Responses of the functional traits in Cleistogenes squarrosa to nitrogen addition and drought

植物功能性状被广泛地用于研究植物对环境变化的响应。糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)是内蒙古草原重要的C4物种,其功能性状是如何对水氮环境的变化做出响应的,还不十分清楚。该文采用盆栽实验的方法,进行氮添加(0,10.5,35.0和56.0 g·m–2·a–1)和降水(自然降水和70%平均月降水量)处理,研究糙隐子草整株性状、叶形态性状和叶生理性状对氮添加和干旱的响应。结果表明,氮添加显著影响了糙隐子草的整株性状,氮、水处理及它们的交互作用显著影响了糙隐子草的叶形态性状和叶生理性状。各功能性状对氮添加的响应格局在自然降水和干旱处理下是不同的。根深、茎生物量和茎叶比在干旱条件下低和中氮添加处理中较高,而在自然降水下无明显变化;比叶面积在干旱条件下随氮添加量的增加而增加,而在自然降水下无增加趋势;自然降水下,高氮添加显著刺激了光合速率和蒸腾速率,增加了水分利用效率,而在干旱条件下氮添加对它们没有显著影响;叶片单位面积的氮含量在自然降水下随氮添加量的增加有增加趋势,而在干旱条件下显著降低。在自然降水下,氮添加主要影响糙隐子草的叶形态和生理性状,而在干旱条件下,氮添加主要影响糙隐子草的整株性状和形态性状。总之,糙隐子草的功能性状对氮添加表现出明显的响应,响应格局在不同的水分条件下不同,反映了其对氮水环境变化的弹性适应。     

放牧强度对内蒙古典型草原糙隐子草功能性状的影响

研究糙隐子草株高、丛幅等11个性状指标对不同强度放牧(不放牧;5、7月两次放牧;全生长季5次放牧)的响应。结果表明: 以不放牧为对照,经过连续5年的放牧处理,糙隐子草的生殖枝数、株高、茎质量、比叶面积和总叶面积显著降低,5、7月放牧处理各指标降幅分别为61.7%、21.5%、33.3%、21.6%、26.7%,全生长季放牧处理各指标降幅分别为75.7%、24.7%、46.7%、28.5%、43.7%,降幅随放牧强度的增加显著增强。在不同放牧强度下,糙隐子草的营养枝数、叶片数、总叶面积、茎质量、总叶质量、丛幅均与整丛地上生物量呈现协同变化关系,营养枝数与茎质量和总叶质量呈显著正相关。糙隐子草应对不同放牧强度干扰表现出矮小-密枝化的避牧响应策略,减轻放牧强度有利于维持其个体性状的稳定。     

降水差异对内蒙古温带草原植物根系和叶片功能性状的影响北大核心CSCD

植物能够调整叶片或根系功能性状的变化来适应气候变化,从而形成多样性的环境适应策略。该研究以内蒙古温带草原降水量存在差异的草原群落(较为湿润的多伦草原和较为干旱的正镶白旗草原)为研究对象,分别测定两个草原群落优势种(多伦20种和正镶白旗13种)和共有种(8种)的根系功能性状(根直径、比根长和根组织密度)和叶片功能性状(叶面积、比叶面积、叶干物质含量、叶碳含量、叶氮含量),分析根叶性状的变异规律及其关系,以探究草种对不同降水环境的适应策略,为不同降水区域草种的选择以及草原经营管理提供理论依据。结果显示:(1)随着降水量的变化,草种的根性状在两个群落间无显著差异,多伦草原植物的比叶面积显著高于正镶白旗草原,而叶干物质含量和叶碳含量则呈相反趋势;两个草原群落的单子叶禾草类植物根直径最小,比根长最大,叶干物质含量最高;单子叶百合科类植物的根组织密度最小,叶干物质含量和叶氮含量最低;双子叶非禾草类植物的根组织密度最大,比叶面积最高而叶面积最低。(2)随降水量的减少,两个群落共有种的叶面积、比叶面积降低,叶干物质含量和叶碳含量增加;其中,羊草、冰草、糙隐子草的直径增加,比根长和根组织密度降低,而猪毛蒿的直径和比根长则呈相反的趋势;糙隐子草、羊草、猪毛蒿的叶氮含量增加,冰草、克氏针茅叶氮含量降低。(3)主成分分析表明,单个草原或综合两个草原的植物根与叶性状几乎不相关。研究表明,单子叶禾草类植物的根系性状在降水变化中差异较为明显,而双子叶非禾草类植物基本没有变化;干旱对植物叶性状的影响大于根性状;在不同降水环境下,草原植物根系存在独特的资源获取方式,根与叶性状对环境变化的适应策略均具有独立性。     

