Effects of sand burial depth on the root system of Salix cheilophila seedlings in Mu Us Sandy Land, Inner Mongolia, China

Salix cheilophila Schneid. is a naturally occurring Salix species in Mu Us Sandy Land, Inner Mongolia, China. We focused on the morphological adaptability of S. cheilophila to sand dune burial. For morphological measurements, 32 S. cheilophila seedlings were removed from a community which was in the process of being buried by a shifting sand dune. Each seedling collected included the entire root system. We measured the number, length, and biomass of the adventitious roots, primary lateral roots, and taproot, and compared the morphological characteristics of the root system, including adventitious roots, for seedlings buried to various levels in the sand. The growth range of adventitious roots increased as the length of the buried portion of the main shoot increased. In addition, the total dry weight of all current-year shoots tended to increase gradually with increasing total dry weight of the adventitious roots. These results suggest that S. cheilophila tends to make use of the sedimentary sand layer that accompanies shifting sand dunes. However, there was no correlation between biomass or number of adventitious roots and the length of the buried part of the main shoot. Thus, S. cheilophila does not grow adventitious roots proportional to the buried part. These morphological characteristics of the root system, including the adventitious roots, may indicate that S. cheilophila has poor morphological adaptability to sand dune burial.     

沙质荒漠化土地景观分类与制图—以毛乌素沙地为例

对景观分类理论和方法进行了探索,并以毛乌素沙地为研究对象,提出了一套适用于农牧交错区沙质荒漠化土地景观分类与制图的方法。由于沙丘分布广泛,与地带性植被和土壤的分布相迭加,增加了地表景观的破碎程度,使农牧交错区沙地的主要景观要素类型在结构上具有复合性。为了更好地描述沙地景观的复合性特征,作者提出景观基本结构组分的概念。首先确定景观基本结构组分,根据景观基本结构组分的不同组合确定景观要素类型;然后在野外调查的基础上,通过对遥感数据的解译和判读进行景观要素类型的划分;最后在GIS支持下成图。该方法对我国北方农牧交错区沙质荒漠化土地具有普遍意义。     

Water transport properties of seven woody species from the semi-arid Mu Us Sandy Land,China

Maintenance of water transport is very important for plant growth and survival. We studied seven woody species that inhabit the semi-arid Mu Us Sandy Land, China, to understand their strategies for maintaining hydraulic function. We evaluated water transport properties, including cavitation resistance, hydraulic recovery, and water loss regulation by stomatal control, which are associated with xylem structural and leaf physiological traits. We also discussed the water-use characteristics of these species by comparing them with those of species in other regions. Species with tracheids had higher levels of xylem resistance to cavitation and a smaller midday transpiration rate than the other species studied. Although species with vessels were less resistant to cavitation, some recovered hydraulic conductivity within 12 h of rehydration. Species with xylem tracheids could maintain their hydraulic function through resistance to cavitation and by relaxing xylem tension. Although species with vessels had less resistant xylem, they could maintain hydraulic function through hydraulic recovery even when xylem dysfunction occurred. Additionally, the species studied here were less resistant to cavitation than species in semi-arid environments, and equally or less resistant than species in humid environments. Rather than allow hydraulic dysfunction due to drought-induced dehydration, they may develop water absorption systems to avoid or recover quickly from hydraulic dysfunction. Thus, not only stem cavitation resistance to drought but also stem–root coordination should be considered when selecting plants for the revegetation of arid regions.     

毛乌素沙地三种灌木群落的水分利用过程

沙地柏、黑沙蒿和沙柳是毛乌素沙地的3种优势灌木群落。利用稳定同位素技术研究了3种灌木及伴生植物杨柴主要利用的水分来源,结合叶片稳定碳同位素值与土壤水分监测,从而确定灌木群落如何利用水分。结果表明:7月和9月3种群落内浅层土壤水的稳定氧同位素值接近雨水。沙地柏5月主要利用25 cm浅层土壤水,而7月和9月主要利用10—25 cm浅层和100—200 cm深层土壤水。黑沙蒿和伴生的杨柴5月主要利用10 cm浅层土壤水,7月同时利用10 cm浅层土壤水和150 cm深层土壤水,9月则利用10—150 cm土壤水。沙柳5月主要利用10—25 cm浅层土壤水,伴生的杨柴主要利用50—200 cm土壤水;7月它们同时利用10—25 cm浅层土壤水和100—200 cm深层土壤水;9月都主要利用25—200 cm土壤水。4种植物的叶片稳定碳同位素值存在季节动态和种间差异。常绿灌木沙地柏的叶片碳同位素值比较稳定,而且高于其他3种落叶灌木和半灌木。5月浅层土壤含水量较低时3种落叶植物的叶片碳同位素值较高。因此,降雨补充的浅层土壤水是3种灌木群落利用的主要水分来源。3种灌木及其伴生植物根据不同深度土壤水的...     

