高寒退化草地不同海拔狼毒种群花大小与叶大小、叶数量的关系

植物花大小与叶大小、叶数量的关系反映了植物长期与环境相互作用形成的外在形态方面的适应对策,不同生境中其生长关系的变异体现了植物对异质环境的适应方式。本文研究了祁连山北坡高寒退化草地4个不同海拔狼毒(Stellera chamaejasme)种群花大小与叶大小、叶数量的关系。结果表明:随着海拔的升高,草地群落的高度、密度和地上生物量均呈先升高后降低的倒U型分布;狼毒的地上生物量、株高和叶大小均呈减小趋势,而繁殖分配、花大小和叶数量均呈增大的变化趋势;在海拔梯度上,狼毒花大小与叶数量呈极显著正相关(P0.01),与叶大小呈不显著负相关(P0.05),说明狼毒种群花大小与叶数量具有显著的依赖关系;生境对狼毒花大小与叶数量之间的依赖关系产生显著影响,高海拔的环境胁迫导致狼毒个体减小,植株通过增加花大小和叶数量、减小叶大小的资源分配策略来保证物种的繁衍。     

Trade-off between the biomass and number of flowers in Stellera chamaejasme along an elevation gradient in a degraded alpine grassland

权衡关系是植物生活史对策理论的基础, 花大小-数量的权衡关系对理解花的生物量分配具有重要的意义。该文利用实验生态学方法, 研究了祁连山北坡高寒退化草地4个不同海拔狼毒(Stellera chamaejasme)种群花大小与花数量间的关系。结果表明: 随着海拔升高, 草地群落的高度、密度和地上生物量均呈先升高后降低的倒U型分布, 狼毒花大小呈逐渐增大的趋势, 而花数量呈相反的变化趋势; 不同海拔样地狼毒花大小与花数量间的相关性存在差异, 海拔2700、2900和3000 m样地狼毒花大小和花数量之间均存在极显著的负相关关系(p < 0.01), 海拔2800 m样地二者之间存在显著的负相关关系(p < 0.05), 狼毒植株分配给花大小与花数量的资源间存在着“此消彼长”的权衡关系; 海拔2800 m样地是狼毒植株花大小与花数量权衡关系由低海拔的花数量多而单花生物量低向高海拔的花数量少而单花生物量高转变的区域。狼毒植株通过合理权衡花数量和花大小的资源配置, 以补偿在海拔梯度上不利因素对种群繁衍带来的影响, 从而实现种群的繁殖成功, 反映了毒杂草对异质性生境的表型可塑性机制。     

高寒退化草地星毛委陵菜叶大小与数量的权衡关系

植物叶大小和数量的权衡关系反映了植物对环境的高度适应性及其在复杂生境下的自我调控能力。采用标准化主轴估计(standardized major axis estimation,SMA)方法,在祁连山北坡选择未退化(Ⅰ)、轻度退化(Ⅱ)、中度退化(Ⅲ)和重度退化(Ⅳ)4种高寒草地,研究了星毛委陵菜(Potentilla acaulis)叶大小-数量的关系。结果表明:随着天然草地退化程度的加剧,草地群落的高度、盖度和土壤含水量逐渐下降,星毛委陵菜种群的高度逐渐下降、盖度逐渐上升,星毛委陵菜叶大小呈逐渐减小的趋势,而叶数量增加;各退化草地星毛委陵菜叶大小与叶数量均呈显著负相关(P0.05),星毛委陵菜分配给叶大小与叶数量的资源间存在着"此消彼长"的关系;不同退化草地间的比较显示,未退化和重度退化草地星毛委陵菜叶大小与叶数量呈显著异速生长关系(P0.05),轻度和中度退化草地二者呈近似等速生长关系。高寒退化草地星毛委陵菜植株合理权衡叶大小-数量的资源配置模式,体现了植物茎叶构型的表型可塑性机制。     

