高寒草甸不同坡向条件下植物叶片δ13C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(δ¹³C)的测定,研究了高寒草甸C3植物δ¹³C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δ¹³C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δ¹³C值为-31.19‰~-21.80‰,均值为(27.18±0.13)‰;生长季植物叶片δ¹³C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δ¹³C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δ¹³C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.     

亚高寒草甸不同坡向植物光合生理和叶片形态差异

绿色植物叶片的功能性状能用来解释不同层次复杂的生态学过程,被认为对植物的生存、生长和繁殖具有重要的影响。该研究对甘南亚高寒草甸坡向梯度代表物种的叶片形态和光合特性进行测定,分析了各坡向的土壤因子,比较不同物种(矮嵩草、米口袋、蒲公英和金露梅)之间的性状差异,研究叶片光合及形态特征与土壤因子之间的相关性。结果表明:1)不同坡向的土壤因子有着显著差异,土壤含水量、土壤全磷、土壤全氮及有机碳含量总体表现为北坡南坡,而土壤温度及光照度则是南坡北坡。2)坡向上不同物种在比叶面积、净光合速率和叶δ~(13)C值等方面有着显著的差异,比如物种在北坡具有较高的比叶面积和叶片含水量,而物种在南坡具有较高的净光合速率、相对叶绿素、叶干物质量及δ~(13)C值。3)冗余分析结果显示,物种的叶片形态及光合特性与土壤因子之间都具有显著的相关关系,其中土壤含水量变化的响应最为敏感。该研究揭示了亚高寒草甸坡向梯度上植物物种在叶片功能性状上的显著分化,使得这些物种能在同一个草地群落中共存。     

甘南高寒草甸植物元素含量与土壤因子对坡向梯度的响应

通过测定甘南高寒草甸不同坡向条件下25科86种植物叶片氮(N)、磷(P)、钾(K)含量、有机碳(C)含量、叶片含水量和相对叶绿素(SPAD)值,以及不同坡向的土壤含水量、有机碳、全氮、全磷含量等土壤指标,分析了不同坡向植物叶片元素含量与土壤环境因子之间的关系。研究结果表明,在南坡-北坡梯度上,随着土壤含水量的增加,植物叶片P含量、叶K含量和叶片含水量显著增加,而相对叶绿素显著降低。土壤养分含量与植物叶片P、叶K含量和叶含水量显著正相关,与叶片相对叶绿素显著负相关。说明不同坡向条件下叶片养分含量受土壤因子的影响显著,土壤的水分及养分状况对植物叶片元素含量的贡献不同。土壤含水量是坡向梯度上影响植物叶片特征的最主要因子。坡向梯度上土壤含水量对植物叶片各种元素含量的影响和植物叶片含水量对不同土壤因子的响应模式支持了生长在南坡的植物能以提高水分和养分利用效率而适应南坡较为干旱和贫瘠的生境。     

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.     

甘南高寒草甸微地形上植物叶片特征与环境因子的冗余分析

了解植物叶片性状的生态学含义,对于阐明不同自然环境下的群落构建途径,进一步揭示生态系统维持机制具有重要的理论意义。本研究通过测定甘南高寒草甸坡向梯度25科86种植物叶片稳定碳同位素、比叶面积、叶干物质量及叶片营养元素含量等叶片组成特征,分析不同坡向条件下植物叶片特征与环境因子之间的关系。结果表明,北坡-南坡梯度上,随着土壤含水量、土壤全磷、土壤有机碳、土壤速效氮、速效磷含量等养分的不同程度降低,土壤温度、光照度及pH值的增加,植物叶片相对含水量、叶片磷含量、比叶面积、叶片钾含量显著减少,而叶片干物质量、相对叶绿素含量及稳定碳同位素值显著升高。冗余分析结果表明,坡向梯度上土壤含水量、土壤全磷、有机碳及速效磷含量与植物叶片含水量、叶片磷含量、比叶面积及叶片钾含量显著正相关,与植物叶片稳定碳同位素值、叶片干物质量及相对叶绿素含量显著负相关。而土壤温度、光照度及pH值与植物叶片稳定碳同位素值、叶片干物质量及相对叶绿素含量显著正相关,与叶片含水量、叶片磷含量、比叶面积及叶片钾含量显著负相关。说明不同环境因子对植物叶片特征的贡献显著不同。其中土壤含水量、土壤全磷含量、土壤温度及pH值等是关键的限制因子。植物叶片性状特征对不同坡向条件下环境因子的这种响应模式反映了高寒草甸微地形生态系统的环境状况和稳定程度。     

