西沙群岛草海桐的抗逆生物学特性

热带珊瑚岛由于光照强、季节性干旱明显、土壤贫瘠、保水能力差而少有植物生长。草海桐(Scaevola sericea)是一种典型的热带滨海植物,是西沙群岛珊瑚岛植被中的主要建群种,在海岛和海岸带防风固沙及植被生态恢复等方面发挥着重要作用。该研究对西沙群岛自然环境下草海桐的形态解剖学特征、抗氧化能力、抗逆性物质含量及营养元素含量等进行了研究。结果表明:草海桐具有阳生性植物特征,叶片及上表皮厚、气孔密度小、导管直径及水力导管直径大,有利于其适应珊瑚岛干旱环境; 其体内的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性与其他受胁迫植物相比较要高,脱落酸含量也较高,表明草海桐对珊瑚岛环境具有较强的适应性及抗逆性; 其根际土壤养分含量偏低,但植物体内营养元素含量却较高,表明草海桐对土壤养分的利用效率高。这说明草海桐能够很好地适应干旱、贫瘠的珊瑚砂环境,具有较强的抗逆及适应能力。     

抗风桐(Pisonia grandis)的生态生物学特征

抗风桐(Pisonia grandis)为紫茉莉科常绿乔木,是西沙群岛自然植被中最常见的乔木树种,具有重要的生态、药用和观赏价值;其生长速度快,断枝可再殖,在防风、海岸固沙以及海岛植被恢复方面具有重要作用。该研究以西沙群岛永兴岛的野生抗风桐为研究对象,对其形态解剖特征、生理特征和营养成分进行了研究。结果表明:抗风桐属阳生性树种,具有叶片厚、比叶面积低、栅栏组织发达、海绵组织细胞间隙小等形态解剖特征,利于其对光能和水分的利用;其超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性高、脯氨酸含量较高,丙二醛含量较低,表明其具有较强的抗旱性。抗风桐生长的土壤养分含量低,但其叶片营养元素含量高,表明抗风桐对土壤养分的利用能力高,对土壤养分贫瘠胁迫具有较强的适应性。因此,抗风桐能适应强光、干旱和贫瘠等生长条件,可作为热带珊瑚岛植被恢复的重要树种。由于抗风桐生长速度快、适应环境能力强,因此在栽培过程中应适时浇水及补充生长所需的矿质元素,以维持植株生长所需要的水分和养分平衡。该研究结果为抗风桐的引种、栽培、保护及开发利用提供了科学依据。     

滨豇豆的生态生物学特征

为探究滨豇豆(Vignamarina)的生态生物学特性及其对热带珊瑚岛的适应性,对西沙群岛野生滨豇豆的叶片形态解剖结构、生理特征和营养成分进行了分析。结果表明,滨豇豆具有叶片厚、比叶面积小、栅栏组织发达、气孔密度大、气孔面积指数大等形态特征,对减少蒸腾、保持水分起到重要作用。滨豇豆叶片的SOD活性和脯氨酸(Pro)含量高,丙二醛(MDA)含量低,表明抗氧化能力较强;滨豇豆叶片养分含量适中但其生境土壤养分含量很低,说明其对养分有着良好的吸收利用能力,利于适应贫瘠的环境。因此,滨豇豆具有能够较好地适应珊瑚岛礁高温、干旱、贫瘠生境的形态解剖结构和生理特征,加之其具有良好的固氮和养分利用能力,可作为热带珊瑚岛植被恢复的工具种。     

榄仁树的生理和生物学特性

为了解榄仁树(Terminalia catappa)的生理生态特性,对西沙群岛永兴岛上自然生长的榄仁树的叶片形态、生理特征、营养元素含量以及根际土壤特征进行了研究。结果表明,榄仁树具有比叶面积低、叶片厚、气孔密度小等形态特征。叶绿素a/b为2.25∶1,低于理论值3∶1。叶片的SOD和POD活性较低,脯氨酸和ABA含量较高。植物体内养分含量较高,适生土壤养分含量低。这说明榄仁树叶片的吸收利用光能能力较强,保水能力较好,有较强的抗干旱和抗逆能力,适生于贫瘠的土壤并保持较高的叶片营养。因此,榄仁树是一种能够适应高温、干旱、贫瘠等恶劣生境条件的树种,可作为热带珊瑚岛植被恢复的工具种和园林绿化树种。     

