古尔班通古特沙漠及周缘52种植物种子的萌发特性与生态意义

本文对古尔班通古特沙漠及其周缘52种植物种子的萌发特性进行比较,以探讨该地区植物的不同萌发对策及其生态适应意义。结果发现：萌发率80%以上的有11种,小于20%的有22种,7种未萌发;萌发开始时间为1-3d的有37种,大于10d的有2种;萌发持续时间为1-7d的有10种,大于22d的有14种;达50%萌发率的时间为1-7d的有17种。主成分分析(PCA)和聚类分析结果表明,52种植物可划分为4种萌发类型：爆发型、过渡型、缓萌型和低萌型,这可能与生境土壤中水分存在差异有关;木本植物的萌发率显著高于非木本植物,暗示木本植物的高萌发率保证植物能够快速占领空间和资源,增加竞争优势,而非木本植物,尤其是一年生植物表现低的萌发率,是植物生存的一种风险分摊策略。     

古尔班通古特沙漠南部植物多样性及群落分类

采用分层取样的方法,以1000m2/样地为最小观测面积,对古尔班通古特沙漠南部61样地植物多样性进行了调查。发现92个物种,隶属于22科71属,单种科、单种属多,区系优势现象明显。草本植物占总物种数的81.5%,短命植物占43.5%,对物种丰富度和盖度的空间变化起决定作用。属的区系成分分析表明地中海、西亚至中亚分布型成分占大多数,具有典型的地中海旱生植物区系分布特征。总物种数,草本物种数,短命植物物种数与纬度显著负相关,与经度和海拔显著正相关。从南到北,总盖度、草本盖度和短命植物的盖度显著下降,灌木的盖度则增加,从西到东,总盖度、草本盖度和短命植物的盖度显著增加,而灌木的盖度则减少。采用多元回归树(Multivariate regression trees,MRT)方法,根据纬度、土壤pH值和海拔,将61样地分为4个群落。结合降水在古尔班通古特沙漠由西到东,由南到北梯度变化所导致的物种多样性的变化,推测如果未来降水持续增加,古尔班通古特沙漠草本植物的优势将更加明显。     

古尔班通古特沙漠植被与环境的关系

对古尔班通古特沙漠进行了纵向及横向的路线调查,植被测度和土壤理化性质分析。对比发现该沙漠地貌形态纵、横向上的显著差异,使沙漠植被分布格局存在着异质性,即植物群落的物种多样性、优势度及盖度在纵、横向上明显不同。CCA排序结果显示,土壤的有机质含量、全盐含量、分选系数、含水量和pH值等微生境使植被沿其变化梯度以不甚耐盐碱的短命、类短命草本和小半灌木、半灌木为主的群落逐渐向耐盐碱的灌木、小乔木类群落转变。地形和土壤质地可使横向上相当数量的植物种产生空间分化,而这种分化在纵向上不明显。沙漠植被物种在各生境梯度作用下形成3类组合,其在横向上对应3个地段,但在纵向上没有清晰的对应空间(除南北边缘区外),原因是多数植物的生境处于沙漠纵向微生境梯度的中间序位。     

Effect of light on seed germination of eight wetland Carex species

BACKGROUND AND AIMS: In wetland plant communities, species-specific responses to pulses of white light and to red : far-red light ratios can vary widely and influence plant emergence from the seed bank. Carex species are the characteristic plants of sedge meadows of natural prairie wetlands in mid-continental USA but are not returning to restored wetlands. Little is known about how light affects seed germination in these species-information which is necessary to predict seed bank emergence and to develop optimal revegetation practices. The effects of light on germination in eight Carex species from prairie wetlands were investigated. METHODS: Non-dormant seeds of eight Carex species were used to determine the influence of light on germination by examining: (a) the ability of Carex seeds to germinate in the dark; (b) the effect of different lengths of exposures to white light on germination; (c) whether the effect of white light can be replaced by red light; and (d) whether the germination response of Carex seeds to white or red light is photoreversible by far-red light. KEY RESULTS: Seeds of C. brevior and C. stipata germinated >25 % in continuous darkness. Germination responses after exposure to different lengths of white light varied widely across the eight species. Carex brevior required <15 min of white light for > or =50 % germination, while C. hystericina, C. comosa, C. granularis and C. vulpinoidea required > or =8 h. The effect of white light was replaced by red light in all species. The induction of germination after exposure to white or red light was reversed by far-red light in all species, except C. stipata. CONCLUSIONS: The species-specific responses to simulated field light conditions suggest that (a) the light requirements for germination contribute to the formation of persistent seed banks in these species and (b) in revegetation efforts, timing seed sowing to plant community development and avoiding cover crops will improve Carex seed germination.     

