黄土高原丘陵沟壑区抗侵蚀植物叶表皮的生态适应性

采用叶表皮临时装片法研究了黄土高原丘陵沟壑区不同土壤侵蚀环境沟间地、沟谷地和沟间人工刺槐林地6种抗侵蚀植物叶表皮组成细胞的形态特征.结果表明: 沟间地抗侵蚀植物叶的上表皮气孔开度、气孔密度、气孔指数、气孔器长宽比可塑性、气孔器面积可塑性、表皮毛〖JP2〗密度和表皮细胞密度分别比沟谷地提高93.8%、66.8%、17.9%、36.4%、42.3%、199.4%和46.5%,下表皮分别提高90.4%、76.6%、9.8%、47.1%、43.9%、98.2%和50.1%;沟间人工刺槐林地叶上表皮各形态指标分别比沟谷地提高66.7%、20.5%、11.9%、37.9%、19.8%、113.1%和10.8%,叶下表皮分别提高106.7%、45.8%、11.9%、41.3%、21.2%、52.2%和28.1%.沟间地植物叶上、下叶表皮毛长度分别比沟谷地缩短58.8%和29.7%,表皮细胞面积分别比沟谷地减少40.3%和37.0%.沟间人工刺槐林地叶上、下表皮毛长度分别比沟谷地缩短25.0%和23.6%,表皮细胞面积分别比沟谷地减少22.2%和19.2%.抗侵蚀植物通过增加叶表皮气孔开度、气孔密度、气孔指数、气孔器长宽比可塑性、气孔器面积可塑性、表皮毛密度、表皮细胞密度和减少表皮毛长度、表皮细胞面积来适应较强的土壤侵蚀环境.     

干旱砾漠区露天采煤对草地植物群落特征及其稳定性影响

露天煤炭开采对区域地形地貌、水文循环和土壤植被等生态环境因子产生了较大干扰,但干旱砾漠区露天开采对周边植物群落及其稳定性的影响范围和程度仍有待深入研究,这个问题的探明才能为矿区植被恢复的精准施策提供科学依据。该文通过定量比较距露天开采区不同距离植物群落组成、多样性、生产力和稳定性变化特征,分析干旱砾漠区露天采煤对植物群落的影响范围和程度,并结合土壤性状和微气象因子的测量,探究影响干旱矿区植物群落特征的主导因子。结果表明:(1)干旱砾漠区露天开采排土场原始植被消失殆尽,开采区外围0~500 m范围内原优势物种重要值降低,伴生物种重要值增加,500 m后随着距开采区距离的增加优势植物重要值逐渐增加,至开采区800 m外植物群落组成趋于稳定;(2)开采区外围0~500 m范围内植物群落地上生物量、多样性和群落稳定性较5000 m处分别平均下降了53%、70%和37%,开采区500 m以外上述群落指标整体上变化不明显,而植被覆盖度在开采区外围不同距离并未表现出显著变化趋势;(3)土壤水分、有机质、有效氮磷钾、可溶性盐与植物群落地上生物量、多样性和稳定性呈正相关关系,而土壤pH、光照强度和地表温度与上述植物群落指标呈负相关关系。因此干旱砾漠区露天开采排土场及开采区外围0~500 m范围是矿区生态修复过程中重点考虑区域,同时研究表明干旱砾漠区植被主要分布在砾漠戈壁浅沟和季节性河道等生境相对良好的凹陷微地形条件下,综合可得出干旱砾漠区植被修复过程中可通过微地形塑造、土壤改良和乡土物种繁殖促进,以实现干旱矿区生态系统的稳定和可持续发展。     

