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。     

长期围封对疏勒河源区高寒草甸地表节肢动物多样性的影响

围封会促进退化高寒草甸植被和土壤环境恢复,长期围封也会导致生物多样性及其功能下降,影响高寒草甸生态系统的稳定,但这种影响会随着季节和生境条件变化而异。为了探究不同退化程度高寒草甸地表节肢动物群落变化对围封禁牧的响应,利用陷阱法调查了疏勒河源区沼泽化草甸、草甸和草原化草甸3种不同退化梯度高寒草甸围封禁牧和自由放牧处理下地表节肢动物群落结构变化。结果表明：围封禁牧对高寒草甸地表节肢动物群落组成及多样性的影响随生境条件不同而异。禁牧降低了沼泽化草甸地表节肢动物的物种丰富度,而提高了草甸和草原化草甸地表节肢动物的物种丰富度;围封禁牧对沼泽化草甸地表节肢动物群落结构影响较小,显著降低了草甸生境地表节肢动物活动密度、提高了地表节肢动物多样性和均匀度,相反,禁牧显著提高了草原化草甸生境地表节肢动物活动密度、降低其多样性和均匀度;豹蛛属1种是高寒草甸主要的地表节肢动物类群（相对多度为67.0%）,高寒草甸土壤水分有效性等生境条件不同影响了豹蛛属1种对围封禁牧的响应模式,进而影响了地表节肢动物群落结构变化。总之,高寒草甸退化程度影响了地表节肢动物多样性对禁牧和放牧的响应模式,沼泽化草甸适度放牧有利于提高地表节肢动物多样性及其功能。     

三江平原湿地小叶章群落沿土壤水分梯度物种组成及多样性变化

水分是影响湿地生态系统植物多样性的重要因素之一。以三江平原湿地小叶章群落为对象,研究了沿土壤水分梯度的典型草甸、沼泽化草甸和沼泽3种生境中群落物种组成及多样性特征。结果表明,3种生境均以小叶章占优势,但是伴生物种组成分化明显,其中,典型草甸指示种为二歧银莲花和垂梗繁缕,沼泽化草甸指示种为灰脉苔草和五脉山黧豆,沼泽指示种为漂筏苔草和毛果苔草;非度量多维尺度分析结果表明,草甸的物种组成差异更大,而沼泽和沼泽化草甸的物种组成差异较小。随土壤水分含量增加,小叶章的优势度逐渐降低,群落物种丰富度和Simpson优势度均呈逐渐降低的趋势,而Shannon-Wiener多样性与Pielou均匀度均呈逐渐上升的趋势;群落相似性系数(CJ、CS)呈现逐渐升高的趋势,二者的最大值分别出现在沼泽化草甸和沼泽,最小值分别出现在典型草甸和和沼泽化草甸,而Cody指数的变化格局呈现渐低的趋势,群落间共有物种数逐渐减少,物种替代速率降低。研究认为,三江平原小叶章湿地植物群落物种组成、Pielou均匀度、Simpson优势度和Shannon-Wiener多样性的变化格局与水分密切相关,β多样性的格局与水分联系紧密,物种丰富度的变化格局与水分无相关性,可能与物种自身的生物学特性以及其它环境因子有关,尚需进一步探讨。     

