不同龄级速生杨人工林土壤微生物数量与养分动态变化

 通过稀释平板法和常规化学分析法, 对伊犁河谷地区3种龄级(5年、10年、15年)的速生杨欧美黑杨(Populus × euramericana)人工林的土壤微生物数量、组成和土壤养分变化进行了研究。结果表明, 3种不同林龄林地土壤微生物集中分布在10–40 cm土层, 数量和种类组成随季节变化有明显差异。随着林龄的增长, 土壤微生物总数、细菌数量减少, 真菌和放线菌数量在10年生人工林最高, 这一规律随季节变化。三大类土壤微生物的组成比例相对稳定, 不随季节变化而变化。土壤有机碳、氮含量主要集中在0–20 cm土层, 随土壤深度的增加逐渐减少, 其含量及分布受季节和土壤深度不同程度的影响。土壤有机碳含量随林龄的增长而逐渐增高, 有机氮则先减后增。相关分析表明, 土壤微生物总数与土壤有机碳呈负相关, 真菌数量与土壤有机氮呈正相关。3种林地土壤有机C/N比与土壤细菌数量/真菌数量比例一致, 说明速生杨人工林在一定生长年龄内能提高土壤的固碳能力, 改善土壤肥力。     

两种杂交杨品系光合系统Ⅱ叶绿素荧光特征

比较研究伊犁地区两种典型杨树苗大叶杨（大叶钻天杨P.balsanifera Linn（Da））和伊犁杨5号（P.euramerieana cv（I-467））对太阳辐射光能的利用和耗散特性。光照条件下光合系统Ⅱ反应中心（PSⅡ）的最大光化学效率（Fv′/Fm′）、实际光化学效率（ΦPSⅡ）和光合功能的相对限制（L（PDF））的分析表明,高的光合有效辐射强度（PAR）会导致光合作用的光抑制,但并不造成PSⅡ反应中心的不可逆破坏。淬灭分析表明,Da的光化学淬灭系数（qP）大于I-467,非光化学淬灭（NPQ）则相反（p〈0.05）。Da的NPQ显著小于I-467的,意味着I-467将PSⅡ反应中心吸收的过剩光能以热耗散等非光化学过程消耗的能力大于Da,因而相应降低了用于qP的份额。两种杨树的NPQ日变化趋势很相似;Fv′/Fm′和ΦPSⅡ的日变化趋势相似。Da的PSⅡ天线色素吸收光能中分配于光化学反应平均的相对份额（P）高于I-467,在较低的PAR环境中Da比I-467能更好的利用光能;Da用于天线热能耗散的相对份额（D）则小于I-467,两者具有极显著差异（p〈0.01）。Da的ΦPSⅡ比I-467大,是因为PSⅡ天线色素吸收的光能中分配于P或光化学淬灭的比例较大,而分配于D或非光化学过程的比例较小的缘故,反应中心的ΦPSⅡ也较Da小。在有效的利用光能方面,Da比I-467更适宜在新疆伊犁地区大面积推广栽植。     

两种杂交杨叶绿素荧光特性及光能利用

 比较研究了伊犁地区两种杂交杨伊犁杨1号(Populus deltaids ‘cv-64’ (P64))和伊犁杨小叶杨(P. simonii canaden×P. russkii-9 (Jia))对太阳辐射光能的利用和耗散特性。两种杂交杨光合速率(Pn)的日变化均呈现双峰型, 高光量子通量密度(PFD)阶段P_n达到20.1%的差距; 实际最大光化学猝灭ΦPSII日变化均呈“U”型, 于16:30时, P64的ΦPSII达到最低值, 而Jia的值于14:30时达到最低(Jia＞P64); 光合系统的闭合程度(L)在14:30时均出现一个短暂回落, 全天平均闭合程度无显著差异(p＞0.05)。非光化学猝灭系数(NPQ)在16:30同时达到最大值(Jia＞P64), 两者NPQ全天相差31.7%。叶片转化吸收太阳能热能耗散(E.D)和光化学反应转化的光能量(E.P)进行估算表明: 在PFD较低的环境条件下, 两种杂交杨将吸收的光能50%以上用于光化学猝灭; 在PFD较高的环境条件下, P64的E.P值比例大于Jia, 两者全天的E.P值没有太大的差异, P64的E.D值显著大于Jia的E.D值(p＞0.01), 而P64的E.D值占全天转化能量的比例小于Jia。P64和Jia的E.P达到最大的估算值时, 其E.D也达到了最大。分析结果表明: 两种杂交杨对高光能形成不同的适应机制, P64利用更多的太阳能进行光化学猝灭反应, 而Jia利用更多的太阳能进行非光化学猝灭反应, 减缓强太阳辐射伤害; 两种杂交杨用于光化学能量分配的比例P64大于Jia, 而Pn值在强辐射阶段和全天平均值、累积值均出现Jia＞P64。结果证明, 仅通过杂交杨本身叶绿体对光的荧光特性反应计算接收到的光能中有多少能量被利用与实际植物光合速率的转化的干物质存在一定的差异, 两种杂交杨光化学实际固定碳和转化光能的多少的内在关系需进一步的研究。     

