对话蒙古马（三）——马倌寻访日记（三）

今天我们进入了西苏旗境内，这里是锡林郭勒草原的最西端，也是锡盟最干旱地区。同行几位曾经在2002年来过这里的同伴惊讶地发现．以前到处生长的茂密的锦鸡儿都枯死了。锦鸡儿是一种灌木，地下根系通常是地表枝干的3倍多．最深的根系可以达到地下两三米．吸收地下水．所以特别适合生长在干旱环境里。这样耐旱的植物成片地死亡是否表明这里的地下水位在下降？如果真是这样．造成地下水位下降的原因又是什么呢？     

马倌寻访日记(三)

2006年8月X日 今天的关键语:五畜只剩下了羊 今天我们进入了西苏旗境内,这里是锡林郭勒草原的最西端,也是锡盟最干旱地区.同行几位曾经在2002年来过这里的内伴惊讶地发现,以前到处生长的茂密的锦鸡儿都枯死了.     

科尔沁沙地小叶锦鸡儿地上-地下生物量分配格局

以科尔沁沙地18年生(成龄)和4年生(幼龄)人工小叶锦鸡儿以及天然小叶锦鸡儿灌丛为研究对象,采用分层挖取根系法调查不同植被区小叶锦鸡儿的根系分布特点,研究其在生物量分配、根冠比、根系分布等方面对干旱环境的响应.结果表明:1)小叶锦鸡儿倾向于把更多的生物量分配于地下,其中天然植被地下生物量比重最大,4年生植被地下生物量比重最小.2)小叶锦鸡儿灌丛根系生物量随着土层深度的增加而逐渐减少,其根系主要分布在0 ～ 100 cm土层中.3)4年生小叶锦鸡儿吸收根呈现浅层分布特性,在地下O～50 cm吸收根生物量显著高于18年生和天然植被(P＜0.05);18年生和天然植被吸收根更多分布于50 ～ 100 cm土层中.天然小叶锦鸡儿输导根生物量在50 ～ 100 cm土层中显著高于4年生和18年生植被(P＜0.05).4)小叶锦鸡儿灌丛地上-地下生物量符合异速生长模型的幂函数.     

基于稳定性氧同位素分析不同树龄小叶锦鸡儿用水策略

本研究以科尔沁沙地典型固沙植物小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)为对象,采用氧稳定同位素技术,比较了小叶锦鸡儿群落内3、5和9年生小叶锦鸡儿生长季内土壤水、降雨与植株木质部水的δ18O值关系,并利用多元线性混合模型定量研究了不同树龄小叶锦鸡儿用水来源;结合不同树龄小叶锦鸡儿土壤水分季节特征和根系分布分析用水来源变化原因;通过评价不同树龄小叶锦鸡儿与地区水分条件适应性,分析3种树龄小叶锦鸡儿的水分竞争关系,判断群落稳定性。结果表明:根系的分布决定了不同树龄小叶锦鸡儿对水分利用的范围和选择何种用水策略的可能性,水分的分布也一定程度上影响了小叶锦鸡儿的主要用水来源。生长季内30～80 cm土层是3年生小叶锦鸡儿主要水分利用层位;30～100 cm土层是5年生小叶锦鸡儿主要水分利用层位,其中80～100 cm土层贡献率所占较大; 0～30和100～160 cm土层是9年生小叶锦鸡儿主要水分利用层位。小叶锦鸡儿群落内,不同树龄植株之间不存在强烈的水分竞争,该地区小叶锦鸡儿群落较为稳定。     

