刈割干扰下内蒙古草原两种丛生禾草繁殖策略的适应性调节

刈割是内蒙古草原的主要利用方式之一。当植物面对刈割干扰时, 可以通过繁殖策略的调节适应变化的环境。研究刈割干扰下植物繁殖策略的调节对于揭示植物的适应与进化机制具有重要意义。为此, 选择内蒙古典型草原的大针茅(Stipa grandis)和糙隐子草(Cleistogenes squarrosa), 在1979年围封的羊草(Leymus chinensis)样地(对照)和毗邻的长期刈割区对其繁殖策略进行了研究。结果显示: 1)长期刈割干扰下, 大针茅的种群生物量与对照区无显著差异, 由于其株丛生物量显著降低, 大针茅种群生物量的维持得益于种群密度的显著增加。糙隐子草的种群生物量比对照区显著提高, 由于其株丛生物量与对照区无显著差异, 糙隐子草种群生物量的增加也是因为密度的显著提高。因此, 密度调节是两种植物应对长期刈割干扰的重要的调节机制。2)长期刈割干扰下, 两种植物在无性繁殖和有性繁殖过程所采取的密度调节策略并不相同。大针茅种群生殖株丛的密度无显著变化, 非生殖株丛的密度显著提高, 导致其非生殖株丛的相对密度显著增加, 而生殖株丛的相对密度显著降低。因此刈割干扰下大针茅种群在密度调节上采取了保持有性繁殖株丛密度, 增加无性繁殖株丛密度的策略。糙隐子草种群非生殖株丛的密度显著增加, 但生殖株丛的密度增加幅度更大, 导致其非生殖株丛的相对密度显著降低, 而生殖株丛的相对密度显著提高。因此刈割干扰下糙隐子草种群在密度调节上采取了增加无性繁殖株丛密度的同时, 更大幅度地增加有性繁殖株丛密度的策略。3)长期刈割干扰下, 两种植物对生物量生殖分配的调节采取了不同的策略。大针茅株丛生物量向生殖枝分配的比例无显著变化, 通过降低生殖枝向穗的生物量分配比例, 降低了对有性生殖过程的生物量分配的投入; 而糙隐子草则通过增加株丛生物量向生殖枝分配的比例, 维持生殖枝向穗的生物量分配比例, 从而增加了对有性繁殖过程生物量分配的投入。4)长期刈割干扰下, 大针茅的株丛面积和株丛分蘖数与对照区无显著差异。糙隐子草株丛面积降低, 但是株丛分蘖数无显著变化。本实验说明, 植物种群有性繁殖和无性繁殖之间的密度调节和资源分配调节是草原植物应对刈割干扰下的重要调节机制, 不同的响应策略影响着植物种群的消长动态。     

牧压梯度对克氏针茅生长和繁殖的影响

用比较样地法调查了牧压梯度对克氏针茅生长和繁殖的影响,结果表明：长期过度放牧使克氏针茅株丛发生破碎和小型化,营养生长的株丛密度增加,生殖生长的株丛密度减少,生殖枝比例下降,枝条生物量和种子产量下降,分蘖节向地表移动,株丛茎基部和根系的储藏碳水化合物含量显著减少。而中度放牧干扰使克氏针茅的株丛大小和生殖枝营养枝比例保持适中,有利于发挥株丛和枝条各自的生长和繁殖潜力。     

内蒙古高原四种针茅种群年龄与株丛结构的研究

用样带法调查了内蒙古高原4种针茅(StipaL.)的年龄结构,并将其年龄划分为5个阶段:幼苗、幼龄、成年、老龄前期和老龄期。结果表明:幼苗对种群年龄结构和动态有较大的影响,针茅幼苗的存活率通常很低,而成年株丛的存活率较高,株丛的实际寿命很长,老龄株丛在种群中占有较大的比例。4种针茅中大针茅(S.grandisP.Smirn.)和克氏针茅(S.kryloviiRoshev.)的幼苗比例较高,从贝加尔针茅(S.baicalensisRoshev.)群落到小针茅(S.klemenziiRoshev.)群落种群中幼龄和成年株丛比例呈下降的趋势,而老龄株丛比例呈增加的趋势;针茅属植物在株丛水平上的动态主要表现为株丛的破碎与枝条自疏过程,以及株丛生殖枝数量和营养枝生物量的波动,幂函数模型Y=aXb可以对株丛的枝条自疏过程进行定量描述     

