生物土壤结皮对准噶尔盆地5种荒漠植物幼苗生长与元素吸收的影响

生物土壤结皮广泛分布于许多干旱和半干旱地区, 它影响土壤物理过程、水文、侵蚀和养分循环过程, 从而影响植物种子萌发与生长发育。该文以新疆准噶尔盆地腹地的古尔班通古特沙漠的生物土壤结皮为研究对象, 分析了生物土壤结皮对准噶尔盆地5种荒漠植物(白梭梭(Haloxylon persicum)、蛇麻黄(Ephedra distachya)、角果藜(Ceratocarpus arenaarius)、涩芥(Malcolmia africana)和狭果鹤虱(Lappula semiglabra))的生长及其对元素吸收的影响。结果表明: 1)相对于裸沙而言, 生物土壤结皮显著促进了荒漠植物的生长速率, 并增加了草本植物地上和地下的生物量, 但对灌木的生物量无显著影响; 2)生物土壤结皮使部分一年生草本植物的开花和结实期提前, 这可能有利于荒漠植物在有限的环境资源下快速完成生活史, 并繁衍后代; 3)生物土壤结皮能够影响荒漠植物对土壤中营养元素的吸收, 具体表现在生物土壤结皮显著促进了5种植物对N的吸收, 增加了荒漠植物在N贫乏的荒漠生态系统的适应能力, 而对P和K的吸收均没有影响。生物土壤结皮对荒漠植物对元素吸收的影响因种而异, 对不同的植物有不同的影响。荒漠植物对Mg、Mn和Cu的吸收受生物土壤结皮的影响最小。     

生物土壤结皮对荒漠土壤种子库和种子萌发的影响

研究了腾格里沙漠东南缘在不同自然条件（风、温度、水分）下,人工固沙植被区（24龄、41龄、50龄）和相邻天然植被区的两种生物土壤结皮对荒漠土壤种子库和种子萌发的影响。结果表明,荒漠土壤种子库在苔藓结皮上的储量显著高于藻类结皮。随着生物土壤结皮的发育,种子萌发量在苔藓结皮上增加,在藻类结皮上减少。生物土壤结皮层的含水量对种子萌发有显著的影响（p〈0.05）,植物种子在湿润处理的生物土壤结皮上的萌发量高于干燥处理的生物土壤结皮上的种子萌发量。生物土壤结皮表层温度和亚表层温度对荒漠植物种子萌发无显著影响（p〉0.05）,但总体而言,对于苔藓结皮,植物种子在较高温度下的萌发量略高于在较低温度下的萌发量,而对于藻类结皮,植物种子在较低温度下的萌发量略高。     

实验室条件下两种生物土壤结皮对荒漠植物种子萌发的影响

生物土壤结皮广泛分布在干旱、半干旱区,深刻影响着土壤表层特性,进而对植物种子散布、萌发和定居产生极大的影响。到目前为止,生物土壤结皮与植物关系的研究很少见到,并且这些有限的研究所得出的结论存在着争议。研究了不同年龄的两种生物土壤结皮（苔藓结皮和藻类结皮）对油蒿（Artemisia ordosica）和雾冰藜（Bassia dasyphylla）种子萌发的影响,同时也研究了这两种结皮在失去活性前后对油蒿、雾冰藜和小画眉草（Eragrostis poaeoides）种子萌发的影响。苔藓和藻类结皮的出现对油蒿和雾冰藜种子的萌发均有显著的促进作用,而结皮年龄对植物种子的萌发没有显著的差异。对于不同的植物种,结皮类型和活性对种子的萌发具有不同的作用。雾冰藜在两种结皮上的萌发有显著的差异而油蒿和小画眉草在两种结皮上的萌发没有显著差异。活藻类显著地增加了三种植物的种子萌发,活苔藓仅增加了油蒿和雾冰藜种子萌发量而对小画眉草种子的萌发没有作用,研究表明,生物土壤结皮对一些植物种子萌发具有明显的促进作用。     

