植物-土壤系统中水分再分配作用研究进展

在过去100多年里,植物与土壤之间水分关系的研究多侧重于植物本身的水分利用方式、水分利用效率及其植物根系对水分的吸收等.然而进入20世纪80年代后期,植物生理生态学研究人员开始将注意力转移到植物根系对土壤水分的调节作用,即水分再分配（hydraulic redistribution）作用,具体地讲是在水势差的驱动下水分由根系向土壤中释出的一种双向和被动的水分运转过程,其中既包含水分由深层土壤向表层土壤的释出,也包括由表层土壤向深层土壤的流动,同时还涵盖了水分在水平方向上的侧向运输过程.伴随着研究手段的不断提高和对生态系统水平衡问题的关注,水分再分配逐渐成为近代植物生态学和水文学的交叉学科生态水文学（ecohydrology）的核心研究内容之一.目前该领域的研究已经阐明水分再分配作用在不同程度上对植物个体蒸腾、碳同化速率有很大贡献,有利于提高根系生活力和土壤养分;另外,在不断扩展的生态系统生态学研究中,也加强了对制约水分再分配作用发生的外部因子的认识.回顾和分析了水分再分配的研究历史、生态学意义、影响因素、测定方法等,特别提出阐述浅根系植物对水分再分配作用的依赖性与依赖程度,从植物进化学角度解释水分再分配作用发生的生理学基础和意义及水分再分配作用对土壤微生物活性的影响等方面将是未来研究的几个重点方向.     

浑善达克沙地典型灌木和草本植物对模拟降雨的不同反应(英文)

To assess the ecophysiological responses and adaptive strategies to rainfall exhibited by different plant functional types, we compared gas exchange, leaf water potential (ψleaf) and PS photochemical efficiency (Fv/Fm) between Hedysarum fruticosum Pall. (shrub) and Salsola collina Y. L. Chang(herb) under a series of simulated rainfalls. The experiment was conducted in Hunshandak Sandy Land, North China. The values of net photosynthetic rate (Pn), transpiration rate (E), stomatal conductance (gs), Fv/Fm and ψleaf always elevated with the increasing amount of simulated rainfall. Whereas water useefficiency (WUE) maintained constant in H. fruticosum while always decreased in S.collina. Both speciesfully recovered their Pn and Fv/Fm 3d after rainfall, while gs and ψleaf recovered only within 2 d. However, the response patterns were obviously different. H.fruticosu promote its physiological traits within 5-15 mm rainfall but no further positive enhancement was noted when rainfall was larger than 15 mm. In S.collina, however, the enhancement continued with more water applied. We inferred that H.fruticosum and S.collina responded similarly to rainfall in time courses but differential to simulated precipitation change. S.collina was likely to be physiologically sensitive to instant increasing soil water, that can be regarded as a prodigal water use type; whilst H.fruticosum was a conservative water user.     

浑善达克沙地不同光合途径植物叶片气体交换和水势特征(英文)

以生长于浑善达克沙地上的C3植物白榆(Ulmus pumila)、C4植物沙米(Agriophyllum pungens)和CAM植物钝叶瓦松(Orostachys malacophyllus)3种不同光合途径植物为材料,测定了它们生长期叶片的光合气体交换参数、叶绿素荧光参数和水势,探讨它们对生长环境的生理响应特征.结果表明,白榆和沙米的净光合速率、气孔导度均高于钝叶瓦松,特别是在夏季高温(>40℃)和强光照(>2 100 μmol·m-2·s-1)条件下表现得更加明显.白榆和沙米的光合速率、叶片水势都发生了严重的午休现象,其白天光合速率的降低主要是由于气孔关闭造成的.钝叶瓦松的叶片水势在3种植物中最高,但是白天的光合速率很低;其Fv/Fm值在14:00最低,一天中此时光系统II受伤害最大;CAM物种瓦松的碳固定仅发生在夜间.研究发现,C3植物白榆和C4植物沙米比CAM植物钝叶瓦松对热和高光照有着更强的忍耐力,瓦松固定碳主要发生在生长最快的阶段;CAM植物瓦松为了能够在夏季强光和高温条件下生存,它必须进行高强度的呼吸,仅在早晨和夜间进行碳固定.     