风吹、沙埋对沙地植物幼苗生长和光合蒸腾特性的影响

为了掌握风吹、沙埋对沙地植物一些生理生态学特性的影响,2006—2007年在科尔沁沙地对优势固沙植物小叶锦鸡儿进行了风吹和沙埋试验。风吹试验设为对照(不吹风)、软风(2m.s-1)、微风(4m.s-1)、和风(6m.s-1)和劲风(8m.s-1)5个处理;沙埋试验设为对照、轻度、中度、重度和严重沙埋5个处理,沙埋深度分别为株高的0%、33%、66%、100%和133%。结果表明:软风(2m.s-1)的持续风吹可使植物叶片蒸腾速率和净光合速率略有下降,和风(6m.s-1)和劲风(8m.s-1)的持续风吹可促进其蒸腾速率和净光合速率明显增加,而微风(4m.s-1)的持续风吹对植物蒸腾速率和光合速率影响不明显;轻度沙埋可以同时促进植物地上茎叶和地下根系的生长和生物产量的提高,中度沙埋仅可促进其根系生长和生物产量的提高,但对其高生长有一定抑制作用,重度沙埋和严重沙埋可对其生长造成严重威胁,甚至导致死亡;锦鸡儿作为沙地一种优势固沙植物能够通过生长调节和生理调节来适应一定程度的风吹和沙埋,因而对风沙环境具有较强的适应性,但重度或严重风吹、沙埋仍然会导致其严重受损,甚至死亡,因此采用锦鸡儿进行植物固沙时应注意不要将其种植在...     

地下水位对黄河三角洲柽柳根系生长的影响

为揭示黄河三角洲柽柳根系生长特征对地下水位的响应规律,明确柽柳生长适宜的地下水位,在咸水矿化度（6 g/L）下,模拟设置0、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、1.8 m共7个地下水位。测定分析栽植柽柳土柱的水盐参数与根系生长指标。结果表明：在咸水矿化度下,地下水位可显著影响土壤水盐变化,从而影响柽柳根系的生长。随地下水位的降低,土壤含水量、含盐量和土壤溶液绝对浓度显著降低。在高水位（≤0.6 m）下,柽柳根系生长受水盐胁迫影响显著,柽柳根长、根径、侧根数、总生物量、侧根生物量、根系连接长度均较低,拓扑结构呈叉状分支;中水位（0.9 m）时,土壤水盐条件适宜,柽柳侧根数、根径、二级侧根和毛细根生物量达到最大值,拓扑结构由叉状分支向鱼尾形分支过渡;低水位（≥1.2 m）下,土壤水盐含量低,柽柳根系总生物量、主根生物量、一级侧根生物量和根系平均连接长度在1.2 m水位达到最大值后降低,拓扑结构呈鱼尾形分支。柽柳根系生长与地下水位密切相关,柽柳通过改变根系生长和调整构型来适应不同土壤水盐和地下水位条件。高水位（≤0.6 m）下柽柳以降低根系生长深度,增加分叉,调配各组织器官的生物量来适应水盐胁迫;中水位0.9 m下土壤水盐条件最适宜柽柳生长;低水位（≥1.2 m）下柽柳主要受土壤干旱胁迫而使根系向下生长,增加根系连接长度,以此扩大资源获取效率。柽柳根系生长及根系构型对咸水矿化度下不同地下水位表现出较强的适应性和可塑性。     

梭梭个体形态调整在环境定居中的适应

近几十年来,全球气候变化以及人类活动的加剧导致古尔班通古特南缘荒漠地区的降水与地下水位发生显著改变,这些改变必然导致荒漠植物用水策略的适应性变化。本实验以古尔班通古特沙漠南缘原始沙漠中建群种梭梭(Haloxylon ammodendron)为研究对象,从种子萌发起,对气象因子、梭梭地上高度、地下根系深度、生物量等进行了连续监测,直至梭梭完成定居,以期探明梭梭定居过程中的个体形态调整特征。结果表明:在遭遇干旱时,梭梭以同化枝凋落的形态调节方式有效地维持了根系供水与地上部分需水之间的平衡,保证了存活同化器官的光合能力;同时,梭梭以牺牲地上部分生长为代价将更多的光合产物转向根系,使得根系能够获得更多的水分保证其生长、生存。     

干旱荒漠区狭叶锦鸡儿灌丛扩展对策

通过对内蒙古干旱荒漠区狭叶锦鸡儿集群的灌丛结构、分株特征、繁殖倾向和分枝特征的调查,探讨荒漠区狭叶锦鸡儿的繁殖特点和灌丛扩展对策。研究表明：在荒漠区,狭叶锦鸡儿的营养繁殖占主导地位,主要是由根萌蘖产生无性系分株,其克隆生长构型为密集型。根系萌蘖、枝条的不定根繁殖、地上枝条不断分枝和新老个体形成复合灌丛是荒漠区狭叶锦鸡儿冠幅增大的主要原因。狭叶锦鸡儿通过克隆繁殖、灌丛扩大化和发达的根系适应荒漠区的干旱贫瘠环境,使其成为荒漠区的优势种。     