四种短命植物若干生物学生态学特性的研究

 卷果涩芥(Malcolmia scorpioides)、四齿芥(Tetracme quadricornis)、长齿四齿芥(T．recurvata)和狭果鹤虱(Lappula semiglabra)为新疆北部常见的四种短命植物。本文从种子生物学、发育节律、株形和植株寿命等方面研究它们与生存环境的协调与适应。     

种子萌发的积温效应——以青藏高原东缘的12种菊科植物为例

温度是影响种子萌发的重要的环境因素之一。该文以青藏高原东缘的12种菊科植物为研究对象, 结合Logistic函数和积温公式, 通过非线性回归方法估算种子萌发的最低温度和积温, 研究了种子萌发对不同温度的响应。研究结果表明: (1)青藏高原东缘的12种菊科植物种子萌发的最低温度的平均值为0 ℃, 积温的平均值为94.5 ℃·d。与前人的研究相比, 该研究中萌发的最低温度较低, 积温较高, 这是该区域菊科植物长期适应青藏高原特殊的温度环境的结果; (2)种子萌发的最低温度与积温之间存在着显著的负相关关系(p = 0.04)。萌发最低温度较低的物种积温较高, 避免了种子在多变的温度环境下较早萌发所遇到的风险; (3)种子大小与积温之间存在着显著的正相关关系(p = 0.01)。在萌发最低温度差别不大的情况下, 与大种子相比, 小种子萌发所需的积温较低, 萌发较快, 在群落演替的早期占有优势。     

角果藜的地上地下结果性与种子萌发行为

对角果藜(Ceratocarpus arenarius L.)的种子形态进行了观测,并进行了种子萌发实验,探讨了角果藜的地上地下结果特性.结果表明: 角果藜的地上果实和地下果实的颜色、大小、质量均存在差异;种子的异质性导致了地上种子、地下种子(果实)的不同萌发行为;角果藜地上种子、地下种子的萌发率均较低,分别为32%、27%(30 d)(5 ℃/25 ℃);划破种皮可显著提高地上种子和地下种子的萌发率(P＜0.05);延长储藏时间能显著提高地上种子的萌发率(P＜0.05),也能部分提高地下种子的萌发率,表明地上种子和地下种子均属于生理休眠,但地上种子的休眠程度浅;角果藜的地上地下结果性是对荒漠极端环境适应的一种特殊繁殖策略.     

古尔班通古特沙漠生物土壤结皮对氨氧化微生物生态位的影响

生物结皮作为荒漠地表的重要覆被类型, 在荒漠生态系统的氮素循环中扮演重要角色。融雪期为古尔班通古特沙漠生物结皮的复苏和生长提供了充足的水分, 也成为该沙漠氮素固定和转化的重要时期, 但该时期生物结皮如何影响驱动氨氧化转化的微生物群落动态尚未明确。因此, 我们利用荧光定量PCR (fluorescent quantitative PCR, qPCR)方法分析融雪期生物结皮与去除结皮不同土层(0-2, 2-5, 5-10和10-20 cm)氨氧化菌群丰度特征, 结合潜在硝化速率和土壤理化参数, 探究融雪期生物结皮对荒漠土壤氮素转化作用。结果表明: 氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea, AOA)是古尔班通古特沙漠土壤优势氨氧化菌, 生物结皮对0-2 cm层土壤中AOA、氨氧化细菌(ammonia-oxidizing bacteria, AOB) amoA基因丰度具有显著抑制作用(P < 0.01), 对10-20 cm层土壤中AOA amoA基因丰度具有显著促进作用(P < 0.01)。冗余分析(redundancy analysis, RDA)表明, AOA、AOB amoA基因丰度主要受土壤含水量和铵态氮含量的影响, 占总条件效应的54.90%。氨氧化速率分析发现, 去除生物结皮显著降低古尔班通古特沙漠土壤硝化作用潜力(P < 0.001), 证实生物结皮对荒漠土壤氮素转化具有重要的调控作用。综上所述, 古尔班通古特沙漠氨氧化微生物的分布规律受环境因子调控, 特别是生物结皮可以通过调节土壤含水量和铵态氮含量影响AOA和AOB的空间生态位分化, 促进沙漠土壤的硝化作用。     

