模拟喀斯特不同土壤生境下黑麦草对水分胁迫的生长和光合生理响应

以多年生草本黑麦草为对象,模拟喀斯特生境土壤特征设置浅而宽(Shallow and wide, SW:30×30×5 cm~3)和深而窄(Deep and narrow, DN:10×10×45 cm~3)两种土壤容器,以正常降水量为对照供水(W100%),设减水50%(W50%)和减水70%(W30%)共3种水分处理进行盆栽实验,探究了两种不同土壤生境中土壤水分变化对黑麦草生长及光合生理的影响,以进一步理解喀斯特地区植物的适应对策。结果显示:(1)SW生境对水分变化敏感,随供水减少土壤含水量显著下降。轻度减水下植物叶面积增大,光合速率提高,地上部分生长得到促进,但水分严重减少对其生长和光合生理有抑制作用,但地上质量分数和水分利用效率却显著升高;(2)DN生境保水能力较好,随供水减少土壤水分含量下降较为平缓。叶片相对含水量、气孔导度和比叶面积在各水分处理之间差异不显著,但严重减水条件下总生物量、地上质量分数和水分利用效率均有回升。研究表明:浅而宽生境中植物倾向于通过提高地上部分的生长,保持较高的光合速率,并向地上部分分配较多生物量来应对水分胁迫;而深而窄生境中植物会充分利用土壤空间条件,促进根系的生长来提高对水分的吸收,从而维持植物的生长。     

不同程度南方菟丝子寄生对入侵植物三叶鬼针草生长的影响

生物入侵严重影响了生态系统的结构和功能。菟丝子属植物可以有效地抑制入侵植物的生长,恢复本地群落,是一种有效的生物防治剂。本文以本地寄生植物南方菟丝子（Cuscuta australis）和三叶鬼针草（Bidens pilosa L.）为研究对象,采用不同数量的南方菟丝子茎段（长度15cm）寄生入侵植物三叶鬼针草来形成不同的寄生程度（寄生I、II、III分别由1、2、3段南方菟丝子茎段寄生）,分析不同程度的寄生对寄主三叶鬼针草补生长的影响,并探讨寄生植物对寄主补偿生长的诱导。南方菟丝子寄生34d之后,三种程度的寄生均可显著抑制三叶鬼针草生长。寄生III处理组的南方菟丝子生物量显著大于寄生I和寄生Ⅱ处理组。不同寄生强度对三叶鬼针草生长的影响具有一定的差异。寄生II和寄生III的三叶鬼针草叶生物量、茎生物量、地上生物量、地下生物量、总生物量、株高与冠幅均显著低于寄生I,但相互之间不存在显著性差异;寄生II的三叶鬼针草的叶面积、根长和根体积均显著低于寄生I,寄生III的叶面积和根长高于寄生II,但与寄生I及寄生II之间不存显著性差异,寄生III的根体积显著高于寄生II,但与寄生I之间不存在显著性关异。与对照相比,不同程度寄生下三叶鬼针草的NAR和RGR极显著降低。寄生II的三叶鬼针草的RGR显著低于寄生I,寄生III的三叶鬼针草的RGR高于寄生II,但与寄生I及寄生II之间均不存在显著性差异。寄生II与寄生III的三叶鬼针草的NAR显著低于寄生I组,但相互之间不存在显著性差异。除寄生I处理组外,寄生II与寄生III处理导致三叶鬼针草与南方菟丝子的累积生物量均显著低于对照。寄生II处理组的累积生物量要低于寄生I处理组,寄生III处理组的累积生物量要高于寄生II处理组,但显著低于对照组,表明寄生III处理组的三叶鬼针草产生了低补偿生长。由于南方菟丝子寄生显著抑制入侵植物的生物量,因此南方菟丝子仍具有防治入侵植物的潜力。     

