金塔绿洲荒漠交错带沙蓬根系分形特征

根系分形结构是植物根系构型应对环境异质性的表型可塑性,可反映植物对生长环境的适应结果。在黑河中游的金塔北海子国家湿地公园,按照立地条件选择丘间低地、缓平沙坡和坡顶平地3种生境类型,采用全根挖掘和Win-RHIZO根系分析仪相结合的方法,研究了绿洲荒漠交错带一年生植物沙蓬(Agriophyllum squarrosum)的根系分形结构。结果表明:从丘间低地到坡顶平地植被群落的高度、盖度、地上生物量、土壤含水量、紧实度和土壤容重逐渐减小,沙蓬根系分形维数呈减小趋势,而根系分形丰度呈增大趋势;不同立地条件下沙蓬根系分形维数和分形丰度间呈负相关关系,沙蓬根系分形维数与分形丰度在丘间低地和坡顶平地均存在极显著负相关关系(P0.01),在缓平沙坡样地呈显著负相关关系(P0.05)。沙蓬根系分形维数和分形丰度间"此消彼长"的权衡关系,体现了沙生植物应对生境胁迫的表型可塑性机制。     

张掖湿地芦苇比叶面积和水分利用效率的关系

密度制约下植物比叶面积与水分利用效率的关系,对于认识土壤-植物-大气的物质循环和能量流动机制具有重要意义。采用样方调查法,研究了3种密度(高密度Ⅰ:210—230株/m~2;中密度Ⅱ:130—150株/m~2;低密度Ⅲ:50—70株/m~2)条件下芦苇种群比叶面积(SLA)和水分利用效率(WUE)的关系。结果表明:随着芦苇种群密度的逐渐降低,湿地群落的土壤含水量逐渐减小,芦苇的株高、叶面积、叶干重、SLA和蒸腾速率(Tr)均呈逐渐减小的趋势,净光合速率(Pn)、叶厚度和WUE呈逐渐增加的趋势;不同密度条件下湿地植物芦苇比叶面积(SLA)与水分利用效率(WUE)的关系存在显著差异(P0.05),在高密度(Ⅰ)与低密度(Ⅲ)样地,芦苇SLA与WUE呈极显著负相关关系(P0.01);在中密度(Ⅱ)样地,二者呈显著负相关关系(P0.05)。不同种群密度的湿地生境中,芦苇通过调整叶片形态构造,使比叶面积和水分利用效率形成了相反的变化趋势,反映了植物适应光照条件、土壤含水量等异质性环境因子的资源利用策略和光合产物积累模式。     

秦王川湿地盐角草和盐地碱蓬种群的空间格局及其关联性

植物种群的空间格局及关联性是植物种群生态学特性对环境条件长期适应和选择的结果。在秦王川国家湿地公园盐沼湿地,利用群落学调查法和点格局分析法,按照盐角草(Salicornia europaea)植株密度依次设置高密度Ⅰ(800株·m~(-2))、中密度Ⅱ(400~800株·m~(-2))和低密度Ⅲ(400株·m~(-2))3个密度梯度样地,分析了盐角草和盐地碱蓬(Suaeda salsa)种群的空间格局及其关联性。结果表明:随着盐角草植株密度的减小,其植株高度和地上生物量呈逐渐减小的趋势(P0.05),盐地碱蓬的植株高度和地上生物量呈逐渐增大的趋势(P0.05);盐角草在样地Ⅰ和Ⅲ中呈不同尺度的聚集分布,聚集尺度由较小尺度向小尺度过渡,在样地Ⅱ中所有尺度上呈聚集分布;盐地碱蓬在样地Ⅰ所有尺度上呈聚集分布,在样地Ⅱ和Ⅲ的聚集分布由较小尺度向中尺度过渡;在样地Ⅰ中,盐角草和盐地碱蓬之间表现为负相关和不相关(P0.05),在样地Ⅲ中表现为不相关,在样地Ⅱ中从负相关过渡到正相关(P0.05)。湿地植物密度调控机制影响下的非对称竞争关系,引起群落优势物种发生更替,反映了植物适应环境变化的生活史策略。     

