程沿线的主要地表类型。受下垫面性质、地表物质组成和沙源储量的影响，戈壁地区风沙动力机制及道路工程沙害防治侧重点不同。针对砾质戈壁与沙砾质戈壁，深入探究了近地表风动力环境与风沙输移过程的差异，围绕道路工程沿线的2种戈壁沙害特点、形成机理以及防护体系构建及其效益评价等，系统总结了戈壁地区道路工程沙害防治研究进展，梳理了戈壁地区道路工程主要防沙措施及其应用情景。沙砾质地表为隐性潜在沙源，兼具沙、砾和粉沙夹层分布的特点，加强沙砾质地表风沙过程研究有助于保障西部戈壁地区道路工程行车安全和提升交通运输能力。

植物固沙是干旱沙区防沙治沙与生态修复的重要手段。人工固沙植被的建立和演替重塑了植被-土壤系统水循环过程和水量平衡格局，而水文过程反过来调控植被群落的结构、功能及其生态稳定性。本文系统梳理了人工固沙植被系统生态水文研究的主要进展：（1）固沙植被-土壤系统关键水文过程与水量平衡演变规律，聚焦冠层水文过程、土壤水文过程和蒸散发；（2）水文过程驱动植物生长、植被结构与功能响应，聚焦植物水分利用与调控、水力调节机制、凝结水生态水文效应及土壤水分的植被承载力。未来亟需加强多尺度观测、多过程耦合模型构建与关键生态水文阈值确定，为干旱区以水定绿科学治沙提供理论支撑。

植被恢复与重建是干旱区沙化土地修复的关键措施，该过程通过改变地表覆盖、生物多样性和土壤有机质含量等影响区域碳循环过程。本文综述了近70年来中国北方沙区植被恢复与重建对碳循环关键过程的影响及其机制。结果表明：植被恢复通过植被-结皮-土壤复合体提升光合固碳能力，其中人工林地、灌丛和草本群落的净生态系统碳交换（NEE）分别为-386~-245、-280~-156、-210~-125 g·m^-2·a^-1，生物土壤结皮（BSCs）的年固碳量可达11.36~26.75 g·m^-2·a^-1。土壤呼吸和有机碳矿化速率随植被恢复时间延长呈增加趋势，土壤CO₂释放受植被组成、恢复年限、BSCs发育程度及季节性水热波动的综合调控，表现出显著的空间异质性和时间动态特征。植被恢复通过增加生物量碳输入、BSCs发育及改善土壤团聚体结构，显著提升土壤有机碳（SOC）储量，0~100 cm土层SOC储量0.19~7.71 kg·m^-2，其固存速率受生态恢复措施配置、土壤基质属性及水热耦合关系等多因子协同控制，土壤碳氮耦合机制对系统碳汇功能具有关键调控作用。植被恢复与重建显著改变地表温室气体通量格局，CO₂通量动态呈现复杂的环境响应特征。未来需加强多尺度长期监测，深化BSCs功能、气候变化响应及碳氮耦合机制研究，为优化沙区植被恢复模式及实现“碳中和”目标提供科学支撑。

荒漠生态系统脆弱且独特，荒漠植物凭借独特且复杂的生理生态适应机制，在极端干旱、高温及盐碱等逆境条件下生存。近年来，针对荒漠植物逆境生理生态的研究取得了重要进展。本文系统综述了荒漠植物在形态适应、水分调控、渗透调节、光合生理及分子机制等方面的适应策略，阐述了荒漠植物通过多层次的形态结构优化、生理代谢调控及基因表达调节，在逆境环境中维持生长和生存。本文从这几方面总结了当前荒漠植物逆境生理生态学研究现状，并展望了未来研究方向，以期深化对荒漠植物适应机制的理解，旨在为荒漠植物的生态适应性研究和生态恢复提供理论基础和科学指导。

植物水分利用对策及其干旱胁迫下生存适应机制是干旱区生态水文学研究的核心内容。腾格里沙漠人工植被区作为中国植物固沙的典范，其固沙灌木通过独特的生态水文适应机制在极端干旱环境中维持生态系统稳定。本文综合分析了根系水力再分配、树干径流、叶片吸水关键水分获取与利用过程，量化典型固沙植物柠条（Caragana korshinskii）和油蒿（Artemisia ordosica）的水量平衡各分量的分配比例，揭示固沙灌木多途径水分利用策略及其稳定性维持机制。提出降水阈值概念模型，当单次降水量在0~1 mm时，植物适应干旱的主要对策为叶片吸水；而当降水量为1~5 mm时，树干径流起主要作用；当降水量大于5 mm时，根土界面的水力再分配是植物适应干旱的主要对策。研究结果有助于加深对荒漠生态系统不同功能型物种利用水资源方式和策略的理解，为干旱沙区植被恢复与重建后的植被稳定性及其变化趋势评价提供理论依据。

