降水与CO2浓度协同作用对短花针茅光合特性的影响

降水变化与CO2浓度升高将严重影响陆地生态系统尤其是草地生态系统,阐明干旱半干旱区草原优势植物对降水与CO2浓度变化的联合响应有助于理解和准确评估未来气候变化对草地生态系统的影响.基于开顶式生长箱(OTC),模拟研究了降水变化(-30％、-15％、0、+15％、+30％(以1978-2007年月降水平均值为基准))、CO2浓度变化(对照、450 μmol·mol-1、550 μmol·mol-1)及其协同作用对荒漠草原优势物种短花针茅(Stipa breviflora)光合特性的影响.结果表明:降水变化和CO2浓度升高对短花针茅光合参数影响显著,表现出显著的交互作用.随着CO2浓度升高,短花针茅叶片净光合速率(Pn)呈增加趋势,但随着时问延长(8月份)显示出光合适应现象;气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)则呈下降趋势,水分利用效率(WUE)显著增加.随着降水增加,短花针茅的Pn、Gs和Tr均呈增加趋势,Pn增加速率小于Tr,使得WUE降低.高浓度CO2和降水增加15％的协同作用可以显著提高短花针茅的Pn、Gs和Tr,但Pn增加速率接近于Tr,导致WUE变化不显著.这表明,在干旱半干旱地区,CO2浓度升高可在一定程度上提高短花针茅的抗旱能力,增强短花针茅对暖干化气候情景的适应性.     

CO2浓度和降水协同作用对短花针茅生长的影响

关于二氧化碳(CO2)浓度和降水等单因子变化对植物生长的影响研究已很多,但多因子协同作用的影响研究仍较少,制约着植物对全球变化响应的综合理解与预测.利用开顶式生长箱(OTC)模拟研究了CO2浓度升高(450和550 μmol/mol)和降水量变化(-30％、-15％、对照、+15％和+30％)的协同作用对荒漠草原优势植物短花针茅(Stipa breviflora)生长特性的影响.结果表明:550 μmol/mol CO2浓度下短花针茅植株的生物量和叶面积较对照显著增加,但450 μmol/mol CO2浓度下的变化不明显;降水增多导致植株生物量、叶面积、叶数和株高显著增加;CO2浓度与降水协同作用显著影响短花针茅植株生物量.CO2浓度升高在一定程度上缓解了降水减少对短花针茅的胁迫效应,但降水量减少3O％则明显抑制了CO2浓度升高带来的效应.研究结果有助于增进荒漠草原植物对未来气候变化的适应性理解,可为制定荒漠草原应对气候变化的对策提供依据.     

短花针茅荒漠草原植物地上地下生物量对载畜率和降水的响应

该研究于内蒙古自治区乌兰察布市四子王旗农牧科学院基地进行,试验采用完全随机区组设计,3个区组内各自设置了对照(CK)、轻度载畜率(LG)、中度载畜率(MG)、重度载畜率(HG)处理,在每个载畜率试验小区内随机设置了4个降水梯度(自然降水、减少50%降水、增加50%降水、增加100%降水),在短花针茅荒漠草原不同载畜率试验基础上模拟降水试验,分析植物地上地下生物量对载畜率和降水变化的响应特征。结果表明:(1)4种载畜率基础上增加50%降水,短花针茅荒漠草原的植物种数显著高于减少50%降水(P0.05),但与增加100%降水无显著差异;轻度载畜率下增加50%降水时物种数最多。(2)轻度、中度载畜率下增加50%降水地上生物量显著高于减少50%降水和自然降水,但与增加100%降水无显著差异;水分改变均没有使围封、重度载畜率地上生物量出现显著变化。(3)随着载畜率的增加,根系现存量随着土层的深度增加而逐渐降低,水分增加使得根系现存量出现降低趋势。(4)根系现存量与地上生物量呈一次函数极显著正相关关系(R=0.92,P0.01)。     

施肥对内蒙古短花针茅荒漠草原土壤呼吸的影响

2012年在内蒙古短花针茅荒漠草原设置了3个N肥水平（2.5、5和10 g N·m^-2）的不同NPK配施样地,并以未施肥样地为对照(CK),采用LI 8100土壤碳通量测量系统测定了样地中土壤呼吸速率的日动态和季节变化,分析土壤呼吸速率与环境因子的关系.结果表明: 在植物生长旺盛期(8月),3个N肥水平中,10 g N·m^-2处理的土壤呼吸速率显著高于其他处理,5和2.5 g N·m^-2处理的土壤呼吸速率与CK无显著差异.在植物生长初期和中期(5—9月),施P肥有利于提高土壤呼吸速率.施肥并未改变荒漠草原土壤呼吸的日动态和季节变化特征.各处理日变化最高值和最低值分别出现在10:00—14:00和03:00—05:00;季节动态的峰值均出现在8月.土壤呼吸速率与5 cm土壤温度及0～10 cm土壤含水量显著相关,其决定系数分别在0.40～0.58和0.51～0.70,说明表层土壤含水量是制约土壤呼吸变化的主要环境因子.     

