黄土高原多年生草本根部年轮特征

多年生草本年轮资料是反映草本物种生长状态的重要指标,已被应用于草本物种年际生长动态特征、生活史策略及气候响应敏感性研究当中,然而这方面研究在黄土高原还未引起足够的重视。在黄土高原不同地点采集了16种多年生草本物种的根部年轮样品,通过根部解剖结构识别年轮结构,并分析了这些物种的年轮宽度和导管大小随年龄的变化趋势特征。研究结果表明调查样品中共有14个草本物种(87.5%)具有清晰可识别的年轮结构,平均年龄为7年左右;草本年轮宽度随年龄均有不断减小的趋势,这主要是由于随年龄不断增强的水分胁迫导致的。自然草本物种导管直径(导水能力)随年龄有不断变大的趋势,生长具有可持续性;人工草本物种导水能力随年龄有不断减弱趋势,生长趋于衰退;而分布于黄土高原北缘至半荒漠地区的二色补血草导水能力则随年龄有先上升后下降的趋势,表现出输水效率和安全的权衡策略。本研究阐述了黄土高原多年生草本的年轮学价值和对胁迫生境条件下的生活史策略,能为黄土高原草地植被的生态恢复提供科学依据。     

黄土高原健康和衰退刺槐林径向生长对气候的响应

全球气候变化导致的区域森林生长衰退和死亡普遍发生,并对森林生态系统结构和组成以及主要生态系统服务功能产生重要影响,然而相关研究在国内还显偏少。根据黄土高原延安羊圈沟小流域人工刺槐林健康和衰退个体分别构建了刺槐健康和衰退树轮年表,并对人工刺槐林健康和衰退年表特征及对气候响应敏感性进行了对比分析。结果表明刺槐衰退年表质量较低,其年表统计参量,包括平均敏感度、样芯间相关系数、信噪比和样本群体代表系数均要低于刺槐健康年表。刺槐衰退年表在生活史早期（1985-2007年）与生长健康年表的波动趋势相类似,而在生活史晚期（2008-2016年）与健康年表指数出现生长分离现象,生长速率明显偏低。年表与气候要素响应分析表明刺槐生长衰退年表对气候要素响应敏感性要低于刺槐生长健康年表,但是两者均含有干旱胁迫气候信号,主要体现在与温度呈负相关关系,与降雨和干旱指数的正相关关系。年表与极端气候年份的时序叠加分析表明,生长健康和衰退年表对极端干旱年份响应敏感性均较高,表明极端干旱胁迫条件对刺槐生长健康和衰退个体均有抑制性影响;生长健康年表对极端湿润年份响应敏感性明显高于衰退年表,表明刺槐健康个体比衰退个体更能有效利用湿润年份有利条件,而具有较高的生长速率。研究揭示出黄土高原健康和衰退刺槐个体生长趋势变化及对气候响应敏感性均存在明显差异性,将为气候变化背景下人工刺槐林生长衰退和死亡预测模型建立提供科学依据,因而对黄土高原人工刺槐林生态恢复和保护及可持续经营具有科学价值。     

黄土高原区苜蓿与小麦轮作系统根部入侵真菌研究

以甘肃庆阳黄土高原地区草田轮作系统中苜蓿(Medzfago sativn)和小麦(Triticum aestivum)为研究材料,分别于2002年两种作物的拔节期(分枝期)、开花期、成熟期和幼苗期(第3茬分枝期)取样,分离、鉴定了根部入侵真菌,测定了分离所得根部入侵真菌对其寄主作物及另一种轮作作物的致病力。结果表明：在试验区内共分离到27种根部入侵真菌,包括自小麦根系分离到26种,苜蓿侧根分离到23种,其中22种为苜蓿和小麦共同的根部入侵真菌。两种作物根部入侵真菌区系中优势种明显不同,苜蓿根部最主要的5种入侵真菌按分离率的高低依次为尖镰孢(Fusarium oxysporum)17．0％、大孢肉座菌(Selinia sp．)15．4％、茎点霉(Phoma medicaginis)9．5％、腐皮镰孢(Fusarium solani)6．7％及柱孢(Cylindrocarpon destructans)6．6％;而小麦根部5种最主要的入侵真菌按分离率的高低依次为黑团孢(Periconia sp.)15．0％、丝葚霉(Papulaspora sp．)12．1％、多主枝孢(Cladosporium herbarum)5．4％、丝核菌(Rhizoctonia sp．)4．0％及尖镰孢3．9％;总的真菌分离率亦是苜蓿高于小麦。苜蓿与小麦的根段带菌率均有随生长季的延长而增高的特征。在试验条件下,参试的苜蓿、小麦根部入侵真菌对苜蓿和小麦均有一定的致病力,但对苜蓿种子和幼苗的致病力强于对小麦种子和幼苗的致病力。在轮作体系中,小麦田轮作苜蓿应注意防治根部入侵真菌的危害。     