内蒙古典型草原优势种冷蒿和克氏针茅对土壤低磷环境适应策略的比较

为探究典型草原植物长期共存的生理生态机制, 以典型草原的优势物种克氏针茅(Stipa krylovii)和冷蒿(Artemisia frigida)为材料, 采用基质培养方法, 通过比较不同供磷浓度对二者生物量、根系形态、质子分泌、酸性磷酸酶和有机酸分泌以及磷吸收利用效率的影响, 探讨克氏针茅和冷蒿对土壤磷缺乏的适应策略。研究结果表明: 冷蒿主要通过根系分泌酸性磷酸酶和酸化根际来适应低磷环境; 而克氏针茅主要是通过根系分泌有机酸(主要是苹果酸)来适应土壤磷缺乏。在低磷条件下, 克氏针茅和冷蒿的磷吸收效率没有显著差异, 但克氏针茅的磷利用效率显著高于冷蒿。随着供磷浓度增加, 二者的磷吸收速率增加, 磷利用效率降低。在生物量、地上部分性状以及根系生长方面, 克氏针茅和冷蒿对磷供给的响应都表现先增长后降低的趋势; 克氏针茅的生物量在外源供0.25 mmol·L^-1磷时达到最大, 而冷蒿的生物量在外源供0.50 mmol·L^-1磷时达到最大, 表明冷蒿对磷的生理需求高于克氏针茅。因此, 克氏针茅和冷蒿具备各自不同的适应土壤有效磷缺乏的生理策略, 这可能是它们在土壤贫瘠的温带典型草原长期共存的重要机制。     

内蒙古中东部草原贝加尔针茅、大针茅和克氏针茅的染色体核型分析

以内蒙古草原3种针茅属植物为材料,常规压片法制片后观察记录染色体数,并进行核型分析。实验结果表明: 贝加尔针茅、大针茅和克氏针茅细胞染色体数均为2n=44,属于2A核型,为二倍体。在3种针茅的染色体中,中部着丝粒染色体占大多数平均为62.1%,其次近中部着丝粒染色体平均为28.9%,近端部着丝粒染色体较少约为9.0%。在3种针茅的第五号染色体上均有随体,表明起源于同一祖先。虽然染色体核型均属于较对称型,但是染色体不对称系数随着3种针茅分布生境的干旱程度的增加而逐渐增加,可能是长期适应与进化的结果。     

牡压梯度对克氏针茅生长和繁殖的影响

用比较样地调查了牧压梯度对克氏针茅生长和繁殖的影响,结果表明,长期过度放牧例克氏地茅株丛发生破碎和小型化,营养生长和株丛密度增加,生殖生长的株丛密度减少,生殖枝比例下降,枝条生物量和种子产量下降,分蘖节向地表移动,株丛茎基部和根系的储藏碳水化合物含量显著减少,而中度放牧干扰使克氏针茅的株丛大小和生殖权－营养枝比例保持适中,有利于发挥株丛和枝条各自的生长和繁殖潜力。     

内蒙古典型草原区四种主要物种的植物-土壤反馈作用

植物-土壤反馈对解释群落组成变化和预测群落动态具有重要意义,是群落生态学与恢复生态学研究的热点领域。本研究以内蒙古典型草原区4种主要物种羊草(Leymus chinensis)、大针茅(Stipa grandis)、克氏针茅(Stipa krylovii)和冰草(Agropyron cristatum)为研究对象,采用植物-土壤反馈研究的两阶段法进行盆栽实验,研究了单种种植植物对土壤的影响(所得土壤用S-植物种拉丁名首字母表示,分别为S-Lc、S-Sg、S-Sk、S-Ac),以及这些受影响土壤对后续种植植物个体水平和群落水平的植物-土壤反馈作用。结果表明:(1)4种植物单种后对土壤C∶N、速效磷含量以及p H值3个指标具有显著影响(P0.05);(2)个体水平的植物-土壤反馈具有物种特异性,羊草和冰草的分蘖数、株高、地上部生物量、地下部生物量以及总生物量5个观测指标的最高值均出现在S-Sk;克氏针茅5个观测指标的最高值出现在S-Lc;大针茅分蘖数和株高的最高值出现在S-Ac,而生物量的最高值出现在SLc;(3)大针茅和克氏针茅的反馈效应值(FV)显著小于0,表现为负反馈;冰草表现为中性反馈;羊草表现为中性至弱正反馈;(4)4种物种两两间净配对反馈值(I)均为负值,且克氏针茅-羊草以及克氏针茅-冰草间反馈值显著小于0,表明这些物种两两间能稳定共存。这些结果为内蒙古草原区植物群落组成变化对地下部土壤、后续植物的生长状况以及主要物种种间关系的影响的预测提供了实验数据。     

