黄土丘陵区9种群落共存种干旱胁迫下抗氧化酶的响应

通过盆栽试验,以9种黄土丘陵区撂荒演替中期群落共存种(猪毛蒿、中华隐子草、小花棘豆、冰草、无芒隐子草、铁杆蒿、达乌里胡枝子、茭蒿和白羊草)为研究对象,测定其生长季中(8~10月)重度和中度干旱胁迫及适宜水分条件下(分别为45%~50%、60%~65%和75%~80%的田间持水量)活性氧清除酶(SOD、CAT、POD、APX)活性以及MDA含量的变化,分析土壤干旱程度、植物和生长季三因素对上述各生理指标的影响,研究群落共存种对土壤水分变化的响应,揭示水分变化后群落共存种的群体效应和植被演替的植物生理生态机制。结果表明:(1)9种群落共存种的SOD、CAT、POD、APX活性以及MDA含量存在显著的种间差异,生长季中(8~10月)以及不同水分条件下也存在显著差异。(2)达乌里胡枝子SOD活性、白羊草CAT活性、中华隐子草POD活性以及小花棘豆的CAT、POD和APX活性均相对较高,而且达乌里胡枝子的MDA含量较低;生长季中(8~10月)9种群落共存种的SOD、CAT和POD活性逐月下降且MDA含量进入10月后也有所下降,说明生长旺季耐旱性指标的生理活性较高;与POD和CAT活性相比,9种群落共存种的SOD和APX活性在重度干旱胁迫下显著提高,显示SOD和APX活性对于干旱胁迫具有较好的响应能力。(3)达乌里胡枝子和小花棘豆具有较高的SOD、APX活性和较低的MDA含量,说明达乌里胡枝子和小花棘豆的耐旱性相对较强,在土壤水分较低时,其在群落中的相对多度可能会有所上升。(4)9种群落共存种在演替序列上以前期种的SOD和APX活性相对较低,而演替后期种相对较高,表明演替后期的植物较为耐旱。     

干旱胁迫下黄土高原4种乡土禾草抗氧化特性

采用盆栽实验,对干旱胁迫下黄土高原4种乡土禾草冰草、长芒草、无芒隐子草和白羊草叶片过氧化氢(H₂O₂)、丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)活性和非酶抗氧化物质还原型抗坏血酸(AsA)、还原型谷胱甘肽(GSH)、类胡萝卜素(Car)含量进行了测定。 结果表明:随着干旱胁迫程度的加剧,4种乡土禾草叶片H₂O₂、MDA含量均呈增加趋势,这说明它们均遭受了干旱所造成的氧化胁迫,且干旱程度越大其遭受的氧化胁迫也越大。由于4种乡土禾草均为禾本科植物并生存于相同的生态环境中,它们在抗氧化特性上具有一定共性。在60%FC和45%FC干旱胁迫下,4种乡土禾草均可以通过增加抗氧化酶SOD、CAT、APX、GR、DHAR、MDHAR、GPX活性和非酶抗氧化物质AsA含量来抵御干旱所造成的氧化胁迫。由于种属差异,4种乡土禾草的抗氧化特性也存在差异。在60%FC和45%FC干旱胁迫下,冰草、无芒隐子草和白羊草还通过增加非酶抗氧化物质Car含量增强抗氧化能力,长芒草和白羊草则还可通过增加POD活性抵御干旱。在60%FC干旱胁迫下,冰草还可通过增加非酶抗氧化物质GSH含量提高其抗氧化性。采用隶属函数法对4种乡土草种抗氧化能力的综合评价表明,冰草的抗氧化能力最强,其次为无芒隐子草和白羊草,长芒草的抗氧化能力最差。     

