氮、磷、钾营养对冬小麦光合作用及水分利用的影响

在中国科学院封丘农业生态实验站长期肥料实验的基础上,选择氮磷(T1)、氮钾(T2)、磷钾(T3)和氮磷钾(T4)4个肥料处理,以不施肥为对照(CK),研究了长期施用氮、磷、钾肥对小麦抽穗期和灌浆期净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)日变化的影响.结果表明:小麦抽穗期和灌浆期T4处理的Pn日变化值显著高于CK,其他处理与CK未达到显著性差异,各处理Pn日积累量大小为T4＞T1＞T2＞T3＞CK;缺氮、缺磷和缺钾均降低了叶片Pn,影响大小依次为缺氮＞缺磷＞缺钾;小麦抽穗期和灌浆期Tr日变化曲线呈单峰型,处理间日变化值差异不显著;缺氮、缺磷和缺钾均降低了叶片WUE,抽穗期,T1、T4处理的WUE日变化值显著高于CK,而T3、T2与CK差异不显著,说明缺氮、缺磷对WUE的影响最大,灌浆期,T4处理的WUE日变化值显著高于CK;不同肥料处理仅改变了小麦光合日变化的幅度,而未改变其变化规律,氮、磷、钾复合施肥有效地提高了小麦的光合生产和水分利用效率.     

黄河下游平原不同非农生境中植物多样性

自然、半自然等非农生境是区域农业景观的重要组成部分,对区域生物多样性保护具有重要意义。黄河下游平原区是典型的农业景观,农田是最主要的景观类型,林地、树篱等景观要素散布其中,为研究区内非农生境中生物多样性及其生态效应,采用典型样地法对区内典型农业景观中林地、树篱、田间道路和沟渠等主要非农生境中的植物群落进行调查研究。结果显示:区内植物组成以菊科、禾本科等为主;区内植物科的地理成分以世界分布和泛热带分布为主,各生境间有一定的差异,属的地理成分复杂,具有中国15个种子植物属分布型中的13个,以温带分布、世界分布和泛热带分布为主,总体上区内的植物组成以广布种为主,优势科属明显,特有种缺乏;各非农生境中的植物多样性存在一定的差异,林地和树篱生境具有较高的物种丰富度和多样性,显著高于田间道路,沟渠、林地和树篱生境中的物种均匀度和群落盖度均显著高于田间道路;β多样性分析表明田间道路生境中的群落组成分化程度在各样点间最大(β多样性指数最高);树篱、林地和田间道路等生境间群落相似性均较高,但其群落结构和优势种组成方面却存在显著的差异,沟渠作为一种特殊生境与其它生境间的群落相似性相对较低。研究表明,在黄河下游平原典型农业景观中,作为非农生境存在的林地和树篱在物种多样性维持中具有重要地位,沟渠为水生和湿生植物提供了庇护所,意义重大;各生境间高的群落相似性仅是物种组成名录相似性的反映,其空间格局和优势种群间差异明显,各生境植物群落的生态功能差异巨大。未来区内生物多样性的保护应重在生态系统过程、功能的加强以及生态系统服务的维持和提高,且需进一步在景观水平上探讨各非农景观要素的空间构型对其生态效益的影响机制及其调控和管理策略。     

开花期土壤短期干旱和复水对大豆光合作用和产量的影响

以大豆(Glycine max)为材料, 研究开花期土壤水分变动对叶片光合生理以及产量形成的影响, 以期为大豆的节水栽培和水分高效利用提供理论依据。研究发现, 大豆叶片气孔导度(Gs)对土壤水分的匮缺更加敏感。干旱胁迫降低了叶片的净光合速率(Pn), 但复水后, 叶片水势和净光合速率等在实验过程中都可以得到迅速恢复, 并且蒸腾速率(Tr)、气孔导度和胞间CO₂浓度(Ci)在复水后的第3 天与对照相比显著提高, 表现出一定的超补偿效应。研究发现, 在开花期即使短期的土壤干旱, 也会对大豆后期的生物量及其分配产生较大的影响, 开花期干旱和复水, 显著降低了大豆叶片和茎的生物量, 使根茎比提高16.7% (P<0.05), 收获指数增加26.3%(P<0.05)。     

