荒漠区植物光合器官解剖结构对水分利用效率的指示作用

植物生理功能的发挥以结构为基础,因此,植物光合器官(叶片或同化枝)解剖结构会对水分利用效率(WUE)有一定的指示作用。通过对黑河流域优势种灌木光合器官的解剖特征和表征WUE的稳定碳同位素比率(δ13C)进行分析,试图从解剖结构的角度为荒漠植物WUE寻求一个有效的指示指标。结果显示:(1)除花棒外,轴状光合器官植物的δ13C值均高于叶状。(2)不同荒漠植物光合器官及不同组织厚度变化范围较广,叶厚度(Tl)或轴直径(Da)、角质层厚度(Tc)、表皮厚度(Te)、栅栏组织厚度(Tp)、海绵组织厚度(Ts)、贮水组织厚度(Ta)的最大值分别约为最小值的6.9、5.8、11、4、3.5和3.5倍。荒漠区多数轴状光合器官植物的Da以及Te高于叶状。(3)所研究优势种灌木的δ13C值与Tl或Da之间存在极显著的正相关关系(r=0.719,P<0.01),与不同组织厚度(Tc、Te、Tp、Ts和Ta)之间相关性不显著。由此可知,从植物光合器官的解剖结构来看,荒漠区植物的WUE可以用Tl或Da来表征,叶片越厚,越有利于植物高效利用水分,且轴状光合器官植物的WUE高于叶状。     

不同水分条件下杨树-玉米复合系统凋落物分解特性

为探讨水分变化对农林复合生态系统凋落物分解特性的影响,以河西走廊杨树（Populus）-玉米（Zea mays）凋落物为研究对象,设置正常水分（9200 m³/hm²,对照）,轻度干旱胁迫（减少15%,7800 m³/hm²）,中度干旱胁迫（减少30%,6400 m³/hm²）3种不同水分处理条件,采用分解袋法研究了不同水分条件下杨树叶和玉米秸秆的质量残留率、分解速率和养分含量变化特征。结果表明：（1）随着干旱胁迫的加剧,两种凋落物的质量残留率均增加,而分解速率降低。经过164 d的分解后,杨树叶和玉米秸秆的质量残留率分别为70.43%-77.49%、63.55%-68.29%。分析表明：水分和时间对各类型凋落物的质量残留率均有极显著的影响（P<0.001）,但二者的交互作用不显著（P>0.05）;干旱胁迫显著降低了玉米秸秆的分解速率,但杨树叶的分解速率却只是在中度干旱胁迫下显著降低（P<0.05）。对于不同类型凋落物而言,分解速率表现为玉米秸秆>杨树叶。（2）两种类型凋落物的氮（N）残留率在分解过程中表现为降低的趋势,但随着干旱程度的加大,N的残留率增加,表明水分抑制了N的释放过程。分解164d后,同一类型凋落物不同水分条件下的N残留率均存在显著差异。对于同一水分条件下不同凋落物而言,玉米秸秆的N残留率最低,而杨树叶最高。总的来说,水分降低对干旱区农林复合系统内凋落物的分解和氮元素含量具有显著的抑制作用。     

荒漠绿洲过渡带沙拐枣种群结构及动态特征

沙拐枣(Calligonum mongolicum)作为黑河中游荒漠绿洲过渡带的一种主要固沙植物种,它对于维护荒漠绿洲过渡带生态系统的稳定性起到了至关重要的作用。通过样地调查和数据统计,绘制了沙拐枣种群的径级结构图,在此基础上编制了种群的特定时间生命表,分析了存活曲线、死亡率曲线等重要参数,并运用时间序列模型预测种群数量动态,以揭示荒漠绿洲过渡带沙拐枣种群的结构及动态特征。结果表明:沙拐枣种群属于增长型,Vpi'=0.0233,表明该种群趋近于稳定型,但沙拐枣种群Ⅰ、Ⅱ龄级个体数目少于Ⅲ龄级的个体数目;存活曲线趋于Deevey-Ⅱ,各龄级种群有相近的死亡率;时间序列预测分析表明,在未来2、4、6、8个龄级时间后沙拐枣老龄个体逐渐增多,幼龄株数则有所降低,种群稳定性长期维持困难,因此,适当的人工辅助恢复和现有植株及生境的保护是保持沙拐枣种群自然更新和种群恢复的关键。     

