内蒙古锡林河流域植物功能群组成及其水分利用效率的变化——依水分生态类群划分

依照植物水分生态类群,将锡林河流域主要植物种划分为6个植物功能群:旱生植物、中旱生植物、旱中生植物、中生植物、湿中生植物和湿生植物。沿土壤水分梯度,我们调查了8个植物群落的功能群组成及其d13C值。结果表明:1)在水分状况不同的8个群落中,植物功能群的组成有很大差异。在较湿润生境中(沼泽化草甸和盐化草甸),湿中生和湿生植物成为优势种并构成地上生物量的主要部分;在干旱生境中(草甸草原、典型草原和退化草原),旱生和中旱生植物占绝对优势并构成群落生物量的90%以上;2)不同功能群d13C值表现为:旱生植物(-26.38) = 中旱生植物(-26.51) > 旱中生植物(-27.02) > 中生植物(-27.56) = 湿中生和湿生植物(-27.80),表明随着不同水分生态类群所适应生境从干旱到湿润逐渐转变,植物的水分利用效率显著降低;3)在土壤水分状况不同的生境下,旱生植物始终维持相对较高的d13C值和水分利用效率;而中旱生植物的d13C值表现出较大的变化幅度,表明其对土壤水分的改变更敏感;4)旱生植物叶片脯氨酸含量最高;旱中生、中旱生和中生植物次之;湿中生和湿生植物脯氨酸含量最低。不同水分生态类群脯氨酸含量与其d13C值和地上生物量呈显著正相关关系。     

内蒙古锡林河流域不同植物群落中羊草和糙隐子草水分利用效率的变异

用稳定性同位素技术,研究了锡林河流域不同群落和生境下羊草(Leymus chinensis ( Trin.) Tzvel.)和糙隐子草(Cleistogenes squarrosa (Trin.) Keng.)叶片δ13C值及其水分利用效率的变化.结果表明,在不同生境下,羊草和糙隐子草叶片δ13C 值随土壤水分含量的降低而增大,并与不同土层土壤水分含量均表现出极显著的线性负相关关系;而二者的叶片水分含量与土壤水分含量无显著的相关关系.这一结果说明,羊草和糙隐子草的水分利用效率均随土壤水分含量的降低而提高,而叶片水分含量保持相对稳定.这两种植物可能通过调节气孔导度、提高水分利用效率和增强渗透调节能力等生理生态机制适应水分状况不同的生境,从而使它们能够在锡林河流域不同植物群落中广泛分布并成为建群种或优势种.     

沿土壤水分梯度黄囊苔草碳同位素组成及其适应策略的变化

 选取了内蒙古锡林河流域6个水分条件不同的典型植物群落,测定了各群落中黄囊苔草 (Carex korshinskyi) 叶片δ13C值、叶片含水量（LWC）及其种群特征的变化。结果表明：1）不同生境下,黄囊苔草叶片的碳同位素组成发生明显变化（变幅为1.8‰）。沿土壤水分梯度,随着土壤含水量的降低,黄囊苔草叶片δ13C值显著增大,水分利用方式更加保守。2）虽然不同生境下,黄囊苔草叶片含水量变化不大,但其叶片δ13C值与LWC表现出显著的负相关关系(p=0.051)。这表明黄囊苔草水分利用效率对其叶片水分状况变化的反应非常敏感。3）在不同生境下,黄囊苔草种群的植株高度、密度、地上生物量及其在群落中的出现频度明显不同。具有较高δ13C值的黄囊苔草种群在群落中出现的频度和地上生物量所占比例都显著增加。以上结果表明,生长在不同生境下的黄囊苔草种群能够通过改变其水分利用效率适应不同的土壤水分状况,使其在植物群落中表现出更强的竞争能力和生态适应性。     

岩溶区不同根系地下生境类型白栎叶片δ13C值的变化

选取岩溶区白云岩低倾产状多层空间类型、中倾产状多层空间类型及高倾产状多层空间类型3种根系地下生境类型中生长的优势树种白栎为对象,研究白栎叶片的δ13C值及其与各类型生境中土壤条件的关系,以及白栎水分利用效率.结果表明:3种类型中的白栎叶片δ13C值存在显著差异,表现为低倾产状多层空间类型(-26.35‰)＞高倾产状多层空间类型(-26.66‰)＞中倾产状多层空间类型(-27.07‰),白栎水分利用效率依次降低;白栎叶片的δ13C值与根系地下生境类型中土壤水分含量显著相关,但与土壤元素含量相关性不显著;δ13C值随土壤水分含量和肥力水平的减少而增加.     