菌藻共生作为近年来治理环境污染与修复退化生态环境的重要新兴工艺而受到广泛关注。菌藻双方在物理结构联系、营养物质循环以及信号传导等生理生化机制方面联系紧密，目前这种技术可用于水体污染治理、养殖尾水处理、土壤修复等多个领域，在生态环境绿色修复方面发挥着关键作用。但当前研究仍存在挑战，共生机制尚未厘清，共生体系在复杂环境下的长期稳定性与可调控性有待深入探索。本文基于当前学者对菌藻共生体系的研究现状，分析了菌藻共生机制以及生态修复实践的研究进展，展望未来菌藻共生的发展方向，为治理土壤荒漠化相关领域的进一步研究提供理论与实践参考。

利用固沙灌木的空间点格局不仅可以揭示物种的生物学特性、种内与种间关系以及环境因素对物种空间分布的影响机制，而且可以预测种群的发展趋势，为植被重建提供参考依据。当前针对沙漠生态系统，特别是中国北方沙区固沙灌木空间点格局的分布特征和规律，还缺乏系统的分析和总结，相关研究缺乏。以中国北方沙区固沙灌木为研究对象，对固沙灌木的种类、生物学特性、生态学功能进行了概述，综述了空间点格局研究中的相关统计量和零模型等重要概念，详细阐述了中国北方沙区不同类型固沙灌木的空间点格局分布特征、规律、灌木间的空间关联性及其影响因素。系统阐述我国北方沙区固沙灌木的空间点格局分布特征和关系，对于系统认识不同尺度上不同固沙灌木的种内和种间关系、在生态系统水平上提出适合中国北方沙区生态系统管理的有效途径具有重要的科学支撑意义。

水分是干旱区植物生存和生长的重要限制因子，研究干旱区植物水力传导过程，能够明晰植物应对干旱胁迫的水分利用策略及其对水循环的影响。尽管大量研究已经探究了植物对干旱胁迫的响应，但关于系统探究植物根、茎、叶不同器官对干旱胁迫的响应和协调过程的研究较少。本文综述了国内外关于植物个体水力传导过程及其对未来气候变化的响应，结果显示：（1）植物通过改变其形态特征，如增加根冠比、降低植物高度和舍弃远端叶片和根系等来应对干旱胁迫。（2）根系常通过水力再分配应对干旱胁迫；干旱胁迫会导致植物木质部栓塞，植物木质部可通过改变其结构特征等应对干旱胁迫；植物叶片通过改变叶片结构特征、气孔开合等来应对干旱胁迫。（3）未来气候“暖干化”的区域变化大背景下，干旱区植物水力传导过程是否存在水力效率和安全之间的权衡存在不确定性，需要进一步采用模型综合研究。

维管植物在旱区生态系统占据主导地位而被广泛关注，旱区生态系统的另一独特生物组分——生物土壤结皮，提供了一系列生态功能与服务，但受到的关注较少。以往的研究常单独探讨维管植物或生物土壤结皮在旱区生态系统中的作用与影响，忽视了二者共存问题，对其共存机制的研究更匮乏。鉴于水分是旱区生态系统的关键限制因素，研究生态水文过程影响生物土壤结皮与维管植物的共存具有重要意义。本文首先综述了旱区生态系统中生物土壤结皮与维管植物的共存模式，接着探讨了主要生态水文过程（降水、径流、入渗等）对共存模式的影响，最终阐明了共存模式的生态水文机制，为旱区植被恢复与荒漠化防治提供了理论支撑。

在维管植物发育受限的高寒、干旱、高温等极端环境，生物土壤结皮作为重要的地表活体覆盖物，在生态系统碳循环过程中扮演关键角色。明确生物土壤结皮发育在生态系统碳循环中的作用机制，可以为极端环境下碳中和目标的科学管理与实现提供理论依据。为准确评估极端环境生物土壤结皮发育对碳循环的影响，本文系统梳理了国内外相关研究，全面探讨生物土壤结皮的光合固碳、呼吸碳排放、净光合作用等关键过程，及其对大气碳交换和土壤有机碳的影响，并归纳不同结皮类型、不同区域环境条件下生物土壤结皮及结皮土壤系统碳循环过程的差异性，阐述其内在成因。综合分析表明，生物土壤结皮具有较强的光合固碳和呼吸碳排放能力，且在正常生理状态下表现为有机物的净积累；生物土壤结皮发育对土壤向大气碳排放速率具有双重调节作用，从长期效应来看，其发育增加了土壤向大气的碳排放量，激发碳源效应。生物土壤结皮发育增加土壤有机碳含量。苔藓结皮光合固碳能力、结皮土壤系统碳排放及其发育对土壤有机碳的促进作用明显强于藻类。降水和增温是引起不同区域生物土壤结皮及结皮土壤系统碳循环差异的主要因素，降水变化、增温等气候变化情景下生物土壤结皮碳循环动态响应及结皮土壤系统与大气碳交换呈非线性响应规律。