臭柏天然居群遗传多样性及演变历史分析

为了合理有效地保育天然臭柏(Juniperus sabina L.)种质资源,追溯和阐释其分布格局的历史成因,本文对我国内蒙古自治区、陕西省、甘肃省和青海省共10个天然臭柏居群388个个体的核糖体内转录间隔区(ITS)序列片段进行测序分析。结果显示:臭柏ITS序列总长度为1089 bp,共含有25个变异位点,定义32个单倍型,其中H4和H6单倍型为共有单倍型;分子变异分析(AMOVA)显示,臭柏居群变异主要来源于居群内,遗传变异为95.04%,而居群间遗传变异仅4.96%,居群间差异水平极显著(F ST=0.0496,P<0.001);Network单倍型网络分析表明,H4和H6为古老单倍型,其他单倍型是由他们衍生而来;遗传分化系数N ST(0.072)0.05)。推测臭柏起源于第三纪中新世(Miocene)中期约12.38 Mya,在第四纪冰期可能存在多个小型避难所。沙埋产生不定根的扩繁能力和较好的有性更新环境可能是沙地居群遗传多样性高于山地居群的决定性因素。     

Allelopathic effects of the revegetation species Juniperus sabina L. in semiarid areas of China

Landscape and Ecological Engineering - Juniperus sabina L. is a native evergreen conifer of the Mu Us Sandy Land. It has prostrating stems that can prevent sand shifting and is an important...     

毛乌素沙地根茎禾草拂子茅对异质性水分供应的表型可塑性

拂子茅(Calamagrostis epigejos（L.)Roth)为根茎型多年生禾草,具细长根茎。为了探讨拂子茅在异质性水分环境中的表型差异,在内蒙古鄂尔多斯高原的毛乌素沙地对拂子茅由母株、子株组成的分株对给予了高水、低水两种不同的异质性土壤水分处理。实验结果表明：土壤水分状况显著地影响着拂子茅分株的生长表型。在高土壤水分条件下,拂子茅的分株产生的根茎、新生后代分株较多,并使生物量主要分配于地上部分,地上生物量积累多;在低土壤水分条件下,拂子茅分株产生较少的根茎与新生后代分株,并且分配到根系的生物量明显增大。在具有一定对比度的异质性土壤水分环境中,拂子茅分株并不因相连的其他分株所处的土壤水分状况而在根茎生长、新生后代分株的产生和生物量分配等特征上,与同质环境中的具有相同土壤水分状况的分株相比,有明显差异。这些结果揭示：拂子茅仅以分株的形式对异质性水分供应发生表型反应;相连的克隆分株在向顶向和向基向这两个基本方向上,不能对另一分株的土壤水分状况在生K表型上发生反应,它们在水分关系上可能是相互相对独立的。分株的相对独立可能有利于在气候干旱、扰动强烈的沙地环境中实现风险分摊,提高基株的存活几率。     

毛乌素沙地天然植物多样性组成及区系特征分析

毛乌素沙地位于干旱、半干旱区向半湿润区过渡地带,该研究通过野外调查及数据统计,对毛乌素沙地天然植物科、属、种的组成及区系特征进行了分析,并与周围的沙地(沙漠)植物区系进行比较,以明确毛乌素沙地的珍稀植物及其植物多样性组成特征。结果表明:(1)毛乌素沙地天然植物共90科360属772种,区内植物类群相对丰富,植被群落类型多样,优势科明显,单种属、寡种属占到的比例达到73.45%。(2)毛乌素沙地天然植物90科划分为10个分布区类型及4个变型,360属划分为15个分布区类型及10个变型。(3)毛乌素沙地科的植物区系组成以世界分布为主,属的植物区系组成以温带分布为主,反映了该区的植物区系与所处的地理位置和气候具有相适应的特性。(4)毛乌素沙地植物区系成分与浑善达克沙地植物区系亲缘关系最近,与库布齐沙漠、乌兰布和沙漠、库姆塔格沙漠植物区系有一定差异,表明毛乌素沙地植物区系存在明显的从温带分布到地中海区、西亚至中亚分布的过渡性质。     