古尔班通古特沙漠旱生植物时空分布特征

根据2000—2016年MODIS NDVI数据提取旱生植物的时空格局,并结合MODIS地表温度数据和TRMM降水数据,我们分析了古尔班通古特沙漠旱生植物的空间分布和变化特征。结果表明:(1) 2000—2016年间,古尔班通古特沙漠旱生植物覆盖的年际波动明显,但整体呈现缓慢上升趋势;(2)沙漠中旱生植物覆盖空间分布具有明显的地区差异性,位于南部靠近农田地区的覆盖最高,中东部地区次之,西北部最少;(3)古尔班通古特沙漠反映旱生植物长势的NDVI值与温度及降水呈现正相关,降水对NDVI的影响大于温度,并且NDVI与温度或降水之间存在明显的滞后效应,降水与NDVI之间的滞后效应更强。     

古尔班通古特沙漠中4种荒漠草本植物的生物量与化学计量特征

对于荒漠植物不同生长期生物量分配和化学计量比的研究有助于深入了解荒漠植物的功能结构,更好掌握环境对植物的生存影响。本研究选取古尔班通古特沙漠4种一年生荒漠草本植物沙蓬（Agriophyllum sqarrosum（L.）Moq.）、雾冰藜（Bassssia dasyphylla（Fisch.et Mey.）O.Kuntze）、角果藜（Ceratocarpus arenarius L.）和碱蓬（Suaeda glauca（Bge.）Bge.）对比研究了4种生物量分配与N、P化学计量学随植物生长的变化。结果显示：（1）4种荒漠植物生物量积累配过程中,根冠比随生长季的延长逐渐降低。地上、地上生物量相关生长关系表明,角果藜为等速→异速的变化过程,沙蓬从采样初期至末期的变化过程为异速→等速生长,而沙蓬和碱蓬的相关生长指数相反,分别为异速→等速→异速、等速→异速→等速的变化格局;（2）4种植物N、P含量随生长期的延长逐步降低。在整个生长季节4种植物的N与P含量的变化趋势均为相似。（3）植物N、P含量间达到正相关显著,除沙蓬和雾冰藜的N：P之外其余指标分别与植物的地上、地下生物量及总生物量间呈负相关显著,而根冠比、相关生长指数与化学计量特征间未达到显著水平,表明了二者较弱的相关性。研究表明,4种荒漠草本植物生物量与化学计量特征的相关性不大,说明化学计量比并不是影响植物生物量及生活策略的主要因素,而更多是受植物自身遗传特性的影响。同时也体现了荒漠草本植物在养分匮乏的条件下,形成了自身独特的生理生态特征,且具有相对稳定的适应特性。     

古尔班通古特沙漠植物种子大小变异的空间格局

在古尔班通古特沙漠70个固定样地中采集了87种植物种子,通过测量种子百粒重,分析了种子大小在不同分类群中的变异规律,并调查了样地中不同类型种子总数目的空间格局。结果发现:1)古尔班通古特沙漠植物种子大小可分为:A(0.1—1 mg)、B(1—10 mg)、C(10—100 mg)、D(100—1000 mg)、E(1000—5000 mg)5种类型。拥有不同类型物种数量差异较大,其中D型种子物种最多,含41种占总物种数目的 47.1%,其次C型种子30种占总物种数目的 34.5%,E型种子占总物种数的13.8%,B型种子总物种数的3.5%,A型种子占总物种数的1.1%。沙漠植物中中等种子大小物种占多数,与以色列特拉维夫以北的Poleg自然保护区地中海沿岸沙漠地区相似。由于本地属、种为地中海区、西亚至中亚分布,所以认为本沙漠种子大小主要受系统演化影响。2)科间种子大小存在极显著差异,百粒重最大科是蓼科(29315 mg)、最小的是列当科(0.3 mg)。藜科,菊科,紫草科的属间种子大小差异显著。3)生活型间种子大小差异显著,种子大小从大到小排序为:灌木类短命植物多年生草本短命植物半灌木1年生草本。4)种子大小与物种相对分布频度相关性不显著,但将相对分布频度小于1.4%的环境特化物种去除后,种子大小与物种相对分布频度呈指数型极显著负相关。5)B型、C型、D型三类种子在样地中的总数目随海拔、经度和降水的增加而极显著增加,随纬度的增加而极显著降低,E型种子则与之相反。表明古尔班通古特沙漠未来随着降水的增加,B型、C型、D型种子的植物优势性逐渐增加,而E型种子的灌木类等物种优势性逐渐减少,注意加以保护。     

