三峡库区消落带池杉-土壤碳氮磷生态化学计量特征

为探究三峡库区消落带消落期池杉(Taxodium ascendens Brongn., 1833)及其实生土壤C、N、P生态化学计量特征,于2018年7月对忠县消落带植被修复示范基地3个水淹处理(DS、MS、SS)池杉幼林不同组分(枝条、叶片、根系和土壤)的C、N、P三种元素含量及其化学计量比进行测定分析。结果表明:(1)随着水淹时间和强度的增加,池杉株高、冠幅、基径和胸径均受到一定的抑制,但总体生长良好,与其稳定的化学计量比关系紧密。(2)不同水淹处理组的池杉枝条、叶片中C、N、P含量及其比值分别均无显著性差异(P>0.05)。同一水淹处理组的N、P含量表现为叶片>根系>枝条>土壤;除枝条P含量外,其他器官组分C、N、P含量均显著高于土壤组分(P<0.05)。(3)池杉各器官N/P比值均远低于临界比率(<14),表明池杉的生长可能受N元素限制较为严重。(4)池杉与实生土壤的C、N、P元素内稳性整体表现为P>C>N,比值内稳性表现为C/N>N/P>C/P,地上部分(枝条、叶片)C、N、P元素及其比值的稳定性较地下部分(根系)强...     

三峡库区消落带4种典型草本植物的生态化学计量特征

为研究三峡水库消落带优势植物的养分利用特征及其对生境的适应策略,选择消落带分布最多的4种草本植物为研究对象,分析了植物根、茎、叶的碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)含量和化学计量比特征。结果表明:(1)相比陆地系统和自然湿地系统,消落带植物具有较低的C含量和较高的N、P、K含量,C/N、C/P、C/K均较低,表明植物具有低固碳和高养分积累、低养分利用效率和高生长速率的特征;(2)4种植物的养分含量和计量比存在一定差异,其中狗牙根具有较低的N、P、K含量和较高的C/N、C/P、C/K,且变异系数均低于其他3种植物,其低养分需求、高养分利用效率以及较强的内稳性可能是其在库区分布最广的重要机制;(3)4种植物在不同器官的养分分配策略相似,均表现为叶片C含量低于根和茎,而N、P、K含量则显著高于根、茎;同时,与根、茎相比,叶片C/N、C/P、C/K较低,N/P、N/K较高,且在不同生境条件下变异系数较小,表现出相对较高的稳定性;(4)落消带植物的养分含量及计量比从全库区上游至下游的空间变异性较强,其中N、C/N、N/P变异性较大,而C、P、K变异性较小,表明植物N含量受生境变化的影响较大,...     

三峡库区消落带野生狗牙根对水淹适生性的转录组分析

为探究狗牙根对水淹环境的适生性机制,取长势一致的狗牙根分为未水淹对照组(A1)和30 cm沉水处理组(A2),A2水淹15 d后两组同时采样,提取样本总RNA作转录组测序。A1和A2测序数据经de novo组装分别获得128031和83363条高质量Unigene;A1和A2对比发现28844条差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),其中11858条DEGs上调表达,16986条DEGs下调表达;功能注释显示,这些DEGs主要集中在转录、翻译、碳水化合物代谢和环境适应等途径;信号通路富集显示,包括植物对病原体的防御、物质代谢、光合作用、形态发育和抗氧化等过程的103个信号通路与狗牙根对水淹生境的适生性有关;随机挑选4个DEGs作qRT-PCR分析,荧光定量结果与测序数据基本一致,说明基于转录组分析DEGs的表达情况较为可靠。该工作或可为进一步挖掘与狗牙根水淹适生性相关的调控基因和功能基因提供基础。     