高寒草甸植物群落功能多样性对不同生长期干旱的响应机制

植物对干旱胁迫的响应表现为各功能性状的差异化表达。全球气候变化下,青藏高原地区降水格局发生改变,高寒草甸群落功能性状及功能多样性在不同生长期干旱事件下的响应机制对加深高寒草甸适应气候变化认知具有重要意义。以藏北高寒草甸为研究对象,设置截雨棚模拟生长季前期（ED）、中期（MD）和非生长季时期（ND）干旱事件,通过观测群落物种功能性状,分析高寒草甸群落功能多样性对不同生长期干旱的响应机制。结果表明：（1）叶片功能性状对干旱存在差异响应,表现为叶片小而厚且寿命长,同化速率降低,并受氮元素限制加剧;（2）生长季前期干旱对高寒草甸群落功能性状的影响最强,生长季中期干旱次之,非生长季干旱的影响最弱;（3）生长季干旱处理显著改变了群落的功能多样性,ED处理下功能分散度指数（FDiv）和功能分异度指数（FDis）显著降低（P<0.05）,而Rao二次熵指数（RaoQ）显著升高（P<0.05）,MD处理下功能均匀度指数（FEve）显著降低（P<0.05）;（4）相关性分析得出,群落功能性状与功能多样性对干旱的响应之间存在着联系。本研究发现高寒草甸植物功能性状与群落功能多样性对生长季前期和中期干旱存在差异化响应,指示着高寒草甸植物群落在响应不同时期干旱时可能采取不同的生存策略,即对生长季前期干旱采用耐旱策略、对生长季中期干旱采用避旱策略。探讨了高寒草甸植物群落功能多样性对不同生长时期干旱胁迫的响应机制,为预测未来季节性干旱事件对青藏高原高寒草甸植物功能性状、群落特征和功能多样性的影响提供科学依据。     

青藏高原高寒草甸植物群落物种组成和生物量沿环境梯度的变化

生物多样性与生态系统功能的关系及其机制是生态学领域的重大科学问题. 人们越来越关注环境因子对多样性-生产力关系的影响. 植物群落组成、物种丰富度、物种特征、生物量的分布结构和植物枯枝落叶对高寒草甸物种多样性和生产力有着重要的影响. 因此, 我们利用2001~2004年中国科学院海北生态系统定位站高寒草甸群落的实测资料, 研究了不同环境梯度(土壤含水量和营养)下, 植物群落生物量, 物种丰富度及组成的变化. 结果表明, 植物群落物种组成的不同反应在生物量的分布上, 以藏嵩草为优势种的藏嵩草沼泽化草甸群落总生物量(地上、地下)最高(13196.96±719.69 g/m²), 次之是以杂类草和莎草科为主的小嵩草草甸(2869.58±147.52 g/m₂), 以禾本科和杂类草为主的矮嵩草草甸最低(2153.08±141.95 g/m²). 藏嵩草沼泽化草甸中, 草本植物枯枝落叶显著高于小嵩草、矮嵩草草甸, 土壤含水量对草本植物枯枝落叶有较大的影响. 不同类型草甸群落中, 地上生物量与土壤有机质、全氮和群落盖度之间均呈显著正相关(P < 0.05); 藏嵩草沼泽化草甸中, 总生物量与物种丰富度呈负相关(r_s = -0.907, P < 0.05)、地下生物量与土壤含水量呈正相关(r_s = -0.900, P < 0.05); 而在小嵩草和矮嵩草草甸中它们之间均没有达到显著水平, 说明不同类型高寒草甸群落生产力除受物种多样性、功能群内物种密度和均匀度的影响, 同时也受物种本身特征和外部环境资源的影响. 不同类型草甸群落生物量的分布与土壤含水量和土壤养分的变化相一致.     

油松幼苗对干旱胁迫的生理生态响应

在适宜水分(田间持水量为80%)、轻度干旱(60%)、中度干旱(40%)和重度干旱(20%)4种土壤水分条件下研究了油松的生理生态特征,结果显示; 油松各器官(根、茎、叶)的干物质积累量、干物质积累总量、相对生长率、株高和基径均表现为适宜水分＞轻度干旱＞中度干旱＞重度干旱,而根冠比大小顺序与其相反.气体交换参数(净光合速率、气孔导度、蒸腾速率) 随干旱程度的加剧显著下降,并且净光合速率的下降主要受气孔因素限制.油松的瞬时水分利用效率和长期水分利用效率(稳定碳同位素含量,δ13C)表现适宜水分＜轻度干旱＜中度干旱＜重度干旱,而且中度和重度干旱显著提高油松的水分利用效率.另外,单位干重叶片氮元素含量(N%)随胁迫增加呈下降趋势,而单位干重碳元素含量(C%)却与之相反,从而导致碳氮比随胁迫增加而增加,并且我们的结果显示光合速率与氮含量存在显著正相关. 结果表明,油松可以通过调节自身生长特征、生物量分配模式和叶片营养元素的含量及提高水分利用效率而增强应对干旱胁迫的能力.     

