Water Supply Changes N and P Conservation in a Perennial Grass Leymus chinensis

Changes in precipitation can influence soil water and nutrient availability, and thus affect plant nutrient conservation strategies. Better understanding of how nutrient conservation changes with variations in water availability is crucial for predicting the potential influence of global climate change on plant nutrient-use strategy. Here, green-leaf nitrogen （N） and phosphorus （P） concentrations, N- and P-resorption proficiency （the terminal N and P concentration in senescent leaves, NRP and PRP, respectively）, and N- and P-resorption efficiency （the proportional N and P withdrawn from senescent leaves prior to abscission, NRE and PRE, respectively） of Leymus chinensis （Trin.） Tzveh, a typical perennial grass species in northern China, were examined along a water supply gradient to explore how plant nutrient conservation responds to water change. Increasing water supply at low levels （〈 9000 mL/year） increased NRP, PRP and PRE, but decreased green-leaf N concentration. It did not significantly affect green-leaf P concentration or NRE. By contrast, all N and P conservation indicators were not significantly influenced at high water supply levels （〉 9000 mL/year）. These results indicated that changes in water availability at low levels could affect leaf-level nutrient characteristics, especially for the species in semiarid ecosystems. Therefore, global changes in precipitation may pose effects on plant nutrient economy, and thus on nutrient cycling in the plant-soil systems.     

羊草群落的水分利用

羊草(Leymus chinensis (Trin．)Tzvel．)群落的土壤水分具有明显的成层性：O-40cm是根系集中分布层,受降水和蒸散的直接影响,称为蒸散与降水相互作用层;40-120cm贮水变化滞后于根系层贮水和群落蒸散的季节变化,称为主要贮水层;120cm以下称为水分相对稳定／平衡层。1996年属平水年,生长季末土壤水盈余18mm;1998年属丰水年,在连续强降雨时发生渗漏,生长季末土壤水亏缺15mm。蒸腾-蒸散比(T/ET)不仅反映群落的繁茂和活力,而且反映植物对环境水资源的利用状况。1998年8月T/ET值较小(0．5),6月达O．7,7月受降水少影响而有所降低(O．6),8月水分利用效率达到最大(O．9),9月降到O．6。水分利用效率(WUE)在良好的水分条件下(1998年),主要受植物自身生长速度的限制,其季节变化与生长大周期吻合。深入分析WUE和T/ET的内涵,提出蒸散效率(ETE)的概念,能更好地反映植物对环境水资源利用的状况或程度,具有实际意义。     

羊草群落的水分利用

羊草(Leymus chinensis (Trin.)Tzvel.)群落的土壤水分具有明显的成层性:0～40 cm是根系集中分布层,受降水和蒸散的直接影响,称为蒸散与降水相互作用层;40～120 cm贮水变化滞后于根系层贮水和群落蒸散的季节变化,称为主要贮水层;120 cm以下称为水分相对稳定/平衡层.1996年属平水年,生长季末土壤水盈余18 mm;1998年属丰水年,在连续强降雨时发生渗漏,生长季末土壤水亏缺15 mm.蒸腾-蒸散比(T/ET)不仅反映群落的繁茂和活力,而且反映植物对环境水资源的利用状况.1998年8月T/E7值较小(0.5),6月达0.7,7月受降水少影响而有所降低(0.6),8月水分利用效率达到最大(0.9),9月降到0.6.水分利用效率(WUE)在良好的水分条件下(1998年),主要受植物自身生长速度的限制,其季节变化与生长大周期吻合.深入分析WUE和T/E的内涵,提出蒸散效率(ETE)的概念,能更好地反映植物对环境水资源利用的状况或程度,具有实际意义.     

