光辐射对青藏高原高寒草甸凋落物分解的影响

光照对干旱半干旱生态系统凋落物分解有显著作用。然而,在太阳辐射强度大、高寒湿润的青藏高原东部高寒草甸,光辐射在凋落物分解中的作用尚不明确。本试验采用凋落物袋法,研究自然光照和遮光2种处理下10种高寒草甸常见物种(披针叶黄华Thermopsis lanceolata、珠芽蓼Polygonum viviparum、线叶嵩草Kobresia capillifolia、小花草玉梅Anemone rivularis、黄帚橐吾Ligularia virgaurea、麻花艽Gentiana straminea、大籽蒿Artemisia sieversiana、瑞苓草Saussurea nigrescens、垂穗披碱草Elymus nutans和矮藨草Scirpus pumilus)叶片凋落物分解特点。结果表明:(1)不同物种凋落物的木质素含量存在显著差异,其中珠芽蓼木质素含量最高(达29.44%),黄帚橐吾木质素含量最低(为4.91%);(2)整体上,遮光显著降低了凋落物质量损失率,而光照的影响程度也因物种而异;(3)无论在自然光照还是在遮光处理下,凋落物质量损失率与初始木质素含量均呈显著负相关关系;遮光明显降低木质素质量损失率,其降低程度也因物种而异。     

温度和湿度对高寒草甸凋落物分解的影响

多数研究发现增温增湿加快了凋落物失重率,但对如何影响凋落物分解过程中CO₂和可溶性有机碳（DOC）释放的影响研究较少。通过室内培养设置四个温度梯度（0,5,10和20℃）和两个湿度梯度（25%和40%）对高寒草甸凋落物分解进行了96 d的培养试验。结果表明,总体上高寒草甸凋落物分解速率随着温度和湿度的增加而加快;高湿度条件下凋落物分解释放CO₂总量的敏感性是低湿度的2.3倍左右;湿度变化对DOC淋溶的温度敏感性影响较小。在25%和40%的湿度培养下,CO₂总排放量的温度敏感性分别是DOC总淋溶量的温度敏感性的10和20倍左右,表明未来气候变化情境下凋落物中的有机质分解更多的是以CO₂形式排放到大气中。因此,未来需要更系统的研究不同气候变化情境下凋落物积累与分解、DOC淋溶和土壤碳库的动态变化,从而更好的理解这些生态系统碳循环过程的变化及其对气候变化产生的反馈作用和机制。     

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。     

泰山4种优势造林树种叶片凋落物分解对凋落物内细菌群落结构的影响

为研究泰山不同造林树种凋落物叶分解对细菌群落的影响。以泰山4种主要优势造林树种刺槐(Robinia pseucdoacacia)、麻栎(Quercus acutissima)、油松(Pinus tabulaeformis)和赤松(Pinus densiflora)为研究对象,采用凋落物分解袋法及Illumina Miseq测序平台对细菌16S rDNA V4—V5区扩增产物进行双端测序,分析了4种树种叶片凋落物分解对细菌群落结构及多样性的影响。结果表明:(1)4种树种叶片分解速率差异显著(P0.05),刺槐分解速率显著高于其他3个树种(P0.05),表现为刺槐赤松油松麻栎。(2)4种叶凋落物分解一年后化学元素含量与初始化学元素相比均存在显著差异。C、木质素含量均显著降低(P0.05);N、P含量显著升高(P0.05)。(3)所有样品一共获得643440条有效序列,分属于35门,92纲,121目,246科,410属,206种。细菌群落NMDSβ-多样性分析显示除油松和赤松间差异较小外,其他树种间差异程度均较大。其中,细菌群落相对丰度在5%以上的优势类群是变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、酸杆菌门,且在4种处理之间差异显著(PSymbol|@@0.05)。在纲水平上,α-变形菌纲、β-变形菌纲、不明放线菌纲、鞘脂杆菌纲、γ-变形菌纲、δ-变形菌纲为主要的优势纲,其中不明放线菌纲和鞘脂杆菌纲差异显著(PSymbol|@@0.05)。在种水平上,Bradyrhizobium elkanii和Luteibacter rhizovicinus在4个处理中都为优势种,每个处理也都有自己所特有的优势种。(4)4个处理细菌丰富度(OUT、观测到的物种数和ACE指数)和系统发育多样性(PD指数)之间差异显著(PSymbol|@@0.05),且阔叶树种刺槐和麻栎显著高于针叶树种赤松和油松。(5)叶片凋落物性状和细菌群落NMDS分析表明,细菌群落多样性受到凋落物化学性质的影响,尤其是凋落物初始C/N比和木质素/N比。此外,在细菌群落多样性和叶片凋落物化学性质两个因素中,分解速率与凋落物化学性质相关性更大。研究结果有助于理解细菌群落结构和多样性对森林生态系统叶片凋落物分解的影响。     