三峡库区消落带水位变化对落羽杉C、N、P 生态化学计量特征的影响

为了解落羽杉C、N、P生态化学计量特征对三峡库区消落带水位变化的响应,2016年9月测定重庆市忠县汝溪河消落带植被修复示范基地内种植于海拔165 m(重度水淹组)、170 m(中度水淹组)、175 m(对照组)的落羽杉根、枝条、叶片中碳(C)、氮(N)、磷(P)元素含量以及植株生长指标,分析水位变化对其生长和C、N、P生态化学计量特征的影响。结果表明:(1)三峡库区消落带落羽杉通过降低生长速率来适应水位变化,植株整体生长状态良好;(2)落羽杉各器官C含量分配比较均衡,N集中在叶片中,P主要贮存在根中,未见严重缺素现象;(3)重度水淹组植株叶片C含量受到水位变化显著提高;水位变化显著降低了中度水淹组植株根P含量却显著提高了其叶片P含量,导致中度水淹组植株叶片C∶P和N∶P显著降低,根C∶P显著升高。研究结果表明,三峡库区消落带落羽杉能保持器官之间合理的元素分配来保障其生长所需,表现出对三峡库区消落带水位变化的良好适应性。     

水位变化对三峡库区消落带狗牙根种群营养特征的影响

为探讨三峡库区大尺度、反季节水位变化对消落带狗牙根种养元素吸收和分配特征的影响, 分别测定了三个样带的营养元素含量。结果表明: 根、茎、叶中大量元素含量顺序为N>K>P, 中量元素含量顺序为Ca>S>Mg, 微量元素为Fe>Zn>Cu>Mn。根系对K、Mg、S、Fe、Mn、Zn 的吸收均被促进, 而对P 和Ca 的吸收被显著抑制, 低水位根系对N、Cu 的吸收也被显著促进。高水位茎和叶中N、P、K、Mg、S、Cu 的含量呈降低趋势, Ca、Fe、Mn 含量呈显著增大趋势, 且茎中Zn 含量也呈增加趋势。随着水位的降低N、P、K、Mg、S、Zn 含量显著增加, 在叶片中的含量显著大于根、茎, 而Fe、Mn、Cu 表现出主要向茎分布的趋势, 且Ca 在叶中的分配显著被抑制, 而在茎中的分配被促进。随着水位降低新叶中N、P、K、Mg、S 的含量明显高于老叶, 而Fe、Ca、Mn、Zn 和Cu 则相反。随着分枝级数增大N、P、K 的含量呈递增趋势, Ca、Cu、Fe、Zn 呈递减趋势, 而Mg、S 含量呈“∨”形变化。因此, 库区水位已导致消落狗牙根种群营养特征发生显著的变化。     

不同林龄柚木人工林土壤生态化学计量特征

为了阐明林龄对柚木人工林土壤生态化学计量特征及土壤理化性质的影响,在广西凭祥市中国林业科学研究院热带林业实验中心青山实验场选取3块不同林龄(10、32、37 a)的柚木人工林为研究对象,在每个林龄地块内选择具有代表性的地段分别设置3块20 m×20 m样地,按照多点混合、随机布点和相同数量的原则,按0—10、10—20、20—30、30—50、50—100 cm土层取样,测定土壤的水分-物理性质、pH、有机碳(Soil organic carbon,SOC)、全氮(Total nitrogen,TN)、全磷(Total phosphorus,TP)、全钾(Total potassium,TK)含量,并计算土壤碳、氮、磷之间的计量比,探讨它们随林龄的变化及其与C∶N∶P化学计量比之间的关系,以期为柚木人工林持续经营管理提供科学依据。结果表明:除土壤容重(SBD)、有效磷(AP)、速效钾(FK)、C∶P和N∶P外,林龄对其他土壤理化性质和C∶N均有显著影响;C∶N、C∶P随林龄的增加而增大,柚木纯林化经营减少了C、N、P储量,其生长受到P限制,适当混交化改造显得十分重要;研究区域3个林龄柚...     

三峡库区消落带初期土壤养分特征

对三峡库区消落带回水区内2种主要植被类型土壤养分特征进行了研究。结果表明,除有效磷外,次生灌丛土壤养分含量均高于弃耕地,且其他养分指标变异系数在50%左右,而有效磷的变异系数达到91%。随海拔的升高,土壤养分未表现出明显差异性。与对照样带相比较,消落带内全磷、全钾、有效磷、速效钾含量增加,表明水淹和清库等人为活动对土壤母质风化影响严重,导致消落带内土壤磷和钾含量增高,而速效钾在水淹后则大量流失;随着土壤层次的加深,除了有效磷外,其他养分都表现出逐渐降低的趋势。消落带处于幼年时期,尚未形成明显的水分梯度,其养分和水分没有显著的相关性。     