青藏高原高寒草甸植被特征与温度、水分因子关系

以广布于青藏高原的高寒草甸为研究对象,进行模拟增温实验,探讨高寒草甸植被特征与温度、水分因子关系,并试图论证高寒草甸植被是否符合生物多样性代谢理论.结果表明:①高寒草甸植被物种多样性的对数与绝对温度的倒数呈显著线性递减关系,空气-地表-浅层土壤(0-20 cm)温度(R2 ＞0.6,P＜0.01)较深层土壤(40-100 cm)温度(R2＜0.5,P＜0.05)对物种多样性影响大;其植被新陈代谢平均活化能为0.998-1.85 eV,高于生物多样性代谢理论预测值0.6-0.7 eV,这是高寒草甸植被对长期低温环境适应进化的结果.②除趋势对应分析和冗余分析显示,温度对植被地上部分影响较大,而土壤水分对全株影响均较大,适当的增温与降水均可极显著促进高寒草甸植被生长.③逐步回归和通径分析显示,40 cm、60 cm深度土壤水分对植被地上部分产生直接影响,20 cm高度空气相对湿度和40 cm深度土壤温度对其产生间接影响;40 cm深度土壤温度和60 cm深度土壤水分对植被地下部分产生直接影响,红外地表温度对其产生间接影响.深层土壤温度和水分对高寒草甸植被具有影响作用,这可能与增温后冻土的融化有关,但其机理尚待进一步研究.     

两种水分生态型小叶章的生理生态特征研究

通过野外调查与控制试验相结合的方法,比较研究了两种水分生态型小叶章的生理生态特征,结果表明:(1)自然条件下,小叶章沼泽化草甸群落Simpson多样性指数显著高于小叶章草甸群落,但是小叶章草甸群落中小叶章种群生物量显著高于沼泽化草甸群落;草甸小叶章的株高、节长、叶长、叶宽及叶绿素含量均显著高于沼泽化草甸小叶章;叶片干重和叶鞘干、鲜重以及叶片与叶鞘生物量分配比为沼泽化草甸小叶章较高,而茎的干、鲜重和叶片鲜重、总地上生物量及茎生物量分配比均为草甸小叶章较高,但差异均不显著.(2)在人工控制水位条件下,两种生态型小叶章种群密度差异显著,而种群高度则无显著差异;两种生态型小叶章在0 cm、20 cm水位梯度下的叶长,30 cm水位梯度下的叶宽,以及0 cm水位梯度下的叶面积均存在显著差异,沼泽化草甸小叶章个体生长指标均对水位梯度具有显著响应,而典型草甸小叶章仅叶绿素含量对水位梯度具有显著响应.研究发现,两种生态型小叶章对水位条件的敏感程度不同,不同条件下对水位梯度具有不同的响应规律.     