放牧对内蒙古锡林河流域草地群落植物茎叶生物量资源分配的影响

以内蒙古锡林河流域沿水分梯度分布的灰脉苔草(Carex appendiculata)、贝加尔针茅(Stipa baicalensis)、羊草(Leymus chinensis)、大针茅(Stipa grandis)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和冷蒿(Artemisia frigida) 6个草地群落为对象, 研究了围封禁牧与放牧样地中144个共有植物种的高度、丛幅面积、茎、叶和株(丛)生物量、茎叶比等性状。结果表明: 1)在个体水平上, 放牧样地中植物的生殖枝高度、营养枝高度、丛幅面积、单株(丛)生物量、茎、叶生物量和茎叶比均显著低于围封禁牧样地, 植物在放牧干扰下表现出明显的小型化现象; 2)在群落水平上, 放牧亦显著降低了群落总生物量和茎、叶生物量; 3)过度放牧显著改变了物种的资源分配策略, 使生物量向叶的分配比例增加, 向茎的分配比例减少。资源优先向同化器官分配可能是植物对长期放牧干扰的一种重要适应对策; 4)轻度放牧对物种的资源分配没有显著影响, 单株(丛)生物量和群落茎、叶及总生物量均表现出增加趋势, 这与过度放牧的影响正好相反。过度放牧引起的植物个体小型化改变了生态系统中物种的资源分配策略, 进而对生态系统功能产生重要的影响。     

中国东北样带三种针茅草原群落初级生产力对降水季节分配的响应

分析3种针茅草原群落初级生产力的年季动态,并利用积分回归模型探讨其对降水量季节性分配的响应,揭示水分有效性对植物初级生产力的影响.结果表明,制约3类针茅群落初级生产力年度变化的是水分,即前一年11月到当年8月的月降水量的年度变异是直接导致群落初级生产力年度变化的主要原因.降水的季节分配对于3类针茅群落初级生产力的形成有着不同的作用.前一年11月至当年4月降水对于植物群落的初级生产力具有正效应,从5月开始降水对植物初级生产力的促进作用有了不同程度的降低.大针茅和克氏针茅群落的季节降水量格局较为相近,但是大针茅群落与克氏针茅群落相比对降水的利用效率较高;贝加尔针茅群落则表现出更高效的降水利用率.由此可见,降水量月季分配及其对针茅群落影响程度的不同是造成3种针茅草原地带性分布的原因.     

不同坡位大针茅生长与生殖分配特征

比较了内蒙古锡林郭勒草原坡地地形中坡底和坡顶大针茅的营养生物量与生殖生物量,并采用关联度法与因子分析法分析了影响种子生物量的因子.结果表明：坡底与坡顶大针茅营养生长和生殖生长之间差异均显著.与坡顶相比,坡底大针茅种群未结实子株高和数目分别增加24.69%和35.37%,已结实子株数增加102.97%,其营养生物量、生殖生物量和总生物量分别增加44.14%、95.59%和47.45%,种子百粒重增加25.00%.坡顶大针茅种子生物量受土壤含水量的影响较大,而坡底受土壤pH的影响较大.坡地地形使土壤水分和土壤氮含量发生分异,坡底大针茅将更多的能量分配给有性生殖.     