陕北黄土丘陵区撂荒群落土壤养分与地上生物量空间异质性

应用地统计学方法,研究了群落尺度上陕北黄土丘陵区不同演替阶段猪毛蒿、长芒草和达乌里胡枝子3种撂荒群落土壤全氮、全磷和地上生物量的空间异质性.利用基于距离矩阵的Mantel偏相关方法分析了群落地上生物量与土壤全氮、全磷在不同尺度上的相互关系,分析了土壤全氮、全磷及群落自身的空间过程对群落地上生物量空间分布的解释程度.结果表明:(1)猪毛蒿、长芒草和达乌里胡枝子3种群落土壤全氮含量空间自相关性较差,而全磷自相关性较好,不同深度的土壤全氮含量其空间异质性大小也有所差别.3种群落0～20cm全氮的空间变异性大小为:达乌里胡枝子〉长芒草〉猪毛蒿群落;20～40cm为:长芒草〉达乌里胡枝子〉猪毛蒿群落.即土壤表层全氮含量为撂荒年限越长空间变异性越大,而亚表层全氮含量则是演替中期空间异质性较大,演替前后期较小.3种群落0～20cm、20～40cm全磷含量也是演替中期空间异质性较大,而前后期较小.(2)3种群落地上生物量空间自相关性以长芒草群落为最小,并且空间异质性大小为猪毛蒿〉达乌里胡枝子〉长芒草群落;猪毛蒿群落地上生物量与土壤全氮在小尺度上(0.71m)为显著正相关,与全磷相关性也较好,为负相关,在19.80～20.51m尺度上与全磷为显著负相关.达乌里胡枝子群落地上生物量与全磷在7.07～20.51m尺度上为显著正相关,在小尺度上(0.71m)正相关性也较好.长芒草群落地上生物量与土壤全氮、全磷相关性在各个尺度上都不显著,只在小尺度上与全氮负相关性较好.(3)土壤氮和磷,对达乌里胡枝子群落地上生物量的解释较好,约为19.59%,猪毛蒿次之,长芒草群落最小.群落本身的空间过程对猪毛蒿群落的解释程度最高,约为5.42%,其次为达乌里胡枝子,长芒草最小. m)为显著正相关,与全磷相关性也较好,为负相关,在19.80～20.51 尺度上与全磷为显著负相关.达乌里胡枝子群落地上生物量与全磷在7.07～20.51m尺度上为显著正相关,在小尺度上(0.71m)正相关性也较好.长芒草群落地上生物量与土壤全氮、全磷相关性在各个尺度上都不显著,只在小尺度上与全氮负相关性较好.(3)土壤氮和磷,对达乌里胡枝子群落地上生物量的解释较好,约为19.59%,猪毛蒿次之,长芒草群落最小.群落本身的空间过程对猪毛蒿群落的解释程度最高,约为5.42%,其次为达乌里胡枝子,长芒草最小. m)为显著正相关,与全磷相关性也较好,为负相关,在19.80～20.51 尺度上与全磷为显著负相关.达乌里胡枝子群落地上生物量与全磷在7.07～20.51m尺度上为显著正相关,在小尺度上(0.71m)正相关性也较好.长芒草群落地上生物量与土壤全氮、全磷相关性在各个尺度上都不显著,只在小尺度上与全氮负相关性较好.(3)土壤氮和磷,对达乌里胡枝子群落地上生物量的解释较好,约为19.59%,猪毛蒿次之,长芒草群落最小.群落本身的空间过程对猪毛蒿群落的解释程度最高,约为5.42%,其次为达乌里胡枝子,长芒草最小. m)为显著正相关,与全磷相关性也较好,为负相关,在19.80～20.51 尺度上与全磷为显著负相关.达乌里胡枝子群落地上生物量与全磷在7.07～20.51m尺度上为显著正相关,在小尺度上( .71m)正相关性也较好.长芒草群落地上生物量与土壤全氮、全磷相关性在各个尺度上都不显著,只在小尺度上与全氮负相关性较好.(3)土壤氮和磷,对达乌里胡枝子群落地上生物量的解释较好,约为19.59%,猪毛蒿次之,长芒草群落最小.群落本身的空间过程对猪毛蒿群落的解释程度最高,约为5.42%,其次为达乌里胡枝子,长芒草最小. m)为显著正相关,与全磷相关性也较好,为负相关,在19.80～20.51 尺度上与全磷为显著负相关.达乌里胡枝子群落地上生物量与全磷在7.07～20.51m尺度上为显著正相关,在小尺度上( .71m)正相关性也较好.长芒草群落地上生物量与土壤全氮、全磷相关性在各个尺度上都不显著,只在小尺度上与全氮负相关性较好.(3)土壤氮和磷,对达乌里胡枝子群落地上生物量的解释较好,约为19.59%,猪毛蒿次之,长芒草群落最小.群落本身的空间过程对猪毛蒿群落的解释程度最高,约为5.42%,其次为达乌里胡枝子,长芒草最小. m)为显著正相关,与全磷相关性也较好,为负相关,在19.80～20.51 尺度上与全磷为显著负相关.达乌里胡枝子群落地上生物量与全磷在7.07～20.51m尺度上为显著正相关,在小尺度上( .71m)正相关性也较好.长芒草群落地上生物量与土壤全氮、全磷相关性在各个尺度上都不显著,只在小尺度上与全氮负相关性较好.(3)土壤氮和磷,对达乌里胡枝子群落地上生物量的解释较好,约为19.59%,猪毛蒿次之,长芒草群落最小.群落本身的空间过程对猪毛蒿群落的解释程度最高,约为5.42%,其次为达乌里胡枝子,长芒草最小. m)为显著正相关,与全磷相关性也较好,为负相关,在19.80～20.51 尺度上与全磷为显著负相关.达乌里胡枝子群落地上生物量与全磷在7.07～20.51m尺度上为显著正相关,在小尺度上( .71m)正相关性也较好.长芒草群落地上生物量与土壤全氮、全磷相关性在各个尺度上都不显著,只在小尺度上与全氮负相关性较好.(3)土壤氮和磷,对达乌里胡枝子群落地上生物量的解释较好,约为19.59%,猪毛蒿次之,长芒草群落最小.群落本身的空间过程对猪毛蒿群落的解释程度最高,约为5.42%,其次为达乌里胡枝子,长芒草最小. m)为显著正相关,与全磷相关性也较好,为负相关,在19.80～20.51 尺度上与全磷为显著负相关.达乌里胡枝子群落地上生物量与全磷在7.07～20.51m尺度上为显著正相关,在小尺度上( .71m)正相关性也较好.长芒草群落地上生物量与土壤全氮、全磷相关性在     