尕海湿地不同密度下甘肃马先蒿根系分叉数与连接数、分支角度的关系

根系构型决定根系分布及其对养分和水分的吸收效率,是植物根系与胁迫生境相互适应的结果。采用标准化主轴估计(Standardized major axis estimation, SMA)法,并采用全根挖掘和Win-RHIZO根系分析仪相结合的方法,按照甘肃马先蒿种群密度设置I(10—31株/m~2)、Ⅱ(32—53株/m~2)、Ⅲ(54—75株/m~2)3个样地,研究了尕海湿地不同密度下甘肃马先蒿(Pedicularis kansuensis)根系分叉数与连接数及分支角度的关系。结果表明:随着种群密度由高到低转变,甘肃马先蒿的高度、盖度、地上生物量、根系分叉数及外部连接数逐渐减小,地下生物量、根系内部连接数、分支角度逐渐增大;甘肃马先蒿根系分叉数与内部连接数、外部连接数及分支角度均呈异速生长关系,随着种群密度由高到低转变,甘肃马先蒿根系内部连接数与分支角度增加的速度逐渐大于分叉数与外部连接数减小的速度,根系分叉数与内部连接数的异速斜率逐渐减小,与外部连接数、分支角度的异速斜率逐渐增大。甘肃马先蒿在高密度倾向于密集型根系构型构建模式,在低密度选择扩散型根系生长模式,体现了高寒湿地植物种群应对资源多重竞争的生态适应机制。     

高寒草地甘肃臭草根系分形结构的坡向差异性

根系分形结构是植物根系构型应对环境异质性的表型可塑性结果, 可反映植物对生长环境的适应策略。利用ArcGIS建立研究区域的数字高程模型, 并提取坡向数据, 采用全根挖掘和Win-RHIZO根系分析仪相结合的方法, 研究了祁连山北坡高寒退化草地不同坡向甘肃臭草(Melica przewalskyi)的根系分形结构。结果表明: 随着坡向由北坡向东坡、西坡、南坡转变, 草地群落的密度、高度和土壤含水量逐渐减小, 甘肃臭草种群的密度、高度以及根系分形丰度呈逐渐增大的趋势、分形维数逐渐减小; 不同坡向甘肃臭草根系分形维数和分形丰度间的相关性存在差异(p < 0.05), 南坡和北坡甘肃臭草根系分形维数分形丰度之间存在极显著负相关关系(p < 0.01), 东坡和西坡之间存在显著负相关关系(p < 0.05), 甘肃臭草根系分形维数和分形丰度存在着“此消彼长”的权衡关系; 随着坡向由北坡向东坡、西坡、南坡转变, 甘肃臭草根系分形维数和分形丰度回归方程的标准化主轴(SMA)斜率逐渐增大(p < 0.05), 说明在干旱的南坡, 根系所开发利用的相同体积的土壤内, 根系分支更少、更稀疏。不同坡向甘肃臭草合理权衡根系分形维数和分形丰度的资源配置模式, 体现了植物根系构型构建的资源投资权衡机制。     

植株密度和氮素互作对垂穗披碱草生物量分配的影响

垂穗披碱草（Elymus nutans）是高寒地区建植和改良栽培草地的首选草种。虽然合理植株密度和氮素添加量是垂穗披碱草栽培草地稳产的关键因子,但两者之间是否存在最佳互作组合仍不清楚。采用盆栽试验,通过分析不同植株密度（58、102、146株/m²）和氮素添加量（0、200、400 mg/kg）组合状态下垂穗披碱草株高、单株分蘖数、地上生物量、地下生物量、根系体积和地上地下生物量比,以确定理论上是否存在植株密度和氮素添加量的最佳组合。结果表明：随植株密度增加,垂穗披碱草株高、地上生物量和地上地下生物量比值均先增加后降低,而单株分蘖数逐渐减小,根系体积和地下生物量先增加后保持相对稳定;随氮素添加量增加,垂穗披碱草单株分蘖数、地上生物量和地上地下生物量比值均表现为先增加后降低,地下生物量逐渐降低。植株密度与氮素添加量互作虽然对垂穗披碱草的根系体积和单株分蘖数没有显著影响,但两者互作显著影响了垂穗披碱草株高、地上生物量、地下生物量、地上地下生物量比（P<0.01）,这些指标与植株密度和氮素添加量的关系均表现为一个开口向下的抛物面。当植株密度为102株/m²和氮素添加量为200 mg/kg时,垂穗披碱草栽培草地产量最大,生物量分配最优。垂穗披碱草植株密度和氮素添加互作时理论上存在最佳组合,这为垂穗披碱草栽培草地的田间管理提供了理论依据。     