樟子松、油松、蒙古栎水分利用效率种间变化及其对环境因子的响应差异

以碳同位素值(δ~(13)C)作为反映植物水分利用效率的指标,对辽宁地区3种典型林型—樟子松人工林(Pinus sylvestris var.mongolica)、油松人工林(Pinus tabulaeformis)和蒙古栎天然林(Quercus mongolica Fischer ex Ledebour)进行调查并分别对樟子松、油松和蒙古栎进行样品采集,探讨其水分利用效率之间的差异特征及其对年均降水量、年均大气温度和海拔高度变化的响应。樟子松、油松和蒙古栎δ~(13)C值变化范围分别为-30.37‰~-25.10‰、-30.32‰~-24.07‰和-29.85‰~-23.51‰,且随经度的增加显著降低;统计分析也表明,樟子松、油松和蒙古栎δ~(13)C值在辽西显著高于辽东,说明3种树种水分利用效率在辽西较高。进一步分析发现,3种树种叶片δ~(13)C值受年均降水量和海拔的影响较大,均随年均降水量增加显著降低,随海拔的升高显著增大,而受温度的影响较小;其中,又以樟子松的水分利用效率受海拔的影响较大(P0.01);与蒙古栎相比,樟子松和油松受降水量的影响更加明显。综上所述,3种树种叶片δ~(13)C值以及由其衍生来的水分利用效率之间种间差异较小,而受环境因子及地理学指标降雨、海拔和经度的影响较大,这为今后基于δ~(13)C值的水分利用效率进一步科学研究奠定了基础。     

艾比湖湿地自然保护区盐生植物的水分利用效率

测定了艾比湖湿地自然保护区3类盐生植物叶片的δ13C及叶片中主要生理指标,结果表明:所调查的3类盐生植物全部属于C3植物;3类盐生植物的δ13C平均值和水分利用效率差异不显著;在3类盐生植物中,稀盐型植物的吸收水分和叶片储水能力最强,而泌盐型植物对盐分胁迫的抗逆能力最大;水分的亏缺导致3种盐生植物叶片的δ13C值、叶片蛋白质、脯氨酸、可溶性糖含量、硝态氮和硝酸还原酶等下降;盐分环境未对泌盐、拒盐类植物产生胁迫性影响,但对于稀盐型植物产生了影响。     

喀斯特石漠化区不同小生境常见灌木种叶片δ13C值特征

测定了喀斯特石漠化区不同小生境内5种常见灌木(鼠李、火棘、粉枝莓、竹叶椒和烟管荚蒾)的叶片δ13C值,探讨喀斯特石漠化对植物水分利用空间异质性的影响.结果表明:不同小生境植物的δ13C均值大小顺序为:石面＞石沟＞石缝＞土面.土面生境中多数灌木种植株叶片δ13C值较其他生境偏轻;灌木叶片δ13C值大小顺序为:烟管荚蒾＞粉枝莓＞竹叶椒＞火棘＞鼠李.各小生境内灌木叶片δ13C均值和主要灌木种叶片δ13C值均随着石漠化加深而增大,且不同小生境间差异显著.随着石漠化的加剧,喀斯特生境结构和功能受损,小生境逐渐分异,环境逐渐向着干旱化发展.     

新的C4及CAM光合途径植物

以稳定性碳同位素比(δ~(13)C)鉴别禾本科、莎草科、苋科和萝摩科共46种植物的光合作用途径,发现了36种新的C_4植物(δ~(13)C-10.43到-13.66‰)和1种CAM植物(δ~(13)C-15.24‰)。根据Hattersley区分C_4植物三种亚类型的不同δ~(13)C值,提出在36种C_4中有8种具δ_(13)C值-10.4到-10.9‰者是NADP-ME型,6种具δ~(13)C值-13‰左右的是NAD-ME型,其余种类可能是NADP-ME或PCK型。     