黄土高原生物结皮对地表粗糙度和灌草植物种子二次扩散的影响

生物结皮是黄土高原常见的地表覆被物,在灌草群落下方及植被间空地上广泛发育,深刻影响着灌草植物种子的二次扩散和定居,但目前针对生物结皮对种子二次扩散影响的研究较少,且种子二次扩散的主导因素尚不明确。该研究以风沙土和黄绵土上的生物结皮(藻结皮和藓结皮)为对象,以无结皮为对照,利用倾斜摄影测量法测定了地表粗糙度,并通过风力扩散实验测定地表粗糙度对6种不同形态灌草植物种子的移位率、损失率和扩散距离的影响,继而结合Spearman相关性分析,研究灌草种子在生物结皮表面扩散的主导因素。研究结果表明:(1)与无结皮相比,风沙土藻结皮和藓结皮的地表粗糙度分别增加了6.69倍和6.13倍,黄绵土上分别增加了2.52倍和1.45倍。(2)风沙土上,干燥条件下的地表粗糙度比湿润条件下增加了26.56%,而在黄绵土上则降低了9.42%。(3)在干燥条件下,风沙土生物结皮的地表粗糙度比黄绵土上增加了16.84%,湿润条件下则降低了16.38%。(4)风沙土上,种子在生物结皮表面的移位率、损失率和扩散距离分别比无结皮降低了77.1%、95.4%和72.2%,在黄绵土上则分别降低了76.5%、93.8%和66.8%...     

不同居群准噶尔无叶豆果实和种子特性及种子萌发差异

研究准噶尔无叶豆(Eremosparton songoricum) 6个居群间果实和种子特性及种子萌发差异, 以揭示异质生境下准噶尔无叶豆果实和种子的生态适应机制。结果显示: 居群间准噶尔无叶豆的植株距离(F = 2.34, p = 0.03)和植株冠幅(F = 8.49, p < 0.01)存在显著差异, 沙漠北缘E、F居群和沙漠腹地C居群(受人类干扰剧烈)的植株距离和植株冠幅高于沙漠腹地A、B、D居群; 居群间准噶尔无叶豆果实和种子的长度、宽度、厚度、重量存在显著差异, 居群E、F和C的大部分参数显著高于其他沙漠腹地居群; 居群间果实多子性(F = 6.96, p < 0.01)也存在显著差异, 居群C的果实多子性最高((32.50 ± 4.79)%); 萌发结果表明, 居群间新鲜的成熟种子萌发不存在显著差异, 且萌发率都低于15%; 所有居群的大部分种子都存在物理性休眠现象, 人为划破种皮能显著提高种子萌发率, 但在低温(15/5 ℃)条件下, 所有居群的种子萌发率都较低, 说明低温抑制了种子萌发; 经人为划破种皮解除物理休眠后, 种子的休眠没有完全释放, 居群C、E和F (大种子居群)的种子萌发率显著高于居群A、B和D (小种子居群) (F = 30.77, p < 0.01), 说明准噶尔无叶豆种子不仅存在物理性休眠现象, 也可能存在生理休眠现象。不同程度的种子复合休眠可能是准噶尔无叶豆不同居群适应古尔班通古特沙漠的重要生存策略。     