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。     

玛曲高寒沼泽化草甸51种植物光合生理和叶片形态特征的比较

基于功能性状的研究方法广泛地应用于生态学研究, 用于解释不同层次的复杂的生态学过程, 而绿色植物叶片的功能性状长期被认为对植物的生存、生长和繁殖具有重要的影响。该研究对玛曲高寒沼泽化草甸51个植物种(分属于14科)的叶片形态和光合性状进行测量, 比较不同物种和不同功能群(莎草科、禾本科和双子叶类杂草)的差异, 分析叶片形态特征和叶片光合性状之间的相关性。结果表明: 1)不同物种、不同功能群之间在比叶面积、净光合速率和水分利用效率等叶片形态和光合特征方面有着显著的差异, 例如禾本科植物具有较高的比叶面积和水分利用效率, 双子叶类杂草具有较大的叶面积, 而莎草科植物具有较高的净光合速率。2)相关性分析结果显示, 无论在物种水平还是功能群水平, 叶片形态和叶片光合性状之间都具有显著的相关关系。该研究揭示了高寒沼泽化草甸植物物种在叶片功能性状上的显著分化, 进而使得这些物种能在同一个草地群落中共存, 而群落中不同功能群物种的组成差异将会对群落的结构、功能和资源利用产生显著的影响。该研究将为进一步研究高寒沼泽化草甸提供基础研究数据并为其保护和恢复提供生理生态学依据。     

非生长季降水对青藏高原高寒草甸优势种生物量稳定性的影响

受全球气候变化的影响,青藏高原在过去的几十年间整体上呈现暖湿化的趋势,相比于年际之间温度和降水的变化外,生长季和非生长季气候变化模式的差异可能会对生态系统产生更重要的影响,但相关的研究尚不充分。以青藏高原东部的高寒草甸为研究对象,基于2001年至2017年17年的野外观测数据,包括优势植物紫花针茅的高度、多度以及生物量、次优势物种洽草的生物量,结合生长季和非生长季平均温度和降水量的变化,通过线性回归以及结构方程模型,探究生长季/非生长季不对称气候变化对于青藏高原高寒草甸优势物种生物量稳定性的影响。研究结果表明：1)青藏高原东部年均温和年降水在过去的17年间显著增加,呈现暖湿化的趋势,但是非生长的降水却变化不明显;2)紫花针茅的高度、多度以及生物量在过去17年没有显著的趋势,但是洽草的生物量稳定性显著减少;3)非生长降水结合紫花针茅的高度、多度以及洽草的生物量稳定性促进了紫花针茅的生物量稳定性。研究结果可以为青藏高原高寒草甸在未来气候变化的背景下合理保护与利用提供科学依据。     

