毛乌素沙地油蒿叶建成成本及相关叶性状沿降水梯度的变化

干旱区植物在如何提高水分利用效率与降低叶建成成本之间可能存在一种权衡。我们假设: 与湿润区植物相比, 干旱区植物能通过调节叶功能性状之间的关系(如通过提高单位面积叶氮含量(N_area)), 实现在相同的叶建成成本下具有更高的水分利用效率。为了验证这一假设, 该研究以毛乌素沙地的广布物种油蒿(Artemisia ordosica)为研究对象, 分析了油蒿叶建成成本沿降水梯度的变化规律及其与比叶面积(SLA)、单位质量叶氮含量(N_mass)、N_area和叶碳稳定同位素比率(δ ¹³C)的关系。结果表明: 油蒿单位质量叶建成成本(CC_m)在不同降水条件下差异不显著, 而单位面积叶建成成本(CC_a)在不同降水条件下虽有显著差异, 但并未随降水减少而明显增加。油蒿CC_m与SLA无显著相关性, 与叶δ ¹³C值呈显著正相关关系。油蒿叶建成成本与N_area呈显著正相关关系, 但这种关系格局在低降水量(264 mm)区与高降水量(310-370 mm)区之间存在策略位移现象——即在相同叶建成成本下, 低降水量区植物比高降水量区植物具有更高的N_area。以上结果表明, 尽管高水分利用效率与高叶建成成本相关, 但与高降水量区植物相比, 低降水量区植物具有较高的N_area并没有导致其叶建成成本增加。     

不同降水条件下两种荒漠植物的水分利用策略

自然降水是干旱、半干旱地区荒漠植物重要的水分来源。为了说明自然降水量的变化对干旱、半干旱地区荒漠植物水分利用策略的影响, 研究了两种常见荒漠植物油蒿(Artemisia ordosica)和白刺(Nitraria tangutorum)在3个不同自然降水地区(内蒙古的杭锦旗和磴口县及甘肃的民勤县)的水分来源、水分利用效率及植物的抗逆能力的变化。测定了不同地区的植物茎水、各潜在水源(降水、地下水和土壤水)的δD和δ¹⁸O值, 并利用IsoSource模型分析了这两种植物在不同地区对这些潜在水源的选择性利用情况; 同时测定了叶片的δ¹³C和游离脯氨酸浓度。结果表明: 在年降水量最高的杭锦旗, 这两种植物对浅层土壤水的利用比例最高, 其中油蒿主要利用0-50 cm土层中的水源; 在年降水量相对较低的磴口和民勤, 植物利用的主要水源为深层土壤水和地下水。随着年降水量的增加, 这两种植物的水分利用效率逐渐降低。白刺的脯氨酸浓度大于油蒿, 与水分利用效率无关, 但油蒿的水分利用效率和脯氨酸浓度成正比。研究表明, 荒漠植物能通过改变其水分利用策略和其他生理特性适应自然降水量的变化, 但不同植物种采用的策略可能有所不同。     

入侵种银胶菊和三叶鬼针草与本地种气体交换特性的比较

以菊科入侵植物银胶菊(Parthenium hysterophorus)和三叶鬼针草(Bidens pilosa)以及与其共生的菊科本地植物小蓟(Cirsium setosum)为对象,比较了3种植物气体交换参数和叶片特性的差异。结果表明,银胶菊和三叶鬼针草的净光合速率(net photosynthetic rate,P_n)、叶绿素含量、比叶面积(specific leaf area,SLA)、叶片单位质量P含量(leaf P content per unit mass,P_(mass))、光合能量利用效率(photosynthetic energy use efficiency,PEUE)和光合氮利用效率(photosynthetic nitrogen use efficiency,PNUE)均显著高于小蓟。植物叶片P_n与水分利用效率(water use efficiency,WUE)、叶片P_(mass)、SLA呈极显著正相关,植物叶片单位质量N含量(leaf P content per unit mass,N_(mass))与叶片SLA、单位质量建成成本(leaf construction cost per unit mass,CC_(mass))、叶绿素含量呈极显著正相关。与本地植物相比,较高的气体交换参数和叶片生化指标有可能是银胶菊和三叶鬼针草成功入侵的原因之一。     

