长期增强UV-B辐射对高寒矮嵩草草甸植物光合作用的影响

以高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸地区的强光和天然太阳短波辐射为背景,在植物生长季每天人工增补15.8 kJ·m-2的辐射剂量,模拟平流层臭氧破坏5%时近地表面增加的太阳UV-B辐射强度,探讨高寒矮嵩草草甸植物光合作用对UV-B辐射增强的响应.结果显示:(1)长期增强UV-B辐射对高寒矮嵩草草甸大多数植物的光合作用没有明显的负面影响;其中异针茅(Stipa aliena)、苔草(Carex atrofusca)、黄芪(Astragalus sp.)的光合作用受到抑制,但棘豆(Oxytropis ochrocephala)、异叶米口袋(Gueldenstaedtia multiflora)、鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)、柔软紫菀(Aster flaccidus)、羌活(Notoperygium forbesii)的净光合速率和表观量子效率增加,这与它们的形态特征,气孔因素以及水分利用效率有关.(2)长期增强UV-B辐射使高寒矮嵩草草甸大多数植物的类胡萝卜素含量增加,叶绿素a/叶绿素b比值和类胡萝卜素/叶绿素比值升高,这更有利于植物吸收更多的紫外辐射,减少UV-B辐射增加对高寒矮嵩草草甸植物的伤害,起到了光合保护的作用,有利于植物光合作用的进行,也是高寒矮嵩草草甸植物适应环境的一种策略.研究表明,长期增强UV-B辐射不会减少高寒矮嵩草草甸生态系统的初级生产力.     

青藏高原几种高寒植物的抗寒生理特性

研究了青藏高原高寒地区3种多年生植物在生长过程中植物叶组织的可溶性糖、脯氨酸和丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性的变化及其生理特性。结果表明;矮嵩草（Kobresia humilis）、垂穗披碱草（Elymus nutans）和黑褐苔草（Carex atro-fusca）叶中的可溶性糖含量随着生长期的进程而增加;脯氨酸含量的变化因植物种类的不同而表现各异,其中在各生长期．垂穗披碱草的脯氨酸含量均高于矮嵩草和黑褐苔草,并在草盛中期表现出明显的差异;3种高寒植物叶片中的丙二醛（MDA）含量随着生长季和气温的变化而呈现不断增加的趋势;3种植物中的超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性表现出随生长期和气温变化而改变的趋势,但黑褐苔草的2种膜保护酶活性最高,垂穗披碱草的次之．矮嵩草最低。可见,在不同生长季,这3种高寒植物的抗寒生理反应或低温适应方式可能是多途径的．其中在抗寒物质代谢、膜脂过氧化能力和抗氧化酶系统等方面,有生理反应的共同规律和各自特有的生理抗寒特性．其适应性与抗逆性有所不同,这种差异和生理特性可能与高寒植物的遗传特性和极端高寒低温环境胁迫有关。     

矮嵩草草甸主要植物不同器官对氮素的吸收及分配特征研究

以高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸7个主要植物种为研究对象,利用15 N同位素标记技术,通过分析不同器官对氮素的吸收及分配特征,揭示主要植物种在群落中的生态适应性、竞争力和地位。结果显示:(1)矮嵩草的叶和茎、垂穗披碱草(Elymus nutans)的叶,以及双柱头藨草(Scirpus distigmaticus)和鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)的叶、茎、根均偏好累积硝态氮,早熟禾(Poa annua)的穗和叶以及甘肃马先蒿(Pedicularis kansuensis)和短穗兔耳草(Lagotis brachystachya)的根均偏好积累铵态氮。(2)矮嵩草对吸收的甘氨酸和硝态氮主要分配于叶中,铵态氮分配于茎中;双柱头藨草对吸收的甘氨酸和硝态氮主要分配于茎中,铵态氮分配于叶中;垂穗披碱草和早熟禾对吸收的硝态氮和铵态氮主要分配于叶中;垂穗披碱草对吸收的甘氨酸主要分配于根中,而早熟禾将较多的甘氨酸分配到穗中;甘肃马先蒿对吸收的硝态氮主要分配于叶中,铵态氮分配于根中;鹅绒委陵菜对吸收的甘氨酸、硝态氮和铵态氮主要分配于叶中;短穗兔耳草对吸收的甘氨酸主要分配于叶中,硝态氮和铵态氮主要分配于根中。(3)在牧草生长盛期,矮嵩草草甸土壤的有机氮和无机氮主要贡献于甘肃马先蒿的花、早熟禾的穗、垂穗披碱草的根和鹅绒委陵菜的茎叶。研究表明,高寒矮嵩草草甸主要植物不同器官对氮素的吸收及分配呈现多元化特征,因不同植物种的生物学特性和生态适应习性而异。     