莲叶桐对热带珊瑚岛环境的生理生态适应性

为探究莲叶桐(Hernandia nymphaeifolia)对热带珊瑚岛季节性干旱、强光、盐碱等环境的生理生态适应性,该文对海南省文昌市试验苗圃(以下简称文昌苗圃)和移栽到热带珊瑚岛的莲叶桐的叶片形态解剖结构、抗氧化能力、抗逆渗透物质含量和光合色素等进行了研究。结果表明:(1)与文昌苗圃相比,莲叶桐在移栽到热带珊瑚岛后,比叶面积减小33%,气孔密度下降15%,叶片厚度增加36%,而海绵组织更发达且栅栏组织排列更紧密(厚度分别增加24%和80%),使其能在珊瑚岛环境中更有效地利用光照和水分资源,从而提高光合作用和减少蒸腾作用。(2)移栽到热带珊瑚岛后,莲叶桐的叶绿素含量显著降低86%,而脯氨酸含量、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶活性却显著升高(分别升高了130%、615%、209%和369%),使其能更好地保护自身光合系统,从而避免岛礁恶劣环境对植物细胞膜透性的破坏。以上结果表明,莲叶桐对热带珊瑚岛干旱、强光、盐碱等环境具有良好的生理生态适应性,可以作为热带珊瑚岛和海滨地区植被恢复的工具种。     

我国南沙群岛岛礁引种植物调查

为了解南沙群岛岛礁的引种植物,2012年8–9月对南沙群岛的7个岛礁进行了实地调查,并对岛礁上的植物种类、生长情况进行了分析。结果表明,7个岛礁上引种的维管植物有36科62属79种。根据邻近西沙群岛和南沙岛屿的植物种类,提出适合南沙岛礁生长引种的植物种类,为绿化南海岛屿(礁)提供参考。     

黄土丘陵区刺槐叶片-土壤-微生物碳氮磷化学计量学及其稳态性特征

明确植物和微生物在植被恢复过程中的内稳态特性,对反映生物随恢复环境变化的适应性和阐明生态系统养分循环规律有重要意义。以黄土丘陵区恢复5年、10年、20年、30年和45年的刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林为研究对象,测定刺槐叶片、土壤和微生物生物量C、N、P含量及其化学计量学指标,重点揭示了叶片和微生物生物量养分在恢复过程中随土壤养分变化的稳态性特征。结果表明:(1)随着恢复年限的增加,土壤、叶片和微生物生物量C、N、P含量表现为增加趋势;(2)不同恢复年限叶片、土壤、微生物生物量C∶N分别为17.03—26.03、9.55—16.94、5.57—10.76、C∶P分别为465.04—634.48、19.89—65.81和39.64—110.53、N∶P分别为17.89—37.03、1.24—4.68和7.15—10.26,除叶片C∶N随恢复年限增加而降低外,其他指标均表现为随恢复年限增加而增加或先增加后降低;刺槐林生长后期可能面临P限制;(3)叶片和微生物生物量C、N、P及其计量比大部分指标与土壤指标的关系能够被内稳态模型很好地模拟(P0.01);其中叶片N∶P、微生物C、N对土壤养分变化较为敏感;其他指标比较稳定。研究表明植物和微生物在面对土壤养分变化时均会通过自我调节呈现内稳态性,说明刺槐在黄土丘陵区有较好的适应性;微生物对土壤养分的变化比植物更加敏感,其养分和计量比指标能较好地指示土壤恢复状况。     