草地利用方式对温性典型草原优势种植物功能性状的影响

当外界环境发生变化后植物能够改变自身功能性状及时调整适应策略, 因此植物功能性状能够有效地反映植物对草地利用变化的响应, 然而在内蒙古草原从植物功能性状角度开展草地利用方式影响的研究略少。该研究以内蒙古典型草原大针茅(Stipa grandis)、羊草(Leymus chinensis)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)和冷蒿(Artemisia frigida) 4种主要优势种为研究对象, 探讨在长期自由放牧、割草、短期围封和长期无干扰的影响下优势种植物功能性状的差异, 以期从功能性状视角, 揭示植物在受到外界干扰后的适应策略, 旨为天然草地的可持续管理提供基础数据支持和科学依据。结果表明: 1)除糙隐子草外, 在长期放牧后内蒙古典型草原优势植物植株高度、根长和植物碳氮含量降低, 这些性状的变化能够使植物个体小型化, 适口性降低, 表明植物通过逃避放牧的策略适应长期自由放牧的干扰; 在割草管理方式下, 优势种的高度和比叶面积有增加的趋势, 其中冷蒿的氮含量对割草响应最敏感, 其根、茎、叶中的氮含量均在割草样地最低; 围封和长期无干扰处理下植物的碳氮含量增加, 表明在干扰强度降低后, 植物通过功能性状的改变从资源获取策略向资源储藏策略转变。2)对优势种功能性状集合分析表明, 糙隐子草具有较低的植株高度和较高的比叶面积, 冷蒿具有较高的木质素含量和氮含量, 这些性状能够使两种植物被家畜采食量减少, 并保证其具有较强的再生能力, 这可能是糙隐子草和冷蒿耐牧的原因; 大针茅具有最高的植株高度、最大的叶片干物质含量, 以及最高的茎、叶纤维素含量, 说明大针茅是非常典型的竞争物种, 在干扰较低的条件下, 大针茅采取竞争策略对其他物种产生较大的竞争压力可能是其占优势的重要原因。     

水分和养分添加对羊草功能性状和地上生物量的影响

研究水分和养分添加对植物功能性状的影响, 对于揭示植物对环境变化的响应和适应规律至关重要。该文采用盆栽试验的方法, 进行不同水平水分处理(增水50%, 减水50%, 以498 mm降水量作为对照)和养分添加(无养分添加, 单施氮肥, 单施磷肥, 氮磷共施), 研究羊草(Leymus chinensis)的10种功能性状和地上生物量对水分和养分添加的响应。得出以下结论: (1)双因素方差分析结果表明, 水分主效应对羊草株高、分蘖数、茎生物量、叶生物量、叶面积、叶质量、净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率存在显著影响; 养分主效应对羊草分蘖数、茎生物量、净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率存在显著影响; 水分和养分的交互作用对羊草分蘖数、茎生物量、蒸腾速率、水分利用效率存在显著影响。(2)各功能性状对降水量的响应在不同养分添加水平是不同的, 分蘖数和叶面积在单施氮肥和氮磷共施条件下随降水量增加而增加, 而在无养分添加和单施磷肥条件下无显著变化; 茎生物量在无养分添加、单施氮肥和单施磷肥条件下随降水量增加而增加, 而在氮磷共施条件下无增加趋势; 比叶面积在单施氮肥条件下增水处理显著低于对照组, 而在其他养分添加条件下无明显变化。(3)短期氮磷处理显著影响羊草叶片光合生理性状, 而对叶形态性状影响不显著。(4)羊草地上生物量随降水量的增加呈现上升趋势, 并且在单施氮肥条件下, 增水处理使地上生物量达到最高, 为522.55 g·m ^-2。总之, 羊草的功能性状对降水量增加表现出明显的响应, 响应格局在不同养分条件下不同, 反映了其对水肥环境变化的适应。     