双层网盾状沙障具有较高的阻沙和固沙效应。对不同孔径单双层网盾状沙障进行风洞模拟试验，对比其流场特征、风沙流结构和蚀积状态。结果表明：（1）网盾状沙障内部形成明显的减速区（0~44 cm），并在后端产生更强的减速区（44~130 cm）。其中孔径2 mm的双层沙障减速效果最显著，比单层沙障形成更大的减速区域，且在不同风速条件下均表现出良好的适应性。（2）网盾状沙障输沙量分布普遍遵循指数衰减规律，双层沙障比单层阻沙效果更优，2 mm孔径的平均阻沙率最大。（3）网盾状沙障内部积沙高度随距离增加而上升，在后端达到最大值，沙障后方积沙高度逐渐降低直至与沙床相平。2 mm孔径双层沙障积沙更集中，积沙高度和区域也随着风速增加而增大。（4）孔径2 mm双层网盾状沙障兼具气流减速、积沙集中等优势，适应不同风速，防风固沙效果最佳。

戈壁地表粉尘释放是中国西北干旱区重要的自然地理现象，目前粉尘释放模型的应用未能充分考虑戈壁复杂地表属性，对不同粒径范围的粉尘模拟能力不足。对阳关绿洲边缘戈壁的风速、粉尘浓度、输沙通量进行了同步观测，结果表明：戈壁地表PM₁₅和PM_2.5释放通量分别与摩阻风速呈2次幂和4次幂函数关系，与输沙率线性正相关，粉尘释放效率随摩阻风速增大而呈降低趋势。PM_2.5在总粉尘释放通量中的占比随摩阻风速和输沙率的增大而呈对数律增大，PM_10-15占比呈相反的变化趋势。戈壁区流沙斑块对戈壁粉尘释放和输移具有重要影响。地表未起沙时，戈壁表面粉尘水平输送主要来源于上风向流沙斑块吹扬释放的粉尘，有流动沙源分布条件下的粉尘释放通量较无流动沙源分布条件下的粉尘释放通量增大2倍以上。地表风蚀起沙时，戈壁表面的粉尘既有来自流沙区的扬尘输送，也有风沙流击溅磨蚀产生的粉尘释放，且以后者为主。上风向无流动沙源条件下，戈壁粉尘释放主要受风速和表层沉积物中粉尘含量的控制。

掌握自然保护区内野生动物本底资源现状，及时更新物种名录，对制定有效的生物多样性保护策略至关重要。本研究于2022年10月至2024年5月，在沙坡头国家级自然保护区及周边长流水区域布设136台红外相机进行野生动物本底资源调查，累计工作67 456个相机日，共获得25 699张有效独立照片，鉴定出5目8科10种野生兽类和13目24科52种野生鸟类。结果表明：（1）国家一、二级重点保护野生动物分别为2种和14种；《中国生物多样性红色名录》列为濒危（EN）物种3种，易危（VU）3种，近危（NT）7种。（2）荒草湖记录到54种野生兽类和鸟类，长流水、小湖和金沙岛分别记录到30种、26种和14种；相对多度指数（R_AI）前5位依次为中亚兔（Lepus tibetanus）、鹅喉羚（Gazella subgutturosa）、赤狐（Vulpes vulpes）、环颈雉（Phasianus colchicus）和喜鹊（Pica pica）。（3）日活动节律分析显示，鹅喉羚和环颈雉为昼行兼晨昏性动物，环颈雉夜间几乎不活动；亚洲狗獾（Meles leucurus）、中亚兔和赤狐为夜行兼晨昏性动物，亚洲狗獾和中亚兔白天几乎不活动；亚非野猫（Felis lybica）为夜行性动物，夜间活动强度显著高于白天和晨昏时段。（4）豹猫（Prionailurus bengalensis）为沙坡头保护区新增物种，原科考报告中的荒漠猫（F. bieti）修订为亚非野猫。