油蒿资源利用效率在生长季的相对变化及对环境因子的响应

为了探明西北半干旱区典型沙生植物油蒿(Artemisia ordosica)叶水平资源利用效率的相对变化及对环境因子的响应机制,该研究于2018年5–10月,使用LI-6400XT便携式光合仪测定了毛乌素沙地油蒿叶片的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(E)、叶表面光合有效辐射(PAR_l)、叶表面温度(T_l)、叶表面相对湿度(RH_l),在实验室计算叶片单位面积氮含量(N_(area)),分析了叶片氮利用效率(NUE)、水分利用效率(WUE)、光利用效率(LUE)与环境因子之间的关系及NUE、WUE、LUE之间的相对变化。研究结果表明,在充足且稳定光强下油蒿的P_n主要受温度的影响,NUE、WUE与VPD_l、T_l之间具有显著负相关关系,NUE、WUE与LUE间为正相关关系,NUE、WUE和LUE最大值分别发生在5、7和9月,分别为9.43μmol CO_2·g~(–1)·s~(–1)、3.86 mmol·mol~(–1)、0.04mol·mol~(–1),资源利用效率的变化主要受P_n的影响。温度通过影响植物N分配来改变P_n,进而影响着资源利用效率,WUE与LUE显著正相关,对构建荒漠区生态系统能量交换过程模型有重要意义。     

云南文山石漠化区车桑子叶脉密度与叶氮含量关系对生境的响应

植物叶脉特征和叶氮含量的变化影响着叶片经济谱的形成,为验证叶片结构中叶脉网络构建提供了理论依据。该文以单位质量叶氮含量(N_(mass))和单位面积叶氮含量(N_(area))分别表示叶氮含量,采取主成分分析、线性回归分析的方法,研究了云南文山石漠化区旷地(Ⅰ)、林缘(Ⅱ)和林下(Ⅲ)3种自然生境下车桑子的叶脉密度(Vein density,VD)与N_(mass)和N_(area)的异速关系。结果表明:从乔灌群落的旷地到林下,车桑子的比叶面积、叶绿素总含量、光能利用率和N_(mass)逐渐增大,光饱和点、光补偿点、水分利用效率、VD、N_(area)逐渐减小,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度呈先增大后减小的趋势。VD与叶氮含量呈不同程度的相关性,在生境I和III,VD与N_(mass)和N_(area)分别具有显著的负相关(P0.05)和正相关(P0.05);在生境Ⅱ,VD与N_(mass)和N_(area)分别呈不显著负相关(P0.05)和正相关(P0.05)。车桑子在旷地强光生境,高VD的叶片含有低N_(mass)高N_(area),而林下荫蔽生境偏向于相反的配置模式,反映了石漠化区植物较强的叶脉可塑性及其与氮利用性状的权衡机制。     

气孔特征与叶片功能性状之间关联性沿海拔梯度的变化规律——以长白山为例

气孔是陆生植物与外界环境进行水分和气体交换的主要通道,控制着植物的光合作用和蒸腾过程。植物往往通过多种性状的组合来适应变化的环境,叶片功能性状之间的紧密关系已经在不同尺度得到证实。然而,植物气孔特征与叶片其它功能性状是否存在关联性以及这种关联性是否会受到环境变化梯度的影响仍鲜少报道。沿长白山北坡6个海拔梯度,测定了150种植物的气孔特征和叶片功能性状。结果发现,气孔密度(SD)与比叶面积(SLA)负相关,与单位面积的叶氮含量(N_(area))正相关;除了SLA和N_(area)外,气孔长度(SL)与SLA、叶片厚度(LT)和单位质量的叶氮含量(N_(mass))均存在显著的相关性(P0.05)。然而,气孔特征与叶片功能性状的相关性只在部分海拔梯度存在。此外,发现SD与SL之间存在稳定一致的负相关关系。这些结果表明,植物气孔特征与叶片形态和化学特征对环境变化的适应存在一定的协同变异性,但这种关系不具有普适性,主要与气孔特征和叶片功能性状的选择压力存在差异以及物种分布范围相关。未来仍需要在更多物种和不同区域内来验证气孔特征与植物功能性状之间的关联关系。     