清凉峰不同海拔木本植物小枝内叶大小-数量权衡关系

权衡关系是生活史对策理论的基础, 叶大小-数量的权衡关系对理解叶大小进化具有重要的意义。该研究以单叶面积和单叶片干重表示叶大小, 用小枝干重和小枝茎干重表示小枝大小, 采用标准化主轴估计(standardized major axis estimation, SMA)和系统独立比较分析(phylogenetically independent contrast analysis, PIC)的方法, 对浙江省清凉峰自然保护区3个不同海拔落叶阔叶木本植物当年生小枝内的叶大小与数量间的关系进行研究。结果显示, 无论叶大小和小枝大小是用面积或干重表示, 在每个海拔, 叶大小与出叶强度均存在显著的等速负相关关系, 表明在落叶阔叶木本植物中发现的叶大小与出叶强度之间的权衡关系在不同生境物种中是普遍存在的, 植物在叶大小方面的种间变化, 可能不是自然选择的直接产物, 而是叶片数量变化权衡关系的一个副产物。不同海拔间的比较显示, 高海拔物种的叶面积或干重与出叶强度相关关系的y轴截距比中、低海拔物种小, 表明在出叶强度一定的情况下, 高海拔物种比低海拔物种具有更小的叶大小。与高海拔物种相比, 中海拔物种的共同斜率沿共同主轴有一个向上的位移, 表明中海拔物种比高海拔物种具有更大的叶大小, 但出叶强度更小。这些结果表明生境对叶大小-数量的权衡关系具有显著的影响, 中海拔生境具有更适宜植物生长的气候及养分条件, 而高海拔的低温等不利影响使得叶片变小。     

祁连山北坡高寒草地狼毒种群格局

在祁连山北坡高寒退化草地,采用空间序列代替时间序列与点格局相结合的分析方法,研究了小尺度上狼毒种群的组成特征和分布格局.结果表明:伴随狼毒分盖度的增加,狼毒植株数总体上呈现先增大后减小的分布规律;幼株分布格局由随机分布向聚集分布过渡,聚集强度表现出先增强后减弱的规律,成株分布格局基本表现为随机分布;狼毒分盖度较低时,不同大小级狼毒种群在0～100 cm尺度上均表现为随机分布,狼毒分盖度较高时,随着种群的发育,分布格局由聚集分布向随机分布过渡.种群的分布格局与种群的扩散阶段存在密切的关系,狼毒种群通过斑块合并、斑块吞并以及竞争作用和协同作用的相互转化实现种群的扩散.     

高寒牧区中华羊茅人工草地退化演替的数量特征研究

对中华羊茅人工草地退化演替数量特征的研究表明,植物群落组分种的数量、丰富度指数、多样性指数和均匀度指数均随演替的进程而增加,生态优势度指数呈下降趋势。对25个组分种的重要值、生态位宽度及生态位重叠值计测的结果表明,一些阔叶杂草（如细叶亚菊、西伯利亚蓼等）是退化演替过程中入侵人工草地的先锋植物,比其他杂类草具有较大的生态位宽度值,其重要值在演替过程中呈逐年上升趋势。以中华羊茅为其中一个组分种的植物种对间的生态位重叠值,在大多数情况下小于两种阔叶杂草种对间的生态位重叠值。阔叶杂草入侵是导致人工草地退化的一个重要影响因素。     

水蓼花大小在花序和个体上的变化及其与数量权衡关系研究

探讨一年生植物水蓼花大小在花序上和个体上的变化及花大小与花数量的权衡关系。在54株植物个体上随机选取一花序,在花序的基部、中部和顶部各选取1～2朵花,花大小(生物量)以基部最大(0.851mg),顶部最小(0.715mg),可能是由结构效应引起的。在每个体上随机采集4～20朵花,以其均值表示植物个体的花大小,花大小不随植物个体大小变化而变化。花朵展示和总花数均随个体增大而增加。在控制植物个体大小(地上部分营养器官生物量)后,没有发现花朵展示或花数量与花大小之间的权衡关系,表明个体资源水平的差异可能掩盖了花数量与大小间的权衡关系。     