大针茅和糙隐子草对养分资源的竞争策略Ⅰ.根和茎对施硫和其他养分的形态学反应

在德国植物营养和土壤科学研究所的温室中,用盆栽试验研究了3种不同的养分处理下(所有养分 硫肥、所有养分但无硫肥、空白对照(什么都不添加))大针茅(Stipa grandis L.)和糙隐子草(Cleistogenes squarrosa L.)对养分资源的竞争在形态学上的反应.竞争试验设计为替代序列设计,即每盆的植物密度为4株,大针茅的植株数从4→0,相反,糙隐子草的密度则从0→4.试验所用的土壤为内蒙古典型草原沙质栗钙土,2001年5月20日播种,待种籽发芽出苗后的第二天进行间苗.然后,每间隔10 d分别对两种草的叶层高度、叶片数、分孽数进行测定;并于试验的第80天,度量糙隐子草新近展开的顶部叶片的叶绿素含量,之后齐地面刈割地上部分测地上生物量,同时将试验盆浸泡在蒸馏水中,用60目的网筛轻轻冲洗根系,用滤纸吸干水分,称鲜重,以便测定根长、根半径和根表面积等;然后用无离子水冲洗根系,在65℃下烘48 h称重,过0.5mm筛粉碎装瓶备分析用.每个处理重复3次.结果表明,所有处理的大针茅和糙隐子草形态特征不存在竞争关系,即彼此比例的消长对对方无显著性的影响,且大针茅的根茎形态特征随两者比例的变化而变化不显著,在空白对照处理中糙隐子草也有类似的现象.然而,当供给养分时(无论是否同时添加硫肥),糙隐子草的比例大小显著影响其形态特征,即存在密度制约原理,且硫的供给与糙隐子草的比例间存在互作现象.养分添加显著增加了大针茅地上部分的生长利发育,但对根系的生长影响很小,且硫对其地上地下均无显著性的影响.而养分添加不仅增加了糙隐子草地上部分的生长发育,而且增加了根系的生长,硫的缺乏阻碍了糙隐子草地上地下的生长和发育.养分供给显著降低了糙隐子草的根茎比,但没有影响大针茅的根茎比.硫对糙隐子草根茎比的影响随糙隐子草比例的变化而变化,在其比例为100%和75%时,供硫显著降低了其根茎比.在所有养分处理中,25%比例的糙隐子草的根茎比显著小于100%比例的糙隐子草根茎比.供给其他养分而不供硫时,糙隐子草叶片的绿度显著淡于其它两种处理;且在养分供应(无论是否供硫)25%比例的糙隐子草叶片绿度显著深于100%比例的糙隐子草叶片绿度.该研究表明,大针茅与糙隐子草的形态之间似乎不存在竞争关系;由于所有处理大针茅种群生产力较低,其种间竞争很小,但糙隐子草种间竞争明显.养分的缺乏主要限制了大针茅地上部分的生长和发育,对地下部分影响较小,且对硫供给的状况反应不敏感.而养分供给对糙隐子草地上地下均有显著的影响,且硫的缺乏阻碍了糙隐子草的生长发育.土壤贫瘠时,由于糙隐子草种群生产力低,植物间竞争较小,相反,对养分资源的竞争加剧.对养分的竞争刺激了根系的生长,使更多的光合产物分配到根中.其他养分的供给,提高了糙隐子草的生产力,因而加剧了硫的缺乏,而在低养分状况下(不供给任何养分)则缓解了硫的缺乏症状.     

