Variations of root traits in three Xizang grassland communities along a precipitation gradient

根系功能属性及其变异性能够介导物种共存及环境适应策略, 但强烈的环境约束作用能够引起不同物种间根系属性的趋同性。为了研究西藏高寒草原群落中植物根系属性变异规律, 并阐明不同物种资源获取和适应策略的多样性, 该文对西藏高寒草原不同的环境梯度进行了研究。作者自东向西沿着降水梯度在那曲、班戈和尼玛3个自然草原群落进行群落调查, 并采集了共计22种植物。测定了每种植物的一级根直径、一级侧根长度和根系分支强度3个关键根系属性。结果表明: 在西藏高寒草原群落中, 不同物种根系直径普遍较小, 且种间变异非常小(22.76%), 其中86%的物种一级根直径集中在0.073 mm到0.094 mm之间; 相较于直径较粗的物种, 直径越细的物种分支强度越高, 侧根越短。在群落尺度上, 植物主要通过增加根系直径、侧根长度, 降低分支强度的方式来适应水分的减少; 而在物种尺度上, 植物适应水分变化的策略则呈现多样性。     

羌塘高原降水梯度植物叶片、根系性状变异和生态适应对策

叶片和根系是植物获取资源的最重要的器官,其性状随环境梯度的变化反映了植物光合碳获取和水分与养分的吸收能力及其对环境变化适应的生态对策。羌塘高原降水梯度带高寒草地群落叶片和根系成对性状关系研究不仅能揭示环境梯度对植物性状的塑造作用,也可为理解寒、旱和贫瘠等极端环境下植物的适应策略提供依据。为此,选择3组具有代表性的叶片和根系成对性状:比叶面积(SLA)和比根长(SRL);单位质量叶氮含量(LN_mass)和单位质量根氮含量(RN_mass);单位面积叶氮含量(LN_area)和单位长度根氮含量(RN_length),分析不同优势植物地上、地下成对性状变异特征及其与环境因子的关系,探讨植物性状对高寒生态系统水分和养分限制因素的适应策略。研究表明,区域气候和土壤环境导致的叶片性状变异大于根系性状的变异,干旱端的植物既具有高的SRL,又具有高的叶片和根系的养分含量(LN_mass,LN_area和RN_mass)。SLA-SRL、LN_mass     

锡林河流域草原群落植物多样性和初级生产力沿水热梯度变化的样带研究

 用样带法研究了草原群落植物多样性和初级生产力沿海拔和水分梯度的变化,结果表明;在样带梯度上,物种丰富度、多样性和群落初级生产力与海拔高度、年降水量和土壤有机C及全N含量呈正相关,而与年平均气温和干燥度呈负相关。随着海拔高度的降低,降水量的减少,热量和干燥度的增加,以及土壤有机C和全N含量的降低,草原群落的物种丰富度、多样性和初级生产力逐渐降低。典型相关分析的结果揭示出,土壤有机C含量和干燥度是对草原群落物种丰富度和初级生产力具有更大的影响。同时,草地的利用方式和强度对群落植物多样性和生产力也具有较强的影响。     

锡林河流域草原群落植物多样性和初级生产力沿水热梯度变化的样带研究

 用样带法研究了草原群落植物多样性和初级生产力沿海拔和水分梯度的变化,结果表明;在样带梯度上,物种丰富度、多样性和群落初级生产力与海拔高度、年降水量和土壤有机C及全N含量呈正相关,而与年平均气温和干燥度呈负相关。随着海拔高度的降低,降水量的减少,热量和干燥度的增加,以及土壤有机C和全N含量的降低,草原群落的物种丰富度、多样性和初级生产力逐渐降低。典型相关分析的结果揭示出,土壤有机C含量和干燥度是对草原群落物种丰富度和初级生产力具有更大的影响。同时,草地的利用方式和强度对群落植物多样性和生产力也具有较强的影响。     