黄土丘陵区不同立地条件下猪毛蒿种内、种间竞争

猪毛蒿(Artemisia scoparia)通常是黄土丘陵区撂荒演替前期群落优势种,在无人为干扰的情况下,猪毛蒿群落通常会向冰草(Agropyron cristatum)群落或阿尔泰狗娃花(Heteropappus altaicus)群落,或长芒草(Stipa bungeana)群落等演替。该文通过河阶地和梁峁阴坡中猪毛蒿生长特征的调查和种内、种间竞争田间试验,从植物竞争角度对猪毛蒿群落的演替机制给予了解释。结果表明:1)两类样地中猪毛蒿的生长都趋于小型化,有少数大个体和多数小个体,都存在异速生长现象,说明两类样地存在竞争,且对猪毛蒿的生长形态具有塑造作用; 2)由于单位地上生物量竞争效应排除了立地条件和个体大小的影响,因而比总竞争效应更能说明种对间的相对竞争能力。梁峁阴坡地和一、二级河阶地三种立地条件下,7种测试植物中对猪毛蒿的相对竞争能力以演替后期多年生植物较高,而演替前期一年生植物较低,说明演替后期种对前期种的竞争抑制是演替驱动力之一; 3)以各测试植物对猪毛蒿单位重量竞争抑制程度平均值来看,以梁峁阴坡地最大,二级河阶地次之,一级河阶地最小,说明立地条件越差,土壤资源可利用水平越低,竞争越激烈; 4)一级河阶地和梁峁阴坡地各测试植物对猪毛蒿的竞争等级发生了显著变化,说明环境条件差别较大时,植物的竞争等级会发生变化。     

水分胁迫对刺槐叶和根谷胱甘肽抗氧化系统的影响

在人工控水条件下,采用土壤最大持水量70%、55%、40%的水分处理模拟环境中的正常水分、轻度和重度水分胁迫处理,测定了刺槐叶片和根系中还原型谷胱甘肽(GSH)和还原型抗坏血酸(AsA)含量以及谷胱甘肽还原酶(GR)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和超氧化物歧化酶(SOD)活性,以探讨水分胁迫条件下刺槐谷胱甘肽抗氧化系统的保护作用.结果显示:各水分处理的刺槐叶片GSH和AsA含量及GR 和SOD活性均明显高于根,根中GSH-Px活性只有在重度水分胁迫处理下大于叶片.随水分胁迫加剧,刺槐GSH含量在叶片中先升高后降低,在根中不断升高;AsA含量在叶中持续降低,在根中先升高后降低;GR活性在叶片和根系中都会降低,GSH-Px和SOD活性在叶中先升高后降低,在根中均持续升高.研究表明,刺槐谷胱甘肽抗氧化系统的GSH和GSH-Px对干旱胁迫诱发的活性氧清除起主要作用,同时提高GSH含量和GSH-Px活性是刺槐应对干旱胁迫的重要措施.     