玛曲高寒草甸沙化过程中群落结构与植物多样性

针对玛曲高寒草甸沙质荒漠化和水土流失日趋严重的问题,采用群落样方调查的方法,研究了潜在、轻度、中度和重度4种典型高寒沙化草甸的植被结构特征和α多样性与β多样性变化规律。结果表明:随着沙化程度的加剧,1)群落植被盖度持续下降(分别为99.216%,80.078%,49.895%,36.398%)、物种数逐渐减少(分别为53,32,14,13)、群落结构趋向简单(重要值大于1的物种分别有28,16,10,8种),典型高寒草甸优势种和伴生种逐渐退出群落,而适应沙质荒漠的物种逐渐占据群落中的优势地位,玛曲高寒草甸生态系统有向高寒沙质荒漠生态系统转化的趋势,群落以青藏苔草+高山早熟禾群落→青藏苔草+防风+高山嵩草群落→高山嵩草+防风+青藏苔草群落→毛穗赖草+藏虫实+青藏苔草+防风群落的方向演替;2)群落丰富度和植物多样性指数均呈下降趋势,差异显著;均匀度指数先增加后减小,在轻度沙化草甸达到最大,但差异不显著;而群落优势度逐渐增加,在中度沙化草甸增加极显著;3)潜在沙化草甸与沙化草甸之间的Whittaker指数差异极显著,中度沙化草甸与重度沙化草甸之间差异显著,而轻度沙化草甸与中度沙化草甸之间差异不显著。4)潜在沙化草甸与3种沙化草甸和轻度沙化草甸与重度沙化草甸之间群落相异性系数较高(0.705—0.937),群落共有度指数较低(0.034—0.173),而重度沙化草甸与中度沙化草甸、轻度沙化草甸与中度沙化草甸之间群落相异性系数相对较低(0.545—0.553),群落共有度指数相对较高(0.293—0.303)。以上分析表明,玛曲高寒草甸在沙化过程中存在轻度沙化和重度沙化两个关键过程,因此对潜在沙化草甸应采取封育、禁牧、轮牧、抚育等科学管护措施,而对沙化草甸应采取草皮移植、补播、施肥等植被快速恢复措施和流沙治理措施进行生态修复,防止草甸沙化的加剧和蔓延。     

基于高通量测序的两种高寒草甸土壤原核生物群落特征研究

土壤微生物在生态系统中具有重要的生态功能,研究青藏高原高寒草甸的土壤原核生物群落组成及其主要影响因子,对揭示青藏高原独特的微生物地理区系和预测全球环境变化的影响有重要意义。利用Illumina Miseq高通量测序技术,结合分子生态网络,对青藏高原高寒沼泽化草甸和高寒草甸的土壤原核生物的群落组成特征进行了分析。结果共检测到23145个OTUs,可分为2个古细菌类群和33个已知的细菌类群;其中变形菌门、酸杆菌门、放线菌门和拟杆菌门为土壤的优势菌群,相对丰度累计超过79%;高寒草甸原核生物的多样性高于高寒沼泽化草甸,两种草甸类型原核生物群落特征具有显著差异性(P0.001)。分子生态网络分析表明,高寒草甸网络具有较长的平均路径距离和较高的模块性,使其比高寒沼泽化草甸网络更能抵抗外界环境变化,在应对气候变化时具有更高的稳定性;典范对应分析(CCA)和分子生态网络的分析结果均表明,土壤p H值是影响土壤原核生物群落特征的主要影响因子。综上所述,土壤微生物群落的组成变化对于评估其对全球气候变化的响应具有重要的指示作用,土壤原核生物群落特征在不同的高寒草甸土壤中具有显著差异,了解其变化规律和影响因子,能为高寒草甸生态系统的适应性管理和应对气候变化提供理论依据。     