秦王川湿地滨藜叶脉性状与蒸腾速率关系对种群密度的响应

植物蒸腾速率与叶性状关系的环境响应,对探索植物碳水代谢关系和叶性状构建模式之间耦合的生理生态学机制具有重要的意义。选择甘肃省秦王川国家湿地公园的盐沼湿地为实验地,按研究区域滨藜(Atriplex patens)植株密度设置Ⅰ(16—21株/m~2)、Ⅱ(9—15株/m~2)、Ⅲ(9株/m~2)3个梯度,采用标准化主轴估计(standardized major axis estimation,SMA)方法,以叶脉密度和中脉直径分别表示叶脉性状,研究了种群密度影响下滨藜蒸腾速率与叶脉性状的关系。结果表明:随种群密度减小,滨藜的中脉直径、株高、盖度、光合有效辐射(PAR)、叶面积(LA)均逐渐降低,而叶脉密度、叶干重、蒸腾速率(T_r)和净光合速率(P_n)逐渐增加。在高密度(Ⅰ)和低密度(Ⅲ)中,滨藜的蒸腾速率和叶脉密度之间存在极显著正相关关系(P0.01),与中脉直径之间存在显著的负相关关系(P0.05);在中密度(Ⅱ)中,滨藜的蒸腾速率与叶脉密度呈显著正相关关系(P0.05),与中脉直径不存在相关关系(P0.05)。在小密度样地,蒸腾速率(T_r)较小,滨藜采取减小叶脉密度、增大中脉直径的策略,即在阴生环境中滨藜叶片需要大的中脉直径来支撑,同时较小的叶脉密度亦可满足其蒸腾需求,体现了密度制约下湿地植物的生物量分配格局和资源利用对策。     

密度制约下尕海湿地黄帚橐吾叶绿素与叶面积、叶厚度间的关系

密度制约下植物叶性状间的关系,对于认识植物叶片的物理构建与生理代谢的关系具有重要的意义。本研究采用标准化主轴估计分析方法,按黄帚橐吾(Liguaria virgaurea)种群数设置I(171～240株·m~(-2))、II(101～170株·m~(-2))和III(30～100株·m~(-2))3个密度,分析了尕海湿地不同种群密度黄帚橐吾叶绿素含量与叶面积、叶厚度的关系。结果表明:随着黄帚橐吾种群密度的降低,湿地群落的密度呈先减小后增大的U型趋势、盖度逐渐降低、高度和土壤水分逐渐增加,黄帚橐吾的叶面积和叶绿素含量逐渐增加、叶厚度和群落内部光合有效辐射逐渐减小、净光合速率和蒸腾速率呈先减小后增大的U型趋势;叶绿素含量与叶面积呈显著负相关(P0.05)、与叶厚度呈显著正相关(P0.05)。生长在高密度湿地的黄帚橐吾选择增加叶绿素含量且构建小而厚的叶片,在低密度湿地选择减少叶绿素含量且构建大而薄的叶片,反映了植物适应光照条件等异质性环境因子的资源利用策略和光合产物积累模式。     