江西九连山常绿阔叶林主要树种叶建成消耗的比较

叶建成消耗（或叶构建消耗）是指构建单位质量（面积）叶片所需要的葡萄糖当量,是植物碳收获过程中必要的成本投资．反映植物在叶片水平上的能量和碳分配策略。基于热值、灰份含量、叶氮含量和比叶面积的测定,估算了江西九连山常绿阔叶林16个主要树种的叶建成消耗,分析比较了不同树种、不同叶寿命、比叶面积和冠层不同部位对叶建成消耗的影响。结果表明,热值组分的变化对单位质量叶建成消耗的影响最大;树种间单位质量叶建成消耗的差异不大（变化率仅3％～6％）,但其单位面积叶建成消耗则存在显著差异（变化率达27％～28％）;热值和单位质量叶建成消耗与比叶面积密切相关,而比叶面积随取样高度呈显著的降低趋势,最终导致热值及单位质量和单位面积的叶建成消耗均随取样高度呈显著的增加趋势。研究结果指出：（1）较高的叶建成消耗是由于植物叶片内含有较高能量投资的化学组分;（2）叶建成消耗和比叶面积随取样高度的变化综合反映了植物对光照和水分资源垂直梯度变化的可塑性适应。     

贡嘎山常绿落叶阔叶混交林主要树种叶功能性状

以贡嘎山常绿落叶阔叶混交林5种主要树种为研究对象,分析其叶片比叶面积(SLA)、叶干重(LDW)、碳(C)、氮(N)、磷(P)含量、同位素丰度(δ13C、δ15N)等叶属性特征,阐明常绿落叶阔叶混交林主要物种叶片性状的差异以及各种性状之间的相关关系,揭示主要树种叶片的水分和养分利用效率之间的关系以及这种关系对该群落中主要树种共存的影响机制。结果表明:贡嘎山常绿落叶阔叶混交林常绿树种与落叶树种比叶面积存在显著差异,叶片C含量与N、P含量呈显著负相关,N含量和P含量呈显著正相关;SLA与N含量、N∶P呈显著正相关关系,与δ13C、C含量、C∶N呈显著负相关关系,而与P相关性不显著;叶片δ13C与C∶N相关性不显著;SLA较高的叶片具有较高的叶片N含量,较低的叶C含量、氮素利用效率(NUE)和水分利用效率(WUE);叶片的WUE和NUE之间不存在权衡关系,未采用水氮耦合的权衡机制以适应潮湿多雨的环境;孑遗植物康定木兰(Indigofera souliei)和连香树(Cercidiphyllum japonicum)均采用异于非孑遗物种的养分利用策略,形成生态位的分化而共存于群落。     