甘南高寒草甸群落的物种-多度关系沿坡向的变化

物种-多度格局研究是揭示群落组织结构和物种区域分布规律的重要手段。该研究以青藏高原东北部的甘南高寒草甸为研究对象, 基于野外调查和室内分析, 研究了不同坡向的环境因子、植物群落分布, 并利用RAD软件程序包对其进行了拟合分析。结果显示: 在南坡-北坡上, 土壤含水量从南坡(0.18 g·g ^-1)到北坡(0.31 g·g ^-1)呈现递增的趋势, 土壤温度从南坡(22.33 ℃)到北坡(18.13 ℃)以及光照强度从南坡(744.15 lx)到北坡(681.93 lx)均呈逐渐减小的趋势。物种-多度分布曲线的斜率从南坡向北坡依次减小。随着坡向由南向北转变, 物种-多度和物种多样性都呈递增的趋势。通过6个模型对坡向梯度的物种-多度分布进行拟合发现, 甘南高寒草甸区的物种-多度分布主要是以生态位模型为主, 其次是随机分布模型。青藏高原高寒草甸微生境梯度上的物种在总体上的资源分配模式是以固定分配模式为主, 稀有种的资源分配模式是以随机性模型为主, 常见种的资源分配模式则是以确定性模型为主。     

荒漠植物红砂叶绿素和脯氨酸累积与环境因子的相关分析

通过测定中国境内荒漠植物红砂(Reaumuria soongorica)主要分布区内21个自然种群407株叶片的叶绿素和脯氨酸含量,以及不同种群内土壤含水量、可溶性盐分含量、有机质、全氮、全磷含量等土壤理化性状指标,分析了不同自然种群红砂叶绿素和脯氨酸含量的变异特征以及影响其变化的主要环境因子.研究结果表明:红砂种群间叶绿素含量差异显著.土壤因子对叶绿素合成的影响较气象因子大,而土壤含水量和土壤全磷含量是导致不同红砂种群叶绿素含量出现明显差异的主要原因.红砂脯氨酸含量平均值显著高于盐爪爪、骆驼刺、芨芨草等其它荒漠物种,并且与叶片含水量和土壤含水量呈显著负相关,与土壤可溶性盐分含量呈显著正相关.红砂体内脯氨酸的累积是对干旱盐渍环境的适应性反应,与抗旱性和抗盐性之间存在着一定的关系.     

甘南高寒草甸坡向梯度对植物群落功能多样性的影响

植物群落功能多样性对于维持生态系统功能具有十分重要的意义。该研究以青藏高原高寒草甸植物群落为研究对象,运用R软件程序包(FD、Vegan)与单因素方差分析法,分析高寒草甸不同坡向植物群落功能多样性的变化及其与环境因子的关系,以揭示微生境梯度上植物对环境的适应策略以及群落种间功能特征及生态系统内部结构和功能的变化机制。结果显示：(1)青藏高原高寒草甸的北坡和西北坡的物种丰富度、植物株高、比叶面积、叶片有机碳、叶片氮以及叶片磷显著高于其他坡向,且坡向间差异显著(P<0.05)。(2)在北坡到南坡的变化中,功能丰富度差异比较明显(P<0.05),株高、比叶面积、叶片有机碳、叶片氮及叶片磷等功能丰富度均呈递减趋势。(3)北坡的株高功能均匀度、西北坡比叶面积、叶片有机碳、叶片氮及叶片磷等功能均匀度均显著高于南坡,且多元性状功能均匀度在坡向间差异显著(P<0.05)。(4)北坡的比叶面积、叶片氮功能离散度及西北坡的株高、叶片有机碳、叶片磷等功能离散度均高于南坡,且坡向间差异显著(P<0.05)。(5)植物群落功能多样性与土壤含水量、土壤有机碳、土壤全氮、土壤全磷呈显著正相关关系(P<0.05),与坡度、土壤pH、土温、照度呈显著负相关关系(P<0.05)。     