马尾松的生长与气候关系的年轮分析

马尾松的生长与气候关系的年轮分析兰涛,夏冰,贺善安（江苏省－中国科学院植物研究所,南京２１００１４）ＴｒｅｅｒｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｏｆＰｉｎｕｓｍａｓｓｏｎｉａｎａｇｒｏｗｔｈｔｏｃｌｉｍａｔｅｆａｃｔｏｒｓ．￥ＬａｎＴａｏ;Ｘ...     

错鄂裸鲤年轮与生长特征的探讨

在描述鳞片、背鳍条和矢耳石三种材料轮纹特征的基础上,比较了这些年龄鉴定材料在判读错鄂裸鲤年龄和反映生长特征上的异同。在个体早期生长阶段,耳石轮纹阻断、8龄以上个体鳞片上年轮环纹的缺失和背鳍条出现轮纹的重叠是影响错鄂裸鲤年龄准确判读的主要因素。采用耳石和鳞片的体长退算数据,Von Bertalanffy方程较好地描述了错鄂裸鲤的生长。由于背鳍条的生长在个体的生长过程中始终呈现为负的异速生长,因此耳石、鳞片在解释个体生长时优于鳍条。     

多枝柽柳年轮生长速率测量及TRGR指标优势分析

灌木对生境和气候变化具有高度敏感性,其年轮资料在认识区域环境演变过程、全球气候变化和环境保护中具有重要作用。灌木植株在生长过程中受遗传和极端环境的影响,年轮常出现偏心和不规则生长,这使得专业年轮分析软件测量的年轮宽度数据难以准确反映其整体径向生长信息。为探讨适合于寒旱区灌木年轮学研究的年轮测量指标和测量方法,研究以该区域荒漠常见植物多枝柽柳(Tamarix ramosissima Ledeb.)为研究对象,通过U-net深度学习方法,获得年轮提取训练模型,自动获取扫描轮盘各年早材区域。轮盘扫描及语义分割后的图像经GIS配准赋坐标、ENVI图像处理后,借助GIS编辑和测量工具,完成多枝柽柳各年年轮生长速率(Tree-ring growth rate, TRGR)、年轮宽度(Tree-ring width, TRW)和树木基部断面积生长增量(Basal area increment, BAI)的测量;研究基于Timesat Savitzky-Golay(S-G)滤波时间序列拟合,获取点样尺度归一化植被指数(Normalized difference vegetation index, ND...     

黄土高原中部针叶树与灌木径向生长对气候的响应差异

为揭示黄土高原中部不同树种径向生长对气候变化的响应及应对极端干旱能力的差异,构建延安任家台林场油松、狼牙刺和黄刺玫树轮宽度年表,利用帕默尔干旱指数(PDSI)定义极端干旱事件,计算干旱频率及强度;利用树轮宽度量化径向生长应对极端干旱事件的抵抗力(Rt)、恢复力(Rc)及恢复弹力(Rs)。结果表明,油松与5月平均气温和平均最高气温显著负相关,与9月平均最高气温显著正相关,与前一年11月降水和7月相对湿度显著正相关;狼牙刺与前一年9月平均气温,当年7月平均最高气温,8月平均气温和平均最高气温显著负相关;黄刺玫与7月平均气温和平均最高气温显著负相关;3个树种径向生长均与PDSI正相关。干旱程度加剧使树木抗旱性降低,导致油松、狼牙刺Rt和Rs减弱。树种间差异表现为,Rt:狼牙刺>油松,Rc:油松>狼牙刺>黄刺玫,Rt:黄刺玫>狼牙刺。     

黄山松年轮生长和气候的关系

对黄山山顶面区黄山松林分中个体年轮生长规律进行了研究,分析了黄山松年轮生长的特点．求算不同年龄阶段的个体年轮生长的时间模型,建立年轮指数,通过与各相关气候因子的逐步回归,最终获得黄山松年轮指数与气候因子的相关方程,为研究黄山松的生长及建立黄山地区气候的历史变化提供了基础资料．分析表明,黄山地区黄山松具有较宽范围的年轮敏感度（ＭＳ）．其年轮生长模型揭示,影响直径生长主要因子是生长当年＞１０℃积温期间的太阳辐射,其次为积温,与降水量无显著相关性;当年４月份的气候因子与年轮生长有显著相关关系．年轮生长与当年４、７月的辐射呈正相关,与当年４月平均气温呈负相关．当年４月降水与年轮生长有一定关系,但其相关性不十分显著．     