西北荒漠区作为中国典型的生态脆弱区，藻结皮在其中扮演着重要的固碳角色，对维持区域碳平衡和生态功能具有重要意义。然而，目前关于西北荒漠区藻结皮覆盖下土壤有机碳（SOC），特别是其组分颗粒态有机碳（POC）和矿物结合态有机碳（MAOC）含量的垂直分布特征，以及关键影响因素仍缺乏明确的认识。本研究通过测定西北荒漠区藻结皮覆盖下0~2、2~5、5~10、10~20 cm土层SOC、POC和MAOC含量，并以裸沙为对照，结合相关影响因子，阐明SOC组分垂直分布特征及影响因素。结果表明：藻结皮SOC、POC和MAOC含量在各土层均高于裸沙，其中，SOC组分在0~2 cm土层差异尤为显著。藻结皮的POC和MAOC含量随土层深度增加而降低，POC含量由结皮层的3.83 g·kg^-1降至10~20 cm土层的2.37 g·kg^-1，MAOC含量则从2.97 g·kg^-1降至0.95 g·kg^-1。在藻结皮和裸沙中，POC含量占比均高于MAOC含量占比；裸沙POC含量占比高于藻结皮，而藻结皮的SOC稳定性则高于裸沙。相关性分析表明，藻结皮与裸沙POC和MAOC含量受气候因子与土壤理化性质的综合影响，其中，SOC组分含量与全氮、铵态氮和速效磷含量显著正相关，而与pH和年均气温显著负相关。此外，年均气温和年均降水量是预测POC和MAOC含量的重要因素，其中年均气温对藻结皮POC含量预测的贡献度高达45.50%。本研究揭示了藻结皮在中国西北荒漠区的固碳作用，可为干旱区碳储量评估与碳汇管理提供科学依据。

生物土壤结皮（Biological Soil Crusts）是荒漠生态系统的关键组成，其中蕴含的丰富多样的碳降解菌株能够将有机碳转化为无机碳形式，在促进有机质分解和维持荒漠生态系统碳循环过程中发挥着重要作用。本研究选取沙坡头固沙植被区的生物土壤结皮为研究对象，旨在筛选并鉴定具有不同碳源类型降解能力的功能菌株，并评估其酶活性。结果显示：菌株D7、D8的淀粉酶活性最高，分别为1.52、1.69 U·mL^-1；G5菌株的果胶酶活性最高，为1.01 U·mL^-1；菌株X2、X5的纤维素酶活性最高，分别为1.59、2.19 U·mL^-1；通过苯胺蓝脱色法测定，M1菌株显示出较强的木质素过氧化物酶活性。经过分子生物学鉴定，这些菌株主要包括Pantoea alhagi （D7、D8、X5）、Bacillus subtilis （X2）、Erwinia piriflorinigrans （G5）和Cupriavidus respiracul （M1）。

麦草和高密度聚乙烯（HDPE）沙障在工程治沙中广泛应用。当前研究更多地聚焦于固沙材料的防风固沙效应，然而有关固沙材料对地表温度长期影响的研究相对缺乏。本研究通过连续3年地表温度监测，揭示麦草和HDPE沙障对土壤热量平衡的影响，可为固沙工程中材料的优化选择、生态风险防控及工程设计提供依据。试验以乌（海）-玛（沁）高速中卫市腾格里沙漠路段风沙防护体系的HDPE沙障、麦草沙障及未铺设沙障的流沙（CK）为研究对象，利用地表温度计连续监测2021—2023年地表温度，对比研究了两种固沙材料在不同时间尺度（日、季节、年）的地表温度差异。结果表明：（1）HDPE沙障的日均地表温度最高（41.75 ℃），其次为CK（39.44 ℃），麦草沙障最低（38.14 ℃）。（2）秋季3种处理间地表温度无显著差异，而春、夏、冬季，CK与HDPE沙障地表温度相近，均显著高于麦草沙障（P<0.001）。（3）HDPE沙障全年地积温最高，麦草沙障最低；2021—2023年，麦草沙障地表温度呈明显下降趋势，而CK与HDPE沙障略有上升。（4）各处理的地表温度与气温均显著正相关。HDPE沙障导热性强，显著提高地表温度，而麦草沙障增温效应较弱，更利于改善土壤水分条件，促进固沙植物生长，从而加速流沙固定、表层土壤形成和植被恢复。

为探讨植被恢复措施对青藏高原沙化高寒草地与碳氮循环相关的土壤微生物的影响，以分别采用草本和灌丛在沙化草地进行人工植被重建的恢复草地为研究对象，运用宏基因组测序技术对比研究了两种恢复措施对碳氮循环相关土壤微生物功能群结构及其潜在功能的影响。结果表明：植被恢复显著提升了沙化草地中与碳氮循环相关的土壤微生物功能群的多样性、丰富度和均匀度。草地沙化和两种植被恢复措施均显著改变了与碳氮循环相关的土壤微生物功能群结构，进而影响了其潜在生态功能。人工植被恢复草地的绝大多数土壤微生物碳代谢功能与天然草地无显著差异，而大部分氮循环功能仍与天然草地具有明显差异，表明沙化高寒草地土壤微生物碳代谢功能的恢复效果比氮循环功能更佳。碳氮循环相关土壤微生物功能群与植被和土壤环境的改善显著正相关。人工植被重建重塑了沙化高寒草地的土壤微生物功能群结构，但不同植被恢复措施对土壤微生物碳氮循环潜在功能的影响差异不明显。