呼伦贝尔草甸草原优势种贝加尔针茅根系组织和地上部分凋落物的分解

采用凋落物分解袋法, 研究了呼伦贝尔草甸草原主要优势种贝加尔针茅(Stipa baicalensis)根系组织和地上部分凋落物分解的季节动态以及凋落物的放置位置(置于地表和15 cm土壤表层)对分解的影响。结果表明, 置于表层土壤中的根系组织和地上部分凋落物的分解速率比置于地表的快, 但是根系组织在两个放置位置分解的差异不显著。无论置于地表还是置于表层土壤中, 地上部分凋落物的分解均快于根系组织的凋落物分解。在分解过程中, 凋落物碳(C)损失的季节变化模式与重量损失相似; 而氮(N)变化模式明显不同, 地上部分凋落物表现为释放—累积—释放, 根系则表现为释放—累积, 并且地上部分或者根系在不同放置位置中N含量变化的差异较小。地上部分和根系组织凋落物的初始化学组成的差异可能是导致其分解过程差异显著的主要原因, 其次的原因才是土壤含水量。因此, 该地区未来环境温度、湿度因子的变化将会显著影响贝加尔针茅地上部分凋落物的分解过程, 而对根系组织凋落物的分解作用较小。     

增温对青藏高原高寒草甸呼吸作用的影响

生态系统呼吸(ER)和土壤呼吸(SR)是草地生态系统碳排放的关键环节,其对气候变化极为敏感。高寒草甸是青藏高原典型的草地生态系统,其呼吸作用对气候变化的响应对区域碳排放具有重要的影响。以高寒草甸生态系统为对象,于2012—2016年采用模拟增温的方法研究呼吸作用对增温的响应。结果表明:增温对高寒草甸ER的影响存在年际差异,2013年和2014年增温对ER无显著影响,其他年份显著增加ER(P<0.05),综合5年结果,平均增幅达22.3%。增温显著促进了高寒草甸SR(P<0.05),较对照处理5年平均增幅高达67.1%;增温总体上提高了SR在ER中的比例(P<0.05),最高增幅达到59.9%。ER和SR与土壤温度有显著的正相关关系(P<0.05),与土壤水分没有显著的相关关系(P>0.05)。对照样地中,土壤温度分别能解释33.0%和18.5%的ER和SR变化。在增温条件下,土壤温度可以解释20.5%和13.0%的ER和SR变化。在增温条件下,SR的温度敏感性显著增加,而ER的温度敏感性变化较小,导致SR的比重进一步增加。因此,在未来气候变暖条件下,青藏高...     

高寒沼泽化草甸群落常见种对土壤水分条件的响应研究

高寒沼泽化草甸作为湿地与草甸之间的过渡类型, 其群落物种组成对土壤水分极为敏感。为探讨土壤水分状况对高寒沼泽化草甸植物群落组成物种的影响, 移栽玛曲高寒沼泽化草甸群落17个组分物种, 在完全避免自然降雨影响的条件下进行3种不同的水分处理(充分浇水、对照和轻度干旱)并分别测量了叶片的净光合速率(A), 气孔导度(g)和叶片单位面积干物质含量(LMA)。用充分浇水(FD)和轻度干旱(SD)处理下性状值减去对照(CK)处理下的值, 得到各功能性状的差值, 以比较不同物种对充分浇水和轻度干旱的响应; 同时对光合差值和叶片叶片单位面积干物质含量及气孔导度的差值进行线性回归分析, 以探讨叶片表型特性对对光合能力的影响。结果表明: (1)水分对叶片的LMA指标的影响存在显著的物种间差异。(2) A和g对充分浇水和干旱的响应存在显著的物种间的差异, 并且受到其原始分布生境的影响。(3)高寒沼泽化草甸植物在不同水分条件下的光合能力主要由气孔调节, 而与叶片表型特征没有显著的相关关系。说明高寒沼泽化草甸植物对土壤水分条件极度敏感, 在全球变化影响高寒地区的降水格局的背景下, 开展高寒草地进行保护和恢复工作应该考虑未来降水变化的影响。     