黄土高原苹果园不同生长阶段的小气候特征

在黄土高原苹果园内,使用小气候梯度自动测定系统于2011年1月—2013年12月定位观测果园6、3、1.5 m高度的光合有效辐射(PAR)、气温、树体温度、相对湿度以及冠层顶的总辐射和土壤10~60 cm深度的温湿度,分析了苹果园不同生长阶段的小气候特征。结果表明:总辐射、PAR、空气温度和树体温度日变化均呈单峰曲线,总辐射和PAR在12:50、空气温度和树体温度在16:00左右达到最大值;总辐射和PAR在生长盛期最强,生长始期次之;空气温度、树体温度和土壤温度在盛期随辐射变化最大,在始期次之;生长始期温度日较差最大;冠层下部PAR在生长盛期和休眠期小于冠层顶,休眠期空气温度垂直变化最大,盛期次之,除土壤表层外,其余各层土壤温度均随深度增加而升高且日变化较小;空气湿度生长盛期最大,休眠期次之,日变化呈现高-低-高趋势,冠层下部的湿度在夜间高于冠层顶部且盛期相差最为明显,生长始期其日较差最大,盛期次之;生长始期土壤含水量最高,盛期次之,表层和深层含水量较小,20 cm含水量高,但其变化幅度较大。     

黄土高原多年生草本物种根部导水结构及空间分异特征

植物茎干导水系统起着植株水分长距离输导功能,深入了解植物导水解剖结构和功能对于认识植物水分、养分输导和分配策略具有重要意义,然而相关研究还是主要集中在木本乔、灌木物种上,而对于多年生草本物种的相关研究还未引起人们的重视。以黄土高原多年生草本物种为研究对象,在黄土高原沿降雨梯度(250—530 mm)布设12个采样点,采集了30种多年生草本物种的主根解剖材料,并分析了该地区草本物种根部导管解剖结构及空间分异特征。研究结果表明1)多年生草本物种根部导管特征参量具有较大的变异性,在固定测量范围内导管数量、导管直径、导管分数、总水分传导效率的变化范围分别为25—295个、24.46—54.58μm、2.42%—33.16%、0.034—25.357 kg m~(-1) MPa~(-1) s~(-1)。2)多年生草本根部导管直径、导管分数和导水效率均沿降雨量的增加呈不断下降趋势,其中以导水效率下降趋势最为明显(R=-0.3—-0.362,P0.05),这表明水分条件是限制黄土高原草本物种根部导水特征空间变异的主要因素。3)多年生草本根部导管直径和导水效率以半荒漠分布为主的蒺藜科草本物种中数值最高,其次是人工种植为主的豆科草本物种,而以自然分布为主的菊科草本物种的导管参量数值最低,这表明黄土高原不同类群草本物种的导水特征和输水策略存在较大差异性。     

黄土高原半湿润区苜蓿草地土壤干层形成及水分恢复

研究了黄土高原地区不同生长年限苜蓿草地0～1000 cm土层土壤水分消耗规律.结果表明,荒地与苜蓿草地土壤干层出现的区域及发生的程度不同:荒地在80～100 cm土层深度,出现轻度干层;生长年限低于8a(含8a)的苜蓿草地,在250～350 cm土层出现轻度干层,生长年限超过8a,出现中度干层,干层范围延至500 cm土层以下.苜蓿生长超过18a,0～200 cm上层土壤水分开始恢复,年均恢复1.49%;但在200～1000 cm土壤深层,18、26年生苜蓿草地土壤含水量仅为10.20%,深层土壤通体干化,水分难以恢复.     