高寒草甸不同坡向条件下植物叶片δ~(13)C及水分利用效率的变化

通过对高寒草甸不同坡向条件下25科86种C3植物叶片稳定性碳同位素组成(δ~(13)C)的测定,研究了高寒草甸C3植物δ~(13)C和水分利用效率对坡向变化的响应以及环境因子对其产生的影响,分析了坡向上控制植物δ~(13)C变化的主要环境因子.结果表明:从北坡到南坡的生境梯度上,土壤含水量不断减少,而土壤温度及光照强度不断增加,植物群落结构也发生了相应变化.5个坡向中,植物叶片δ~(13)C值为-31.19‰~-21.80‰,均值为(27.18±0.13)‰;生长季植物叶片δ~(13)C均值在南坡最高,其次为西南坡、西坡、西北坡,最低值出现在北坡.坡向间δ~(13)C值的差异主要是由不同坡向土壤含水量和土壤温度,以及光照强度的不同导致的,其中土壤含水量是主要的限制因子.北坡-南坡梯度上植物叶片δ~(13)C值随土壤含水量下降、土壤温度及光照强度升高而变大,表明不同坡向植物的水分利用状况对干旱胁迫的响应不同,植物逐渐提高了水分利用效率以适应干旱胁迫的生境.     

不同生境间红树科植物水分利用效率的比较研究

通过测定采自4个地区(海南、厦门、北海和西双版纳)的红树科6个属共9种植物,包括竹节树(Carallia brachiata)、锯叶竹节树(C. diphopetala)、山红树(Pellacalyx yunnanensis)、红树(Rhizophora apiculata)、红海榄(R. stylosa)、海莲(Bruguiera sexangula)、木榄(B. gymnorhiza)、秋茄(Kandelia candel)和角果木(Ceriops tagal)的叶片碳同位素比值(δ¹³C),比较了不同地区分布的红树科植物(尤其是内陆生长的和沿海生长的红树科植物之间)、同一地区分布不同种红树科植物间以及不同季节红树科植物δ¹³C值及其所反映的胞间CO₂浓度和水分利用效率的差异。研究结果表明,红树科植物叶片的δ¹³C变化在-32‰~-26‰之间,大部分种类在两个生长季之间(春季和秋季)没有明显的差异,而内陆和沿海分布的红树科植物有着显著不同的δ¹³C值,以海水中生长的红树科植物δ¹³C值较高。此外,在海水中生长的红树科植物以北海地区分布的为最高,而在厦门和海南之间则较少有显著性的差异。从所取得的结果来看,植物δ¹³C值之间的差异可能有遗传学的基础,但环境的影响也起很大的作用。     

三峡库区消落带水淹初期土壤种子库月份动态

干湿交替往往导致土壤种子库产生剧烈变化,严重影响着地上植被的自然恢复和生长。采用垂直空间梯度代替水淹时间梯度,研究了消落带水淹初期土壤种子库月份动态变化。结果表明：消落带内不同土地环境类型土壤种子库具有不同的月份变化趋势,分别是采伐迹地土壤种子库密度逐渐增加,弃耕地则逐渐降低。随着垂直空间梯度的升高,5、7、9月份消落带土壤种子库密度都表现为逐渐增加,说明水淹时间越长越不利于土壤种子的储存。不同月份共同出现的优势物种包括地果、黄鹌菜、具芒碎米莎草、毛马唐、婆婆纳、匍茎通泉草、鼠曲草、水田碎米荠、雾水葛、细穗腹水草、香附子、一年蓬、知风草、苎麻,这些物种构成了消落带土壤种子库的主要组成部分。各月份土壤种子库的物种生活型非常接近,主要以一年生草本和多年生草本为主,相对缺少乔灌木,且生活型百分比例在不同海拔梯度存在差异。结合土壤种子库物种水分生态功能,将其划分为湿生植物、湿中生植物、中生植物、旱中生植物,发现其主要以中生植物为主,高海拔区段旱中生植物比例相对较高,低海拔区段湿中生植物比例相对较高,而湿生植物比例则变化较小,水淹导致种子库植物呈现向中生和湿中生植物类型的变化趋势。消落带土壤种子库植物具有较高的生物多样性,但不同海拔区段植物变异性较高,没有形成绝对优势的物种,植被群落明显处于演替早期。研究认为,消落带水淹初期,土壤生境、物种组成以及种子储量都发生着剧烈的变化,仅依靠土壤种子库进行消落带植被恢复与重建是不现实的,必须要给予更多的人为干预。     

Comparative Studies on Water Relations and Xeromorphic Structures of Some Plant Species in the Middle Part of the Desert Zone in China

