阿拉善荒漠典型植物叶片碳、氮、磷化学计量特征

荒漠植物在水分限制、营养元素相对匮缺的条件下,经过长期的进化适应形成了自身独特的生理生态和生态化学计量特征。在阿拉善荒漠选择52个典型群落类型,分析和研究了54种荒漠植物叶片的碳、氮和磷的化学计量特征。结果表明:荒漠植物叶片的碳(C mg/g)、氮(N mg/g)和磷(P mg/g)含量变幅较大,分别为(379.01±55.42)mg/g、(10.65±7.91)mg/g和(1.04±0.81)mg/g,变异系数分别为0.15、0.74和0.78;C/N、C/P、和N/P分别为66.70±60.81、683.16±561.94、11.53±5.06。元素间相关性分析表明,叶片的C和N不相关(P0.05),C与P显著正相关(P0.05),N和P极显著正相关(P0.01)。从植物功能型的角度分析发现,灌木和1年生草本植物对C的存储能力较低;占整体67%的灌木叶片的N、P含量最低,导致总体N、P含量较低;多年生草本和1年生草本植物叶N含量与灌木植物叶片和整体N含量无差别,而P含量明显高于灌木植物叶片和整体P含量且N/P明显低于灌木植物叶片和总体N/P,导致总体N/P较低。该研究结果与全球和中国尺度的研究相比发现,荒漠植物叶片C、N、P含量和N/P明显偏低,N/P14说明阿拉善荒漠植物在受N、P共同作用的同时更易受N限制。     

生态化学计量学特征及其应用研究进展

生态化学计量学已成为生态学研究的热点问题。作为一门新兴学科,综观国内外最新研究进展,相关研究目前尚存在着许多不足。基于此,从全球与区域尺度、功能群尺度及个体水平3个方面阐述生态化学计量学特征,从空间、时间、生境和植物类型等生物与非生物因素综述生态化学计量学特征的驱动因素。并讨论生态化学计量学特征在限制性养分判断、生态系统稳定性、生长率与C:N:P关系中的应用。     

全球木本植物叶片硅钙生态化学计量学特征

收集全球803种木本植物叶片硅（Si）、钙（Ca）数据,研究不同木本植物生活型（常绿植物以及落叶植物、针叶植物以及阔叶植物）叶片Si、Ca元素的化学计量学特征及其与纬度、气候因子（年平均温度,年平均降水量）间的关系。结果表明：（1）全球尺度上木本植物叶片Si、Ca含量存在较大变异性,且含量均低于中国境内的研究结果;（2）不同生活型树种间存在差异,针叶树叶片Si含量及Ca/Si显著高于阔叶树,落叶树叶片Si、Ca含量及Ca/Si均显著高于常绿树种;（3）随着纬度升高、年平均温度及年平均降水量的下降,全球尺度木本植物叶片Si、Ca含量显著升高,而Ca/Si显著下降;（4）不同生活型木本植物对气候因子的响应不同,除针叶及落叶树种的Ca含量外,其余各生活型树种Si、Ca含量与纬度及气候因子显著相关,随着纬度升高而升高,随年平均温度及年平均降水量的升高而降低,且随着年平均温度的降低,常绿及阔叶树种叶片Si含量下降速度显著高于落叶及针叶树种。研究结果能够为全球尺度生态化学计量学模型的发展提供数据基础,有助于更好地理解和模拟区域乃至全球尺度上纬度和气候因子对植物叶片Si、Ca含量的影响。     