疏花水柏枝幼苗生物量与构件对模拟土壤地下水位变化的响应

通过模拟不同地下水位的方法,对疏花水柏枝（Myricaria laxiflora（Franch.）P.Y.Zhang et Y.J.Zhang）一年生幼苗在不同条件下地上与地下部生物量及构件的变化进行测定,分析幼苗生长对地下水位变化的响应。结果显示：随着地下水位的降低,疏花水柏枝幼苗的生长特征指标均呈先增加后减少的趋势,其中地上、地下部分生物量的最高值分别为0.0438、0.0100 g,最低值分别为0.0177、0.0026 g。幼苗地上部生物量在-10 cm处理水平最高;地下部生物量在-15 cm处理水平最高。幼苗直径、根表面积、株高、主根长度、根体积、一级枝数、二级枝数等指标也分别在-10 cm或-15 cm处理水平达到最高值。疏花水柏枝幼苗主要构件的生长与地下水位的变化存在显著相关性。主成分分析结果表明,幼苗的地下部分更容易受到土壤地下水位变化的影响,幼苗性状症候群随地下水位的变化而发生移动,说明该物种幼苗在不同地下水位时的生长投资策略具有较大差异。     

疏花水柏枝幼苗生物量与构件对模拟土壤地下水位变化的响应

通过模拟不同地下水位的方法,对疏花水柏枝(Myricaria laxiflora (Franch.) P. Y. Zhang et Y. J.Zhang)一年生幼苗在不同条件下地上与地下部生物量及构件的变化进行测定,分析幼苗生长对地下水位变化的响应。结果显示:随着地下水位的降低,疏花水柏枝幼苗的生长特征指标均呈先增加后减少的趋势,其中地上、地下部分生物量的最高值分别为0.0438、0.0100 g,最低值分别为0.0177、0.0026 g。幼苗地上部生物量在-10 cm处理水平最高;地下部生物量在-15 cm处理水平最高。幼苗直径、根表面积、株高、主根长度、根体积、一级枝数、二级枝数等指标也分别在-10 cm或-15 cm处理水平达到最高值。疏花水柏枝幼苗主要构件的生长与地下水位的变化存在显著相关性。主成分分析结果表明,幼苗的地下部分更容易受到土壤地下水位变化的影响,幼苗性状症候群随地下水位的变化而发生移动,说明该物种幼苗在不同地下水位时的生长投资策略具有较大差异。     

内蒙古草原3年生小叶锦鸡儿根瘤特征及其对环境变化的响应

小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)是氮素匮缺的内蒙古草原的灌丛优势种, 研究其根瘤性状及其对不同环境因子的响应特征, 可以进一步了解草原生态系统共生固氮过程及其对全球变化的响应机制。在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站, 利用开顶式生长室(Open-top chamber, OTC)控制实验模拟环境变化, 研究了3年生小叶锦鸡儿播种苗根瘤特征, 及其对氮素添加、干旱和加水和大气CO₂浓度升高的响应。结果表明: 1) 3年生小叶锦鸡儿明显有根瘤着生, 多着生于侧根。根瘤形状多样, 以浅黄色的梨状和球状根瘤为主(占根瘤总数的68%); 另有少数棕褐色棒状和纺锤状根瘤(占根瘤总数的30%); 还有极少数较大的Y状根瘤。2)添加氮素极显著地抑制根系和根瘤的生长发育: 根系有发白现象, 且着生在其上的几乎都是干瘪根瘤。这种抑制效应随着水分增加和CO₂浓度升高有所减缓。3)干旱抑制根系和根瘤生长, 而加水促进二者生长。与干旱和正常水分相比, 加水时根系更发达, 根瘤形态多样, 出现掌状和珊瑚状等大型根瘤。随着水分增加, 根瘤着生部位由主根渐向侧根再向须根发展。与正常水分相比, 减水时根瘤平均长度降低了50.4% (p<0.05); 在加水条件下根瘤生长状况最为良好, 单株根瘤数量和重量以及根瘤平均重量均显著增加。4) CO₂浓度升高对根瘤生长有促进作用, 但未达到显著。5)根瘤数量对环境因子的变化比根瘤大小更敏感; 氮素和水分对单株根瘤数量和重量具有交互作用; 对于水分和氮素相对缺乏的内蒙古草原, 水分是限制小叶锦鸡儿根瘤菌侵染根系形成根瘤的关键因子。     