岩生植物雅安紫云菜对干旱及复水的生理响应

选择自然状态下生长在岩石边坡上的岩生植物雅安紫云菜为研究材料,通过人工控制土壤含水量的盆栽试验模拟自然界中的干湿交替现象,对雅安紫云菜中与其抗旱相关的叶绿素含量、膜质过氧化、渗透调节物质及抗氧化酶活性等11个生理生化指标进行了测定和分析,探讨雅安紫云菜对干旱胁迫的适应性及其生理机制。结果显示:(1)在干旱胁迫条件下,雅安紫云菜叶片具有较强的水分保持能力,叶绿素含量减少幅度较小,且复水后叶片相对含水量和叶绿素含量均能迅速恢复。(2)干旱胁迫9d后,叶片中超氧阴离子含量、过氧化氢含量以及丙二醛含量持续增加,同时抗氧化酶SOD和POD活性显著升高,而其叶片电解质外渗率、渗透调节物质可溶性糖含量和脯氨酸含量在干旱胁迫12d后开始大幅增加,复水后这些指标都恢复到接近对照水平。(3)在持续21d的干旱胁迫后,土壤含水量降低到4.26%,雅安紫云菜植株叶片呈现严重萎蔫,植株倒伏,但是复水后植株仍能较快恢复正常生长。研究表明,雅安紫云菜具有较强的渗透调节能力、酶促抗氧化活力以及叶片保水能力,从而表现出较强抗干旱能力,并且在恢复水分供应后能迅速恢复植物生长势,可以作为西南地区岩石边坡绿化的潜力景观植物。     

樟子松人工林原产地与不同自然降水梯度引种地土壤和植物叶片生态化学计量特征

降水格局是影响陆地生态系统结构和过程的重要环境要素,尤其对于干旱/半干旱地区,降水变化是植物生长驱动的关键生态因子。目前,针对降水变化对陆地生态系统C、N、P等元素生物地球化学循环过程影响开展了大量研究。然而,关于沙地樟子松重要引种地科尔沁沙地自然降水梯度下沙地樟子松人工林土壤、植物生态化学计量特征的研究未见报道。因此,本研究以樟子松原产地红花尔基和引种地科尔沁沙地自然降水梯度下4个典型沙地樟子松人工林为对象,研究樟子松引种地降水变化对土壤(0—10,10—20 cm和20—40 cm)和植物(1年和2年生叶)生态化学计量特征的影响。研究结果发现:(1)与红花尔基原产地樟子松人工林相比,科尔沁沙地引种的樟子松人工林土壤C、N、P元素含量显著降低;(2)科尔沁沙地自西向东,随降水量增加,沙地樟子松人工林土壤C、N、P含量以及C∶P和N∶P表现为逐渐增加趋势,而土壤C∶N呈减少趋势;(3)随着降水量增加,樟子松叶C含量呈下降趋势,叶N含量和N∶P比值呈增加趋势,植物叶P含量无一致性规律;(4)樟子松叶片P含量与土壤C、N、P含量呈极显著正相关关系,而叶片C和N含量与土壤C、N、P含量无显著相关性。研究表明,沙地樟子松引种地科尔沁沙地土壤C、N、P养分比较缺乏,且随着降水增加土壤N养分限制降低,而土壤P养分限制增加。本研究从生态化学计量特征角度,为今后开展科尔沁沙地不同降水梯度条件下引种樟子松人工林提供理论依据。     

中国热带珊瑚岛橙花破布木(Cordia subcordata)的生物学特性

橙花破布木(Cordia subcordata)为紫草科常绿小乔木, 生长在沿海荒地以及红树林边缘, 是我国西沙群岛和南沙太平岛的优势乡土树种。对其叶片生理生态学特征、叶片营养元素含量、土壤营养元素含量进行了测定, 结果表明, 橙花破布木叶片栅栏组织排列较为紧密有序, 而海绵组织则排列较疏松无序, 具备明显的阳生性特征; 叶片面积大, 可竞争到更多的光照;叶片下表皮气孔数多, 利于同化二氧化碳并积累干物质; 上表皮厚, 比叶面积小、导管直径和导管密度大, 叶导水率低, 木质部密度大, 这些生理生态特征有利于其充分利用水分, 并适应干旱环境。橙花破布木叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性较高, 脯氨酸(PRO)和脱落酸(ABA)含量较高, 但丙二醛(MDA)的含量较低, 说明其对逆境的耐受性较强。橙花破布木体内养分含量较高, 而其生长的土壤养分含量低, 说明其养分吸收和利用能力较高。因此, 橙花破布木对高温、强光、干旱、贫瘠具有较强的适应能力, 因而在热带滨海地区的绿化和防风林建设方面具有良好的应用前景。     