陕北黄土丘陵区6种植物冠层种子库的初步研究

对陕北黄土丘陵区猪毛蒿（Artemisia scoparia）、铁杆蒿（Artemisia gmelinii）、茭蒿（Artemisia giraldii）、杠柳（Periploca sepium）、狼牙刺（Sophora viciifolia）和黄刺玫（Rosa xanthina）6种植物不同时期的冠层种子宿存量进行了调查。结果显示,6种植物均有不同程度的植冠种子宿存量,翌年4月,黄刺玫的宿存量可达57.60%,狼牙刺的宿存量达31.56%,杠柳的宿存量为6.30%,铁杆蒿的宿存量为2.42%,猪毛蒿的宿存量为1.86%,茭蒿的宿存量为1.16%。猪毛蒿、铁杆蒿、茭蒿、黄刺玫的种子宿存时间可长达7个月之久,狼牙刺、杠柳的宿存时间为5～7个月。     

彬长矿区不同地表沉陷类型下植物群落特征

地表沉陷是煤炭开发过程对生态环境造成严重损害的形式之一,直接或间接地影响植物分布与群落结构。本研究以陕西彬长矿区不同地表沉陷类型下植物群落为对象,调查植物群落组成、生产力和多样性等变化特征,探讨不同沉陷类型植物群落特征的变化规律及其机理。结果表明:1)彬长矿区植被以菊科、禾本科、豆科植物为主,植物生长型构型以多年生草本为主,水分生态类型以中旱生植物为主;沉陷扰动造成了一年生草本、多年生草本和中旱生植物比例增加,中生植物比例显著下降,而灌木和乔木比例变化不明显。2)不同沉陷类型下塬面裂缝区植物群落结构变化不显著,塬面台阶状沉陷区、沟谷边缘裂缝区和台阶状沉陷区植物群落物种数、盖度、生物量、物种密度、物种多样性显著下降。3)依据植物群落损害程度,将彬长矿区不同沉陷类型分为3类:轻微损害区,包括塬面裂缝区;中等强度损害区,包括塬面台阶状下沉区和沟谷边缘裂缝区;强烈损害区,包括沟谷边缘台阶状下沉区。     

黄土丘陵沟壑区80种植物繁殖体形态特征及其物种分布

植物繁殖体的形态特征及其物种分布是植物长期适应环境的结果,对退化生态系统的更新与恢复具有重要的理论与实践指导意义。研究了80种植物的繁殖体形态特征及与其物种分布的关系,结果表明：1）繁殖体重量差别较大（0. 020—357.428 mg）,主要集中在1—9.999 mg（占52.5%）。2）繁殖体的形状指数FI变化范围较大（1.06—12.93）,61.3%的植物繁殖体的形状近圆球形。3）33种植物繁殖体具有明显的附属物,包括毛、翅、芒和刺等。4）87.5%的植物繁殖体表面具有各种纹饰（棱、被毛、纹和颗粒状等）;繁殖体颜色以褐色和黑色为主,少数繁殖体颜色鲜艳;6种植物繁殖体具有吸水分泌粘液的特性。5）黄土丘陵沟壑区繁殖体重量小或形状近圆球形的植物分布数量多、范围广。6）繁殖体具有毛、翅和芒附属物或吸湿分泌粘液的植物在黄土丘陵沟壑区较繁殖体无附属物的植物能够分布更多、更广。繁殖体这些有利于物种分布的形态特征对于植物适应该区干旱与土壤侵蚀干扰具有重要的生态学意义,而且可用于指导该区人工补播促进植被恢复的物种选择。     

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。     

黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀环境下芽库的季节动态及垂直分布

研究了陕北黄土丘陵沟壑区5种土壤侵蚀环境(阳沟坡、阳峁坡、峁顶、阴峁坡、阴沟坡)下的植被组成、芽库组成、芽库季节动态及垂直分布特征.结果表明:该区拥有永久性芽库的多年生物种占总物种数的80.3%,具季节性芽库的一年生植物占19.7%.在侵蚀严重的阳沟坡和阳峁坡,植物返青期的永久性芽库存量较大,而在侵蚀强度较小的峁顶、阴沟坡和阴峁坡,植物开花结实期的季节性芽库密度较大.不同侵蚀环境下地下部分芽库库存量占总永久性芽库的比例较稳定,地面永久性芽库存量在阳坡较大,而地上部分季节性芽库存量在阴坡和峁顶较大.由于不同侵蚀环境下植物群落的物种组成不同,加上土壤侵蚀干扰和植物季节更新,影响了芽库在季节及垂直分布上的变化.在黄土丘陵沟壑区植被更新过程中,芽库具有重要作用.     

