沙漠植物分层侧影与积沙成丘的关系

选用民勤沙区常见的几种固沙植物,在民勤西沙窝沙漠边缘设置了108个植物和沙堆样方,通过对不同植物的分层侧影宽度、分层侧影面积和侧影中心等指标的测定和对比分析,得出如下结果:1)可积沙成丘植物的侧影为三角形或柱形,即由地面向上侧影宽度变小,侧影中心在近地面30 cm高度内,具备这一条件的植物为丛生灌木。而不能积沙成丘的植物侧影为菱形,侧影中心距地面高度在30 cm以上。2)风沙流以及沙尘暴中的沙粒主要集中在近地表0—30 cm高度内流动,这便是植物侧影越低,越易积沙成丘的重要原因之一。3)沙埋后茎秆能产生不定根的植物可形成高于植株几倍至数十倍高度的沙堆/沙丘,而不具备这一属性的植物,有些虽然能形成沙堆,但沙堆受植物高度限制,即沙堆高度不会超过植株高度。4)侧影面积大小是反映植物防风固沙功能的一个十分重要的指标,能积沙成丘是植物阻固流沙的物质体现,形成的沙堆越高大则表明植物阻固流沙的功能越强,但不能积沙成丘的植物如梭梭、沙拐枣、沙蒿等也是具有一定防风阻沙效果的。     

甘南亚高寒草甸土壤纤毛虫群落结构变化对不同坡向的响应

土壤纤毛虫不但是土壤生态系统的重要组成部分,而且是生态系统物质循环、能量流动过程的重要驱动因子。为了查明甘南亚高寒草甸不同坡向土壤纤毛虫群落特征,于2015年7月21—26日对同一山头的阳坡、半阳坡、西坡、半阴坡、阴坡五个坡向进行了调查。结果表明:(1)经"非淹没培养皿法"鉴定得到纤毛虫142种,隶属于9纲18目32科55属,各坡向物种数、个体数大小关系呈现出西坡半阳坡阳坡半阴坡阴坡;优势类群有旋毛纲、裂口纲、寡膜纲、肾形纲其优势度依次为28.17%、19.72%、13.38%、12.68%。(2)不同坡向上土壤纤毛虫的物种数、个体数、Shannon指数均具有显著性差异(P0.05),表明甘南亚高寒草甸生态系统中的土壤纤毛虫对于坡向这一微气候环境的变化具有敏感性。(3)各坡向土壤纤毛虫的物种数、个体数都具有明显的表聚性。(4)利用皮尔森相关性分析得出,在所测得的土壤理化因子中对纤毛虫的物种数、个体数均具有显著正相关(P0.05)的是全氮、有机质。综合分析,影响甘南亚高寒草甸不同坡向上土壤纤毛虫群落结构变化的主要因素为全氮、土壤有机质以及地上植被状况。     

中国西北部草地植被降水利用效率的时空格局

植被降水利用效率(PUE)是评价干旱、半干旱地区植被生产力对降水量时空动态响应特征的重要指标。利用光能利用率CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算了2001—2010年中国西北七省草地植被净初级生产力(NPP),结合降水量的空间插值数据,分析了近十年草地植被PUE的空间分布、主要植被类型的PUE,及其时空格局的驱动因素。结果表明:(1)2001—2010年西北七省草地植被的平均PUE为0.68 g C m~(-2)mm~(-1)。在温带草地各类型中,PUE的大小顺序为草甸草原灌丛典型草原荒漠草原荒漠,各类型草地PUE之间差异显著;对于高寒草地而言,高寒草原的PUE显著高于高寒草甸;(2)温带草地PUE的空间分布与年降水量的关系呈抛物线形状(R~2=0.65,P0.001),PUE峰值出现在年降水量P=472.9 mm的地区;荒漠地区植被PUE的空间分布与年降水量的关系同样呈抛物线形状(R~2=0.63,P0.001),PUE峰值出现在年降水量P=263.2mm的地区;对于高寒草地而言,年降水量100 mm以下地区植被PUE变异较大,年降水量大于100 mm的地区植被PUE的空间分布随降水量的变化呈抛物线形状(R~2=0.47,P0.001),PUE峰值出现在P=559.2 mm的地区;(3)不同降水量区域,植被PUE的年际波动与气候因子的关系也有较大差别。在年降水量为200—1000 mm的地区,草地PUE的年际波动与年降水量的变化呈正相关;在年降水量高于1050 mm的地区,草地PUE的年际波动与年均温的相关性较强,相关系数最高可达到0.4。     