多年生黑麦草对干旱胁迫下喀斯特异质生境的生长响应策略

在喀斯特地区异质性生境中,土壤水分含量、植物生存空间和养分状况等的综合作用共同影响植物的生理功能和生长发育。以多年生黑麦草(Lolium perenne L.)为研究材料,通过模拟同质(S-S:浅土-浅土)和异质(S-D:浅土-深土)两种小生境,探究3种施水量(对照:W_0、中度干旱:W_1、重度干旱:W_2)条件下植物对异质生境的适应,主要解决以下问题:异质生境下植物是否会主动寻求高水分、厚土壤、或者更宽阔的生长空间来提高其对异质性生境的适应?降雨量的改变是否会导致植物的适应策略发生改变?主要结果如下:(1)只有在重度干旱(W_2)条件下,异质性生境中黑麦草的株高、分蘖数以及地上、地下生物量和地上、根质量分数显著高于同质生境,而在对照(W_0)和中度干旱(W_1)条件下两种生境均无明显差异。(2)在对照降水(W_0)条件下,异质生境中黑麦草浅土区根系生物量、根组织密度较深土区少,比根长、比根面积较深土区大;随着施水量的减少,浅土区根系生物量占整个植株根系生物量的比例呈现先减小、后增大的趋势,深土区的比根长、比根面积逐渐增大,根组织密度逐渐减小。以上结果表明,在异质性生境中黑麦草表现出更强的抵御干旱胁迫能力,且随着干旱程度的加重这种优势更加明显:异质性生境中黑麦草通过将有限的生物量更多的分配在深土区,同时增大深土区根系的根组织密度,使得根系在生长环境好的斑块中大量增生和下扎,使植株获得大量的水分和养分,而浅土区则充分利用较少的资源,通过增大比根长和比根面积、减小根组织密度的方式发展根系,尽可能多地利用浅土区的水分和养分。随着干旱程度的加重,植物在维持浅土区正常生理活动的基础上有限度地增大深土区的生物量;当浅土区比根长、比根面积增大到一定限度时,植物会通过逐渐增大深土区的比根长和比根面积、减小根组织密度的策略来应对干旱胁迫。     

四种菊科植物开花期构件生物量及表型可塑性比较

本文对粤东地区菊科2种入侵植物三叶鬼针草(Bidens pilosa)、加拿大蓬(Conyza canadensis)以及2种本土植物宽叶鼠曲草(Gnaphalium adnatum)、夜香牛(Vernonia cinerea)3种生境下的构件生物量、生物量分配及变异趋势进行了研究,对株高与各构件之间的关系建立了定量化描述模型,以揭示4种菊科植物在不同小生境中各构件的变异大小及生殖分配策略;对4种植物繁殖与营养构件之间的关系进行相关性、回归分析和生长趋势分析,以确定入侵种是否存在较高的表型可塑性。结果表明:三叶鬼针草在贫瘠、干燥的生境中,茎生物量分配显著增大,叶和花序生物量分配有减小的趋势;加拿大蓬在肥沃、潮湿的生境中其茎、叶、花序及总生物量显著大于其他2个生境(P0.01);宽叶鼠曲草和夜香牛在肥力较差、干燥的环境中,根生物量分配增大,茎和花序生物量分配有减小的趋势;三叶鬼针草、加拿大蓬和夜香牛各构件生物量的变异系数宽叶鼠曲草;相关性检验和生长趋势分析显示,三叶鬼针草、加拿大蓬和夜香牛繁殖与营养构件之间为异速生长。因此,三叶鬼针草、加拿大蓬和夜香牛具有较高的表型可塑性,以增强对多样环境的耐受性和适应性。     

不同生境中鬼针草(Bidens pilosa)碳氮磷化学计量特征及其营养利用策略

该研究通过野外采样和实验室测定的方法,研究了三种生境中鬼针草叶和根碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征及其与土壤养分的相关性。结果表明:(1)鬼针草的生境具有不同的资源水平。三种生境的土壤全氮(TN)和速效氮贫乏,有机碳(C)和全磷(TP)较充裕;生境Ⅰ土壤TN含量显著低于其它两个生境,生境II土壤TP含量显著低于其它两个生境,生境III土壤TN、TP含量均大于其它两个生境。(2)不同生境的鬼针草对磷(P)分配策略不同。低N生境的鬼针草叶片P含量根P含量,P较多地分配到植物体地上部分;N、P含量较高的生境中鬼针草根P含量叶P含量,P更多地分配到地下部分。(3)不同生境的鬼针草其地上部分和根的生长速率不同。低N生境的鬼针草叶片N/P和C/P值小,植物体具有较高的相对生长速率,具有地上生长竞争优势;低P生境的植物叶片N/P和C/P值大,植物体具有较慢的相对生长速率;高N、高P生境中根N/P和C/P值小,根具有较高的生长速率,保证了鬼针草的地下生长竞争优势。(4)鬼针草叶片N/P和根N/P之间呈现不显著的负相关关系,植物地上部分和地下部分为异速生长。不同生境的鬼针草具有不同的营养利用和分配策略,保证了植物强大的竞争力和入侵性。     