黄河下游平原非农植物多样性拆分研究

非农生物多样性的存在是农业景观生态系统健康持续发展的基础,对农业景观非农生境中植物群落物种多样性特征分析将有助于可持续农业景观构建措施的科学提出。在黄河下游平原典型农业景观中采用栅格分区的方式布设样点(共54个),采用典型样地法对各样点内的林地、树篱、田间道路和沟渠等主要非农生境的植物群落进行调查,采用生物多样性加性分配的方法探讨不同空间尺度上生物多样性的组成特征。结果显示:(1)各非农生境间植物群落物种多样性特征存在较大的差异。(2)偶见种从数量上构成了各非农生境中植物物种丰富度的主体,而常见种则行使着群落优势种和构建者的角色。(3)总体上,β多样性在各空间尺度中均对总物种丰富度具有重要贡献。(4)常见种和偶见种中物种组成格局存在显著差异:常见种的物种丰富度主要由α多样性贡献,而β多样性则贡献了偶见种的绝大部分。简言之,β多样性对区内植物多样性的保护和维持意义重大,农业景观中非农生境类别的出现对总物种丰富度的提高具有重要作用;各生境中较高的样点间β多样性(β样点)意味着在看似均质化的农业景观背景中依然具有较高的区域差异;景观组成和构型的变化将对农业景观中植物群落特征和物种多样性产生重要影响,且对偶见种的影响更甚。未来,应从景观和区域等更大尺度上,基于农业景观生态系统功能和服务的综合考虑及可持续农业景观的建立来探讨农业活动与生物多样性保护的权衡。     

开封地区不同土地利用方式农田杂草群落结构及动态

2005年春、秋两季对开封地区不同土地利用方式小麦-玉米、小麦-大豆轮作地,葡萄地,弃耕地中杂草进行调查,统计分析各杂草群落中物种相似系数、物种相对多度分布、功能群相对多度和生物多样性。杂草功能群分为单子叶短期生植物（MA）、双子叶短期生植物（DA）、单子叶多年生植物（MP）及双子叶多年生植物（DP）4个功能类群。调查共记录杂草种类71种,隶属27个科;春季51种、共同种7个,秋季36种、共同种8个。不同土地利用方式杂草群落相似系数春季各群落间0．3～0．5,秋季玉米地-大豆地、秋葡萄地-弃耕地最高,分别是0．73和0．70;季节间小麦地与秋季各杂草群落间相似系数小于0．1。春、秋季弃耕地物种-相对多度分布曲线下降缓慢,常见种和偶见种多、相对多度分配分别占61．32％和47．09％;小麦地、玉米地、大豆地和葡萄地优势种突出。春季DA功能群占优势,小麦地高达81．06％;MP功能群较少,小麦地缺少MP。秋季玉米地和大豆地杂草功能群分布较均衡,葡萄地以DA和MP为主、分别为42．34％和42．64％;弃耕地MA、DA和MP平均,为33．63、31．07和30．25％。多样性指数为春、秋季弃耕地最高1．76和1．72,玉米、大豆地次之为1．55和1．52,春、秋葡萄地1．49、1．30,小麦地最低1．12。结论：不同土地利用方式杂草群落种群构成不同,功能群相对多度分配格局以免耕农田玉米地、大豆地和葡萄地杂草功能群分布均衡;功能群季节变化明显,趋势为MP上升,DA下降。不同土地利用方式土地多样性等级为小麦地〈葡萄地〈大豆地和玉米地〈弃耕地。     

陆地生态系统植物功能群研究进展

从植物功能群角度探讨陆地生态系统功能与稳定性维持机理、植物对环境变化的适应与响应以及水分、养分利用效率等成为当前生态系统生态学研究的主要技术路线.植物功能群的提出和研究,为研究复杂的生态系统提供了一个良好的方法和途径.综述了陆地生态系统功能群方面的最新研究进展,介绍了植物功能群定义的发展历程,详细比较了植物功能群划分的依据及方法,对于植物功能群与群落稳定性之间的关系、植物功能群对群落生产力的影响以及植物功能群与环境因子的动态关系等进行了深入讨论.这些研究资料表明,植物功能群整合了功能及对环境响应相似的一类植物,但植物功能特征不是绝对的、单一的,所以对植物功能群就会有不同的理解,会有不同的定义及划分方法.许多研究者从不同的角度、尺度来对植物功能群进行研究,这些研究结果有不同的针对方向和目的,使人们可以从不同的角度更全面的理解复杂的陆地生态系统.学者们在研究生态系统时,或多或少地总要与植物功能群相联系,这大大拓宽了植物功能群的应用范围.所有前人的研究使植物功能群的概念、划分、方向、应用等诸方面越来越清晰.这要求应有一个规范、统一、明确的植物功能群研究方案,这样能使对植物功能群的研究更加深入,能整合全球所有植物功能群的相关研究.     

