长期氮添加对草甸草原生态系统氮库的影响

大气氮沉降增加深刻影响生态系统物种多样性、生产力及其稳定性,研究草原生态系统N库如何响应不断增加的大气氮沉降至关重要。本研究在内蒙古额尔古纳草甸草原开展刈割和不同水平外源氮添加试验,设置6个氮添加水平: 0、2、5、10、20和50 g·m^-2·a^-1,同时设置刈割处理,分为刈割和不刈割2个水平。在连续处理的第7年,采集群落中优势植物地上部分、群落根、地表凋落物和0～100 cm分层土壤样品,测定N含量并计算N库储量。结果表明: 氮添加显著增加植物地上部分和凋落物N含量,以及羊草、植物群落和凋落物的N库及生态系统N库总量。刈割处理显著增加羊草叶片和凋落物N含量,降低羊草、植物群落和凋落物N库,但并不改变它们对氮添加的响应格局。此外,刈割和氮添加对植物群落N库存在显著的交互作用。在不刈割处理下,高水平氮添加使更多的氮储存在凋落物中等待分解,植物群落N库的饱和阈值出现在10 g·m^-2·a^-1;在刈割处理下,植物群落N库表现为随氮添加量增加而不断增加,并且在相同水平氮添加条件下刈割后进入到植物群落N库中的氮更多。刈割可以缓解氮沉降不断增加对生物多样性和生态系统稳定性造成的不利影响,并可以在一定程度上推迟氮沉降增加引起的生态系统氮饱和的发生。     

封面说明

封面照片为内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院房丽晶同学拍摄于内蒙古自治区乌珠穆沁草原的巴拉格尔河流域。巴拉格尔河蒙古语意为"蜜之河",发源于内蒙古西乌珠穆沁旗浩勒图高勒镇巴彦宝拉格嘎查哲尔德毛日图山脊东南。巴拉格尔河流域(116°21’—119°31’E,43°57’—45°23’N)面积5350 km²,海拔885~1876 m,是乌珠穆沁草原的重要组成部分。该流域属于温带干旱半干旱大陆性气候,年均气温1.2℃,年均降水量333.1 mm,年均蒸发量1550 mm,年均径流深9.7 mm。     

闽东南地区马尾松古树对气候变化和虫灾的生态弹性

马尾松是我国南方地区广泛分布的先锋造林树种。在全球变暖、气候干旱化和虫灾频发的趋势下,研究马尾松对环境干扰的生态弹性对森林管理有重要意义。本文对福建省仙游县百松村的马尾松古树进行树木年轮样品采集,建立区域首个马尾松树轮宽度标准年表(1865—2014年)。结果表明: 当年7—9月低相对湿度和5—9月极端高温是树木生长的主要限制因素。根据树轮极端窄年确定1869、1889、1986、1991和1993是极端事件年。时序叠加分析发现,极端事件发生前两年的持续低值加剧了极端事件的影响。干旱年份更容易引发虫灾。1889年是受虫灾影响最严重的年份,1986和1991年受到虫灾和干旱气候的双重影响,其余极端年主要受干旱气候的影响。树木对虫灾的抵抗力弱于对干旱事件的抵抗力;除1991年外,树木对虫灾的相对弹性力高于对干旱事件的相对弹性力。1889年的相对弹性力最高,1991年受到连续极端事件的影响,相对弹性力最低。2000年以来研究区干旱化趋势加强,马尾松古树遭受干旱和虫灾的干扰加强,部分树木死亡。     