西藏紫花针茅叶功能性状沿降水梯度的变化

植物叶功能性状与环境因子的关系是近10年来植物生态学的研究热点。该文以广泛分布于青藏高原干旱、半干旱草地的优势植物种紫花针茅(Stipa purpurea)为研究对象, 沿降水梯度(69-479 mm)系统测定了日土、改则、珠峰、当雄和纳木错5个调查地点紫花针茅比叶面积(SLA)、单位重量和单位面积叶氮含量(N_mass, N_area)、叶密度和厚度等叶功能性状以及土壤全氮含量等因子, 试图验证干旱胁迫地区同一物种内SLA-N_mass关系沿降水梯度的策略位移现象是否具有普遍性, 并对是否出现策略位移现象提出可能的解释。研究结果表明: 1) SLA和N_mass与生长季温度和降水以及土壤全氮含量均没有显著关系, SLA与N_mass的关系在干旱半干旱区(年降水/蒸发比< 0.11)与半湿润区(年降水/蒸发比> 0.11)之间并没有出现典型的位移现象; 2)叶密度是决定半湿润区SLA变化的主导因子, 而叶厚度则是干旱半干旱区SLA变化的控制因子, 两者与SLA均呈负相关, 随着温度增加或降水减少, 叶厚度增加而叶密度降低, 导致SLA随温度和降水变化不明显; 3)半湿润区的叶密度增加引起N_area增加, 而干旱半干旱区的叶厚度增加并没有造成N_area的显著变化, 导致N_area沿降水梯度没有显著变化; 4)紫花针茅地上生物量与N_area具有显著正相关关系, 表明N_area的增加有助于提高植被生产力。结果表明, 在干旱胁迫下, 植物通过增加叶厚度来维持不变的N_area可能有助于保持与较湿润地区相似的光合生产和水分利用效率。叶厚度和叶密度对比叶面积的相对影响在干旱半干旱区与半湿润区之间发生转变, 这为进一步检测高寒草地植被的水分限制阈值提供了新思路。     

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。     

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。     

黄土高原水蚀风蚀交错带不同生境植物的叶性状

研究不同生境和不同植被演替阶段的叶性状,将为区域植被建设提供重要科学指导。以黄土高原水蚀风蚀交错带的典型区——神木六道沟流域为研究地点,研究了不同生境植物叶性状的种间和种内差异、退耕地植被演替过程中叶性状的变化及其相互关系。结果表明:(1)不同生境植物的光合特征和叶片结构特征的种间差异较大,这可能是植物长期适应生态环境的结果,同时也与其本身固有的遗传特性有关。(2)在物种水平上,最大光合速率(Pmax)、光合氮素利用效率(PNUE)和比叶面积(SLA)随退耕年限的增加呈显著下降趋势,而水分利用效率(WUE)、叶氮含量(Nmass)与退耕年限相关关系不显著。在群落水平上,除SLA与退耕年限的相关性不显著以外,其它指标皆与物种水平的变化趋势一致。(3)研究区32个物种的Pmax与WUE、PNUE、Nmass呈显著正相关(P0.05),而与SLA的相关关系不显著。PNUE与WUE、SLA呈显著正相关(P0.001),而与Nmass的相关性不显著;物种的Nmass与SLA呈显著正相关(P0.001)。同其它地区相比,研究区物种的Pmax、PNUE、SLA较低。具有较低Pmax、PNUE、SLA的物种可能更适宜研究区土壤贫瘠的生境。     

降水变化和叶龄对油蒿群落植物-土壤化学计量特征与生产力的调控

在掌握典型荒漠植物油蒿化学计量学特征沿随降水量变化的响应特征,并从叶片间的养分协调分配的角度阐明油蒿维持生产力的生物学机制,为气候变化背景下荒漠植被的演变预测提供依据。通过野外降水控制实验的方法,设置6个降水量梯度(减雨70%、减雨50%、减雨30%、自然降水、增雨30%和增雨50%),分别测定不同降水量下油蒿群落生产力及叶片、土壤的化学计量参数。结果表明:1)降水量增加的情况下,油蒿群落土壤TP含量由于淋溶作用而显著降低;降水量减少情况下,油蒿林地土壤SOC、TN、TP含量并未改变。油蒿叶片的SOC、TN含量在降水增加时无显著变化、降水减少时含量增加,降水过多或过少都会降低叶片TP含量。2)不同成熟度的叶片养分元素含量对降水变化具有差异响应。成熟叶片养分含量容易受到环境的影响,幼叶养分元素含量较为稳定,在降水减少的情况下,油蒿优先将C、P分配给了幼叶,选择牺牲成熟叶以维持幼叶的生长。3)油蒿的生产力随降水量的增加而升高,油蒿ANPP在增雨30%处理组达到最大值,但在增雨50%时ANPP降低,这与过量的降水引发土壤养分流失有关。ANPP与幼叶TP含量相关性极显著,与成熟叶各元素含量相关性均不显著,由此可以推测,在降水变化的情境下,油蒿存在养分内在生物学调节机制以实现植株最优生产效率。     