河南省鸡公山国家级自然保护区外来入侵植物1994-2014年间的变化

以河南省鸡公山国家级自然保护区外来入侵植物为研究对象,对该地区1994 -2014年间外来入侵植物的变化进行了研究。结果显示,1951 -2010年信阳市每5年的平均温度明显上升、降水量年际间的波动较大;1994 -2014年的20年间,该保护区外来入侵植物从49种增加到60种,增长了22.4%,增加的11种外来入侵植物分别为:菊科4种,豆科2种,苋科、十字花科、大戟科、酢浆草科和雨久花科各1种;该保护区外来入侵植物主要来源于美洲、欧洲、亚洲和非洲,1994 -2014年间来自美洲的入侵植物共33种(其中新增加的有6种),占2014年外来入侵物种的50.0%以上;从生活型来看,外来入侵植物主要为陆生植物,占总数的95%以上,其中,一年生植物>一、二年生植物>多年生草本植物;从入侵途径来看,有意引进>无意引入>自然扩散;新增的入侵植物以种子作为主要繁殖方式的有9种。因此,对该保护区生物多样性保护和引种过程中,要加强对来自美洲的以种子作为主要繁殖方式的陆生草本植物的入侵风险进行监控和管理。     

干旱和复水对大豆光合生理生态特性的影响

选用大豆作为实验材料,研究干旱和复水对大豆光合生理的影响,以期为大豆抗旱栽培和高效利用水分提供理论依据.通过研究发现,在土壤相对含水量高于47%时,处理组大豆凌晨叶片水势和对照组相比基本没有下降,但当土壤相对含水量低于47%时,处理组叶片水势急剧下降,表现为一定的阈值反应,存在明显的凌晨叶水势临界值.大豆开花前期叶片的凌晨叶水势阈值约为-1.02MPa,低于此临界值,叶片水势急剧下降,叶片净光合速率也明显降低.研究发现,在实验的第3天,处理组土壤相对含水量为47%,叶片水势与对照组相比下降了7%,蒸腾速率为对照组的67%,净光合速率为对照组的90%,水分利用效率比对照组高35%,这说明大豆的蒸腾比光合对干旱更敏感.因此,可利用这一结果采取适度干旱等措施达到节水增产的目的.复水后大豆叶片水分状况得到改善,大豆叶片的净光合速率和蒸腾速率都表现为接近于直线的上升,气孔导度的恢复也很快,这表明大豆存在着胁迫解除后快速生长的特征.但是,干旱对大豆的生长等生理过程是否存在滞后效应,滞后效应的大小等问题还需要进一步的研究.     

农业景观动态对林地地表节肢动物多样性的影响

以黄河下游典型农区封丘县为研究区,在林地景观中进行地表节肢动物的观测。用物种丰富度和香农多样性指数代表物种多样性,选择代表景观背景的5个竞争模型:生境特性(H1,2012)、基质特性(H2,2012)、生境变化(H3,1984—2012)、基质变化(H4,1984—2012)和土壤-环境条件(H5,2012)从4个空间尺度上(100,250,350和500 m)进行分析,通过运用基于赤池信息量准则(Akaike information criterion,AIC)的多模型推理(Multi-model Inference,MMI)方法,在R软件里用广义线性模型(Generalized Linear Models,GLM)探究了研究区近30年(1984—2012年)景观背景变化对林地地表节肢动物多样性的影响。研究表明,不同景观背景模型对地表节肢动物多样性的影响具有尺度依赖性。在100 m的尺度下,生境特性(H1)最能够解释香农多样性和物种丰富度,但是随着尺度的增加,生境特性变化(H3)在较大(250、350 m和500 m)的尺度对物种丰富度和香农多样性影响最大,而基质特性和土壤-环境条件(H2和H5)的作用不显著。景观背景对地表节肢动物多样性的解释量达到40%。在研究区域,生境特性是表征香农多样性指数和物种丰富度的指标。     

水分亏缺下紫花苜蓿和高粱根系水力学导度 与水分利用效率的关系

利用聚乙二醇(PEG-6000)模拟水分亏缺条件(胁迫水势-0.2MPa,胁迫48h),研究了变水条件下紫花苜蓿(品种:阿尔冈金和陇东)和高粱(品种:抗四)根系水力学导度(Lp_r)、根系活力、根叶相对含水量、水分利用效率等参数的动态变化,以期进一步明确植物水分吸收及散失过程调控的生理生态学基础。结果表明:水分亏缺限制了紫花苜蓿和高粱根系吸水,表现在Lp_r的下降和根系活力的降低;继而调控了其地上部反应,引起气孔导度、光合速率、叶片相对含水量和蒸腾速率等的下降,但限制性的提高了其水分利用效率,尤其在胁迫初期。恢复到正常供水条件后,Lp_r、根系活性、气孔导度等水分利用参数逐渐部分或完全恢复到了胁迫前水平,但恢复程度存在种间和品种间差异,并且根系吸水能力的恢复对于是植株地上部生长状态的恢复至关重要,尤其是水分恢复初期。紫花苜蓿根系中检测到水通道蛋白(AQPs)的存在,水分亏缺对紫花苜蓿Lp_r的影响认为主要是通过影响AQPs的活性实现的。比较紫花苜蓿和高粱水分吸收与利用状况在变水条件下的动态变化,认为紫花苜蓿幼苗对干旱逆境的适应能力相对弱于高粱,品种间陇东适应能力更强。