植物生长季节不同栖息地高原鼠兔的食物选择

本文采用胃内容物镜检分析法,对栖息于青藏高原矮嵩草草甸、垂穗披碱草草甸和杂类草草甸中的高原鼠兔的主要食物组成进行了比较分析,旨在探讨栖息地变化对高原鼠兔食物组成的影响,揭示高原鼠兔对栖息地变化的生存对策和适应性.研究结果表明:在矮嵩草草甸,高原鼠兔主要取食垂穗披碱草、早熟禾、蓝花棘豆和甘肃棘豆;在垂穗披碱草草甸,主要选择垂穗披碱草、甘肃棘豆、蓝花棘豆、矮嵩草和二柱头蔗草;在杂类草草甸,喜食植物种类为垂穗披碱草、蓝花棘豆、甘肃棘豆、早熟禾、弱小火绒草、长茎藁本、兰石草和红花岩生忍冬.在整个植物生长季节,高原鼠兔在3种栖息地共取食27种植物,其中垂穗披碱草、甘肃棘豆和蓝花棘豆在不同栖息地中选择指数较高,为高原鼠兔优先选择的食物;在不同栖息地,高原鼠兔取食植物有差别,垂穗披碱草草甸为16种、矮嵩草草甸为22种,杂类草草甸为24种;喜食食物比例也存在着明显差别,在垂穗披碱草草甸,垂穗披碱草比例高达40.5%,在矮嵩草草甸,甘肃棘豆比例也达到23.7%,而在杂类草草甸,选食比例最高的兰石草仅为14.6%,说明在该草甸高原鼠兔食物选择呈现泛化趋势.相似性指数分析结果也表明,杂类草草甸中高原鼠兔主要食物组成与其它两种栖息地有较大的区别.从而说明当栖息地植物群落种类组成发生变化后,高原鼠兔可以通过改变其食物组成而适应新的栖息地.     

高寒草甸放牧扰动与两种植物的反应研究

对不同放牧强度下矮嵩草草甸植物垂穗披碱草和鹅绒委陵菜的生长和繁殖特性进行了5年研究。结果表明,垂穗披碱草株高、分蘖数、地上物量、地下生物量、有性繁殖效力在不放牧或轻度放牧下最大,营养生长效力在重度放牧中最大,而贮藏效力在重度放牧中最小。鹅绒委陵菜叶数、匍匐茎长度、地上生物量、匍匐茎生物量、开花数、生殖生物量、有性繁殖效力及营养繁殖效力在放牧区显著高于不放牧的对照区。说明适当的放牧干扰有利于垂穗披碱草营养生长,但放牧过重会抑制其有性繁殖;由于放牧采食减少了种间竞争影响,从而提高了鹅绒委陵菜营养,生长效力和有性繁殖效力。两物种地下贮藏物的比例随着放牧强度增加显著减少。放牧强度对高寒草甸的群落演替方向有显著影响。     

青藏高原强UV-B辐射对美丽风毛菊光合作用和色素含量的影响

以青藏高原矮嵩草草甸的主要伴随种美丽风毛菊为材料,通过滤除太阳辐射光谱中UV-B成分的模拟试验,研究了强太阳UV-B辐射对高山植物光合作用、光合色素和紫外吸收物质的影响.结果表明：与对照相比,弱UV-B处理能促使美丽风毛菊叶片净光合速率增加和提高稳态PSⅡ光化学效率;对照中叶片厚度的相对增加能弥补单位叶面积光合色素的光氧化损失,是高山植物对强UV B辐射的一种适应方式.短期滤除UV-B辐射处理时紫外吸收物质含量几乎没有变化,说明高山植物叶表皮层中该类物质受环境波动的影响较小.强UV-B环境下光合色素的相对增加是一种表象,而青藏高原强太阳UV-B辐射对高山植物美丽风毛菊的光合生理过程仍具有潜在的负影响.     