飞机草对热带珊瑚岛的生理生态适应性

入侵植物对环境的适应性是探究其入侵性的基础。西沙群岛为热带珊瑚岛,具有高盐、强碱、高温、强光、干旱等恶劣环境特点。近年来,西沙群岛的一些原生植物群落中出现了飞机草(Chromolaena odorata)入侵现象,可能会对当地脆弱的生态系统造成严重的危害。该文研究了西沙群岛原生植物群落林窗中和文昌市郊飞机草的叶片形态解剖结构、生理学特征、叶片营养元素含量等,拟探讨飞机草对热带珊瑚岛特殊生境的适应性。结果表明:与生长在文昌市的飞机草植株相比,生长在热带珊瑚岛的飞机草叶片较厚、气孔密度较低、叶绿素a及丙二醛含量较低、超氧化物歧化酶活性和过氧化氢酶活性较高,有利于其适应热带珊瑚岛的强光和季节性干旱等环境,并造成较大的潜在入侵性。因此,在热带珊瑚岛植被的保护与恢复过程中,加强对飞机草的监测及防控非常必要。     

西沙群岛银毛树(Tournefortia argentea)的生态生物学特性

银毛树(Tournefortia argentea)为紫草科紫丹属常绿小乔木或灌木,是东半球热带海岸和海岛常见的先锋植物,具有重要的生态价值、观赏价值和食用价值。为掌握银毛树对热带珊瑚岛环境的生态适应机理,为其保护和开发利用提供基础资料,该研究以西沙群岛东岛自然生长的银毛树为对象,对其形态解剖结构、生理学特征、叶片营养元素和根际土壤的理化性质等进行了分析。结果表明:(1)银毛树具有叶表面气孔密度低、比叶面积小、海绵组织发达、枝条的空腔比高等特点,有较好的储水抗旱能力。(2)银毛树叶片表面有厚密白色绢毛覆盖,可以反射强光、降低水分散失,有利于其适应强光和干旱环境。(3)银毛树叶片的脯氨酸含量较高,能够很好地抵抗渗透胁迫,为细胞提供良好的生存环境。(4)银毛树生长的土壤呈强碱性,养分和水分含量较低,但其叶片营养元素含量正常,表明其对土壤养分的利用率高,能够很好地适应瘠薄的土壤环境。(5)银毛树木质部密度低,枝干脆弱易折,可防止被大台风连根拔起,同时枝干含水丰富,有利于其抵抗台风及树冠的快速恢复。因此,银毛树能较好适应干旱、强光和瘠薄的滨海沙滩环境,在热带珊瑚岛(礁)或滨海地区防风固沙及植被恢复方面有较好的应用前景。     

海滨木巴戟的生理生态特征研究

为了解海滨木巴戟(Morinda citrifolia)生长的抗逆性,对西沙群岛东岛的海滨木巴戟的生物学和生理生态特征进行了研究。结果表明,海滨木巴戟属于阳生性植物,具有较强的光资源竞争能力;其叶片氮、磷含量、叶绿素b含量较高,是其长期适应热带海岛生境的重要原因。海滨木巴戟叶片的海绵组织及气孔密度大,导管直径小,丙二醛含量、超氧化物歧化酶活性和过氧化氢酶活性高,脯氨酸含量低,均表明其具有较强的抗旱性。且生长环境中土壤的氮含量低,盐分含量高。因此,海滨木巴戟可作为热带海滨植被恢复中的优良适生物种。     

Directional growth of a clonal bromeliad species in response to spatial habitat heterogeneity