模拟水淹对三峡库区常见一年生草本植物种子萌发的影响

根据三峡水库水位运行时间, 设计了30、75、115、155、195和240天共6个水淹时间梯度(T-1、T-2、T-3、T-4、T-5和T-6), 采用模拟水淹的方法, 研究了不同水淹时间对三峡消落带4种常见的一年生草本植物稗(Echinochloa crusgali)、金狗尾草(Setaria pumila)、马唐(Digitaria sanguinalis)和荩草(Arthraxon hispidus)种子萌发的影响。结果表明: 1)随着水淹处理时间的增长, 这4种植物的萌发率基本上呈现先增高后降低的趋势。稗和荩草在T-1-T-5的种子萌发率显著高于对照(CK) (p < 0.05), T-6和CK之间差异不显著。金狗尾草T-2、T-3的萌发率显著高于CK (p < 0.05), T-1、T-4-T-6与CK之间无显著性差异。马唐在水淹处理(T-1-T-6)的萌发率均显著高于对照(CK), 但长时间水淹处理(T-4-T-6)对萌发的促进作用要低于短时间水淹处理(T-1-T-3)。这说明一定时间的水淹有利于打破种子休眠并提高种子萌发率。2)一定时间的水淹处理加快了稗、金狗尾草、马唐和荩草的萌发进程。对照组种子的日萌发率较均匀, 萌发曲线较平缓。而水淹处理的种子多集中在3-5天内大量萌发。和对照相比, 一定时间的水淹处理显著提高了这4种植物种子的萌发指数, 缩短了种子的萌发持续时间, 提早了种子萌发高峰时间和达到50%萌发率的时间。长时间的水淹对种子的萌发进程影响不大。3)总体来说, 稗、金狗尾草、马唐和荩草在各个处理下的萌发率均较高(> 40%), 可以考虑作为三峡消落带植被恢复的备选物种。     

Effects of Biological Soil Crusts on Seed Bank, Germination and Establishment of Two Annual Plant Species in the Tengger Desert (N China)

The presence of biological soil crusts can affect the germination and survival of vascular plants, but the reasons are not well investigated. We have conducted a field investigation and greenhouse experiments to test the effect of crusts on two desert annual plants, which occur on the stabilized dunes of the Tengger Desert in N China. The results showed that biological soil crusts negatively influenced the seed bank of Eragrostis poaeoides and Bassia dasyphylla. The important effect of biological soil crusts on seed germination and establishment were performed indirectly through reducing the amount of germinating seeds. Field investigation and experimental results with regard to the seed bank indicated that higher seedling density was found in disturbed crust soil and bare soil surface than in intact crust soils. Greenhouse experiments showed that the effects of biological soil crusts on germination and establishment of the two plants are not obvious in moist condition, while disturbed crusts are more favorable to seed germination in dry treatment. Significant differences in biomass were found between disturbed crust soil and bare soil. Survival and growth of the two annual plants were enhanced in both algal and moss crusts during the season of rainfall or in moist environment, but crusts did not affect seedling survival in the dry period. The small seeded E. poaeoides has higher germination than larger-seeded B. dasyphylla in crust soils, but B. dasyphylla has a relatively higher survival rate than E. poaeoides in crust soils.     

冻融过程对荒漠短命植物种子萌发的影响

荒漠区冻融交替显著改变土壤温度和水分条件,并进一步影响荒漠植物种子萌发.为解析荒漠土壤冻融过程对植物种子萌发的影响,本研究以古尔班通古特沙漠4种典型短命植物[东方旱麦草(Eremopyrum orientale)、卵果鹤虱(Lappula patula)、尖喙拢牛儿苗(Erodiumoxyrrhychum)和条叶庭荠(...     

生物结皮粗糙特征——以古尔班通古特沙漠为例

摘要：空气动力粗糙度可以反映地表气流与下垫面的相互作用。古尔班通古特沙漠是我国最大的固定、半固定沙漠,其间广泛分布的生物结皮在稳定地表和改善环境方面意义重大。对未经扰动的4种类型生物结皮进行表面微形态观察,并通过风洞实验确定动力粗糙度Z0和摩阻风速u*,结果表明：（1）不同生物结皮类型,其组成和表面微形态等都具有明显差异。藻结皮以表面致密光滑为显著特征,由藻类分泌物和藻丝体粘结细粒物质所形成;地衣结皮表面藻类和真菌形成的叶状体匍匐沙面生长,呈现三维生长方式,形成有明显凹凸的壳状覆被;苔藓结皮以苔藓植物体密集丛生为特点,地上部分出现了茎叶分化,有一定的柔韧性。（2）就动力粗糙度的大小而言,是按地衣结皮>藻类－地衣结皮>苔藓结皮>藻结皮的顺序排列的,Z0平均值依次为（6.5890.850）mm、（4.1790.239）mm、（2.5420.357）mm和（0.3930.220）mm,与定床裸沙面的（0.0420.019）mm相比,生物结皮Z0值提高了10—150倍。随着风速的增大Z0值有所减小,其中以地衣结皮的减小趋势较为明显。（3）由风速廓线对比发现,四类生物结皮对气流阻滞作用的差异主要局限于4 cm以下的高度范围,风速越大这种差异也越大。各类生物结皮摩阻风速u*随风速增大而增大,其中藻结皮的增大速率明显低于其它三类结皮,说明藻结皮随风速增大的阻滞效应较其它三类结皮要差。（4）在净风条件下,地衣结皮具有最好的防风效果,其次为藻类－地衣结皮和苔藓结皮,藻结皮最差。当生物结皮破损后,床面结构和气流性质将发生变化,对空气动力学粗糙度和摩阻风速产生的影响将有待于进行更深入的研究。     