甘南高寒草甸群落的物种-多度关系沿坡向的变化

物种-多度格局研究是揭示群落组织结构和物种区域分布规律的重要手段。该研究以青藏高原东北部的甘南高寒草甸为研究对象,基于野外调查和室内分析,研究了不同坡向的环境因子、植物群落分布,并利用RAD软件程序包对其进行了拟合分析。结果显示:在南坡-北坡上,土壤含水量从南坡(0.18g·g–1)到北坡(0.31g·g–1)呈现递增的趋势,土壤温度从南坡(22.33℃)到北坡(18.13℃)以及光照强度从南坡(744.15 lx)到北坡(681.93 lx)均呈逐渐减小的趋势。物种-多度分布曲线的斜率从南坡向北坡依次减小。随着坡向由南向北转变,物种-多度和物种多样性都呈递增的趋势。通过6个模型对坡向梯度的物种-多度分布进行拟合发现,甘南高寒草甸区的物种-多度分布主要是以生态位模型为主,其次是随机分布模型。青藏高原高寒草甸微生境梯度上的物种在总体上的资源分配模式是以固定分配模式为主,稀有种的资源分配模式是以随机性模型为主,常见种的资源分配模式则是以确定性模型为主。     

基于功能性状及系统发育的亚高寒草甸群落构建北大核心CSCD

为了解甘南藏族自治州亚高寒草甸植物群落在坡向梯度上的构建机制,该文选取5个坡向的样地,构建了植物群落系统发育树,测定了各坡向土壤环境因子和植物叶片的功能性状,检验了叶片功能性状的系统发育信号。结果表明:坡向变化对土壤含水量、土壤养分含量影响显著。大部分植物的叶片特征在不同坡向的差异显著,叶片干物质含量在南坡、西南坡较高,比叶面积和叶片氮、磷含量在北坡和西北坡较高。叶片的磷含量具有微弱的系统发育信号,而叶片干物质含量、比叶面积、叶片的氮含量均没表现出显著的系统发育信号。从南坡到北坡,群落的系统发育结构由发散到聚集。生境过滤作用是南坡、西南坡群落构建的驱动因素,种间竞争是北坡和西北坡群落构建的主要驱动力。西坡系统发育指数相反,其构建机制比较复杂,可能是几种机制共同作用的结果。     

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。     

青藏高原东缘亚高寒草甸植物叶性状对微生境变化的响应

研究甘南亚高寒草甸5个不同坡向植物叶性状对微生境变化的响应.结果表明:阳坡、半阳坡、西坡、半阴坡、阴坡植物种分别为25、36、42、47、49种.土壤水分、土壤养分、土壤温度、光照度、pH值在各坡向间差异显著.半阴坡的土壤水分含量最高;阳坡照度最大,日均土壤温度最大,土壤pH值最大.比叶面积、叶干物质量、叶片含水量、净光合速率、蒸腾速率、水分利用效率在各坡向间差异显著,表明植物在微生境中的光合策略不同.矮嵩草和蒲公英为阳坡优势种,矮嵩草、蒲公英、少花米口袋、圆穗蓼为半阳坡与西坡的优势种,金露梅、圆穗蓼、狼毒为半阴坡与阴坡的优势种.生境的优劣导致阳坡生物量低、半阴坡生物量高,但两者的多样性和丰富度均较低;西坡生物量为中等水平且多样性和丰富度最高.     

万寿菊属不同品种初花期抗旱特性分析

以万寿菊属(Tagetes)9个品种为试验材料,研究了自然持续干旱胁迫对它们初花期的花最大直径、叶色、旱害指数等形态指标以及叶绿素含量(Chl a+b,Ch a/b)、叶片相对含水量(RWC)、叶片保水力(WHC)、叶片和花的脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量等生理指标的影响,以揭示其抗旱特性及其生理机制.结果显示:(1)持续6d干旱胁迫条件下,万寿菊9个品种花的最大直径显著降低,叶绿素含量和相对含水量均呈明显下降趋势.(2)万寿菊叶片的脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量均呈上升趋势;而花的脯氨酸含量持续上升,可溶性蛋白含量呈下降趋势,但可溶性糖含量变化趋势复杂.(3)万寿菊旱害指数与其叶片相对含水量、叶绿素总含量、叶片和花的脯氨酸含量、叶片可溶性蛋白含量呈极显著相关.研究表明,抗旱性强的品种可以通过调节自身的渗透调节物质含量减轻干旱伤害;9个品种初花期抗旱性强弱依次为:珍妮>金门>鸿运>拳王>巨人>发现>小英雄>大英雄>迪阿哥.     