青海海北植物群落类型与土壤线虫群落相互关系

土壤线虫是良好的指示生物, 是植物群落演替的重要驱动力, 其生态功能影响着生态系统正常生态效应的发挥。该研究以海北矮生嵩草(Kobresia humilis)草甸、西藏嵩草(Kobresia tibetica)沼泽化草甸、暗褐薹草(Carex atrofusca)沼泽化草甸和金露梅(Potentilla fruticosa)灌丛4种不同植物群落类型的土壤线虫为研究对象, 研究不同植物群落类型下的土壤线虫群落组成、分布特征、物种多样性及其营养类群组成, 分析植物类群结构与土壤线虫群落之间的相关性。主要研究结果: (1)在4种植物群落土壤样本中共分离线虫3 800条, 分属于2纲5目15科30属, 线虫平均个体密度为每100 g干土580条, 随土壤深度增加而递减, 具有明显的表聚性。不同植物群落间的土壤线虫群落组成存在一定差异, 矮生嵩草草甸0-40 cm土壤线虫总数(1 811条·392.5 cm^-3)显著高于其他植物群落类型, 暗褐薹草沼泽化草甸的土壤线虫总数最少(324条·392.5 cm^-3)。4种植物群落下土壤线虫的优势属和营养类群组成存在差异, 这种差异在矮生嵩草草甸与暗褐薹草沼泽化草甸之间表现得尤为明显。 (2)不同植物群落下土壤线虫的多样性指数(H′)和均匀度指数(J′)均为金露梅灌丛最高, 暗褐薹草沼泽化草甸最低, 其两种植物群落间H′差异显著, 而优势度指数(λ)相反, 为暗褐薹草沼泽化草甸最高, 金露梅灌丛最低。表明金露梅灌丛土壤线虫群落多样性最高, 暗褐薹草沼泽化草甸土壤线虫群落多样性最低, 土壤线虫群落趋于单一化。4种植物群落土壤有机质的分解途径均以细菌通道为主。西藏嵩草沼泽化草甸的瓦斯乐斯卡指数(WI)显著高于矮生嵩草草甸, 表明从高寒沼泽化草甸过渡到高寒灌丛、高寒草甸, 土壤肥力不断降低, 沼泽化草甸有利于食微生物线虫的生长。暗褐薹草沼泽化草甸的植物寄生线虫指数(PPI)、成熟度指数(MI)均表现为最低, 表明其生态系统的成熟度较低, 这与暗褐薹草沼泽化草甸土壤含水量较高有关。不同植物群落下的富集指数(EI)、结构指数(SI)均为暗褐薹草沼泽化草甸最高, 由此可以看出暗褐薹草沼泽化草甸的食物网相对连通性较高, 食物链较长, 食物网的阻力相对较小。(3)主成分分析(PCA)结果显示4种植物群落最大贡献属不同。相关性分析表明: 食细菌性线虫数量与西藏嵩草沼泽化草甸有显著的正相关关系; 金露梅灌丛的植物多样性与线虫的H′、J′有显著的负相关关系, 与λ则有显著的正相关关系; WI与矮生嵩草草甸的植物多样性有显著的正相关关系, PPI与矮生嵩草草甸的物种多样性指数有显著的负相关关系。综上所述, 植物群落深刻地影响着土壤线虫群落的多样性。     

The interactive effects of nitrogen addition and increased precipitation on gross ecosystem productivity in an alpine meadow

氮水添加对高寒草甸生态系统生产力的影响 降水变化和大气氮沉降增加对草原生态系统碳交换具有重要的影响,进而影响草地生产力、群落组成和生态系统功能。然而,氮水添加对高寒草甸生态系统碳交换的影响目前尚不清楚。因此,本研究在青藏高原高寒草甸布设氮水添加试验,设置4种不同处理：对照、 加氮、加水和同时添加氮水,对生态系统碳交换过程进行了连续4年的原位观测。研究结果发现,氮添加可以增加总生态系统生产力(GEP)、植物地上生物量、群落盖度和群落加权平均高度(CWMh),而水分添加没有显著影响。生态系统碳交换对氮水添加的响应在干湿年存在显著差异。水分添加仅在干旱年对净生态系统碳交换(NEE)具有显著影响,原因是GEP的增加量大于生态系统呼吸(ER)。相反,氮添加仅在湿润年显著提高了生态系统碳交换,其中GEP的增加归因于NEE的增加量大于ER。结构方程结果表明,氮添加主要通过增加优势种的盖度从而提高NEE。本研究强调了降水和优势物种在调节高寒草甸生态系统响应环境变化中的重要作用。     

