黄帚橐吾对高寒草甸凋落物分解及氮释放的影响

受过度放牧等干扰因素的影响,黄帚橐吾(Ligularia virgaurea)在高寒草甸逐渐扩张成为优势种而被称为“退化指示种”,从而威胁生态系统功能和养分循环。然而,黄帚橐吾扩张引起的凋落物比例增多,对分解及养分释放的影响尚不清晰。凋落物分解连结着生态系统碳、氮循环,对于系统功能维持具有重要意义。本试验在三江源区黄帚橐吾为优势种的高寒草甸中,设置黄帚橐吾和其他物种凋落物的多梯度混合分解试验,测定黄帚橐吾和其他物种凋落物的重量损失和氮释放,分析黄帚橐吾生物量增多对凋落物分解的影响。结果表明：(1)分解1年后,黄帚橐吾重量损失及氮素释放较其他物种更缓慢;(2)随着黄帚橐吾生物量比例的增加,凋落物整体重量损失及氮素释放显著降低;(3)混合凋落物中黄帚橐吾能限制其他物种的分解,这种拮抗效应进一步延缓了混合凋落物的分解。综上,高寒草甸黄帚橐吾扩张引起的凋落物生物量增多通过延缓凋落物分解及氮释放,阻碍土壤养分输入,进而对草地碳氮循环过程产生不利影响。     

Effects of the spreading of Ligularia virgaurea on soil physicochemical property and microbial functional diversity

黄帚橐吾(Ligularia virgaurea)是高寒草甸退化的指示物种, 其种群扩张已严重影响了草地生态系统的经济服务功能, 但目前仍不明确土壤微生物是否参与了黄帚橐吾的种群扩张。该研究依托兰州大学高寒草甸试验站, 选择了4个不同密度的黄帚橐吾斑块, 分析了黄帚橐吾种群扩张对该草甸土壤微生物功能多样性的影响。结果显示: 黄帚橐吾种群扩张虽然提高了土壤微生物活性, 但降低了土壤速效氮浓度。各斑块间土壤微生物Shannon指数、碳源利用种类、均一度指数均无显著差异, 但高密度斑块的土壤微生物碳源利用结构与对照斑块有显著差异。表明黄帚橐吾分布地土壤微生物功能多样性的改变所引起的土壤氮素限制是黄帚橐吾种群数量急剧增加的机制之一。     

黄帚橐吾种群扩张对土壤理化特性与微生物功能多样性的影响

黄帚橐吾(Ligularia virgaurea)是高寒草甸退化的指示物种, 其种群扩张已严重影响了草地生态系统的经济服务功能, 但目前仍不明确土壤微生物是否参与了黄帚橐吾的种群扩张。该研究依托兰州大学高寒草甸试验站, 选择了4个不同密度的黄帚橐吾斑块, 分析了黄帚橐吾种群扩张对该草甸土壤微生物功能多样性的影响。结果显示: 黄帚橐吾种群扩张虽然提高了土壤微生物活性, 但降低了土壤速效氮浓度。各斑块间土壤微生物Shannon指数、碳源利用种类、均一度指数均无显著差异, 但高密度斑块的土壤微生物碳源利用结构与对照斑块有显著差异。表明黄帚橐吾分布地土壤微生物功能多样性的改变所引起的土壤氮素限制是黄帚橐吾种群数量急剧增加的机制之一。     

降雨变化对高寒草甸不同植物功能群凋落物质量及其分解的影响

凋落物分解是生态系统物质循环的重要过程, 探究降雨变化对高寒草甸不同植物功能群凋落物分解的影响, 有助于了解高寒草甸物质循环对降雨变化的响应规律和机制。该研究设置减雨90% (Pr-90)、减雨50% (Pr-50)、减雨30% (Pr-30)、自然降雨(CK)和增雨50% (Pr+50) 5个降雨处理, 采用网袋分解法, 对青藏高原东部高寒草甸的3种植物功能群(禾本科、莎草科、杂类草)及群落凋落物的化学性质、质量损失和养分释放动态进行研究。结果表明: 1)减雨处理(Pr-90、Pr-50和Pr-30)显著增加禾本科凋落物的初始氮(N)含量, 显著降低碳氮比(C:N)和木质素氮比(木质素:N); 增雨处理(Pr+50)显著增加各类型凋落物初始磷(P)含量。2)根据Olson负指数模型拟合, 不同降雨处理下, 杂类草凋落物分解最快, 分解95%的时间为3.49-7.45年; 群落和莎草科次之, 分别为4.07-8.05和4.65-7.74年; 禾本科分解最慢, 为5.84-11.18年。3)极端减雨(Pr-90)抑制各类型凋落物分解, 适度降雨变化(Pr-50、Pr-30和Pr+50)抑制禾本科分解而对莎草科、杂类草和群落无显著影响, 仅增雨(Pr+50)明显促进杂类草分解。4)各类型凋落物C释放在减雨(Pr-90和Pr-30)下受到抑制, 增雨或减雨均促进禾本科N和P释放, 对于莎草科、杂类草和群落凋落物而言, Pr-30促进N释放, Pr-90抑制P释放, Pr+50促进P释放。5)结构方程模型(SEM)表明, 质量和养分残留率受降雨量的直接负效应, 也受凋落物初始C、N、P和木质素、纤维素、半纤维素含量的间接影响。综上所述, 高寒草甸凋落物质量损失及养分释放受凋落物类型和降雨量的共同影响。考虑到禾本科分解最慢且对降雨变化的响应最为敏感, 未来应关注气候变化尤其是极端减雨下禾本科的质量损失及养分释放对高寒草甸有机质输入及C、N、P循环的影响。     

