植物竞争研究综述

概述了竞争的概念、理论 (包括最大生长率理论、最小资源需求理论和资源动态两阶段说 )、特性 (主要有竞争不对称性和环境相关性 )及其影响因素 ,竞争与群落组成、结构和动态的关系。并对近几十年来生态学上关于植物竞争的争论焦点作了论述 ,即竞争对个体生长、繁殖和存活及群落演替的相对重要性 ,主要介绍了Grime、Newman&Tilman和Deborah&Ariel的 3种观点 ,其中Grime认为竞争不重要 ,相反Newman&Tilman认为竞争比较重要 ,Deborah&Ariel则提出了资源动态两阶段说 ,认为竞争重要与否取决于两个条件 :一为植物对土壤资源的吸收利用与非生物因素两者分别在多大程度上决定了资源可利用性的渐次降低 ;二为资源正波动期因竞争引起的生长量减少在多大程度上决定了资源负波动期个体的存活率     

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。     

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.     

陕北黄土丘陵区撂荒群落共存种活性氧清除指标对水分胁迫的响应

群落共存种对环境变化的生理生态响应差异是群落演替的重要因素,其中活性氧清除是生理生态响应的重要方面。该研究以黄土丘陵区10个常见撂荒群落共存种(阿尔泰狗娃花、猪毛蒿、铁杆蒿、茭蒿、小花棘豆、达乌里胡枝子、白羊草、冰草、中华隐子草和无芒隐子草)为研究对象,测定了不同水分处理条件下(适宜水分、中度胁迫及重度胁迫)生长季中3个月份(8、9和10月)个体和种群的生长表现(个体株高、生物量和种群存活率),及主要活性氧清除指标［类胡萝卜素含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和谷胱甘肽(GSH)含量］,分析群落共存种的生态适合度和活性氧清除指标对水分处理的响应差异及其相互关系,以明确演替生态位置上各指标的变化趋势。结果表明：(1)随水分胁迫程度的增加,演替前期种——猪毛蒿的的适合度有所下降,后期种——白羊草有所上升。(2)GSH和类胡萝卜素含量均随水分胁迫程度增强显著升高。(3)类胡萝卜素含量、SOD活性和GSH含量存在显著的种间差异,其中达乌里胡枝子的类胡萝卜素含量、小花棘豆的SOD活性、中华隐子草的SOD活性和GSH含量、无芒隐子草的类胡萝卜素含量和GSH含量均相对较高,且这3个指标的生长季变化也较为明显,8月份类胡萝卜素含量和GSH含量相对较高,而10月份GSH含量和SOD活性相对较高。(4)演替生态位置上,10个共存种在演替序列上以前期种的适合度和类胡萝卜素含量相对较低,而演替后期种相对较高,表明演替后期的植物较为耐旱。     

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。     

黄土丘陵区刺槐树干液流动态分析

2009年4月14日—10月10日,利用热扩散式液流探针(thermal dissipation probe,TDP)对延安市燕沟流域刺槐生长期树干边材液流进行连续监测,并同步监测光合有效辐射、气温、空气相对湿度、风速和降雨量等气象因子.结果表明:刺槐树干液流流速日变化呈单峰曲线,且不同季节液流的日动态变化存在明显差异.叶芽期(4月)液流启动时间在12:00左右,液流达到峰值的时间为18:00左右;5—8月液流启动时间提前到5:30—7:30,液流达到峰值的时间提前至15:00左右;9月以后,液流启动时间在8:00左右,液流达到峰值的时间提前至11:30—13:00.树干液流流速月平均值总体上呈"低-高-低"趋势,其中,4月的平均液流流速最小,为0.000549cm.s-1,8月最大,为0.002610cm.s-1.树干液流速率与气象因子密切相关,其相关性程度依次为:温度水汽压亏缺光合辐射强度相对湿度风速,且可用光合辐射强度和水汽压亏缺线性表达式来估测,其多元线性回归模型达到极显著水平(P0.001).     