黄土高原不同干旱类型区苜蓿草地深层土壤干燥化效应

田间实地测了黄土高原不同干旱类型区不同生长年限苜蓿草地0～1000cm土层土壤湿度,分析和比较了各类苜蓿草地深层土壤干燥化效应特征。结果表明,在半湿润区、半干旱区和半干旱偏旱区,各类苜蓿草地土壤湿度平均值分别为10．84％、7．07％和5．45％,明显低于当地土壤稳定湿度值和荒草地土壤湿度值,土壤水分过耗量分别为540．2、641．1mm和455．0mm,平均土壤干燥化速度分别为61．2、101．9mm/a和99．0mm／a;3种类型区各类苜蓿草地年降水入渗深度分别为187．8、144cm和173cm,降水入渗深度以下深层土壤湿度保持稳定的干燥化状态;土壤干燥化强度随苜蓿草地生长年限延长而加剧,3年生苜蓿草地为中度干燥化强度,土壤干层厚度达到500～760cm,4年生以上苜蓿草地已达到严重干燥化和强烈干燥化强度,土壤干层厚度超过940～1000cm;通过粮草轮作使苜蓿草地土壤湿度恢复到当地土壤稳定湿度分别需要6、11a和18a以上。     

黄土高原草地根系生物量沿环境梯度变化规律

草地是陆地生态系统的重要组成部分,根系生物量是研究草地生态系统的重要参数之一,研究草地根系生物量沿环境梯度的变化规律对当地的植被建设和恢复具有重要意义。以黄土高原3种不同草地类型（森林草原、典型草原和荒漠草原）为研究对象,沿环境梯度从东到西选择10个样地,每个样地内设置8个1 m×1 m样方进行根系生物量的调查,旨在分析不同草地类型根系生物量的垂直分布规律,并探讨了根系生物量沿环境梯度的变化规律及其影响因素。结果表明：（1）黄土高原3种草地类型根系生物量有显著差别（P<0.05）,其中森林草原的根系生物量最大,典型草原最小;（2）3种不同草地类型根系生物量垂直分布均呈"T"型,土壤表层（0-10 cm）占55%以上的根系生物量,且荒漠草原根系有更多比例的生物量分布在土壤表层;（3）黄土高原草地根系生物量沿经度从东到西呈现先减少后缓慢增加的趋势,但浅层生物量与深层生物量比例（浅深比）没有表现出明显的经度格局;（4）总根系生物量的变化主要受年均温（MAT）影响（P<0.01）,随MAT增大而增大;深层生物量同时受气候和土壤养分含量的影响（P<0.01）;浅深比则与样点平均土壤全磷含量、深层土壤全磷含量有显著负相关性（P<0.05）;（5）气候和土壤因素能解释根系生物量5.12%-39.36%的变异,独立作用中,气候因子对根生物量的解释度最大,可达到2.77%-9.12%的解释度。     

陇中黄土高原半干旱区苜蓿地土壤干燥化特征及适宜种植年限

研究了陇中黄土高原半干旱区不同种植年限紫花苜蓿地土壤水分特征及适宜种植年限.结果表明： 3、8、12和14年生苜蓿地0～300 cm土层土壤平均含水量均明显低于当地土壤稳定湿度值.12和14年生苜蓿地0～300 cm土层土壤含水量仅为9.2%和7.1%,甚至低于作物有效水分下限.1、3、8、12和14年生紫花苜蓿地0～300 cm土层干燥化指数分别为125.4%、30.5%、18.4%、-34.2%和-83.3%,除1年生苜蓿地土壤无干燥化现象之外,其余种植年限苜蓿地土壤均呈不同程度的干燥化.随苜蓿种植年限的延长,土壤干燥化程度加剧,但干燥化速率呈减缓趋势.综合苜蓿生产力动态和土壤水分状况,该区紫花苜蓿适宜的种植年限为8～10 年.     

黄土高原人工苜蓿草地固碳效应评估

苜蓿草地作为黄土高原草地的重要组成部分,在黄土高原草地生态系统碳循环占有重要地位。同时由于苜蓿具有固氮和固碳的双重作用,使它在低碳农业的发展中具有重要意义。本文以一年生（建植初期）、三年生（盛产期）、五年生（稳产期）和十年生（衰败期）的人工苜蓿草地为研究对象,利用地上地下生物量和土壤碳贮量,定量分析了人工苜蓿草地不同发育阶段的固碳能力;结合种植面积,对黄土高原区人工苜蓿草地的总固碳效应进行了评价。研究结果表明：苜蓿草地地上生物固碳能力以三年生和五年生最强,并显著高于其他年限;地下生物固碳和土壤固碳量均以十年苜蓿草地最高,且显著高于其他年限。总体而言,人工苜蓿草地以土壤固碳为主,并集中在0~80cm土壤,各年限0-80cm土层土壤固碳量分别占到总固碳量的41.02%、39.43%、41.56%、39.59%;而地下生物固碳主要发生在0~20cm土层,各年限该层生物固碳量分别占到地下生物总固碳量的45.74%、 55.68%、53.12%和 43.28%。苜蓿草地在整个生命周期中总固碳量随生长年限逐年增长,但增长速度不明显,各年限单位面积总固碳量分别为12.69kg/m2、13.49 kg/m2、13.31 kg/m2和14.83 kg/m2。估算得到黄土高原的人工苜蓿草地年总固碳量为1.430?1011 Kg（143.0 Tg）,其中地上、地下、土壤分别为5.43Tg、1.15Tg和136.4Tg。本研究结果为正确分析区域碳循环和发展低碳大农业提供了重要理论参考。     