不同水氮条件下骆驼刺幼苗生长及氮效率变化特征

在荒漠生态系统氮沉降背景下,研究退化植被幼苗对水分和氮素变化的响应特征,对实现植被恢复和重建具有重要意义。在塔里木盆地南缘对骆驼刺（Alhagi sparsifolia）幼苗通过2年的水分（干旱、中水和湿润）和氮素（不施氮、低氮（51 mg/kg）、中氮（102 mg/kg）和高氮（306 mg/kg））添加试验,研究骆驼刺幼苗干物质累积、生物固氮和氮效率对水氮条件变化的响应。结果表明,骆驼刺幼苗不同器官的干物质累积和吸氮效率对水氮条件变化的响应因生长年份而异,但幼苗整株干物质累积和吸氮效率在2个生长年份的变化趋势却相似。在干旱条件下,骆驼刺幼苗的干物质量、吸氮效率和生物固氮量均在低氮处理下显著增加,之后随施氮量增加而降低。水氮交互可显著提高幼苗干物质累积、吸氮效率和生物固氮量,其中以中水中氮处理的效果最好。水氮添加有降低骆驼刺幼苗氮素利用效率（NUE）的趋势,但在干旱和中水条件下施氮可显著提高幼苗的生物固氮比例,然而生物固氮比例与NUE仅在第2个生长年份呈显著负相关。在2个生长年份,骆驼刺幼苗干物质量与吸氮效率和生物固氮量呈极显著正相关关系,但与NUE和生物固氮比例并无明显相关性。这表明骆驼刺幼苗主要是通过调节吸氮效率和生物固氮量来适应水氮条件变化,进而影响幼苗干物质累积。     

塔里木盆地南缘不同生境下芦苇生态化学计量特征

以塔里木盆地南缘克里雅河流域旱生芦苇为研究对象,分析不同样区芦苇根、茎、叶生态化学计量特征,探讨生境和器官对芦苇生态化学计量特征的影响。结果表明:芦苇各器官C、N、P含量均表现为叶茎根,C∶N和C∶P值大小顺序均为根茎叶,N∶P则为叶茎根。不同生境芦苇各器官C、N、P含量及其比值存在一定的差异性,芦苇根、茎、叶C含量均为河岸显著高于绿洲边缘和荒漠,荒漠中芦苇茎的N含量显著低于河岸和绿洲边缘,其他器官N含量在不同生境均无显著差异;芦苇叶片的P含量为绿洲边缘显著高于荒漠,茎和根的P含量河岸显著高于其他两个生境;芦苇根、茎、叶C∶N值无显著差异;河岸和荒漠芦苇的茎和根的C∶P值有显著差异;各生境芦苇N∶P无显著差异,且都小于14,说明芦苇的生长主要受N限制。C∶N、C∶P与相应的N和P含量呈负相关,N与P之间呈显著的正相关,体现了芦苇体内两元素需求变化的一致性。GLM(general linear model)分析表明,器官对C、N以及C∶N和N∶P的影响最大,生境对P、C∶P的影响最大。     

骆驼刺幼苗氮素特征对不同灌溉量的响应

氮素在植物所有必需营养元素中是限制生长的首要元素。氮素的来源和分配不但影响氮素利用效率,而且与氮素的周转和内循环有密切关系。为了解极端干旱区深根系植物的氮素特征(生物固氮、氮素分配、氮素利用效率),在塔克拉玛干沙漠南缘的策勒绿洲,依托策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站,以骆驼刺幼苗为研究对象,采用15N稳定同位素法和分层分段挖根法,对3种灌溉量(CK、0.1、0.2m3/m2)下骆驼刺幼苗的氮素特征进行了1个生长季内的动态研究。结果表明:⑴灌溉提高生物固氮,但是灌溉量过多抑制生物固氮。在生长季末,3个灌溉量下的生物固氮比例分别为30.0%、42.8%、11.3%;生物固氮质量分别为0.4、0.8、0.2g/株。(2)灌溉使得分配到骆驼刺幼苗茎、叶中的氮素比例、氮素质量增加,根中氮素质量增加,在生长季初,分配到叶的氮素质量最大,分配到根中的氮素质量最小,在生长季末,3种灌溉量下根中氮素比例高达49.2%、44.5%、55.0%;灌溉有利于增加氮素利用效率,但是,灌溉量过多会降低氮素利用效率。在生长季末,3种灌溉量(CK、0.1、0.2m3/m2)下氮素利用效率分别是:77.9、104.3、84.5。(3)试验中,通过比较不同灌溉量对骆驼刺幼苗氮素特征的影响,发现0.1m3/m2灌溉量为较佳灌溉量。     