新疆阿勒泰地区草地类型及植物多样性的研究

基于33个样地、99个样方的野外调查资料,分析了新疆阿勒泰地区草地群落的植物物种多样性特征。结果表明：草地群落间的植物物种丰富度指数、均匀度指数和多样性指数差异显著,丰富度由山地草原、经山地草甸、荒漠草原、草甸化草原、平原荒漠、高寒草甸到山地荒漠依次下降,均匀度指数由山地草原,经草甸化草原、荒漠草原、平原荒漠、山地草甸、高寒草甸,到山地荒漠依次下降,多样性指数从山地草原,经草甸化草原、荒漠草原、山地草甸、平原荒漠、高寒草甸,到山地荒漠呈下降趋势。在群落多样性梯度上,物种丰富度对多样性的贡献率要比均匀度的贡献率小。草地群落的物种丰富度、均匀度和多样性指数随海拔升高均表现为先上升,后下降,峰值出现在1800～2000m的山地草原,且变化趋势一致。     

锡林河流域草原群落植物多样性和初级生产力沿水热梯度变化的样带研究

用样带法研究了草原群落植物多样性和初级生产力沿海拔和水分梯度的变化,结果表明;在样带梯度上,物种丰富度、多样性和群落初级生产力与海拔高度、年降水量和土壤有机C及全N含量呈正相关,而与年平均气温和干燥度呈负相关。随着海拔高度的降低,降水量的减少,热量和干燥度的增加,以及土壤有机C和全N含量的降低,草原群落的物种丰富度、多样性和初级生产力逐渐降低。典型相关分析的结果揭示出,土壤有机C含量和干燥度是对草原群落物种丰富度和初级生产力具有更大的影响。同时,草地的利用方式和强度对群落植物多样性和生产力也具有较强的影响。     

华北山地6个外生菌根树种的根属性及其与菌根侵染率的关系

该研究以共存于同一暖温带森林的6个外生菌根(ECM)树种为研究对象,测定分析不同根序(1～5级)和功能根系(吸收细根和运输细根)的主要形态和构型属性及ECM侵染率,探究不同外生菌根树种的根属性变异模式及其与菌根真菌侵染程度的关系。结果表明:(1)随着根序的增加,不同树种根直径和单根长度均增加,而比根长和根分支强度均降低;根属性在同一根序下均存在显著的种间差异,尤其是2个裸子植物(落叶松和油松)的根直径较其他4个被子植物大。(2)同一树种的所有根属性在吸收细根和运输细根之间均有显著差异;吸收细根和运输细根的根直径、比根长和根组织密度在树种间均存在显著差异,而其单根长度和根分支强度在树种间无显著差异。(3)ECM侵染率以落叶松最高,千金榆和白桦最低,且与根尖直径呈显著正相关关系,与根尖比根长呈显著负相关关系。研究发现,基于根序或者功能根系,根属性在种间的变异模式不完全一致,单根长度和根分支强度在两个功能根系中均没有表现出显著的种间差异;吸收细根的比根长和根分支强度的变异系数较大,对环境变化有较敏感的响应;古老树种的根直径相对较粗,对菌根真菌的依赖性更高。     