柠条锦鸡儿不同居群形态变异研究

结合数量统计方法对柠条锦鸡儿12个居群的12项形态特征进行了研究。结果表明：除小叶对数、叶形和荚果长外,其余形态性状在居群内或居群间都表现显著差异;以12个形态性状为基础的聚类分析将所研究的12个居群分为3类;主成分分析结果显示每荚种子、干粒重、托叶长和叶长等4个性状是造成柠条锦鸡儿表型差异的主要因素。     

基于ITS序列和trnL-F序列探讨小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿的种间关系

中间锦鸡儿Caragana davazamcii Sancz.的分类处理一直存在争议, 它与小叶锦鸡儿C. microphylla Lam.和柠条锦鸡儿C. korshinskii Kom.的关系尚不清楚。该种被处理为一个独立的种或后两个种的变种。本文利用ITS序列和叶绿体trnL-F序列, 综合形态和地理分布, 探讨了中间锦鸡儿的起源及与另外两个种的种间关系。结果显示, 中间锦鸡儿的trnL-F序列与小叶锦鸡儿完全一致, 而与柠条锦鸡儿有明显差异。中间锦鸡儿的ITS序列高度纯合, 不支持该种可能是杂交起源的假设。相反, 另外两个种的ITS序列均出现多个位点杂合, 克隆后均得到2种不同的序列。中间锦鸡儿的ITS序列与小叶锦鸡儿2种序列中的1种完全一致。该结果表明, 中间锦鸡儿可能作为亲本之一参与了小叶锦鸡儿的杂交起源, 或者基因流是造成这两个种形态相似的主要原因。中间锦鸡儿与柠条锦鸡儿形态上的相似可能是趋同进化的表现。     

柠条锦鸡儿小孢子发生和雄配子体发育

利用常规石蜡切片技术对柠条锦鸡儿小孢子发生及雄配子体发育的过程进行了观察,为柠条锦鸡儿生殖生物学提供基础资料。结果表明:(1)柠条锦鸡儿雄蕊花药4室,花药壁完全分化时,由外到内依次是表皮、药室内壁、中层和绒毡层,花药壁发育为基本型;表皮细胞1层,发育过程中始终存在;药室内壁在花药成熟时形成带状纤维层加厚;幼小花药壁的中层1～2层细胞,在花药发育成熟时退化消失;绒毡层1层细胞,腺质绒毡层,花药成熟时消失。(2)小孢子母细胞减数分裂过程中的胞质分裂为同时型,产生四面体型和左右对称型小孢子。(3)成熟花粉粒为二细胞型,扫描电镜下观察其成熟花粉粒为圆球形,外壁近光滑。(4)花粉母细胞分裂后形成的四分体小孢子中出现多核仁现象,核仁数在2～6个范围变化,推测这可能和末期Ⅱ核仁融合的不彻底有关。研究发现,柠条锦鸡儿小孢子发生和雄配子发育过程没有发现异常现象。     

柠条锦鸡儿肉桂酰辅酶A还原酶基因克隆和分析

肉桂酰辅酶A还原酶(cinnamoyl-CoA reductase,CCR)是木质素特异合成途径中的关键酶。根据已报道的植物CCR基因序列设计简并引物,利用RACE技术,首次从柠条锦鸡儿(Caragana korshinkii Kom.)中克隆得到CCR基因全长cDNA序列,命名为CkCCR,GenBank登录号为HQ829859。该序列长1 270bp,具备长度为1 014bp的完整开放阅读框(ORF)。推导该基因编码的蛋白质有434个氨基酸,预测等电点6.69,分子量36.76kDa。序列分析发现,柠条锦鸡儿CCR基因推导的氨基酸序列与其它植物来源的CCR序列高度相似,并且具有植物CCR共有的氨基酸序列\"KNWYCYGKA\"以及NADPH的结合序列。系统进化分析显示,柠条锦鸡儿CCR与拟南芥CCR2处于同一分支,与同属豆科的银合欢CCR亲缘关系最近。利用荧光定量PCR技术对柠条锦鸡儿一个月龄幼苗基因转录水平进行检测,结果显示CkCCR基因在根、茎、叶中广泛表达,并且干旱处理初期表达量有所下降,处理后期又恢复到未处理时的表达水平。     