论古尔班通古特沙漠植物多样性的一般特点

古尔斑通古特沙漠处于中亚荒漠与内亚（亚洲中部）荒漠之间的过渡,其气候虽以干旱少雨、蒸发强烈、多风、日照强、温度变化剧烈的大陆性荒漠气候为特点,但由于降水季节分配较均匀,冬春有一定雨雪,植被相对较为茂密,以固定和半固定沙漠为主,共采集记录到２０８种高等植物,１８个植物群落类型,ｌｌ类植物生活型。植物多样性还包括下列一般特点：区系地理成分多样,但中亚成分占优势;有少量古老种,特有现象微弱,黎科植物占明显优势;早生植物为主;长营养期１年生植物有一定比例;短命和类短命植物获得发育等。由于近几十年来的过牧（牲畜的“冬窝子”）和滥采滥挖燃料及有经济价值的植物,植物多样性受破坏严重。当前的紧迫任务是加强保护,对有些物种还须采取措施,进行抢救。     

Temperature requirements for dormancy break and seed germination vary greatly among 14 wetland Carex species

We evaluated dormancy loss in seeds of 14 Carex species (C. atherodes, C. brevior, C. comosa, C. cristatella, C. cryptolepis, C. granularis, C. hystericina, C. lacustris, C. pellita, C. scoparia, C. stipata, C. stricta, C. utriculata, C. vulpinoidea) under growing season and stratification conditions and determined the temperature requirements for germination. Seeds were germinated for 1 year at a diel temperature regime (5/1 °C, 14/1 °C, 22/8 °C, or 27/15 °C) or a seasonal regime (seeds moved among the four diel regimes to mimic seasonal temperatures). All species had conditionally dormant seeds at maturity. The optimal temperature for germination of most species was 27/15 °C. The 14 species were grouped by their seed viability, dormancy, and germination with a Seed Regeneration Index (SRI; range 0–1) using the results of this study and a previously published paper on stratification effects on Carex seed dormancy and germination. The eight species that had an SRI value >0.5 (C. brevior, C. comosa, C. cristatella, C. cryptolepis, C. hystericina, C. scoparia, C. stipata, C. vulpinoidea) had high seed viability (>60%) and required little to no stratification to germinate readily over a broad range of temperatures. The six species with an SRI value <0.5 (C. atherodes, C. granularis, C. lacustris, C. pellita, C. stricta, C. utriculata) generally had low seed viability (<50% and often <1%) and required stratification or particular temperatures (35/30 °C or 5/1 °C for C. stricta; 35/30 °C for C. utriculata; 27/15 °C for C. atherodes, C. lacustris, C. pellita; 5/1 °C for C. granularis) for germination ≥50%. These six species will require more attention from restoration practitioners to ensure that there are sufficient viable seeds to meet revegetation goals, that dormancy break is achieved, and that seeds are sown when temperatures are optimal for germination. The different seed germination syndromes that we found for these Carex species likely contribute to variable seed bank formation and emergence patterns, and species coexistence.     