The mean value of leaf water potential (LWP) of the mesophytes, the less-succulent xerophytes and the succulent xerephytes was –13.5, –18.09 and –26.09 bars respectively. The bound water content (BWC), and the ratio of bound water content to free water content (B/E ratio) for the succulent xerophytes (174.0% and 4.8) were higher than those for the mesophytes (52.5% and 0.37) and the less-succulent xerophytes (76.8% and 1.0). The transpiration rate of the mesophytes, less-succulent xerophytes and succulent xerophytes was 1146.5, 866.3 and 422.8 mg/g. fw. h respectively. The water holding capacity (WHC) of the succulent xerophytes was the strongest among those of the three types, while that of the mesophytes was the weakest. The xerophytes, both the succulent and the less-succulent, have the following xeromorphic structures: thick cuticle, sundan stomata, dense epidermal hairs, well-developed palisade tissue and degenerated spongy tissue, the high ratio of palisade tissue to spongy tissue, and equilateral leaves. Besides, succulent xerophytes possess other xeromorphic structures: thick leaves, well-developed water storing tissue, high ratio of water tissue to leaf thickness, and the succulent leaves. The mesophytes exhibit the following mesophilous structures, thin cuticle, levelling or arching up stomata, low ratio of palisade tissue to spongy tissue, and back-belly leaves.     

辽河口湿地植物多样性及物种功能型空间分布格局

辽河口湿地是我国典型的滨海湿地, 在过去几十年受人为过度干扰, 植被变化明显。本研究拟通过野外实地调查揭示辽河口湿地植物多样性及功能型的空间格局。结果表明, 潮上带的物种丰富度和Shannon-Wiener指数均高于潮间带。与潮上带相比, 潮间带的盐生植物与湿生植物比例较高, 而中性植物、甜土植物、中生植物与旱生植物的比例较低。物种丰富度、Shannon-Wiener指数以及中性植物、甜土植物、中生植物、旱生植物的比例均随着与海岸线距离的增加而增加, 盐生植物、湿生植物比例则与之相反。对所调查样地与植物物种的主成分分析(PCA)表明, 潮上带主要为芦苇(Phragmites australis)、刺儿菜(Cirsium setosum)、山莴苣(Lagedium sibiricum)等中性和甜土植物, 潮间带为盐地碱蓬(Suaeda salsa)、扁秆藨草(Scirpus planiculmis)、水烛(Typha angustifolia)等盐生植物。可见, 盐度与水位是决定辽河口湿地植物多样性及物种功能型的关键生态因子。     

Linking thaw depth with soil moisture and plant community composition: effects of permafrost degradation on alpine ecosystems on the Qinghai-Tibet Plateau

Background and aims

The warming of the planet in recent decades has caused rapid, widespread permafrost degradation on the Qinghai–Tibet Plateau. These changes may significantly affect soil moisture content and nutrient supply, thereby affecting ecosystem structure and function. This study aimed to describe the dynamic changes in thaw depth, assess the relationship between thaw depth and soil moisture content, and analyze the changes in species composition and water-use efficiency in response to permafrost degradation.

Methods

We surveyed species composition, thaw depth, ground temperature, soil moisture, nutrient content, and foliar stable carbon isotope compositions to gain insights into the response of alpine grassland ecosystems to permafrost degradation on the Qinghai-Tibet Plateau.

Results

Moisture content of the surface layer decreased with increasing thaw depth. The correlation between thaw depth and surface soil moisture content was strongest in June and decreased in July and August. The strongest correlation occurred at a depth of 20 cm to 30 cm. The dominant species shifted from Cyperaceae in alpine meadow to mesoxerophytes in alpine steppe before finally shifting to xerophytes in alpine desert steppe. Thaw depth correlation was significantly negative with organic C content (r?=??0.49, P?<?0.05) and with total N content (r?=??0.62, P?<?0.01). The leaf δ¹³C of Carex moorcroftii increased with increasing thaw depth and followed a linear relationship (R ²?=?0.85, P?=?0.008).

Conclusions

Permafrost degradation decreases surface soil moisture and soil nutrient supply capacity. Increasing permafrost degradation decreases the number of plant families and species, with hygrophytes and mesophytes gradually replaced by mesoxerophytes and xerophytes. The water-use efficiency of plants improved in response to increasing water stress as surface layers dried during permafrost degradation. Permafrost on the Qinghai–Tibetan Plateau is expected to further degrade as global warming worsens. Therefore, more attention should be dedicated to the response of alpine ecosystems during permafrost degradation.     

