基于样带的唐古特白刺灌丛沙包空间格局尺度研究

黄河河岸与库布齐沙漠之间生态过渡带上的唐古特白刺（Nitraria Tangutorum）灌丛沙包由于遭受到不同程度的破坏而表现出一定程度的退化,空间格局尺度从一定程度上表征了其破碎化程度。我们分别应用样方方差法,小波分析,分维,谱分析以及空隙度分析等方法对鄂尔多斯高原北缘唐古特白刺灌丛沙包的空间格局尺度进行了比较研究,旨在选出适合分析干旱半干旱区白刺灌丛沙包空间格局尺度的方法,并确定研究区内唐古特白刺灌丛沙包的空间格局尺度,为保护唐古特白刺灌丛沙包提供科学依据。结果表明：（1）TTLQV法得到的格局尺度过大,而小波分析得到的格局尺度过小,分维分析得到的格局尺度除了相对较小之外,趋势也不明显,因此都不适合分析干旱半干旱区白刺灌丛沙包的空间格局尺度;（2）而3TLQV,tQV,谱分析和空隙度分析所得到的结果则相对容易接受,其大小顺序是：3TLQV〉tQV〉空隙度分析〉谱分析;（3）独贵塔拉、呼和木独和巴拉贡唐古特白刺灌丛沙包的空间格局尺度分别为16．7～27．1m,10．2～25．0m和8．8～17．0m,这一结果将有助于在今后的研究中合理地确定研究范围和尺度。     

不同光照强度下植物电信号变化特征及其与空气负离子的关系

空气负离子(NAI)是衡量一个地区空气清洁度的重要指标,对人体的心理健康和生理机能具有重要的调节作用。植被光合过程中光电效应是NAI产生的重要来源和影响因素,但光电效应极其微弱而难以直接监测,而植物电信号是间接反映光电效应的重要指标,以往研究多侧重在不同森林群落中NAI的时空变化特征及其与气象因素的关系,目前关于NAI与植物电信号的研究较少。本研究以白皮松为对象,通过人工气候室控制试验,探讨不同光照强度下(0、150、300、500、700、800、1000和1200 μmol·m^-2·s^-1)植物电信号的变化特征及其与空气负离子的关系。结果表明: 在0～700 μmol·m^-2·s^-1光照范围内白皮松的植物电信号强度随光照强度的增强而显著提高,当光照强度达到700 μmol·m^-2·s^-1时,植物电信号活跃度达到最高,随后光照强度的增加使植物受到光抑制,植物电信号活跃程度下降。植物电信号的频域参数(边缘频率、重心频率、功率谱熵和功率谱峰值)与NAI呈显著相关,其中边缘频率(E)与NAI的相关系数最高,二者的关系为NAI=30.981E+168.814(R²=0.54),均方误差为52.203。植物电信号与NAI之间存在显著的相关关系,能够表征NAI的变化规律,对进一步了解森林植被对NAI的作用机理及贡献潜力提供科学依据。     

Morphological traits and physiological characteristics in drought tolerance in 20 shrub species on the Qinghai-Xizang Plateau

Aims Providing indispensably theoretical evidence for establishing indices of evaluation on drought tolerance in shrubs, and screening for tree species that are drought tolerant for afforestation in arid regions or for matching their characteristics with suitable habitat conditions are the key to vegetation restoration in the Qinghai-Xizang Plateau. However, these issues are not adequately addressed in recent research due to lack of systematic methods. Therefore, our objective was to make a comprehensive evaluation on drought tolerance in 20 shrub species collected from different areas in Qinghai-Xizang Plateau, and to study their underlying mechanisms in drought tolerance.
Methods We made measurements on variables depicting root characteristics, including the root length (TRL), surface area (TRSA), volume (TRV), and tips number (TRTN) of all roots, the root length (FRL), surface area (FRSA), volume (FRV), and tips number (FRTN) of fine roots (d≤2 mm), and derived plant characteristic indices including thickness of cuticle (CT), thickness of palisade tissue (TPT), thickness of spongy tissue (TST), TPT/TST, thickness of leaf (LT), palisable tissue cell density, and tissue structural tense ratio (CTR = TPT/LT × 100%) and spongy tissue loosened ratio (SR = TST/LT × 100%) of leaf anatomical structure, root to shoot ratio (RSR), leaf transpiration rate (T_r), instantaneous water use efficiency (WUE_i), and carbon isotopic composition (δ¹³C) of the 20 shrub species through field experiments. Correlation analysis and principal component analysis were performed on the 19 variables and indices.
Important findings Different shrubs had different mechanisms of drought tolerance. In this study, the character- istics of drought tolerance were mainly categorized into 6 types, involving modifications of (1) root systems, (2) leaf anatomical structure, (3) leaf pattern, and (4) biomass allocation, or via (5) low water-consumption and (6) high WUE_i. Different genera or different tree species within the same genus clearly differed in drought tolerance. The species of the genus Hippophae were relatively poorly tolerant to drought, whereas several shrubs including Potentilla fruticosa, Berberis julianae, Caragana arborescens, Spiraea salicifolia and Hippophae rhamnoides ssp. mongolica occurred to be more drought tolerant than other shrub species investigated in this study. On the other hand, there were highly significant correlations among the characteristics of root systems and among characteristics of leaf anatomical structure. The results of principal component analysis on 19 variables and indices showed that TRL, TRSA, TRV, TRTN, FRL, FRSA, FRV, FRTN, CT, TPT, TST and WUE_i could be effective indicators of drought tolerance of shrubs in the Qinghai-Xizang Plateau. In addition, the drought tolerance of shrubs had a close connection with their origin of collections; the shrubs collected from Xining prefecture in Qinghai Province were more drought tolerant than those from Tianshui Prefecture in Gansu and Lasa Prefecture in Xizang.     