施肥干扰对陕北黄土丘陵区三个典型群落结构组成的影响

在陕北黄土丘陵区,为了加快当地植被的恢复速度,结合当地条件,通过小区施肥实验与野外调查,研究了施肥对不同演替阶段的3个典型群落:猪毛蒿(Artemisia scoparia)、长芒草(Stipa bungeana)和铁杆蒿(Artemisia sacrorum)结构组成的影响。结果表明:(1)与对照相比,施肥后3个群落中物种的重要值发生改变。猪毛蒿群落中,1年生植物狗尾草(Setaria viridis)重要值减小,而多年生植物阿尔泰狗哇花(Heteropappus altaicus)、冰草(Agropyron cristatum)等重要值增大,成为群落中的主要物种;长芒草群落,与对照相比,施肥降低了优势种长芒草的重要性,而达乌里胡枝子(Lespedeza dahurica)的重要值明显增大;铁杆蒿群落则随着肥量增加,铁杆蒿的重要值表现为逐渐上升,与对照相比,群落中的伴生种二裂萎陵菜(Potentilla bifurca)、茭蒿(Artemisia giraldii)在处理区的平均重要值有所下降,而演替后期物种达乌里胡枝子的重要值增大。(2)与对照相比,通过施肥,除铁杆蒿群落高肥区密度外,3个群落的高度、生物量和密度均有显著提高,表现为高度和生物量在高肥区达最大,密度在中肥区达最高。3个群落相比,演替前期的猪毛蒿群落提高幅度最大,长芒草次之,铁杆蒿最小。(3)施肥改变了3个群落的物种多样性。群落类型不同,其变化趋势亦不同。猪毛蒿和铁杆蒿群落Patrick丰富度指数在中肥区达最高,随着施肥量的增加,Margalef(Ima)、Shannon-Wiener(Isw)和Pielou(J)指数产生不同程度的下降,而Berger-Parker优势度指数(I)逐渐增大;长芒草群落则随着施肥量的增加,Patrick指数、Ima、Isw和J均有不同程度的上升,而优势度指数I呈下降趋势。     

陕北黄土高原丘陵区撂荒演替及其过程中主要乡土牧草的确定与评价

用系统聚类、撂荒年限两种方法对陕北黄土高原丘陵区撂荒演替序列进行分析,结果基本一致：1～6a,1年生杂草类群落→1年生杂草类＋丛生禾草群落→1年生杂草类＋根茎禾草群落或多年生草本群落→7～16a,多年生草本群落→多年生草本＋小灌木群落→17～42a：根茎丛生型禾草＋小灌木群落或小灌木＋多年生草本群落→小灌木群落或多年生草本＋丛生禾草群落,代表性群落依次为猪毛蒿（Artemisia scoparia Waldstet.et kit）群落或猪毛蒿＋长芒草（Stipa bungeana Trin.）群落→猪毛蒿＋铁杆蒿（Artemisia sacrorum Leded.）群落或冰草（Agropyron cristatum（L.）Gaertn）群落→铁杆蒿群落→铁杆蒿＋达乌里胡枝子（Lespedeza var.dahurica（Laxm.）Schindl）群落→白羊草（Bothriochloa ischaemum（L.）Keng）＋达乌里胡枝子群落或达乌里胡枝子＋铁杆蒿群落或铁杆蒿＋硬质早熟禾（Poa sphondylodes Trin.et Bge）群落.在此基础之上,提出将各物种在演替过程中重要值之和按大小排序,对前35位草种经适口性试验初步筛选后进行以粗蛋白、粗纤维等为指标的化学成分及以有效植被盖度为指标的生态效益的分析、评价,并依据两种评价结果对陕北黄土高原主要乡土牧草进行了综合评定,得出黄土高原23种乡土牧草具备较高的改良潜质,分为4类,主要归属于豆科（Leguminosae）、禾本科（Gramineae）、菊科（Compositae）等,并进一步探讨了黄土高原人工草场改良过程中不同荒地上草种的合理搭配.     

薇甘菊和飞机草抗氧化物和膜脂过氧化物对光照和土壤水分的响应

田间温室控制条件下研究入侵杂草薇甘菊(Mikania micrantha)和飞机草(Chromolaena odoratum)在不同光照(高、中、低光照)和土壤水分(高、中、低水分含量)交互作用下, 叶片超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性, 脯氨酸(Pro)、谷胱甘肽(GSH)以及膜脂过氧化物丙二醛(MDA)含量的变化, 探讨两种杂草对不同光照和土壤水分交互作用的生理适应性。结果表明: 高光下低水处理的两种杂草MDA含量均显著高于全水处理, 表现出明显的胁迫。此胁迫条件下薇甘菊通过迅速提高SOD和CAT活性, 提高Pro和GSH含量来清除活性氧, 维持代谢平衡, 但不能在干旱条件下维持较长时间; 飞机草的SOD活性、Pro和GSH含量也迅速提高, 在高光缺水的适应性响应中起了重要作用, CAT则未能发挥保护作用。相对于其他光照, 低光显著降低了薇甘菊的SOD、CAT活性和MDA含量, 而对飞机草上述指标的影响较小, 说明低光降低了两种杂草尤其是薇甘菊的抗氧化物代谢水平。     