高寒退化草地不同海拔梯度狼毒种群分布格局及空间关联性

在石羊河上游高寒退化草地,应用点格局分析方法,按狼毒个体分枝数设置Ⅰ级株丛(1—10枝)、Ⅱ级株丛(11—20枝)、Ⅲ级株丛(21—30枝)、Ⅳ级株丛(30以上)4个株级,研究了不同海拔高度各株级狼毒的空间分布格局及关联性,并统计了狼毒种群的大小组成。结果表明:随海拔升高Ⅰ、Ⅱ级狼毒株丛个体数减少,Ⅲ、Ⅳ级狼毒株丛个体数增多;Ⅲ、Ⅳ级狼毒株丛在各海拔梯度上主要以随机分布为主,Ⅰ、Ⅱ级狼毒株丛在低海拔地区小尺度上表现为聚集分布,随海拔升高聚集强度增强,聚集尺度减小,在较大尺度上表现为随机分布;Ⅰ级狼毒株丛与Ⅲ、Ⅳ级狼毒株丛、Ⅱ级狼毒株丛与Ⅳ级狼毒株丛小尺度上表现为正关联关系,随海拔升高正关联关系发生的尺度减小。狼毒种群对环境变化具有明显的响应机制,可通过相互之间的庇护作用、减少繁殖、减弱种内竞争以及提高聚集强度实现生存繁殖。     

不同坡向高寒退化草地狼毒株高和枝条数的权衡关系

权衡关系是生活史对策理论的基础, 株高和枝条数的权衡关系对理解植物在不同生境下的表型可塑性有重要意义。该研究选择祁连山北坡高寒退化草地, 利用ArcGIS建立研究区域的数字高程模型(DEM), 并提取样地坡向数据, 采用广义相加模型(GAM)与偏相关分析相结合的方法, 分析了不同坡向影响下狼毒(Stellera chamaejasme)种群株高和枝条数的关系。结果表明: 随着坡向由北坡转向东坡、南坡、西坡, 草地群落地上生物量和盖度呈“减小—增大—减小”的变化趋势, 群落高度则先增大后减小; 坡向是影响狼毒株高和枝条数空间分异的主要地形因子; 随着坡向由北、东转向西、南, 狼毒种群株高呈下降趋势, 而枝条数呈上升趋势, 二者表现出此消彼长的权衡关系, 狼毒植株比叶面积先增大后减小。不同坡向狼毒株高和枝条数的权衡关系, 反映了异质生境中资源多重竞争下狼毒生物量分配机制和提高种群适应性的种群更新策略。     

川西风毛菊(Saussurea dzeurensis)花展示的变异:检验花及花序水平大小-数量的权衡

植物花展示对传粉昆虫吸引和植物繁殖成功至关重要。理论研究指出,花展示的组成部分(如花的大小和数量)之间由于资源的限制而存在权衡关系,从而制约花展示的进化,但相关实验研究并不经常能检测到花的大小-数量之间的权衡关系。本文以广泛分布于青藏高原的川西风毛菊(Saussurea dzeurensis)为对象,研究不同海拔种群间花展示(花序水平和花水平)的变异,检验花大小-数量的权衡关系。结果表明:每株的头状花序数、单个头状花序重、单花的数量/头状花序与地上生物量呈显著的正相关,说明花展示大小(包括花序水平和花水平)依赖于个体的资源状况;高海拔种群个体更小,平均花序数更少,但单个头状花序的重量、单花的数量及重量/头状花序与低海拔种群相比没有显著差异;在花序水平上头状花序的大小和数量间并没有权衡关系,但在花序内的花水平上,高海拔种群花的大小和数量呈显著负相关,表现出权衡关系,而在低海拔种群并没有权衡关系;当控制川西风毛菊个体大小的影响后,花序水平大小-数量及花大小-数量间的相关均没有发生改变,说明资源获取能力的差异,即个体大小的差别并没有影响川西风毛菊花序水平或花水平大小-数量间的权衡关系;植物花大小-数量的权衡关系可能较为复杂,今后的研究需要同时考虑多个组织水平,如种群、个体、花序水平的花大小与数量的关系,有助于全面揭示植物花的资源分配的模式及花展示大小的进化机制。     

Trade-off between height and branch numbers in Stellera chamaejasme on slopes of different aspects in a degraded alpine grassland