不同生境对蝴蝶花花部与果实特征的影响

通过对毛竹林(Bamboo forest,BF)与林缘旷地(Open area of forest edge,OAFE)两类生境蝴蝶花自然种群花部与果实(种子)特征及降雨干扰影响的研究,探讨不同生境中蝴蝶花花部特征适应性及有性各组分的差异。结果表明:(1)竹林生境相对于林缘旷地生境,蝴蝶花单花花冠的长、宽较大,子房、花部(除花柄)及单花总生物量较小,比花柄长较大;两类生境蝴蝶花花柄生物量与子房生物量呈正相关(P0.05),协方差分析表明,两类生境该直线回归的总体斜率间(F=18.420,P0.001)及总体截距间(F=3791.7,P0.001)均具有显著差异,竹林生境花柄生物量随子房生物量增大而增大的程度更强。竹林生境的蝴蝶花侧花花冠长与宽最高,竹林生境顶花次之,林缘旷地顶花与林缘旷地侧花最低;花部(除花柄)与全花重都表现为林缘旷地侧花最高,林缘旷地顶花次之,竹林侧花与竹林顶花最低。比花柄长随竹林侧花与竹林顶花-林缘旷地侧花-林缘旷地顶花依次降低;竹林顶花的花柄比率最高,竹林侧花与林缘旷地侧花最低。(2)林缘旷地生境中蝴蝶花的每花序花数、花序结果百分率、单花结果百分率、每结果花序果实数、每结果花序果实重与种子重及花期内每花序掉落花数都高于竹林生境。(3)林缘旷地生境大雨干扰的4个时段花朵掉落数显著高于竹林环境(P0.01)。不同生境花部形态结构特征表明其自身的生境适应性,林缘旷地生境蝴蝶花为抵御干扰及为获得有性繁殖成功,有性组分的投入更高。     

黄土丘陵区草本植物叶片与枯落物生态化学计量学特征

以黄土高原延河流域森林、森林草原和草原3个植被区的4种典型草本植物达乌里胡枝子、长芒草、铁杆蒿、茭蒿的叶片和枯落物为对象,测定叶片和枯落物中碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)含量及其比值,分析草本植物在该区域的养分限制及再吸收规律.结果表明: 4种植物叶片N/P均小于14,生长主要受氮元素含量限制;除达乌里胡枝子外,其他3种植物N、P、K的养分再吸收效率平均值分别为48.7%、32.5%、79.9%.茭蒿和铁杆蒿较高的N、P、K养分再吸收效率和叶片K含量有助于其在水分竞争中占据优势.铁杆蒿枯落物的C/N显著低于长芒草和茭蒿的枯落物,因而更易分解和进行养分循环.这可能是铁杆蒿在3个植被区分布广泛的原因之一.     

古尔班通古特沙漠4种草本植物叶片与土壤的化学计量特征

在荒漠极端环境下,对2种短命植物(角茴香和土大戟)和2种类短命植物(簇花芹和弯花黄芪)叶片与土壤化学计量特征及其相互关系进行研究.结果表明:每个物种所有样地的各土壤因子之间均无显著差异;土壤氮(N)含量(0.18~0.22 mg·g-1)远低于土壤磷(P)含量(1.58~1.62 mg·g-1),N/P仅为0.12~0.15,表现出严重的土壤N缺乏.4种植物叶片N、P含量及N/P之间均有显著差异,其中,弯花黄芪最大,分别为57.36 mg·g-1、2.46 mg·g-1及23.43,角茴香其次,分别为34.05 mg·g-1、1.98 mg·g-1及17.56,土大戟分别为27.07 mg·g-1、1.87 mg·g-1及14.51,簇花芹分别为28.63 mg·g-1、2.20 mg·g-1及13.10.各物种N、P含量之间均具有显著的相关性,但绝大部分土壤因子与叶片化学计量值之间没有显著相关性.     

