景观格局与植物多样性的关系及其空间尺度效应——以浑善达克沙地为例

景观格局是植物多样性的重要影响因素,为了探明沙地景观格局与植物多样性的关系及其空间尺度效应,以浑善达克沙地腹地为研究区,采用样方法进行植物群落学调查,基于GIS和遥感分析技术,分析景观格局指数,计算了10个尺度(100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000m)下33个景观格局指数,利用双变量相关性分析法筛选出不同尺度下与植物多样性显著相关的指数;运用逐步回归的方法识别不同尺度下对植物多样性贡献显著的景观格局指数,并进行拟合检验。研究结果表明:景观格局指数对物种多样性影响具有显著的尺度依赖性。在所有空间尺度,景观格局指数主要对Shannon多样性指数和β指数影响较大;在100m尺度下,Shannon指数逐步回归R~2值达到最大(0.138);β指数在900m尺度下R2值达到最大值(0.2)。拟合检验发现,在500m尺度下,均匀度指数、Shannon多样性指数和β多样性指数实测值和预测值拟合均达到显著水平(P0.05),故认为500m尺度下,景观格局对植物多样性影响较大。因此,在不同尺度下管理和保护沙地植物多样性,应综合考虑景观格局指数的尺度效应,根据需要建立和优化有利于植物多样性的景观格局。     

一株1,4-二噁烷降解菌的分离及其降解性能解析

为应对水环境中潜在致癌物质1,4-二噁烷(1,4-dioxane)的污染,本研究从1,4-二噁烷污染的地下水中,通过富集驯化、分离得到一株1,4-二噁烷高效降解菌株DXTK-010。经过形态学观察、16S rRNA基因序列比对以及基于全基因组的物种分类研究,鉴定该菌株为觧胺胺杆菌(Aminobacter aminovorans)。研究结果表明,该菌株具有较强的环境适应能力,在20−37℃及pH 5.0−8.0下均能有效降解1,4-二噁烷。单因素实验表明,在30℃、pH 7.5条件下降解性能最佳。在优选条件下,该菌株能在24 h内完全降解200 mg/L的1,4-二噁烷,最大降解速率达9.367 mg/(L·h)。菌株DXTK-010对1,4-二噁烷的降解动力学采用Monod方程进行拟合,其最大比降解速率(V_max)为0.224 mg 1,4-dioxane/(mg protein·h),半饱和浓度(K_s)为41.350 mg/L,细胞产率(Y)为0.130 mg protein/(mg 1,4-dioxane),与已报道的降解菌相比,DXTK-010作为优异的降解菌株,扩充了生物修复1,4-二噁烷的菌株资源。全基因组测序揭示其完整基因组包括1条环状染色体和3个质粒。功能基因分析表明,丙烷单加氧酶基因簇和醇脱氢酶基因是其高效降解1,4-二噁烷的关键功能基因。本研究为DXTK-010实际应用于1,4-二噁烷污染修复提供了理论基础。     

放牧对鄂尔多斯高原油蒿草场生物量及植被-土壤碳密度的影响

以围封保护和自由放牧油蒿草场为研究对象,通过野外调查与室内分析,研究了围封和放牧条件下沙地草场生物量和植被-土壤碳密度。结果表明:(1)自由放牧使油蒿群落中植物种类增加,但降低了植物群落盖度。自由放牧不仅导致油蒿草场地上、地下总生物量降低,也使得油蒿地上、地下生物量占群落地上、地下总生物量的比例减小。生长季自由放牧样地凋落物生物量显著大于围封保护样地(P0.05);(2)围封保护样地植被碳密度大于自由放牧样地,土壤碳密度却小于自由放牧样地,但两个样地间差异不显著(P0.05);(3)油蒿草场90%以上的碳储存于土壤中,围封保护样地和自由放牧样地油蒿草场土壤碳密度占植被-土壤系统碳密度的91%、93%;(4)围封保护油蒿草场碳密度为2.29 kg/m2,自由放牧油蒿草场碳密度为2.68 kg/m2,两个样地间差异不显著,自由放牧对油蒿草场碳密度影响不大。     