放牧对短花针茅荒漠草原植物多样性的影响

放牧干扰对草原植物多样性影响机制是放牧生态学研究的核心问题。以内蒙古锡林郭勒盟苏尼特右旗的短花针茅荒漠草原的长期放牧控制实验为平台,系统研究了放牧调控下植物多样性随组织尺度转换的影响,为荒漠草原植物多样性尺度推绎提供理论基础。结果显示:1)现存草地物种数未放牧最高,适度放牧次之,重度放牧最低,差异体现在多年生杂类草和一年生草本2个功能群上,且各功能群的权重基本不受放牧强度影响;2)群落尺度,放牧强度没有显著影响丰富度指数,未放牧小区的植物Simpson生态优势度指数、Shannon-Wiener物种多样性指数与Pielou均匀度指数大于适度放牧小区,显著大于重度放牧小区(P0.05);功能群尺度,多年生禾草与一年生草本的多样性指数对放牧无显著响应,多年生杂类草的多样性指数未放牧小区最高,适度放牧小区次之。3)Godron群落稳定性指数显示,适度放牧的小区稳定性高于未放牧小区和重度放牧小区。研究表明,放牧强度的上升使短花针茅荒漠草原不同组织尺度植物多样性降低,但群落稳定性结果显示适度放牧的草地表现出了更高的稳定性,植物多样性与稳定性的权衡将是合理制定区域科学放牧强度的重要途径。     

水、氮控制对短花针茅草原土壤呼吸的影响

在自然条件下,采用自动CO2通量系统(Li-8100,Li-COR,Lincoln,NE,USA)野外测定短花针茅(Stipa breviflora)草原土壤呼吸速率,并通过回归方程分析不同水分梯度和氮素添加与土壤呼吸速率间的关系。结果表明:(1)短花针茅草原整个生长季,增雨显著提高土壤呼吸速率(P0.05),土壤呼吸速率峰值出现在温度适中,土壤含水量最大的时期(8月初)。(2)从整个生长季来看,相同降雨量下,氮素添加对土壤呼吸速率增加有抑制作用,但在降雨较少的时(5月末到6月中旬,0月份),氮素添加对土壤呼吸速率有较少的促进作用。(3)土壤含水量和土壤呼吸速率的函数模型中一元二次函数模型明显优于线性、指数等模型。一元二次模型能更好地说明土壤呼吸速率的实际变化。     

内蒙古地区短花针茅（Stipa breviflora）种群遗传多样性

短花针茅(Stipa breviflora)属亚洲中部荒漠草原种,分布范围极其广泛,为荒漠草原地带重要的牧草资源.在内蒙古地区,短花针茅群落类型复杂多样,与本氏针茅(S.bungeana)、小针茅(S.klemenzii)和克氏针茅(S.krylovii)均能共同建群,具有很广的生态幅和很强的适应能力.研究以8个不同的短花针茅地理种群为对象,随机采集健康、无锈短花针茅叶片样本,通过RAPD(Random Amplified Polymorphism DNA,RAPD)分析,研究短花针茅种群的遗传多样性,丰富人们对短花针茅生物多样性的认识,也为合理利用短花针茅草原提供依据.结果表明,(1)从102条10碱基随机引物中筛选出28条有效引物,共扩增出308条DNA带,多态性DNA带151条,占49.03%,特异性DNA带45条,占14.61%.(2)遗传多样性较为丰富,多态性位点百分率为49.03%,但低于同种方法获得的大针茅(54.75%)和克氏针茅(74.67%)的遗传多样性.(3)等级聚类、PCA分析和UPGMA聚类3种不同方法都将8个不同地理种群分为同样的两类:暖温性种群和中温性种群,热量差异是主导因素,而且,与种群的空间分布相吻合.(4)经Mantel检验发现,遗传距离与地理距离存在显著相关性(r=0.534,P＜0.05).(5)Pearson相关分析表明,特异性位点百分率与≥10℃积温、干燥度和年平均降水量之间均无显著相关性.     