生态袋护坡技术在三峡水库消落带植被恢复中应用的可行性研究

通过对三峡水库重庆市巫山县双龙镇和巫峡镇段消落带开展生态袋护坡复绿试验7年后,生态袋上(内)、生态袋堆叠处上方和左侧消落带狗牙根(Cynodon dactylon)的种群密度、表型生长性状、地上和地下生物质量,以及土壤理化性质的测定,探讨以狗牙根为生态袋上的种植植物,将生态袋护坡技术用于三峡水库消落带植被恢复的可行性。结果表明:(1)各试验地生态袋上与其堆叠处上方和左侧消落带的狗牙根种群密度和地上生物质量差异不显著。(2)狗牙根的表型生长性状和根系生物质量因地和在生态袋堆叠处的方位不同而异。在双龙镇试验地,生态袋上比其堆叠处上方消落带上狗牙根的植株长度和节间长度低23.9%和22.6%(P<0.05),除此之外的各项指标差异均不显著;生态袋内0—5 cm土层的根系生物质量比其堆叠处上方消落带增加了75.7%(P<0.05),比其堆叠处左侧消落带降低了11.8%,在5—15 cm各土层降低了91.6%—96.9%(P<0.05),15—20 cm土层的差异不显著。在巫峡镇试验地,生态袋上与其堆叠处上方和左侧消落带的各表型生长性状的差异均不显著;生态袋内各土层的根系生物质...     

官厅水库消落带土壤有机质空间分布特征

消落带土壤由于在水陆交替的特殊生境和复杂的地球化学共同作用下形成,具有独特的理化性质和生态功能。各营养盐含量在时间和空间上具有较高的变异性,土壤中有机质的分布及迁移和转化均受到复杂的影响。针对官厅水库流域上游妫水河段消落带,选择典型消落带落水区,对该区土壤有机质含量的时空分布特征进行研究。结果表明:1)研究区消落带土壤有机质含量较为贫瘠,变化范围在1.64-26g/kg之间,平均值仅为13.16g/kg,变异系数达50.59%。说明消落带由于季节性干湿交替的特殊水文条件的影响,土壤养分的分布具有较高的空间异质性。淹水频繁区有机质含量平均值为15.74g/kg,高于长期出露区的10.12g/kg,且变异系数为41.38%,小于长期出露区的54.98%。说明淹水频繁区对土壤养分的持留能力更强,且周期性的淹水条件使得研究区近岸具有相似的生境类型,不同采样点土壤有机质含量的差异相对较小。2)不同植物群落下,芦苇和香蒲群落土壤有机质含量最高,平均值为17.08g/kg;含量最低的是以小叶杨和白羊草为主的中旱生植物带,平均值为9.12g/kg;其次是酸模叶蓼、大刺儿菜为优势物种的湿生植物带,土壤有机质含量平均值为15.49g/kg。3)不同土壤层次有机质含量差异较大,总体变化趋势均由表层向下逐渐减少,各层之间体现出显著差异性(P0.05)。研究区土壤C/N变化范围在1.64-18.95,平均值为8.95。说明研究区土壤碳氮比相对较低,有机质的腐殖化程度较高,且长期出露区土壤有机质更容易发生分解,C的累积速度远小于N。土壤C/N垂直分布大致呈先增大后减小趋势,在30cm处达到最大值,而后随着土壤深度的增加逐渐减小。4)消落带土壤有机质分布的影响因素分析中,土壤有机质与全磷呈极显著正相关,相关系数为0.62(P0.01);与土壤全氮和C/N呈显著正相关(R=0.57,0.60;P0.05)。这说明研究区土壤全磷、全氮、C/N和有机质明显具有相同的变化趋势,和有机质存在相互影响。其次,土壤有机质和湿度在呈显著负相关(R=-0.51;P0.05),表明研究区土壤湿度对有机质含量具有显著的影响。气候因子中,温度对研究区土壤有机质的分布具有显著的影响,相关系数为-0.51(P0.05)。植被因子中,植被覆盖度和土壤有机质含量呈显著正相关,相关系数为0.64,表明植被因子也是影响土壤有机质分布的重要因素之一。     