高寒地区不同退化草地植被特性和土壤固氮菌群特性及其相关性

选取东祁连山不同退化程度的高寒草地为研究对象,调查研究其植物种类、植被盖度、高度、地上生物量等植物指标以及土壤好气性自生固氮菌和嫌气性自生固氮菌数量,在此基础上,采用real-time PCR的方法扩增nifH基因,测定不同退化程度草地土壤中固氮菌相对于土壤总细菌的量,以探讨草地退化过程中植被及土壤固氮菌群的变化规律,结果发现:随着退化程度的加深,草地植物种类逐渐减少,并且优势植物发生变化,毒杂草逐渐增多,植被的高度、盖度、地上生物量都逐渐降低。对土壤固氮菌的研究则表明,土壤好气性自生固氮菌和嫌气性自生固氮菌的数量在不同退化草地随草地退化程度的加重而减少,在同一退化程度草地土壤则是随土层深度加深而下降。对土壤固氮菌nifH基因扩增的结果也表明随着退化加剧,土壤固氮菌相对于土壤总细菌的比例在降低,进一步说明草地退化过程中土壤固氮菌不仅是数量上的下降,更是群落结构层面的变化。对植被特性和土壤固氮菌含量的相关分析表明,植被特性和土壤中固氮菌含量呈显著相关。研究从土壤固氮菌群的角度研究了草地退化的过程,说明了二者具有协同性,研究和治理草地退化必须重视土壤功能菌群尤其是固氮菌群的作用。     

环青海湖地区天然草地和退耕恢复草地植物群落生物量对氮、磷添加的响应

植物群落生物量反映了植被的初级生产能力, 是陆地生态系统碳(C)输入的最主要来源, 往往受到自然界中氮(N)、磷(P)元素供应的限制。该试验以青藏高原环青海湖地区的高寒草原为研究对象, 探讨了天然草地和退耕恢复草地植被群落生物量对N (10 g·m^-2)、P (5 g·m^-2)养分添加的响应。N、P添加显著增加了天然草地禾草的生物量, 进而促使地上总生物量显著提高。退耕恢复草地禾草和杂类草的生物量对N添加均有一致的正响应, 从而促使地上总生物量显著增加174%, 群落地上和地下总生物量显著增加34%; 而P添加对恢复草地生物量各项参数均无显著影响。回归分析显示: 天然草地植物群落地上生物量随土壤中NO₃^--N含量的增加而增加(p < 0.05), 退耕恢复草地植被地上、地下和总生物量均与土壤NO₃^--N含量显著正相关(p < 0.01), 说明环湖地区高寒草原植物生长主要受N供应的限制, P的限制作用随土地利用方式的转变和群落演替阶段的不同而变化; 相比天然草地, 恢复草地在现阶段植被初级生产力受N的限制作用更强烈, 土壤中可利用N含量是限制其植被自然恢复和重建的关键因子。     