毛乌素沙地根茎禾草拂子茅对异质性水分供应的表型可塑性

拂子茅(Calamagrostis epigejos(L.)Roth.)为根茎型多年生禾草,具细长根茎.为了探讨拂子茅在异质性水分环境中的表型差异,在内蒙古鄂尔多斯高原的毛乌素沙地对拂子茅由母株、子株组成的分株对给予了高水、低水两种不同的异质性土壤水分处理.实验结果表明:土壤水分状况显著地影响着拂子茅分株的生长表型.在高土壤水分条件下,拂子茅的分株产生的根茎、新生后代分株较多,并使生物量主要分配于地上部分,地上生物量积累多;在低土壤水分条件下,拂子茅分株产生较少的根茎与新生后代分株,并且分配到根系的生物量明显增大.在具有一定对比度的异质性土壤水分环境中,拂子茅分株并不因相连的其他分株所处的土壤水分状况而在根茎生长、新生后代分株的产生和生物量分配等特征上,与同质环境中的具有相同土壤水分状况的分株相比,有明显差异.这些结果揭示:拂子茅仅以分株的形式对异质性水分供应发生表型反应;相连的克隆分株在向顶向和向基向这两个基本方向上,不能对另一分株的土壤水分状况在生长表型上发生反应,它们在水分关系上可能是相互相对独立的.分株的相对独立可能有利于在气候干旱、扰动强烈的沙地环境中实现风险分摊,提高基株的存活几率.     

毛乌素沙地南缘沙丘生物结皮对凝结水形成和蒸发的影响

在水分极度匮乏的荒漠生态系统,凝结水是除降雨之外最重要的水分来源之一,它对荒漠生态系统结构、功能和过程的维持产生重要的影响。为探明半干旱沙区生物结皮表面的凝结水形成和蒸发特征,采用自制的微型蒸渗计(直径7 cm、高5 cm的PVC管)实验观测了不同类型地表(裸沙、浅灰色藻类结皮、黑褐色藻类结皮和苔藓结皮)对凝结水形成和蒸发的影响。结果表明:(1)观测期间共有20次凝结水形成记录,除降雨天气外,几乎每天都能观测到水分凝结现象;(2)不同类型地表凝结水总量依次为(1.998±0.075),(2.326±0.083),(2.790±0.058)和(3.416±0.068) mm,生物结皮表面的凝结水总量显著大于裸沙(P < 0.05);随生物结皮的发育,不同类型生物结皮表面的凝结水总量呈增加的趋势,凝结水总量之间差异显著(P < 0.05);观测期间不同类型地表日平均凝结水量依次为(0.100±0.003),(0.116±0.004),(0.140±0.002)和(0.171± 0.003) mm,不同类型地表日平均凝结水量之间差异极显著(P < 0.01);(3)凝结水形成过程的观测结果显示,凝结水19:00开始形成,23:00-凌晨1:00形成不明显,1:00-7:00继续形成,除浅灰色藻类结皮外,太阳升出后在黑褐色藻类结皮和苔藓结皮表面继续形成少量的凝结水;凝结水7:30开始蒸发,10:30到11:00之间结束蒸发,凝结水在裸沙和浅灰色藻类结皮中的保持时间显著大于黑褐色藻类结皮和苔藓结皮中的保持时间(P < 0.05);(4)凝结水的形成受大气温度、地表温度、空气相对湿度和大气地表温度差等气象因素的影响,但其形成过程不与某一个气象因素呈简单的线性关系。     

