基于多目标灰色局势决策的三峡库区防护林类型空间优化配置

基于2007年Landsat TM遥感影像和影响防护林的主导环境因子,对三峡库区的森林立地进行分类,并通过选取水源涵养量、生物量和林分生产力3个指标,利用多目标灰色局势决策模型对库区现有的针叶林、阔叶林、针阔混交林和灌木林4种防护林类型进行空间优化配置.结果表明： 2007年,三峡库区森林立地可划分为40种类型;空间配置优化后,研究区针叶林、阔叶林、针阔混交林和灌木林的面积比例分别为32.55%、29.43%、34.95%和3.07%.与优化前相比,优化后针叶林和灌木林的面积比例分别减少了8.79%和28.55%,阔叶林和针阔混交林分别增加了10.23%和27.11%.通过防护林类型的空间优化,三峡库区整体的水源涵养能力、生物量和林分生产力分别增加14.09×10⁸ m³、0.35×10⁸ t和1.08×10⁶ t.     

不同生境下荒漠植物红砂-珍珠猪毛菜混生根系的垂直分布规律

植物种间相互作用及其对环境胁迫的响应一直是物种共存和生物多样性维持研究的一个热点, 从地下根系入手来探讨混生群落植物种间关系及其对环境胁迫响应的研究少见报道。该文以荒漠草原区(灵武)、典型荒漠区(张掖)和极端荒漠区(酒泉) 3个不同生境条件下单生与混生红砂(Reaumuria soongarica)和珍珠猪毛菜(Salsola passerina)为实验材料, 采用分层取样法对其垂直根系参数进行测定和分析, 探讨了两种植物根系分布对混生及荒漠环境梯度的响应。结果表明: 同一生境条件下, 混生红砂和珍珠猪毛菜比根长和比表面积均高于单生, 说明红砂、珍珠猪毛菜混生后其根系相互作用关系表现为互惠, 促进了植株对土壤养分和水分的吸收。不同生境条件下, 同一生长方式的红砂根系分布深度均大于珍珠猪毛菜, 且根系消弱系数也普遍高于珍珠猪毛菜, 说明二者在不同生境条件下占据不同生态位, 红砂表现为深根性, 根系位于土壤深层, 珍珠猪毛菜表现为浅根性, 根系分布于土壤浅层。随着荒漠环境胁迫增强, 单生和混生红砂与珍珠猪毛菜的比根长和比表面积均呈现出极端荒漠区>典型荒漠区>草原荒漠区的规律, 且生境越干旱, 混生群落根系分离越明显; 单生与混生红砂根系消弱系数也逐渐增大, 在极端干旱区达到最大值, 珍珠猪毛菜变化不大, 表明红砂-珍珠猪毛菜混生群落根系生态位分离随荒漠环境胁迫增强而加大, 验证了环境胁迫梯度假说。可见“地上聚生, 地下分离”的混生方式可能是红砂-珍珠猪毛菜混生群落适应干旱胁迫环境的生长策略。     

长叶红砂主要水分参数随季节和生境的变化

运用压力容积(PV)技术,研究了4种盐分生境下长叶红砂饱和含水量时最大渗透势(Ψ_s^sat) 、初始质壁分离时的渗透势(Ψ_s^tlp)、初始质壁分离时渗透水相对含量(ROWC^tlp)、初始质壁分离时的相对含水量(RWC^tlp)、质外体水的相对含量(AWC) 、束缚水与自由水的比值(V_a/V_o) ,以及饱和含水量时最大渗透势与初始质壁分离时的渗透势之差(ΔP)的季节变化.结果表明：长叶红砂的主要水分参数Ψ_s^sat、Ψ_s^tlp值为5月＞7月＞9月,AWC、V_a/V_o 和ΔP值表现为5月＜7月＜9月.说明长叶红砂在季节变化中历经了逆境锻炼,其耐水分亏缺能力随5、7、9月逐渐递增,这与植物的生长发育节律相吻合;与其他荒漠旱生植物相比,长叶红砂的Ψ_s^sat和Ψ_s^tlp值非常低,具有很强的忍耐高渗压和维持低水势的能力.以3个月份4种不同生境所测水分参数值为基础,运用模糊数学隶属函数法对不同生境长叶红砂耐水分亏缺能力进行综合评价,得出重盐土＞非盐渍土＞盐渍土.     