Integrative taxonomy recognized a new cryptic species within Stipa grandis from Loess Plateau of China

Stipa shanxiensis, a cryptic species within Stipa grandis that originated from central and western China, is described based on morphological, genomic, and ecological data from field and common garden experiments. Stipa shanxiensis morphologically resembles S. grandis, although phylogenetically it is closely related to the less morphologically similar Stipa baicalensis and Stipa krylovii. Of the eight significant morphological differences between S. shanxiensis and S. grandis, the two, cauline ligules longer than 2 cm with a filiform apex, and hairs shorter than 0.2 mm on the adaxial surface of the cauline uppermost leaves can be used to distinguish the species. Results from a common garden experiment verified that the two diagnostic characteristics were relatively stable and less morphologically plastic in response to environmental variation. Furthermore, a significant ecological divergence was found between S. shanxiensis and S. grandis, such that the former preferred warmer and more humid climates, and their predicted distribution was generally separated. Taken together, our results highlight that the integrative taxonomic approach was valuable for recognizing a new cryptic species in Stipa. In particular, we find that common garden experiments involving the effects of growth stage and characteristic position helped to morphologically diagnose cryptic species. These findings may also facilitate our understandings of ecological adaption and phenotypic plasticity in response to environmental change.     

氮素和植物生长促进剂对羊草生长及竞争力的影响

选取羊草、斜茎黄芪、克氏针茅3种内蒙古典型草原常见植物,通过不同植物物种组合(单独种植或者羊草与其他两种混合种植)、施加不同剂量的氮素(0、0.1、0.2、0.4、0.8mg·g^-1)和植物生长促进剂——油菜素内酯(0.005 mg·g^-1)的温室盆栽试验,分析氮素和油菜素内酯对羊草生长及其与其他植物竞争力关系的影响.结果表明:添加氮素对羊草、斜茎黄芪的生物量影响显著,对克氏针茅的生物量影响较弱,并且氮素的影响因其伴生植物的不同而改变.氮素添加显著增加了羊草在单独种植和与斜茎黄芪混合种植时的地上生物量,但显著降低了与克氏针茅混合种植时的地下生物量.由于土壤可利用氮增加,羊草的地上与地下分配发生变化,表现为单独种植、与克氏针茅混合种植时,根冠比下降;与斜茎黄芪混合种植时,氮素添加对羊草根冠比的影响则不显著.油菜素内酯对植物生长的显著影响不普遍,仅显著降低了斜茎黄芪单独种植时的地下生物量;在羊草与斜茎黄芪混合种植时,显著增加了羊草地上生物量.油菜素内酯和氮适量联用可有效增加特定物种组合的生物量,从而在退化草地恢复中具有一定的应用前景.     

放牧影响下典型草原克氏针茅和多根葱根系属性比较

植物根系属性与其生态适应性密切相关.为明确不同放牧干扰下克氏针茅和多根葱两种优势植物根系属性差异,比较了轻度放牧、中度放牧、重度放牧下克氏针茅和多根葱地下根系长度、根系表面积、根系直径、根系体积、根尖数、根系分叉数、比根长和比表面积的形态特征,分析了2种植物根尖比、根长比、表面积比、体积比等根系形态格局,研究两种植物对...     

中国西北针茅草原的基本群落特征

西北针茅(Stipa sareptana var. krylovii)群系是亚洲中部地区特有的典型草原之一, 也是生态适应性最广的草原类型, 向东可以在呼伦贝尔高原与草甸草原重叠分布, 向西可以在乌兰察布高原、天山等地区与荒漠草原形成复合分布, 向南可分布至黄土高原与暖温带草原镶嵌分布, 还可在青藏高原的东缘与高寒草原混生。该研究调查了中国西北针茅群系的主要植被类型, 通过对117个样地的调查数据分析, 量化描述了该群系的基本群落特征。结果表明, 中国西北针茅群系共有种子植物336种, 分属于36科131属, 物种数大于15的科有禾本科、菊科、豆科、蔷薇科、藜科和百合科; 物种存在度等级划分中, I级(0-20%)植物占比91.67%, 多为群落中的偶见种或稀有种, 最为常见的植物除西北针茅外, 也有糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、阿尔泰狗娃花(Heteropappus altaicus)、冰草(Agropyron cristatum)、 草(Koeleria cristata)、二裂委陵菜(Potentilla bifurca)、猪毛菜(Salsola collina)、细叶韭(Allium tenuissimum)和羊草(Leymus chinensis)等; 生活型组成上以地面芽植物最多, 占66.37%; 水分生态类型以旱生植物最多, 占61.19%; 区系地理成分以东古北极植物占优势, 占33.33%。基于群落学-生态学分类原则, 将西北针茅群系划分为6个群丛组, 45个群丛。     