大针茅和糙隐子草对养分资源的竞争策略——Ⅰ．根和茎对施硫和其他养分的形态学反应

在德国植物营养和土壤科学研究所的温室中,用盆栽试验研究了3种不同的养分处理下(所有养分 硫肥、所有养分但无硫肥、空白对照(什么都不添加))大针茅(Stipa gtrandis L.)和糙隐子草(Cleistogenes squarrosa L.)对养分资源的竞争在形态学上的反应。竞争试验设计为替代序列设计,即每盆的植物密度为4株,大针茅的植株数从4→0,相反,糙隐子草的密度则从0→4。试验所用的土壤为内蒙古典型草原沙质栗钙土,2001年5月20目播种,待种籽发芽出苗后的第二天进行间苗。然后,每间隔10d分别对两种草的叶层高度、叶片数、分孽数进行测定;并于试验的第80天,度量糙隐子草新近展开的顶部叶片的叶绿素含量,之后齐地面刈割地上部分测地上生物量,同时将试验盆浸泡在蒸馏水中,用60目的网筛轻轻冲洗根系,用滤纸吸干水分,称鲜重,以便测定根长、根半径和根表面积等;然后用无离子水冲洗根系,在65℃下烘48h称重,过0．5mm筛粉碎装瓶备分析用。每个处理重复3次。结果表明,所有处理的大针茅和糙隐子草形态特征不存在竞争关系,即彼此比例的消长对对方无显著性的影响,且大针茅的根茎形态特征随两者比例的变化而变化不显著,在空白对照处理中糙隐子草也有类似的现象。然而,当供给养分时(无论足否同时添加硫肥),糙隐子草的比例大小显著影响其形态特征,即存在密度制约原理,且硫的供给与糙隐子草的比例间存在瓦作现象。养分添加显著增加了大针茅地上部分的生长和发育,但对根系的生长影响很小,且硫对其地上地下均无显著性的影响。而养分添加不仅增加了糙隐子草地上部分的生长发育,而且增加了根系的生长,硫的缺乏阻碍了糙隐子草地上地下的生长和发育。养分供给显著降低了糙隐子草的根茎比,但没有影响大针茅的根茎比。硫对糙隐子草根茎比的影响随糙隐予草比例的变化而变化,在其比例为100％和75％时,供硫显著降低了其根茎比。在所有养分处理中,25％比例的糙隐子草的根茎比显著小于100％比例的糙隐子草根茎比。供给其他养分而不供硫时,糙隐子草叶片的绿度显著淡于其它两种处理：且在养分供应(无论是否供硫)25％比例的糙隐子草叶片绿度显著深于100％比例的糙隐子草叶片绿度。该研究表明,大针茅与糙隐子草的形态之间似乎不存在竞争关系;由于所有处理大针茅种群生产力较低,其种间竞争很小,但糙隐子草种间竞争明显。养分的缺乏丰要限制了大针茅地上部分的生长和发育,对地下部分影响较小,且对硫供给的状况反应不敏感。而养分供给对糙隐予草地上地下均有显著的影响,且硫的缺乏阻碍了糙隐子草的生长发育。土壤贫瘠时,由于糙隐子草种群生产力低,植物间竞争较小,相反,对养分资源的竞争加剧。对养分的竞争刺激了根系的生长,使更多的光合产物分配到根中。其他养分的供给,提高了糙隐子草的生产力,因而加剧了硫的缺乏,而在低养分状况下(不供给任何养分)则缓解了硫的缺乏症状。     