不同生境下伊犁绢蒿构件生物量特征的研究

以新疆天山北坡荒漠草地典型植物伊犁绢蒿为研究对象,利用多因素相关性分析,从构件水平对不同生境条件下伊犁绢蒿地上与地下生物量构件结构、地上与地下生物量生长规律进行研究,揭示气象因素、土壤因素与地上生物量和地下生物量的关系.结果表明:随着生境中水分和热量条件的改善,伊犁绢蒿构件生物量特征在察布查尔县和奇台县之间存在极显著差异(P＜0.01);地上生物量主要受年均积温、年均降水量、土壤速效养分的正向影响,土壤总盐与地上生物量呈负相关,而地下生物量受年均积温影响较大;不同生境下构件组分对地上和地下生物量的分配率相似,地上都是茎＞花＞叶,地下都是主根＞侧根＞须根;地上和地下生物量随着茎干重和主根干重的增加而增加,其生物量与茎干重和主根干重有相同的物质生产和积累规律.     

不同土壤养分水平下2种外来鬼针草和近缘本地种的比较研究

【背景】鬼针草属白花鬼针草和三叶鬼针草原产于热带美洲,入侵我国后给生态环境、农业经济等造成严重的危害和影响。目前,关于它们的研究主要针对单个物种。为了更好地理解这2种外来鬼针草的入侵能力和入侵机制,本文开展了这2种入侵种与近缘本地种之间的比较研究。【方法】通过盆栽试验,设置低肥和高肥2个养分水平,测量和计算2种外来鬼针草与近缘本地种金盏银盘在不同土壤养分水平下的形态和生长参数、生物量及其分配、繁殖持续期、单株种子产量以及表型可塑性指数等。【结果】在低肥条件下,除了繁殖持续期和种子产量外,2种外来种和本地种的大多数参数均无显著差异。但在高肥条件下,外来种白花鬼针草的总叶面积、比叶面积、叶面积比、繁殖持续期和种子产量明显高于本地种,而三叶鬼针草总叶面积、比叶面积、总生物量、相对生长速率却显著低于本地种。在对土壤养分的可塑性方面,白花鬼针草在株高、总叶面积、比叶面积、总生物量、叶面积比、相对生长速率、平均叶面积比和种子产量方面的可塑性均高于其他2种植物;三叶鬼针草与金盏银盘相比,大多数参数的可塑性指数较接近。【结论与意义】白花鬼针草是一种入侵能力很强的外来种。长的繁殖持续期和高种子产量是白花鬼针草和三叶鬼针草有别于本地种金盏银盘的重要入侵性状。本研究可为揭示三叶鬼针草和白花鬼针草的入侵机制和影响因素提供依据,并为入侵预测和控制提供基本资料。     

不同土壤养分水平下2种外来鬼针草和近缘本地种的比较研究

【背景】鬼针草属白花鬼针草和三叶鬼针草原产于热带美洲,入侵我国后给生态环境、农业经济等造成严重的危害和影响。目前,关于它们的研究主要针对单个物种。为了更好地理解这2种外来鬼针草的入侵能力和入侵机制,本文开展了这2种入侵种与近缘本地种之间的比较研究。【方法】通过盆栽试验,设置低肥和高肥2个养分水平,测量和计算2种外来鬼针草与近缘本地种金盏银盘在不同土壤养分水平下的形态和生长参数、生物量及其分配、繁殖持续期、单株种子产量以及表型可塑性指数等。【结果】在低肥条件下,除了繁殖持续期和种子产量外,2种外来种和本地种的大多数参数均无显著差异。但在高肥条件下,外来种白花鬼针草的总叶面积、比叶面积、叶面积比、繁殖持续期和种子产量明显高于本地种,而三叶鬼针草总叶面积、比叶面积、总生物量、相对生长速率却显著低于本地种。在对土壤养分的可塑性方面,白花鬼针草在株高、总叶面积、比叶面积、总生物量、叶面积比、相对生长速率、平均叶面积比和种子产量方面的可塑性均高于其他2种植物;三叶鬼针草与金盏银盘相比,大多数参数的可塑性指数较接近。【结论与意义】白花鬼针草是一种入侵能力很强的外来种。长的繁殖持续期和高种子产量是白花鬼针草和三叶鬼针草有别于本地种金盏银盘的重要入侵性状。本研究可为揭示三叶鬼针草和白花鬼针草的入侵机制和影响因素提供依据,并为入侵预测和控制提供基本资料。     