Effects of biological soil crusts on emergence of desert vascular plants in North China

Biological soil crusts are a universal and common feature in arid and semi-arid regions and their appearance profoundly affects soil surface properties which may greatly change the seed dispersal, germination and establishment. To date, only a handful of experiments have exerted to investigate the effects of crusts on vascular plants and the conclusions from these studies are variable. In this study, we investigate the influences of two different crusts universally spreading in southeastern part of the Tengger Desert with four chronosequences (24, 41, 50 years old in artificial vegetation area and natural vegetation crusts) on vascular plants. Crusts were placed at three different sites to simulate different environmental factors (wind velocity and soil crust moisture), we set two soil moisture regimes for crusts to investigate how vascular plants respond under different moisture regimes in crusts. Emergence densities of vascular plants were significantly higher in moss crust than in algae crust. With the development of crusts, seed emergence increased in moss crust while decreased in algae crust. As for effects of moisture, our results showed that soil moisture had a significant effect on seed emergence in both types of crusts at all developing phases. Crusts with higher moisture had more seedlings than those with lower moisture. The above results indicated that the appearance of crusts changed the surface soil properties, which had greatly influenced the entrapment and lodgement of seeds in the study area, thus subsequently influence seed emergence through affecting natural factors.     

古尔班通古特沙漠及周缘52种植物种子的萌发特性与生态意义

本文对古尔班通古特沙漠及其周缘52种植物种子的萌发特性进行比较,以探讨该地区植物的不同萌发对策及其生态适应意义。结果发现：萌发率80%以上的有11种,小于20%的有22种,7种未萌发;萌发开始时间为1-3d的有37种,大于10d的有2种;萌发持续时间为1-7d的有10种,大于22d的有14种;达50%萌发率的时间为1-7d的有17种。主成分分析(PCA)和聚类分析结果表明,52种植物可划分为4种萌发类型：爆发型、过渡型、缓萌型和低萌型,这可能与生境土壤中水分存在差异有关;木本植物的萌发率显著高于非木本植物,暗示木本植物的高萌发率保证植物能够快速占领空间和资源,增加竞争优势,而非木本植物,尤其是一年生植物表现低的萌发率,是植物生存的一种风险分摊策略。     

生物结皮对古尔班通古特沙漠3种荒漠草本植物生长特性与元素吸收的影响

生物结皮有可能通过物理、水文、养分循环影响与之相邻的维管植物,但二者相互关系尚存在着争议。本文以新疆古尔班通古特沙漠广泛分布的地衣结皮为研究对象,分析了生物结皮对3种荒漠草本植物：尖喙牻牛儿苗（Erodium oxyrrhynchum）、条叶庭芥（Alyssum linifolium）和琉苞菊（Hyalea pulchella）的生长及其对元素吸收的影响。研究结果表明：（1）生物结皮对3种荒漠草本植物生长的影响在生长期不同阶段存在差异。在前期,生物结皮的存在促进了植物生物量的累积;而后期,生物结皮却抑制了植物生长。生物结皮的存在显著影响了荒漠草本植物生物量的累积和冠根比。（2）生物结皮的存在显著增加了3种荒漠草本植物对N和K的吸收,而对P的吸收没有显著影响。生物结皮对3种植物Cu、Ca、Mg、Na、Cl的吸收存在种间差异。本研究结果将为该荒漠生态系统潜在的植被演替方向提供重要的科学根据。