干旱内陆河流域植物群落构建过程及其关键驱动因素

作为干旱内陆河流域水资源可利用性的决定性因素之一, 地下水位在调节植物功能性状、系统发育乃至植物群落构建方面发挥着至关重要的作用。然而地下水位变化对干旱内陆河流域植物群落构建过程相对重要性的影响, 以及这种影响在地上-地下组分间的差异尚未得到系统研究。本文以典型干旱内陆河流域下游的主要植物群落为研究对象, 结合叶片、根系功能性状与环境数据, 系统地探讨植物群落构建过程沿地下水位梯度的变化模式及其关键驱动因素。结果表明: (1)综合植物个体、平均功能性状和系统发育可知, 在整个研究区域, 叶片、根系功能多样性的标准效应值(SES.RaoQ)均小于0。大多数植物群落的功能结构(90%的功能性状)表现为聚集状态。(2)地下水与土壤因子共同解释叶片、根系SES.RaoQ 13%-39%与14%-48%的变异, 而地下水位能够单独解释叶片、根系SES.RaoQ 13%-22%与14%-36%的变异。(3)叶片、根系SES.RaoQ均随平均地下水位的降低而降低, 随地下水位季节性的增加而增加; 根系SES.RaoQ与地下水位的斜率大于叶片SES.RaoQ。总体而言, 干旱内陆河流域植物群落的构建机制整体上由确定性过程主导, 支持生态位理论, 大多数植物群落的构建机制符合生态位理论中的环境筛选作用。地下水位是调控不同群落构建过程相对重要性的主要因素, 随地下水位的降低, 功能结构由发散状态转为聚集状态。植物群落地上、地下功能结构沿地下水位梯度的变化表现出一致性, 但植物群落地下部分对地下水位的变化更为敏感。     

黑莓对水分、盐分和低温逆境的适应性

在南京盆栽条件下,黑莓（Rubus L.spp.)“Hull”品种1年生扦插苗在土壤相对含水量为70%以上时,地上部分和地下部分均生长良好,正常开花结实;土壤相对含水量下降到50%-60%时,地上部分生长明显减弱,地下部分生长受到一定影响,但植株都能存活;土壤相对含水量下降到45%-50%时,地上部分及地下部分均生长不良,部分植株死亡;土壤相对含水量降到30%-35%时,植株无法生存。黑莓“Hull”品种扦插苗是对盐（NaCl)敏感的植物,中度（0.2%)以上盐浓度对生长有明显的抑制作用,相对于地上部分和根系,根颈部所受的影响较小,表现为地上部无新的枝条萌出,无叶片产生;地下部无新根产生;根颈部萌芽数量减少,长度变小,随着盐浓度的增加,生长减慢甚至死亡。轻度（0.1%)盐处理未见有抑制作用。黑莓不同品种的枝条抗冻性不同,所测定的3个品种中,“HuLL”抗冻性最差,LT50为-25.5℃,“Chester”与“Navoho”的抗冻性相近,LT50均为-29℃。     

水曲柳幼苗根系对土壤养分和水分空间异质性的反应

通过沙培试验方法,研究了温室条件下水曲柳幼苗在施肥和浇水区,非施肥和非浇水区中根系生长,生物量分布,地下部分与地上部分关系,细根直径等特征。结果表明,土壤养分和水分的空间异质性对水曲柳幼苗根系生长和分布有明显影响。在施肥区和浇水区根系生长快,密度大,生物量高,而在非施肥和非浇水区根系生长受到抑制,根系密度小,生物量低,与非施肥区相比,施肥区细根直径下降,有利于根系对养分和水分的运输,但是在非浇水区     