陕北黄土高原优势植物叶片解剖结构的生态适应性

以陕北黄土高原地区7种优势植物为材料,比较了它们沟间地和沟谷地植株叶片解剖结构的差异,以揭示该地区优势植物对干旱强光照环境的生态适应性.结果表明:(1)7种植物各自具有抵抗黄土高原干旱强光照环境的特殊解剖结构:白羊草(Bothriochloa ischaemum)叶上表皮具有发达的泡状细胞,叶内具有花环结构;长芒草(Stipa bungeana) 叶上表皮下陷形成气孔窝,表皮下具有2至多层的厚壁组织;猪毛蒿(Artemisia scoparia)叶具有贮水组织、分泌组织和环栅型叶肉细胞;铁杆蒿(Artemisia sacrorum)叶肉全特化为栅栏组织;茭蒿(Artemisia giraldii)具有双栅型叶肉细胞和分泌结构;达乌里胡枝子(Lespedeza daurica)叶具有发达的粘液细胞;杠柳(Periploca sepium)叶表皮具厚蜡质层.(2)与沟谷地植物叶片结构相比,干旱强光照的沟间地植物叶片厚度、叶上表皮角质层厚度、栅栏组织厚度、贮水组织厚度增加,上表皮细胞体积、韧皮部面积增大,而木质部面积、木质部面积/韧皮部面积缩小.(3)叶片变异系数可反映植物适应环境的潜在能力,7种植物综合变异系数由高到低依次为猪毛蒿、铁杆蒿、茭蒿、白羊草、达乌里胡枝子、长芒草、杠柳.潜在适应能力最强的猪毛蒿已成为陕北黄土高原地区植被生态恢复的先锋物种之一.     

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。     

黄土高原丘陵沟壑区抗侵蚀植物叶表皮的生态适应性

采用叶表皮临时装片法研究了黄土高原丘陵沟壑区不同土壤侵蚀环境沟间地、沟谷地和沟间人工刺槐林地6种抗侵蚀植物叶表皮组成细胞的形态特征.结果表明:沟间地抗侵蚀植物叶的上表皮气孔开度、气孔密度、气孔指数、气孔器长宽比可塑性、气孔器面积可塑性、表皮毛密度和表皮细胞密度分别比沟谷地提高93.8％、66.8％、17.9％、36.4％、42.3％、199.4％和46.5％,下表皮分别提高90.4％、76.6％、9.8％、47.1％、43.9％、98.2％和50.1％;沟间人工刺槐林地叶上表皮各形态指标分别比沟谷地提高66.7％、20.5％、11.9％、37.9％、19.8％、113.1％和10.8％,叶下表皮分别提高106.7％、45.8％、11.9％、41.3％、21.2％、52.2％和28.1％.沟间地植物叶上、下叶表皮毛长度分别比沟谷地缩短58.8％和29.7％,表皮细胞面积分别比沟谷地减少40.3％和37.0％.沟间人工刺槐林地叶上、下表皮毛长度分别比沟谷地缩短25.0％和23.6％,表皮细胞面积分别比沟谷地减少22.2％和19.2％.抗侵蚀植物通过增加叶表皮气孔开度、气孔密度、气孔指数、气孔器长宽比可塑性、气孔器面积可塑性、表皮毛密度、表皮细胞密度和减少表皮毛长度、表皮细胞面积来适应较强的土壤侵蚀环境.