不同生态区域沙地建群种油蒿的钙组分特征

为探索同一物种在不同生态区域钙组分特征的差异,选择我国北方沙地重要建群种油蒿(Artemisia ordosica)为研究对象,采集了内蒙古杭锦旗、乌审旗、阿拉善左旗以及宁夏盐池县和陕西榆林市榆阳区不同沙地类型、不同生长阶段的油蒿样品,利用连续组分法测定分析了油蒿的钙组分特征.结果表明,在油蒿的不同器官中,叶水溶性钙和醋酸溶性钙均显著高于枝和根,叶与根盐酸溶性钙均显著高于枝.在不同生态区域,降水量较多的地区油蒿体内水溶性钙含量较多,降水量较少的地区油蒿体内盐酸溶性钙含量较高.分析得知,降水条件较好的地区较高的水溶性钙主要体现在油蒿的叶中,而降水条件较差的地区较高的盐酸溶性钙主要体现在油蒿的叶和根中.油蒿在不同生长阶段钙组分没有显著差异,但不同类型沙地上油蒿的钙组分却有显著差异.可见,不同生态区域的油蒿,生境条件越好体内水溶性钙含量越高,生境条件越差体内盐酸溶性钙含量越高.     

毛乌素沙地三种灌木群落的水分利用过程

沙地柏、黑沙蒿和沙柳是毛乌素沙地的3种优势灌木群落。利用稳定同位素技术研究了3种灌木及伴生植物杨柴主要利用的水分来源,结合叶片稳定碳同位素值与土壤水分监测,从而确定灌木群落如何利用水分。结果表明:7月和9月3种群落内浅层土壤水的稳定氧同位素值接近雨水。沙地柏5月主要利用25 cm浅层土壤水,而7月和9月主要利用10—25 cm浅层和100—200 cm深层土壤水。黑沙蒿和伴生的杨柴5月主要利用10 cm浅层土壤水,7月同时利用10 cm浅层土壤水和150 cm深层土壤水,9月则利用10—150 cm土壤水。沙柳5月主要利用10—25 cm浅层土壤水,伴生的杨柴主要利用50—200 cm土壤水;7月它们同时利用10—25 cm浅层土壤水和100—200 cm深层土壤水;9月都主要利用25—200 cm土壤水。4种植物的叶片稳定碳同位素值存在季节动态和种间差异。常绿灌木沙地柏的叶片碳同位素值比较稳定,而且高于其他3种落叶灌木和半灌木。5月浅层土壤含水量较低时3种落叶植物的叶片碳同位素值较高。因此,降雨补充的浅层土壤水是3种灌木群落利用的主要水分来源。3种灌木及其伴生植物根据不同深度土壤水的...     

沙蒿(Artemisia ordosica)水浸提液对4种伴生草本植物的化感作用

以生长在我国荒漠和半荒漠地区的特有植物沙蒿为供体植物,沙米、虫实、草木樨状黄芪、狗尾草为受体植物,研究了沙蒿根、茎、叶、种子水浸提液对受体植物种子发芽、幼苗生长以及根对NH~+_4和K~+吸收的化感效应的差异,为沙区植被恢复中伴生杂草种类的选择提供理论依据。结果表明:沙蒿水浸提液对4种受体植物种子发芽和幼苗生长均具有显著的化感效应,沙米、虫实、草木樨状黄芪表现为抑制作用,狗尾草表现为促进作用。不同部位沙蒿浸提液的化感作用不同,根浸提液对沙米、虫实、狗尾草的化感效应最强,茎浸提液对草木樨状黄芪的抑制最强。不同植物种及植物的不同发育时期对化感作用的敏感性也不同,在4种受体植物中,沙米受抑制最强,其次为虫实、草木樨状黄芪,且随浸提液浓度增加而显著增强,而狗尾草具有一定的耐受力,表现为促进作用。沙蒿浸提液对受体植物根长的影响最强,其次是种子发芽、苗高和幼苗干质量。浸提液显著降低沙米、虫实、草木樨状黄芪根对NH~+_4和K~+的吸收,增加狗尾草根对NH~+_4和K~+的吸收。研究结果表明雨水淋溶是沙蒿向环境中释放化感物质的途径之一,化感作用在增强沙蒿生存竞争力,扩大种群过程中起着不容忽视的作用,可能是沙蒿单优势种群落形成的原因之一。     