氮、磷和水分供给对羊草枯叶分解质量的影响

研究不同氮(N)、磷(P)和水分梯度上植物枯叶的N和P浓度及C : N和C : P的响应格局, 对于预测N沉降增加和降水格局改变对枯叶分解乃至养分循环的潜在影响具有一定的实践意义。该研究通过3个盆栽控制试验(N、P添加试验: 0、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0、16.0、32.0、64.0和128.0 g N(P)∙m^-210个水平; 控水试验: 3 600、3 900、4 500、5 100、6 000、7 200、9 000、12 000、 18 000和36 000 mL∙pot^-110个水平), 探讨了这些环境因子改变对羊草(Leymus chinensis)枯叶分解质量的影响。结果表明, 在一定范围内, N添加提高了羊草枯叶的N浓度, 降低了C : N, 对P浓度和C : P没有明显的影响; P添加提高了枯叶的N和P浓度, 降低了C : N和C : P; 供水量增加显著降低了枯叶的N和P浓度, 提高了C : N和C : P。这表明, N、P和水分因子的改变影响了植物枯叶的性状, 且不同梯度的影响程度不同。因此, 全球气候变化可能影响植物枯叶的分解质量, 进而可能改变植被-土壤系统的养分循环。     

凋落物层对东北羊草草原微环境的影响

采用模拟方法,建立不同量凋落物层,凋落物量范围为0～1000g.m-2,梯度为100g.m-2,探讨凋落物层对草原微环境影响。研究结果表明,土壤水分总的趋势随着凋落物量的增加,土壤含水量逐渐提高,当凋落物量达到一定时趋于平稳状态;地表温度和地下温度(5cm)变化趋势在各月份基本相似,均随凋落物层厚度增加而降低,至一定厚度达到稳定;土壤pH值和电导率与凋落物量均呈显著负相关;有凋落物层土壤中有机质、N、P、K的含量均高于无凋落物层的含量,其含量随凋落物量而逐渐升高。凋落物平均每增加100g.m-2,有机质提高17.9%,N提高7.6%,P提高26.4%,K提高3.8%。当凋落物量达600g.m-2时,有机质含量比无凋落物层提高了近1.8倍,N提高81.5%,P提高1.8倍,K提高24.6%。     

大气CO2倍增对草原羊草的影响

羊草（Ｌｅｙｍｕｓｃｈｉｎｅｎｓｉｓ）是亚洲东部草原地带性植被的优势植物之一。羊草群落在我国广泛分布于东北和内蒙古东部,是该地重要的放牧场和割草场。羊草已广为栽培并建立了人工草地,是家畜优质的饲料植物。关于在自然条件下草原地区羊草的生长发育节律、光合...     

Relationships between soil nutrients and plant functional traits in different degradation stages of Leymus chinensis steppe in Nei Mongol,China

Aims Understanding ecological implications of plant functional traits is helpful in exploring community assembly under different environments of nature and human disturbances, and then to reveal the maintenance mechanism of the ecosystem services. By analyzing vegetation and soil data derived from field observations in Leymus chinensis steppe of Xilin River Basin in Nei Mongol, we aimed to explore the responses of plant functional traits to changing soil nutrients at different degradation stages. Methods We observed 69 plots for both plant community structure and soil attributes using quadrat and soil-drilling methods. Five plant functional traits, namely the specific leaf area (SLA), leaf dry matter content (LDMC), leaf carbon to nitrogen ratio (C:N), leaf lignin content (LLC), and maximum height (MH), were measured for each plot. We also tested soil attributes, such as total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), available nitrogen (AN), available phosphorus (AP), and organic carbon (OC). The sixty-nine communities were classified into four groups (undegraded L. chinensis + forbs, slightly degraded L. chinensis + Stipa sp., moderately degraded L. chinensis + Cleistogenes squarrosa, and heavily degraded L. chinensis + Artemisia frigida) using TWINSPAN software. The relationships between plant functional traits and soil nutrient variables were analyzed for the four community groups using the Pearson’s correlation test with SPSS 21.0 software. Important findings (1) The soil nutrients decreased with the grassland degradation process and there were significant differences in TN and TP between the undegraded L. chinensis + forbs and heavily degraded L. chinensis + A. frigida communities; (2) plant functional traits also showed strong differences between the degradation stages. MH and C:N decreased with degradation. A significant difference was observed in MH between the undegraded L. chinensis + forbs and slightly degraded L. chinensis + Stipa sp. communities. The difference in C:N was also significant between the undegraded L. chinensis + forbs and heavily degraded L. chinensis + A. frigida communities; (3) the effects of soil nutrients on plant functional traits changed with grassland degradation. AN was negatively correlated with MH, LLC, and C:N in the slightly degraded L. chinensis + Stipa sp. community. In the moderately degraded L. chinensis + C. squarrosa community, those three traits mentioned above showed significantly positive correlations with TP; (4) while analyzing the degraded grassland, different relationships between plant functional traits were found. In the slightly degraded L. chinensis + Stipa sp. community, LLC was positively correlated with all other traits. Moreover, positive correlations also occurred between C:N and MH, C:N and LDMC, and C:N and LLC. In the heavily degraded L. chinensis + A. frigida community, all traits demonstrated the most significantly positive correlations.     

