早春首次降雨时间及降雨量对古尔班通古特沙漠两种短命植物形态特征与叶绿素荧光的影响

早春降雨事件是影响荒漠短命植物生长的重要因子, 为了解古尔班通古特沙漠积雪完全融化后早春首次降雨时间及降雨量对短命植物光合生长的影响。该研究选取两种优势短命植物尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrhinchum)和琉苞菊(Centaurea pulchella)为研究对象, 设置3个首次降雨时间(积雪完全融化后第10、20和30天)和3个降雨水平(5、10和15 mm), 探究两物种的形态、生物量及光化学效率的响应差异。结果显示: 积雪完全融化后第10天进行首次降雨处理时, 随着首次降雨量的增加, 尖喙牻牛儿苗的叶面积和总生物量呈显著增加趋势, 最大光化学效率呈下降趋势。在第20和30天进行首次降雨处理时, 尖喙牻牛儿苗和琉苞菊的叶面积均呈显著增加趋势。在积雪完全融化后5 mm降雨处理时, 随着首次降雨时间的延迟, 尖喙牻牛儿苗和琉苞菊的最大光化学效率呈先下降后上升趋势; 10 mm降雨处理时, 尖喙牻牛儿苗的冠根比降低, 根长和总生物量呈先增加后下降趋势, 琉苞菊的根长呈显著增加趋势; 15 mm降雨处理时, 尖喙牻牛儿苗的叶面积、冠根比和最大光化学效率呈显著增加趋势; 琉苞菊的冠根比和最大光化学效率呈下降趋势, 总生物量呈显著增加趋势。尖喙牻牛儿苗和琉苞菊的根长分别与0-5 cm和5-10 cm土壤含水量呈显著正相关关系。这说明早春首次降雨量比首次降雨时间更能影响植株生长, 但不同物种对降雨格局变化的响应不一致, 这可能通过影响早春短命植物的形态特征, 进而影响早春荒漠生态系统的稳定性。     

两种短命植物春萌秋萌个体生态生物学特征比较

 短命植物是新疆北部荒漠生态系统中重要组成部分,对稳定该区沙漠生态系统、丰富物种多样性具有重要的意义。以往对短命植物的研究多集 中在春季萌发的短命植物,秋季萌发的短命植物研究很少,对秋季萌发短命植物和春季萌发短命植物的生态生物学特征的异同以及它们对稳定 荒漠生态系统的意义缺乏了解。选择小车前(Plantago minuta)和尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)为研究对象,采用野外定点标记观测和 室内分析结合的方法,研究了两种短命植物春季萌发和秋季萌发两种表现型在冠幅、生物量、物候期、菌根侵染率等生态生物学特征方面的差 异性。结果表明：秋季萌发的小车前和尖喙牻牛儿苗能够在覆雪下越冬,其单株的冠幅、叶片数量、干重等均远远大于同一时期生长的春季萌 发的小车前和尖喙牻牛儿苗,尤其是单株结种数量更是比春季萌发小车前和尖喙牻牛儿苗的高13.0和4. 4倍;秋季萌发的小车前和尖喙牻牛儿 苗的花期分别比春季萌发小车前和尖喙牻牛儿苗早14 和7 d,植株黄枯期和成熟期分别提早3和4 d;此外,秋季萌发小车前和尖喙牻牛儿苗各 时期的菌根侵染率也显著高于同期春季萌发小车前和尖喙牻牛儿苗。本研究得到以下结论：秋季萌发的小车前和尖喙牻牛儿苗在稳定和扩大其 后代种群繁衍能力、提高防风固沙能力、 稳定荒漠生态系统等方面具有重要意义。     

Biomass allocation and leaf stoichiometric characteristics in four desert herbaceous plants during different growth periods in the Gurbantünggüt Desert,China