黄土高原先锋种猪毛蒿叶片形态解剖与生理特征对立地的适应性

为了揭示黄土丘陵沟壑区撂荒地植被演替前期优势种猪毛蒿(Artemisia scoparia)对该区立地环境的适应性,探讨猪毛蒿演替生态位的变化,研究了陕北黄土丘陵沟壑区3种立地环境下(阳峁坡、峁顶、阴峁坡)猪毛蒿叶片形态解剖和生理特征的变化,以及这些变化与生态因子之间的相互关系。结果表明:(1)猪毛蒿叶片具有适应该区半干旱环境的形态及解剖结构:叶片针形化、具表皮毛、环栅型叶肉组织、海绵组织特化为贮水组织、维管束退化、具裂生分泌腔,C3植物呈现类似CAM植物的叶片特性;(2)在土壤、空气湿度相对干燥和强光生境的阳峁坡与峁顶,猪毛蒿具有较小的叶面积、发达的栅栏组织、致密的表皮毛和紧密的细胞间隙,而在生境条件较好的阴峁坡则呈相反趋势;(3)阳峁坡猪毛蒿叶片相对含水量和叶绿素含量较小,超氧阴离子自由基增加,但植物体内超氧化物歧化酶和抗坏血酸含量增加以清除植物体内产生的活性氧;(4)冗余及相关性分析表明,猪毛蒿叶片形态、解剖和生理指标的可塑性对立地光照强度、土壤水分和有机质含量较为敏感,同时其形态解剖与生理可塑性可共同调节来适应生境。综合分析,猪毛蒿对陕北黄土丘陵沟壑区撂荒初期光照强度大、土壤贫瘠但土层干化现象尚未出现的立地环境有较好的适应性,使其成为黄土高原植被自然演替过程中的先锋物种。     

陕北黄土区生态修复过程中植物群落物种多样性变化

根据18块典型样地的植被调查数据,采用时空互代和对比分析法,从演替时间、生态修复模式和坡向3个方面研究了陕西省吴起县生态修复过程中植物群落物种多样性特征.结果表明：在25年自然演替序列中,退耕封育群落依次经历了猪毛菜、猪毛蒿、达乌里胡枝子、铁杆蒿和白羊草5种类型,建群种表现为1年生向多年生、低级向高级的演替趋势.其间,物种种类、Margalef指数、Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数均呈二次函数变化,说明黄土区退化生态系统在消除外界压力后,通过自然恢复可达到高级、稳定状态,但速度缓慢.地形条件和恢复年限一致时,4种主要修复模式形成的群落中,草本层的Margalef指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数表现为退耕封育＞退耕还草＞退耕还林＞荒山造林,Simpson指数则相反.与退耕封育模式相比,退耕还草和退耕还林模式在相同恢复期内形成的草本群落,虽然多样性指数较低,但更接近自然演替后期阶段,说明人工修复模式能加快演替进程.在相同恢复年限内,阴坡退耕封育群落的Margalef指数、Shannon-Wiener指数和Pielou指数明显大于阳坡,且群落类型更接近演替后期阶段,说明阳坡生态修复的本底条件更差,植被自然演替速率更缓慢.     

陕北黄土丘陵沟壑区14种植物的萌发特性

在实验室条件下观测了陕北黄土丘陵沟壑区14种植物的萌发特性,结果发现：萌发率在80%以上的植物有杠柳、铁杆蒿和茭蒿;在60%～80%之间的物种有白羊草、紫丁香、阿尔泰狗娃花、大针茅、沙棘和猪毛蒿;长芒草为37.3%;小于20%的植物有达乌里胡枝子、刺槐、虎榛子和狼牙刺。14种植物的萌发时滞最短的为2 d,最长的为8 d;几乎所有植物种子达到T50的时间都在其萌发开始后的7 d以内,且大部分物种在萌发开始后的15 d完成总萌发量的90%;萌发持续时间最短的为6 d,有刺槐、狼牙刺、虎榛子、沙棘4种,最长的为猪毛蒿,达32 d。这些植物种子的萌发特性及生态适宜性决定了它们在陕北黄土丘陵沟壑区植被演替中的角色与地位。     