不同林龄樟子松人工林径向生长对气候及地下水位变化的响应

全球气候变化导致森林生态系统的结构与功能发生改变,甚至出现树木死亡与林分衰退的现象,研究林分生长对气候变化尤其是干旱事件的响应有助于预测未来气候变化下生态系统的稳定性。以辽宁章古台5个林龄的樟子松人工林为研究对象,分析了树木径向生长对气候因子与地下水位的响应,结果表明：秋季气温,尤其是最低气温显著影响樟子松林的生长(44年生林分除外);低林龄樟子松林(36、39年)生长与当年夏季及生长季内的降水显著正相关,而高林龄樟子松林(52年)生长则与当年春季尤其是当年2月与5月降水显著正相关;36、39、52年生樟子松人工林年表与当年夏季的Palmer干旱指数(PDSI)显著正相关,44、58年生樟子松人工林年表则与地下水位显著正相关。应对早期干旱(即1997年)时,樟子松人工林表现为随林龄增加,其抵抗力增加而恢复力降低;在随后的两个干旱事件中,高林龄樟子松林的抵抗力不再明显高于低林龄,可能是由于地下水位显著降低影响根系吸水;受累积干旱的影响,所有林龄樟子松人工林对2007—2008干旱事件的弹性力均小于1,径向生长量明显降低。地下水位是影响不同林龄樟子松人工林生长及对干旱抵抗力的重要因子,考虑...     

民勤绿洲边缘地下水位变化对植物种群生态位的影响

在民勤绿洲边缘,利用空间区域不同地下水位(湖区8～12m,泉山区15～17m,坝区20～23m)和时间序列(1984～1992年)民勤沙井子地区地下水位下降(7.45～11.65m)梯度,研究地下水位下降对荒漠植物种群生态位的影响。结果表明:空间区域地下水位下降,植物种群生态位宽度均减小,种群退化;时间序列地下水位下降,白刺种群在扩展,其它植物种群在退化。白刺种群生态位宽度在民勤绿洲边缘荒漠植物群落中最大,是该区的建群种。由于白刺种群在地下水位7.45～11.65m范围内扩展,民勤绿洲生态环境治理中地下水位达到该范围是一个主要目标。     

不同树龄杨树人工林的根系呼吸季节动态

根系呼吸是准确评估森林生态系统土壤碳收支的一个重要依据。基于LI-COR-6400-09土壤呼吸系统连续2a测定的3个生长阶段杨树人工林的根系呼吸数据,分析了根系呼吸的季节变化规律及树龄、土壤水热因子和细根生物量对它的影响。结果表明:3个不同树龄人工林的根系呼吸速率均呈明显的季节变化,最大值出现在夏初,最小值出现在秋末,基本上与表层土壤温度的季节变化相一致。根系呼吸的峰值早于土壤温度和细根生物量的峰值,说明林木根系的季节生长节律、地下碳分配模式都可能影响根系呼吸的季节变化。2年生人工林的根系呼吸速率最高,平均为3.78μmolCO2m-2s-1,并随树龄增长呈下降趋势。3个树龄人工林根系呼吸占土壤呼吸的比例介于38.6%-58.0%之间,且2年生人工林最大。不同林龄之间根系呼吸的差异主要与根系的生长周转速率及代谢活性随生长阶段的变化有关。总的来说,表层土壤温度和细根生物量的协同作用可解释根系呼吸速率变化的76%。此外在评估一个轮伐期内的根系呼吸强度时,应考虑不同生长阶段对它的影响。     