封育对黄土高原草地深层土壤pH的影响

土壤酸碱度变化, 直接影响植被类型及植物对土壤养分的吸收效率, 同时在土壤有机碳和无机碳相互转化过程中起重要作用, 为明确草地封育过程中土壤酸碱度的变化特征。以黄土高原云雾山自然保护区放牧草地(封育0年)、封育15年草地、封育30年草地为研究对象, 采用空间代替时间方法, 研究封育过程中深层(0-500 cm)土壤酸碱度变化特征。结果表明: (1)3个封育年限草地土壤pH随着土层深度的增加而增加, 放牧草地土壤pH变化范围为8.54-9.26、封育15年草地土壤pH变化范围为8.56-8.97、封育30年草地土壤pH变化范围为8.12-8.74。(2)不同封育年限0-500cm土壤各粒级差异较大, 放牧草地在40-60 cm土层, 3-2 mm土壤团粒结构的土壤pH最低为8.38, 显著低于其它粒级(P˂0.05); 封育15年草地土壤pH各粒级差异较小; 封育30年草地土壤pH整体呈上升趋势, 0-20 cm各粒级土壤pH差异显著。(3) 在0-500 cm, 封育30年草地土壤pH显著低于放牧草地和封育15年草地(P˂0.05), 其平均值分别为8.50、8.94和8.87。因此, 长期封育显著降低土壤pH值。     

黄土高原北部紫花苜蓿草地退化过程与植物多样性研究

以陕西省神木县六道沟小流域为研究区域,探讨了黄土高原北部紫花苜蓿人工草地退化过程中植物多样性的变化.结果表明,在黄土高原北部森林草原气候区,紫花苜蓿人工草地的退化演替过程可以划分为3个阶段:紫花苜蓿草地阶段(1～6年)、人工草地向天然草地演替的过渡阶段(6～10年)与长芒草次生天然草地阶段(10年以上).在1～30年的演替过程中,调查样方内共出现高等植物32种,分属于13科28属,其中90%以上出现在前6年.植被演替过程中累积出现的植物科属种数的动态变化可以用对数函数进行较好地描述.在群落演替过程中,物种丰富度指数、多样性指数和Pielou均匀度指数的变化趋势基本一致,在演替前期(第1个阶段)增加较快,在第2个阶段(过渡阶段)达到最高,然后有所降低并渐趋稳定.种植紫花苜蓿可显著地加快植被的自然演替进程,这与人工草地水分消耗强烈加速了土壤的旱化过程密切相关.发展人工草地是黄土高原北部加速天然植被恢复与发展畜牧业、增加农民收入的有机结合点,是西部生态环境建设中生态效益与经济效益兼顾的良好范式.     

黄土高原半干旱区苜蓿草地土壤干燥化特征与粮草轮作土壤水分恢复效应

实地测定了黄土高原半干旱区固原不同生长年限苜蓿草地和连作8a苜蓿草地翻耕轮作不同年限粮食作物后深层土壤水分特征,分析了苜蓿草地土壤干燥化特征和粮草轮作对土壤水分的恢复效应.结果表明:(1)苜蓿连作1a、5a、8a和12a等4类苜蓿草地0～1000cm土层平均土壤湿度值为6.6%,平均土壤水分过耗量702.8mm,平均土壤干燥化速率147.1mm/a,达到强烈干燥化程度,苜蓿连作5a土壤干层深度超过1000cm,苜蓿连作8a土壤干层深度超过1360cm,苜蓿草地合理利用年限为7a.(2)连作8a苜蓿草地翻耕并轮作4～7a和25a粮食作物等5类粮田0～1000cm土层土壤湿度介于6.74%～11.95%,土壤贮水量恢复值介于210.6～887.3mm,平均土壤水分恢复速率为80.8mm/a.轮作6a后粮田土壤干层轻度恢复程度以上深度达到1000cm.通过粮草轮作使苜蓿草地土壤湿度恢复到当地土壤稳定湿度需要13a以上.黄土高原半干旱区适宜的粮草轮作模式为:7a苜蓿→13a粮食作物.