狮牙草状风毛菊果期资源分配对海拔的响应

植物资源分配是目前植物生态学研究的热点问题, 主要集中在性分配和繁殖分配两个方面。该研究以分布在青藏高原的狮牙草状风毛菊(Saussurea leontodontoides)作为研究材料, 研究了6个海拔高度上果期植株的繁殖特征及资源分配的差异, 并用异速模型分析了繁殖性状及资源分配与个体大小的关系。结果显示: 1)狮牙草状风毛菊的个体大小、繁殖器官生物量、营养器官生物量、种子数和营养分配均与海拔存在极显著负相关关系, 百粒质量和繁殖分配与海拔存在极显著正相关关系。2)在不同海拔高度下, 百粒质量、种子数、繁殖器官生物量及营养分配与植株个体大小呈正相关关系; 繁殖分配与植株个体大小呈负相关关系; 而营养器官生物量与植株个体大小呈极显著正相关关系。这表明海拔和个体大小对狮牙草状风毛菊的繁殖对策有不同程度的影响, 狮牙草状风毛菊通过增加繁殖部分的生物量和百粒质量来适应高海拔的胁迫环境。     

刈割留茬高度对大针茅草原群落结构及稳定性的影响

2014—2018年8月在内蒙古锡林郭勒盟毛登牧场大针茅典型草原,以围封为对照,设置2、5和8 cm 3个刈割留茬高度,研究刈割留茬高度对群落结构及稳定性的影响。结果表明: 群落中共出现15科23属27种植物;优势种为大针茅、知母、羊草及糙隐子草,累计相对重要值为76.1%。多年生杂类草15种,一、二年生植物5种,多年生丛生禾草和灌木半灌木植物各有3种,多年生根茎禾草有1种。大针茅等处于群落上层;知母、羊草等植物处于群落中层;糙隐子草、刺穗藜、猪毛菜等植物处于群落底层。刈割造成大针茅及多年生丛生禾草相对重要值降低,使得糙隐子草、刺穗藜、猪毛菜及一、二年生植物相对重要值增加。留茬2 cm降低羊草相对重要值,而留茬5、8 cm使其增加;留茬5 cm增加知母相对重要值,而留茬2、8 cm使其降低;留茬8 cm降低杂类草相对重要值,而留茬2、5 cm使其增加。物种及功能群多样性年度间差异显著。总体上,刈割对物种丰富度无显著影响,对其物种多样性影响较小,但对功能群多样性存在一定影响。表明在刈割过程中,群落各功能群存在一定的补偿作用,使得群落保持相对稳定。刈割使群落稳定性增加,留茬5和8 cm时群落稳定性较大;留茬5 cm时群落变异性较大,而留茬8 cm时最小。留茬8 cm时群落稳定性高且变异性小,能促进群落长期稳定。     

AgNO3逆转的黄芩组培玻璃化苗的活性成分含量及其生物活性研究

研究AgNO3对黄芩组培玻璃化苗的逆转作用,并在此基础上对逆转的黄芩组培玻璃化苗的活性成分含量及活性进行分析。结果表明,AgNO3对黄芩的玻璃化苗具有明显的逆转作用,且这种逆转作用受AgNO3浓度的影响。在AgNO3的浓度为4 mg·L^-1时,玻璃化苗的逆转率最高为88%,且逆转的黄芩苗的生长状态最好。在此基础上,对逆转1个月的黄芩玻璃化苗的活性成分含量及生物活性进行研究。逆转的黄芩玻璃化苗体内黄芩苷的含量为68.6 mg·g^-1,明显高于玻璃化苗(38.3 mg·g^-1),但低于正常的组培苗(108.2 mg·g^-1)。此外,提取物的抗氧化、抗菌和抗肿瘤实验结果显示,逆转的黄芩玻璃化组培苗明显好于玻璃化苗,但仍低于正常的组培苗。以上研究结果表明,AgNO3对黄芩组培玻璃化苗具有较好的逆转及恢复作用。     