干旱生境中接种丛枝菌根真菌对三叶鬼针草

为阐明丛枝菌根真菌对石灰岩地区适生植物三叶鬼针草(Bidens pilosa L.)光合作用的影响,设置正常浇水(A)、中度干旱胁迫(B)和重度干旱胁迫(C)3个水分处理梯度,比较了不同水分处理条件下接种丛枝菌根真菌Glomus mosseae和未接种三叶鬼针草之间净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、胞间CO2浓度、羧化效率、水分利用效率等特征的差异.结果表明,水分胁迫显著降低三叶鬼针草的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和羧化效率.胞间CO2浓度在处理的前期(7d)因干旱胁迫而降低,在后期随土壤含水量的降低而升高;水分利用效率则是中度胁迫的植株、正常浇水处理植株、重度胁迫植株依次降低.在正常浇水条件下接种G. mosseae 对三叶鬼针草光合参数没有产生显著性影响;在中度胁迫条件下,接种植株较未接种植株在水分处理的前28d有更高的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和羧化效率;在重度胁迫条件下,虽然净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和羧化效率接种植株高于未接种植株,但是二者并不显著.研究认为,干旱胁迫对三叶鬼针草光合作用的影响在水分处理的前期表现为气孔因素制约,在后期则主要是非气孔因素的影响;在正常浇水条件下接种G. mosseae 对三叶鬼针草的光合作用没有显著性影响,在干旱胁迫条件下,丛枝菌根真菌通过改善三叶鬼针草气孔导度和羧化效率等减弱干旱胁迫对植株的伤害,但是这种保护作用因为土壤水分的严重匮乏以及土壤干旱的时间延长而受到限制.     

内蒙古锡林河流域植物功能群组成及其水分利用效率的变化——依水分生态类群划分

依照植物水分生态类群,将锡林河流域主要植物种划分为6个植物功能群:旱生植物、中旱生植物、旱中生植物、中生植物、湿中生植物和湿生植物。沿土壤水分梯度,我们调查了8个植物群落的功能群组成及其d13C值。结果表明:1)在水分状况不同的8个群落中,植物功能群的组成有很大差异。在较湿润生境中(沼泽化草甸和盐化草甸),湿中生和湿生植物成为优势种并构成地上生物量的主要部分;在干旱生境中(草甸草原、典型草原和退化草原),旱生和中旱生植物占绝对优势并构成群落生物量的90%以上;2)不同功能群d13C值表现为:旱生植物(-26.38) = 中旱生植物(-26.51) > 旱中生植物(-27.02) > 中生植物(-27.56) = 湿中生和湿生植物(-27.80),表明随着不同水分生态类群所适应生境从干旱到湿润逐渐转变,植物的水分利用效率显著降低;3)在土壤水分状况不同的生境下,旱生植物始终维持相对较高的d13C值和水分利用效率;而中旱生植物的d13C值表现出较大的变化幅度,表明其对土壤水分的改变更敏感;4)旱生植物叶片脯氨酸含量最高;旱中生、中旱生和中生植物次之;湿中生和湿生植物脯氨酸含量最低。不同水分生态类群脯氨酸含量与其d13C值和地上生物量呈显著正相关关系。     

不同组成群落3种共有植物光合生理特征研究

为研究物种在不同群落中光合生理特征的变化,以亚高寒草甸围封恢复地为研究对象,对样地内3个不同组成群落进行样方调查,测定了物种高度及各群落垂直方向上光照强度以及群落中3个共有种披碱草(Elymus dahuricus)、刺儿菜(Cirsium setosum)和紫花苜蓿(Medicago sativa)的净光合速率(Aarea)、叶片氮含量(Nmass)、比叶重(LMA)及光合氮利用效率(PNUE)。结果表明:(1)3个样地的群落组成有明显的差异,豆科植物的增多可以一定程度上改善群落氮养分状况,但植物叶片Nmass还受到群落优势种竞争的影响。(2)同一物种在不同群落的高度不同,不同群落垂直方向上光照强度也不相同,导致同一物种在不同群落中能够获得的光照强度有一定差异。(3)在养分、光照强度有差异的情况下,不同植物的Aarea、LMA及PNUE在不同群落中的变化趋势不尽相同,而Narea与Aarea的关系在总体上、群落间及物种间变化不大,基本上显示了较强的正相关关系。由此可见,群落组成、结构引起的光照及氮素差异是导致同一物种光合生理特征在不同群落中变化的重要因素,但不同物种光合生理特征对光照及氮素变化的响应不同。     