中亚热带不同森林更新方式生态酶化学计量特征

了解土壤生态化学计量特征对预测不同生态系统养分变化、功能以及植物生产力具有重要意义。森林更新是维持中亚热带森林生态系统可持续发展的重要手段。选取福建省三明市陈大林业采育场3种不同森林更新方式进行研究,包括米槠次生林（SF）、米槠人工促进天然更新林（AR）和杉木人工林（CF）,测定其土壤理化性质及土壤3种酶,计算酶化学计量。结果显示：1）AR的土壤总氮、全磷、铵态氮含量以及含水量最高（P < 0.05）,土壤有效磷的含量则是CF最高（P < 0.05）;2）生态酶化学计量结果表明AR的土壤微生物处于氮限制状态,CF的土壤微生物处于磷限制状态;3）冗余分析表明,土壤含水量和铵态氮是驱动不同森林更新方式土壤生态酶化学计量变异的重要环境因子。研究表明,人促更新方式更有利于土壤有效氮的积累,而人工林则有利于土壤有效磷积累,这可能与造林树种有关。土壤生态酶化学计量更易受到土壤含水量以及有效性养分的驱动,而与土壤化学计量未呈现良好的耦合性。     

泥沙掩埋和干旱对三峡库区消落带狗牙根生长恢复的影响

三峡库区消落带植物恢复不仅面临长期淹水逆境,还面临泥沙、干旱等环境因素的胁迫。蓄水期后引种三峡库区消落带狗牙根,掩埋于不同粒径和埋深的沉降泥沙,探讨泥沙掩埋、干旱对反季节淹水后狗牙根出苗和生长恢复的影响。结果表明:在埋深≥8cm和粒径1.25 mm条件下消落带狗牙根萌发苗不能穿透覆盖层出苗。泥沙掩埋导致狗牙根出苗率显著降低,随着埋深增加狗牙根出苗率迅速下降;并且在埋深相同的条件下随着粒径减小狗牙根出苗速率呈增大趋势。随着埋深增加和粒径减小处理组株高、叶长的增长显著被抑制,处理组的株高、叶片数、叶长显著低于对照组。随着干旱、泥沙掩埋复合胁迫时间延长狗牙根分株株高、叶片数、叶长、叶宽的生长发育显著被抑制,且随着泥沙粒径减小和埋深增加其光合电子传递速率呈显著降低趋势,热耗散量显著增大。同时,干旱、泥沙掩埋复合胁迫导致处理组分株光合电子传递速率和热耗散能力显著低于对照组,光合作用能力显著降低,易受到夏季高光伤害。因此,三峡库区周年淹水导致狗牙根对泥沙掩埋以及干旱复合胁迫的耐受能力显著降低,在泥沙掩埋以及干旱复合胁迫下消落带狗牙根的生长恢复能力随粒径减小和埋深增加呈显著降低趋势,会导致库区消落带狗牙根种群衰退演替加快。     

不同水淹下狗牙根-牛鞭草混作对植株生物量的影响

了解狗牙根(Cynodon dactylon)和牛鞭草(Hemarthria altissima)在不同水淹地区较优的种植方式对退化湿地的植被修复具有重要意义。设置4种不同水分条件,即对照组(CK)、水淹与干旱交替组(FD)、土壤表面水淹组(FL)和全淹组(SM),4种不同的植株密度(每盆分别种植1,2,4株或12株)和2种不同的种植方式(单作和混作),研究两物种在不同水淹条件下以不同方式和密度种植时的生物量变化。结果表明,水分、种植密度和种植方式均显著影响两物种的地上生物量和总生物量(P0.05)。CK和FD条件下,以中、高密度混作的狗牙根地上生物量和总生物量与单作相比显著下降(P0.05),牛鞭草在混作方式下的生物量与单作相比有了一定提高,其中在高密度混作情况下其生物量得到显著提高(P0.05)。在FL条件下,与单作相比,中、低密度混作的狗牙根和牛鞭草生物量均具有一定的上升。全淹条件下以中、低密度混作对狗牙根地上生物量和总生物量具有显著的促进作用(P0.05),对牛鞭草无显著差异(P0.05),高密度混作方式则对两物种生物量均无显著影响(P0.05)。随着水淹程度的增加,混作对狗牙根产生的生长抑制影响逐渐减弱。在长期浅水淹的地区,采取中、低密度混作将更有利于牛鞭草和狗牙根的长期共存。在较低海拔的全淹地区,采取高密度的牛鞭草-狗牙根混作方式将是更为理想的选择。     