张掖湿地芦苇比叶面积和水分利用效率的关系

密度制约下植物比叶面积与水分利用效率的关系,对于认识土壤-植物-大气的物质循环和能量流动机制具有重要意义。采用样方调查法,研究了3种密度(高密度Ⅰ:210—230株/m~2;中密度Ⅱ:130—150株/m~2;低密度Ⅲ:50—70株/m~2)条件下芦苇种群比叶面积(SLA)和水分利用效率(WUE)的关系。结果表明:随着芦苇种群密度的逐渐降低,湿地群落的土壤含水量逐渐减小,芦苇的株高、叶面积、叶干重、SLA和蒸腾速率(Tr)均呈逐渐减小的趋势,净光合速率(Pn)、叶厚度和WUE呈逐渐增加的趋势;不同密度条件下湿地植物芦苇比叶面积(SLA)与水分利用效率(WUE)的关系存在显著差异(P0.05),在高密度(Ⅰ)与低密度(Ⅲ)样地,芦苇SLA与WUE呈极显著负相关关系(P0.01);在中密度(Ⅱ)样地,二者呈显著负相关关系(P0.05)。不同种群密度的湿地生境中,芦苇通过调整叶片形态构造,使比叶面积和水分利用效率形成了相反的变化趋势,反映了植物适应光照条件、土壤含水量等异质性环境因子的资源利用策略和光合产物积累模式。     

基于较大降水事件的人工固沙植被区植物水分来源分析

水分是干旱、半干旱地区植物生长最主要的限制因子.为了探究较大降水事件后两种常见人工固沙植物柠条与油蒿的水分来源差异,分析降水、土壤水、地下水和植物茎水的氢氧稳定同位素特征,并采用直接对比法和多元线性混合模型对植物水分来源进行分析.结果表明: 沙坡头地区大气降水线方程为δD=7.83δ¹⁸O+5.64(R²=0.91).降水δ¹⁸O值的变化范围较大,具有明显的季节变化规律;生长季前期与后期δ¹⁸O值相对较高,生长旺盛期δ¹⁸O处于较低水平.浅层土壤水δ¹⁸O值变化范围较大,随土层深度的增加,土壤水δ¹⁸O值变幅减小且呈减小趋势.在降水后第一天,柠条和油蒿分别对40～80与20～60 cm土层土壤水利用比例较高,利用比率分别为56.1%和56.4%.降水一周后,柠条与油蒿都不同程度地增加了对浅层土壤水的利用比例.柠条和油蒿对0～40和0～20 cm土层土壤水分利用率分别增加了12.5%和10%.表明在较大降水事件后,柠条和油蒿会通过调整水分利用策略来积极适应干旱环境.     

