干旱区不同地理种群骆驼刺元素组成及表面结构特征的对比研究

碳(C)、氮(N)、磷(P)元素在植物各器官中的组成,及植物表面结构差异是其对外界环境适应性的重要表征。以干旱区3个地理种群骆驼刺(塔里木盆地策勒种群,吐鄯托盆地托克逊种群,准噶尔盆地阜康种群)为研究对象,通过对植株各器官C,N,P元素组成的测定及表面形貌观测,对其在不同环境中的适应特性进行了比较研究。结果表明:(1)同一种群的骆驼刺,C元素在各器官中的分配没有显著规律;N元素在叶片中含量最高,茎中最低;策勒种群和阜康种群的P含量,叶片中最高,茎与刺中差异不显著;但托克逊种群茎中P含量显著高于其他部位。(2)3个地理种群的骆驼刺叶中元素组成相比,策勒种群C,N含量均最高,托克逊种群C,N含量最低;3个种群叶片的P含量,C∶N,C∶P,N∶P值均没有显著差异。刺中元素含量相比,C含量没有显著差异;N含量阜康种群策勒种群托克逊种群。茎中元素含量相比,N含量差异不显著,但托克逊种群茎中P含量为其他两个种群的2倍,可能与托克逊土壤中高浓度的全N,速效N,速效P有关。(3)托克逊种群表皮极厚,蜡质非常致密,各器官气孔密度均高于其他两个种群;策勒种群比阜康种群叶表皮增厚,蜡质致密,但叶片气孔密度却减小;策勒种群和阜康种群茎与刺的气孔密度差异不显著。研究表明,策勒种群骆驼刺最适应当地环境条件:其叶片具有最高的C,N含量,且表面结构没有明显的干旱胁迫特征。托克逊种群表现出明显的干旱适应特征:其表皮增厚,蜡质致密,气孔密度增大,叶片C,N含量最低。虽然托克逊种群茎中P含量显著高于其他地理种群,但3个地理种群骆驼刺叶片中C∶N,C∶P,N∶P比值保持恒定,C∶N=30.6±4.3,C∶P=357.4±49.9,N∶P=12.0±2.4,说明骆驼刺能够保持较高内稳性,这也可能是其在新疆各地广泛生存的重要原因。     

松叶猪毛菜NADP-苹果酸酶基因家族及启动子克隆分析北大核心CSCD

NADP-苹果酸酶(NADP-ME)是C_(4)植物的关键光合酶,在生物和非生物胁迫中发挥了重要的作用。为了进一步研究该酶编码基因的功能,该研究以典型荒漠C_(3)-C_(4)中间型植物松叶猪毛菜为研究对象,在克隆得到NADP-ME家族基因序列的基础上,研究其表达部位及在非生物胁迫下的表达模式,并克隆其启动子序列分析响应非生物胁迫的元件差异。结果表明:(1)成功获得松叶猪毛菜3个NADP-MEs,命名为SaNADP-ME1、SaNADP-ME2和SaNADP-ME4,CDS序列长度分别为1755、1758和1941 bp。(2)SaNADP-ME1主要在根中表达,SaNADP-ME2和SaNADP-ME4主要在叶中表达;在ABA、NaCl、NAHCO_(3)和PEG_(6000)胁迫下松叶猪毛菜幼苗中3个NADP-MEs均可被诱导表达,且SaNADP-ME2和SaNADP-ME4的响应表达模式相似。(3)成功克隆得到SaNADP-ME1、SaNADP-ME2和SaNADP-ME4启动子区域2351、1655和2887 bp。生物信息学分析发现它们都含有基本启动子元件以及响应外界刺激的元件。     

荒漠短命植物地上和地下生产力对极端干旱和降水的响应

在古尔班通古特沙漠南缘沙垄4个坡位和坡向,设置减少65%和增加65%生长季降水量以模拟极端干旱和极端降水事件,研究极端干旱和极端降水事件对沙垄不同坡位和坡向短命植物层片生产力的影响。结果表明: 极端干旱使地上净初级生产力和地下净初级生产力分别显著降低48.8%和13.7%,极端降水使地上净初级生产力和地下净初级生产力分别显著增加37.9%和23.2%。地上净初级生产力对极端干旱和极端降水的敏感性(0.26和0.21 g·m^-2·mm^-1)显著强于地下净初级生产力的敏感性(0.02和0.03 g·m^-2·mm^-1)。沙垄东坡地上净初级生产力(24.22 g·m^-2)和地下净初级生产力(5.77 g·m^-2)与西坡相比显著增大29.7%和71.7%,而地上净初级生产力和地下净初级生产力对降水变化的敏感性在不同坡位和坡向之间差异不显著。     