基于功能性状的毛乌素沙地不同演替阶段适生植物筛选

沙地生态系统修复是恢复生态学研究的热点问题,适生植物筛选是修复的关键。植物功能性状反映了植物在不同环境中的生存策略,探究沙地植物功能性状及其与环境之间的关系,有助于筛选用于植被恢复的物种,为保护沙地生态系统提供理论依据。以毛乌素沙地为研究区,分析了1983-2015年间沙地典型飞播样地群落演替特征及其对环境因子的响应,建立基于10个植物功能性状的毛乌素沙地潜在种库,进一步筛选飞播恢复下沙地不同演替阶段的适生植物。研究表明:(1)飞播恢复下的毛乌素沙地植物群落分为三个演替阶段:固沙先锋物种群落、沙生植物为主的杂类草群落、中生植物为主的杂类草群落。(2)土壤因子是群落演替的主要驱动力,其中土壤全氮、土壤总有机碳、土壤硝态氮是影响群落演替的关键因素。(3)基于功能性状筛选出29种适生物种用于植被恢复,演替第一阶段可用雾冰藜、猪毛菜等,演替第二阶段可用拂子茅、无芒隐子草等,演替第三阶段可用草地风毛菊、猪毛蒿等。通过物种功能性状特征可以快速选择适合沙地退化生态系统修复的候选物种,为植被恢复提供了一定的理论支持。     

The antioxidation-related functional structure of plant communities: Understanding antioxidation at the plant community level

In the case of ecological stresses, reactive oxygen species (ROS) can be overproduced in plant cells, leading to lipid peroxidation that causes damage or death to cells. To prevent damage, plant tissues contain several antioxidants that scavenge ROS. However, antioxidation at the plant community level still remains unknown and may provide an insight into ecosystem functioning regarding stress resistance. To understand the property, we established the antioxidation-related functional structure based on the concept of the functional structure and the activities of superoxide dismutase (SOD), peroxidase (POD), catalase (CAT), reduced glutathione (GSH), carotenoid (Car) and proline (Pro) and the relative abundance of component species in natural plant communities on the Chinese hilly-gullied Loess Plateau. An information-theoretic (I-T) approach was used to infer the effects of antioxidation-related functional components and stresses that we investigated on lipid peroxidation at the plant community level quantified by the community-weighted mean of malondialdehyde (MDA). We found that the induction of lipid peroxidation was more closely associated with a soil available nitrogen deficiency than it was with an available phosphorus deficiency. However, the inducing effect of soil available nitrogen was finite. The prevention of lipid peroxidation was more closely associated with the community-weighted means of GSH and Pro (CWM GSH and CWM Pro) than it was with other antioxidation-related functional components. However, the efficiency of CWM Pro was quite low; CWM GSH exhibited inefficiency. In addition, antioxidation-related functional components were affected by neither soil available nitrogen nor available phosphorus. Furthermore, by estimating the relative weights of the antioxidants and considering the feasibility of community assemblages, we proposed that Stipa grandis, Leymus secalinus, Stipa bungeana, Phragmites australis, Potentilla tanacetifolia, Artemisia gmelinii, Artemisia scoparia, Heteropappus altaicus and Syringa oblata could be utilized in community assemblages to achieve an antioxidation-functional target. Additionally, appropriate phosphorus application for A. gmelinii and H. altaicus might contribute to maintaining their antioxidation.     