荒漠草原建群种短花针茅功能性状对长期放牧的可塑性响应

植物功能性状反映了植物对生长环境的响应和适应,将环境、植物个体和生态系统结构、过程与功能联系起来,而放牧是草原生态系统的主要土地利用方式,对草原生态系统的群落结构和生态系统功能的改变起着重要作用。该研究测定了内蒙古四子王旗长期不同放牧强度下草原建群种短花针茅(Stipa breviflora)的功能性状,探讨放牧对草原群落结构的影响。研究发现:(1)随放牧强度增加,叶片各性状指标、个体生物量、植株高度、冠(丛)幅均有显著变小、变矮的趋势。(2)通过排序构建的短花针茅性状可塑性变化谱显示,各功能性状指标的可塑性指数均在重牧区最高,轻牧区最低;茎质量、叶质量、全株地上生物量对放牧响应敏感,而茎基部直径、冠(丛)幅和比叶质量响应不敏感。(3)短花针茅对长期放牧的变异系数(CV)与其响应程度(PI)之间符合指数方程y=0.08+0.18e~(1.61 x)(R~2=0.53,P0.05),植物功能性状的变异性与性状对放牧的响应强度呈正相关关系。(4)影响地上生物量的因子中,表型功能性状中的冠(丛)幅、平均叶长、叶片数量和总叶面积的贡献率之和达到72.93%。研究认为,随着放牧强度增强,短花针茅的变异性增大、可塑性增强,这可能是短花针茅能够成为建群种的生态响应机制。     

温度和降水对森林生物量分配的影响研究进展

森林生物量分配策略是全球变化背景下群落保持生产力的重要机制.温度和降水会影响森林生物量的分配格局.文章基于文献分析,总结了增温、低温和降水对森林地上、地下生物量分配的影响机制,以及温度和降水对森林生物量分配的交互作用,并对未来温度和降水影响森林生物量分配的研究进行了展望,提出该领域今后的研究重点为:(1)加强生物量分配...     

大型土壤动物群落对短花针茅草原荒漠化过程的响应

土壤动物是草地生态系统的重要组分,对维持草地生态系统结构与功能的稳定性具有重要作用,研究土壤动物群落对草地荒漠化的响应有助于揭示地下与地上生态过程的联系,全面认识荒漠化的本质。选取鄂尔多斯高原西部未荒漠化(Ⅰ)、轻度荒漠化(Ⅱ)、中度荒漠化(Ⅲ)、重度荒漠化(Ⅳ)及极重度荒漠化(Ⅴ)5种短花针茅荒漠草原生境,采用手拣法对大型土壤动物群落进行了野外调查。共获得1门2纲6目25个土壤动物类群,优势类群为蚁科和金龟子总科幼虫,常见类群8个。结果显示,短花针茅荒漠草原大型土壤动物群落具有温带草原土壤动物群落的基本特征。在荒漠化进程中,大型土壤动物群落优势类群(蚁科和金龟子总科幼虫)未发生变化,但群落总个体密度和类群数显著下降(P0.01,P0.01),群落香浓多样性、丰富度和均匀度降低(P0.01,P0.01,P0.05),群落结构趋于简单。不同荒漠化生境土壤动物群落显示出明显的退化梯度,各土壤动物类群的分布揭示了它们对生境因子的偏好和响应模式的差异。短花针茅草原荒漠化对土壤动物垂直分布的影响具有由个体到类群、由表土层到下层的变化规律,但未改变土壤动物分布的表聚性。荒漠化导致的食物资源减少是蚁科动物个体密度变化的主要原因,轻度荒漠化(Ⅱ)最适宜蚁科动物生存,土壤全氮、有机质和地上生物量对步甲科和象甲科幼虫个体密度影响较大,重度荒漠化(Ⅳ)和极重度荒漠化(Ⅴ)生境将严重影响步甲科和象甲科幼虫的生存,但对金龟子总科和蜘蛛目动物个体密度影响不大。土壤动物与生境因子、生境及荒漠化进程之间的关系综合反应了草地生态系统退化过程。     

气温、CO2浓度和降水交互作用对作物生长和产量的影响

气温、大气CO₂浓度和降水等气候因子是影响作物生长发育的关键因子,而不同的气候因子对作物的影响并非独立的,多气候因子交互作用对作物的影响目前已成为研究的焦点问题.研究不同气候因子交互作用的影响,其结果更接近作物生长的实际情况,有助于了解作物甚至作物生态系统对气候变化的真实响应.国内外关于不同气候因子对作物影响的报道较多,要全面总结不同气候因子交互作用对作物的影响是非常困难的.因此,本文只对近年来有关气温升高、大气CO₂浓度增加和降水变化交互作用对作物生长发育、光合生理及产量影响的研究进展做一简要评述,并提出目前研究的不足和需要解决的关键问题,以期为气候变化对作物生长发育及产量影响的研究提供参考.     