荒漠草本植物是荒漠生态系统物种多样性的主体, 对其生物量分配及叶片化学计量特征随植物生长的变化规律的研究有助于深入了解荒漠草本植物生存策略和功能特征。该文选择古尔班通古特沙漠4种优势草本(2种短命植物, 2种一年生长营养期植物)为研究对象, 通过野外原位多时段取样, 对比研究了四者生物量分配、叶片N-P化学计量学随植物生长的变化特征, 以及二者之间的关系。结果表明, 在生物量累积过程中, 4种植物根冠比逐渐减小, 地上与地下生物量间的相关生长关系也发生变化, 其中琉苞菊(Hyalea pulchella)和角果藜(Ceratocarpus arenarius)的相关生长指数先增加后减小, 并趋于稳定, 而尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)和沙蓬(Agriophyllum squarrosum)的相关生长指数由小到大并趋于等速生长。琉苞菊叶片N、P含量呈逐渐增长趋势, 而另外3种植物呈下降趋势, 表明所研究的荒漠植物在生长过程中, 叶片N-P化学计量发生改变, 叶片化学计量特征与生物量指标的相关性较弱。     

接种AM真菌对短命植物生长发育及矿质养分吸收的影响

 采用分室培养方法研究接种幼套球囊霉(Glomus etunicatum，BEG168)、摩西球囊霉(G. mosseae, BEG167)、混合菌剂(M)对两种沙漠早春短命植物小车前(Plantago minuta)和尖喙牻牛儿苗（Erodium oxyrrhynchum）生长发育及矿质养分吸收的影响。结果表明，接种AMF处理的小车前和尖喙牻牛儿苗根系形成了典型的菌根结构，侵染率为22 %～60%；接种AMF提高了小车前和尖喙牻牛儿苗两种植物的生物量、株高及N、P养分吸收量。小车前单独接种BEG167、BEG168以及混合接种都显著提高了单株种子数量，其增幅分别 为67%、50%和78%。上述结果说明，在极端贫瘠和干旱的古尔班通古特沙漠中，丛枝菌根真菌对于早春短命植物小车前和尖喙牻牛儿苗的生态适应性的贡献表现为促进营养生长、提高后代（种子）繁殖数量。     

生物结皮对古尔班通古特沙漠3种荒漠草本植物生长特性与元素吸收的影响

生物结皮有可能通过物理、水文、养分循环影响与之相邻的维管植物,但二者相互关系尚存在着争议。本文以新疆古尔班通古特沙漠广泛分布的地衣结皮为研究对象,分析了生物结皮对3种荒漠草本植物:尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)、条叶庭芥(Alyssum linifolium)和琉苞菊(Hyalea pulchella)的生长及其对元素吸收的影响。研究结果表明:(1)生物结皮对3种荒漠草本植物生长的影响在生长期不同阶段存在差异。在前期,生物结皮的存在促进了植物生物量的累积;而后期,生物结皮却抑制了植物生长。生物结皮的存在显著影响了荒漠草本植物生物量的累积和冠根比。(2)生物结皮的存在显著增加了3种荒漠草本植物对N和K的吸收,而对P的吸收没有显著影响。生物结皮对3种植物Cu、Ca、Mg、Na、Cl的吸收存在种间差异。本研究结果将为该荒漠生态系统潜在的植被演替方向提供重要的科学根据。     