Response of resource allocation of Saussurea leontodontoides during its fruiting stage to the elevation

植物资源分配是目前植物生态学研究的热点问题, 主要集中在性分配和繁殖分配两个方面。该研究以分布在青藏高原的狮牙草状风毛菊(Saussurea leontodontoides)作为研究材料, 研究了6个海拔高度上果期植株的繁殖特征及资源分配的差异, 并用异速模型分析了繁殖性状及资源分配与个体大小的关系。结果显示: 1)狮牙草状风毛菊的个体大小、繁殖器官生物量、营养器官生物量、种子数和营养分配均与海拔存在极显著负相关关系, 百粒质量和繁殖分配与海拔存在极显著正相关关系。2)在不同海拔高度下, 百粒质量、种子数、繁殖器官生物量及营养分配与植株个体大小呈正相关关系; 繁殖分配与植株个体大小呈负相关关系; 而营养器官生物量与植株个体大小呈极显著正相关关系。这表明海拔和个体大小对狮牙草状风毛菊的繁殖对策有不同程度的影响, 狮牙草状风毛菊通过增加繁殖部分的生物量和百粒质量来适应高海拔的胁迫环境。     

狼针草光合特性对放牧干扰的响应

以内蒙古呼伦贝尔草甸草原围封草地和放牧草地为实验样地, 通过对两种草地类型中狼针草(Stipa baicalensis)的光合特性、水分关系、植物渗透调节等生理生态学特性测定分析, 比较研究放牧干扰对狼针草的影响。结果表明: 在放牧干扰下, 狼针草通过增强核酮糖二磷酸羧化酶(RUBPCase)活性、叶绿素含量、改变电子流的方向和速率、增强光系统II (PSII)活性(p < 0.05), 促进同化物的累积和植物的补偿生长, 应对放牧干扰的影响。放牧干扰下狼针草的光合速率日变化曲线呈单峰型, 而围封草地中呈“双峰型”, 出现“午休”现象, 正午RuBPCase的羧化能力下降是造成围封草地狼针草光合“午休”的非气孔因素之一, 而磷元素的缺失可能是导致二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)活性下降的原因。在光合能量分配方面, 两种样地狼针草的PSII最大光化学量子产量(F_v/F_m)均出现光抑制现象。放牧草地中狼针草对光照增强较为敏感, F_v/F_m值下降趋势明显(p < 0.05)。和围封样地相比, 放牧样地的狼针草光化学猝灭(q_P)值升高, 而非光化学猝灭(NPQ)值降低(p < 0.05), 分配更多的能量于光合反应中心, 有利于同化物累积, 提高光合能力来适应放牧的影响。在放牧干扰下, 狼针草叶片水势与叶片含水量降低, 而渗透调节物质可溶性蛋白和可溶性糖含量增加(p < 0.05), 狼针草的蓄水性变弱, 需要通过增加体内渗透调节物质, 主动降低水势, 以保证从土壤中获取足够的水分维持自身生理活性。同时, 放牧干扰促进了狼针草对氮元素的吸收利用。放牧样地中狼针草光合氮、磷利用率均与叶比重呈负相关关系。     

典型草原大针茅种群空间格局及对长期过度放牧的响应

种群空间格局是生态学研究的基本问题之一。典型草原带由于过度放牧退化严重, 原生群落罕见, 探讨原生群落的种群空间格局具有重要生态学意义。大针茅(Stipa grandis)草原是典型草原区广泛分布的主要群落类型, 1979年围封的大针茅样地, 是目前保存完整的大针茅草原原生群落。本文选择大针茅草原原生群落和长期过度放牧群落, 应用O-Ring函数结合不同零假设模型分析了大针茅种群的空间格局。结果表明: 在原生群落中大针茅种群在小尺度范围内呈均匀分布, 而在长期过度放牧群落中则表现为聚集分布。这说明在大针茅草原原生群落中竞争是主要的相互作用, 而在长期过度放牧群落中正相互作用居主导, 验证了胁迫梯度假说; 同时证明长期过度放牧改变了种群空间格局。