放牧对大针茅草原建群种与优势种空间分布关系的影响

为探讨放牧下大针茅草原建群种大针茅(Stipa grandis)和优势种羊草(Leymus chinensis)及糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)种群空间分布特点及关系,本实验以内蒙古自治区锡林郭勒盟毛登牧场大针茅草原建群种大针茅、优势种羊草和糙隐子草为研究对象,通过野外试验,以地统计学为基础,采用半方差函数、分形维数及克里格插值法,分析了围封(CK)和放牧(G)样地大针茅、羊草及糙隐子草种群小尺度空间分布关系。结果表明:围封样地大针茅、羊草及糙隐子草植株密度分别为10.94株/m~(2 )、12.95株/m~(2 )、13.60株/m~(2 ),放牧样地植株密度分别为16.84株/m~(2 )、48.28株/m~(2 )、28.63株/m~(2 ),放牧显著增加大针茅、羊草及糙隐子草种群密度(P0.05);半方差函数进行模型拟合发现,大针茅、羊草及糙隐子草种群空间分布函数关系均符合高斯模型;通过对空间分布函数关系分析,围封和放牧样地结构比为G (93.3%) CK(60.4%),表明放牧样地大针茅种群空间分布主要受结构性因素影响,而围封大针茅种群则受随机性因素影响较大;围封和放牧样地分形维数值为CK(1.796) G(1.361),表明放牧样地大针茅、羊草和糙隐子草所形成的空间分布格局相比围封样地较为复杂,大针茅空间分布对羊草和糙隐子草空间分布的依赖性较弱;通过立体图分析,在放牧利用过程中,羊草处于中低密度时,及糙隐子草处于高密度时,均与大针茅种群间的关系从围封中的竞争关系变为放牧过程中的亲和关系,可见放牧导致种间关系改变。     

张掖湿地芨芨草叶大小和叶脉密度的权衡关系

叶大小-叶脉密度的权衡关系是植物叶经济谱理论的基础, 对理解资源竞争条件下植物叶片的物理构建与生理代谢的关系具有重要的意义。该文采用标准化主轴估计(standardized major axis estimation, SMA)的方法, 按芨芨草(Achnatherum splendens)株丛密度设置I (>12丛·m^-2)、II (8-12丛·m^-2)、III (4-8丛·m^-2)和IV (<4丛·m^-2) 4个密度梯度, 以叶面积和叶干质量分别表示叶大小, 对张掖洪泛平原湿地不同密度条件下芨芨草种群的叶大小和叶脉密度的关系进行研究。结果表明: 随着芨芨草株丛密度的降低, 湿地群落的土壤含水量逐渐减小、土壤电导率逐渐增加, 芨芨草的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)和分枝数呈先增大后减小的趋势, 叶面积、叶干质量、比叶面积和株高呈逐渐减小趋势、光合有效辐射(PAR)和叶脉密度呈逐渐增加趋势; 芨芨草叶大小和叶脉密度在高密度(I)和低密度(IV)样地均呈极显著负相关关系(p < 0.01), 中密度(II、III)样地二者呈显著负相关关系(p < 0.05); 叶大小和叶脉密度回归方程的SMA斜率在不同密度样地均显著小于-1 (p < 0.05), 即芨芨草叶大小和叶脉密度呈“此消彼长”的权衡关系。在高密度湿地群落芨芨草倾向于大叶片低叶脉密度的叶片构建模式, 在低密度湿地群落选择小叶片高叶脉密度的异速生长模式, 体现了密度制约下湿地植物的生物量分配格局和资源利用对策。     

双色蜡蘑对黑松幼苗生长量及其根系形态的影响

为研究双色蜡蘑(Laccaria bicolor)对黑松(Pinus thunbergii)幼苗生长及其根系形态的影响,在营养杯培育条件下,用双色蜡蘑液体菌剂对黑松幼苗进行接种处理,接种第15、30、60、90、120天时取样,比较接种和未接种黑松幼苗的生物量、根系形态及根系分形维数的差异。结果表明:双色蜡蘑在黑松幼苗地上植株、地下根系的生长及其生物量的积累方面都表现出明显的促进作用。接种双色蜡蘑也显著改善了根系总长度、分支数、表面积、体积等参数和根系分形维数,并对地下根系生长的促进作用时间早于地上部分,且效应显著高于地上部分。接种双色蜡蘑第15~30天时对地上部分基本无影响,但对根系促进作用明显,而地上部分在第60天时开始表现出显著的生长效应。研究发现,双色蜡蘑能够成功定殖于黑松根部,促进黑松幼苗生长及其生物量的积累,同时显著促进根系总长度、分支数、表面积和体积增加,并使根系分形维数增大,表现出明显的促生作用,且对根系发育的显著促进作用早于地上部分。     