两种荒漠豆科植物化学计量特征与生境土壤因子的关系

豆科植物是荒漠等干旱生态系统的重要先锋物种,也是生态系统中有效氮的主要来源。为了明确荒漠豆科植物与生境土壤因子之间的关系,该研究以古尔班通古特沙漠广泛分布的荒漠豆科植物弯花黄芪(Astragalus flexus)、镰荚黄芪(Astragalus arpilobus)为对象,测定不同土壤深度(0~5、5~10、10~15 cm)的理化性质,比较分析2种荒漠豆科植物化学计量特征与土壤因子的关系。结果表明:(1)弯花黄芪碳(C)、氮(N)、磷(P)含量分别为373.35、25.66、1.03 mg·g^-1,高于镰荚黄芪的331.53、19.59、0.66 mg·g^-1,且二者的N、P含量均差异显著(P<0.05);弯花黄芪的C∶P、N∶P分别为374.38、25.75,均极显著高于镰荚黄芪的166.09、10.12(P<0.01),而弯花黄芪的C∶N(14.62)低于镰荚黄芪(16.99),两种植物的C和C∶N均无显著差异。(2)豆科植物生境土壤在0~5 cm土层的有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量最高,且随土层的加深逐渐减少;土壤化学计量比SOC∶TN、SOC∶TP均随土层加深逐渐增大,而TN∶TP值随土层加深逐渐减少;较低的N含量及TN∶TP 显示该区域土壤属于N素缺乏类型。(3)2种荒漠豆科植物与各层次土壤化学计量特征的相关性无一致规律。其中,弯花黄芪立地0~10 cm土层的TN与N∶P间呈负相关关系,TP与P间呈极显著负相关关系,而TP与C∶N间呈正相关关系,SOC∶TN与N∶P间呈极显著正相关关系;在10~15 cm土层中,SOC∶TN与N∶P间呈正相关关系。镰荚黄芪中仅P含量与其立地0~5 cm土层的SOC∶TP具有极显著正相关关系,而大部分化学计量特征间未显示出相关性。(4)弯花黄芪的植物化学计量指标P含量与5~10 cm土层的电导率(EC)间呈极显著正相关关系,N含量与10~15 cm土层的速效钾(AK)间呈正相关关系;而镰荚黄芪N、AP与N∶P与0~5 cm土层的速效磷(AP)间均呈极显著负相关关系,与其他土层未出现相关关系。研究认为,古尔班通古特沙漠土壤N含量以及TN∶TP较低,土壤N元素贫瘠,且该区豆科植物立地土壤养分含量总体偏低;该区弯花黄芪生长的主要限制元素为P,而镰荚黄芪生长的主要限制元素为N和P;植物化学计量特征并非全部由土壤养分特征直接决定,其明显的种间差异显示植物自身遗传特性在土壤 植物计量特征耦合关系的重要性。     

盐碱戈壁药用植物骆驼刺内生菌的分离、培养与鉴定

骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap.)是新疆民间常用药用植物。为了解骆驼刺内生菌的多样性,获得骆驼刺的内生菌资源,本实验在新疆维吾尔克拉玛依盐碱戈壁(北纬45°16’,东经85°2’)采集骆驼刺。利用常规平板分离方法进行植物内生菌菌株的分离、培养,测定菌株16S r DNA基因序列,并结合系统发育分析进行鉴定。从骆驼刺中共分离到可培养内生菌50株,分属于葡萄球菌属(Staphylococcus)、芽胞杆菌属(Bacillus)、芽胞八叠球菌属(Sporosarcina)、微杆菌属(Exiguobacterium)、气球菌属(Aerococcus)、巨型球菌属(Macrococcus)、多米杆菌(Domibacillus)、巴尔加瓦菌属(Bhargavaea)、微球菌属(Micrococcus)、棒杆菌属(Corynebacterium)、考克菌属(Kocuria)、细杆菌属(Microbacterium)、副球菌属(Paracoccus)、马西利亚菌属(Massilia)和耐辐射球菌属(Deinococcus)15个菌属。其中葡萄球菌属占绝对优势,其次为芽胞杆菌属,为环境和植物当中广泛存在的菌属,分离获得的其他细菌与骆驼刺生长环境(盐渍化严重,高辐射)有关,内生菌多样性与骆驼刺在新疆干旱、寒冷、盐碱土壤环境中的适应性机制具有密切的联系。     