不同沙地生境下黄柳(Salix gordejevii)的根系分布和冠层结构特征

对分布于3种不同沙地生境（半固定沙丘、固定沙丘、丘间低地）黄柳灌丛的根系分布（根的数目与深度分布）和冠层结构特征（叶面积指数、平均叶倾角以及当年枝长度分布）进行了研究。半固定沙丘上的黄柳根系最发达（根系分布深,数量大）,固定沙丘的黄柳明显不及前者,而丘间低地的黄柳根系最不发达。粗根（Φ≥5mm）的分布与土壤水分和土壤容重呈显著相关性,细根（Φ<5mm）的分布与土壤容重和紧实度呈极显著相关。不同程度的根系发育导致地上部分的繁茂程度不同分布于半固定沙丘上的黄柳灌丛叶面积指数较大,当年枝平均长度较大,枝长频度分布趋于正态分布;丘间低地的黄柳灌丛叶面积指数较小,当年枝平均长度较小,枝长频度分布趋于对数正态分布;固定沙丘上灌丛的上述特征大致介于二者之间,而其当年枝长度频度符合Weibull分布。     

不同光照和水分下三叶鬼针草与本地种金盏银盘生长特征的比较研究

为探讨三叶鬼针草(Bidens pilosa)成功入侵机制,利用盆栽试验对不同光照和水分条件下三叶鬼针草与本地种金盏银盘(B.biternata)的生长特征进行了比较研究。结果表明,两物种对光和水的变化均具有较大可塑性,但与金盏银盘相比,在有利环境下三叶鬼针草具有较大的株高、叶面积、生物量;在不利环境下,三叶鬼针草具有较大的比叶面积和叶面积比;除叶面积比和叶生物量比外,三叶鬼针草各生理参数的可塑性指数均高于本地种。这说明三叶鬼针草具有较强的表型可塑性和入侵适应性,这些特性促进了其成功入侵。     

Root morphology and water transport of Pistacia lentiscus seedlings under contrasting water supply: A test of the pipe stem theory

Restoration of degraded Mediterranean areas often requires the reintroduction of key-stone woody species but the establishment of seedlings of native species is frequently poor. This is partly due to insufficient knowledge of the ecology of these species at the seedling stage. Fast rooting and efficient water supply under water limiting conditions may be crucial to withstand summer drought and ensure establishment. However, knowledge of the relationship between root morphology and the water transport capacity of Mediterranean woody species in response to drought is still scarce. We evaluated the effect of low water availability on biomass allocation, root morphology and transpiration of a common Mediterranean shrub species, Pistacia lentiscus L. Seedlings of this species were grown in pots filled with soil under glasshouse conditions for 6 months, and irrigated either weekly (W+) or monthly (W?). Low water availability strongly reduced all fractions of biomass, and decreased relative biomass allocation belowground. Average diameter of fine roots colonising the soil was higher in W+ plants, but this resulted in only marginal effects on specific root length. Water limitation did not affect the topology of secondary roots colonising the soil. Surprisingly, the ratio of leaf area to coloniser roots surface area was higher in W? seedlings. Sapwood area was strongly correlated with leaf area, secondary roots cross-sectional area, and surface area of fine roots colonising the soil when all seedlings were pooled. In agreement with the pipe stem theory, the ratio of sapwood area to leaf area was not affected by watering regime. Plant water loss when soils were taken to field capacity was significantly correlated with leaf area, sapwood area, secondary roots cross-section area and coloniser roots surface area. Water loss at high water availability was greatly reduced in W? plants, as leaf area decreased and transpiration rates on a leaf area basis were similar in W+ and W? seedlings. P. lentiscus showed limited capacity to acclimate to low water availability by modifying biomass allocation and root morphology. Thus, parallel to what has been observed aboveground, this species can benefit from periods of high water availability by showing relatively high root growth rates, but may respond poorly to water scarcity.     