Spatial leaf distribution and self-thinning exponent of<Emphasis Type="Italic"> Pinus banksiana</Emphasis> and<Emphasis Type="Italic"> Populus tremuloides</Emphasis>

A hypothesis that the pattern of spatial leaf distribution in forest canopies is numerically related to the exponent of the self-thinning relationship in even-aged monocultures was tested by evaluating the crown fractal dimension of Pinus banksiana (jack pine) and Populus tremuloides (quaking aspen) in Wood Buffalo National Park, Canada. Pure species stands that were considered the most dense for a given mean tree size were measured to establish the empirical self-thinning relationships. The value of the self-thinning exponent was estimated as –1.42 with 95% Confidence Interval (CI) (–1.47, –1.36) for Pinus banksiana, and –1.29 with 95% CI (–1.45, –1.14) for Populus tremuloides. For each species the box dimension of spatial leaf distribution was estimated from unit cylinders described by sequentially lowering in forest canopies, horizontal flaps of one of various diameters attached to the top of a height-measuring pole. The box dimension appeared as 1.95 (1.84, 2.06) for Pinus banksiana, and 2.24 (2.05, 2.43) for Populus tremuloides. By assuming that the box dimension is equivalent to the fractal dimension at the inter-population level, the self-thinning exponent was predicted to be –1.53 (–1.62, –1.45) for Pinus banksiana, and –1.33 (–1.45, –1.23) for Populus tremuloides. The empirical exponent was equivalent to that predicted from the box fractal dimension, as judged by the 95% CI of the dimensions. We conclude that spatial patterns of leaf distribution in forest canopies, as being characterized by the box fractal dimension, are closely related to the value of the self-thinning exponent in the dense monocultures of the species we examined.     

褐飞虱(Nilaparvata lugens)发生的分形性质研究

运用分形理论以安徽省庐江县植保站和江苏省吴县值保站1979～1990年及太湖地区农科所1986～1998年间褐飞虱发生的田间系统调查资料为例,对褐飞虱发生的性质进行了探讨。结果表明：(1)庐江站、吴县站和太湖地区农科所褐飞虱发生在一定标度域内具有分形性质。其分维值分别为0．7158、0．52l2和0．2816;(2)褐飞虱发生的分维值是表征一定标度区间的发生程度差异的一个新的参数,分维值大,则发生程度轻,反之则重(3)分维数D值与褐飞虱发生的聚集程度是密切相关的,D值小聚集程度大,反之聚集程度小,D值可以作为褐E虱聚集分布程度的一个指标;(4)褐飞虱发生具有多重分形结构,其广义维数谱Dq曲线可以用于褐飞虱发生的预测预报。     