羊草种群能量生殖分配的研究

对羊草种群能量生殖分配规律研究表明,在羊草种群中,各构件热值的大小顺序为穗〉营养枝叶鞘〉生殖枝叶鞘〉营养枝叶〉营养枝茎〉生殖枝茎〉生殖枝叶〉凋落物;营养生长和生殖生长的能量分配比例的大小顺序为营养枝〉根茎〉凋落物〉生殖枝;各构件能量分配比例的季节动态也有差异,在羊草种群的生殖枝构件中,茎和叶鞘的分配比例较大,而穗和叶的能量分配比例较小。     

Combined effects of nitrogen addition and litter manipulation on nutrient resorption of Leymus chinensis in a semi‐arid grassland of northern China

Plant growth in semi‐arid ecosystems is usually severely limited by soil nutrient availability. Alleviation of these resource stresses by fertiliser application and aboveground litter input may affect plant internal nutrient cycling in such regions. We conducted a 4‐year field experiment to investigate the effects of nitrogen (N) addition (10 g N·m^?2·year^?1) and plant litter manipulation on nutrient resorption of Leymus chinensis, the dominant native grass in a semi‐arid grassland in northern China. Although N addition had no clear effects on N and phosphorus (P) resorption efficiencies in leaves and culms, N fertilisation generally decreased leaf N resorption proficiency by 54%, culm N resorption proficiency by 65%. Moreover, N fertilisation increased leaf P resorption proficiency by 13%, culm P resorption proficiency by 20%. Under ambient or enriched N conditions, litter addition reduced N and P resorption proficiencies in both leaves and culms. The response of P resorption proficiency to litter manipulation was more sensitive than N resorption proficiency: P resorption proficiency in leaves and culms decreased strongly with increasing litter amount under both ambient and enriched N conditions. In contrast, N resorption proficiency was not significantly affected by litter addition, except for leaf N resorption proficiency under ambient N conditions. Furthermore, although litter addition caused a general decrease of leaf and culm nutrient resorption efficiencies under both ambient and enriched N conditions, litter addition effects on nutrient resorption efficiency were much weaker than the effects of litter addition on nutrient resorption proficiency. Taken together, our results show that leaf and non‐leaf organs of L. chinensis respond consistently to altered soil N availability. Our study confirms the strong effects of N addition on plant nutrient resorption processes and the potential role of aboveground litter, the most important natural fertiliser in terrestrial ecosystems, in influencing plant internal nutrient cycling.     

割一年休一年割草制度下羊草群落植物多样性动态变化

利用1982—2002年样方观测资料,对典型草原区羊草草原群落割一年休一年刈割处理过程中的植物多样性变化规律及引起这些变化的主要植物种群进行了研究。结果表明:建群种羊草的个体数量先下降然后略有上升,但总体呈下降趋势;偶见种和伴生种增加,但组成有所不同。就群落多样性而言,多样性指数和均匀性指数均呈现一个明显高峰值的单峰曲线,物种分布的均匀度是影响多样性指数变化的主要因子。群落主要植物种群密度、生物量与多样性指数存在显著的相关关系,这与它们在群落中的作用有关。     