干旱对不同花椒种植模式下土壤微生物和线虫群落的影响

随着全球气候变暖, 我国岷江上游干旱区面积呈现增加的趋势。花椒(Zanthoxylum bungeanum)是岷江上游重要的经济树种之一, 对当地经济和社会发展起着重要作用, 提高花椒生态系统应对干旱干扰已成为迫切的问题。本研究设置了花椒单作、花椒-苜蓿(Medicago sativa)间作和花椒-大豆(Glycine max)间作3种种植模式, 在2015年8月对每种种植模式模拟干旱30 d, 每种种植模式包括干旱和对照处理, 在模拟干旱结束后、恢复15 d、30 d和45 d后分别采集土壤样品, 分析土壤化学性质、土壤微生物和线虫群落, 以探究花椒林下豆科植物能否缓和干旱的遗留效应对土壤化学性质和土壤生物的影响。重复测量方差分析表明: 在花椒单作模式下, 干旱恢复45 d后土壤硝态氮含量显著高于对照, 微生物量和真菌/细菌比与对照无显著差异, 线虫密度与对照无显著差异, 但线虫功能团没有恢复到对照水平; 在花椒-苜蓿间作模式下, 干旱恢复45 d后土壤含水量、铵态氮、硝态氮、溶解性有机碳、溶解性有机氮、微生物量、真菌/细菌比、线虫密度和线虫功能团组成与对照无显著差异, 但植食性线虫属Boleodorus相对多度显著高于对照; 在花椒-大豆间作模式下, 干旱恢复45 d后土壤含水量、铵态氮、硝态氮、溶解性有机碳、溶解性有机氮、微生物量和真菌/细菌比与对照无显著差异, 但线虫密度和功能团组成与对照有显著差异。在3种花椒种植模式中, 花椒-苜蓿间作模式下干旱的遗留效应对土壤养分和生物的影响最小。因此, 在干旱背景下, 花椒林下间作豆科植物可以加快土壤养分、土壤微生物和线虫群落的恢复, 进而有利于目标作物生长。     

不同放牧强度对赛罕乌拉草原蜘蛛多样性的影响

蜘蛛作为草原生态系统中的主要消费者, 对维系草原生物多样性和生态系统功能具有重大意义。放牧是人类利用草原最普遍的方式, 了解放牧对蜘蛛多样性的影响具有重要生态学意义。本研究调查了内蒙古赛罕乌拉草原上5个不同放牧强度样地中的蜘蛛多样性, 通过单因素方差分析(one-way analysis of variance)比较各样地中的蜘蛛多样性, 非度量多维标度分析(non-metric multidimensional scale, NMDS)和相似性分析(analysis of similarities, ANOSIM)比较各样地间的蜘蛛物种组成相似性, 再结合相关性分析探讨了植被高度对蜘蛛多样性的影响。结果表明: 重度放牧强度样地的蜘蛛多样性显著低于其他未放牧及轻度放牧样地; 具体到常见科上, 放牧强度对织网型的园蛛物种数和个体数影响显著, 而对游猎型的狼蛛、跳蛛却不明显; 织网型蜘蛛主要受植被结构影响, 而游猎型蜘蛛更可能受潜在猎物可得性的影响。NMDS分析表明不同放牧强度下, 蜘蛛类群的物种组成呈现明显的梯度变化, 放牧强度越低, 物种组成和未放牧样地越相近。相关性分析表明草原植被高度与蜘蛛多样性总体上呈正相关关系, 即植被高度越高, 蜘蛛多样性越高。其中依靠植物构建蛛网的园蛛科和在植物上层伏击猎物的蟹蛛科、逍遥蛛科等与植被高度显著相关。这说明植物资源及其空间异质性可能对草原蜘蛛多样性起着主导作用。因此, 降低放牧强度有助于保护草原蜘蛛群落的多样性, 特别有利于织网型蜘蛛。     