三种不同类型草甸生态系统下鹅绒委陵菜的光合特性

鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)是高寒草甸的广布种和典型的杂类草,随生境变化其无性繁殖能力、空间拓展性、形态可塑性等差异显著。为探明该种在不同高寒生境下的光合特性及其与环境因子的关系,同时寻找影响其繁殖拓展能力的主要环境诱因,在若尔盖高原选择沼泽湿地、湿草甸和干草甸三类样地对鹅绒委陵菜的光合日变化进行比较。结果表明:7月下旬,由于光辐射强、大气温度高,各生境中鹅绒委陵菜的叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、瞬时水分利用效率(IWUE)和光能利用效率(LUE)均显著高于8月下旬(P0.05);同一月份,干草甸环境下的P_n显著高于湿草甸和沼泽湿地(P0.05);相关性分析显示,各环境中光合有效辐射(PAR)与P_n均呈显著正相关(P0.05),干草甸环境下空气相对湿度(RH)、土壤质量含水量(SWC)与P_n亦呈显著正相关关系(P0.05);从沼泽湿地、湿草甸到干草甸,鹅绒委陵菜的净光合速率和水分利用效率增大;光补偿点(LCP)降低,光饱和点(LSP)升高,光合作用时间延长;表观量子效率(AQY)和羧化效率(CE)提高。这表明,在相对干旱的生境下,鹅绒委陵菜的光合能力得到增强,各光合生理参数朝着有利于其生长的方向发展。水分条件可能是影响鹅绒委陵菜繁殖能力和盖度的重要环境因子。     

干旱胁迫下红砂幼苗非结构性碳水化合物动态变化特征

该试验以荒漠区主要建群种红砂幼苗为研究对象,设置适宜水分(CK)、轻度干旱(MD)、中度干旱(SD)和重度干旱(VSD)4个胁迫处理(即田间持水量的80%、60%、40%和20%),采用盆栽控水试验,分别测定干旱胁迫15、30、45和60 d时红砂幼苗的叶、茎、粗根和细根中非结构碳水化合物(NSC)及其组分的含量,分析不同胁迫强度下不同干旱持续时间红砂幼苗NSC的动态变化及各组分差异,以揭示红砂NSC对干旱胁迫的响应机制。结果表明:(1)干旱胁迫强度和胁迫持续时间对红砂幼苗不同器官NSC及其组分均有显著影响,其中胁迫持续时间对NSC动态变化的影响尤为显著。(2)干旱胁迫初期,红砂叶中的NSC含量呈下降趋势,而茎中的NSC含量呈上升趋势,粗根和细根中NSC含量在各胁迫处理下基本保持稳定。(3)干旱胁迫后期,红砂叶和茎中的可溶性糖、淀粉和NSC含量逐渐增加,而粗根和细根中的淀粉和NSC含量呈下降趋势(中度干旱除外),且这一时期重度干旱处理下各器官可溶性糖和NSC的含量明显高于CK。研究发现,重度干旱胁迫能显著诱导提高红砂幼苗不同器官中的NSC含量,并通过分解根中淀粉和增加叶片中可溶性糖含量的方式来调节细胞渗透势平衡,以维持细胞活力,进而保持红砂在干旱胁迫后期的存活。     

临泽绿洲边缘区棉花群体光合速率、蒸腾速率及水分利用效率

在甘肃河西走廊中部黑河中游绿洲边缘区,于6月下旬和8月上旬,利用Li-8100土壤碳通量测定系统与改进的同化箱联合对田间条件下早熟陆地棉(Gossypium hirsutum)品种新陆早8号的群体光合特性进行了研究.结果表明:试验地6月下旬的土壤呼吸速率和土壤蒸发速率显著高于8月上旬(P0.01);棉花群体光合速率日变化均呈"单峰型",6月下旬的群体光合速率显著高于8月上旬,其日平均值分别为(43.11±1.26)和(24.53±0.60)μmolCO2.m-2.s-1,差异极显著(P0.01);群体蒸腾速率日变化也呈"单峰型",6月下旬和8月上旬的日平均值分别为(3.10±0.34)和(1.60±0.26)mmolH2O.m-2.s-1,两者存在极显著差异(P0.01);6月下旬和8月上旬的群体水分利用效率日平均值分别为(15.67±1.77)和(23.08±5.54)mmolCO2.mol-1H2O,但差异不显著(P0.05).两生育时期棉花群体光合速率与温度、光合有效辐射及土壤含水量均呈正相关关系.表明棉花群体光合速率在6月下旬和8月上旬均没有出现中午光合下调,8月由于土壤水分降低和植物叶片衰老,棉花群体光合速率和蒸腾速率显著降低,但水分利用效率并无显著下降.     