封育对荒漠草原苦豆子群落土壤粒径分形特征的影响

该研究以宁夏盐池荒漠草原区苦豆子(Sophora alopecuroides)群落为研究对象,通过野外采样和实验室分析,研究了围封对苦豆子群落土壤颗粒分形维数的变化特征以及分形维数与土壤理化性质的关系。结果表明:(1)与围栏外相比,围栏处理样地的黏粒(2μm)体积百分比含量增加,在0~10、10~20和20~40cm土层差异显著;粉粒(2~50μm)体积百分比含量在0~10cm土层显著增加;而砂粒(50~250μm)体积百分比含量减少,在0~10和10~20cm土层差异显著,围封可促使土质细粒化。(2)与围栏外相比,围栏内土壤有机碳、全N、全P、碱解氮、速效磷含量均有所提高,其中0~10cm土层分别增加了177.70%、155.70%、60.11%、120.42%、179.40%,10~20cm土层土壤有机碳、全N、全P、速效磷含量增加比例分别为202.80%、36.50%、27.78%和s37.30%,20~40cm土层土壤养分变化不显著,说明围栏封育使土壤养分主要富集在0~20cm土层,其中0~10cm土层富集达到显著水平。(3)苦豆子群落围栏内的土壤粒径分形维数在2.64~2.69之间,围栏外的分形维数在2.59~2.64之间;与围栏外相比,围栏内土壤粒径分形维数在0~10和10~20cm土层增加显著。(4)土壤粒径分形维数与土壤粒径分布、土壤有机碳、全N、全P、碱解氮、速效P含量均呈显著的线性关系,说明分形维数可以作为一个衡量土壤肥力、土壤结构以及退化土壤恢复程度的综合性指标。     

The Quasi-Fractal Structure of Fish Brain Neurons

The box-counting method for calculating the fractal dimension (D) with the ImageJ 1.20s software is used as a tool for quantitative analysis of the neuronal morphology in the fish brain. The fractal dimension was determined for several types of neurons in the brain of two teleost species, Pholidapus dybowskii and Oncorhynchus keta. These results were compared with those obtained for some neurons of the human brain. The fractal (fractional) dimension (D), as a quantitative index of filling of two-dimensional space by the black and white image of a cell, is shown to vary from 1.22 to 1.72 depending on the type of neuron. The fractal dimension reaches its maximum in less specialized neurons that carry out a number of different functions. On the other hand, highly specialized neurons display a relatively low fractal dimension. Thus, the fractal dimension serves as a numerical measure of the spatial complexity of the neuron and correlates with the morphofunctional organization of the cell.     

半干旱矿区排土场苜蓿恢复过程中土壤颗粒分形的演变特征

种植苜蓿恢复模式在半干旱矿区植被恢复中占重要地位。为掌握其恢复过程中土壤颗粒分形的演变特征,选择恢复年限分别为2 a、4 a、6 a和10 a(M2、M4、M6和M10)的苜蓿种植地为研究对象,通过野外分层采样与室内测定,依据颗粒体积分形理论,研究了排土场苜蓿恢复过程中土壤颗粒分形的演变特征及与土壤特性的关系。结果表明:研究区土壤各粒径含量以砂粒为主,粉粒次之,粘粒最少;随着苜蓿恢复过程,粘粒与粉粒含量整体表现为先增加后下降的趋势,且在M4阶段达到最佳,砂粒反之。土壤分形维数变化在2.09—2.57,在苜蓿恢复过程中先增大后减小,在M4阶段达到最大。土壤分形维数与粘粒、粉粒具有极显著正相关性(P0.01),与砂粒具有极显著负相关性(P0.01);土壤分形维数与电导率呈极显著负相关关系(P0.01),与pH值和速效钾含量呈显著负相关关系(P0.05),与碱解氮含量呈显著正相关关系(P0.05)。在半干旱矿区排土场采用苜蓿恢复模式,可用土壤分形维数表征土壤特性,应重视恢复年限的调控,适时进行适宜的利用与改造,确保矿区生态恢复的可持续性。     

Changes of the morphometric indices and fractal dimension of the spinal cord neurons during ontogenesis of the cherry salmon Oncorhynchus masou

For the quantitative characteristics of the morphology of two groups of spinal cord neurons in the cherry salmon at the early stages of ontogenesis, the fractal dimension and some more traditional morphometric indices, such as the total length of neuronal branches, the number of terminal branches and branchpoints, and the cell area, are determined. The values of the morphometric indices and the fractal dimension of the bivariate neuronal pattern are shown to increase in the course of ontogenesis from the first to the second year of fish life. The correlation between the main morphometric value and the fractal dimension is found, and their correspondence to the morphometric modifications of the dendrite tree in the neurons investigated during ontogenesis is detected.