毛乌素沙地根际土壤微生物数量与植物盖度相关性的初步研究

对毛乌素沙地不同生境下根际土壤微生物细菌、真菌、放线菌的数量进行了研究,结果表明：根际不同菌种菌落总量表现为细菌最多,放线菌次之,真菌最少;地貌部位、植物类型等不同生境条件下,微生物菌落总量和垂直分布上均存在明显差异;固定沙丘迎风坡及荒草地的生物多样性指数高于其他地方,各微生物类群间分布比例较均匀。植物盖度与微生物的数量并不存在直接的相关性。因此,在改善毛乌素沙地生态环境时,应关注不同生境条件下植被演替的递续性和植物类型的配置。     

毛乌素沙地臭柏（Sabina vulgaris）和油蒿（Artemisia ordosica）群落的细根分布特征

用根钻法和细根分级的方法研究了毛乌素沙地臭柏群落、臭柏灌丛、油蒿群落的细根(D≤2 mm, D为根直径)垂直分布,并用渐近线方程Y=1-βd[Y为从地表到一定深度的根量百分比累积值(0～1),d表示土层深度(cm),β为根系削弱系数]描述根系分布与土壤深度的关系.对不同径级臭柏、油蒿细根的β值、根长密度及根面积指数进行计算,结果表明:以15 cm为取样深度级,臭柏和油蒿群落活细根(D≤2 mm)的各月生物量平均值,在0～15 cm 范围内最大,并且随土壤深度增加而减少.臭柏群落、臭柏灌丛、油蒿群落细根生物量垂直分布的β值差异不显著(P＞0.5),但相应层次上的月平均细根生物量,臭柏群落是油蒿群落的6.7～14.6倍(P＜0.05),臭柏灌丛是油蒿群落的14.0～19.2倍(P＜0.05).D≤1 mm与1 mm＜D≤2 mm的细根重量百分比与土壤深度都呈对数关系,但D≤1 mm的细根与土壤深度的相关程度更高.根长密度与根面积指数在各土层的分布有极大的相似性.在臭柏群落、臭柏灌丛、油蒿群落中,D≤2 mm的细根根长密度和根面积指数随土壤深度的增加而减小.月平均值中, D≤2 mm、D≤1 mm、1 mm＜D≤2 mm的细根在0～90 cm的根面积指数总和的大小都是:臭柏灌丛＞臭柏群落＞油蒿群落.     

毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤养分的空间异质性

毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域是沙地-草地景观界面的关键部位,研究该区域土壤养分的空间格局和生态学过程,对于土地沙漠化的机理研究具有重要的意义。采用经典统计与地统计学相结合的方法,通过半变异函数及其模型、克里格局部插值估计、空间分布图等研究了毛乌素沙地南缘沙漠化临界区域土壤养分的空间异质性特征。结果表明:研究区土壤速效钾含量符合球状模型,全氮和速效磷含量符合指数模型;速效钾含量具有强空间自相关性,其结构方差比为0.882,而全氮和速效磷含量表现为中等程度的空间自相关性,其结构方差比分别为0.501和0.514;3种土壤养分空间自相关距离存在差异,其中全氮和速效钾的变程均为511m,而速效磷的变程为143m;3种土壤养分的分布格局呈现明显的空间规律性,从牛枝子群落到黑沙蒿群落,速效钾和速效磷含量先降低后升高,与研究区的界面变化过程一致,而全氮含量逐渐降低,与研究区的植被覆盖度变化一致;3种土壤养分的标准差都较小,Kriging插值结果比较可靠。     

Effects of different planting methods on the early establishment of two introduced tree species in the Mu Us Sandy Land of China

We investigated the effects of planting density and relative ground height (distance from the water table) on the early establishment of two introduced tree species [Mongolian pine (Pinus sylvestris var. mongolica) and white poplar (Populus alba var. pyramidalis)] in the Mu Us Sandy Land of China; we used GLMM to analyze experimental effects. In total, 14 afforestation plots (seven plots per species) with variable relative ground heights were established on a shifting sand dune. Trees were planted at intervals of 3, 5, and 7 m, and the distances between neighboring trees were fixed within plots. Planting intervals and numbers of neighboring trees were treated as measures of planting density, and relative ground height was treated as an indicator of water supply stability. For both species, tree survival rates decreased with increasing planting interval; the number of neighboring trees had a positive effect on survival. The effect of relative ground height differed between species. Pine tree survival rates decreased with increased relative ground height, while the survival rates of poplar trees were unaffected. We recommend that pine trees be planted at high density on lower sectors of sand dunes to prevent wind erosion in early spring. Poplar trees should be planted at high density without reference to relative ground height for the provision of fuelwood.     