青藏高原不同高寒草地类型土壤酶活性及其影响因子

土壤酶活性作为生态系统养分循环的关键因素, 是反映土壤质量和生态系统功能的重要指标, 但是关于高寒草地生态系统中不同草地类型间酶活性的差异研究还很少。因此, 该研究在藏北高寒草地选择高寒草甸、高寒草原、高寒草甸草原、高寒荒漠草原和高寒荒漠5种草地类型进行野外原位调查和采样, 测定了涉及碳(C)、氮(N)和磷(P)循环的14种酶的活性, 并建立了高寒草地酶活性与土壤微生物和土壤理化性质等环境因子的关系。结果表明: C循环酶(蔗糖酶、纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、多酚氧化酶和过氧化物酶)和P循环酶(碱性磷酸酶)在不同高寒草地类型间活性差异明显, N循环酶中仅芳香氨基酶和亚硝酸盐还原酶两种酶在不同高寒草地类型间活性差异明显。同时, C、N和P循环酶之间存在一定的相关关系, 其中, 蔗糖酶和碱性磷酸酶、纤维素酶和α-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性显著正相关, 多酚氧化酶与亚硝酸还原酶和β-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性显著负相关。在测定的19个环境指标中, 土壤有机质(SOM)含量、革兰氏阴性菌数量、土壤N和P含量计量比、革兰氏阳性菌数量、细菌数量、放线菌数量、全氮含量、真菌数量是影响土壤酶活性的关键因子, 且SOM含量的影响最大(解释量为11.9%)。综上所述, 不同高寒草地类型间C循环酶、P循环酶和两种N循环酶(芳香氨基酶和亚硝酸还原酶)活性差异显著, SOM含量、微生物数量和N含量等是影响高寒草地生态系统土壤酶活性的关键因子。     

草地利用方式对温性典型草原优势种植物功能性状的影响

当外界环境发生变化后植物能够改变自身功能性状及时调整适应策略, 因此植物功能性状能够有效地反映植物对草地利用变化的响应, 然而在内蒙古草原从植物功能性状角度开展草地利用方式影响的研究略少。该研究以内蒙古典型草原大针茅(Stipa grandis)、羊草(Leymus chinensis)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)和冷蒿(Artemisia frigida) 4种主要优势种为研究对象, 探讨在长期自由放牧、割草、短期围封和长期无干扰的影响下优势种植物功能性状的差异, 以期从功能性状视角, 揭示植物在受到外界干扰后的适应策略, 旨为天然草地的可持续管理提供基础数据支持和科学依据。结果表明: 1)除糙隐子草外, 在长期放牧后内蒙古典型草原优势植物植株高度、根长和植物碳氮含量降低, 这些性状的变化能够使植物个体小型化, 适口性降低, 表明植物通过逃避放牧的策略适应长期自由放牧的干扰; 在割草管理方式下, 优势种的高度和比叶面积有增加的趋势, 其中冷蒿的氮含量对割草响应最敏感, 其根、茎、叶中的氮含量均在割草样地最低; 围封和长期无干扰处理下植物的碳氮含量增加, 表明在干扰强度降低后, 植物通过功能性状的改变从资源获取策略向资源储藏策略转变。2)对优势种功能性状集合分析表明, 糙隐子草具有较低的植株高度和较高的比叶面积, 冷蒿具有较高的木质素含量和氮含量, 这些性状能够使两种植物被家畜采食量减少, 并保证其具有较强的再生能力, 这可能是糙隐子草和冷蒿耐牧的原因; 大针茅具有最高的植株高度、最大的叶片干物质含量, 以及最高的茎、叶纤维素含量, 说明大针茅是非常典型的竞争物种, 在干扰较低的条件下, 大针茅采取竞争策略对其他物种产生较大的竞争压力可能是其占优势的重要原因。     

黄河上游甘蒙柽柳生长对极端旱涝的响应

青藏高原黄河上游河岸带是典型的生态脆弱区, 然而近年来气候变暖加剧了该地极端旱涝事件的频繁发生, 高原河岸带生态脆弱区植被是否能够应对极端旱涝事件的干扰成为流域生态环境管理工作所关注的重点问题。为了研究黄河上游河岸林中主要树种对极端旱涝的响应, 该研究选取青海省同德县和兴海县3处河岸林中的47株甘蒙柽柳(Tamarix austromongolica), 分别从树干面向邻近山体一侧及与之垂直的一侧分别获取1根树轮样本, 分析其历史生长。通过对比两个方向上的生长速率判断甘蒙柽柳是否受到地质灾害影响从而将其划分为受伤组和对照组, 分析两组甘蒙柽柳在过去63年中径流极值年的抵抗力状况及两个方向的生长差异。研究发现, 甘蒙柽柳对干旱和洪涝均有着很强的抵抗力, 河岸带多样化的水分来源有助于甘蒙柽柳在极端干旱环境中较好地生长; 但洪涝伴随泥石流等地质灾害的频发使甘蒙柽柳面向山体侧面受到严重的生长抑制, 表现出显著的方向性差异, 从而影响甘蒙柽柳的形态。较长的创伤恢复期带来的遗留效应可能造成甘蒙柽柳对外界干扰的较高敏感性。研究黄河上游甘蒙柽柳生长对极端旱涝的响应, 将有助于评估生态脆弱区生态弹性过程, 同时为高原河岸带生态建设和恢复提供科学依据。     

