黄土丘陵沟壑区土壤侵蚀环境下芽库的季节动态及垂直分布

研究了陕北黄土丘陵沟壑区5种土壤侵蚀环境（阳沟坡、阳峁坡、峁顶、阴峁坡、阴沟坡）下的植被组成、芽库组成、芽库季节动态及垂直分布特征.结果表明： 该区拥有永久性芽库的多年生物种占总物种数的80.3%,具季节性芽库的一年生植物占19.7%.在侵蚀严重的阳沟坡和阳峁坡,植物返青期的永久性芽库存量较大,而在侵蚀强度较小的峁顶、阴沟坡和阴峁坡,植物开花结实期的季节性芽库密度较大.不同侵蚀环境下地下部分芽库库存量占总永久性芽库的比例较稳定,地面永久性芽库存量在阳坡较大,而地上部分季节性芽库存量在阴坡和峁顶较大.由于不同侵蚀环境下植物群落的物种组成不同,加上土壤侵蚀干扰和植物季节更新,影响了芽库在季节及垂直分布上的变化.在黄土丘陵沟壑区植被更新过程中, 芽库具有重要作用.     

黄土高原先锋种猪毛蒿叶片形态解剖与生理特征对立地的适应性

为了揭示黄土丘陵沟壑区撂荒地植被演替前期优势种猪毛蒿(Artemisia scoparia)对该区立地环境的适应性,探讨猪毛蒿演替生态位的变化,研究了陕北黄土丘陵沟壑区3种立地环境下(阳峁坡、峁顶、阴峁坡)猪毛蒿叶片形态解剖和生理特征的变化,以及这些变化与生态因子之间的相互关系。结果表明:(1)猪毛蒿叶片具有适应该区半干旱环境的形态及解剖结构:叶片针形化、具表皮毛、环栅型叶肉组织、海绵组织特化为贮水组织、维管束退化、具裂生分泌腔,C3植物呈现类似CAM植物的叶片特性;(2)在土壤、空气湿度相对干燥和强光生境的阳峁坡与峁顶,猪毛蒿具有较小的叶面积、发达的栅栏组织、致密的表皮毛和紧密的细胞间隙,而在生境条件较好的阴峁坡则呈相反趋势;(3)阳峁坡猪毛蒿叶片相对含水量和叶绿素含量较小,超氧阴离子自由基增加,但植物体内超氧化物歧化酶和抗坏血酸含量增加以清除植物体内产生的活性氧;(4)冗余及相关性分析表明,猪毛蒿叶片形态、解剖和生理指标的可塑性对立地光照强度、土壤水分和有机质含量较为敏感,同时其形态解剖与生理可塑性可共同调节来适应生境。综合分析,猪毛蒿对陕北黄土丘陵沟壑区撂荒初期光照强度大、土壤贫瘠但土层干化现象尚未出现的立地环境有较好的适应性,使其成为黄土高原植被自然演替过程中的先锋物种。     

黄土丘陵沟壑区主要草种枯落物的持水能力与养分潜在归还能力

黄土丘陵沟壑区由于土壤侵蚀严重,天然植被恢复缓慢,植被稀疏,枯枝落叶层的生态效应就显得尤为重要。对该区坡沟不同立地条件下草本群落主要物种的枯落物蓄积量、持水与养分潜在归还能力进行了分析,探讨主要物种枯落物对土壤的改善作用。结果表明:1)坡沟不同立地条件下枯落物蓄积量差异显著(P0.05),在73.74—175.26 g/m2之间变化,表现为阴沟坡峁顶阳沟坡阴梁峁坡阳梁峁坡;在坡面不同微地形下也差异显著(P0.05),在阳坡表现为株丛浅沟鱼鳞坑裸地,在阴坡为浅沟鱼鳞坑株丛裸地,在峁顶为株丛裸地。2)主要物种枯落物最大持水量可达自身干重的1.22—4.34倍;不同物种枯落物间的持水能力差异极显著(P0.01),表现为白羊草叶铁杆蒿叶白羊草茎达乌里胡枝子叶长芒草达乌里胡枝子枝铁杆蒿枝。3)枯落物C、N含量分别在7.35%—40.33%和0.61%—1.60%之间,不同物种间差异极显著(P0.01),同一物种枯落物C、N含量在坡沟不同立地条件下差异不显著。4)影响枯落物分解的木质素含量(1.00%—8.20%)、纤维素含量(3.16%—14.06%)、木质素/N值(0.78—12.48)、C/N值(5.61—57.41)在不同物种间差异极显著(P0.01);同一物种木质素含量、纤维素含量和木质素/N值在坡沟不同立地条件下差异显著(P0.05),而C/N值不显著。5)铁杆蒿叶的枯落物养分潜在归还能力最大,达乌里胡枝子和白羊草的枯落物次之,长芒草的枯落物养分潜在归还能力最小。     