增加水分对古尔班通古特沙漠4种短命植物生物量及氮素形态吸收的影响

为明确土壤水分含量对荒漠生态系统短命植物生长及氮素吸收偏好性的影响,该研究以古尔班通古特沙漠4种优势短命植物东方旱麦草(Eremopyrum orientale)、尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrhinchum)、琉苞菊(Centaurea pulchella)和卵果鹤虱(Lappula patula)为研究对象,通过盆栽控水实验,设定3个水分梯度分别为：干旱处理(W₁,土壤含水量2％)、正常水分处理(W₂,土壤含水量8％)和湿润处理(W₃,土壤含水量14％),利用¹⁵N同位素示踪法研究水分对4种植物生物量及不同形态氮素的吸收策略的影响。结果表明：(1)随着土壤含水量的增加,4种短命植物的地上、地下、总生物量呈递增趋势,在正常水分处理时增速最快,且同一生活型不同物种之间的生物量累积速率不同;而4种短命植物的根冠比随土壤水分含量的增加呈显著下降趋势。(2)在不同水分处理下,4种短命植物对不同形态的¹⁵N吸收速率表现为：硝态氮＞铵态氮＞甘氨酸,对3种形态氮素以及总氮的吸收速率均随着水分梯度的增加呈增大趋势。(3)在干旱处理时,硝态氮是4种短命植物最偏好吸收的氮形态,随着土壤含水量的增加东方旱麦草、琉苞菊的氮素形态偏好性不会改变,而在水分持续增大至湿润处理时,铵态氮对尖喙牻牛儿苗和卵果鹤虱的氮素吸收的贡献率超过硝态氮,成为这2种植物最偏好吸收的氮形态。     

荒漠区地表凋落物分解对季节性降水增加的响应

为探讨季节性降水增加对荒漠生态系统凋落物分解的影响,在古尔班通古特沙漠南缘,选择粗柄独尾草(Eremurus inderiensis)叶、尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)叶、尖喙牻牛儿苗茎、沙漠绢蒿(Seriphidium santolinum)茎4种凋落物样品,在2009-2011年研究了模拟季节降水增加(冬春增雪、夏季增水)和自然降水处理下凋落物的分解。持续2年的分解实验表明:(1)各组分凋落物的质量损失过程可以用负指数衰减方程较好地拟合(R20.90);经过637天的分解,各组分凋落物质量残留率在自然降水、冬春增雪、夏季增水处理下均无显著性差异(p0.05)。粗柄独尾草叶、尖喙牻牛儿苗叶、尖喙牻牛儿苗茎、沙漠绢蒿茎在自然降水处理下的质量残留率分别为40.59%、35.50%、36.00%和63.96%;(2)各组分凋落物的质量残留率与N残留率显著正相关,凋落物N的损失快于其质量损失,且初始N含量与分解速率显著正相关(r=0.60,p=0.038),C/N解释了71%的地面凋落物分解速率。研究表明,季节性的短暂降水增加对荒漠区地表凋落物分解没有显著影响,凋落物初始化学组成是预测荒漠区地表凋落物分解的重要因素。     

古尔班通古特沙漠水热梯度变化对短命植物生态化学计量特征影响

以古尔班通古特沙漠2种优势短命植物尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrhinchum M. Bieb.)和东方旱麦草(Eremopyrum orientale (L.) Jaubert & Spach)为研究对象,通过盆栽控制实验,设定2个温度梯度以及3个水分梯度,对它们在不同温、湿度处理下的C、N、P含量及其化学计量比的变化特点进行分析。结果显示：(1)温度显著影响尖喙牻牛儿苗的N、P、C∶P、N∶P以及东方旱麦草的C、N、P、C∶N、N∶P;水分显著影响2种短命植物的N、P、C∶N、C∶P以及东方旱麦草的N∶P,其中N含量随温度的变化符合温度-生物地球化学假说,而P含量随温度的变化符合温度-植物生理假说。(2)温度和水分的交互作用对2种植物的影响表现为：在高温处理时,随着水分梯度的增加,2种植物的N、P含量先升高再下降,C∶N、C∶P、N∶P先下降再升高;在低温处理时,尖喙牻牛儿苗的N、P含量变化与水分梯度呈反比,C∶P变化与水分梯度呈正比,而东方旱麦草化学计量变化差异不显著。(3)相关性分析结果表明,温度和水分显著影响2种短命植物各元素之间的相关关系,植物的生长速率和养分限制情况受营养元素的主导调控也随之变化。     