土壤水分变化对黄土丘陵区撂荒群落共存种竞争的影响

群落共存种对限制性资源的竞争响应是群落组建、维持与演替的重要影响因素。以黄土丘陵区摞荒群落共存种为研究对象,研究不同水分条件下的竞争响应差异,以期揭示生境变化时群落演替的植物竞争机理。试验设土壤水分与混植密度两个处理,其中混植密度采用CDS （Community density series）法,含3个密度水平（衡水试验为3、12、21株/m²,变水试验为5、20、35株/m²）;土壤水分设衡水（高（75% FC）、中（60% FC）、低（45% FC）3个水平）与变水（由高水（75% FC）经50 d持续干旱至低水（45% FC））两种处理。根据共存种株高的阶段性生长与其在群落中的相对生物量等生长表现,在CDS法基础上扩展并测算了生长变化量、相对生物量和相对生长率等指标。据此,研究竞争效应和水分胁迫效应的相对影响,共存种相对竞争能力和竞争等级对土壤水分变化的响应,及高水期因竞争引起的个体大小不对称性与低水期死亡率的关系。结果表明：1）不同水分多种混植共存条件下,竞争效应对多数共存种在群落中的生长表现较水分胁迫效应影响更大;以相对生物量为指标的竞争的群落效应（4.30±0.49）较水分胁迫的群落效应（-23.56±20.38）大,且二者累加效应（4.76±0.4）大于二者单项效应之和（-19.26±20.48）,即竞争+水分胁迫对多种共存群落具有协同效应。2）当水分条件发生变化时,群落共存种的竞争等级并不完全相同（P > 0.05）,相应的会发生变化,且水分差别越大,共存种竞争等级的差别也越大;高水条件下群落共存种竞争所引起的群落效应最大（4.84±0.23）,部分支持最大生长率理论,即限制性资源水平越高,群落共存种竞争越激烈。3）变水试验中,10种群落共存种在高水期因竞争引起的个体大小差异与低水期的死亡率呈正相关关系（P=0.015,r²=0.801）,根据资源动态两阶段假说,说明试验条件下群落共存种竞争是群落组建的重要因素。     

砒砂岩区不同施氮水平下5种潜在适生植物氮素利用比较研究

鄂尔多斯高原砒砂岩区土壤贫瘠、水土流失强烈,土壤氮素养分也是该区域植被恢复重建的主要限制因子。该研究以3种乡土种芨芨草(Achnatherum splendens)、长柄扁桃(Amygdalus pedunculata)和沙棘(Hippophae rhamnoides)与2种外来种掌叶大黄(Rheum palmatum)和杂交狼尾草(Pennisetum americanum×P.purpureum)为研究对象,采用田间试验方法,分析比较鄂尔多斯砒砂岩区5种潜在适生植物在4个施氮水平[对照N_0、低(N_L,0.1 g N/kg风干土)、中(N_M,0.2 g N/kg风干土)、高(N_H,0.3 g N/kg风干土)]下个体生长表现和氮素利用相关指标的差异,旨在从氮素利用角度以及物种选择与施氮干预两方面为区域植被恢复重建提供理论依据。结果表明:(1)5种植物的个体生长表现在中等施氮水平下最佳,试验期间掌叶大黄、芨芨草、长柄扁桃、杂交狼尾草和沙棘在中等施氮水平下的株高和生物量分别增加10.00、41.41、38.95、151.45、41.08 cm和52.84、60.55、75.36、668.67、142.86 g。(2)5种植物在4个氮素水平下的平均氮素利用效率(NUE)为1 154.42 g·g~(-1),各施氮水平下,沙棘、掌叶大黄、长柄扁桃、杂交狼尾草和芨芨草的NUE分别为1 546.16、1 429.45、1 389.75、731.09、675.65(g·g~(-1)),且5种植物的NUE存在显著的种间差异,各施氮水平下植物的NUE综合表现为:沙棘、掌叶大黄、长柄扁桃大于杂交狼尾草、芨芨草。(3)氮素水平对5种植物NUE的影响显著,以中等施氮下最高,且5种植物不同施氮水平的NUE综合表现为:中氮对照、高氮低氮。(4)在影响NUE的两种乘项构成因素中,5种植物因生活型等方面的差异呈现出较为明显的氮素生产力(NP)和平均滞留时间(MRT)间的权衡,其中作为速生植物类引进的杂交狼尾草倾向于通过提高氮素生产力来提高氮素利用效率;而大型灌木类本地种——沙棘和长柄扁桃则偏向于通过提高滞留时间来提高氮素利用效率。研究认为,在砒砂岩区植被恢复物种选择和施氮干预中,建议栽植沙棘和长柄扁桃;并且适度施氮有助于提高区域适生植物氮素利用效率,促进植被恢复重建。     