古尔班通古特沙漠土壤水分与化学性质的空间分布

区域尺度上,气象和水文状况是影响植被分布格局和土壤性状的主要因子,当然,局部的地貌特征及植被分布对土壤性质的影响也是不能忽视的。以古尔班通古特沙漠为研究对象,对其南缘至腹地约25 km的土壤水分与化学性质的空间分布及其相互关系进行研究,结果显示:水平方向上,从沙漠南缘至腹地,土壤水分在丘底呈减小趋势,尤其是距边缘10 km以外,且在距边缘6—7 km出现1个峰值。同时土壤pH值和电导率的大小以及有机碳,全氮,有效氮,全磷和有效磷含量与土壤水分的变化状况相似,在丘底呈减小趋势,而在丘坡和丘顶上均呈波动分布。这说明丘底土壤性质的空间格局受到气象和水文状况的显著影响,而丘坡和丘顶土壤性质并没有受到气象和水文状况的显著影响,这种波动分布主要由采样点的设置及植物的分布状况所引起。丘底土壤水分及化学性质均显著高于丘坡和丘顶,这说明地貌特征对土壤性质的空间分布有显著影响。垂直方向上,不同深度土层土壤性质也存在显著差异,土壤水分,pH值和电导率随着土层深度增加而增加,而土壤养分随土层深度增加而减小。相关分析结果表明:仅4、5月份的土壤含水量及年平均土壤含水量与丘底土壤化学性质显著正相关,这可能由于冬季积雪的融化导致了土壤水分在4、5月份的聚集比较明显,使土壤水分对土壤化学性质发挥作用。总之,土壤空间异质性是由气象和水文以及地貌特征共同影响的,而土壤空间异质性的变异进而影响到植被的分布,植被的分布反过来又影响土壤的空间分布,因此土壤的空间分布和植被的空间分布是相互影响,共同作用的。     

Ecology of seed dormancy and germination in sedges (Carex)

The genus Carex, with its wide distribution and large number of species yet with a rather uniform life history, is a very convenient group for comparative studies of germination ecology at the generic level. The combination of a strict or conditional primary dormancy, a light requirement for germination, low germination at constant temperatures, a positive response to diurnal temperature fluctuations and an induction of secondary dormancy in late spring by increasing environmental temperatures are attributes that were found to be characteristics shared by almost all the Carex species investigated, though there was variation between species in the degree to which these characters were expressed. In almost all species, dormancy was broken by stratification at low temperatures, though few species gained the ability to germinate at temperatures <10 °C. There is evidence that long-term physiological changes and the structure of seed coats can play a decisive role in delaying germination. High dormancy levels were found mainly in Carices with large seeds (>0.9 mg), probably due to a thicker seed coat and hence a higher resistance to germination. Differences in primary dormancy between sedges of various habitats could not be established. However, there was a tendency for temperature limits to be low in forest sedges. Many species of wetlands and open sites showed a greater capability to respond to fluctuating temperatures than species of dry sites. These dormancy and germination traits not only enable the accumulation of seeds in the soil, but also constitute seasonal seed regeneration strategies that rely on the high longevity of seeds and the formation of persistent seed banks. Temperate Carices are mainly adapted to exploit the temporally and spatially infrequent occurrence of canopy gaps that become available only in late spring or early summer, whereas the colonization of gaps at the beginning of the vegetation period is largely prevented by a high temperature requirement for germination. Many of the dormancy and germination characteristics of Carices are important in Cyperaceae generally. A greater diversity of germination responses, however, can be found in the related families, Juncaceae and Poaceae. Our present knowledge is not sufficient to determine unequivocally whether a phylogenetic component contributes significantly to the germination behaviour of the genus Carex, but certain tendencies are clearly indicated.     

古尔班通古特沙漠原生梭梭树干液流及耗水量

梭梭广泛分布于我国西部干旱区,利用热脉冲技术对古尔班通古特沙漠生长期原生梭梭的树干液流耗水特征进行了研究。随着水分条件的不同,影响树干液流过程的主导因素有所不同。根区土壤体积含水量在8.7%-12.1%时,梭梭日树干液流量与土壤水分显著相关;土壤含水量＞12.1%时,液流更多的受到气象因素的影响;土壤含水量＜8.7%,树干液流与气象要素之间没有相关性,液流更多的受植物生理特征影响。在土壤水分最丰富的4月份,随着土壤水分的降低,白天与夜间的液流变化趋同;4月份日平均液流量约是5-9月份的2倍。梭梭的液流通量从古尔班通古特沙漠原生林的0.156L?cm-2?d-1到塔中人工滴灌林的0.876 L?cm-2?d-1,均处于正常生长状态,表明梭梭生态需水的可塑性范围较广。基径为7.8cm和9.0cm的梭梭在4月至9月份生长期的实际耗水量分别是95mm和117mm。     