黄土丘陵区撂荒群落演替序列种根系对氮素施肥方式和水平的形态响应

采用盆栽试验,研究了黄土丘陵区撂荒群落演替序列种(即,黄土丘陵区摞荒群落演替主要阶段的优势种)根系对氮素施肥方式和水平的形态响应,对了解我国氮沉降增加背景下的群落生态效应及人为施肥干扰促进植被恢复具有较好的理论和实践意义。测试并分析了6个演替序列种在不同施氮方式(匀质和异质施氮)和水平(高、低和无氮对照)条件下植株个体生物量指标(地上及地下生物量和根冠比)、根系形态指标(根长、直径、表面积、比根长和比表面积)的变化及其差异显著性;并且利用根钻法和单样本T检验比较了异质施氮方式下施氮斑块与不施氮斑块根系形态指标的差异。结果表明:1)6种演替序列种地上、地下生物量和根冠比存在种间固有差别,施氮方式和水平整体上对三者无显著影响;施氮方式和植物种类对根冠比存在显著交互作用,说明个别种的根冠比对施氮方式响应明显,其中猪毛蒿根冠比在异质施氮方式下显著高于匀质施氮。2)6种演替序列种根系塑形指标包括比根长、比表面积和直径存在种间差别,并且施氮水平对比根长影响显著,高、低施氮水平下比根长都显著低于不施氮对照。3)狗尾草和铁杆蒿分别在异质高氮和异质低氮条件下施氮斑块根系生物量密度显著高于未施氮斑块;猪毛蒿在异质高氮条件下施氮斑块发生了更多的伸长生长,其根长、根表面积、比根长和比表面积在施氮斑块中的密度显著高于未施氮斑块;猪毛蒿和狗尾草在异质高氮条件下,以及白羊草在异质低氮条件下,其根系直径在施氮斑块显著小于未施氮斑块。从根系形态变化敏感性和施氮对促进植物生长来看,演替过程中演替序列种对施氮响应的敏感性总体上呈降低趋势,前期种对施氮响应更敏感,从施氮获利也更多,因而恢复前期进行人为干扰促进植被恢复效果也会更好。     

Biomass production and relative competitiveness of a C3 legume and a C4 grass co-dominant in the semiarid Loess Plateau of China

Bothriochloa ischaemum L. and Lespedeza davurica (Laxm.) Schindl. are two co-dominant species of great importance in reducing soil and water loss and maintaining the distinctive natural scenery of the semiarid Loess Plateau of China. Our aim was to determine the growth and interspecific competition between these species under water stress to facilitate the prediction of community succession and guide the selection of appropriate methods of conservation and use in the area. A pot experiment was designed to investigate the effects of water stress and competition on biomass production and allocation, relative competitive ability and water use efficiency of the two species. Bothriochloa ischaemum (a C₄ perennial herbaceous grass) was planted in the same pot with L. davurica (a C₃ perennial leguminous subshrub) at density ratios of 12:0, 10:2, 8:4, 6:6, 4:8, 2:10, and 0:12. The response of the species to their mutual presence at the different ratios was evaluated at three levels of soil moisture (80%?±?5% field capacity, FC (HW), 60%?±?5% FC (MW) and 40%?±?5% FC (LW)). Indices of aggressivity (A), competitive ratio (CR) and relative yield totals (RYTs) were calculated from the dry shoot, root and total weight data. Water stress decreased the biomass production by both species whether in monoculture or mixture, but B. ischaemum was more sensitive to water deficit. Across moisture levels, the growth of L. davurica was more adversely affected by mixed planting. Bothriochloa ischaemum had significantly (P?<?0.05) smaller root:shoot ratios than L. davurica and the root mass of both species tended to increase relative to shoot mass as soil water deficit increased. The aggressivity (A), competitive ratio (CR) and relative yield totals (RYTs) of B. ischaemum were positive across treatments. Bothriochloa ischaemum had much higher CR under each water treatment, but water stress considerably reduced its relative CR while increasing that of L. davurica. The RYT values of the two species indicated some degree of resource complimentarity under both water sufficient and deficit conditions. Our results suggest that it is advantageous to grow the two species together to maximize biomass production. We recommend a mixture ratio of 8:4 of B. ischaemum to L. davurica because it gave significantly higher RYT and transpiration water use efficiency under deficit water conditions.     

干旱胁迫对黄土高原4种蒿属植物叶形态解剖学特征的影响

以黄土高原演替初期阶段的猪毛蒿(Artemisia scoparia Waldst.et Kit.)、茭蒿(Artemisia giraldii Pamp.)、铁杆蒿(Artemisia gmelinii Web.ex Stechm.)3种优势种和1种常见种黄花蒿(Artemisia annua Linn.)为供试材料,采用盆栽试验与称重控水法,将土壤含水量分别控制在田间最大持水量的75%(适宜水分对照)、55%(中度干旱)和35%(重度干旱),研究干旱胁迫对菊科蒿属植物叶片形态解剖学的影响,揭示植物叶片生态适应机制,为生态恢复过程中植被演替的规律提供理论依据。于植物营养生长末期选取代表性的叶片,分别采用电子扫描显微镜、电子透射显微镜和光学显微镜对叶表皮特征、亚细胞显微特征和组织结构进行观察。结果表明:干旱胁迫下,这4种植物表现为不同程度的叶片增厚、栅栏组织厚度、叶片紧实度和角质层厚度增加;3种旱生型植物猪毛蒿、茭蒿和铁杆蒿的叶片下表皮具有浓密的表皮毛,有利于防止水分过度蒸腾,而中生型黄花蒿叶片无此功能;铁杆蒿和黄花蒿上表皮毛稀少,不利于保水和防止强光照,干旱胁迫下依靠降低上表皮气孔密度和叶细胞叶绿体数目来适应环境;茭蒿和猪毛蒿叶绿体形态相似,具有较厚的基粒和浓密的基粒片层,强光下容易引起氧化损伤,猪毛蒿通过浓密的上表皮毛而茭蒿通过较强的抗氧化机制防止光能过剩,两者在重度干旱下均产生大量脂质体。4种蒿属植物中黄花蒿的叶片解剖学特征受到干旱的影响变化最大,铁杆蒿和猪毛蒿次之,茭蒿最弱,3种优势种的干旱适应性显著强于黄花蒿,干旱下叶片解剖学的结论与干旱耐受性指标结果一致。     