疏叶骆驼刺母株与子株间的水分整合

在未灌溉的土地上, 疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia)通常不能进行有性繁殖, 克隆繁殖是其种群维持和延续的唯一方式。因此, 克隆性及其相关克隆性状(如水分整合)在疏叶骆驼刺自然种群的维持过程中可能扮演了极其重要的角色。该文通过疏叶骆驼刺母株和子株之间的间隔子切断和给母株补充水分的方法, 研究了母株和子株在各处理下的水势、叶形态和植株生长变化情况。结果表明: (1)间隔子切断后, 疏叶骆驼刺母株和子株正午水势均明显增大(p < 0.01), 说明间隔子切断使得母株和子株水分亏缺值都增大。(2)给母株补水后, 间隔子切断组和间隔子相连组中的母株水势均有明显增加, 同时间隔子相连组的子株水势明显增加(p < 0.01), 而间隔子切断组子株水势没有明显变化(p > 0.05)。(3)间隔子切断组的子株叶片含水率明显低于间隔子相连组子株, 而其株高、冠幅、分枝数和基径的增长量都明显小于间隔子相连组的子株(p < 0.01)。疏叶骆驼刺母株和子株间存在水分整合, 母株会通过根系向子株传输水分。研究成果对塔克拉玛干沙漠南缘的植被恢复以及水资源的合理利用有着重要的意义。     

氮磷添加对荒漠草原植物-凋落物-土壤生态化学计量特征的影响

为明确植物、凋落物和土壤养分含量及化学计量比对土壤中添加多种限制性养分的响应,阐明“植物-凋落物-土壤”连续体化学计量动态及各组分之间的协同作用,以宁夏荒漠草原为研究对象,于2018年开始进行氮(N)、磷(P)养分添加控制试验。试验处理包括对照(CK)、N添加、P添加、NP共同添加4个处理。结果表明：(1)NP共同添加显著增加了荒漠草原植物N和P含量、以及凋落物和土壤P含量,显著降低了荒漠草原植物C∶N和C∶P、以及土壤和凋落物C∶P和N∶P。P添加显著增加了荒漠草原植物、凋落物和土壤P含量,显著降低了植物、凋落物、土壤C∶P和N∶P。N添加分别增加了植物、凋落物N含量和N∶P,但对植物N含量影响未达到显著水平。(2)C、N、P含量和N∶P大小均表现为植物>凋落物>土壤,C∶N和C∶P均表现为凋落物>植物。(3)N添加提高了荒漠草原植物对P再吸收效率,降低了荒漠草原植物对N利用效率;P添加提高荒漠草原植物对N再吸收效率,降低荒漠草原对P的利用效率;NP共同添加提高了荒漠草原植物对N和P再吸收效率,降低了荒漠草原植物对N和P利用效率。(4)植物-凋落物-土壤的N、P含量...     

不同生境中鬼针草(Bidens pilosa)碳氮磷化学计量特征及其营养利用策略

该研究通过野外采样和实验室测定的方法,研究了三种生境中鬼针草叶和根碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征及其与土壤养分的相关性。结果表明:(1)鬼针草的生境具有不同的资源水平。三种生境的土壤全氮(TN)和速效氮贫乏,有机碳(C)和全磷(TP)较充裕;生境Ⅰ土壤TN含量显著低于其它两个生境,生境II土壤TP含量显著低于其它两个生境,生境III土壤TN、TP含量均大于其它两个生境。(2)不同生境的鬼针草对磷(P)分配策略不同。低N生境的鬼针草叶片P含量根P含量,P较多地分配到植物体地上部分;N、P含量较高的生境中鬼针草根P含量叶P含量,P更多地分配到地下部分。(3)不同生境的鬼针草其地上部分和根的生长速率不同。低N生境的鬼针草叶片N/P和C/P值小,植物体具有较高的相对生长速率,具有地上生长竞争优势;低P生境的植物叶片N/P和C/P值大,植物体具有较慢的相对生长速率;高N、高P生境中根N/P和C/P值小,根具有较高的生长速率,保证了鬼针草的地下生长竞争优势。(4)鬼针草叶片N/P和根N/P之间呈现不显著的负相关关系,植物地上部分和地下部分为异速生长。不同生境的鬼针草具有不同的营养利用和分配策略,保证了植物强大的竞争力和入侵性。     