内蒙古锡林河流域植物功能群组成及其水分利用效率的变化--依水分生态类群划分

依照植物水分生态类群,将锡林河流域主要植物种划分为6个植物功能群:呈生植物、中旱生植物、旱中生植物、中生植物、湿中生植物和湿生植物.沿土壤水分梯度,我们调查了8个植物群落的功能群组成及其δ13C值.结果表明:1)在水分状况不同的8个群落中,植物功能群的组成有很大差异.在较湿润生境中(沼泽化草甸和盐化草甸),湿中生和湿生植物成为优势种并构成地上生物量的主要部分;在干旱生境中(草甸草原、典型草原和退化草原),旱生和中旱生植物占绝对优势并构成群落生物量的90%以上;2)不同功能群δ13C值表现为:旱生植物(26.38‰)=中旱生植物(26.51‰)＞旱中生植物(-27.02‰)＞中生植物(-27.56‰)=湿中生和湿生植物(-27.80‰),表明随着不同水分生态类群所适应生境从干旱到湿润逐渐转变,植物的水分利用效率显著降低;3)在土壤水分状况不同的生境下,旱生植物始终维持相对较高的δ13C值和水分利用效率;而中旱生植物的δ13C值表现出较大的变化幅度,表明其对土壤水分的改变更敏感;4)旱生植物叶片脯氨酸含量最高;旱中生、中旱生和中生植物次之;湿中生和湿生植物脯氨酸含量最低.不同水分生态类群脯氨酸含量与其δ13C值和地上生物量呈显著正相关关系.     

干旱区高寒湿地逆行演替下土壤微生物群落结构的研究

【目的】探究高寒湿地逆行演替对土壤性质与微生物群落结构的影响。【方法】以新疆巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地为研究对象,依托逆行演替典型样带(沼泽-沼泽化草甸-草甸),利用高通量测序技术分析各演替区土壤微生物群落结构。【结果】高寒湿地逆行演替改变了土壤微生物在分类操作单元(operational taxonomic unit,OTU)水平上的物种组成,致使草甸区的微生物ACE、Chao1、Simpson、Shannon多样性指数显著低于沼泽区和沼泽化草甸区(P<0.05);随着演替发生,变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、子囊菌门(Ascomycota)的相对丰度均减少,放线菌门(Actinobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、担子菌门(Basidiomycota)、被孢霉门(Mortierellomycota)的相对丰度增加;主坐标法分析(principal coordinates analysis,PCoA)排序分析显示,土壤微生物群落在各逆行演替都出现不同程度的离散...     

漓江上游毛竹生理生态特征对不同土壤水分的响应

漓江上游毛竹林面积大,是我国毛竹最南端产区。该研究针对当地季节性干旱问题,通过模拟降水使土壤水分变化,共设立了5个毛竹水分处理小区(CK.对照;A.无降水+覆膜;B.降水5 mm+覆膜;C.降水10mm+覆膜;D.降水20 mm+覆膜),并与HM(木荷Schima superba)(自然状态)进行对比。结果表明:土壤水分变化影响了毛竹叶片水势和叶绿素的变化,叶片白天水势下降,傍晚均可恢复到凌晨水势。C处理的毛竹午间水势下降值最小,叶绿素含量也最高。本研究区位于最南端产区,毛竹的光合生产力也属偏低水平。适当的土壤水分亏缺,毛竹表现出相对的高净光合速率(P_(n))、高蒸腾速率(Tr)、低水分利用效率(WUE)的特点;过多或过少土壤水分,则为低P_(n)和Tr,但高WUE。毛竹叶片的P_(n)与气孔导度Gs呈极显著的正相关关系,说明毛竹的光合速率受气孔调节明显;Tr与午时叶水势呈负相关(符合二项式函数)关系,土壤水分问题造成的叶片水分不足同时也影响了毛竹的Tr。水分亏缺,P_(n)主要由气孔调节,但水分过多导致P_(n)的下降应该是由气孔导度的下降和叶肉细胞光合能力的下降共同作用的结果。水分过少或过多均对毛竹生理生态过程产生负效应。相对于木荷,毛竹的P_(n)较高,但同时也消耗更多的水分。     