羊草OEE1基因的克隆及盐胁迫下的表达

从羊草(Leymus chinensis )叶片cDNA文库中克隆得到可能编码33 kD的光系统Ⅱ(PSⅡ)外周蛋白(oxygen-evolving enhancer protein1,OEE1)全长cDNA(GenBank登录号为EF583851),命名为LcOEE1.序列分析结果表明,该cDNA全长1 107 bp,5′非编码区为32 bp,3′非编码区为71 bp,编码区长987 bp,编码328个氨基酸.BALSTp比对发现,该基因氨基酸序列与已报道的小麦和水稻中的OEE1序列具有95%和94%的相似性.聚类分析表明,该基因与小麦和水稻的亲缘关系较近,与拟南芥和菠菜OEE1基因的亲缘关系较远.Northern杂交结果表明,在200 mmol/L的NaCl处理7 d的幼叶中,OEE1 mRNA的表达量明显高于未处理的对照,说明羊草中OEEl基因受盐诱导.     

羊草光合作用相关基因的克隆与分析

在构建了羊草叶片cDNA文库的基础上,利用M13载体通用引物筛选其亚文库,挑选阳性克隆进行测序,将测序结果在NCBI基因库中进行比对,得到一个Rubisco大亚基基因全长序列和Rubisco小亚基基因部分序列,并对其核苷酸及其编码的氨基酸序列进行分析。结果显示,Rubisco大亚基基因长度为1 796 bp,与禾本科大麦、小麦、野雀麦、粗山羊草、旱麦草、异形花草、黑麦等的核苷酸序列同源性达98%以上;羊草的Rubisco小亚基基因部分序列含有一个开放阅读框,其长度为186 bp,编码61个氨基酸,与禾本科的小麦、大麦、燕麦、黑麦以及扁穗雀麦Rubisco小亚基基因氨基酸序列的同源性分别为93%、93%、91%、91%、92%。羊草Rubisco基因的克隆与分析有利于进一步研究其光合作用效率。     

不同地理种群羊草的遗传分化研究

以不同种群羊草为实验材料（包括内蒙古高原的稆草原类型：荒漠草原,典型草原,草甸草原及吉林盐碱地羊草）,分别从个体（叶长,叶宽,株高,分蘖数,根茎芽数等特征及根茎叶的扫描电镜结构）,生理（在ＰＥＧ胁迫下叶片的电阻电导,ＳＯＤ和ＰＯＤ的活性,脯氨酸和丙二醛的含量等）,细胞（染色体核型）,同工酶及ＤＮＡ（ＲＡＰＤ）等几个水平较为系统地研究其遗传分化以及对水因子的适应机理,并进行了大量的聚类分析,发现：不     

羊草(Leymus chinensis)草地雨天放牧与非雨天放牧的绵羊采食特征

通过受控实验,比较了雨天和非雨天放牧在采食方式、采食损失量、践踏折损率以及土壤含水量和容重的差异.得出雨天放牧条件下,羊草各种采食方式的比例降低,去顶量依旧随放牧压升高而增加,但与非雨天放牧不同的是不再占主要比例.羊草采食损失量与非雨天差异不大,对于适口性更高的植物,如芦苇和全叶马兰,雨天放牧时损失更高.绵羊在冷湿环境中活动明显减少,羊草的践踏折损率各放牧压下差异不大,但芦苇的折损率依旧表现为随放牧压增强而增加.放牧后土壤15cm的含水量都低于对照小区,表明绵羊践踏加速了土壤水分的蒸发.放牧后土壤容重与放牧前和非牧区差异显著,并且容重随放牧压增强而增加.     