黄土丘陵区小流域侵蚀环境对土壤微生物量及酶活性的影响

土壤侵蚀环境直接影响土壤的特性,对土壤微生物的形成和稳定具有重要的影响。土壤微生物量推动着土壤的物质循环和能量流动,对土壤中各种环境的变化有很强的敏感性。土壤酶活性能表示土壤微生物功能的多样性,与土壤微生物量有着紧密的联系。为了探究不同侵蚀环境对土壤微生物量和酶活性的影响,以黄土丘陵区陈家坬小流域为研究区,选择5种不同侵蚀环境下0—10cm和10—20cm土层的土壤为研究对象,对土壤微生物量及其土壤蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性进行了研究。结果表明:(1)土壤微生物量碳、氮、磷含量均表现为0—10cm大于10—20cm土层;土壤微生物量碳和磷在阴沟坡最大,在阳梁峁坡和峁顶较小,且阴沟坡和峁顶差异显著;土壤微生物量氮在阳沟坡最大,阴阳梁峁坡最小,差异性显著(P0.01)。(2)土壤脲酶、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性均表现为0—10cm大于10—20cm土层,且在不同侵蚀环境下均表现为阴梁峁坡最大,阳梁峁坡最小。(3)相关性分析表明,土壤微生物量碳、氮、磷与土壤脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶活性之间均有极显著的正相关。     

黄土丘陵沟壑区潜在抗侵蚀植物分析

基于对黄土丘陵沟壑区延河流域多年(2003—2014年)植被调查资料的整理分析,根据抗侵蚀植物定义及Braun-Blanquet植物社会学方法,筛选该区潜在的抗侵蚀植物,阐明不同抗侵蚀植物的分布特征及其生存繁衍能力。结果表明:1)共筛选出潜在的抗侵蚀植物42种,分属18科33属,禾本科、豆科、菊科、蔷薇科物种最多,占总物种数的66%。2)42种植物中85%的物种生活型为高位芽、地上芽和地面芽植物,76%的物种生长型为灌木/小灌木和多年生草本,78%的物种水分生态类型为旱生和中生;结合该流域的气候条件及42种植物的分布范围,可将其分成广幅种、中幅种、窄幅种3种类型。3)55%的物种最大盖度超过50%,可成为群落的建群种或单优种;其它最大盖度小于50%的物种多成为群落的共优种,这些物种具有较高的盖度和地上生物量,表明植物能适应该区侵蚀环境且长势较好。4)42种植物几乎都具有土壤种子库和幼苗库,60%的物种具有植冠种子库;除一年生植物,其他植物均可进行营养繁殖,表明潜在的抗侵蚀植物均能维持自身的生存繁衍。5)42种植物中有13种为主杆型植物,其较大的冠幅能够保护基部土壤;8种疏丛型植物具较强的保护土体和拦截沉积物能力;6种聚丛型和7种簇丛型植物能有效拦截沉积物。总之,只占研究区记录的总物种数13%的潜在抗侵蚀植物具有种子库和幼苗库,多年生植物以营养生殖为主,能维持自身的生存繁衍;由于植冠对其下土壤的保护和植物基部茎对沉积物的拦截,在植物基部能形成土堆,可有效控制土壤侵蚀。     