基于宁夏回族自治区10个森林生态系统样地的调查数据，系统分析了该地区森林生态系统的植物多样性及群落稳定性。研究共记录到202种植物，分布于54科124属，其中乔木层23种，灌木层31种，草本层148种。通过计算Sprenson相似性系数、重要值指数、多样性指数，以及运用Godron稳定性测定方法，评估了不同森林群落的物种组成差异性、物种重要性、多样性水平和稳定性特征。结果表明：宁夏森林群落的物种丰富度和多样性指数在不同样地间存在显著差异，丰富度指数最低为5，最高为72；多样性指数（Shannon-Wiener指数）最高为3.42，最低为1.33。群落稳定性分析显示，青海云杉群落的稳定性指数（Godron稳定性测定）为最高，接近稳定点（20，80），而华北落叶松群落的稳定性指数最低，偏离稳定点较远；群落物种多样性与稳定性显著正相关。

为更好地评估生态恢复工程的固碳服务效果，本研究定量评价了2015年和2020年沙坡头人工固沙植被生态系统不同演替阶段固碳服务供需平衡。结果表明：（1）人工固沙植被生态系统单位面积固碳服务供给量随固沙年限增加呈现波动上升趋势，在固沙52年以后逐渐趋于稳定。固沙前17年，灌木是固碳服务的主要贡献者，固沙25~60年以土壤固碳服务为主。土壤与灌木固碳服务供给呈现显著负相关，符合回归方程y=\mathrm{9.88}-\mathrm{3.21}\mathrm{l}\mathrm{n}x。草本植物生物量随固沙年限延长而增加，土壤固碳服务供给在较长时间内持续增加。（2）沙坡头区2020年固碳服务需求比2015年增长43.33%，主要受建设用地碳排放量迅速增加的影响，而建设用地碳排放量主要受以煤为主的能源消费结构和以重工业为主产业结构的影响。（3）2015—2020年沙坡头人工固沙植被生态系统单位面积固碳服务供需比远低于100%，且有下降趋势，表明固碳服务供给不能满足需求，且固碳服务供给的增长速度远落后于需求。

植物叶际作为微生物的栖息地，其真菌群落动态与寄主植物的生理调控网络存在密切关联。以腾格里沙漠东南缘植被恢复区常见固沙植物沙木蓼（Atraphaxis bracteata）为研究对象，通过整合高通量测序技术与植物生理指标测定方法，系统解析健康与病害植株叶部附生及内生真菌群落的生态特征，并揭示其与寄主植物碳氮磷及防御系统的关联特征。结果表明：病株内生真菌中病原属Botryosphaeria丰度显著升高至56.00%（健康组5.41%），而共生菌Kodamaea占比锐减（38.48%→0.50%）；附生真菌群落呈现低Shannon多样性（2.12 vs 2.87）但高Chao1丰富度（286 vs 198 OTUs）特征，且β多样性差异显著（ANOSIM R=0.642）。寄主植物层面，病株叶片碳含量增加15.3%（P=0.007），而氮、磷分别下降12.8%和30.1%，同时伴随SOD活性抑制（-54.3%）与木质素（+45.2%）、水杨酸（+2.5%）的拮抗性防御响应。菌群-寄主植物互作分析进一步表明，Botryosphaeria丰度与SOD活性强负相关，与木质素积累正相关，提示病原菌可能通过干扰抗氧化系统并激活特定防御通路加剧寄主病理进程。荒漠植物叶际微生物群落在病害胁迫下具有多样性-功能-代谢耦合特征，这对生态脆弱区植被病害的微生物预警具有理论意义。

本研究基于宁夏回族自治区63个草地样地的调查数据，系统分析了该地区不同类型草地的植物多样性及群落稳定性。研究共记录了344种植物，分布于61科195属，其中灌木层物种丰富度较低，而草本层表现出较高的物种多样性。通过计算Sprenson相似性系数、重要值指数、多样性指数，并运用Godron稳定性测定方法，评估了不同类型草地群落的物种组成差异性、物种重要性、多样性水平和稳定性特征。结果显示：宁夏不同类型草地群落的物种丰富度和多样性指数存在显著差异，草甸草地的物种丰富度和多样性最高，典型草地居中，荒漠草地最低；群落稳定性分析表明，草甸草地群落的稳定性最高，荒漠草地最低。这种差异与区域间的气候条件、土壤类型、养分状况等密切相关。

本研究旨在探究固沙年限对荒漠土壤种子库及其与地上植被关系的影响。以流沙、草方格（固沙5年）、固沙37年和固沙60年样地为研究对象，通过地上植被调查和土壤种子库萌发相结合的试验方法，重点围绕不同固沙年限土壤种子库和地上植被的特征及二者之间的关系进行研究。结果表明：（1）土壤种子库与地上植被主要由一年生草本植物构成，分别占71.43%、54.55%。随固沙年限增加，土壤种子库物种组成、密度均呈现先增加后下降的趋势，而地上植被变化规律与之不同；（2）土壤种子库的物种多样性指数随固沙年限增加呈先增加后降低趋势，而地上植被的多样性则随固沙年限增加呈持续上升趋势；（3）土壤种子库与地上植被组成之间的相似指数为0.28~0.07，随固沙年限增加呈逐渐降低趋势。总体来看，植被固沙初期能够促进土壤种子库积累和多样性增加，但长期固沙可能会导致种子库与地上植被的生态功能解耦，需结合人工干预以维持系统可持续恢复。