氮素添加和功能群去除对糙隐子草和大针茅根系特征的影响

由于草地不合理利用,中国北方草原严重退化,导致生态系统结构性破坏甚至功能性紊乱。随着草原退化,中能值功能群植物糙隐子草会取代高能值功能群植物大针茅成为群落中优势度最大的植物。为了解大针茅和糙隐子草在氮素添加以及去除功能群的情况下根系特征的变化趋势,选取锡林郭勒盟典型草原中的退化草原群落,分别开展两项实验,实验1:氮素添加梯度实验(0、10.5、17.5、28 gN/m~2),实验2:同时进行功能群的去除和氮素的添加,功能群去除实验(将植物分为高能值植物功能群、中能值植物功能群、低能值植物功能群3个功能群;每个处理分别剪除另外两个功能群,留取单一功能群),并同时进行氮素添加实验(0、17.5 gN/m~2)。在进行两年的实验处理后,通过Delta-T SCAN根系分析仪测量大针茅和糙隐子草根系的长度、直径、面积、体积指标。分析植物根系对氮素添加的响应,以及功能群去除是否改变这两种植物对氮素添加的响应格局。实验1研究结果表明:在受到其他功能群的竞争压力下,大针茅根系长度、面积、体积均在高氮素添加(28 gN/m~2)情况下显著增加,糙隐子草根系直径和体积在中氮素添加(17.5 gN/m~2)的情况下显著高于其他3个处理,退化样地中土壤氮素的增加,促使大针茅根系主要通过增加根系长度扩大在土壤中的空间分布,而促使糙隐子草主要通过增粗生长来扩大土壤分布空间。实验2研究结果表明:功能群的去除,中氮素添加对根系的影响,只有糙隐子草的根系直径显著增加。综合来看,功能群去除实验对大针茅的根系长度和面积有影响,对糙隐子草的根系长度、直径和面积有影响。功能群去除处理与氮素添加的交互作用对大针茅根系没有影响,对糙隐子草的根系直径和体积有影响。     

沙质草地3种优势植物叶片光合生理对增温和降水减少的响应北大核心CSCD

以沙质草地优势物种猪毛蒿、胡枝子和糙隐子草为研究对象,利用开顶式生长室(OTC)模拟增温,研究降水减少20%、40%和60%与增温的交互作用对3种典型植物叶片光合气体交换特征及叶绿素荧光特征的影响,以揭示沙质草地3种优势植物对气候变化的响应规律。结果显示:(1)与自然温度相比,OTC模拟增温增加了猪毛蒿C_(i),显著降低了胡枝子G_(s)、P_(n)和T_(r)、糙隐子草G_(s)和P_(n)、猪毛蒿WUE和L_(s),也显著降低了猪毛蒿和胡枝子F_(v)/F_(m)和F_(v)/F_(o)。(2)无论增温与否,随着降水减少幅度的增加,猪毛蒿G_(s)和P_(n)呈下降趋势,且中度以上的干旱胁迫下(降水减少>40%)胡枝子和糙隐子草P_(n)显著低于对照。(3)在自然温度条件下,轻度干旱胁迫时(降水减少20%)猪毛蒿T_(r)显著低于对照,重度干旱胁迫时(降水减少60%)其WUE、F_(v)/F_(m)和F_(v)/F_(o)显著低于对照;重度干旱胁迫时,胡枝子C_(i)显著高于对照,差异幅度达10.7%,L_(s)显著低于对照,轻度干旱胁迫时(降水减少20%)其F_(v)/F_(m)和F_(v)/F_(o)显著高于中度以上的干旱胁迫;中度以上的干旱胁迫下糙隐子草T_(r)和G_(s)显著低于对照,重度干旱胁迫时,其C_(i)、F_(v)/F_(m)和F_(v)/F_(o)显著低于对照,WUE和L_(s)显著高于对照。(4)增温与降水减少交互作用下,所有处理猪毛蒿C_(i)均高于对照,差异幅度分别达4.5%,6.0%和8.4%;胡枝子T_(r)均显著低于对照,差异幅度达57.8%;重度干旱胁迫时猪毛蒿L_(s)和WUE显著低于对照,糙隐子草F_(v)/F_(m)和F_(v)/F_(o)随降水减少而降低,中度以上的干旱胁迫时其值显著低于对照。(5)相关性分析表明,3个优势物种的P_(n)与F_(v)/F_(m)和F_(v)/F_(o)均呈显著正相关关系,其中猪毛蒿和糙隐子草的P_(n)—F_(v)/F_(m)和P_(n)—F_(v)/F_(o)斜率明显高于胡枝子。研究表明,气候变暖会在一定程度上加剧降水减少对沙质草地3种群落优势物种光合作用的抑制。     