内蒙古高原不同生境三种锦鸡儿属植物的水力结构特征及其对环境因子的响应

以生长在内蒙古高原不同生境条件下的小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿为研究对象,通过定点观测1年生枝条水力结构特征在不同季节的日变化,结合气候因子的相关性分析,比较不同环境条件下3种锦鸡儿植物输水效率与调节能力的高低,进一步分析旱生植物如何通过调整水分传输来适应变化着的环境条件。结果表明,在一定范围内,3种供试植物的水力结构参数都与气温呈显著的线性负相关,与大气相对湿度呈线性正相关关系。同种锦鸡儿植物在不同季节的输水效率比较,总的趋势是夏季〉春季〉秋季;比较同一季节不同种锦鸡儿的输水效率,基本上是柠条锦鸡儿〉中间锦鸡儿〉小叶锦鸡儿;在比导率对环境因子的敏感度方面,季节之间的差异是夏季〉春季〉秋季,物种之间是柠条锦鸡儿〉中间锦鸡儿〉小叶锦鸡儿。一方面日变幅的差异可以体现敏感度的不同,另一方面比导率与大气温度、湿度线性回归方程的斜率也可以体现敏感度的相对高低。这些结果证实了栓塞引起的导水率的下降并不都产生负面影响,相反它具有限流节水的积极作用。     

鄂尔多斯高原沙柳幼苗对模拟降水量变化的响应

鄂尔多斯高原是中国干旱、半干旱沙区典型沙地。随着未来全球变化,尤其降水变化进一步激烈,将给这里的陆地生态系统分布格局和生产力带来巨大影响,选择鄂尔多斯高原优势灌木沙柳为研究对象,人为控制４种供水量水平来探讨沙柳幼苗对模拟降水量变化的响应,结果表明,幼苗净光合速率、蒸腾速率、气孔导率和荧光效率随着供水的增加而增大,而供水对幼苗的水分利用效率影响不显著;不同供水量的沙柳幼苗树高、枝条数、叶数和叶面积生长动态存在明显差异,随着供水量的增加,沙柳幼苗树高、基径、枝条数、叶数、叶面积、生物量干重和冠根生物量干重比值均逐渐增大;供水显著增加了沙柳幼苗总分枝率、各级枝条数、枝条长度和叶面积。     

荒漠柠条锦鸡儿AM真菌多样性

为了阐明荒漠柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom.)根围AM真菌群落组成及其分布特点,2010年7月从河北省与内蒙古交界荒漠带选择多伦湖、黑城子和二羊点3个样地,按0—10、10—20、20—30、30—40、40—50 cm 5个土层采集柠条根围土壤样品,研究了柠条根围AM真菌物种组成、生态分布及与土壤因子的相关性。共分离鉴定出4属24种AM真菌,其中球囊霉属(Glomus)16种,是3个样地共同优势属;无梗囊霉属(Acaulospora)5种,是3个样地共有属;盾巨孢囊霉属(Scutellospora)2种;多孢囊霉属(Diversispora)1种;网状球囊霉(G.reticulatum)是黑城子和多伦湖样地优势种,二羊点亚优势种;黑球囊霉(G.melanosporum)是黑城子和二羊点样地优势种,多伦湖亚优势种;二羊点的AM真菌种类和孢子密度最高;黑城子和多伦湖样地无明显差异。AM真菌孢子密度与土壤碱解N、有机质和速效P含量极显著正相关,其中土壤碱解N影响最大。结果表明,柠条根围AM真菌物种多样性丰富,具有明显空间异质性,并与土壤因子关系密切,这为进一步分离筛选优势AM真菌菌种,充分利用AM真菌资源促进荒漠柠条生长提供了依据。