沙蒿AQP基因结构预测及干旱胁迫下的时空表达模式研究

为探究水通道蛋白(AQP)在沙蒿响应干旱胁迫中的作用机制,该研究以青海省柴达木盆地沙蒿为试验材料,采用RACE技术对其AQP基因进行扩增,获得沙蒿AQP全长克隆并对AQP蛋白进行结构预测和分析;采用qRT-PCR对沙蒿AQP基因在不同程度干旱胁迫以及不同组织部位的表达模式进行分析。结果表明:(1)成功克隆获得沙蒿AQP基因长746 bp的片段1和长534 bp的片段2,经拼接后得到全长cDNA序列,沙蒿AQP基因总长为864 bp。(2)亚细胞定位表明沙蒿AQP基因定位于细胞膜上;同源比对显示沙蒿与向日葵、莴苣、橡胶树等植物的AQP基因具有较高的相似性;结构预测表明AQP蛋白含6个跨膜螺旋结构且亲水性较弱,α螺旋和无规则卷曲为AQP蛋白二级结构的主要构成元件。(3)qRT-PCR分析表明,沙蒿AQP基因随着干旱胁迫的加重呈现有规律的变化,根、茎、叶中表达均上调,且叶中AQP基因表达量上调幅度最大。研究表明沙蒿AQP基因结构特征及其表达模式都是沙蒿对干旱胁迫的一种适应。     

毛乌素沙地降水格局变化对油蒿木质部解剖特征的影响

探究不同降水处理对荒漠植物木质部解剖特征的影响,可以为理解未来降水格局变化下荒漠植物适应性和预测荒漠植被演替趋势提供理论依据。以毛乌素油蒿灌丛植被为对象,通过野外人工控制降水的方法,模拟半干旱气候区降水格局变化趋势,设置3个降水量梯度（减水30%、自然降水、增水30%）以及2个降水间隔梯度（降水间隔5d、降水间隔15d）开展双因素完全随机试验,监测油蒿木质部各个解剖特征参数对不同降水处理的响应。结果表明：（1）随着降水量减少,油蒿的导管数量显著增多,导管密度、导管壁厚度显著增大（P<0.05）。降水间隔时间延长将显著增加油蒿的导管数量、导管密度和平均导管直径（P<0.05）。降水量与降水间隔期对油蒿木质部解剖学特征影响的交互效应不显著。（2）降水量减少和降水间隔时间延长弱化了油蒿潜在最大导水率对导管直径的响应敏感度。（3）在降水量减少和延长降水间隔时间的背景下,油蒿可以通过调整木质部导管参数兼顾水分运输的安全与效率。本研究表明,通过改变木质部解剖学特征参数来适应降水格局改变是油蒿的重要耐旱策略,未来气候变化的大背景下,荒漠植物的水力特征变化需要综合考量降水量和降水间隔的双重影响。     

Ecophysiological behavior ofArtemisia ordosica on the process of sand dune fixation

The population structure and water relations ofArtemisia ordosica were studied at different stages of the sand dune fixation process. Vegetation coverage and biomass increased as the sand dune fixation process progressed. In contrast, individual growth rate decreased in the late fixation stage. On fixed sand dunes the modal age ofA. ordosica plants was higher and seedlings or saplings were rearely observed. On active sand dunes, settlement of seedlings was regulated by sand mobility; that is, seedlings were observed only when sand mobility was below 10 cm per year. Leaf transpiration was highest in active sand dunes. Stand transpiration in fixed sand dunes was lower than in semi-fixed sand dunes. These differences in transpiration were related to a decrease in soil water availability, which was affected by the increase in the aeolian fine soil component during the course of sand dune fixation. The reduction in soil water status and the cessation of sand movement were considered to be important factors in the decline of theArtemisia ordosica community.     