黄土丘陵区植被与地形特征对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响

研究黄土丘陵区植被与地形特征对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征影响有助于深入理解黄土丘陵区不同植被带下土壤和土壤微生物相互作用及养分循环规律.选择黄土丘陵区延河流域3个植被区(森林区、森林草原区、草原区)和5种地形部位(阴/阳沟坡、阴/阳梁峁坡、峁顶)的土壤作为研究对象,利用生态化学计量学理论研究植被和地形对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响.结果表明: 土壤及土壤微生物生物量碳、氮、磷含量在不同地形之间的差别主要表现在沟坡位置和阴坡高于其他坡位和阳坡.植被类型的变化对两个土层(0～10、10～20 cm)土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响均达到显著水平,坡向对表层(0～10 cm)土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响强于坡位,而在10～20 cm土层,坡位对土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷影响更显著.植被类型显著影响土壤C∶N、C∶P、N∶P和土壤微生物生物量C∶N、C∶P,坡向和坡位仅影响土壤C∶P和N∶P,植被类型的变化是影响土壤C∶N的主要因素.同时,植被类型对土壤养分和微生物生物量碳、氮、磷含量及其生态化学计量特征的影响大于地形因子.标准化主轴分析结果表明,黄土丘陵区不同植被带土壤微生物具有内稳性,特别在草原带,土壤微生物生物量生态化学计量学特征具有更加严格的约束比例.在黄土丘陵区,土壤微生物生物量N∶P或许可以作为判断养分限制的另一个有力工具,若将土壤微生物生物量N∶P与植物叶片N∶P配合使用可能有助于我们更加精确地判断黄土丘陵区的土壤养分限制情况.     

黄土丘陵沟壑区80种植物繁殖体形态特征及其物种分布

植物繁殖体的形态特征及其物种分布是植物长期适应环境的结果,对退化生态系统的更新与恢复具有重要的理论与实践指导意义。研究了80种植物的繁殖体形态特征及与其物种分布的关系,结果表明：1）繁殖体重量差别较大（0. 020—357.428 mg）,主要集中在1—9.999 mg（占52.5%）。2）繁殖体的形状指数FI变化范围较大（1.06—12.93）,61.3%的植物繁殖体的形状近圆球形。3）33种植物繁殖体具有明显的附属物,包括毛、翅、芒和刺等。4）87.5%的植物繁殖体表面具有各种纹饰（棱、被毛、纹和颗粒状等）;繁殖体颜色以褐色和黑色为主,少数繁殖体颜色鲜艳;6种植物繁殖体具有吸水分泌粘液的特性。5）黄土丘陵沟壑区繁殖体重量小或形状近圆球形的植物分布数量多、范围广。6）繁殖体具有毛、翅和芒附属物或吸湿分泌粘液的植物在黄土丘陵沟壑区较繁殖体无附属物的植物能够分布更多、更广。繁殖体这些有利于物种分布的形态特征对于植物适应该区干旱与土壤侵蚀干扰具有重要的生态学意义,而且可用于指导该区人工补播促进植被恢复的物种选择。     

陕北丘陵沟壑区撂荒地自然恢复植被的组成结构与数量分类

采用样带调查与TWINSPAN分类等方法,对陕北丘陵沟壑区延安、安塞和吴旗174个撂荒地样方的物种组成、出现频率与盖度、及群落类型进行了统计与分类.植被组成结构的统计结果表明:该区自然恢复的植被几乎一半是由禾本科、菊科、豆科和蔷薇科的物种组成,北温带、旧世界温带、世界与泛热带分布成分占到总物种数近75%,且以中旱生、中生和旱生的草本类植物为主,具有典型的温带地面芽植物气候特征.植被的数量分类表明:调查样方基本包括了该区自然恢复的主要植被类型,延安、安塞和吴旗的植被在1年生草本群落到多年生蒿禾类草本群落阶段,依次均以猪毛蒿(Artemisia scoparia)、赖草(Leymus secalinus)、长芒草(Stipa bungeana)、达乌里胡枝子(Lespedeza davurica)、铁杆蒿(Artemisia gmelinii)、茭蒿(Artemisia giraldii)、白羊草(Bothriochloa ischaemun)等为主要优势物种构成的不同组合的植物群落,且这些物种具有较高的盖度和频度;但在植被演替后期,不同植被带及阴阳坡的演替方向却发生了明显的变化.以延安为代表的森林带,阴坡可形成黄刺玫(Rosa xanthina)、三角槭(Acer buergerianum)、辽东栎(Quercus liaotungensis)等为优势种的群落,阳坡可形成狼牙刺(Sophora viciifolia)、侧柏(Platycladus orientalis)等为优势种的群落;以安塞为代表的森林草原带,阴坡可形成黄刺玫、紫丁香(Syringa julianae)、虎榛子(Ostryopsis davidiana)等为优势种的群落,阳坡可形成白羊草(Bothriochloa ischaemun)、狼牙刺等为优势种的群落;而以吴旗为代表的草原带,阴阳坡植被分异不明显,为多年生蒿禾类草本群落.这些演替后期的灌乔优势物种均为高位芽植物,在阴坡为中生,在阳坡为旱生、中旱生,虽具有比较高的盖度,但分布仅仅是零散出现,并不是目前黄土丘陵沟壑区的主要植被类型.     