气候变化背景下农林复合系统碳汇功能研究进展

农林复合系统作为一种土地综合利用体系,可以有效吸收和固定CO₂、增加碳储量,在达到收获目的的同时,可有力减轻温室效应.农林复合系统对CO₂的调控作用,使人们认识到农林复合系统较单一作物系统有着明显优势,因此,深入了解不同农林复合系统的碳汇功能及其影响因素,对全球碳循环研究及碳收支准确评估具有重要意义.本文综述了农林复合系统的概念与分类,探讨了农林复合系统不同组分的碳固存潜力及其影响因子,得出不同区域、不同类型农林复合系统内植被的固碳速率相差很大(0.59～11.08 t C·hm^-2·a^-1),其主要受到气候因子和农林复合系统自身特性(物种组成、林木密度和林龄)的影响.农林复合系统内土壤的固碳潜力受到系统内树木和非树木成分输入的生物量多少和质量、土壤质地、土壤结构的影响.不同地区的任何一个农林复合系统的碳储量多少主要依赖于复合系统中各组分的结构和功能.针对目前的研究现状,指出应重点加强农林复合系统优化结构的碳汇功能研究,以及加强农林复合系统碳储量的时空分布格局及其固碳机制的长期研究.     

集群栽培对棉花种内关系的影响

为了检验假说"1穴3株集群栽培方式改变了棉花(Gossypium hirsutum)的种内关系,从而使得经济产量显著提高",通过分析在集群和传统栽培方式下棉花各器官的生长特性,阐明集群栽培下不同穴距对棉花种内关系的影响。结果表明,与传统1穴1株种植相比,集群栽培方式下随着穴距的减小,棉花的茎秆生长显著降低,在穴距为28 cm时,叶片生物量最大且籽棉产量最高。进一步分析相对邻体效应(RNE),发现穴距对棉花茎秆、叶片和籽棉产量的RNE影响都极为显著;同时,随着穴距的减小,茎秆RNE值呈先升高后降低趋势,且均为负值,负效应强度在穴距为28 cm时最小。叶片和籽棉产量的RNE值均为正值,且在穴距为28 cm时正效应强度最大。上述研究结果表明,集群栽培改变了棉花的种内关系,且在穴距为28 cm时,对棉花籽棉产量的助长作用最大。     

不同灌溉量对塔克拉玛干沙漠腹地梭梭水分生理特性的影响

利用热平衡式茎流计和压力室，对不同灌溉量下塔克拉玛干沙漠腹地防护林植物梭梭的水分生理特性进行了测定.结果表明：梭梭茎干液流的日变化曲线随着灌溉量的不同而有所差异，灌溉量为每次每株35和24.5 kg条件下，茎干液流日变化曲线呈单峰型，且变幅较大，灌溉量为每次每株14 kg条件下，其日变化曲线为双峰型，变化较平缓；随着灌溉量的减少，梭梭日平均液流速率逐渐降低，其日单株耗水量也随之降低；随着灌溉量的减少，梭梭的清晨水势和午后水势逐渐降低, 且茎干液流速率与总辐射、空气温度、相对湿度和风速的相关性均增强，但不同灌溉量下，其与总辐射的相关性都最强.     

高寒草毡层基本属性与固碳能力沿水分和海拔梯度的变化

高寒草毡层是高原寒区自然植被下形成的松软而坚韧且耐搬运的表土层,认识其生态功能是促进草牧业生产休养保护和工程施工主动利用的前提。通过对青藏高原东部若尔盖高原植被的广泛调查,在布设沼泽、退化沼泽、沼泽化草甸、湿草甸、干草甸和退化草甸水分梯度群落样地,以及亚高山草甸、亚高山灌丛草甸、高山灌丛草甸和高山草甸海拔梯度群落样地的基础上,通过对不同类型群落样地草毡层容重、土壤颗粒组成和土壤有机碳(SOC)含量的测定分析,比较了水分和海拔梯度下草毡层固碳能力。结果表明,草毡层厚度平均为30cm,沼泽湿地草毡层容重最小,SOC含量在300g/kg以上;退化草甸容重最高,SOC含量显著下降。不同群落草毡层SOC密度在10—24kg C/m~2之间,随着土壤水分有效性的降低而降低;高山灌丛草甸草毡层SOC密度比草甸高15%。研究得出,保持草毡层稳定的质量含水量阈值为30%,SOC含量阈值为30g/kg;高寒植被草毡层在沼泽到草甸的退化演替中,容重、紧实度变大,有机碳含量减少,碳密度和碳储量下降;灌丛草甸的固碳能力大于草甸,但灌丛草甸的生产功能降低;保持可持续发展的草地生产能力,维护固碳生态功能,需要防止草毡层退化,抑制草甸向灌丛草甸演替。