Differential fragment regeneration in Syntrichia caninervis Mitt. from the Gurbantunggut Desert of China

Fragments of the desert moss Syntrichia caninervis Mitt. were grown on the surface of moistened sand to assess their regeneration capacity. The plant material was collected in two different years (2014 and 2015) and divided into five fragment classifications (stem apices, green leaves, yellow-green leaves, brown leaves and stems). All fragments of the stem apices, green leaves and stems regenerated within 10 days of culture while some fragments of yellow-green leaves (two 2014 fragments and one 2015 fragment) and brown leaves (three 2014 fragments and three 2015 fragments) died. Fragments of stem, stem apices and green leaves regenerated more quickly, produced longer protonemata and more shoots as compared to fragments of yellow-green and brown leaves. These differences were statistically significant but there was no difference in regeneration between the fragments from 2014 and 2015. Differential regeneration and proliferation of different plant fragments has important implications for the clonal propagation of S. caninervis in the Gurbantunggut Desert.     

生物结皮对古尔班通古特沙漠3种荒漠草本植物生长特性与元素吸收的影响

生物结皮有可能通过物理、水文、养分循环影响与之相邻的维管植物,但二者相互关系尚存在着争议。本文以新疆古尔班通古特沙漠广泛分布的地衣结皮为研究对象,分析了生物结皮对3种荒漠草本植物：尖喙牻牛儿苗（Erodium oxyrrhynchum）、条叶庭芥（Alyssum linifolium）和琉苞菊（Hyalea pulchella）的生长及其对元素吸收的影响。研究结果表明：（1）生物结皮对3种荒漠草本植物生长的影响在生长期不同阶段存在差异。在前期,生物结皮的存在促进了植物生物量的累积;而后期,生物结皮却抑制了植物生长。生物结皮的存在显著影响了荒漠草本植物生物量的累积和冠根比。（2）生物结皮的存在显著增加了3种荒漠草本植物对N和K的吸收,而对P的吸收没有显著影响。生物结皮对3种植物Cu、Ca、Mg、Na、Cl的吸收存在种间差异。本研究结果将为该荒漠生态系统潜在的植被演替方向提供重要的科学根据。     

古尔班通古特沙漠原生梭梭根区土壤水分变化特征

研究原生梭梭根区土壤水分动态变化对深入理解古尔班通古特沙漠水文过程与植被的相互作用具有重要意义.2007年8月至2008年7月,利用TDR土壤水分测定系统测定古尔班通古特沙漠南缘梭梭林地的土壤体积含水量,分析梭梭根区土壤水分时空分布及其变化规律.结果表明:梭梭根区土壤存在湿岛效应,根区60 cm土层水分储量是裸地的1.49倍,这种差异夏季比春季、降雨后比降雨前明显.春季积雪融化后,古尔班通古特沙漠土壤水分最丰富,而冬季的土壤水分含量最低.土壤水分年内变化可分为春季(3—5月)土壤水分迅速补充-消耗期、夏秋(6—9月)土壤水分缓慢消耗期和秋冬(10月至次年2月)土壤水分稳定期.经小波计算,根区和裸地土壤水分含量分别出现43 d、40 d的小周期和110 d、103 d的大周期.树冠的遮荫和自集水效应,以及根区土壤良好的渗透性是梭梭根区土壤水分相对丰富的主要原因.     