人为干扰对浑善达克沙地榆树疏林的影响

 榆树（Ulmus pumila）疏林灌丛草原是浑善达克沙地植被演替的顶极群落。但近年来,榆树数量减少、树龄老化严重。2001～2002年,在浑善达克沙地榆树疏林集中分布地区,选取了轻度（LD）、中度（MD）和过度（HD）3个不同干扰强度的地点进行实地调查。分析了浑善达克沙地榆树数量     

浑善达克退化沙地草地生态恢复试验研究

选择草地退化十分严重的浑善达克沙地腹地开展恢复生态学研究 ,试图寻求沙地草地生态恢复的新途径。采取“以地养地”模式 ,在小范围的土地上 ,建立高产饲草基地 ,使牲畜的压力逐步向高效地集中 ,同时改变畜群结构 ,解决当地牧民生活出路 ;而大面积的退化草地 ,主要借助自然力恢复。结果表明 ,自然力在浑善达克沙地退化生态系统恢复中起到巨大的作用 ,群落生物量、平均高度和总盖度 2年后均随恢复时间增加而增加 ( P<0 .0 5 )。流动沙丘的裸沙 ,经 2 a自然恢复后 ,生物量达 1 0 1 2 g/m,总盖度高达 60 %。与对照相比 ,封育 2 a后固定沙地群落盖度增加近 3倍 ;滩地群落生物量提高了 9倍 ,平均高度增加 4倍。植被组成方面 ,恢复前固定沙地以冷蒿 ( Artemisia frigida)、糙隐子草 ( Cleistogens squarrosa)和寸草苔 ( Carexduriuscula)等为主 ,恢复 2 a后冰草 ( Agropyron cristatum)、褐沙蒿 ( Artemisia intramongolica)等占优势 ;滩地植被中 ,羊草 ( L eymus chinensis)、披碱草 ( Elymus dahuricus)等逐步取代了灰绿藜 ( Chenopodiumglaucum)和尖头叶藜 ( Chenopodium acuminatum)等。生态恢复不仅使自然生态系统得以保护 ,而且带动了社会经济的发展 ,项目中的正蓝旗巴音胡舒嘎查牧民 ,在实验示范前后     

浑善达克沙地典型灌木和草本植物对模拟降雨的不同反应

为了探讨不同生活型对瞬时降雨的适应策略,比较了浑善达克沙地常见灌木羊柴(Hedysarum fruticosum Pall.)和其共生草本植物猪毛菜(Salsola callina Y.L. Chang)在降雨解除干旱后的生理生态反应.光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、气孔导度(gs)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)和叶片水势(ψleaf)均随着模拟降雨量的增加而增大;羊柴的水分利用效率(WUE)随降雨量的变化不大,而猪毛菜的WUE却随降雨量的增加一直处于下降趋势.两种植物的Pn和Fv/Fm都在雨后3 d完全恢复,而gs和ψleaf却提前1或2 d恢复,这说明气孔和非气孔因素综合限制了羊柴和猪毛菜的同化速率.两种植物对模拟降雨量的反应方式不同,15 mm的雨量就使羊柴的Pn、E和gs达到最大值,而猪毛菜却随着雨量的增加一直增大.我们认为,羊柴和猪毛菜对于模拟降雨的反应在时间上具有同步性,但对雨量的反应方式却不一致,猪毛菜对水分的利用不经济且瞬时反应,而羊柴可以被认为是节约型用水植物.     

浑善达克沙地榆树疏林自然保护区核心区设计的初步研究

 为了保护浑善达克沙地榆树(Ulmus pumila)疏林景观,拟建立自然保护区。基于榆树疏林植被图,运用ArcGIS分析榆树疏林斑块数量、面积、破碎化程度,发现该区榆树疏林斑块大小差异较大,小斑块较多,斑块边界割裂严重,破碎化程度高,需要及时加以保护。按照景观生态学原理、生物岛屿地理学设计自然保护区原则,选择疏林斑块集中分布区,作为潜在核心区,运用ArcGIS的缓冲区分析功能,设计不同的宽度,发现斑块边界向外延伸 3 km能够连接较多的斑块,而占用较少的非疏林斑块土地面积。同时调查斑块外不同距离样方与疏林斑块的群落相似度,发现1 km以内能够包含大于10%相似度的群落。由此而初步确定的核心区分布在正蓝旗23个嘎查,面积1 531 km2,约占全旗总面积的13%。     