黄土丘陵区草本群落演替中先锋种群茵陈蒿浸提液的化感作用

为探索自然演替中植被群落结构与化感作用之间的关系,以黄土丘陵区自然演替中先锋种群茵陈蒿为研究对象,通过种子萌发试验,分析演替初期优势种群茵陈蒿浸提液(甲醇浸提液和水浸提液)对自身以及伴生种种子萌发以及幼苗生长的影响,从化学生态学角度解释演替初期群落结构形成的原因。结果表明,茵陈蒿浸提液对3种伴生种(铁杆蒿、白羊草和达乌里胡枝子)的种子萌发均有显著化感作用,低浓度(0.002g/m L)时表现为促进或轻微的抑制作用,高浓度(0.2g/m L)时为较强的抑制作用;不同部位茵陈蒿浸提液的化感作用不同,相比之下,地上部的抑制作用更为强烈,其浸提液均抑制铁杆蒿、白羊草和达乌里胡枝子的种子萌发,尤其在浓度为0.2 g/m L时,达到完全抑制;根系甲醇浸提液对铁杆蒿种子萌发的抑制作用要强于同浓度下的水浸提液,而地上部水浸提液对受体植物根芽的作用大于甲醇浸提液。茵陈蒿对于自身具有一定的抑制作用,表现为高浓度(0.2和0.02 g/m L)的水和甲醇浸提液抑制自身种子萌发和幼苗生长。研究结果说明化感作用可能是该地区在演替前期形成以茵陈蒿为优势种植被群落的重要原因之一。创新点:从化学生态学的角度解释了黄土丘陵区植被演替初期植物之间的关系以及群落结构形成的原因,为认识自然恢复的内在机理提供了新的视角。     

黄土丘陵沟壑区主要草种枯落物的持水能力与养分潜在归还能力

黄土丘陵沟壑区由于土壤侵蚀严重,天然植被恢复缓慢,植被稀疏,枯枝落叶层的生态效应就显得尤为重要。对该区坡沟不同立地条件下草本群落主要物种的枯落物蓄积量、持水与养分潜在归还能力进行了分析,探讨主要物种枯落物对土壤的改善作用。结果表明:1)坡沟不同立地条件下枯落物蓄积量差异显著(P0.05),在73.74—175.26 g/m2之间变化,表现为阴沟坡峁顶阳沟坡阴梁峁坡阳梁峁坡;在坡面不同微地形下也差异显著(P0.05),在阳坡表现为株丛浅沟鱼鳞坑裸地,在阴坡为浅沟鱼鳞坑株丛裸地,在峁顶为株丛裸地。2)主要物种枯落物最大持水量可达自身干重的1.22—4.34倍;不同物种枯落物间的持水能力差异极显著(P0.01),表现为白羊草叶铁杆蒿叶白羊草茎达乌里胡枝子叶长芒草达乌里胡枝子枝铁杆蒿枝。3)枯落物C、N含量分别在7.35%—40.33%和0.61%—1.60%之间,不同物种间差异极显著(P0.01),同一物种枯落物C、N含量在坡沟不同立地条件下差异不显著。4)影响枯落物分解的木质素含量(1.00%—8.20%)、纤维素含量(3.16%—14.06%)、木质素/N值(0.78—12.48)、C/N值(5.61—57.41)在不同物种间差异极显著(P0.01);同一物种木质素含量、纤维素含量和木质素/N值在坡沟不同立地条件下差异显著(P0.05),而C/N值不显著。5)铁杆蒿叶的枯落物养分潜在归还能力最大,达乌里胡枝子和白羊草的枯落物次之,长芒草的枯落物养分潜在归还能力最小。