古尔班通古特沙漠生物土壤结皮对氨氧化微生物生态位的影响

生物结皮作为荒漠地表的重要覆被类型, 在荒漠生态系统的氮素循环中扮演重要角色。融雪期为古尔班通古特沙漠生物结皮的复苏和生长提供了充足的水分, 也成为该沙漠氮素固定和转化的重要时期, 但该时期生物结皮如何影响驱动氨氧化转化的微生物群落动态尚未明确。因此, 我们利用荧光定量PCR (fluorescent quantitative PCR, qPCR)方法分析融雪期生物结皮与去除结皮不同土层(0-2, 2-5, 5-10和10-20 cm)氨氧化菌群丰度特征, 结合潜在硝化速率和土壤理化参数, 探究融雪期生物结皮对荒漠土壤氮素转化作用。结果表明: 氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea, AOA)是古尔班通古特沙漠土壤优势氨氧化菌, 生物结皮对0-2 cm层土壤中AOA、氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria, AOB) amoA基因丰度具有显著抑制作用(P < 0.01), 对10-20 cm层土壤中AOA amoA基因丰度具有显著促进作用(P < 0.01)。冗余分析(redundancy analysis, RDA)表明, AOA、AOB amoA基因丰度主要受土壤含水量和铵态氮含量的影响, 占总条件效应的54.90%。氨氧化速率分析发现, 去除生物结皮显著降低古尔班通古特沙漠土壤硝化作用潜力(P < 0.001), 证实生物结皮对荒漠土壤氮素转化具有重要的调控作用。综上所述, 古尔班通古特沙漠氨氧化微生物的分布规律受环境因子调控, 特别是生物结皮可以通过调节土壤含水量和铵态氮含量影响AOA和AOB的空间生态位分化, 促进沙漠土壤的硝化作用。     

沙生植物倒披针叶虫实在古尔班通古特沙漠的分布

倒披针叶虫实(Corispermum lehmannianum)在古尔班通古特沙漠广泛分布,重要值仅次于该沙漠建群种白梭梭(Haloxylon persicum),对沙面的稳定起着非常重要的作用。采用固定样方法对自然条件下该植物的分布特征和种群数量动态进行了研究。结果表明:1)倒披针叶虫实在沙丘各坡位均占有较高重要值,尤其活化程度较高的中部和上部优势度更明显;2)生长季节的不同阶段,除坡顶外,其他各坡位种子主要分3批萌发出苗,不同时期种子萌发出苗数量存在差异,3月份有大量种子萌发出苗,4月份种子萌发出苗数最多,5月份萌发出苗量逐渐减少。而坡顶3月份种子萌发出苗量最多,4月至5月均无种子萌发出苗。因此,除坡顶外,种子萌发出苗数量和种群密度在其他各坡位呈先增后减的趋势。生长季结束时各坡位种群密度表现为:中部和上部底部和丘间顶部;3)成熟植株单位面积种子产量为:中部和上部丘间和底部顶部,且中部和上部单位面积种子数量极显著多于丘间、坡底和坡顶(P0.01);4)通过对0—5 cm和6—10 cm土壤种子库密度研究发现,沙丘中部和上部种子库密度显著高于其他坡位。综合以上研究表明,倒披针叶虫实在沙面较活化的中部和上部呈优势分布,对沙漠环境具有良好适应性。因此,该植物是一种极具开发潜力的沙生植物。     

古尔班通古特沙漠南部短命植物群落物种多样性及空间分异

短命植物是早春多雨、夏季干热环境而形成的特殊植物类型,古尔班通古特沙漠南部是短命植物集中分布区,对保持沙漠稳定、防风固沙起到重要作用.目前对短命植物群落多样性、生态功能以及空间分布等研究较少.本研究采用分层抽样方法,调查分析了古尔班通古特沙漠南部35个样点3.86×104m2的短命植物多样性特征.共发现93个物种,分属...     

古尔班通古特沙漠三种生境下梭梭种群的生殖分配特征

对古尔班通古特沙漠梭梭种群进行样地调查,从各构件生物量分配特征、开花和结果特征、不同发育阶段的生殖分配、同化枝与生殖生物量之间关系等方面研究了3种生境下梭梭种群的生殖分配特征。结果表明:3种生境中各构件生物量分配格局均具有显著差异,且变化趋势不一致,梭梭平均生殖分配在0.64%～1.5%;3种生境下,梭梭开花和结果特征均具有显著差异,表现出砾石生境>沙质生境>土质生境。不同生境梭梭生殖分配均随径级的增加变化不同,砾石生境和沙质生境样地随着径级的增加而降低,而土质生境样地随着径级的增加而增加;不同生境类型下梭梭同化枝、生殖生物量与径级的关系不同;梭梭的生殖分配和同化枝生物量之间呈线性或多项式正相关。