羊草绿叶氮、磷浓度和比叶面积沿氮、磷和水分梯度的变化

全球气候变化包括氮沉降增加和降水格局改变, 影响着生态系统的生物地球化学循环, 进而可能会对植物的养分保持特性产生影响。研究不同氮、磷和水分梯度上植物叶片养分特性的响应格局, 对于预测氮沉降增加和降水格局的改变对植物养分策略的潜在影响, 具有一定的理论与实践意义。该研究通过3个盆栽控制实验 (施氮肥实验:0、0.5、1、2、4、8、16、32、64和128g·m-2等10个水平;施磷肥实验:梯度同施氮肥实验;控水实验:3600、 4000、4500、5143、6000、7200、9000、12000、18000和36000ml-pot-1等10个水平), 探讨了羊草 (Leymuschinensis) 绿叶氮、磷浓度和比叶面积 (Specificleafarea, SLA) 对这些环境因子改变的响应。结果表明, 在一定范围内, 施氮肥提高了羊草绿叶比叶面积和绿叶氮浓度, 但对绿叶磷浓度没有明显的影响;施磷肥显著提高了绿叶比叶面积、绿叶氮浓度和绿叶磷浓度;供水量增加提高了羊草绿叶比叶面积, 降低了绿叶氮浓度, 但对绿叶磷浓度无显著影响。这表明, 氮、磷和水分因子的改变影响了植物叶片的养分保持能力, 且不同梯度的影响程度也不同。因此, 全球气候变化可能影响植物养分利用策略, 进而可能对植被-土壤系统养分循环产生影响。     

内蒙古草原羊草物候与气象因子的关系

研究温带草原植物物候与气象因子变化的关系,对于提高草原净初级生产量和碳收支估算的精度,掌握放牧的时宜及其区域差异,具有重要的科学意义和实践价值.该文利用内蒙古草原7个牧业气象试验站1983～2002年的羊草物候观测数据,对返青和黄枯日期与气温和降水量的关系进行了统计分析.结果表明:(1)所有站点的年平均气温均呈显著升高的趋势,多数站点的年降水量呈不显著减少的趋势;同时,各站羊草返青期和黄枯期均以显著提前的趋势占优势,多数站点的生长季节(返青到黄枯的期间)呈缩短的趋势.(2)在区域尺度上,羊草返青日期与返青前一个月均温的负相关最为显著,气温每升高1℃,返青期约提前2.4d;在站点尺度上,森林草原区站点的羊草返青期早晚主要受返青前一个月均温(负相关)的影响,典型草原区站点的羊草返青期早晚主要受前一年10月或11月到返青期累积降水量(负相关)的影响,森林草原区最北部额尔古纳右旗的返青期早晚受返青前一个月均温和前一年10月到返青期累积降水量的共同影响.(3)在区域尺度上,羊草黄枯日期与黄枯前一个月均温的负相关最为显著,气温每升高1℃,黄枯期约提前3.7d;在站点尺度上,羊草黄枯期早晚与前期气温以负相关为主,与前期降水量以正相关为主.     

羊草种子休眠机制及破除方法研究

羊草种子休眠程度深、发芽率低是限制栽培利用的重要因子.采用不同破除羊草种子休眠的方法,测定各处理对种子萌发的影响,以探索破除羊草种子休眠的有效途径.结果显示:(1)刺破种皮的裸种子较完整种子的萌发率、吸水速率、生活力分别由对照的6%、63%、0%显著增加到60%、86%、94%.(2)完整羊草种子分别用清水浸种1 d、30% NaOH浸种80 min、清水浸种1 d后用30% NaOH浸种60min其萌发率由6%分别显著提高到36%、60%、84%,而各浓度赤霉素处理完整种子其萌发率较对照均无显著变化. (3)采用清水浸种1 d后用30% NaOH处理60 min,再施加200 μg/g GA3综合处理,可使羊草完整种子的发芽率由6%提高到91%,接近其种子生活力94%.研究表明,羊草种子的稃与种皮不影响种子水分的吸收,但影响种子对GA3的吸收、不同程度地阻碍大分子物质的渗入、限制羊草种子内部萌发抑制物的渗出,从而引起种子休眠;分析认为稃和种皮以及种子内部萌发抑制物质是引起羊草种子休眠的主要原因.     