Exploring the community assembly of subalpine meadow communities based on functional traits and community phylogeny

Aims The community assembly has been a prominent issue in community ecology. This work was intended to explore the mechanisms of the species coexistence and biodiversity in communities. Our objective was to explore the mechanisms of community assembly in subalpine meadow plant communities along slope gradients in Gannan Tibetan Autonomous Prefecture, Gansu Province, Northwest China.Methods We selected five slope-oriented plots to construct a super-tree representing the species pool. We surveyed the leaf functional traits and soil environmental factors in different slopes. Then we tested the phylogenetic signal of leaf dry matter content (LDMC), specific leaf area (SLA), leaf nitrogen content (LNC) and leaf phosphorus content (LPC).Important findings The changes of slope aspect had significant influence on soil water content (SWC) and soil nutrient content. Most of the plants leaf functional traits had significant difference along different slope aspects. The LDMC was higher in south and southwest slope than north slope, while SLA, LNC and LPC were relatively high in north and northwest slope. The LPC showed feeble phylogenetic signal, while LDMC, SLA, LNC did not have a significant phylogenetic signal. With changes in the slope aspect from south to north, community phylogenetic structure shifted from over-dispersion to clustered dispersion. In south and southwest slope, habitat filtering was the driving force for community assembly. Interspecific competition was the main driving factor for community assembly in north and northwest slope aspects. But in west slope, two indices showed contrary consequence. This means the process of community assembly in west slope was more complicated and its phylogenetic index may be the result of several mechanisms working together.     

荒漠区不同微生境下齿肋赤藓对一次降雪的生理生化响应

耐旱苔藓广泛分布于干旱半干旱荒漠地区, 对荒漠生态系统稳定性与功能多样性具有重要作用。齿肋赤藓(Syntrichia caninervis)是古尔班通古特沙漠苔藓结皮层的优势物种, 生于不同的微环境中。古尔班通古特沙漠冬、春季降雪频繁, 并能形成稳定的积雪层。目前关于降雪与微生境对齿肋赤藓生理生化特征影响的研究极为缺乏。该研究探讨了初冬一次降雪前后活灌丛、死灌丛和裸露地3种微生境下齿肋赤藓相关生理生化特征。结果表明, 与降雪前相比, 降雪后各微生境下齿肋赤藓植株的含水量、荧光活性、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性均有明显提高, 但脯氨酸、可溶性蛋白和丙二醛(MDA)含量有不同程度的降低。微生境对齿肋赤藓的生理指标有不同程度的影响, 而且与降雪具有显著的交互作用(脯氨酸除外)。降雪前后, 活灌丛下的齿肋赤藓具有较高的含水量和光合活性, 以及较低的保护酶(POD和SOD) 活性, 裸露地则表现出完全相反的特点。表明前者面临的胁迫最小, 生理活性最大, 但抗性较弱; 而后者具有更大的抗胁迫能力, 但生理活性低。降雪后, 脯氨酸、MDA、POD及SOD均与植株含水量呈显著负相关, 而荧光活性、可溶性糖及可溶性蛋白含量与植株含水量为显著正相关, 表明降雪降低了齿肋赤藓的水分胁迫程度, 改善并促进了生理活性与光合作用, 而且初冬的低温也起到了促进作用。     