平榛种质资源坚果农艺性状鉴定与评价研究

平榛是我国重要的榛属植物资源,为鉴定、评价和保护平榛种质资源,提高其利用效率,采用主成分分析和聚类分析方法对99份平榛种质资源坚果的主要农艺性状进行了鉴定和综合评价。结果表明:平榛种质资源坚果的24个性状具有丰富的遗传多样性;10个数量性状的主成分分析确定了4类影响因子,反映了育种选择方向及潜力;基于各种质间形态性状的遗传差异,将99份平榛种质划分为5大类群,第Ⅰ类群可作为选育果面光滑品种的育种和候选亲本材料,第Ⅱ类群可作为选育大粒型、适宜机械化加工的育种和候选亲本材料,第Ⅲ类群具有作为市场产品的潜力,第Ⅳ类群可作为选育圆形、果面无条纹的育种和候选亲本材料,第Ⅴ类群可作为选育高丰产性品种的育种和候选亲本材料。上述研究为平榛种质资源的评价、保护和选优工作提供了基础数据。     

木本植物非均质化组织石蜡切片制作方法

在常规石蜡切片技术的基础上, 针对木本植物茎段木质化程度高、硬度大以及各部分组织硬度不均匀等特点, 选取核桃(Juglans regia)茎段以及芽接愈合区域组织为实验材料, 对固定、软化和脱水等关键步骤进行改进, 获得结构完整且染色清晰的茎段组织和嫁接愈合区域组织切片, 可清晰地观察到各部分组织的形态特征和愈合过程中的发育特征, 且缩短了制片周期。采用改良后的实验流程成功获得了苹果(Malus pumila)、桃(Amygdalus persica)、杏(Armeniaca vulgaris)、李(Prunus salicina)和杨(Populus tomentosa)的茎段横截面切片。该方法为从解剖学上研究林木茎段生长机制和形态发育变化提供技术基础, 为非均质化植物材料的石蜡切片制作提供参考。     

大别山野生川榛坚果主要性状分析及评价

本研究以大别山地区96份川榛种质资源为基础材料,采用概率分级和因子分析的方法,评价了川榛坚果16项数量性状和9项质量性状指标。结果表明:川榛坚果数量性状的变异较为丰富,变异幅度在5.49%~111.18%,其中与产量直接相关的壳仁间隙(111.18%)、果仁质量(32.61%)、坚果质量(32.22%)、出仁率(26.60%)及壳腰厚度(25.46%)性状变异较大。经K-S检验表明,供试性状除了果仁形状指数(P=0.007)和壳仁间隙(P=0.003)2项指标外,其他14项性状指标均符合正态分布。因子分析法提取了坚果大小因素、坚果出仁率因素及坚果饱满度因素,初步构建川榛坚果性状综合评价指标。上述研究为川榛坚果性状的评价、描述和质量等级的建立提供参考依据。     

异质水分环境下野牛草相连分株间光合同化物的生理整合及其调控

异质环境下,克隆植物通过生理整合机制使资源在分株间实现共享,提高了其对异质性环境的适应能力,具有重要的生态进化意义,研究生理整合机制及其调控机理可为进一步发掘克隆植物应用潜力提供理论依据。以野牛草3个相连分株为材料,对其中一个分株用30%聚乙二醇6000(PEG-6000)模拟水分胁迫,通过Hoagland营养液培养试验,研究了异质水分环境下光合同化物在野牛草相连分株间的生理整合及分株叶片与根系内源激素ABA与IAA含量的变化规律。结果表明,14C-光合同化物在克隆片断内存在双向运输,但以向顶运输为主,异质水分环境下,受胁迫分株光合同化物的输出率明显降低,而与其相邻分株合成的光合同化物向受胁迫分株方向运输率明显增加;异质水分环境下,各分株ABA含量均明显增加,但以受胁迫的分株叶片及根系ABA的含量增加幅度最大,各分株IAA含量较对照均显著下降(P0.05),且以受胁迫分株IAA含量下降幅度最大;各分株叶片与根系ABA/IAA均显著提高(P0.05),相邻分株ABA/IAA增加幅度低于受胁迫分株。异质水分环境影响野牛草克隆分株间光合同化物的生理整合,且ABA与IAA在分株间光合同化物运输与分配过程中具有重要的调节作用。     