青藏高原高寒草甸门源草原毛虫取食偏好及其与植物C、N含量的关系

草食性昆虫对不同植物物种的取食存在偏好,这种取食偏好可能受其自身对蛋白质和碳水化合物的需求及二者平衡的调节。以青藏高原高寒矮嵩草草甸31种常见植物及门源草原毛虫为对象,通过饲喂实验,研究了草食性昆虫对不同物种和不同功能群植物的取食偏好,及其与植物叶片C、N含量和C∶N之间的关系。在31种植物中,门源草原毛虫对19种植物进行了取食,尤其对矮嵩草、红棕薹草、藏异燕麦和垂穗披碱草四种植物表现出强烈的取食偏好,而对另外12种植物未进行任何取食。在物种水平上,门源草原毛虫取食量与植物叶片N含量呈显著负相关,与叶片C∶N呈正相关。从功能群水平上看,门源草原毛虫对莎草类的取食偏好最大,而对豆科植物取食偏好最低;相应地,莎草类植物叶片N含量最低、C∶N最高,而豆科植物叶片N含量最高、C∶N最低。因此,即使在土壤有效氮匮乏、植物生长受氮素限制的高寒草甸生态系统,植物体内N含量的增加也可能不利于草食性昆虫的取食。门源草原毛虫对优势植物矮嵩草和垂穗披碱草的取食对高寒矮嵩草草甸物种共存和生物多样性维持可能具有重要的作用。     

矮嵩草草甸植物蒸腾强度的初步研究

 此项研究工作于1986年5—9月植物生长季节内,在海北高寒草甸生态系统定位站进行。用钴纸法测定了矮嵩草等10种植物的蒸腾强度、垂穗披碱草等3种植物的蒸腾日进程和不同植被覆盖地段的蒸腾—蒸发量,在测定时记录了气温、湿度等有关气象资料,以便分析。研究结果表明：1．矮嵩草等10种植物的蒸腾强度随植物种和所处的物候期而变化,植物生长早期蒸腾强度较低,进入生殖阶段,蒸腾强度明显提高。2．垂穗披碱草等3种植物蒸腾强度日进程呈明显的单峰型曲线,在中午或午后出现峰值,没有午休现象。这同气孔一直开着有关,是矮嵩草草甸植物蒸腾的特征之一。 3．不同植被覆盖地段的蒸腾—蒸发表明,有植被覆盖的地段的蒸腾—蒸发量较裸地的蒸发量为高。     

高寒矮嵩草草甸两种主要植物耐牧性的比较

通过野外控制实验,研究了刈割(留茬3 cm、留茬1 cm及不刈割)、施肥(施肥、不施肥)和浇水(浇水、不浇水)处理对高寒草甸矮嵩草(Kobresia humilis)和垂穗披碱草(Elymus nutans)补偿高度、株高相对生长率、比叶面积、叶片净光合速率和地上总生物量的影响.结果表明:2物种的株高和地上总生物量在刈割后均为低补偿响应,但其株高相对生长率显著提高,并均随年份而增加;垂穗披碱草比叶面积、叶片净光合速率和地上总生物量对刈割损伤更加敏感;尽管施肥能显著提高2物种上述各项指标,但在不同处理条件下矮嵩草的耐牧性指数均小于垂穗披碱草;浇水的作用不显著.说明2物种的耐牧性依赖于土壤养分资源获得性,矮嵩草的耐牧性强于垂穗披碱草.     