古尔班通古特沙漠4种短命植物生物量与化学计量特征

为了深入了解古尔班通古特沙漠植物在极端环境下养分循环及限制状况,以琉苞菊(Hyalea pulchella)、假狼紫草(Nonea caspica)、尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)和飘带果(Lactuca undulata)为研究对象,分析了4种短命植物的生物量与化学计量特征变化以及二者之间的相关性。结果表明,(1)4种荒漠植物生物量分配在整个生长周期内呈一致增长规律,而根冠比(R/S)均呈下降趋势;生物量累计速率在各生长期不尽相同,但4种植物随生活史的完成最终分配比例趋同。(2)4种植物的C元素在整个生长周期内居高不下,N、P元素在植物体内总体呈下降趋势。对计量比分析发现,C∶N与C∶P间呈正相关关系,且二者都与N∶P呈负相关关系,但N∶P则相比旱生植物的平均值低。(3)生物量与化学计量比的综合排序显示:第1轴、第2轴的解释程度分别为58.89%和19.43%,可累计解释其总信息量的78.32%,表明可信度较高,但整体指标间的相关性较弱,说明4种荒漠短命植物生长过程中的化学计量比并未对生物量分配起决定作用,可能是由于干旱环境下植物的不同生存策略所引起的结果,或生物量分配的主要占比因素可能是植物自身遗传所决定的。     

尖喙(牛龍)牛儿苗繁殖体外部形态特征

尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)是古尔班通古特沙漠短命植物层片优势物种,其繁殖体能够在生物结皮上成功定居,借助扫描电镜等方法对其繁殖体形态进行了观察。结果表明:尖喙牻牛儿苗繁殖体表皮附属毛具4种不同类型,在保持水分和固定繁殖体等方面发挥作用,是对散布和定居的一种适应;果实与芒连结部位存在过渡区和分裂缝隙;芒吸湿后与种子长轴夹角逐渐减小,表皮细胞发生形变,是吸湿运动的形态基础,这种形态变化可以促使繁殖体在地面行走,遇到适宜的生境时,推动种子钻入土壤而定居。本研究为揭示该种定居适应机制提供了形态学依据。     

Elevated precipitation alters the community structure of spring ephemerals by changing dominant species density in Central Asia

Global climate change is one of the most pressing conservation challenges; in particular, changes in precipitation regimes have already substantially influenced terrestrial ecosystems. However, the mechanisms influencing precipitation changes on individual plants and the plant communities in desert grasslands have yet to be fully elucidated. We therefore examine the influence of increased precipitation on plant community compositions in the Gurbantunggut Desert, Xinjiang, northwestern China, from 2005 to 2009. We found that growth of all plant species and the community productivities increased markedly with enhanced water input. Cover of ephemeral synusia also significantly increased due to increased precipitation, implying that the role of the ephemeral community for stabilization of sand dunes was strengthened by increased precipitation. The response of plant community compositions to increased precipitation was primarily reflected as changes in plant density, while increased precipitation did not affect plant species richness and the diversity index. Dominant species drove the response of plant density to increasing precipitation during the five‐year study period. However, the relative responses of rare species were stronger than those of the dominant species, thereby potentially driving species turnover with long‐term increased precipitation. This finding improved our understanding of how increased precipitation drives the changes in plant community composition in desert grasslands and will help to better predict changes in the community composition of ephemerals under future global climate change scenarios.     

冻融过程对荒漠短命植物种子萌发的影响

荒漠区冻融交替显著改变土壤温度和水分条件,并进一步影响荒漠植物种子萌发。为解析荒漠土壤冻融过程对植物种子萌发的影响,本研究以古尔班通古特沙漠4种典型短命植物[东方旱麦草(Eremopyrum orientale)、卵果鹤虱(Lappula patula)、尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)和条叶庭荠(Alyssum linifollum)]为对象,通过模拟不同温度和土壤水分及冻融循环次数对种子进行处理,对比分析冻融结束后4种植物种子萌发参数(发芽率、发芽势、发芽指数、种子活力)。结果表明,温度对4种植物种子萌发参数均无显著影响,而土壤水分和循环次数均有显著影响(水分仅对条叶庭荠无影响),且存在显著交互作用。冻融循环次数增加可促进冻融后的种子活力和种子萌发,尤其是在低水分条件下表现得更为显著。冻融期高土壤水分显著降低东方旱麦草的种子发芽率,对其他物种的影响受冻融次数和白天温度状况的调节。在相同土壤水分条件下,冻融期白天高温可促进种子萌发。总体来看,冻融对荒漠短命植物种子萌发有显著影响并存在一定的种间差异性,这将造成冻融期结束后不同物种的种子萌发和幼苗生长存在差异,进而影响荒漠区植物群落结构。     