栓皮栎人工林树干液流对不同时间尺度气象因子及水面蒸发的响应

于2006-2008年主要生长季节,利用热扩散技术连续测算得到了华北土石山区30年生栓皮栎人工林液流量(SF),并结合同步测定的太阳辐射(Ra)、空气温度(Ta)、饱和水汽压亏缺(VPD)、风速(V)和降雨量(P)等气象因子、水面蒸发(EV0)及叶面积指数(LAI)等因子,分析了栓皮栎液流对不同时间尺度气象因子及水面蒸发的响应规律,探索建立长时间尺度水面蒸发与树干液流之间的关系模型。试验结果表明:(1)在主要生长季(4—9月份)期间,栓皮栎单株液流与同期测定的Ra、Ta、VPD和V等气象因子间均存在着较强的相关性。时间尺度为10min、1h、d、旬、月时,决定系数分别为0.388、0.482、0.539、0.654和0.812。说明随着时间尺度的增加,相关性越强;在不同时间尺度下,影响SF的最主要气象因子均为Ra。月SF与月Ra变化趋势的同步性尤为明显。(2)日尺度和月尺度上EV0与SF之间具有很好的线性关系,决定系数分别为0.578和0.876,比同时期、相等样本数条件下SF与Ra、Ta、VPD、V多元线性拟合的决定系数分别高3.6%和3.9%。(3)2006、2007、2008年生长季节降雨量分别为464.8、393.3mm和315.0mm,栓皮栎单株液流分别为2024.1L、1739.2L和1688.7L,年际间SF变化趋势与降雨量存在一定的一致性。     

青藏高原20种灌木抗旱形态和生理特征

该研究以青藏高原地区采集的柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)等20种灌木树种为研究对象, 将其二年生幼苗移栽至苗圃培育, 通过田间试验测定三年生苗木生物量根冠比(RSR)、叶片蒸腾速率(T_r)、瞬时水分利用效率(WUE_i)、稳定碳同位素组成(δ¹³C)、叶片解剖结构特征和根系特征(长度、表面积、体积和根尖数)指标, 综合分析其抗旱性能差异, 为青藏高原干旱地区灌木树种抗逆性(耐旱)评价指标的建立、优良抗逆性树种的筛选及各种灌木树种的合理立地配置提供必要的理论依据。研究结果表明: 所选20种灌木为适应长期的干旱逆境, 不同植物种具有不同的抗旱策略。研究中将灌木抗旱机制划分为6个类型: 根系特征抗旱型、叶片旱生结构型、叶片旱生形态型、生物量分配型、节水型、高水分利用效率型。不同属和同属不同种灌木抗旱性有所差异, 沙棘属(Hippophae)植物总体抗旱性不佳, 而金露梅(Potentilla fruticosa)、豪猪刺(Berberis julianae)、树锦鸡儿(Caragana arborescens)、绣线菊(Spiraea salicifolia)和蒙古沙棘(Hippophae rhamnoides ssp. mongolica)综合抗旱性能较好, 总体上属于根系和叶片抗旱特征明显、低耗水、高生产效率的抗旱性强树种, 可以在青藏高原地区植被恢复树种筛选时优先考虑。根系特征值之间存在极显著正相关关系, 叶片结构特征指标之间也存在不同程度的相关关系, 但RSR、T_r、WUE_i和δ¹³C与根系特征值和叶片解剖结构特征指标之间总体上相关性不显著。主成分分析结果显示灌木全根和细根的长度、表面积、体积、根尖数和叶片栅栏组织厚度、海绵组织厚度、瞬时水分利用效率因子载荷较高, 能较好地反映青藏高原灌木树种抗旱性差异相关信息。此外, 灌木树种原产地与抗旱性也存在一定的联系, 青海西宁地区采集的灌木树种总体抗旱性优于甘肃天水和西藏拉萨地区。     

两种药用植物生长和水分利用效率对干旱胁迫的响应

以田间持水量的30%、50%和75%为3个水分处理梯度,研究了决明子和菘蓝2种药用植物在不同水分处理和生长阶段的生长特性,并对稳定碳同位素分辨率(Δ¹³C)和水分利用效率(WUE)特征及二者之间的关系进行了分析．结果表明：与田间持水量的50%和30%相比,决明子和菘蓝在田间持水量75%的条件下具有较高的生长指标,说明这2种植物在充足或适当的水分条件下具有较高的生产力.随干旱胁迫程度的增加,决明子和菘蓝地上生物量和总生物量的Δ¹³C均逐渐减小,而地上生物量和总生物量的WUE均逐渐增加.决明子和菘蓝在不同水分处理之间各指标差异较小,说明这2种药用植物对干旱胁迫反应不敏感．菘蓝WUE与地上生物量和总生物量均呈显著负相关,决明子WUE与根冠比呈显著正相关.