黄土丘陵区不同类型生物结皮下的土壤生态化学计量特征

生物结皮在土壤养分累积和循环中起着重要作用.本研究以黄土丘陵区浅色藻结皮、深色藻结皮、藻藓混合结皮、藓结皮、地衣结皮和普通念珠藻结皮6类典型生物结皮为对象,分析不同类型生物结皮土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量学特征,研究不同类型生物结皮对土壤养分的影响.结果表明:不同类型生物结皮土壤C、N、P、C/N、C/P、N/P差异显著;生物结皮层C、N、P、C/N、C/P、N/P均显著高于0~10 cm土层土壤.6类生物结皮土壤C、N含量均随土层加深而下降,P含量受土层深度影响较小.对于生物结皮层,藓结皮C、N、P含量分别为27.07、2.42、0.67 g·kg^-1,显著高于其他类型生物结皮.念珠藻结皮的0~2 cm土层土壤C、N、P、C/N、C/P、N/P显著高于其他类型生物结皮.     

Biological nitrogen fixation: rates,patterns and ecological controls in terrestrial ecosystems

New techniques have identified a wide range of organisms with the capacity to carry out biological nitrogen fixation (BNF)—greatly expanding our appreciation of the diversity and ubiquity of N fixers—but our understanding of the rates and controls of BNF at ecosystem and global scales has not advanced at the same pace. Nevertheless, determining rates and controls of BNF is crucial to placing anthropogenic changes to the N cycle in context, and to understanding, predicting and managing many aspects of global environmental change. Here, we estimate terrestrial BNF for a pre-industrial world by combining information on N fluxes with ¹⁵N relative abundance data for terrestrial ecosystems. Our estimate is that pre-industrial N fixation was 58 (range of 40–100) Tg N fixed yr⁻¹; adding conservative assumptions for geological N reduces our best estimate to 44 Tg N yr⁻¹. This approach yields substantially lower estimates than most recent calculations; it suggests that the magnitude of human alternation of the N cycle is substantially larger than has been assumed.     

疏叶骆驼刺根系对土壤异质性和种间竞争的响应

近年来, 植物根系对土壤异质性的响应和植物根系之间的相互作用一直是研究的热点。过去的研究主要是针对一年生短命植物进行的, 而且多是在人工控制的温室条件下进行的。而对于多年生植物根系对养分异质性和竞争的综合作用研究很少。该文对塔里木盆地南缘多年生植物疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia)根系生长对养分异质性和竞争条件的响应途径与适应策略进行了研究, 结果表明: (1)在无竞争的条件下, 疏叶骆驼刺根系优先向空间大的地方生长, 即使另一侧有养分斑块存在, 其根系也向着空间大的一侧生长; (2)在有竞争的条件下, 疏叶骆驼刺根系生长依然是优先占领空间大的一侧, 但是竞争者的存在抑制了疏叶骆驼刺的生长, 导致其枝叶生物量和根系生物量都明显减少(p < 0.01), 而养分斑块的存在促进了疏叶骆驼刺根系的生长; (3)疏叶骆驼刺根系的生长不仅需要养分, 也需要足够的空间, 空间比养分更重要; (4)有竞争者存在的时候, 两株植物的根系都先长向靠近竞争者一侧的空间, 即先占据“共有空间”。研究结果对理解植物根系觅食行为和植物对环境的适应策略有重要意义。     

不同干扰方式对疏叶骆驼刺形态特征及地上生物量的影响

以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲为研究区,研究了春季砍伐、秋季砍伐和春季火烧等干扰处理对绿洲-沙漠过渡带的自然植被疏叶骆驼刺形态特征及地上生物量的影响.结果表明:春季火烧降低了疏叶骆驼刺的株高、冠幅和生物量,不利于疏叶骆驼刺植被的恢复和再生;不同时间砍伐对疏叶骆驼刺植被恢复和再生的影响差异较大.春季砍伐使疏叶骆驼刺株高、冠幅和生物量降低,叶片生物量、刺的长度和直径增加.秋季砍伐使疏叶骆驼刺株高和冠幅降低,但分枝数量和生物量增加.秋季适度的砍伐有利于塔克拉玛干沙漠南缘疏叶骆驼刺的保护.