生物土壤结皮（Biological Soil Crust，BSC）广泛分布于干旱半干旱区，被誉为荒漠生态系统工程师。固沙灌木与BSC在地表镶嵌分布，其凋落物对BSC发育具有重要影响，但不同固沙灌木在不同种植密度下凋落物差异如何影响BSC的拓殖和发育仍鲜见报道。针对这一科学问题开展相关研究，以期为腾格里沙漠东南缘固沙灌木与BSC协同恢复提供科学依据和实践指导。本研究以腾格里沙漠东南缘20、35、50株/100 m²种植密度的沙拐枣（Calligonum mongolicum）、沙木蓼（Atraphaxis bracteata）、花棒（Hedysarum scoparium）为对象，分别测定凋落物盖度、厚度、质量和BSC属性，并通过多因素和回归分析探究凋落物属性对BSC生长发育的影响。结果表明：固沙灌木种类、种植密度和两者的交互作用均显著影响BSC厚度、总胞外多糖含量和抗压强度。此外，固沙灌木种类显著影响BSC厚度，种植密度对BSC盖度也有显著影响。回归分析发现，不同种植密度的沙拐枣、沙木蓼和花棒样地BSC各生长指标与凋落物属性的关系最佳拟合均为二次函数，即先增加后平缓或者减少的变化规律。相同密度下，沙拐枣和花棒样地BSC发育水平显著高于沙木蓼；不同种植密度中，3种固沙灌木下的BSC均在20株/100 m²时发育最好。不同种类固沙灌木和种植密度导致其凋落物属性差异，引起地表微环境变化，影响BSC的拓殖与发育。综上，本研究建议在腾格里沙漠东南缘固沙灌木-BSC联合生态恢复工作中，优先选择种植沙拐枣和花棒，其次为沙木蓼，最优种植密度均为20株/100 m²。

甘肃蒿（Artemisia gansuensis）、胡枝子（Lespedeza bicolor）、针茅（Stipacapillata）是宁夏荒漠草原典型植物，具有重要的生态功能。在干旱加剧、氮沉降等环境条件下，荒漠草原植物的生理响应机制尚不明确。本研究通过野外控制实验，设置不同水、氮条件，分析荒漠草原3种植物光合作用与蒸腾特性的生理响应机制。结果表明：（1）甘肃蒿对环境水分变化的响应较为敏感，胡枝子对水分胁迫有着相对较高的适应性，3种植物通过不同模式的气孔调节行为适应环境水分变化；（2）适宜的氮素添加能够优化甘肃蒿的光合系统，增加其光合效率；（3）氮沉降对胡枝子产生较大影响，过多的氮素添加会导致胡枝子在群落中的竞争能力下降；（4）针茅面对环境氮素的改变反应甚微，对氮素利用表现出高度的保守策略。

柠条（Caragana korshinskii）作为“三北”防护林体系的核心灌木树种，长期高密度纯林经营导致林分衰退，生长势减弱，自然更新能力下降，严重制约其生态屏障功能。针对传统修复技术忽视自然演替规律，生物多样性恢复不足以及技术手段单一，不能进行精准修复的问题，本研究以榆中县贡井林场衰退柠条林为对象，通过构建平茬-混交-接种结皮的近自然修复技术模式，分析不同措施对林分生长状况的影响，以明确不同衰退程度下柠条林的最适修复模式。结果表明：50%平茬强度、10 cm留茬高度的近自然平茬模式显著提升了柠条生长特性和林地植被覆盖率，为最优平茬模式。针对轻度衰退柠条林，采用近自然平茬技术进行修复，具体技术参数为：平茬强度50%、留茬高度10 cm；针对中度衰退柠条林，采用近自然平茬技术与混交小灌木技术相结合进行修复，具体技术参数为：平茬强度50%、留茬高度10 cm，柠条与毛刺锦鸡儿（Caragana tibetica）的混交比例为2∶1；针对重度衰退柠条林，采用近自然平茬技术、混交小灌木技术与结皮接种技术相结合进行修复，具体技术参数为：平茬强度50%、留茬高度10 cm，柠条与毛刺锦鸡儿的混交比例为1∶1，结皮接种盖度大于60%。