氮水添加对放牧背景下荒漠草原生产力的影响

水分与氮素作为干旱和半干旱草原生产力的共同限制性因子在退化草原的生态快速修复过程中备受关注。以不同放牧强度背景下的短花针茅荒漠草原为研究对象,开展围封模拟放牧利用实验,同时添加氮素和水分。通过分析历史放牧强度与年份对生产力的影响,以及添加氮素和水分对不同功能群植物生物量的作用,探讨放牧强度对短花针茅草原生产力的内在作用机制,以及如何实现荒漠草原资源合理开发和可持续利用。研究结果显示,降雨量与放牧强度决定着短花针茅草原的植物群落结构。氮素和水分添加可分别提升11%-29%和12%-32%的群落地上生物量,且二者存在显著的交互作用。不同功能群植物的地上生物量对氮素与水分添加的响应存在差异,多年生丛生禾草对氮素和水分添加响应最敏感。氮素与水分添加可显著提高多年生丛生禾草的地上生物量,但与自然降水量相关。氮素添加对地上生物量的影响在正常降雨和稍旱年份作用显著,而水分添加在干旱年份作用显著。在正常降雨年份,以半灌木植物为优势种的轻度放牧背景以添加水分对提升生产力最宜,以多年生丛生禾草和半灌木为共优种的中度放牧背景和以多年生丛生禾草为优势种的重度放牧以同时添加水分和氮素对提升生产力最为宜;在干旱年份不同放牧强度背景下均以同时添加水分和氮素对提升生产力最为宜。我们的结果表明了养分与资源的改善有利于退化短花针茅草原的快速恢复和可持续生产。     

生物结皮对3种荒漠草本植物光合生理特性的影响

通过人工去除生物结皮实验，研究古尔班通古特沙漠生物结皮对3种荒漠草本植物生理特性的影响，根据生物结皮对土壤养分和水分的影响，综合分析生物结皮对3种草本植物光合生理特性的影响。结果表明，生物结皮对3种荒漠草本植物光合生理的影响基本一致，在植物生长早期，生物结皮区的尖喙牻牛儿苗（Erodium oxyrrhynchum M.Bieb.）、条叶庭荠（Alyssum linifolium Steph.ex Willd.）和琉苞菊（Hyalea pulchella（Ldb.） C.Koch）的叶片相对含水量（RWC）、净光合速率（P_n）、气孔导度（G_s）、蒸腾速率（E）、水分利用效率（WUE）、PSⅡ最大光化学量子效率（F_v/F_m）、PSⅡ实际光化学效率（φ_PSⅡ）和叶绿素（Chl）含量均高于去除生物结皮区；但是，在植物生长后期，却是去除生物结皮区的各项生理指标高。生物结皮对3种荒漠草本植物光合生理过程的影响与其对植物生长的影响基本一致，这与土壤养分和水分状况的变化密切相关。     

氮添加对宁夏荒漠草原植物初级生产力的影响机制

许多研究探索了与全球变化相关的生态系统功能的变化,但对生态系统功能变化的机制与途径了解较少。初级生产力是生态系统功能的重要组分,但关于氮(N)添加下荒漠草原植物群落初级生产力如何变化以及变化机制尚未明确,N是否通过影响生物多样性来影响荒漠草原初级生产力?为此,本研究在荒漠草原开展了为期4年的N添加控制实验(2018—2021年),试验处理包括对照和4个N添加水平(5、10、20和40 g m^-2 a^-1),研究了N添加对荒漠草原物种多样性、功能多样性、初级生产力及其关系的影响。结果表明：(1)N添加处理(2018—2021年)改变了植物物种多样性及功能多样性,但年际间变化趋势不同。N添加处理第四年(2021年)荒漠草原植物功能多样性(Rao指数)、群落加权平均值-株高、功能均匀度和功能离散度均显著增加,而荒漠草原植物物种丰富度和Shannon-Wiener指数均显著降低。(2)N添加可以通过影响物种丰富度和功能多样性进而间接地促进荒漠草原初级生产力,但群落加权性状值-株高对初级生产力的影响是正效应,而物种丰富度和功能离散度对初级生产力的影响是...     