Habitat selection by directional growth of plants has previously been investigated but field evidence for this phenomenon is extremely scarce. In this study we demonstrate directional clonal growth in Aechmea nudicaulis, a monocarpic, perennial bromeliad native to spatially heterogeneous sandy coastal plains (restinga) in Brazil. This habitat is characterized by a matrix of bare sand with interspersed vegetation islands. Due to very high soil surface temperatures and other stress factors such as drought, A. nudicauliscan only germinate inside vegetation islands. Nevertheless, this species is very common on bare sand. In this study we tested the hypothesis that clonal fragments occurring at the border and inside vegetation islands show habitat selection by growing preferentially towards the bare sand habitat (i.e. away from the center of vegetation islands).We randomly chose 116 clonal fragments in two distinct micro-environments (inside vegetation islands, and in the border area between bare sand and vegetation islands) in the natural habitat of A.nudicaulisand measured their growth direction in relation to the island center. We measured the growth directions of entire clonal fragments (defined as the line that connects the oldest and the youngest ramets of a clonal fragment) as well as the growth direction of the youngest internode on each fragment (the growth direction of the youngest ramet in relation to its parent ramet). We used Monte Carlo simulations to test for deviations from randomness in the growth direction of clonal fragments and individual internodes. The clonal fragments of A.nudicaulis showed a significant tendency to grow away from the center of vegetation islands. In other words, the main growth direction of clonal fragments growing inside vegetation islands or at the border between bare sand and vegetation islands was preferentially directed towards bare sand environments. Individual internodes at the border of vegetation islands also exhibited this tendency to grow towards the outside of vegetation islands, but internodes growing inside vegetation islands did not show directional growth. These results provide the first field evidence for habitat selection through directional growth of a clonal plant species.Co-ordinationg editor: J. Tuomi     

The influence of summertime fog and overcast clouds on the growth of a coastal Californian pine: a tree-ring study

The coast of California is home to numerous rare, endemic conifers and other plants that are limited in distribution by drought sensitivity and the summer-dry climate that prevails across most of the state. Ecologists have long assumed that some coastal plant populations survived the early Pleistocene transition to a warmer and drier environment because they benefit from frequent fog and stratus clouds that provide water and shade during the rainless summer. One such population is that of Torrey pine (Pinus torreyana ssp. Insularis) on Santa Rosa Island in Channel Islands National Park. Here we report that the tree-ring width record from this population indicates strong growth sensitivities to summer fog drip and cloud shading. We quantified the effects of summer cloud cover by comparing ring-width indices to coastal airport cloud-frequency records (1944–2004). For the first time observed, summertime cloud frequency correlated positively with ring-width indices, regardless of whether the effect of rainfall was first removed from the ring-width record. The effect of ground-level fog was strongest in July early mornings (03:00 PST, R ² = 0.262, P < 0.0002). The effect of clouds high enough to provide shade but not fog water was also strongest in July, but climbed steadily throughout the day before becoming strongest in late afternoon (16:00–18:00 PST, R ² = 0.148, P < 0.004). Correlations were substantially stronger in years with higher soil moisture, suggesting that growth response to summer clouds is strongly affected by pre-summer rainfall. A change in the height and/or timing of coastal cloud formation with climate change would likely affect this and other populations of California’s coastal vegetation.     

Ecophysiology and distribution of the endemic leafless spurgeEuphorbia aphylla and the introducedE. tirucalli (Euphorbiaceae,Euphorbia sect.Tirucalli) in the Canary Islands

The leafless spurgeEuphorbia aphylla (Euphorbiaceae), an endemic species restricted to several of the Canary Islands where it inhabits coastal and arid localities, expresses Crassulacean Acid Metabolism (CAM) when it is subjected to summer drought. A flexible CAM is consistent with the general ecology of the species. It is the only member of sect.Tirucalli native to the Canary Islands and is at the north-western edge of the section's biogeographical range. The other members of the section have a paleotropic distribution and are found throughout Africa. Many of them are regarded as obligate CAM plants, includingE. tirucalli which was used as a comparison in ecophysiological experiments examining the response ofE. aphylla to drought and temperature.