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。     

Traits related to carbon sequestration of common plant species in a Stipa grandis steppe in Nei Mongol under different land-uses

为了探究植物与固碳相关属性在不同功能群、器官和物种间的差异, 以及这些属性对不同土地利用方式的响应, 2012年8月对内蒙古大针茅草原的4个样地(长期无干扰样地、长期自由放牧样地、4年围封样地和4年围封割草样地)进行了群落调查, 并采集样地中的常见植物, 测定了与植物固碳相关的属性, 包括全碳含量、全氮含量、碳氮比、纤维素含量、木质素含量和酸性洗涤纤维含量等。以常见植物为对象, 在功能群水平研究了各土地利用方式下全碳含量、全氮含量和碳氮比的差异; 针对各样地的共有种——糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、大针茅(Stipa grandis)、冷蒿(Artemisia frigida)、羊草(Leymus chinensis)和猪毛菜(Salsola collina), 从物种和器官水平分析了不同土地利用方式下植物的固碳相关属性。结果表明: 大针茅草原植物不同功能群、物种和器官间的固碳相关属性存在极显著差异, 不同土地利用方式下大针茅草原不同功能型、物种和器官的固碳相关属性有显著差异。与其他利用方式相比, 4年围封割草对植物与固碳相关属性的影响最为明显, 功能群、器官和物种水平的植物氮含量均有下降。糙隐子草和猪毛菜的这些属性对长期自由放牧的响应敏感, 且方向相反。     

内蒙古大针茅草原常见植物在不同土地利用方式下的固碳相关属性

为了探究植物与固碳相关属性在不同功能群、器官和物种间的差异, 以及这些属性对不同土地利用方式的响应, 2012年8月对内蒙古大针茅草原的4个样地(长期无干扰样地、长期自由放牧样地、4年围封样地和4年围封割草样地)进行了群落调查, 并采集样地中的常见植物, 测定了与植物固碳相关的属性, 包括全碳含量、全氮含量、碳氮比、纤维素含量、木质素含量和酸性洗涤纤维含量等。以常见植物为对象, 在功能群水平研究了各土地利用方式下全碳含量、全氮含量和碳氮比的差异; 针对各样地的共有种——糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、大针茅(Stipa grandis)、冷蒿(Artemisia frigida)、羊草(Leymus chinensis)和猪毛菜(Salsola collina), 从物种和器官水平分析了不同土地利用方式下植物的固碳相关属性。结果表明: 大针茅草原植物不同功能群、物种和器官间的固碳相关属性存在极显著差异, 不同土地利用方式下大针茅草原不同功能型、物种和器官的固碳相关属性有显著差异。与其他利用方式相比, 4年围封割草对植物与固碳相关属性的影响最为明显, 功能群、器官和物种水平的植物氮含量均有下降。糙隐子草和猪毛菜的这些属性对长期自由放牧的响应敏感, 且方向相反。     

Effects of plant traits and the relative abundance of common woody species on seedling herbivory in the Thousand Island Lake region

Aims Plant-herbivore interaction is a hot topic in the study of biodiversity and ecosystem functions. Herbivores can negatively affect seedling growth and therefore can alter the dynamics of plant recruitment. However, previous studies do not fully reveal the relative importance of different plant functional traits on herbivory intensity and rarely link herbivory to the relative abundance of plant species.Methods Here, we measured 11 plant functional traits and the relative abundance of seedlings of 16 common woody species in the subtropical forests on 29 islands in Thousand Island Lake, East China. We then used multivariate regression and variance partitioning to test the contribution of functional traits and the relative abundance to interspecific differences of insect herbivory intensity.Important findings Our study found that both plant functional traits (e.g. carbon nitrogen ratio, leaf thickness) and the relative abundance of woody species played important roles in herbivory intensity, and they jointly contributed 54% of the variance of the interspecific differences. Among these factors, species with higher defensive ability, lower nutrient content and higher relative abundance had lower herbivory intensity. We suggest to consider both individual level traits (functional traits) and community level attributes (the relative abundance) in future herbivory studies.     