氮添加与降雨变化对红砂幼苗非结构性碳水化合物的影响

非结构性碳水化合物(NSC)在植物体内的含量及分配对植物生长和存活至关重要。开展氮沉降和降雨变化对幼苗NSC影响的研究,为揭示干旱导致幼苗死亡机理及预测气候变化背景下幼苗自然更新及培育提供依据。本研究以1年生红砂幼苗为对象,测定了不同降雨(降雨减少(W-)、自然降水(W)和降雨增多(W+))和氮添加(N0(0 g N·m^-2·a^-1)、N1(4.6 g N·m^-2·a^-1)、N2(9.2 g N·m^-2·a^-1)、N3(13.8 g N·m^-2·a^-1))条件下红砂幼苗各器官NSC及其组分含量。结果表明:红砂幼苗各器官NSC含量为28.8~71.8mg·g-1,叶片含量最高,茎含量最低。氮添加和降雨变化对红砂幼苗叶片和根系淀粉及总NSC含量有显著影响,而对茎无显著影响。各降雨条件下,氮添加均促进了红砂幼苗叶片淀粉和总NSC累积,在降雨增加30%的条件下氮的促进效应更显著,中高氮(N2和N3)叶片淀粉与总NSC含量显著高于低氮水平(N1和N0);在低氮降雨减少30%(N1W-)处理下,红砂叶片淀粉和NSC含量最小,而根系淀粉和NSC含量最大,即低氮干旱胁迫下红砂可通过NSC在不同器官的重新分配来适应胁迫环境。在自然降雨和降雨增加30%情况下,根系淀粉和NSC的含量随氮添加的增加而减小,且中高氮处理(N2和N3)显著低于对照(N0)。可见,叶片是红砂NSC的源,氮添加会促进红砂幼苗叶片NSC的累积,且这种促进效应与水分紧密相关,在降水增加情况下其效应更显著;而过量的氮添加会抑制根系NSC含量的积累,在低氮干旱胁迫下红砂也可通过叶片NSC向根系转移来适应逆境胁迫。     

叶施NO对NaCl胁迫下红砂幼苗叶片和根系中氮代谢酶及营养物质的影响

以当年生红砂(Reaumuria soongorica)幼苗为材料,采用盆栽实验,考察叶面喷施不同浓度(0、0.01、0.10、0.25、0.50、1.00 mmol·L^-1)NO供体硝普钠 (SNP) 对NaCl(300 mmol·L^-1)胁迫下红砂根、叶中可溶性蛋白、游离氨基酸和硝态氮含量,以及谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合酶(GOGAT)、硝酸还原酶(NR)活性的影响,并采用主成分分析和隶属函数法筛选NO对NaCl胁迫缓解效应的氮代谢指标和最佳NO浓度,以探讨外源NO对NaCl 胁迫下红砂缓解效应的氮代谢响应机制。结果表明：(1)在300 mmol·L^-1 NaCl胁迫处理下,红砂幼苗根、叶中可溶性蛋白、硝态氮含量以及GS、GOGAT、NR活性均比对照显著下降。(2)外源NO能显著提高盐胁迫下红砂叶、根中GS、GOGAT、NR活性和硝态氮含量,增加根中可溶性蛋白和游离氨基酸含量。(3)NR和GOGAT活性可用于评价NO对NaCl胁迫下红砂幼苗的缓解作用,外源NO(SNP)对红砂幼苗在NaCl胁迫下的缓解效果强弱表现为0.25 mmol·L^-1> 0.50 mmol·L^-1> 0.10 mmol·L^-1> 1.00 mmol·L^-1> 0.01 mmol·L^-1。研究发现,300 mmol·L^-1 NaCl胁迫显著抑制了红砂幼苗氮代谢,外源NO(SNP)有助于提高盐胁迫下红砂NR活性,加快硝态氮转化为铵态氮,促进红砂叶片和根中GS/GOGAT对转化物的同化,从而增强红砂幼苗的耐盐性,并以0.25 mmol·L^-1SNP处理时缓解作用最佳;NR和GOGAT活性可作为NO缓解盐胁迫的评价指标。     