降水差异对内蒙古温带草原植物根系和叶片功能性状的影响北大核心CSCD

植物能够调整叶片或根系功能性状的变化来适应气候变化,从而形成多样性的环境适应策略。该研究以内蒙古温带草原降水量存在差异的草原群落(较为湿润的多伦草原和较为干旱的正镶白旗草原)为研究对象,分别测定两个草原群落优势种(多伦20种和正镶白旗13种)和共有种(8种)的根系功能性状(根直径、比根长和根组织密度)和叶片功能性状(叶面积、比叶面积、叶干物质含量、叶碳含量、叶氮含量),分析根叶性状的变异规律及其关系,以探究草种对不同降水环境的适应策略,为不同降水区域草种的选择以及草原经营管理提供理论依据。结果显示:(1)随着降水量的变化,草种的根性状在两个群落间无显著差异,多伦草原植物的比叶面积显著高于正镶白旗草原,而叶干物质含量和叶碳含量则呈相反趋势;两个草原群落的单子叶禾草类植物根直径最小,比根长最大,叶干物质含量最高;单子叶百合科类植物的根组织密度最小,叶干物质含量和叶氮含量最低;双子叶非禾草类植物的根组织密度最大,比叶面积最高而叶面积最低。(2)随降水量的减少,两个群落共有种的叶面积、比叶面积降低,叶干物质含量和叶碳含量增加;其中,羊草、冰草、糙隐子草的直径增加,比根长和根组织密度降低,而猪毛蒿的直径和比根长则呈相反的趋势;糙隐子草、羊草、猪毛蒿的叶氮含量增加,冰草、克氏针茅叶氮含量降低。(3)主成分分析表明,单个草原或综合两个草原的植物根与叶性状几乎不相关。研究表明,单子叶禾草类植物的根系性状在降水变化中差异较为明显,而双子叶非禾草类植物基本没有变化;干旱对植物叶性状的影响大于根性状;在不同降水环境下,草原植物根系存在独特的资源获取方式,根与叶性状对环境变化的适应策略均具有独立性。     

高寒地区煤矿排土场植被恢复研究——以内蒙古扎哈淖尔煤矿为例

高寒煤矿排土场植被恢复是制约我国矿区绿色可持续发展亟待解决问题,内蒙古扎哈淖尔煤矿通过不同的生态措施对排土场进行人工植被恢复的实践。在2020年和2021年对该高寒煤矿排土场75个样地进行野外连续监测,对不同生态恢复措施影响高寒地区内蒙古扎哈淖尔露天煤矿排土场植物恢复过程中的群落组成、盖度、物种多样性进行分析,阐明不同恢复措施在高寒地区煤矿排土场植被恢复中的作用。研究结果表明：从2020年到2021年排土场的植物群落物种数、植被盖度和群落多样性存在显著的季节变化规律;周边原生草原的非人工种植植物随恢复时间增加而不断进入排土场,导致群落物种数显著增加;植物群落多样性在平面、坡面与田字格地形存在显著差异,田字格上Shannon-Wiener多样性指数最低;坡度显著影响群落多样性,同时受到季节变化影响;喷播加灌木种植方式与其他4种播种方式相比显著增加群落香浓维纳多样性指数;但不同坡向、土壤施肥方式和水分灌溉方式对植物群落多样性没有显著影响。研究结果可为完善草原露天煤矿植被恢复技术提供科学依据。     

青藏高原高寒草甸不同海拔梯度下土壤微生物群落碳代谢多样性

土壤微生物群落功能多样性对维持生态系统功能和稳定性具有非常重要的意义。为探究青藏高原高寒草甸不同海拔梯度下土壤微生物碳源利用差异以及影响机制,运用Biolog微平板技术,研究了西藏当雄县草原站4300—5100 m的6个不同海拔梯度下土壤微生物群落碳源代谢多样性。研究结果表明:(1)不同海拔下高寒草甸土壤微生物碳源的利用程度均随培养时间的延长而升高;微生物代谢活性和群落多样性指数均随海拔升高呈现先上升后下降的单峰变化趋势,整体表现4800 m4950 m4400 m4650 m5100 m4300 m;(2)主成分分析表明不同海拔显著影响了土壤微生物群落碳源代谢多样性,其中碳水化合物类、氨基酸类和胺类碳源是各海拔土壤微生物的偏好碳源;碳水化合物类、羧酸类、氨基酸类和胺类碳源的利用强度受海拔影响较大;(3)分类变异分析表明,土壤、植物和气候因素是影响不同海拔碳源利用变异的主要影响因子,可解释不同海拔的碳源利用差异的79.0%;排除环境因子之间的多重及交互作用,偏曼特尔检验表明土壤含水量、植被丰富度和年均降水量是影响不同海拔微生物碳源利用多样性的最重要的环境因子。综上,研究表明青藏高寒草甸不同海拔土壤微生物碳源代谢多样性呈现显著的海拔差异趋势,其海拔差异主要受到土壤含水量、植被丰富度和年均降水量的影响。     