荒漠草原区柠条灌丛对地面节肢动物群落小尺度空间分布的影响

在宁夏盐池沙地以围栏封育柠条灌丛林为研究对象, 在距离灌丛0(即灌丛下, S)、1.5(D1)、7.5(D2)、15 m(D3)处分别设置调查样点, 采用陷阱诱捕法调查了地面节肢动物群落小尺度空间分布规律。结果表明, 共捕获地面节肢动物11 目4 科71 个类群。在远离灌丛的小尺度空间上, 优势类群和常见类群多度呈现相反变化趋势, 分别在距离柠条灌丛7.5 m 处达到最低(58%)和最高值(34%), 而稀有类群多度低于10%, 且呈逐渐降低趋势。优势类群数和常见类群的丰富度均少于7 个类群, 而稀有类群数均超过25 个类群, 且波动变化较大, 在D1 和D2 处分别达到最高 (44)和最低值(25)。地面节肢动物总个体数表现为灌丛下与灌丛外样点间无显著差异性(p>0.05), 但远离灌丛的D3 显著高于靠近灌丛的D1 和D2(p<0.05); 总类群数表现为S、D1、D3 间均无显著差异性(p>0.05), 但均显著高于D2 (p<0.05)。冗余分析(RDA)表明土壤粗砂和细砂含量是影响地面节肢动物空间分布的土壤因子, 其中土壤细砂含量是主导因素。研究表明, 柠条灌丛本身对地面节肢动物空间分布的影响范围小于7.5 m, 随着空间距离的增加灌丛对地面节肢动物空间分布的作用逐渐弱化, 而在围封条件下远离灌丛(15 m)处封育草地地面节肢动物群落与灌丛下相似。     

西藏纳木错高寒草原豆科与非豆科优势植物群落碳氮储量及收支的对比研究

豆科植物在青藏高原高寒草原广泛分布, 有离散和集中两种分布格局。集中分布格局中, 豆科植物生物量约占总生物量的30%以上; 离散分布格局中, 豆科植物生物量一般不足总生物量的10%。在西藏纳木错高寒草原, 选取豆科植物集中分布区和典型紫花针茅草原作为豆科和非豆科优势植物群落的代表, 测定和分析两群落土壤碳氮储量、温室气体通量及生态系统CO2 净交换(NEE)的区别, 以初步研究两群落在碳氮储量和收支中的差异, 为深入研究豆科植物集中分布的形成机制提供最基本的数据支持。结果表明, 与非豆科优势植物群落相比, (1)豆科优势植物群落土壤氮储量增加不显著, 土壤氮含量和N2O 排放通量增加不显著, 非豆科植物的氮含量显著增加。(2)豆科植物优势群落土壤碳储量增加不显著, 非豆科植物地下部分碳含量显著增加, 生态系统呼吸(ER)显著增加的同时光合固碳总量(GEP)也显著提高, 但光 合固碳总量(GEP)显著大于生态系统呼吸(ER), 使CO2 净交换(NEE)显著增加, CH4 吸收显著降低。     

高寒森林倒木在不同分解阶段的质量变化

倒木是高寒森林生态系统重要的碳(C)库和养分库, 其不同分解阶段的质量变化, 是认识倒木分解过程中C和养分释放的重要基础。以一个分解序列的岷江冷杉(Abies faxoniana)倒木为研究对象, 研究了心材、边材和树皮在5个分解阶段的C:N:P化学计量特征, 以及木质素和纤维素含量动态。结果显示: I至III分解阶段, 随着分解程度加深, 树皮C含量升高, 而心材和边材C含量降低, 从IV分解阶段开始倒木各组分C含量均开始显著降低。除III分解阶段的心材外, 倒木各组分N含量总体表现为随着分解程度加深而增加的趋势, 除边材N含量在V分解阶段时显著升高外, 其余组分均未达到显著性水平。心材和树皮P含量表现为先降后升的变化趋势, 最小值分别出现在III和II分解阶段; 边材P含量表现为随着分解程度加深而增加。在同一分解阶段, 树皮相对于边材和心材均具有最低的C:N:P化学计量比, 易分解比例F_m也表明树皮更易于分解。边材在I和II分解阶段的C:N:P化学计量比最高, 心材在III到V分解阶段C:N:P化学计量比最高。心材C:P、树皮和边材的C:N和C:P临界值与N和P的初始值成反比。纤维素含量随着倒木分解而降低, 不同分解阶段的纤维素含量表现为: 心材>边材>树皮; 但木质素含量随着分解程度加深而增加, 表现为: 树皮>边材>心材; 倒木3个组分纤维素含量下降均快于木质素, 此外, IV和V分解阶段的树皮木质素与纤维素比值显著增高, 且一直处于较高水平。统计分析结果表明: 倒木N含量显著影响不同分解阶段木质素和纤维素分解。由生态化学计量学理论推测: 树皮分解前期易受N限制, 整个分解阶段均易受P限制, 心材和边材在整个分解阶段均易受N和P限制。     