基于树轮δ13C值的北京山区油松水分利用效率

水分利用效率是深入研究森林生态系统水碳循环耦合关系的重要节点之一。北京山区生态系统是北京市的天然生态屏障,研究该地区植被水分利用效率动态及其对气候变化的响应,对于评估区域碳水耦合关系及研究植物对全球气候变化的响应具有重要意义。利用北京市密云县东部山区红门川流域的油松树轮δ~(13)C序列,分析了长期水分利用效率WUE的年际变化。结合密云站及上甸子站的气象数据资料分析结果表明:(1)自1952年至2014年,北京山区红门川流域油松树轮δ~(13)C值序列呈现上升趋势,变动区间为-23.41‰—-27.63‰,平均为-25.56‰;油松WUE的年际值呈现波动下降趋势,变动区间为5.77—16.53,平均值为9.6,平均每年下降0.175,20世纪80年代左右下降趋势最为显著,且之后维持在相对较低的水平,最低值(5.76)出现在1994年,最高值(16.53)出现在1976年,1964年至1980年期间WUE为研究时段内最高,平均值为13.0。由此可见,在过去几十年中,红门川流域油松林的水分利用效率持续降低,固碳能力下降。(2)油松WUE对气温变化响应较好,总体呈现显著负相关,其中与年均气温相关性指数为r~2=0.8248,P0.01,与生长季平均气温相关性指数r~2=0.6952。平均气温每升高0.1℃,油松WUE下降0.205。且平均气温较高的年份油松WUE下降率比低温年份的WUE升高率大,由此推断,气温上升对油松林生态系统水碳循环及耦合关系影响更为显著。(3)油松WUE随着降水量增加而提高,与降水存在一定的正相关关系,但并不显著;在降水量突然减少之后,油松的WUE值会随之上升,持续一段时期后有回落现象,说明WUE值具有一定保守性。(4)WUE对温度变化的响应较降水变化的响应更加敏感。温度的升高及降水的减少导致植物叶片气孔导度降低,进而影响了植物的固碳速率。     

不同降水条件下科尔沁沙地小叶锦鸡儿和盐蒿的水分利用动态

植物水分来源的判定是干旱半干旱区土壤-植物水分关系研究的重要方面,有助于理解沙地植物对干旱环境的适应机制。该文研究了不同降水条件下科尔沁沙地典型灌木小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和盐蒿(Artemisia halodendron)的水分利用过程。试验采用增减雨装置模拟自然降水方法,设置增雨(+50%)、对照和减雨(–50%)3个处理,利用稳定性同位素技术测量了两种植物木质部水、降水、0–120 cm不同土层土壤水的稳定氢同位素比率(δD)和稳定氧同位素比率(δ~(18)O)值,最后利用Iso Source模型计算了两种灌木对潜在水源的利用比例。结果表明:1)增减雨处理主要影响表层(0–30 cm)土壤水分,增雨处理显著提高了两种灌木地上和地下生物量,且δ~(18)O值随土壤深度增加而降低;而减雨处理δ~(18)O值随土壤深度增加而降低的趋势更加明显;2)在增雨处理下,盐蒿增加了对浅层0–40 cm土壤水的利用比例,而小叶锦鸡儿对各土层水分的利用程度较为平均;在减雨处理下,由于表层土壤含水量较低,两种植物均提高了对深层土壤水的利用比例,其中盐蒿主要用水层次为60–80 cm,而小叶锦鸡儿为60–120 cm;3)就不同降水季节而言,湿季(5–6月)由于降水迅速补给浅层土壤水分,两种植物主要利用0–60 cm的土壤水;旱季(9月)由于降水偏少,小叶锦鸡儿对浅层水分利用急剧减少,转而利用更深层次的土壤水分;而盐蒿对各层次水分利用程度较为均匀。由此可见,同小叶锦鸡儿相比,盐蒿具有更强的抗旱能力及适应性。     