梭梭幼苗的存活与地上地下生长的关系

近几十年来,全球气候变化以及人类活动的加剧,导致古尔班通古特南缘荒漠地区的降水与地下水位发生显著的改变,这些改变必然导致荒漠植物用水策略的适应性变化。以古尔班通古特沙漠南缘原始沙漠中建群种梭梭的1年生幼苗为研究对象,对气象因子、土壤含水率、梭梭幼苗死亡率、地上地下高度(深度)、面积、生物量状况进行了全生长期的连续监测,以期探明1年生梭梭的生长、生存规律。结果表明:梭梭幼苗在土壤水分较为充沛的4—6月生长迅速,但随着土壤水分的消耗,7月地上地下部分都出现了不同程度的萎缩,在8月又恢复生长。在全年生长期中,幼苗死亡率基本呈现逐月下降的趋势。这说明在干旱来临前,梭梭幼苗快速生长以抢占更多资源;当遭遇干旱时,幼苗通过同化枝凋落有效的维持了根系供水与地上部分需水之间的平衡,保证了存活同化器官的光合能力,从而降低了死亡率。同时,幼苗以牺牲地上部分生长为代价将更多的光合产物转向根系,使得幼苗能够获得更多的水分保证其生长、生存。     

光合有效辐射与地下水位变化对柽柳属荒漠灌木群落碳平衡的影响

全球气候变化和人类活动的加剧, 正导致古尔班通古特沙漠南缘原始盐生旱生荒漠地区的地下水位发生显著改变。大气污染导致该地区太阳辐射减少。以盐生荒漠建群种多枝柽柳(Tamarix ramosissima)为研究对象, 选择地下水位在2.9-4.5 m波动的典型原始生境, 观测了生长期内光合有效辐射和地下水位变化时的光合作用、蒸腾作用和叶水势等生理活动的季节变化, 调查了根系分布特征; 并利用涡度相关系统测定了生态系统碳水通量, 估算群落碳同化能力、蒸腾耗水量与叶面积指数的季节变化, 旨在揭示光合有效辐射和地下水位等环境因素对柽柳属(Tamarix)荒漠灌木群落光合作用的影响。研究结果表明: 降水造成的潜土层水分状况变化对多枝柽柳的碳平衡没有显著影响。深根系与气孔调节是多枝柽柳碳平衡适应荒漠环境水分状况的两个关键机制。特殊的气孔行为体现了多枝柽柳以高水分消耗为代价将其碳获取最大化的适应对策; 多枝柽柳生理与群落尺度的水分平衡和碳获取均依赖于深根系获取的稳定地下水源, 缓和的地下水位波动将不会扰动其现有的碳/水平衡, 地下水位剧烈下降将危及多枝柽柳的生存。此外, 光合有效辐射是另一个主要影响因素, 与群落碳获取呈显著正相关关系。群落碳同化能力的季节变化是光合有效辐射和地下水位共同影响下光合作用物候学特征的体现。过度开采地下水和直接破坏原生植被的行为, 将会严重地干扰多枝柽柳群落的生存, 进而破坏该区域现有的生态水文过程。     

小叶锦鸡儿幼苗对沙埋的生态适应和生理响应

以中国半干旱地区固定、半固定沙地分布最广泛的灌木种之一小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)为对象,于2010～2011年在内蒙古科尔沁沙地测定了不同深度沙埋下其幼苗的存活率、株高、渗透调节物质含量、保护酶活性和膜透性变化,探讨小叶锦鸡儿对沙埋的生理响应特征。结果显示:(1)与对照相比,当沙埋深度为小叶锦鸡儿幼苗株高的25%～75%时,存活率差异不显著;当沙埋深度为50%～75%时其存活率增加,但株高明显下降,沙埋对其生长具有抑制作用;当沙埋达到其株高100%时幼苗全部死亡。(2)不同沙埋深度对小叶锦鸡儿幼苗叶片细胞膜透性无显著影响,对沙埋深度为其株高25%时,叶片含水量增加,MDA含量下降,POD活性增强,细胞膜未受到伤害;沙埋深度为其株高50%～75%时,叶片含水量下降,MDA含量增加,但SOD和POD对细胞膜起到了协同保护作用,细胞膜也未受到损伤;沙埋深度为株高25%～75%情况下,细胞膜未受到损伤,可溶性糖和脯氨酸含量变化不明显。研究认为:小叶锦鸡儿幼苗只能耐受部分沙埋,完全沙埋则会导致其幼苗全部死亡,沙埋胁迫下可溶性糖和脯氨酸等渗透调节物质含量反应迟缓可能是其耐沙埋能力较弱的主要生理原因之一。