大型沙漠光伏电站的建设不仅为全球能源转型和实现碳中和目标提供了新途径，也为荒漠化治理提供了新方案。然而，其建设模式对土壤物理属性（如水分、温度和电导率）及固沙植物生长特征的影响尚缺乏在空间上的对比研究。本研究以腾格里沙漠大型新能源基地为对象，通过野外调查、定位监测，对比分析两种光伏建设模式（固定可调模式与平单轴追踪模式）下生态修复区内光伏板下方、前方和后方的土壤特性、植物生长状况及生物量特征。结果表明：光伏板前和板后土壤水分表现为固定可调生态修复区显著高于平单轴生态修复区，而板下土壤水分表现为平单轴生态修复区高于固定可调生态修复区，土壤温度和电导率表现为固定可调光伏生态修复区高于平单轴光伏生态修复区，但差异不显著。空间异质性分析表明，两种光伏建设模式对土壤属性的影响存在显著差异，光伏板前（固定可调）和板后（两种模式）区域的土壤水分显著高于光伏板下区域，而电导率表现为板下区域显著高于板前和板后区域。固定可调光伏生态修复区的物种多样性高于平单轴光伏生态修复区。固沙植物在空间分布上同样存在显著异质性，光伏板前和板后区域的植物株高、盖度、地径、根长、地上生物量和地下生物量均显著高于光伏板下区域。植物盖度、高度、地径、根长、地上生物量和地下生物量受土壤水分影响显著（P<0.05）。光伏电站建设通过改善植物生境显著促进了固沙植被的恢复，其中固定可调模式更有利于光伏板前和板后区域的植被恢复，但不利于光伏板下区域的植被恢复。

有限气象参数条件下借助于深度学习实现蒸散量的准确估算对干旱区有限水资源的高效利用和管理具有重要意义。当前基于混合深度学习模型CNN-BiLSTM-Attention的蒸散发估算忽视了参数优化，导致估算精度难以契合实际应用需求。本文提出了一种新的霜冰优化算法（RIME）优化CNN-BiLSTM-Attention的超参数的混合模型RIME-CNN-BiLSTM-Attention，实现了有限气象参数条件下临泽县参考蒸散量（ET₀）的准确预测。与CNN-BiLSTM-Attention相比，混合模型RIME-CNN-BiLSTM-Attention的平均绝对百分比误差（MAPE）从14.56%下降到14.09%，可决系数从0.8654上升到0.8930。此外，数值结果表明混合模型RIME-CNN-BiLSTM-Attention的模型性能优于分别采用哈里斯鹰优化算法（HHO）、鱼鹰优化算法（OOA）、北方苍鹰算法（NGO）对CNN-BiLSTM-Attention进行优化的混合模型HHO-CNN-BiLSTM-Attention、OOA-CNN-BiLSTM-Attention、NGO-CNN-BiLSTM-Attention，意味着所构建混合模型RIME-CNN-BiLSTM-Attention具有更加稳健的模型性能和更高的计算精度，能够实现研究区域ET₀的准确估算。

荒漠植物是沙漠生态系统的核心。沙丘沿风向移动造成荒漠植物死亡，目前对植物死亡后枯落物在沙丘埋压状况下分解研究较少。本文通过遥感测算、样品采集和实验分析等方法，研究沙丘对典型荒漠植物白刺（Nitraria tangutorum）和小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）埋压时长与沙丘形态关系以及沙丘埋压状况下荒漠植物枯落物分解特征。结果表明：（1）沙丘对荒漠植物埋压时长与沙丘形态参数呈显著幂函数正相关，与沙丘移动速度呈显著幂函数负相关，沙丘规模越大对植物埋压时间越长。（2）被埋压植物枝条枯落物质量损失率与埋压时长呈显著对数函数正相关。被沙丘埋压的前25年枝条枯落物的分解速率较大，年平均质量损失率达2.6%，之后分解速率趋于平缓。被沙丘埋压期间小叶锦鸡儿枝条枯落物分解速率大于白刺。荒漠植物枝条枯落物分解速率与其直径呈显著正相关。（3）沙丘埋压可导致植物枝条枯落物C和N元素富集，且富集程度随埋压时长的增加而增加。N元素富集程度明显高于C元素，但随埋压时长的增加呈减小趋势。研究结果将为准确预测干旱区荒漠植物碳周转速率提供科学依据。