沙蒿与油蒿灌丛的防风阻沙作用

沙蒿与油蒿广泛分布于我国沙漠地区,是沙地植被的重要建群种和优势种。在腾格里沙漠南缘半流动沙地,实测了两种典型固沙植物沙蒿与油蒿的防风阻沙作用,从灌丛空间构型对比分析了其防风阻沙机制。结果表明,沙蒿与油蒿灌丛均具有明显的降低风速作用,但油蒿灌丛较沙蒿灌丛具有更显著的防风作用,而且对灌丛后不同位置、近地面不同高度层风速的降低程度明显不同。在灌丛后6倍株高范围内,沙蒿灌丛对50cm高度风速降低程度显著大于20cm,而油蒿灌丛对近地面20cm高度层风速降低程度显著大于50cm。在相同风速下,油蒿灌丛后20cm高度平均风速是沙蒿灌丛的1/2,而50cm高度平均风速与沙蒿灌丛相近。同时,沙蒿灌丛阻沙作用弱,而油蒿灌丛具有明显的阻沙作用,单株积沙体积达到45.2±16.1dm3,积沙重量达到72.1±25.7kg,油蒿灌丛积沙量大小与灌丛结构间存在显著的正相关。研究表明,紧密型结构的油蒿灌丛是较松散型结构沙蒿灌丛更为理想的防风固沙植物,其灌丛分枝数多、分枝角度小、生物量大且多分布在近地面层是具有显著防风阻沙作用的根本原因,该结论可为干旱区防风固沙植被建设物种选择提供依据。     

水蚀风蚀交错带黑沙蒿灌丛斑块种群结构及动态特征研究

黑沙蒿(Artemisia ordosica)作为黄土高原水蚀风蚀交错带沙地植被演替的先锋植物,对维护该地区生态系统的稳定性起到重要的作用。该研究以黄土高原水蚀风蚀交错带黑沙蒿灌丛斑块作为研究对象,通过对灌丛斑块的样地调查和数据统计,编制了黑沙蒿灌丛斑块的静态生命表,绘制其存活曲线和生存分析函数的曲线,并采用时间序列模型对种群的数量动态进行预测,以揭示水蚀风蚀交错带黑沙蒿灌丛斑块种群结构和动态特征。结果表明:(1)黑沙蒿灌丛斑块数量结构属于增长型,但Ⅰ、Ⅱ级灌丛数目少于Ⅲ级数目。(2)数量变化动态指数(V′pi)趋于零,说明灌丛斑块对外界干扰比较敏感。(3)存活曲线趋于Deevey-Ⅱ,表明黑沙蒿斑块种群各大小级的死亡率基本接近。(4)生存分析和时间序列预测表明,黑沙蒿小灌丛斑块个体的缺乏是未来中灌丛斑块数量衰减的主要原因。研究认为,黄土高原黑沙蒿灌丛斑块在研究区内生长更新良好,能够适应水蚀风蚀交错带的气候环境,种群处于稳定增长状态,为其他植物种群的定居和恢复创造了水养生境条件。     

油蒿叶片资源利用效率变化及其影响因素

植物资源(光、氮、水分)利用效率是反映生态功能适应气候变化的关键指示,然而鲜有研究综合考虑植物资源利用效率间的相对变化及其调控机制。选取宁夏盐池毛乌素沙地优势物种油蒿(Artemisia ordosica)为研究对象,于2017-2019年生长季对油蒿光合生理参数和环境因子进行原位监测,实验室测定叶片比叶面积(SLA)和叶氮含量(LNC),分析叶片光利用效率(LUE)、水分利用效率(WUE)、氮利用效率(NUE)的相对变化特征及其生物和非生物影响因子,探讨油蒿叶片资源利用效率对环境的响应。结果显示:油蒿LUE和NUE的季节变化趋势基本一致,两者呈正相关(R²=0.17;P<0.01),且皆与WUE季节变化不同,无显著关系(P>0.05),WUE波动幅度最高(CV=48%),NUE最低(CV=39%);研究期间LUE、WUE和NUE月均值基本在夏季出现高峰值,分别为0.12 mol/mol,104.02 μmol/mol和11.49 μmol g^-1 s^-1。土壤含水量(SWC)>0.09 m³/m³,叶片资源利用效率不受其影响,而SWC<0.09 m³/m³,WUE和SWC关系为二次函数;SWC调节土壤氮含量(N_soil)和光合有效辐射(PAR)对叶片资源利用效率的影响。叶片资源利用效率与LNC无显著相关性;SLA与LUE显著负相关(P<0.01),与NUE显著正相关(P<0.01),与WUE相关性不显著(P>0.05)。LUE主要受SLA和N_soil影响,NUE主要受SLA和SWC影响,SWC和N_soil还可通过SLA和LNC间接影响LUE和NUE。结果表明水分和土壤氮含量是限制油蒿叶片资源利用效率的主要非生物因子,比叶面积则是调控其资源利用效率的关键生物因子,是深入探究荒漠植物群落对环境响应策略的重要补充。