权衡关系是生活史对策理论的基础, 株高和枝条数的权衡关系对理解植物在不同生境下的表型可塑性有重要意义。该研究选择祁连山北坡高寒退化草地, 利用ArcGIS建立研究区域的数字高程模型(DEM), 并提取样地坡向数据, 采用广义相加模型(GAM)与偏相关分析相结合的方法, 分析了不同坡向影响下狼毒(Stellera chamaejasme)种群株高和枝条数的关系。结果表明: 随着坡向由北坡转向东坡、南坡、西坡, 草地群落地上生物量和盖度呈“减小—增大—减小”的变化趋势, 群落高度则先增大后减小; 坡向是影响狼毒株高和枝条数空间分异的主要地形因子; 随着坡向由北、东转向西、南, 狼毒种群株高呈下降趋势, 而枝条数呈上升趋势, 二者表现出此消彼长的权衡关系, 狼毒植株比叶面积先增大后减小。不同坡向狼毒株高和枝条数的权衡关系, 反映了异质生境中资源多重竞争下狼毒生物量分配机制和提高种群适应性的种群更新策略。     

高寒草地狼毒枝-叶性状的坡度差异性

枝条与叶片的生长关系是植物形成不同冠层结构充分利用空间资源的一种策略, 有利于植株通过构型调整增强自身的光合效率和竞争力, 以适应不同的生境条件。在石羊河上游高寒退化草地, 利用ArcGIS建立研究区域的数字高程模型(DEM), 并提取样地坡度数据, 采用标准化主轴估计(SMA)方法, 研究了不同坡度狼毒(Stellera chamaejasme)种群枝与叶的生长。结果表明: 随着坡度增大, 狼毒叶大小、枝长度和分枝数均呈逐渐减小趋势; 狼毒分枝数与枝长度、叶片数与枝长度均呈异速生长关系, 枝长度增加的速度大于叶片数增加的速度, 分枝数增加的速度大于枝长度增加的速度; 不同坡度间的比较显示, 较大坡度上狼毒分枝数与枝长度、叶片数与枝长度的异速斜率均较大, 在枝长度一定的条件下, 较大坡度的狼毒具有更大的叶片数与枝长度的比值和分枝数与枝长度的比值。坡度差异造成环境因子和植被群落环境的变化, 进而影响狼毒的资源利用策略, 表现为枝条与叶片构型以及二者之间关系的变化, 反映了毒杂草较强表型可塑性的适应机制。     

黑河上游高寒退化草地狼毒种群小尺度点格局分析

植被斑块化是自然界的一种普遍现象, 斑块的形成和变化对植物种群格局的形成和变化具有重要影响。在黑河上游祁连山北坡高寒退化草地, 采用点格局分析方法, 研究了小尺度上狼毒(Stellera chamaejasme)种群的种群密度、组成格局以及分布格局。结果表明: 随着狼毒种群分盖度的增大, 种群密度、领地密度和组成格局呈现规律性的变化, 斑块内部狼毒种群的数量出现增减交替变化趋势, 组成格局规律明显; 狼毒种群的分布格局表现出与尺度关联的变化趋势, 在31%-40%分盖度下, 狼毒种群在所有尺度上表现为随机分布, 在41%-50%、51%-60%、61%-70%、71%-80%分盖度下随着尺度增大, 分布格局的基本模式为: 随机—聚集—随机或均匀—随机—聚集—随机分布, 在聚集状态下, 聚集强度不同。以成株为核心的斑块内部种群表现为随机分布或均匀分布, 相对于外部表现为聚集分布, 随着成株个体数量的逐渐增多, 种群竞争关系由种间竞争转化为种内竞争, 促进了斑块扩张与合并、斑块增多与吞并, 从而实现了种群扩散。     