松嫩平原不同生育期虎尾草无性系构件生长与生物量分配

以松嫩平原不同生育期的虎尾草无性系为研究对象,分别在虎尾草无性系拔节期和完熟期进行大样本取样,并对其地上、地下各构件的数量性状及生物量分配进行统计分析,研究虎尾草在不同生育期的生长特性及生长策略.结果表明:虎尾草株高、总根长、总根表面积、根体积、地上生物量、地下生物量、总生物量在两个生育期之间均存在显著差异.在两个生育期,地上、地下生物量分配与总生物量呈显著幂函数异速生长关系.在拔节期,总生物量与分株数、总根长、总根表面积和根体积呈显著线性同速生长关系;而在完熟期,均呈显著幂函数异速生长关系.虎尾草无性系在不同生育期存在着不同的生长策略,在拔节期主要采取的是无性系外部空间的优先扩展策略,而在完熟期主要采取的是无性系内、外部空间兼顾的补充和扩展策略.     

地上竞争与地下竞争对科尔沁沙地榆树幼苗生长的影响

榆树疏林草原对科尔沁沙地植被恢复和景观保护有着重要意义.本文采用双因素两水平控制试验,从幼苗生物量、地下/地上生物量、茎高、根茎比、叶片数等方面,研究了草-树地上、地下竞争对科尔沁沙地榆树幼苗生长的影响.结果表明:对于1年生榆树幼苗,单株平均生物量表现为无竞争＞地上竞争＞全竞争＞地下竞争;地下/地上生物量表现为地下竞争＞全竞争＞无竞争＞地上竞争;幼苗高度表现为地上竞争＞无竞争＞全竞争＞地下竞争;根茎比表现为地下竞争＞全竞争＞无竞争＞地上竞争;叶片数表现为地上竞争＞无竞争＞地下竞争＞全竞争.地下竞争对1年生榆树幼苗生长影响显著,而地上竞争对榆树幼苗生长无显著影响.地上竞争与地下竞争对2年生榆树幼苗生长的影响均不显著.科尔沁沙地草本植物对榆树幼苗生长的影响主要通过地下竞争的方式实现,但地下竞争并没有改变榆树幼苗的资源分配方式.随榆树幼苗龄级的增长,草本植物竞争作用的影响逐渐减弱.     

Effects of soil organisms on aboveground multitrophic interactions are consistent between plant genotypes mediating the interaction

Belowground communities can affect interactions between plants and aboveground insect communities. Such belowground–aboveground interactions are known to depend on the composition of belowground communities, as well as on the plant species that mediates these interactions. However, it is largely unknown whether the effect of belowground communities on aboveground plant–insect interactions also depends on genotypic variation within the plant species that mediates the interaction. To assess whether the outcome of belowground–aboveground interactions can be affected by plant genotype, we selected two white cabbage cultivars [Brassica oleracea L. var. capitata (Brassicaceae)]. From previous studies, it is known that these cultivars differ in their chemistry and belowground and aboveground multitrophic interactions. Belowground, we inoculated soils of the cultivars with either nematodes or microorganisms and included a sterilized soil as a control treatment. Aboveground, we quantified aphid [Brevicoryne brassicae (L.) (Hemiptera: Aphididae)] population development and parasitoid [Diaeretiella rapae (McIntosh) (Hymenoptera: Braconidae)] fitness parameters. The cultivar that sustained highest aphid numbers also had the best parasitoid performance. Soil treatment affected aphid population sizes: microorganisms increased aphid population growth. Soil treatments did not affect parasitoid performance. Cultivars differed in their amino acid concentration, leaf relative growth rate, and root, shoot, and phloem glucosinolate composition but showed similar responses of these traits to soil treatments. Consistent with this observation, no interactions were found between cultivar and soil treatment for aphid population growth or parasitoid performance. Overall, the aboveground community was more affected by cultivar, which was associated with glucosinolate profiles, than by soil community.     