凋落物层和土壤层是森林生态系统物质循环和能量流动的重要载体，量化森林土壤养分特征及其与凋落物质量和养分利用效率的关系，是揭示干旱山地森林生态系统养分循环和评估生产力的关键。本研究以宁夏罗山国家级自然保护区内青海云杉纯林、油松纯林和青海云杉-油松混交林为对象，基于样地调查和土壤、凋落物样品测定，运用冗余分析（RDA）阐释了3种典型林分土壤养分特征及其与凋落物质量和养分利用效率的关系。结果表明：（1）3种典型林分土壤养分含量在0~10 cm土层均显著高于10~20 cm和20~40 cm土层（P<0.05），而在10~20 cm和20~40 cm土层之间差异均不显著（P>0.05）；（2）3种林分类型凋落物各分解层养分含量依次为TC>TN>TK>TP，且青海云杉-油松混交林的全磷含量和凋落物储量均显著高于纯林（P<0.05）；（3）纯林各分解层C/N、C/P、N/P均大于青海云杉-油松混交林，未分解层C/N和C/P值显著大于（P<0.05）半分解层，N/P值均小于14，纯林的P养分利用效率显著大于青海云杉-油松混交林（P<0.05）；（4）3种林分类型凋落物养分归还量在各分解层均表现为C>N>P归还量，且青海云杉-油松混交林高于纯林；（5）RDA表明，0~10 cm土层凋落物的未分解层磷含量（UP）、磷养分利用效率（UPNUE）、氮磷比（UN/P）、碳磷比（UC/P）和半分解层磷养分利用效率（SPNUE）、碳氮比（SC/N）对土壤养分含量变化作用明显，土壤养分含量与UP呈显著正相关（P<0.05），而与UPNUE呈显著负相关（P<0.05）。青海云杉-油松混交林比纯林在土壤养分积累以满足植物生长的养分需求方面更具优势，且N为3种林分的主要限制性元素，在N限制范围内纯林较青海云杉-油松混交林更易受磷元素含量的影响。

本研究以宁夏盐池1984、1996、2005、2015年的人工柠条（Caragana korshinskii）林的草本群落为对象，采用时空替代法，调查草本植物种类、数量等群落特征，测定土壤理化性质，探讨不同恢复年限下草本群落结构、相似性及物种多样性的变化特征，并分析影响群落变化的关键因素。结果表明：该区域草本物种共19科39属。随着植被恢复年限增加，草本物种丰富度和多样性指数呈波动性变化，且由于放牧原因，1996、2005年样地丰富度低于其余2个样地，2015年Shannon多样性指数最高，其次是1984年；同时，各样地间草本层群落差异性较大。此外，随着植被恢复，土壤有机碳、全氮、微生物量碳氮的含量均呈增加趋势，同时，较高的土壤有机碳和微生物量碳氮也增加了草本植被盖度、多度、地上生物量，并且浅层土壤含水量（20~60 cm）决定了草本植被丰富度和多样性。

树干茎流指被植物冠层拦截的沿主干向下汇集到根区土壤的部分降水，是旱区灌木重要的水分和养分来源。本文以腾格里沙漠东南缘沙坡头地区的优势固沙灌木柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）为研究对象，对其树干茎流进行野外定位观测，量化灌木形态特征对树干茎流产量的影响。结果表明：（1）树干茎流占同期降水比例平均为3.6%；（2）树干茎流率（单位降雨产生的树干茎流量，mL·mm^-1）与株高、基径、枝条数、冠层体积、冠层投影面积显著正相关（P<0.05）；（3）依据熵权法权重得出影响灌木各分枝树干茎流产量的形态特征参数重要性为基径（0.50）>倾角（0.28）>长度（0.22）。研究结果有助于清晰认知干旱区植被系统-土壤系统水循环过程，为评估植被形态结构参数对树干茎流产量影响提供数据支持和方法参考。

地下水埋深（GD）是调控荒漠-湿地生态系统的重要水文因子。本研究以甘肃敦煌西湖国家级自然保护区为对象，探讨GD对土壤理化性质空间异质性、物种多样性及土壤水分-物种多样性权衡关系的驱动效应。结果表明，随着GD从1.07 m增加至5.42 m，土壤总碳（STC）、总氮（STN）和含水量（SMC）显著下降（P<0.001），总溶解盐（TDS）和土壤碳氮比（STC/STN）上升，土壤理化性质呈现显著梯度分异，物种丰富度（SP）和多样性（H）分别下降84.3%和78.6%，群落从芦苇（Phragmites australis）主导的中生草本演替为胀果甘草（Glycyrrhiza inflata）和骆驼刺（Alhagi camelorum）主导的耐旱种；冗余分析揭示GD（R²=0.4287）、SMC（R²=0.4916）和pH（R²=0.4716）通过水分-盐分梯度驱动群落格局分异，其中GD与胀果甘草显著正相关（R²=0.5370），而SMC和pH与矮藨草（Scirpus pumilus）、里海旋覆花（Inula caspica）等湿生种正相关。层次分割分析表明，环境因子对物种分布的总解释力达37.8%，GD（20.21%）、STC/STN（19.76%）和SMC（17.30%）为关键驱动因子（均P<0.001）；GD在3 m左右为土壤水分与物种多样性权衡的临界阈值，低于此值二者呈协同关系，高于此值权衡加剧。研究表明，GD通过水分和盐分梯度驱动物种分布和土壤理化性质的空间变异，GD在3 m以内可维持草本群落的生态系统功能，该阈值可为荒漠-湿地生态修复提供关键水文基准。