唐古特白刺叶性状及叶片δ13C、δ15N沿降水梯度的变化特征

叶片性状反映了植物对环境的适应能力及自我调控能力。以唐古特白刺天然种群为研究对象,沿300—40 mm年降水梯度,测定了7个样地的唐古特白刺叶片性状及叶片δ~(13)C、δ~(15)N。结果表明:(1)沿降水梯度变化,7个地区唐古特白刺叶宽、长宽比、叶厚、叶面积、比叶面积、叶氮含量、叶片δ~(13)C和δ~(15)N变异性显著(P0.05),而叶长差异不显著(P0.05)。唐古特白刺通过叶片各功能性状间的调节来适应环境的变化,并形成性状间的最佳功能组合。(2)唐古特白刺叶片δ~(13)C与叶面积、比叶面积呈负相关关系,与叶氮含量呈正相关关系,但其相关性均未达到显著性水平(P0.05),仅与地下水埋深表现出了极显著的正相关关系(P0.01)。在降水量小于100 mm的区域,白刺主要利用地下水源,成为隐域植被,从而降低了对其他环境因子的响应。(3)叶片厚度和叶氮含量可以作为体现不同地区间唐古特白刺差异的叶功能性状。数据显示叶片厚度与年平均温度正相关(P0.05),尤其与年最高气温大于35℃日数关系更为密切(P0.01);在高温环境下,叶片增厚的同时叶氮含量显著降低(P0.05),而这一过程中叶片δ~(15)N值却有增加趋势(R~2=0.62,P0.05),因此叶厚度和叶氮含量对叶片δ~(15)N的相对影响在干旱与半干旱区之间发生转变,这为进一步探究干旱区荒漠植被的水分限制阈值提供了新思路。     

降水对鄂尔多斯高原克隆植物分布的影响

鄂尔多斯高原地处半干旱区到干旱区的过渡带。通过沿鄂尔多斯高原从东到西的天然降水梯度的样带调查,分析了克隆植物的分布特征与降水的关系。结果表明:克隆植物的物种数量、占物种总数的比例和重要值以及根状茎型克隆植物的物种数量均与降水量呈显著正相关。5种优势植物克氏针茅、本氏针茅、黑沙蒿、赖草和短花针茅均为克隆植物,它们的分布也受降水影响。克氏针茅的密度、本氏针茅的盖度和密度、黑沙蒿的高度、盖度和密度以及赖草的高度均与降水量呈显著正相关。然而,赖草的盖度以及短花针茅的高度、盖度和密度均与降水量成负相关。因此,克隆植物在鄂尔多斯高原植被中具有重要作用,而且其作用随着降水量的增加而加强。     

黄土丘陵区典型天然灌丛和人工灌丛优势植物土壤水分利用策略

细裂叶莲蒿(Artemisia gmelinii)是黄土高原农地退耕后长期存在的天然植物群落优势种。柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)灌丛是黄土高原防治水土流失的主要人工群落类型。研究它们的水分利用策略对评价气候暖干化趋势下黄土高原生态建设可持续性具有重要意义。该研究以退耕7年的天然草地细裂叶莲蒿群落、退耕30年的天然草地细裂叶莲蒿群落和退耕30年的人工灌木林柠条锦鸡儿群落为研究对象,采用氧稳定同位素比率(δ~(18)O)技术研究其对不同土层土壤水分利用的季节性变化,通过Mix SIR模型量化各土层土壤水分利用的贡献。结果表明:在δD-δ~(18)O分布图上,对黄土丘陵区降水样的氢稳定同位素比率(δD)和δ~(18)O回归分析得到当地的大气降水线,土壤水和植物水中的氢氧稳定同位素组成在δD-δ~(18)O分布图上都位于当地大气降水线的右下方,表明研究区土壤水分中的同位素组成受强烈蒸发影响发生了富集作用。随着季节变化,退耕7年的天然草地细裂叶莲蒿和退耕30年的人工灌木林柠条锦鸡儿植物水分来源可在不同土层之间较为灵活地转换,当浅层(0–40cm)土壤水可利用时,植物主要利用40 cm以上的土壤水分;当浅层土壤干燥时,主要吸收40–80 cm土层土壤的水分。退耕30年天然草地中细裂叶莲蒿主要依赖于0–10 cm表层土壤的水分。这表明在未来极端干旱事件发生频率增大的情况下,退耕7年的天然草地细裂叶莲蒿和退耕30年的人工灌木林柠条锦鸡儿具有更大的生存优势,而退耕30年的天然草地细裂叶莲蒿受干旱等极端天气影响更为严重。