黄土丘陵区不同土地利用的土壤水分灰色关联度

运用灰色关联度分析法,分析了黄土丘陵区的延安燕沟不同土地利用方式下土壤水分的垂直变化和月动态.结果表明:梯田各层土壤水分变化态势相似程度较高,即梯田土壤水分的垂直波动较小;不同土地利用方式下均是表层(0-30cm)和中层(30-100cm)土壤水分的灰关联度较大,即土壤水分的变化发展态势较一致,但由于不同利用方式的影响,土壤水分变化态势的相似程度为梯田〉白羊草〉刺槐〉沙棘,除白羊草地外,其他土地利用方式下表层(0-30cm)与深层(100-200)的灰关联度最小,土壤水分变化差异较大.从各月土壤水分灰关联度来看,沙棘除10月份外,其他各月土壤水分变化态势的相似程度较高;白羊草地正好相反,整个生长季土壤水分的变化波动很大;梯田和刺槐林地居中,但各月土壤水分变化态势的相似程度仍然存在差异,表现为雨季前各月土壤水分变化较为一致,雨季后的9、10月份与4月份相比差异较大.说明不同的土地利用方式对土壤水分的垂直变化和月动态变化均产生不同影响. 态势的相似程度为梯田》白羊草》刺槐》沙棘,除白羊草地外,其他土地利用方式下表层(0-30cm)与深层(100-200)的灰关联度最小,土壤水分变化差异较大.从各月土壤水分灰关联度 看,沙棘除10月份外,其他各月土壤水分变化态势的相似程度较高;白羊草地正好相反,整个生长季土壤水分的变化波动很大;梯田和刺槐林地居中,但各月土壤水分变化态势的相似程度仍然存在差异,表现为雨季前各月土壤水分变化较为一致,雨季后的9、10月份与4月份相比差异较大.说明不同的土地利用方式对土壤水分的垂直变化和月动态变化均产生不同影响. 态势的相似程度为梯田》白羊草》刺槐》沙棘,除白羊草地外,其他土地利用方式下表层(0-30cm)与深层(100-200)的灰关联度最小,土壤水分变化差异较大.从各月土壤水分灰关联度 看,沙棘除10月份外,其     

陕北黄土丘陵区撂荒草地群落生物量及植被土壤养分效应

为了明确植被演替过程中植被与土壤的互动效应，为植被恢复提供依据。根据陕北黄土丘陵区36块不同年限（时间尺度为2—45a）的撂荒样地地上生物量、土壤养分和水分的测定结果，及4块典型撂荒群落样地地上／地下生物量，7种撂荒群落主要植物生长特性的测定，分析了撂荒演替过程中群落生物量与土壤养分的变化过程、趋势及其相互关系，进而探讨了撂荒演替过程中群落生物量对土壤养分的作用效应，并利用多元回归和通径分析法分析了土壤养分对群落生物量的作用。结果表明：（1）除速效磷外，撂荒演替过程中群落地上生物量和土壤有机质、全氮、全磷、全钾、NO3-N、NH4-N和速效钾都呈先减少后增加的趋势，步调基本一致。（2）从撂荒年限与土壤养分的相关性来看，0—20cm土壤有机质含量、速效磷含量和0—20、20—40cm土壤层NO3-N含量与撂荒年限相关显著，说明演替过程中有机质、速效磷和NO3-N有较为明显的植被土壤效应，而其它土壤养分与撂荒年限相关不显著，不能排除演替初始条件和植物暂时固定的影响；从群落生物量与土壤养分的相关性来看，群落生物量对土壤有机质、全氮、磷、钾、NO3-N、速效钾和速效磷含量具有正效应，而对NH4-N具有负效应，但都不显著。（3）通径分析说明撂荒年限、土壤全氮、全钾、速效钾和土壤水分变异量对生物量表现为正的直接作用，其中以撂荒年限和土壤水分波动量作用较大，土壤养分对群落地上生物量的作用以土壤全氮最大，全钾和速效钾影响较小；演替过程中群落地上生物量的变化主要是由于植被盖度和群落组成种的生态学特性造成的（撂荒年限较大的直接作用），其次是由于撂荒演替过程中土壤水分的波动造成的（撂荒年限通过土壤水分的间接负作用）。（4）随着土层深度的加深植物根系生物量呈幂函数递减过程，演替后期群落根冠比有增加的趋势，演替后期序列种根冠比和根长也有增加的趋势，这些在一定程度上会影响到生物量积累和有机质分解等，进而会影响到植被土壤效应。