黄土高原优势灌丛营养器官化学计量特征的环境分异和机制

为了探究黄土高原灌丛群落中优势物种的根、茎和叶等营养器官之间碳(C)、氮(N)、磷(P)及其比值等化学计量特征的环境分异性及其与土壤养分的耦合性, 在甘肃省和宁夏回族自治区境内的3个灌丛集中分布区(甘肃南部、宁夏北部和甘肃西部)沿水热梯度选取41个样点进行样地调查。结果显示: 1)甘肃、宁夏灌丛群落的有机物质含量及P资源相对匮乏, 而N资源相对丰富。2)从甘肃南部、宁夏北部到甘肃西部, 生长季温度递增、年降水量递减, 与此耦合, 土壤养分也逐级递减, 沿着土壤养分梯度, 黄土高原优势灌丛根、茎和叶的C、N、P储量减少, 根和茎的C:N下降, 根、茎和叶的N:P上升, 但在宁夏北部和甘肃西部间差异不显著。同时, 3个优势灌丛分布区的优势灌丛各器官间营养元素的分配格局不同。3)土壤养分相对较高的区域优势灌丛间各器官营养元素储量无差异, 而土壤养分较低区域亲缘关系较远的优势灌丛间各器官的营养元素储量差异显著, 而亲缘关系较近的优势灌丛各器官营养元素储量差异不显著。黄土高原优势灌丛各器官C、N、P化学计量特征是植物体与土壤中化学元素耦合的结果, 当土壤养分逐渐升高时, 植物体内的化学元素储量也逐渐增多。该研究不仅有助于认识黄土高原优势灌丛化学计量环境分异规律, 而且有助于洞察不同土壤条件下C、N、P在优势灌丛营养器官间的分配格局和植物资源分配策略, 并为黄土高原植被的管理和恢复提供一定的理论基础。     

玛曲高寒沼泽化草甸51种植物光合生理和叶片形态特征的比较

基于功能性状的研究方法广泛地应用于生态学研究, 用于解释不同层次的复杂的生态学过程, 而绿色植物叶片的功能性状长期被认为对植物的生存、生长和繁殖具有重要的影响。该研究对玛曲高寒沼泽化草甸51个植物种(分属于14科)的叶片形态和光合性状进行测量, 比较不同物种和不同功能群(莎草科、禾本科和双子叶类杂草)的差异, 分析叶片形态特征和叶片光合性状之间的相关性。结果表明: 1)不同物种、不同功能群之间在比叶面积、净光合速率和水分利用效率等叶片形态和光合特征方面有着显著的差异, 例如禾本科植物具有较高的比叶面积和水分利用效率, 双子叶类杂草具有较大的叶面积, 而莎草科植物具有较高的净光合速率。2)相关性分析结果显示, 无论在物种水平还是功能群水平, 叶片形态和叶片光合性状之间都具有显著的相关关系。该研究揭示了高寒沼泽化草甸植物物种在叶片功能性状上的显著分化, 进而使得这些物种能在同一个草地群落中共存, 而群落中不同功能群物种的组成差异将会对群落的结构、功能和资源利用产生显著的影响。该研究将为进一步研究高寒沼泽化草甸提供基础研究数据并为其保护和恢复提供生理生态学依据。