毛乌素沙地固碳功能菌群落随生物结皮发育阶段的演变特征

生物结皮是干旱区生态系统光合固碳的重要贡献者,固碳功能菌是生物结皮碳固定过程中的关键功能群,而毛乌素沙地生物结皮有关固碳功能菌群落多样性的研究未见详细报道。通过qPCR和高通量测序,研究了毛乌素沙地固碳功能菌基因丰度、群落多样性在生物结皮发育过程中的演变规律及其关键环境因子。结果表明,form IAB、IC和ID的基因丰度均随生物结皮发育呈升高趋势,在地衣结皮最高,在藓结皮又明显降低;form IAB的Chao1和form IC的Shannon指数随生物结皮演替呈显著上升趋势,而 form IC和ID的Chao1则在藻结皮达到峰值。物种组成上,IAB型固碳功能菌以蓝藻门的颤藻目占优势,其相对丰度在藻结皮最高,随生物结皮演替逐渐降低;IC型固碳功能菌在裸沙中以土壤红杆菌目为主, 而在三种生物结皮中以生丝微菌目、亚硝化单胞菌目和红螺菌目占优势; ID型固碳菌则以硅藻门的舟形藻目占优势,其丰度在裸沙中最高。IAB和IC型固碳功能菌群落结构在藻结皮和地衣结皮类似,而与裸沙和藓结皮差异显著,裸沙与藓结皮亦具显著差异。生物结皮演替过程中生物类群和土壤理化特征的改变为固碳功能菌提供了不同的生态位,土壤总有机碳、全氮、铵态氮、全磷、速效磷和pH对固碳功能菌群落进行综合调控,通过对固碳功能菌的筛选作用,最终改变固碳功能菌群落组成和结构。为深入理解荒漠生态系统生物结皮的光合固碳功能的微生物学机制提供了理论支撑。     

毛乌素沙地南缘植被景观格局演变与空间分布特征

以1991、1999和2007年TM/ETM+影像为数据源,利用RS和GIS技术提取研究区植被覆盖度信息,将其按地貌分区,计算景观格局指数,分析植被景观格局变化特征.结果表明:(1) 1999年是研究区16a植被景观结构变化的转折点,植被覆盖状况前期恶化后期好转.1991-1999年两区极低和低级植被覆盖度占绝对优势,继续增强,风沙区55％-70％,丘陵区70％-80％.高等级比例均在5％以下,持续下滑.2007年两区的优势级别提升为低级和中级,风沙区比例55％,丘陵区70％.极低级别比例减小,风沙区40％-20％,丘陵区50％-15％.高级比例不同程度增大.(2)1999年前后植被景观格局反向演变,两区变化趋势基本相同程度不同.植被多样性和均匀度先减小后增大,等级问交替分布规律先弱后强.风沙区景观形状由复杂到简单,破碎度先增后减;丘陵区破碎度持续增大,形状变化微小.整体上来看,风沙区植被多样性高整体性好,植被均匀度指数大,交替分布规律明显,丘陵区植被格局较差.但外界对风沙区的干扰比丘陵区强烈.(3)植被景观格局演变过程中始终保持多核心模式,核心面积、形状甚至类型发生不同程度的变化.风沙区核心多为无植被斑块,丘陵区多为高植被覆盖度斑块.核心外围植被分布具有梯度性.     

不同季节新疆圆柏总黄酮含量的变化

目的:确定乌鲁木齐南山地区新疆圆柏总黄酮含量最高的时期及其季节变化。方法:采用溶剂法萃取不同季节新疆圆柏叶、果实与枝干的总黄酮,以芦丁作为标准品,用比色法进行含量测定。结果:新疆圆柏的果实中黄酮含量最高,为0.62%～1.13%,以10月份的含量最高;叶中黄酮含量变化为0.28%～0.83%,4月份最高;枝干中的黄酮含量最少,变化不明显。结论:新疆圆柏黄酮含量的季节变化与其生长习性及乌鲁木齐南山气候有关。