Effects of water supply on root traits and biological yield of Durum (Triticum durum Desf.) and Khorasan (Triticum turanicum Jakubz) wheat

The ability of a plant to change its root characteristics to increase the acquisition of soil water is an important adaptation mechanism to water limitation. In this regard, a field study was carried out in the Pannonian region of eastern Austria with two tetraploid wheat genotypes, i.e. Durum (Triticum durum Desf.) and Khorasan (Triticum turanicum Jakubz), during a comparatively wetter and drier year, i.e. 2008 and 2009, respectively. The genotypes showed significant differences in average root diameter and fine root length. All root traits varied with soil depth. The highest root length density and root biomass were observed with Khorasan wheat in 0–10 cm soil depth. Durum wheat showed a stronger response in fine roots to water availability and produced more fine roots in the moist year. Electric root capacitance was higher with Khorasan wheat. Durum showed higher biological yield stability across years with different precipitation with respect to above- and belowground biomass. It produced more leaf area under humid conditions. Khorasan allocated more assimilates to belowground organs in dry conditions, but without positive effect on aboveground biomass.     

黄河三角洲两种水盐生境下芦苇植被根系特征差异研究

为了研究芦苇在黄河三角洲潮水和淡水两种生境条件下的生长差异,特别是根系生态特征差异,分别在潮水区和淡水区选取长势均匀的芦苇群落,测量不同土层电导率、pH值,芦苇株高、密度、茎叶及不同土层主根、须根生物量、离子含量等指标.结果表明,两个区域的表层土壤(0—10 cm)电导率均大于下层土壤,并在20—30 cm土层处电导率...     

土壤水分变化对长白山主要树种蒙古栎幼树生长的影响

选择长白山红松阔叶林主要优势树种蒙古栎为研究对象,人工控制3种施水量研究蒙古栎幼树形态、生物量效应和光合生理特征对土壤含水量变化的响应．结果表明,不同土壤含水量变化显著影响蒙古栎叶片、枝、根的生物量及其分配格局和叶片光合气体交换特征．水分胁迫改变幼树树冠结构,抑制幼树树高、地径、叶片大小、地上和地下生物量;同时,蒙古栎幼树根冠生物量比随着土壤水分含量的减少显著提高;供水量减少对幼树净光合速率、CO2利用率和碳利用率等特征有显著的负向影响;而叶片气孔导度、蒸腾速率和水分利用率对不同土壤含水量反应较复杂,只在土壤含水量较低时,幼树气孔导度、蒸腾速率明显降低,叶片水分利用率升高,表现出蒙古栎树种是干旱可变植物,长期水分胁迫可提高树种的耐旱能力．     

Putting the ‘upstairs–downstairs’ into ecosystem service: What can aboveground–belowground ecology tell us?

Interactions between spatially-separated aboveground and belowground biota exert important influences on the functioning of terrestrial ecosystems. Plant root exudates and litter inputs affect root-associated and decomposer sub-communities, which, in turn, regulate nutrient availability and plant growth. Ecosystem services theoretically attributed to specific functional components of aboveground or belowground biota are, therefore, influenced by indirect (plant-mediated) interactions with the wider community. Some recent studies have considered aboveground–belowground interactions in a climate change context, with implications for altered ecosystem service provision. This review is a conceptual discussion of the mechanisms by which aboveground–belowground interactions affect specific ecosystem services: control of herbivores by natural enemies, insect pollination and nutrient mineralization by soil decomposers. While some mechanisms are well-characterized, others are poorly understood. Reducing root and shoot herbivory, in addition to the direct plant benefit, indirectly promotes antagonism of the spatially-separate herbivore by its natural enemies. Soil decomposers and mycorrhizal fungi can increase shoot herbivore performance such that control by natural enemies is weakened, or initiate bottom-up trophic cascades which strengthen antagonism of shoot herbivores. Aboveground herbivory generally stimulates nutrient cycling by decomposers. Root herbivory and mycorrhizal association both appear to increase floral attractiveness to insect pollinators. Mechanisms reflect alterations to plant growth, nutritional quality and chemical defenses. Climate change has considerable potential to alter aboveground–belowground interactions, with largely unexplored implications for biological control, pollination and soil nutrient cycling.