Variations of root traits in three Xizang grassland communities along a precipitation gradient北大核心CSCD

Aims Root functional traits and their variations mediate coexistence and adaptive strategy of plant species. Yet, strong environmental constraints may induce convergence of root traits among different plant species. To study the variations of root traits and clarify the diverse adaptive strategies across plant species, we sampled three alpine grasslands along a precipitation gradient in the Xizang Plateau. Methods In three grassland communities along a precipitation gradient: Nagqu, Baingoin and Nyima from east to west of Xizang Plateau, we collected 22 coexisting plant species and measured three key root traits: 1st-order root diameter, 1st-order lateral root length and root branch intensity. Important findings The main results showed that: (1) the root of plants in the alpine grassland was generally thin, and the interspecific variation was also small (22.76%); (2) the root diameter of 86% plant species was in the range from 0.073 mm to 0.094 mm. Compared with the thick-root species, thin-root species had a higher root branching intensity, but shorter lateral root length. In addition, at community-level, plants mainly increased root diameter and lateral root length, but reduced root branching intensity to adapt to the decreasing precipitation; while at species-level, the plant species exhibited diverse adaptive strategies along the precipitation gradient. © Chinese Journal of Plant Ecology.     

内蒙古和青藏高原草原植物叶片与根系氮利用效率空间格局及影响因素

氮利用效率是植物的关键功能性状, 同时紧密关联生态系统功能, 但是目前对氮利用效率的区域格局及影响因素仍然不清楚。该研究分析了内蒙古和青藏高原草原82个调查地点、139种植物叶片和根系的氮利用效率及其与环境因素、植物功能群之间的关系, 实验结果显示: 1)草甸草原植物叶片的氮利用效率为53 g·g ^-1, 显著大于高寒草甸(46 g·g ^-1)、荒漠草原(41 g·g ^-1)和典型草原(39 g·g ^-1)。高寒草甸根系氮利用效率为108 g·g ^-1, 显著高于其他生态系统。2)叶片氮利用效率比根系对温度更加敏感, 但随着干旱指数的增加, 两者均表现出显著的降低趋势。3)杂类草叶片和根系氮利用效率低于莎草科和禾本科植物, 豆科植物叶片和根系氮利用效率分别比非豆科植物低48%和60%。4)植物氮利用效率与土壤氮含量之间没有显著关系。总体上, 内蒙古和青藏高原草原植物叶片和根系氮利用效率的空间格局存在差异, 主要影响因素为植物功能群和干旱指数。本研究系统揭示内蒙古和青藏高原草原植物氮利用效率的空间格局及关键驱动因子, 有助于在全球变化背景下了解我国草地生产力维持机制, 同时为草原生态系统管理提供科学依据。     

Root and leaf functional trait relations in Poaceae species: implications of differing resource-acquisition strategies

Aims Root systems play an essential role in grassland functioning in both acquisition and storage of resources. Nevertheless, root functional traits have not received as much attention as those measured on above-ground organs, and little is known about their relations. Our objectives were to test whether morphological and root system traits allowed identification of grass species' functional strategies and to determine whether a relation exists between above- and below-ground traits.Methods Functional traits of root tissues (specific root length, diameter, tissue density and nitrogen concentration), whole root systems (root mass, root length density, root mass percentage below a depth of 20cm and fine root %) and two major leaf traits (specific leaf area and leaf dry matter content) were determined under field conditions and their relations were analysed in eleven perennial temperate Poaceae species.Important findings Canonical correspondence analysis along Axis 1 revealed a gradient of species, from those with deep, dense and coarse root systems with a large root mass to those with shallow root systems, thin roots and high specific root length; this suggests strong correlations among root traits. Correlations between specific root length and specific leaf area reveal two groups of species, which probably indicates different drought-tolerance capacities. Root trait syndromes enable ranking grasses along a gradient from conservative-strategy species (from stressful habitats), which display a deep and coarse root system, to acquisitive species (from rich and moist meadows), which display a shallow and thin root system. Although both types display similar above-ground strategies, drought-tolerant species have lower specific root lengths than drought-sensitive species, revealing more conservative root strategies.     