基于层次分析法的旗舰物种遴选方法

旗舰物种是保护生物学中一个广泛应用的概念, 用于获得公众对保护行为的支持, 在生物多样性保护领域发挥着重要作用。但目前尚未见量化分析遴选和确定旗舰物种的公开报道, 致使学术界对旗舰物种的定义和使用相对主观, 缺乏科学依据。本文对旗舰物种的定义进行了梳理, 探讨了旗舰物种的内涵, 确定了旗舰物种的属性, 制定了遴选标准和量化遴选方法, 以便读者更好地理解和运用这一概念。目前旗舰物种的定义仍然局限在其社会学属性, 作者建议今后应加强其生物生态学属性。作者认为除了公众的关注度和认可度之外, 旗舰物种还应具备以下3个生态生物学和社会文化特征: (1)物种在当地的濒危程度及生存现状; (2)物种在当地生态系统中的重要性; (3)物种在当地民众中的影响力和认可度。基于此, 本文确定了表征旗舰物种社会文化属性和生态生物学属性的8个要素, 基于层次分析法提出了一种量化的旗舰物种遴选方法。该方法综合上述8个要素进行评判和计算分值, 以塔吉克斯坦境内分布的14种大型濒危哺乳动物的生态生物学属性和社会文化影响力为基础, 描述基于层次分析法遴选塔吉克斯坦哺乳类旗舰物种的方法和过程, 最终依据每个备选物种所得分值高低排序, 得到塔吉克斯坦旗舰物种的优先备选物种。本文首次提出了一种量化遴选旗舰物种的方法, 期望今后可基于该方法开发更加合理的旗舰物种遴选模型和算法。     

准噶尔荒漠土壤多功能性的空间变异特征及其驱动因素

荒漠是重要的陆地生态系统之一, 其生态系统极其脆弱, 极易发生荒漠化。荒漠土壤的稳定和功能对于荒漠生态系统结构和功能的维持至关重要。但在荒漠地区, 大多数土壤功能的研究还主要集中在单一的土壤功能性。本研究基于准噶尔荒漠79个样点的土壤有机碳(SOC)、氮(N)、磷(P)、有效氮(AN)和有效磷(AP)等指标, 通过平均值法和因子分析法计算土壤多功能(soil multifunctionality, SMF)指数, 研究SMF空间变异特征及驱动因素。空间分析所示从整体来看, 荒漠SMF在空间分布上具有较大的异质性, 自西向东, SMF总体呈现逐渐增加的趋势, 而从南向北, SMF呈现先增加后降低的趋势。最优拟合显示, SMF与年均降雨量(MAP)和年均温(MAT)呈显著二次函数关系, 随着MAP和MAT的增加表现出先降低后升高的趋势; SMF与pH和植被增强指数(EVI)呈显著线性关系, SMF随着pH的增加表现出显著降低趋势, 而随着EVI的增加表现为显著上升的趋势; SMF与Aridity (干旱度)之间既符合二次函数关系也呈现线性关系(二者R²相同), 随Aridity增加而减少。结构方程模型结果表明, 土壤含水率(SWC)是SMF变化的最重要的驱动因素, 其次为EVI。土壤pH、SWC、MAT、Aridity和EVI对荒漠SMF具有显著的直接效应, 其中SWC和EVI为显著正效应, 其他为负效应。MAP、经度(Lon)、纬度(Lat)和海拔(Alt)可通过影响MAT等指标对SMF产生间接效应。研究结果对深入理解准噶尔荒漠SMF的空间变异特征及驱动因素具有重要意义, 将有助于预测环境变化对荒漠生态系统多功能性的影响, 为生态系统科学管理服务。     

模拟降雨变化对古尔班通古特沙漠土壤养分及酶活性的影响

土壤酶参与土壤系统的养分循环过程,是联系植物和土壤养分的关键纽带。土壤酶活性对降水格局变化响应敏感,这种响应对于缺水且养分贫瘠的荒漠生态系统显得尤为重要。然而,早春积雪完全融化后首次降雨时间及降雨量如何影响土壤养分及土壤酶活性还鲜见相关报道。以新疆古尔班通古特沙漠为研究区,在早春积雪完全融化后,设置3个首次降雨时间(积雪完全融化后第10天、20天和30天)和3个降雨梯度(5 mm、10 mm和15 mm),于植物生长旺季采集土壤样品,研究土壤养分含量和土壤酶活性的响应特征。结果表明：积雪完全融化后不同首次降雨时间下5mm降雨处理以及积雪完全融化后第30天下各降雨量处理对土壤养分和酶活性影响不显著。积雪完全融化后第10天,随降雨量增加,土壤全碳呈显著先下降后增加趋势,全钾呈显著增加趋势,而土壤微生物量碳呈显著降低趋势;积雪完全融化后第20天,随降雨量增加,速效氮、土壤蔗糖酶活性、土壤微生物量碳氮呈先下降后增加趋势,土壤全碳和多酚氧化酶活性显著下降,土壤全钾和碱性磷酸酶活性显著增加。模拟10 mm降雨,随首次降雨时间推迟,土壤全氮、速效氮、速效磷、土壤蔗糖酶活性和土壤微生物量碳呈增加趋势;...     