增强UV—B辐射对高山植物麻花艽净光合速率的影响

在高寒矮嵩草（Kobresia humilis)草甸地区以太阳短波辐射为背景,建立了人工增强UV－B辐射的实验装置,每天增补15．8kJ.m^-2的辐射剂量,模拟平流层臭氧破坏约5％时近地表面太阳UV－B辐射的增强。观测表明：UV－B辐射的增强对麻花艽（Gentiana stramianea)植物的光合作用无明显的抑制或伤害作用。相反,在早晨补充UV－B辐射的短时间内,叶片的Pn随Gs的增大而有所提高。随着UV－B辐射时间的延长,在11：30－12：30,Pn和Gs有所降低。UV－B辐射时间进一步延长后（约14：00以后）,处理和对照组叶片Pn和Gs的差异趋向不明显,增强太阳UV－B辐射后,麻花艽叶片的光合色素并无明显变化,UV－B吸收物质的含量无明显变化,麻花艽叶片厚度的直接测量表明,增强UV－B辐射能明显提高叶片的厚度。叶片厚度的增加可补偿增强UV－B辐射辐后引起的光合色素的光降解,改善单位叶面积为基础的光合速率,是高原植物对强UV－B辐射的一种适应方式。     

高山植物美丽风毛菊PSII光化学效率和光合色素对短期增补UV-B辐射的响应

在中国科学院海北高寒草甸生态系统实验站的综合观测场, 于植物生长季的不同月份进行短期增补UV-B辐射的模拟试验, 研究了高山植物美丽风毛菊(Saussurea superba)的PSII光化学效率、光合色素和UV-B吸收物质对增强UV-B辐射的响应。结果表明, 尽管差异不显著, 暗适应3 min的PSII最大光化学量子效率在不同月份均有降低的趋势, 说明增强UV-B辐射能加剧光合机构的光抑制。不同月份短期增补UV-B辐射均引起光下PSII实际光化学量子效率和光化学猝灭系数的降低, 以及非光化学猝灭系数的增高, 表明增强UV-B辐射能降低叶片的光能捕获效率, 促进非光化学能量耗散过程。增补UV-B辐射后, 叶片光合色素的含量略有降低趋势, 可能与短时间内光合色素形成过程受抑制和光氧化程度的加剧, 以及叶片厚度的略微降低有关。UV-B吸收物质的含量在不同月份没有一致和较为显著的变化, 说明高原强UV-B环境下生存的美丽风毛菊叶表皮层中由类黄酮和衍生多酚类组成的内部紫外屏蔽物质相对稳定, 倾向于较少受增补UV-B辐射的影响。     

滤除自然光中UV-B辐射成分对高山植物美丽风毛菊光合生理的影响

采用滤除自然光谱中UV-B辐射成分的方法, 探讨了高山植物美丽风毛菊(Saussurea superba)光合机构对青藏高原强UV-B辐射的响应和适应特性。结果表明, 强太阳光中的UV-B成分能引起净光合速率的降低。连续16天不同天气下的观测表明, 滤除UV-B处理时3 min暗适应的光化学量子效率有升高的趋势; 晴天下稳态光化学效率的分析也显示滤除UV-B处理的实际光化学量子效率和光化学猝灭系数有升高趋势, 意味着自然光中的UV-B成分可限制美丽风毛菊叶片PSII反应中心的激发能捕获效率。PSII有效光化学量子效率的增加和非光化学猝灭系数的降低进一步表明, UV-B辐射能导致有效光化学效率的降低和非光化学能量耗散的增加。由上可知, 自然强UV-B辐射是限制美丽风毛菊叶片光合作用的一个因素。滤除UV-B辐射处理对光合色素含量的影响较小, 无论以叶面积还是叶鲜重为基础的滤除UV-B处理仅有微弱的增加趋势, 说明强UV-B辐射具有加速光合色素的光氧化进程, 促进细胞成熟和叶片衰亡的潜在作用。同样UV-B吸收物质的含量也几乎没有变化, 表明强太阳辐射环境下生活的高山植物美丽风毛菊叶表皮层中已具有较多的紫外线屏蔽物质, 足以抵御目前环境中强太阳UV-B辐射可能引起的伤害, 较少受UV-B辐射波动的影响。     