濒危植物长叶红砂适应盐胁迫的生理生化机制研究

以濒危盐生植物长叶红砂(Reaumuria trigyna)幼苗为材料,研究了不同浓度NaCl溶液(0、100、200、300和400mmol/L)处理30d对其生长和生理生化指标的影响,以分析长叶红砂的耐盐生理机制。结果表明:(1)100和200mmol/L NaCl处理时,长叶红砂鲜重和干重均显著增加,但随着盐浓度继续增加,长叶红砂幼苗生长受到抑制,且地上部受到的抑制大于根部,显示长叶红砂适宜生长的NaCl浓度是200mmol/L。(2)随NaCl胁迫浓度的升高,长叶红砂的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)呈下降趋势,胞间CO2浓度(Ci)呈上升趋势,说明光合速率的下降使利用CO2的能力下降,胞间积累了大量的CO2,且盐处理浓度越高量越大。(3)随NaCl胁迫浓度的升高,长叶红砂幼苗Na+、Cl-含量增加,可溶性糖、脯氨酸、游离氨基酸及可溶性蛋白等有机渗透调节物质的合成增加。研究认为,长叶红砂是通过调节叶片Na+、Cl-以及有机渗透调节物质含量来提高其耐盐能力。     

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。     

荒漠植物红砂叶绿素和脯氨酸累积与环境因子的相关分析

通过测定中国境内荒漠植物红砂(Reaumuria soongorica)主要分布区内21个自然种群407株叶片的叶绿素和脯氨酸含量,以及不同种群内土壤含水量、可溶性盐分含量、有机质、全氮、全磷含量等土壤理化性状指标,分析了不同自然种群红砂叶绿素和脯氨酸含量的变异特征以及影响其变化的主要环境因子.研究结果表明:红砂种群间叶绿素含量差异显著.土壤因子对叶绿素合成的影响较气象因子大,而土壤含水量和土壤全磷含量是导致不同红砂种群叶绿素含量出现明显差异的主要原因.红砂脯氨酸含量平均值显著高于盐爪爪、骆驼刺、芨芨草等其它荒漠物种,并且与叶片含水量和土壤含水量呈显著负相关,与土壤可溶性盐分含量呈显著正相关.红砂体内脯氨酸的累积是对干旱盐渍环境的适应性反应,与抗旱性和抗盐性之间存在着一定的关系.     

土壤水分胁迫对红砂幼苗叶绿素荧光和抗氧化酶活性的影响

以红砂(Reaumuria soongorica)2年生幼苗为材料,研究不同土壤水分处理下其叶绿素荧光参数、叶绿素含量和抗氧化酶活性等光合生理指标的变化特征。取得如下结果。(1)与对照组(CK)相比,中度胁迫(MS)和重度胁迫(SS)处理下红砂叶绿素含量分别降低了15.3%和25.7%,叶绿素(a/b)含量分别增加了7.4%和36.9%。表明胁迫处理导致色素含量和捕光色素复合体II含量下降,减少了其对光能的捕获,降低了光合机构遭受破坏的风险。(2)随着胁迫的加剧,初始荧光(Fo)呈升高趋势,而最大荧光(Fm)、PSII潜在光化学效率(Fv/Fo)和PSII最大光化学效率(Fv/Fm)呈明显降低趋势。说明胁迫使PSII结构与功能受到一定程度的损伤和破坏。(3)在胁迫处理下,抗氧化酶活性和丙二醛含量也发生了一定程度的变化,反映出红砂对胁迫环境有较强的耐受性。