水分胁迫下臭柏（Sabina vulgaris Ant.）光合特性和色素组成的季节变化

在室内砾耕栽培条件下,通过培养液中加入PEG(Polyethylene glycol 分子量为6000)以调节溶液渗透势,设置对照、弱水分胁迫和强水分胁迫3种处理 (培养液渗透势分别为0.02,-0.1,-0.34 MPa), 从1997年开始对臭柏进行长期干旱胁迫模拟实验.2003年测定了臭柏叶片光合色素和光合特性的季节变化.结果表明:对照区气孔导度季节变化在5月和9月份形成了典型的双峰曲线.尽管对照区的气孔导度明显高于其他两个处理,但日光合量却低于弱水分胁迫区.3个处理Chl a/b的比值在11月至翌年3月的低温期内均升高,以强水分胁迫区的增幅最大,其它月份该比值在3个处理之间没有显著的差异.3个处理的叶绿素总量(Chl a+b)在生长季的5～9月份均有不同程度的上升,但其中以强水分胁迫区增幅最小.在11月至翌年3月的低温期,各处理均大幅提高叶黄素总量(V+A+Z)和热耗散色素比例(A+Z)/(V+A+Z) (V:紫黄质、A:单环氧玉米黄质、Z:玉米黄质);在5～7月份的生长高峰期,各处理则明显降低了叶黄素总量和热耗散色素比例.这种趋势在强水分胁迫区表现的更为显著.     

沙枣（Elaeagnus angustifolia）和孩儿拳头（Grewia.biloba G.Don var.parviflora）幼苗气体交换特征与保护酶对干旱胁迫的响应

以沙枣和孩儿拳头2年生盆栽苗为材料,采用称重控水的方法设置4个土壤含水量梯度(CK、T1、T2、T3),研究不同干旱胁迫对沙枣和孩儿拳头气体交换特征与保护酶的影响.结果显示:(1)干旱胁迫不仅引起两物种净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间 CO2 浓度的下降,而且使其日变化曲线在一定程度上发生改变;在轻度(T1)和中度胁迫(T2)下,两物种净光合速率下降主要是由气孔因素引起的,重度胁迫(T3)下,净光合速率下降主要是非气孔因素引起的.(2)随着干旱胁迫增加,沙枣瞬时水分利用效率呈现增加下降再增加趋势,孩儿拳头呈现下降趋势;两物种表观光能利用效率显著下降,重度胁迫下(T3),下降率达50%左右,孩儿拳头表观光能利用效率对干旱胁迫比较敏感;两物种表观CO2利用效率总体呈现下降趋势,沙枣表观CO2利用效率日进程经历了单峰(T1)、双峰(T2)、单峰(T3)的变化,孩儿拳头各处理的表观CO2利用效率日变化均呈现单峰曲线.(3)随着干旱胁迫加剧,两物种叶片的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性先升高后降低,土壤含水量高于12.8%时,两物种SOD酶活性均高于CK,随着土壤含水量的降低,SOD酶活性低于CK;重度胁迫下(T3),沙枣POD酶活性虽然有所下降,但仍高于CK,而孩儿拳头则和CK无显著差异;两物种CAT酶活性在重度胁迫下(T3)显著低于CK;随着干旱胁迫程度的增加,两物种叶片中的丙二醛(MDA)含量均呈现升高趋势,孩儿拳头脂质过氧化程度受干旱胁迫的影响较大.