祁连山冷龙岭南坡移地植物叶片的碳氮特征

在祁连山冷龙岭南麓坡地进行不同海拔高度土壤(0～40(30)cm土层)和植被的整体双向移地实验,以探讨气候变化对主要物种和群落碳、氮特征的影响。结果表明,3 200 m的麻花艽移地至高海拔时,叶片碳、氮含量分别呈现出先增加后减少和一直增加的趋势,而碳/氮值下降明显。3 400 m的兰石草、珠芽蓼、垂穗披碱草、金露梅和鹅绒委陵菜5种植物大部分叶片碳、氮素含量及碳/氮呈现出随海拔增高而下降的趋势。3 600 m的矮嵩草、雪白委陵菜和重齿风毛菊3种植物叶片碳、氮含量及碳/氮在各海拔之间变化不明显。3 800 m的矮嵩草和矮火绒草的叶片碳、氮含量随海拔高度增加而增加,碳/氮下降。整个群落来讲碳含量随海拔升高而降低,氮含量和碳/氮比变化较小。研究发现,各群落和物种对移地的响应方式因物种组成、原生状态不同而存在差异;温度条件(以海拔升降模拟温度降升)对植被群落及主要植物叶片碳、氮含量和碳/氮比有一定影响,尤其是当高海拔稀疏植被移地到低海拔时,其叶片碳、氮和碳氮比与原生状况的植被群落及主要植物种相对变化较大。     

增强UV-B辐射和氮对谷子叶光合色素及非酶促保护物质的影响

以谷子(Setaria italica(L)Beauv.)为对象,从拔节期开始持续给予低氮(1.875 mmol/L)和高氮(15 mmol/L)两种氮供应条件并从抽穗期开始进行26 d两种强度(4.29、7.12 kJ·m-2·d-1)的增强UV-B辐射处理,研究了谷子叶中光合色素含量、类黄酮含量和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的变化.结果表明:与高氮供应条件相比,低氮供应条件明显降低了谷子叶中光合色素含量但提高了类胡萝卜素/叶绿素含量比值;在开花期中段和灌浆期中段,高氮供应条件下谷子叶中光合色素含量对增强UV-B辐射比低氮供应条件下的谷子更敏感.从灌浆期开始到处理结束,两种影响因子对谷子叶中类黄酮含量均有显著影响,增强UV-B辐射导致谷子叶中类黄酮含量逐渐升高,且相同增强UV-B辐射强度下低氮供应条件下的谷子叶中类黄酮含量明显高于高氮供应条件下的谷子.谷子叶中PAL活性对两种影响因子的响应较类黄酮含量更加敏感,低氮供应条件使谷子叶中PAL活性明显提高.结合上述指标的相关性分析结果可知,低氮供应条件加强了处于繁殖期主要阶段的谷子叶中类黄酮的积累,并使谷子叶中的类胡萝卜素/叶绿素含量比值明显提高,进而有助于维持谷子叶中光合色素含量在增强UV-B辐射条件下的相对稳定性,对植株抵抗UV-B辐射伤害有利.     

青海省海北州典型高寒草甸土壤质量评价

以青海省海北州的典型高寒草甸(金露梅灌丛草甸、矮嵩草草甸、高山嵩草草甸)为研究对象,以7种土壤微生物活性指标和10种土壤理化性质指标组成的土壤生物肥力性质为评价指标,对不同利用方式下草甸的土壤质量进行主成分分析(PCA).结果表明：高寒草甸土壤综合质量可用3个主成分（PC）来表征,其中PC₁上有13个指标的载荷较高,PC₂上有3个指标的载荷较高, PC₃上只有全磷的载荷较高.结合Norm值的方法,筛选出微生物生物量碳、脲酶、碱性磷酸酶、蛋白酶、有机碳、全氮、有效氮、有效磷、有效钾、容重和阳离子交换量(CEC)等11项指标,建立了海北高寒草甸土壤综合质量评价的最小数据集(MDS).通过主成分和对应的权重系数分析, 对3种草甸的土壤综合质量进行排序,0～10 cm层为矮嵩草草甸＞金露梅灌丛＞高山嵩草草甸;10～20 cm层为金露梅灌丛＞高山嵩草草甸＞矮嵩草草甸.