不同土壤厚度、水分和种植方式对喀斯特两种草本凋落物分解质量损失和化学计量特征的影响

为了探究生长期间不同土壤厚度、水分及种植方式处理对草本植物凋落物分解质量损失和化学计量特征的的影响,采用分解袋法,在露天分解床上分解经过生长期间2种土壤厚度(对照土壤厚度和浅土处理)、2种水分(正常灌水处理和干旱处理)和2种种植方式(单种和混种)处理的苇状羊茅(Festuca arundinacea Schreb.)和黑麦草(Lolium perenne L.)凋落物,研究生长期间土壤厚度和水分减少及不同的种植方式是否通过改变两物种初始凋落物质量、产量和组分来影响自身凋落物分解。结果发现:(1)与对照组(CK)相比,在干旱组(D)和浅土+干旱组(SD),两物种地上、根系和总的凋落物质量损失率、初始N和P含量均显著增加,凋落物产量、C/N和C/P显著降低,凋落物地上组分比大体上无显著变化;而不同的种植方式处理对各组分质量损失率、元素含量、计量比、凋落物产量和组分比大体上无显著影响;(2)两物种地上、根系和总凋落物的质量损失率分别与地上、根系和总N含量呈显著正相关,与C/N呈显著负相关,与凋落量呈显著负相关,而总凋落物质量损失率与地上凋落物组分比呈显著正相关。结果表明,生长期间干旱和浅土+干旱处理能够通过影响苇状羊茅和黑麦草的初始凋落物质量、产量和组分比来加快地上、根系和总凋落物分解,其中凋落物N含量和C/N是影响两物种凋落物分解快慢的主要原因。     

积水和网孔大小对青藏高原高寒沼泽化草甸优势种黑褐苔草叶片凋落物早期分解的影响

2013年5月,在青藏高原高寒沼泽化草甸收集优势种黑褐苔草(Carex atrofusca)立枯体凋落物。6月初,选择3个样带:长期积水带、周期性积水带和无积水带,并结合凋落物分解袋的方法,在每个样带区设置网孔大小分别为大(4.5 mm)、中(2.0 mm)、小(0.1mm)的3种凋落物分解袋,研究积水状态和网孔大小对凋落物早期分解的影响。结果显示:长期积水显著抑制凋落物的分解,而周期性积水和无积水环境中凋落物的质量损失率在大、中、小网孔凋落物袋中没有显著性的差异;网孔显著影响凋落物质量损失率,表现为大网孔中网孔小网孔;在早期分解过程中,凋落物的氮、磷均表现为富集;积水状态显著影响凋落物分解后氮、磷的富集;网孔大小对凋落物氮富集的影响显著,而对磷富集的影响不显著;积水状态和网孔大小对凋落物氮富集影响的交互作用极显著,但对磷富集没有显著的交互作用。研究发现,积水状态和网孔大小影响高寒沼泽化草甸凋落物分解以及氮、磷养分动态,由于不同网孔对凋落物分解的影响可用来反映不同土壤生物对凋落物分解的影响,因此,积水和土壤生物对维持高寒沼泽化草甸生态系统的结构和功能起着非常重要的作用。     

放牧对青藏高原东部两种典型高寒草地类型凋落物分解的影响

为认识放牧对青藏高原东部中生性的高寒草甸草地和半湿生的沼泽草地凋落物分解的影响,在这两种草地上分别设置了围栏和放牧样地,研究了其各自的混合凋落物样品和4个优势物种(发草Deschampsiacaespitos、鹅绒委陵菜Potentilla anserine、木里苔草Carexmuliensis、藏嵩草Kobresiatibetica)凋落物的分解和养分释放动态,这4个优势物种也大致代表了当地沼泽草地生态系统在放牧和气候变暖驱动下逆行演替不同阶段的优势物种类群。结果表明,各优势物种凋落物的分解速率有显著差异;放牧在总体上促进了凋落物的分解,但不同物种的响应有所不同;放牧对凋落物C的释放影响不显著或有抑制作用,但对N、P的释放具有一定促进作用。对各优势物种凋落物分解和养分释放模式的分析表明,群落逆行演替过程中,凋落物分解和C释放加速,可能促进沼泽湿地退化的正反馈效应。草甸草地的退化标志物种鹅绒委陵菜具有较高的凋落物质量和分解速度,反映了中生条件下植物应对牲畜啃食采用"逃避"而非"抵抗"策略的趋向。     