模拟CO2浓度升高和降雨量变化对红砂生物量分配及碳氮特征的影响

以荒漠优势植物红砂2年生苗木为试材,采用盆栽试验和开顶式CO_2控制气室模拟CO_2浓度变化(350μmol/mol和700μmol/mol)研究了红砂生物量分配及碳氮特征对降水变化减少30%、减少15%、自然降水、增加15%和增加30%(-30%、-15%、0、15%、30%)的响应。结果表明:(1)CO_2浓度上升显著性的促进红砂地上茎叶和地下的根生物量,降雨量增加或减少也显著性的促进或抑制了这一作用;CO_2倍增时,红砂的地上生物量在降水增加30%时平均增加了61.28%(P0.05),而根生物量在降水增加或减少30%时均分别增加了84%(30%)和3.21%(-30%),这种响应导致红砂根冠比在降水减少时大于降雨量增加时,CO_2倍增显著地抑制了这一作用。(2)CO_2浓度上升显著性地促进了红砂根、茎、叶中的碳含量,显著性地抑制了红砂根、茎、叶中氮含量,降雨量增加或减少也显著性的促进或抑制了这一作用;这种响应导致红砂根、茎、叶的C/N在降雨减少30%时增加80.22%(根)、103.02%(茎)和199.88%(叶)(P0.05),在降雨增加30%时增加24.99%(根)、30.27%(茎0)和104.45%(叶)(P0.05),CO_2浓度倍增显著性地促进了这一作用。(3)以上结果表明,未来全球CO_2浓度升高时,在降雨量增加地区红砂因充足的碳源和水分而得以恢复;在降雨减少的地区,CO_2的升高对降雨减少造成的干旱胁迫有一定的补偿作用,红砂则以较高的根冠比来维持其在荒漠生态系统中地位。     

不同氮素水平下增温及[CO2]升高综合作用对蒙古栎幼苗生物量及其分配的影响

 蒙古栎(Quercus mongolica)是东北地区天然次生林重要组成树种, 研究该树种对未来气候变暖的响应, 可为预测未来气候变暖情况下蒙古栎林的发展动态、制定合理的经营措施提供科学参考。该文旨在探讨不同的供氮水平下, CO₂浓度和温度升高综合作用对蒙古栎幼苗生物量及其分配的影响。实验采用人工气候箱控制, 控制条件分别为温度升高4 ℃(ET)、CO₂浓度倍增(700 μmol CO₂ ·mol^–1) × 温度升高4 ℃ (ECET)和对照(正常温度, CO₂浓度为400 μmol CO₂·mol^–1) (CK), 每个控制条件幼苗的基质分别用3种氮素水平处理: N1 (15 mmol·L^–1 N)、N2 (7.5 mmol·L^–1 N)和N3 (不施氮)。研究结果显示, 1)在ET条件下, N1明显促进幼苗茎的高生长、径生长和生物量积累, 幼苗生物量的分配随氮素浓度的增加, 地下生物量所占的比例增大。2) ECET条件下N1明显促进幼苗的高生长, 但对径生长影响不显著, 对幼苗总生物量积累的影响不显著。但N1增加了地下生物量的比例。3) ET与ECET条件下幼苗叶片的碳氮比均随供氮水平降低而升高, 但ECET下碳氮比的升高是由于叶片碳含量较高引起的, 而ET条件下则是由于叶片氮含量的降低而引起的。ECET和ET条件较低的氮素供应水平综合作用对蒙古栎幼苗的生物量积累无促进作用。因此, 在未来气候变化情况下, 土壤中充足的氮供给可能将促进蒙古栎幼苗的生长, 增加其天然更新潜力, 并增加其碳库容。     

贝加尔针茅响应降水变化敏感指标及关键阈值

降水是影响中国北方草原群落结构和生产力的关键环境因子,弄清植物响应降水变化敏感指标,确定关键阈值,可为草原的科学管理与制定应对气候变化措施提供依据。以贝加尔针茅为材料,基于不同降水的模拟实验,采用正态总体统计容忍区间及容忍限的估算方法,对测定的叶面积、株高、叶绿素和叶N含量等14个植物生理生态指标响应降水变化的敏感性及其阈值进行了研究。结果表明,植株总叶面积、水势(或叶绿素含量)和地上生物量可分别从形态、生理和生物量积累三方面较好地指示贝加尔针茅对降水变化的敏感性,受到胁迫时的降水量(6、7和8月3个月份总降水量)阈值分别是283、276(276)mm和280 mm。研究结果可为客观辨识贝加尔针茅草原干旱的发生发展与监测预警提供参考。