高寒草地植物生存策略地理分布特征及其影响因素

植物性状能够反映植物的生存策略,是植物生态学的研究热点之一。植物CSR策略模型将植物物种分为3类:在资源丰富环境中能够最大程度提高生物量的物种(竞争型物种:C策略);在干扰频率较高的环境中能够快速摄取资源并繁殖的物种(投机取巧型物种:R策略);在资源贫瘠环境中能够保持个体生存的物种(耐受型物种:S策略)。植物叶片性状对环境梯度具有适应性的改变,性状的改变对植物生存策略产生影响,但是青藏高原植物叶片性状是如何影响植物CSR生存策略的,其机制尚不清楚。该研究探究了高寒草地植物CSR生存策略的分布特征,以及环境因子对CSR生存策略的影响机制。2020年7–8月,对青藏高原高寒草地53个样点进行了调查,测定植物叶片叶面积、叶片鲜质量和叶片干质量等性状,并计算C、S、R值。然后,分析关键地理环境要素对植物CSR策略影响的主要因子和作用机理。结果表明:(1)在青藏高原高寒草地,植物的生存策略主要以S策略(41.6%–96.7%)为主。(2)随着经度的增加,青藏高原高寒草地C策略植物所占比例自西向东逐渐上升;在海拔梯度上,高寒草地C策略植物所占比例随着海拔的升高而降低。(3)随机森林分析结果显示降水...     

半附生榕树和非附生榕树的细根性状

榕树作为热带雨林生态系统中的一个关键类群,在维持生物多样性方面发挥着重要作用。本研究以中国科学院西双版纳热带植物园内的榕树专类园区的10种榕属树种(5种半附生,5种非附生)为对象,采用根序法对其细根直径、根长、比根长、比表面积、分枝密度、组织密度、氮含量、碳含量和碳氮比等9个细根功能性状进行了研究,分析了半附生榕树和非附生榕树的细根性状差异;同时结合其原始分布生境,从植物的细根形态功能性状角度阐释其生存策略。结果表明:半附生榕的细根根长、细根直径显著高于非附生榕树(P!0.01),而其比根长和分枝密度显著低于非附生榕树,其余性状之间无显著差异(P>0.05); 10种榕树的细根形态特征与养分特征呈微弱或无相关关系,细根的直径与分枝密度、比根长和比表面积呈显著的负相关。研究认为,不同生活型榕树的根系结构和性状特征差异是对环境的适应表现,分布于山脊干旱环境的半附生榕树细根具有直径较粗、根系长、分枝密度和比根长低的特性,使其具有较好的水分吸收能力,并可能与菌根真菌有更紧密的互利共生关系,从而能适应相对干旱的山脊环境。     

星毛委陵菜根系构型对草原退化的生态适应

对轻度、中度、重度和极度退化的草原群落中星毛委陵菜(Potentilla acaulis)根系构型参数及相应的土壤水分、容重和硬度等指标进行了分析, 以研究星毛委陵菜根系构型对草原退化的生态适应性。结果表明: 1)在以大针茅(Stipa grandis)为建群种的典型草原中, 随着退化程度的加剧, 星毛委陵菜在群落中的作用逐渐增强, 其根幅、根深、一级垂向根数、分蘖子株数和水平分蘖根长度显著增加; 2)根表面积、二级侧根长度、总根长和根分叉数4个根系构型参数是解释星毛委陵菜根系构型对草原退化生态适应的首选指标, 解释力依次减小, 累计贡献率为92.34%; 3)直径2 mm以下的根系对单株系星毛委陵菜的根表面积和总根长影响显著; 4)阔腰倒锥体三维根系构型是星毛委陵菜适应草原退化并使之成为建群种的优势构型。     