Arbuscular mycorrhizal status of spring ephemerals in the desert ecosystem of Junggar Basin, China

A survey was made of the arbuscular mycorrhizal (AM) status of 73 spring ephemeral plant species that grow in the desert ecosystem of Junggar Basin, northwest China. The proportion of AM colonization ranged from 7 to 73% with a mean value of 30%. A total of 65 plant species studied were AM with coils/arbuscules or vesicles and the remaining eight species were possibly AM with no coils/arbuscules or vesicles but with fungal mycelia in the root cortex. AM fungal spores were isolated from rhizosphere samples of all 73 plant species and identified. The mean spore density was 22 per 20 ml of air-dried soil, ranging from 0 to 120. Colonization and spore density of perennials were slightly higher than of annuals and varied among different plant families. A total of 603 AM fungal spore (or sporocarp) specimens were isolated belonging to six genera, Acaulospora, Archaeopora, Entrophospora, Glomus, Paraglomus, and Scutellospora; Glomus was the dominant genus. We conclude that spring ephemerals may be highly dependent on AM associations for survival in the very infertile and arid soils of this desert ecosystem.Electronic supplementary material Supplementary material is available for this article at     

近30年古尔班通古特沙漠短命植物的时空格局

基于1985—1999年的GIMMS-NDVI数据和2000—2014年的MODIS-NDVI数据提取短命植物的时空格局,结合野外调查数据和1985—2014年气象站点气温和降水数据,从不同时空尺度上分析了古尔班通古特沙漠短命植物的时空变化及其对气候变化的响应。结果表明:(1)古尔班通古特沙漠中短命植物层片整体表现出物种组成简单,优势度高、多样性和覆盖度低等特征,且层片特征主要是由优势物种所主导,在早春至盛夏期间,由于短暂的生活史造成层片整体在物候上有一个明显的起伏差异。(2)沙漠中短命植物覆盖度最高的区域为南部和中东部,北部次之,西部最少。就时间变化趋势而言,受近30年早春温度和冬春降水增加的影响,短命植物覆盖的区域面积呈现出明显的增加趋势。(3)1985—2014年间3、4月温度和冬春两季降水量呈上升趋势,而反映短命植物长势的NDVI值与冬春两季降水量也呈正相关性,但就相关性程度而言,冬季降水量与NDVI呈显著性相关(P0.05,r=0.405),而春季降水由于时滞效应并未表现出显著相关性。     

论古尔班通古特沙漠植物多样性的一般特点

古尔斑通古特沙漠处于中亚荒漠与内亚（亚洲中部）荒漠之间的过渡,其气候虽以干旱少雨、蒸发强烈、多风、日照强、温度变化剧烈的大陆性荒漠气候为特点,但由于降水季节分配较均匀,冬春有一定雨雪,植被相对较为茂密,以固定和半固定沙漠为主,共采集记录到２０８种高等植物,１８个植物群落类型,ｌｌ类植物生活型。植物多样性还包括下列一般特点：区系地理成分多样,但中亚成分占优势;有少量古老种,特有现象微弱,黎科植物占明显优势;早生植物为主;长营养期１年生植物有一定比例;短命和类短命植物获得发育等。由于近几十年来的过牧（牲畜的“冬窝子”）和滥采滥挖燃料及有经济价值的植物,植物多样性受破坏严重。当前的紧迫任务是加强保护,对有些物种还须采取措施,进行抢救。