刈割与水淹对三峡库区消落带优势物种狗牙根存活及恢复生长的影响

三峡库区消落带蓄水期间植物腐烂分解释放的养分会增加库区的富营养化风险,水淹前刈割是消减水体污染风险的有效方式之一,但刈割对库区消落带适生植物恢复生长的影响尚不清楚。为探究三峡库区消落带适生植物对水淹和刈割胁迫的耐受情况,选取消落带适生植物狗牙根为研究对象,设置对照(CK)、浅淹(SF)、浅淹-对照(SFK)、全淹(TF)、全淹-对照(TFK)5种水淹处理和不刈割(NC)、留茬30 cm(S30)、留茬20 cm(S20)、留茬10 cm(S10)4个刈割强度,研究不同水淹和刈割处理对狗牙根存活、生长和光合特征的影响。结果表明：(1)狗牙根在不同水淹和刈割处理下整体可保持较高的存活率(≥83.3%)。(2)刈割和水淹处理对狗牙根的形态生长和生物量分配均存在显著影响。与对照相比,SF组狗牙根的根长、基径和生物量显著降低,TF组狗牙根的株高、基径、根长和生物量显著降低,但是SFK和TFK处理(脱离水淹胁迫)相比SF和TF组却显著增长。(3)刈割和水淹处理对狗牙根的光合速率影响显著,其中SF组狗牙根的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Ci)显著降低,TF处理叶片全部凋落无光合作用...     

不同水分处理对狗牙根种内相互作用的影响

以狗牙根当年生扦插苗为试验材料,根据库区河岸带水分特征设置4种水分处理方式:水分对照组(CK)、水淹与干旱交替组(FD)、土壤水分饱和组(LF)和全淹组(FL),4种密度方式:对照(1株/盆)、低密度(2株/盆)、中密度(4株/盆)及高密度(12株/盆),探究狗牙根生长及形态响应,并验证胁迫梯度假说。结果表明:(1)狗牙根各生物量随水分胁迫强度的增加显著下降(P0.001);密度处理和二者交互作用显著影响狗牙根叶干重、茎干重、根干重、地上生物量和总生物量(P0.001)。(2)水分处理显著影响狗牙根各形态指标(P0.001);密度和二者交互作用显著影响狗牙根分枝数、总茎长和节间长(P0.001)。(3)CK组和LF组狗牙根生物量相对邻体效应(RNE)均为负值,表明其种内关系为竞争关系。FL组各密度组生物量RNE值均为正值,其种内关系转化为促进关系。(4)中高密度组总茎长RNE值随水分胁迫增加而增大。研究表明:(1)狗牙根对不同的水分胁迫均表现出积极响应,可考虑将狗牙根用于库区河岸带植被重建。(2)随种植密度的增大,狗牙根生长及形态均表现出一定的负面效应。(3)本试验在一定程度上支持胁迫梯度假说,但尚需更多概念模型将其改进完善。     

三峡库区多年高水位运行对消落带狗牙根生长恢复的影响

为深入了解三峡库区多年高水位运行对消落带优势植物生长恢复的影响,分别于2008年和2017年定量调研了库区长寿段消落带狗牙根(Cynodon dactylon)种群的变化,探讨了库区高水位运行对消落带狗牙根萌发、生长和物质分配的影响。结果表明,多年的高水位运行导致不定芽形成和萌发显著被促进,形成更多的分株;高水位运行导致狗牙根分株的株高、茎宽和叶片数被显著抑制,而叶长和种群的总叶片数被显著促进,且随着消落带水位的降低叶长呈降低趋势,而叶宽和总叶片数呈增加趋势;高水位运行导致狗牙根种群匍匐茎和地下茎的茎长、茎节数和总茎长均被显著促进,且随着消落带水位降低匍匐茎茎长和茎节数呈显著的降低趋势,而地下茎茎长和茎节数呈增加趋势;高水位运行导致狗牙根地下茎储存的干质量呈增加趋势,而分株和匍匐茎的干质量呈降低趋势,而且在种群物质分配中地下茎所占的比例呈增大趋势,低水位狗牙根种群的分株和高水位种群的匍匐茎所占的比例也呈增加趋势。因此,狗牙根不仅具有很强的耐淹和生长恢复能力,也具有很强的拓殖能力,可以作为库区中低位消落带恢复和重建的主要原生物种。     