微地形对优势种群点格局和关联性的影响

不同的空间格局类型和关联性可以反映出不同生境下植物种群的资源环境适应策略.老鹳草与米口袋是甘南亚高寒草甸的主要物种,通过野外群落调查和室内试验,运用点格局分析法中的Ripley K函数,对不同坡向的米口袋和老鹳草种群的空间分布格局及种间关联性进行分析.结果表明:从阳坡-西坡-阴坡,土壤含水量和养分含量逐渐增加,土壤温度和光照度逐渐降低.米口袋和老鹳草在3个坡向(阴坡、西坡、阳坡)上的分布呈现出明显差异,随着坡向由阴坡向阳坡的转变,米口袋种群数量呈递增趋势,老鹳草种群数量则表现出递减趋势.在阴坡,米口袋种群在0~1.8 m尺度上呈聚集分布,在1.8~5.0 m尺度上聚集强度减弱并趋向于随机分布,老鹳草种群在0~5.0 m尺度上均以聚集分布为主;在西坡,米口袋种群在0~1.2 m尺度上呈聚集分布,在1.2~5.0 m研究尺度上趋向于随机分布,老鹳草种群在0~2.2 m尺度上呈聚集分布,在2.2~5.0 m研究尺度上趋向于随机分布;在阳坡,米口袋与老鹳草种群在0~5.0 m尺度内均表现出随机分布.阴坡上这两种物种在0~1.0 m尺度上表现为正相关,在1.0~5.0 m尺度不相关;西坡上两物种在0~2.1 m尺度上呈负关联,在2.1~5.0 m尺度上两个物种间关联度均趋向于不相关;阳坡上这两个物种在0~5.0 m尺度上表现出不相关.     

桂西北岩溶地区11种常见桑科植物生理特性比较

为筛选适合岩溶地区经济开发和植被恢复的优良物种,采集了桂西北岩溶地区11种常见桑科植物的叶片,测定其可溶性总糖、脯氨酸含量等14个生理指标。研究发现:不同桑科植物的生理特性有明显差异,叶绿素含量最高的是榕树,最低的是小叶榕;可溶性糖含量最高的是桑树,最低的是大叶榕;脯氨酸含量最高的是桑树,最低的是黄毛榕;不同树种的其他生理指标,如抗氧化酶活性、水溶性蛋白、细胞膜透性等也存在明显的差异。结果表明:桑科植物对岩溶环境具有复杂的适应机制和不同的生存策略,在岩溶地区植被恢复过程中,必须根据土壤的理化背景及不同物种的生物学特性,考虑物种之间的合理配置;适合石山植被恢复的优良树种为:构树、大叶榕、小叶榕、柘树和薜荔;适合作为野果资源开发的树种为黄毛榕和青果榕;适合作为经济作物进行规模化经营的树种为无花果和桑树。     

Hierarchical responses of plant stoichiometry to phosphorus addition in an alpine meadow Community北大核心CSCD

Aims Terrestrial carbon (C), nitrogen (N), phosphorus (P) stoichiometry will reflect the effects of adjustment to local growth conditions as well as species' replacements. However, it remains unclear about the hierarchical responses of plant C:N:P to P addition at levels of species and functional groups in the N-limited alpine meadow. Methods A field experiment of P enrichment was conducted in an alpine meadow on the Qinghai-Xizang Plateau during 2009-2013. The stoichiometric patterns of four functional groups (grass, sedge, legume and forb) and five representative species, Elymus nutans (grass), Kobresia humilis (sedge), Oxytropis ochrocephala (legume), Taraxacum lugubre (rosette forb), Geranium pylzowianum (upright forb) were investigated in 2013, and the effects of P addition on species dominance and plant biomass were also analyzed. Important findings Both plant nutrition content and C:N:P varied significantly after five years' P addition, and the responses were consistent at species-And functional group (exemplar species excluded)-levels in the alpine meadow. P addition had neutral effect on C concentrations of grasses, sedges and forbs at both species-And functional group (exemplar species excluded)-levels. P fertilization increased plant P concentrations and thus decreased C:P and N:P of the four functional groups (exemplar species excluded) and the corresponding species. N concentrations significantly decreased and C:N increased in grasses and sedges after P addition, and the species-level responses were consistent with the functional group (exemplar species excluded) level. P addition significantly increased N contents and decreased C:N in Oxytropis ochrocephala, but had neutral effect on N contents and C:N at the functional group (exemplar species excluded) level of the legumes. While N contents and C:N in forbs responded to P addition differently at species and functional group (exemplar species excluded) levels. In the N-limited alpine meadow, species dominance of grasses increased gradually after P addition due to the increased N and P use efficiencies, while the biomass proportion of forbs decreased because of the lowered nutrition use efficiency. © 2018 Editorial Office of Chinese Journal of Plant Ecology. All rights reserved.