The relative controls of temperature and soil moisture on the start of carbon flux phenology and net ecosystem production in two alpine meadows on the Qinghai-Tibetan Plateau

在温带和寒冷地区,春季植被物候的变化普遍受温度影响。然而,在寒冷地区的干旱/半干旱生态系统中,温度对物候的影响仍难以捉摸,因为土壤水分状况有调节物候的重要作用。利用生长度日(growing degree day, GDD)和生长季节指数(growing season index, GSI)模型,对最低温度(minimum daily temperature, T_min)与土壤水分(daily soil moisture, SM)进行耦合,探索热量需求和水文气候交互作用对青藏高原(QTP)两个不同降水状况的高寒草甸生态系统碳吸收期开始日期(start of carbon uptake period, SCUP)和净生态系统初级生产力(net ecosystem productivity, NEP)的影响。其中,一种是水分限制的高寒草原草甸生态系统,另一种是温度限制的高寒灌丛草甸生态系统。GDD模型和GSI模型与SCUP明显相关联：在湿润的高寒灌丛草甸生态系统中,SCUP对生长季前GDD和GSI的变化同样敏感;而在半干旱高寒草原草甸生态系统中,与GDD相比,SCUP对生长季前GSI的变化更敏感。这些不同模式表明,限制SCUP的气候因子由温度和水分有效性的平衡来决定。在湿润的高寒草甸生态系统中,在不受干旱胁迫的情况下,较高的SCUP温度敏感性可以最大化热效益,正如观察到的SCUPs与GDD模型模拟具有较高的线性相关系数(R²)和AIC。而在半干旱的草原化草甸中,较高的SCUP水分敏感性可以最大化水分效益,正如观测到的SCUPs与GSI模型模拟具有较高的R²和AIC。此外,虽然在高寒灌丛草甸生态系统中SCUPs由GDD决定,但两个高寒草甸生态系统NEP均受累积GSI控制。本研究重点强调湿润和半干旱高寒草甸生态系统水文气候交互作用对春季碳通量物候和植被生产力的影响;揭示半干旱地区高寒草甸生态系统物候和碳平衡模型中应该包括温度和水分条件。这些结果对改善植被物候模型具有重要意义,从而加深我们对将来植被物候、生产力和气候变化相互作用的理解。     

呼伦贝尔草甸草原不同土壤水分梯度下羊草的光合特性

为探索气候变化引起的干旱可能对呼伦贝尔草甸草原生产力造成的影响,利用Li-6400便携式光合测定系统对呼伦贝尔草原4个土壤水分梯度下羊草的光合生理指标进行测定.结果表明:羊草叶片净光合速率的日变化在土壤质量含水量为(40±1)%、(20±1)%及(10±1)%的条件下呈双峰曲线,峰值分别出现在8:00和16:00,有明显的光合午休现象,在干旱胁迫(土壤质量含水量为(5±1)%)条件下变化趋势平缓,曲线双峰特征不明显,净光合速率大幅下降;叶片蒸腾速率和气孔导度的日变化趋势均呈双峰曲线;不同土壤水分梯度下羊草叶片胞间CO2浓度的日变化与净光合速率日变化趋势相反.通过光响应的研究表明,土壤水分胁迫使最大净光合速率、光饱和点、表观量子效率以及水分利用效率降低,而光补偿点升高.干旱胁迫降低了呼伦贝尔草甸草原植被的光合生产能力,从而可能导致草地生产力大幅下降.