黄土丘陵小流域土壤侵蚀的时空变异及其影响因子

采用土壤侵蚀模型LISEM(Limburg Soil Erosion Model)模拟黄土丘陵沟壑区大南沟小流域5种土地利用格局下立地尺度上土壤侵蚀量的空间分布,从土壤侵蚀量与环境因子的关系分析入手,研究黄土丘陵小流域立地尺度上土壤侵蚀的时空变异性及其影响因子.研究结果表明,立地尺度上平均土壤侵蚀强度以1975年>1998年>退耕格局,可见优化土地利用格局(陡坡农地退耕)可以有效地降低立地尺度上的土壤侵蚀强度.各种土地利用方案下土壤侵蚀强度的空间变异都很显著,相对来说以1975年<1998年<退耕格局,可见优化土地利用格局可以提高土壤侵蚀的空间变异性,降低土壤侵蚀危险的空间聚集度.土壤侵蚀量与降雨呈现显著正相关性,相关性以LU75>LU98>退耕格局,可见合理的土地利用格局可以有效地削弱降雨对土壤侵蚀强度的影响.土地利用方式对土壤侵蚀空间分布具有显著影响.从1975年、1998年到3种退耕格局,陡坡农地退耕还林还草,植被覆盖度增加,林地/灌木地、果园/经济林地、农地和休闲地的平均土壤侵蚀强度都逐渐降低.相关分析表明,林地/灌木地上土壤侵蚀量最小,荒草地相对最严重;果园、休闲地和农地居中.土壤侵蚀强度还存在显著的地形分异.水平凹凸度和相对海拔对土壤侵蚀空间分布的影响比较显著,而坡向、坡度和垂直凹凸度的影响较小.土壤侵蚀强度以水平凸坡大于水平凹坡、垂直凹坡略大于垂直凸坡、偏南坡大于偏北坡、低海拔大于高海拔.对1975年和1998年土地利用格局来说,土壤侵蚀强度以偏西坡大于偏东坡、陡坡大于缓坡;对3种退耕格局而言则正相反.可见,优化土地利用格局(陡坡农地退耕),可以有效地削弱甚至逆转地形对土壤侵蚀强度的影响.     

丘陵地区地形梯度上植被格局的分异研究概述

植物群落的本质特征之一是群落中的植物和环境之间存在一定的相互关系。湿润的丘陵地区是由水侵蚀而形成的包含各种干扰频率的生境复合体,作为中尺度的地形单位,可以通过侵蚀前线划分为上部坡面和下部坡面两个小尺度的地形单位,而上部坡面可以进一步划分为顶坡、上部边坡、谷头凹地等微地形单元,下部坡面可以进一步划分为下部边坡、麓坡、泛滥性阶地及谷床等微地形单元。上部坡面发育的是气候顶极群落,沿顶坡向谷头凹地,群落发生逐渐、连续的变化,下部坡面发育的为地形群落,其物种组成、结构以及其它生态特征与上部坡面具有显著的差异,而其微地形单元之间植被的变化不明显。干扰作用是不同地形植被分异的控制因子,也是地形植被维持和更新的关键因子。下部坡面以相对积极的土壤侵蚀、滑坡和崩塌等过程为特征,其植被更新依赖于频繁的地面干扰,而上部坡面长期稳定,其植被更新依赖于林窗动态。地形是影响植被格局的最重要的也是最基本的生境因子,其引起的生境生态位分化为物种的共存提供了条件,导致了小尺度空间内高生物多样性的形成和维持。     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

Principles of organization and evolution of systems of regulation of functions

Evolution of living organisms is closely connected with evolution of structure of the system of regulations and its mechanisms. The functional ground of regulations is chemical signalization. As early as in unicellular organisms there is a set of signal mechanisms providing their life activity and orientation in space and time. Subsequent evolution of ways of chemical signalization followed the way of development of delivery pathways of chemical signal and development of mechanisms of its regulation. The mechanism of chemical regulation of the signal interaction is discussed by the example of the specialized system of transduction of signal from neuron to neuron, of effect of hormone on the epithelial cell and modulation of this effect. These mechanisms are considered as the most important ways of the fine and precise adaptation of chemical signalization underlying functioning of physiological systems and organs of the living organism