内蒙古典型草原生态系统中N素添加对羊草和黄囊苔草N:P化学计量学特征的影响(英文)

过度放牧是中国典型草原生态系统日趋退化的主要原因。由于养分输入-输出的不均衡,将导致土壤养分库的耗竭,而确定退化草原受何种养分的制约是对其进行恢复的重要途径之一。应用NP化学计量学的原理和方法,有望代替传统的野外养分添加实验,来研究不同草地受养分限制的状况。本文采用这两种方法在物种水平上研究限制性养分。此外,陆地植物器官中的NP比相对恒定是植物在地球上生存的重要适应机制,养分添加为验证这一假说提供了一种有效手段。为此,我们采用野外N素添加的方法,研究了内蒙古典型草原两种演替系列样地中(围封22年的样地A和围封2年的样地B)羊草(Leymuschinensis(Trin.)Tzvel.)和黄囊苔草(CarexkorshinskyiKom)生物量和NP化学计量学特征的变异。N素添加梯度分别为0、5、15、30、50、80gNH4NO3.m-2.a-1。研究结果表明,在施肥第一年,两个物种的地上生物量和P含量均不受N素添加的影响;相关分析结果表明,在施肥第二年两种植物的NP比不受氮素添加的影响;施肥可以显著提高羊草和黄囊苔草地上器官的含N量,P含量只是在第二年有显著增大的趋势;2001年,两块样地中羊草和黄囊苔草的氮磷含量在不同施肥处理下均呈极显著地正相关。这表明,样地A中黄囊苔草缺乏P,样地B中羊草缺乏N,施肥两年后,两个物种器官中的N     

内蒙古典型草原生态系统中N素添加对羊草和黄囊苔草N:P化学计量学特征的影响

过度放牧是中国典型草原生态系统日趋退化的主要原因.由于养分输入-输出的不均衡,将导致土壤养分库的耗竭,而确定退化草原受何种养分的制约是对其进行恢复的重要途径之一.应用N:P化学计量学的原理和方法,有望代替传统的野外养分添加实验,来研究不同草地受养分限制的状况.本文采用这两种方法在物种水平上研究限制性养分.此外,陆地植物器官中的N:P比相对恒定是植物在地球上生存的重要适应机制,养分添加为验证这一假说提供了一种有效手段.为此,我们采用野外N素添加的方法,研究了内蒙古典型草原两种演替系列样地中(围封22年的样地A和围封2年的样地B)羊草(Leymus chinensis(Ttin.)Tzvel.)和黄囊苔草(Carex korshinskyi Kom)生物量和N:P化学计量学特征的变异.N素添加梯度分别为0、5、15、30、50、80 gNH4NO3·m-2·a-1.研究结果表明,在施肥第一年,两个物种的地上生物量和P含量均不受N素添加的影响;相关分析结果表明,在施肥第二年两种植物的N:P比不受氮素添加的影响;施肥可以显著提高羊草和黄囊苔草地上器官的含N量,P含量只是在第二年有显著增大的趋势;2001年,两块样地中羊草和黄囊苔草的氮磷含量在不同施肥处理下均呈极显著地正相关.这表明,样地A中黄囊苔草缺乏P,样地B中羊草缺乏N,施肥两年后,两个物种器官中的N、P含量具有显著的协同关系,从物种水平上验证了我们提出的假说.同时,两年的实验结果还表明,生态系统中不同物种对添加N素的响应不同,笼统地界定一个生态系统受某种元素的制约是不恰当的.     

放牧影响下羊草种群生殖生态学的研究

在种群水平上系统研究了放牧对松嫩草原关草种群无性繁殖、有性生殖和生物量的生殖分配的影响。结果表明,放牧制约了羊草种群无性繁殖和有性生殖的更新途径,表现在随放牧强度增加,无性繁殖体营养技密度、根茎牙密度和有性生殖体种子生物量、结实数和生殖枝分化率等指标均显著下降,是生牧后下降迅速。随放牧强度增加,关草种群根茎生物量的分配比例显著增加,而同化器官、非同化器官和种子生物量分配比例都显著下降,极牧阶段几科