青藏高原东北部不同降水梯度下高山林线祁连圆柏径向生长与气候关系的比较

为了了解青藏高原东北部不同降水梯度下, 高山林线处的树木径向生长与气候关系是否存在差异, 在青海东北部从西北到东南沿降水梯度设置3个高山林线采样点: 乌兰县哈里哈图国家森林公园(HL, 年降水量217 mm)、都兰县曲什岗(QS, 281 mm)和同德县河北林场(HB, 470 mm), 运用树轮年轮学方法分析林线优势种祁连圆柏(Sabina przewalskii)的径向生长-气候关系随降水梯度的变化规律。结果表明: 不同降水梯度下, 降水对祁连圆柏径向生长的限制作用差异不明显, 但温度对祁连圆柏径向生长的影响存在显著差异。在低降水区域(HL), 冬、夏季最低气温主要限制祁连圆柏径向生长, 并且在不同气候特征年中无明显变化; 在中降水区域(QS), 祁连圆柏的径向生长明显受冬季最低气温影响, 与低降水区域相比, 春、夏季最低气温对祁连圆柏径向生长的限制作用减弱, 并且主要限制因子在不同气候特征年存在显著变化; 在高降水区域(HB), 冬、夏季最低气温对祁连圆柏径向生长的限制作用不显著, 而春、秋季最低气温对祁连圆柏径向生长的抑制作用显著增加, 并且主要集中在高温年和干旱年。该研究结果并未支持干旱(湿润)区高山林线树木径向生长主要由水分(温度)限制的假说, 但是林线处降水量会影响树木生长与温度的关系。随着青藏高原东北部暖湿化加剧, 不同地区林线处树木生长的气候限制因子可能存在复杂化趋势。     

Comparison of growth-climate relationship of Sabina przewalskii at different timberlines along a precipitation gradient in the northeast Qinghai-Xizang Plateau,China

为了了解青藏高原东北部不同降水梯度下, 高山林线处的树木径向生长与气候关系是否存在差异, 在青海东北部从西北到东南沿降水梯度设置3个高山林线采样点: 乌兰县哈里哈图国家森林公园(HL, 年降水量217 mm)、都兰县曲什岗(QS, 281 mm)和同德县河北林场(HB, 470 mm), 运用树轮年轮学方法分析林线优势种祁连圆柏(Sabina przewalskii)的径向生长-气候关系随降水梯度的变化规律。结果表明: 不同降水梯度下, 降水对祁连圆柏径向生长的限制作用差异不明显, 但温度对祁连圆柏径向生长的影响存在显著差异。在低降水区域(HL), 冬、夏季最低气温主要限制祁连圆柏径向生长, 并且在不同气候特征年中无明显变化; 在中降水区域(QS), 祁连圆柏的径向生长明显受冬季最低气温影响, 与低降水区域相比, 春、夏季最低气温对祁连圆柏径向生长的限制作用减弱, 并且主要限制因子在不同气候特征年存在显著变化; 在高降水区域(HB), 冬、夏季最低气温对祁连圆柏径向生长的限制作用不显著, 而春、秋季最低气温对祁连圆柏径向生长的抑制作用显著增加, 并且主要集中在高温年和干旱年。该研究结果并未支持干旱(湿润)区高山林线树木径向生长主要由水分(温度)限制的假说, 但是林线处降水量会影响树木生长与温度的关系。随着青藏高原东北部暖湿化加剧, 不同地区林线处树木生长的气候限制因子可能存在复杂化趋势。