4种杂交杨对土壤水分变化的生态学响应

 以田间持水量的100% (T1, 对照)、70% (T2)、50% (T3)和30% (T4)为4个水分处理梯度, 比较研究了4种不同品系的杂交杨(Populus)——15-29 (P. trichocarpa × P. deltoids)、DN-2 (P. deltoids × P. nigra)、DN-14274 (P. deltoids × P. nigra)和R-270 (P. deltoids × P. nigra)在不同水分处理和不同处理阶段对水分亏缺的反应。结果表明, 4种杂交杨品系对水分亏缺较敏感, 都通过关闭气孔、降低叶面积以有效地调节水分的散失, 降低光合速率、蒸腾、水势, 增加水分利用效率, 改变生物量的分配等一系列生理适应机制以及形态策略, 来应对不同程度的水分亏缺, 只是不同品系的适应程度不同。在生物量分配上, R-270主要降低叶干重, 而其它3个品系的叶、茎和根干重全部降低; 随着水分亏缺的加重, 15-29和R-270的根冠比增加, 根部获得更多的同化物分配, 从而有利于水分的吸收, 增加其抗旱性。DN-2的碳同位素组成δ¹³与水分利用效率呈显著正相关(r = 0.631, p<0.01)。而R-270的δ¹³与水分利用效率呈负相关, 但不显著, 只有在处理T4下呈显著负相关(r = -0.732, p<0.01), 表明土壤水分影响了碳同位素的分馏, 不同品系相反的结果表明同位素分馏的遗传变异。与T3和T4相比, T1和T2处理的苗木具有较高的生物量、叶面积、光合速率、蒸腾、水势以及气孔导度, 说明4个杂交杨品系在充足或适当的灌溉条件下具有较高的生产力。在T3和T4处理下, 4个品系表现出不同的生存策略, 但生产力均较低, 因此在干旱胁迫下很难形成高生产力。与DN-2和DN-14274相比, 15-29和R-270对水分胁迫表现出更强的适应性反应, 具有较强的抗旱性, 可用作防护林品种。     

不同干扰类型下羊草种群的空间格局

生态系统各层次的空间格局与生态学过程的相互关系一直是生态学的研究热点之一,这一问题的关键是选取合适的观察尺度。羊草(Leymus chinensis)作为呼伦贝尔草原的地带性植被,研究其种群空间格局对理解种群生态过程和草地资源可持续利用具有重要意义。利用Ripley's K函数和Monte Carlo随机模拟方法,对两块样地3种干扰下的羊草种群格局进行定量分析。结果表明:(1)刈割、围封、放牧3种干扰对羊草草甸草原恢复改良样地(LM)和贝加尔针茅试验样地(SM)的羊草种群空间格局具有显著影响,空间格局在不同尺度上存在差异。(2)在较小的空间尺度内,羊草种群倾向于非随机分布,在LM样地、SM样地分别为均匀分布和聚集分布;当空间尺度大于临界值后,羊草种群在围封(30-100cm)、放牧干扰(84-100cm)下倾向于随机分布,刈割干扰下仍为聚集分布。这主要与羊草的繁殖对策、群落地位以及各种干扰下对资源的竞争能力有关。(3)空间结构的规律性表面上取决于观察尺度,但更小尺度的数据对局域空间结构的生物学解释可能更有效。