增温对高寒草甸群落凋落物质量动态变化的影响

为了解未来增温条件下,青藏高原高寒草甸凋落物质量如何变化,将有助于增强对高寒草甸生态系统碳源/汇效应的认识.该文通过定位可控的增温试验平台,动态监测了凋落物生物量及其质量的变化.结果表明:增温显著地促进了凋落物的分解速率(F=35.757,P＜0.001),降低了凋落物中的C、N含量及其C/N比,但提高了凋落物中的P含...     

高寒草场优势杂草黄帚橐吾水浸液对牧草的化感作用

研究了高寒草场中主要毒杂草——黄帚橐吾水浸液对同域分布的5种牧草的化感作用.将反应指数(RI)相加平均后分为一、二、三级敏感指数,分别评价不同测定指标、不同发育期和物种水平对化感作用的敏感性;从供体角度对相应RI值做同样处理,以综合评价不同水浸液及其不同浓度的化感效应.结果表明,5种牧草对黄帚橐吾化感作用的敏感性从强到弱依次为早熟禾>大雀麦>中华羊茅>羊茅>垂穗披碱草;牧草种子萌发期的敏感性强于幼苗生长期,尤以萌发指数受化感作用的影响明显.黄帚橐吾根、叶水浸液对牧草生物测定结果大多达到显著差异水平,物种水平的化感效应均表现为抑制作用,说明雨水淋溶是黄帚橐吾向环境中释放化感物质的途径之一.黄帚橐吾根部化感效应强于叶片,可能与其地下种间激烈的资源竞争有关.化感作用在增强黄帚橐吾生存竞争力、扩大种群和入侵草场中起着不容忽视的作用,可能是黄帚橐吾单优势种群落形成和草场退化的原因之一.     

Soil burial has a greater effect on litter decomposition rate than nitrogen enrichment in alpine grasslands

高寒草地土壤掩埋对凋落物分解速率的影响大于氮素富集 由于高寒草地退化、鼠害严重、大风频繁等原因,凋落物被频繁掩埋在土壤中。但凋落物的位置变化和氮富集对高寒草原凋落物分解速率和养分动态影响的认识尚不清楚。为了研究凋落物 位置变化(地表、掩埋10 cm和悬空60 cm)和氮富集对高寒草原优势植物凋落物分解的影响,本研究依托2009年在新疆天山巴音布鲁克高寒草原设置的长期模拟氮沉降研究平台,以对照和氮富集处理样方的优势植物羊茅(Festuca ovina)和赖草(Leymus tianschanicus)凋落物为试验材料,测定分解过程中凋落物质量损失和碳氮磷含量的变化特征。研究结果表明,掩埋凋落物分解速率显著快于地表凋落物,悬空处理凋落物分解速率慢于地表凋落物。氮富集显著影响凋落物质量,进而影响凋落物分解。而凋落物质量残留在对照与氮富集土壤掩埋之间无显著差异。这些结果表明,氮富集通过凋落物质量而不是通过土壤环境因素,影响短期凋落物分解。不同处理的所有试验凋落物均有碳和磷的释放现象。对照处理的凋落物,凋落物氮以累积为主,而氮富集处理的凋落物,凋落物氮以释放为主。这表明凋落物分解可能受到氮元素限制,氮富集改变了凋落物分解调控的氮循环过程。本研究提供了直接证据,掩埋处理的凋落物有更快的质量损失和碳元素释放,土壤掩埋是旱地凋落物分解速率比模型预测的快的一个候选解释。     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

Principles of organization and evolution of systems of regulation of functions

Evolution of living organisms is closely connected with evolution of structure of the system of regulations and its mechanisms. The functional ground of regulations is chemical signalization. As early as in unicellular organisms there is a set of signal mechanisms providing their life activity and orientation in space and time. Subsequent evolution of ways of chemical signalization followed the way of development of delivery pathways of chemical signal and development of mechanisms of its regulation. The mechanism of chemical regulation of the signal interaction is discussed by the example of the specialized system of transduction of signal from neuron to neuron, of effect of hormone on the epithelial cell and modulation of this effect. These mechanisms are considered as the most important ways of the fine and precise adaptation of chemical signalization underlying functioning of physiological systems and organs of the living organism