地中海沿岸沙丘种子大小对植物及其种子多度的影响

分析了地中海沿岸沙丘3种微生境(灌丛下、灌丛之间的开阔地、路径)以及整个沙丘生态系统的种子大小与土壤种子库中休眠种子的数量、土壤种子库中总种子的数量、地上植被中各个植物种的个体数量和幼苗数量、每种植物在小样方中的出现频率等方面之间的关系,也分析了种子尺寸(长、宽、高之和的平均值)与土壤种子的长久性、土壤种子库中休眠种子数量之间的关系;还分析了具有不同种子大小的植物在沙丘生态系统和各微生境的分布比率,验证了生活周期短的植物的种子在土壤中更长久和被干扰的微生境具有更多的休眠种子这种假说。结果发现,在地中海沿岸沙丘生态系统中,具有特别大的种子和特别小种子的植物种类都很少,不同植物种子的大小呈现近正态分布,但绝大多数植物的种子重量都不超过10 mg;微生境影响种子尺寸与种子长久性的关系,在灌丛下、开阔地区域等两个微生境以及整个的沙丘生态系统都呈现显著的正向关系(p<0 .0 5 ) ,而在路径这种关系不很明显;种子多度与植被物种出现频率呈现强烈的正相关(p<0 .0 5 ) ,没有发现种子大小与土壤种子库中休眠种子数量、种子库中总的种子数量、植被物种出现频率、植被的物种多度、幼苗植物多度等方面有显著的关系;具有中度大小种子(0 .1～10 mg)的植物在总的土壤种子库、休     

河北省天然草地生物量和碳密度空间分布格局

分析不同草地类型生物量与碳密度空间分布特征及其影响因素,揭示草地植物碳库的变化规律,对于了解我国草地生态系统碳汇具有重要意义。2011–2013年以河北省天然草地为研究对象,调查了不同草地类型的地上活体生物量、凋落物生物量和根系生物量以及各组分的碳密度。结果表明:温性草原、温性草甸、温性山地草甸、低地盐化草甸、暖性草丛和暖性灌草丛6种草地类型的总生物量差异显著,其中低地盐化草甸总生物量最高,为2 770.2 g·m~(–2),而温性草原最低,为747.6 g·m~(–2),前者约为后者的3.7倍;地上活体生物量最大的是低地盐化草甸,其次是暖性灌草丛和温性山地草甸,最小的是温性草原,分别为285.0、235.1、203.1和110.6 g·m~(–2);凋落物生物量也是低地盐化草甸最大,其次是温性山地草甸和温性草甸,分别为584.0、187.9和91.0 g·m~(–2)。6种草地类型的根系生物量均大于地上生物量,是地上生物量的1.9–4.3倍,不同草地类型根冠比的平均值为3.1;低地盐化草甸的根系生物量最高,为1 901.3 g·m~(–2),温性草原的根系生物量最低,只有低地盐化草甸的1/3。在各类草地生物量碳密度方面,低地盐化草甸的地上活体碳密度、凋落物碳密度与根系碳密度均为最大,分别为132.7、81.2和705.9 g C·m~(–2)。草地地上生物量、凋落物生物量和根系生物量以及总生物量均随海拔的升高先减少而后增加(p0.05);草地生态系统总生物量和根系生物量随大于10℃积温的增加先降低而后升高(p0.01)。该研究中暖性灌草丛多分布在石质山区,土层很薄,植物地上生物量和根系生物量都比土层较厚的草甸草原低。可见,在较大区域比较不同草地类型生物量时,应综合考虑气候、土壤、地理等因素。     

浑善达克沙地不同植物功能型光合作用和水分利用特征的比较

为了比较不同植物功能型在沙地生境下光合作用和水分利用效率的差异,测定了浑善达克沙地3种功能型的代表种的气体交换特征来比较它们的光合碳固定能力和水分利用状况。3个代表种的气体交换日变化结果表明乔木的光合速率和水分利用效率比草本和灌木的低,而蒸腾速率和气孔导度较高,经过中午的光合午休后,乔木的光合速率在下午没有恢复,而草本和灌木都有不同程度的恢复。在所测定的所有代表物种中,研究地全部的乔木(3种)和灌木(6种)以及典型的草本(2 5种) ,气孔导度与光合速率和蒸腾速率都成显著的正相关关系;另外,在同样的叶片水势情况下,乔木植物的气孔导度最低,在同样的蒸腾速率情况下,乔木植物的光合速率最低。这些结果表明乔木在CO2 同化和H2 O蒸腾平衡上具有低的水分利用效率。从这个角度考虑,我们认为在对沙地进行恢复时,一些草本和灌木种比乔木更合适