海南尖峰岭热带山地雨林林冠层树种功能多样性特征

以海南尖峰岭热带山地雨林3块1 hm²样地为研究对象,利用11个林冠功能性状结合样地地形及林冠乔木树种样地清查数据,分别基于单维性状和多维性状比较物种多度加权对群落功能离散度指数——平均成对距离(MPD)和平均最近类群距离(MNTD)的影响;同时分析林冠层功能丰富度(FRic)与物种丰富度之间的关系,最后利用零模型探讨不同生境类型下标准化效应MPD和MNTD(经过物种多度加权且剔除群落物种丰富度差异影响)的变化,进而评价林冠层群落水平功能多样性格局及其对局域生境异质性的响应.结果表明: 功能性状维度和物种多度对MPD的影响强烈,不同维度功能性状多度加权前后MPD相关性较弱(R=0.359～0.628);但对MNTD的影响相对较弱,不同维度功能性状多度加权前后MNTD相关性较强(R=0.746～0.820);未经物种多度加权的MPD和MNTD均普遍高估了林冠层的功能离散度.林冠层功能丰富度与物种丰富度基本呈指数相关关系(F=128.20;R²=0.632;AIC=97.72;P＜0.001),且功能丰富度很有可能存在一定的物种丰富度阈值.基于不同维度功能性状的林冠层功能多样性格局及其生境响应存在一定的差异性.在生物竞争激烈的低沟生境中,林冠层功能多样性倾向于比预期零模型随机产生的功能多样性高,林冠树种功能性状表现出离散分布;而在其他生境类型中,林冠层功能多样性倾向于接近或低于随机产生的功能多样性,林冠树种功能性状随机或聚集分布.     

了哥王叶功能性状特征及其对土壤因子的响应

为探究了哥王Wikstroemiaindica的叶功能性状特征及其影响因素,在海岛植被调查的基础上对了哥王叶片进行取样并测定其功能性状指标,利用变异系数法和Pearson相关性分析探讨叶功能性状之间的差异与联系,运用冗余分析研究了哥王叶功能性状对土壤因子的响应。结果表明,了哥王的叶功能性状变异系数介于9.76%～23.73%,其中叶体积变异幅度最大(23.73%),叶干物质含量变异幅度最小(9.76%),整体上了哥王叶功能性状保持相对稳定。了哥王各项叶功能性状之间具有一定的相关性,联系较密切。了哥王叶功能性状主要受土壤中有机质、全氮、碱解氮的影响,土壤中有机质、全氮、碱解氮的含量与比叶面积呈正比,与叶厚度、叶体积成反比。了哥王的叶片可以通过一定的性状变异和组合来适应外部环境的变化,以较好地适应海岛恶劣的环境。该研究结果可为了哥王野生种质资源的保护、利用以及人工栽培提供参考。     

长期氮添加对典型草原植物多样性与初级生产力的影响及途径

氮(N)沉降对陆地生态系统的结构和功能已产生了重要的影响, N也是中国北方草原植物生长和初级生产力的主要限制性元素。物种多样性和功能多样性是揭示生物多样性对生态系统功能维持机制的关键指标, 然而, 关于长期N添加下草原物种多样性与功能多样性的关系, 及其对初级生产力的影响途径及机制, 尚不十分清楚。为此, 该研究依托在内蒙古典型草原建立的长期N添加实验平台, 实验处理包括1个完全对照(不添加任何肥料)和6个N添加水平(0、1.75、5.25、10.50、17.50和28.00 g·m^-2·a^-1), 研究了长期N添加对典型草原物种多样性、功能多样性和初级生产力的影响大小及途径。结果表明: 1) N添加显著降低了典型草原的物种丰富度和Shannon-Wiener指数, 但对功能多样性(包括功能性状多样性指数和群落加权性状值)无显著的影响。2)结构方程模型分析表明, 功能多样性主要受物种丰富度的影响, 但是物种多样性减少并没有导致功能多样性降低, 其原因主要是功能群组成发生了改变, 即群落内多年生根茎禾草所占比例显著增加, 以致群落加权性状值变化不大。3) N通过影响物种丰富度和功能群组成, 间接影响群落加权性状值, 进而影响群落净初级生产力。其中, 群落加权性状值是最重要的影响因子, 可解释48%的初级生产力变化, 表明初级生产力主要是由群落内优势物种的生物量及功能性状所决定, 因此该研究的结果很好地支持了质量比假说。     