不同水分处理和密度配置对牛鞭草与狗牙根生长与种间竞争的影响

为合理利用三峡库区消落带优良草本植物进行退化植被恢复,并探索恢复过程中草本植物的最佳混植比例,选取三峡库区消落带适生先锋草本植物牛鞭草(Hemarthria compressa)(H)和狗牙根(Cynodon dactylon)(C)为研究材料,于2016年4月29日在盆栽控制条件下设置3种不同水分条件(对照组——CK组、浅淹组——SF组、全淹组——TF组)、7种配置比例,每盆牛鞭草与狗牙根株数分别按2株进行递增与递减,具体的配比分别为H0C12,H2C10,H4C8,H6C6,H8C4,H10C2、H12C0,比较研究混植条件下牛鞭草与狗牙根在水淹环境中的生长及二者的竞争作用。研究发现:(1)无论在单植还是二者混植条件下,水分胁迫均显著降低狗牙根与牛鞭草生物量,且牛鞭草对水淹胁迫的响应更敏感;(2)狗牙根和牛鞭草的生长均具有明显的密度制约效应,但狗牙根的反应更为强烈;(3)不同水分与密度条件下,混植体系总相对生物量均大于1。在CK组,狗牙根与牛鞭草表现出竞争关系;在SF组和TF组,二者之间的竞争作用减小,表现出一定的促进作用。综合分析本试验不同水分与密度条件下牛鞭草与狗牙根的总生物量、根冠比、竞争系数(相对总生物量),发现常规供水处理下牛鞭草和狗牙根的最佳配置比例为H2C10,而浅水淹和深水淹处理下最佳配置比例为H8C4。研究结果可以为三峡库区消落带不同海拔位草本植被的恢复及管理提供依据,也为生态类型相同或相似地区人工恢复草本植被提供理论参考。     

Physiological and biochemical adaptations of Cynodon dactylon (L.) Pers. from the Salt Range (Pakistan) to salinity stress

Naturally adapted salt tolerant populations provide a valuable material for exploring the adaptive components of salt tolerance. Under this aspect, two populations of Cynodon dactylon (L.) Pers. were subjected to salt stress in hydroponics. One was collected from a heavily salt-affected soil in the vicinity of a natural salt lake, Uchhali Lake, in the Salt Range of the Punjab province of Pakistan, and the other from a normal non-saline habitat from the Faisalabad region. The NaCl treatments in Hoagland's nutrient solution were: Control (no salt), 50, 100, 150 and 200 mM of NaCl. After 8 weeks of growth in hydroponics produced biomass, ion relations, and photosynthetic capacity were measured in the differently adapted ecotypes. In the ecotype of C. dactylon from the Salt Range, shoot dry weight was only slightly affected by varying levels of salt. However, in contrast, its root weight was markedly increased. On the other hand, the ecotype from Faisalabad (non-saline habitat) showed a marked decrease in shoot and root dry weights under saline regimes. The ecotype from the Salt Range accumulated relatively less amount of Na⁺ in the shoot than did that from Faisalabad, particularly at higher salt levels. Shoot or root K⁺ and Ca²⁺ contents varied inconsistently in both ecotypes under salt stress. All the photosynthetic parameters, leaf water potential and osmotic potential, and chlorophyll content in both ecotypes were adversely affected by salt stress, but all these physiological attributes except turgor potential and soluble sugars were less affected at high salinities in the salt tolerant ecotype from Salt Range. This ecotype accumulated significantly higher organic osmotica (total free amino acids, proline, total soluble proteins, and total soluble sugars) under saline conditions than its intolerant counterpart. Overall, the salt tolerant ecotype of C. dactylon from the Salt Range showed high salt tolerance due to its restricted uptake of Na⁺ accompanied by an increased uptake of K⁺ and Ca²⁺ in the roots as well as shoot due to its higher photosynthetic capacity and accumulation of organic osmotica such as free amino acids and proline under saline conditions.