沼泽、盐化沙丘过渡带和沙丘生境下芦苇的光合及生理生化特性

对于田地区3种不同生境(沼泽、盐化沙丘过渡带和沙丘顶)芦苇的生长环境特征、光合特性、渗透调节及抗氧化系统的特征进行研究。结果表明:芦苇叶片的Pn日变化在沼泽生境呈单峰曲线,在盐化沙丘过渡带和沙丘顶部均为双峰曲线,光合"午休"现象明显,气孔导度降低是其主要原因。脯氨酸和可溶性糖含量随根区土壤水分减少和盐分加剧增加显著,其中可溶性糖含量变化剧烈,对抵御干旱和盐渍化危害的贡献较大。芦苇叶片超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性随干旱及盐分加剧增加显著,两者对水分亏缺的响应较盐分敏感,且可有效缓解沙丘生境由于缺水所造成的氧化损伤,使丙二醛(MDA)含量维持在相对较低水平。过氧化物酶(POD)活性在沙丘和盐渍化生境内都比较高,对抵抗盐渍化和干旱起着同样重要的作用。     

疏叶骆驼刺和多枝柽柳不同时期光合特性日变化及其与环境因子的关系

在自然条件下,利用Li-6400光合仪测定疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap.)和多枝柽柳(Tamarix ramosissima Ledeb.)7~9月份的气体交换参数,分析2种植物净光合速率(Pn)与环境因子——光合有效辐射(PAR)、空气温度(Ta)、大气CO2浓度(Ca)、相对湿度(RH)之间的关系,以明确影响其光合作用的主导环境因子,为恢复和重建过渡带植被提供理论依据。结果显示:(1)疏叶骆驼刺不同时期Pn的日变化均为单峰曲线,多枝柽柳7、8月份的Pn日变化为单峰曲线,9月份为双峰曲线,且疏叶骆驼刺Pn的平均值(7.08μmol·m-2·s-1)高于多枝柽柳(5.54μmol·m-2·s-1)。(2)2种植物7~9月份的蒸腾速率(Tr)日变化均为单峰曲线,且疏叶骆驼刺Tr的平均值(5.46mmol·m-2·s-1)高于多枝柽柳(4.40mmol·m-2·s-1);疏叶骆驼刺和多枝柽柳的胞间CO2浓度(Ci)的日变化趋势均呈"倒钟型"曲线,与Pn日变化趋势相反。(3)2种植物7~9月份的WUE日变化进程与各自的Pn日变化规律基本一致,多枝柽柳的WUE日均值(1.21 mmol·mol-1)明显高于疏叶骆驼刺(0.97mmol·mol-1)。(4)偏相关分析显示,骆驼刺和柽柳的Pn与PAR呈显著正相关关系,而与RH呈显著负相关关系;回归分析显示,骆驼刺和柽柳Pn日变化的变异分别有35.6%和42.4%是由环境因子的日变化造成的;通径分析显示,各环境因子对Pn都具有显著的影响,其大小顺序分别为:TaRHPARCa(骆驼刺)和PARCaTaRH(柽柳),且骆驼刺在7~9月份内PAR均为决策变量,RH为限制变量(除7月份外);而柽柳在8、9月份内PAR均是决策变量,RH、Ca是限制变量。研究表明,疏叶骆驼刺属于高光合高蒸腾低水分利用效率型,多枝柽柳属于低蒸腾低光合高水分利用效率型;7月份骆驼刺和柽柳Pn的下降主要是由于气孔限制引起,而8、9月份主要是由非气孔因素限制所致;PAR和RH是影响骆驼刺和柽柳最重要的环境因子,其次是Ca,而Ta在不同时期的影响程度不同;疏叶骆驼刺和多枝柽柳与环境协同进化过程中产生了一定的生态适应性,但柽柳的WUE明显高于骆驼刺,推测柽柳的抗旱能力强于骆驼刺。     

干旱区人工防护林带不同林分凋落叶分解及养分释放

2007年10月下旬至2008年11月,采用原位模拟分解网袋法,对新疆克拉玛依市区北郊人工防护林新疆杨、紫穗槐及二者混合凋落叶进行为期365 d的分解及养分释放动态试验.结果表明：树种不同,凋落叶质量损失率的动态变化不同;凋落叶组成对质量损失率有显著影响,与单优林凋落叶相比,紫穗槐与新疆杨凋落叶混合后更易于分解.经修正Olson负指数衰减模型分析,新疆杨凋落叶分解系数最低(k=0.167),混合凋落叶分解系数最高(k=0.275),估测3种凋落叶半分解和95％分解所需时间为2.41～4.19 a和10.79～17.98 a.不同的分解时期3种凋落叶中N、P和K的残留率不同,分解1年后,K为净释放,N和P为固持或从周围环境中吸收而富集.分解过程中,除紫穗槐凋落叶在分解中期有机碳分解率下降外,其他处理凋落叶有机碳分解率均不断上升,1年后分解率在35.5%～44.2%之间.C/N值基本呈下降趋势,分解前期和中期下降幅度较小,后期下降较快.