不同海拔梯度高寒草地地上生物量与环境因子关系

以新疆天山南坡的巴音布鲁克高寒草地为研究对象,沿海拔每升高100m设置1块样地,共9个样地,研究了海拔梯度变化条件下高寒草地地上生物量与环境因子的关系.研究表明:紫花针茅、羊茅群落分布在海拔2460～2760m,地上生物量为52.2～75.9g.m-2,线叶嵩草 紫花针茅群落分布在海拔2860m,地上生物量为53.2g.m-2,线叶嵩草、天山羽衣草、细果苔草群落分布在海拔2960～3260m,地上生物量为62.1～107.4g.m-2;7—8月平均相对湿度对群落总的地上生物量影响较大;海拔与禾本科的地上生物量呈显著负相关,与莎草科呈显著正相关;7—8月平均气温是决定禾本科和莎草科功能群地上生物量的主导因子,回归方程分别为Y=13.467X-97.284和Y=171.699-15.331X;海拔与平均气温和pH值呈极显著负相关(P<0.01),与平均相对湿度呈极显著正相关(P<0.01),与速效N含量和土壤含水量呈显著正相关(P<0.05).     

The microbial gene diversity along an elevation gradient of the Tibetan grassland

Tibet is one of the most threatened regions by climate warming, thus understanding how its microbial communities function may be of high importance for predicting microbial responses to climate changes. Here, we report a study to profile soil microbial structural genes, which infers functional roles of microbial communities, along four sites/elevations of a Tibetan mountainous grassland, aiming to explore the potential microbial responses to climate changes via a strategy of space-for-time substitution. Using a microarray-based metagenomics tool named GeoChip 4.0, we showed that microbial communities were distinct for most but not all of the sites. Substantial variations were apparent in stress, N and C-cycling genes, but they were in line with the functional roles of these genes. Cold shock genes were more abundant at higher elevations. Also, gdh converting ammonium into urea was more abundant at higher elevations, whereas ureC converting urea into ammonium was less abundant, which was consistent with soil ammonium contents. Significant correlations were observed between N-cycling genes (ureC, gdh and amoA) and nitrous oxide flux, suggesting that they contributed to community metabolism. Lastly, we found by Canonical correspondence analysis, Mantel tests and the similarity tests that soil pH, temperature, NH₄⁺–N and vegetation diversity accounted for the majority (81.4%) of microbial community variations, suggesting that these four attributes were major factors affecting soil microbial communities. On the basis of these observations, we predict that climate changes in the Tibetan grasslands are very likely to change soil microbial community functional structure, with particular impacts on microbial N-cycling genes and consequently microbe-mediated soil N dynamics.     

高寒草地植物群落地上-地下净初级生产力权衡

植物生产力分配和权衡是植物生态学研究中的热点,反映植物对环境的适应性,是了解植物响应全球气候变化的关键。青藏高原作为气候变化敏感区,研究其植物地上与地下部分权衡对了解高寒草地植被生存策略和生态系统可持续发展具有重要意义。目前,生物量分配调控机制已被广泛研究,但主要使用植物根冠比和地上-地下生物量比等方法来表征植物分配模式,缺乏考虑因植物生长周期导致的差异。使用青藏高原高寒草地103个样点的地上和地下净初级生产力数据,分析高寒草甸和高寒草原两种主要草地类型的地上-地下净初级生产力权衡关系。利用气候因素和土壤因素等相关数据,结合方差分析、相关分析、相对重要性分析和结构方程模型的方法,探究环境因素对两种草地类型地上-地下净初级生产力权衡的影响机制。研究发现：（1）高寒草甸的地上净初级生产力、地下净初级生产力和土壤养分含量显著高于高寒草原（P<0.05）;（2）高寒草地植被生产力均向地下权衡（0.0199）,且高寒草原（0.0354）的权衡值高于高寒草甸（0.0173）;（3）结构方程模型发现,年平均降水量、土壤容重和土壤速效氮含量是影响高寒草甸生产力权衡的主导因子,而年平均温度和年平均降水量是影响高寒草原生产力权衡的主导因子。研究表明高寒草甸的生产力权衡主要受气候和土壤因素共同影响,而高寒草原主要受气候因素调节。研究为理解植物地上-地下生物量分配调控机制提供了新的视角和方法,对系统了解高寒草地生物量分配模式和准确预测高寒草地植被动态过程具有指导意义。