内蒙古高原湖滨湿地优势植物功能性状特征及其适应性

受人类活动和气候变化的影响,湖泊湖滨带退化速度显著加快。植物功能性状的方法可以量化植物特征,预测植物对外界环境干扰的反应,有助于理解退化湖滨带湿地植物应对环境变化所表现出的适应机制,对湖泊湖滨湿地生态系统植被的恢复与重建具有重要意义。在内蒙古高原典型湖泊湖滨湿地选取芦苇（Phragmites australis）、赖草（Leymus secalinus）、毛茛（Ranunculus japonicus）、鹅绒委陵菜（Potentilla anserina）、碱蓬（Suaeda glauca）、盐角草（Salicornia europaea）和拂子茅（Calamagrostis epigeios）7种优势植物的叶片和根系作为研究对象,对不同湿地植物的11种功能性状变化规律及其与环境因子的关系进行研究。旨在探究环境变化影响下湖滨带湿地植物的物种分布和功能性状的差异,以及湿地植物在不同湖滨带湿地生境下的适应策略。在评估植物功能性状差异基础上,采用环境矩阵连接性状矩阵（RLQ）结合第四角分析（Fourth-Corner）的方法分析环境因子对植物功能性状的影响。结果表明,内蒙古湖滨带湿地中7种优势植物为了适应不同的环境的影响,植物的功能性状均产生不同程度的种间与种内变异,在湖滨带湿地中植物的植株高度、叶片碳含量、叶片氮含量、叶片碳氮比、比根长、根组织密度、根氮含量对环境变化的响应比较敏感,土壤pH与叶片干物质含量呈显著负相关;土壤盐分与植株高度、叶片碳含量和叶碳氮比显著负相关,与叶片氮含量、根组织密度显著正相关;土壤的总氮含量与植株高度显著正相关,与比根长显著负相关;土壤碳氮比与植株高度和叶片碳含量显著负相关,与植物比根长显著正相关;土壤容重与根氮含量显著负相关。研究表明内蒙古高原湖滨带湿地植物的功能性状受环境的作用强烈,植物采取了不同的性状策略来适应环境。     

不同生活型被子植物功能性状与基因组大小的关系

基因组大小在被子植物物种之间存在着巨大的变异, 但目前对不同生活型被子植物功能性状与基因组大小的关系缺乏统一的认识。本研究基于被子植物245科2,226属11,215个物种的基因组大小数据, 探讨了不同生活型物种种子重量、最大植株高度和叶片氮、磷含量4个功能性状与基因组大小之间的关系。结果表明, 被子植物最大植株高度和种子重量与基因组大小间的关系在草本和木本植物中存在显著差异。草本植物最大植株高度与基因组大小的关系不显著, 但种子重量与其呈极显著的正相关关系。木本植物最大植株高度与基因组大小显著负相关, 但种子重量与其关系不显著。木本植物叶片氮含量与基因组大小呈显著正相关, 但其他生活型植物的叶片氮、磷含量与基因组大小均无显著相关性。本研究表明被子植物功能性状与基因组大小的相关性在不同生活型间存在差异, 这为深入研究植物多种功能性状和植物生活型与基因组大小的权衡关系在植物演化和生态适应中的作用提供了重要依据。