Comparative Studies on Relationships Between Proline Accumulation and Photosynthesis,Respiration and Chlorophyll Content of Some Plant Species in the Middle Part of the Desert Zone in China

The proline content of mesophytes, less-succulent xerophytes and succulent xerophytes were 0.42, 1.73 and 7.22 mg／g·dw·h respectively. The latter is 17 and 4 times both of the formers. The proline content of xerophytes-both succulent and less-succulent, under non-irrigation condition was higher than that under irrigation condition. The photosynthetic rates of less-succulent and succulent xerophytes were 16.74 and 14.04 CO2 mg／g·dw·h respectively, without clear difference between them. The photosynthetic rate of mesophyte (37.57 CO2 mg／g·dw·h) was more than 2 times that of two types of xerophytes. The respiratory rate of less-succulent xerophytes, succulent xerophytes and mesophytes were 6.27, 4.73 and 7.60 CO2 mg／g·dw·h respectively. The ratios of photosynthetic rate to respiratory rate in less-succulent xerophytes, succulent xerophytes and mesophytes were 2.50, 3.09 and 4.59 CO2 mg／g·dw·h respectively. This fact indicated that the carbon assimilatory process of mesophyte was evidently higher than the respiratory process for all the two types of plants. There was no obvious difference between the total contents of chlorophyll in the three types of plants.     

科尔沁沙地刺榆群落的结构特征

对科尔沁沙地刺榆（Hemiptelea davidii）群落的种类组成及其生态类型结构进行了调查.结果表明：研究区刺榆林不存在灌木层;其乔木层可划分为2个亚层,上、下层高度分别为4.05~7.86和2.05~3.20 m;林下共有32种草本植物,隶属13科27属,以禾本科、豆科和菊科为主;研究区有11个植被分布区型,其中,蒙古-东北-兴安-华北分布区型种类最多（34.38%）,其次为东北-华北分布区型（12.5%）.在3个水分生态类型中,中生植物最多,占59.37%,中旱生类型和旱生类型分别占25%和15.63%.在6个生活型中,地面芽植物最多（31.25%）. 刺榆群落具有温带草原的典型生活型特征.     

Ecologically based differences in the structure of grass stem

A quantitative anatomical study of the stem structure of grasses of various ecological groups: xerophytes, mespohytes, ephemers, hydrophytes and psammophytes (a total of 30 species) was carried out. The proportions of the various tissues in the stem were expressed as a percentage of the cross-sectional area of the stem. Stems of hydrophytes were found to have only small proportion of mechanical (4-8%) and conducting (2-5%) tissues but a large pro. portion of parenchyma (85-93% - primary cortex and basic parenchyma) and air system (38-40% - parenchyma channels or specialized aerenchyma). The stems of xerophytes possess a highly developed sclerenchyma (30-50%) and vessel bundles (6-13%) while the parenchyma is less developed (36-60%). The cells of the stems of hydrophytes are larger than those of xerophytes, but the cell membranes are thinner. The structure of mesophytes is intermediate between that of hydrophytes and xerophytes and the structure of ephemers is very similar to that of mesophytes. Psammophytes differ from xerophytes in having more mesomorphous features.     

长期垄作稻田腐殖质稳定碳同位素丰度(δ13C)分布特征

研究了四川盆地丘陵区连续16年垄（宽垄）作稻田土壤稳定碳库腐殖质组分的稳定碳同位素(δ¹³C)分布特征.结果表明： 稻田土壤有机碳含量为宽垄作＞垄作＞水旱轮作.腐殖质碳以胡敏素为主,占土壤碳含量的21%～30%,提取碳以胡敏酸为主,分别占土壤有机碳和腐殖质的17%～21%和38%～65%.土壤有机碳的δ¹³C值介于-27.9‰～-25.6‰,20～40 cm和0～5 cm土壤有机碳δ¹³C值之差约为1.9‰.土壤胡敏酸δ¹³C值比土壤有机碳低1‰～2‰,更接近于油菜和水稻秸秆及根系的δ¹³C值.土壤富里酸δ¹³C值分别较土壤有机碳和胡敏酸高2‰和4‰.耕作层和犁底层胡敏素δ¹³C值分别介于-23.7‰～-24.9‰和-22.6‰～-24.2‰,δ¹³C值的变化反映了耕层中腐殖质的新老混合现象.各有机组分δ¹³C值递减顺序为：胡敏素＞富里酸＞土壤有机碳＞稻草（油菜）残体＞胡敏酸.长期水稻种植有利于增加土壤有机碳含量,同时,耕作方式影响土壤腐殖质δ¹³C在耕作层和犁底层中的分布格局.