浑善达克沙地典型灌木和草本植物对模拟降雨的不同反应(英文)

To assess the ecophysiological responses and adaptive strategies to rainfall exhibited by different plant functional types, we compared gas exchange, leaf water potential (ψleaf) and PS photochemical efficiency (Fv/Fm) between Hedysarum fruticosum Pall. (shrub) and Salsola collina Y. L. Chang(herb) under a series of simulated rainfalls. The experiment was conducted in Hunshandak Sandy Land, North China. The values of net photosynthetic rate (Pn), transpiration rate (E), stomatal conductance (gs), Fv/Fm and ψleaf always elevated with the increasing amount of simulated rainfall. Whereas water useefficiency (WUE) maintained constant in H. fruticosum while always decreased in S.collina. Both speciesfully recovered their Pn and Fv/Fm 3d after rainfall, while gs and ψleaf recovered only within 2 d. However, the response patterns were obviously different. H.fruticosu promote its physiological traits within 5-15 mm rainfall but no further positive enhancement was noted when rainfall was larger than 15 mm. In S.collina, however, the enhancement continued with more water applied. We inferred that H.fruticosum and S.collina responded similarly to rainfall in time courses but differential to simulated precipitation change. S.collina was likely to be physiologically sensitive to instant increasing soil water, that can be regarded as a prodigal water use type; whilst H.fruticosum was a conservative water user.     

浑善达克沙地不同植物功能型光合作用和水分利用特征的比较

为了比较不同植物功能型在沙地生境下光合作用和水分利用效率的差异,测定了浑善达克沙地3种功能型的代表种的气体交换特征来比较它们的光合碳固定能力和水分利用状况。3个代表种的气体交换日变化结果表明乔木的光合速率和水分利用效率比草本和灌木的低,而蒸腾速率和气孔导度较高,经过中午的光合午休后,乔木的光合速率在下午没有恢复,而草本和灌木都有不同程度的恢复。在所测定的所有代表物种中,研究地全部的乔木(3种)和灌木(6种)以及典型的草本(2 5种) ,气孔导度与光合速率和蒸腾速率都成显著的正相关关系;另外,在同样的叶片水势情况下,乔木植物的气孔导度最低,在同样的蒸腾速率情况下,乔木植物的光合速率最低。这些结果表明乔木在CO2 同化和H2 O蒸腾平衡上具有低的水分利用效率。从这个角度考虑,我们认为在对沙地进行恢复时,一些草本和灌木种比乔木更合适     

浑善达克沙地冰草种子萌发、出苗和幼苗生长对土壤水分的反应

研究了浑善达克沙地 4～ 10月份土壤含水量变动情况和冰草种子萌发、出苗和幼苗生长对土壤含水量的响应。结果表明 ,4月下旬至 5月上中旬的土壤含水量对冰草种子萌发、出苗和定居极为关键。控制条件下 ,冰草种子萌发和出苗的最适土壤含水量范围是 12 %～ 2 0 % ,幼苗生长的最适土壤含水量是 12 %。当土壤含水量低于 3% ,冰草种子不能萌发 ,土壤含水量低于 6 %时 ,幼苗不能出土并定居。当土壤含水量达到 16 %时 ,冰草幼苗生物量有所下降。在 6 %～ 8%的土壤含水量条件下 ,植株将更多的生物量投资于根的生长     

土层厚度对刺槐旱季水分状况和生长的影响

该研究测定了旱季和雨季刺槐(Robinia pseudoacacia)林不同土层厚度的土壤含水量, 刺槐的树高、胸径、小枝凌晨水势、叶片碳稳定同位素组成(δ¹³C)、叶面积、比叶重和气体交换指标; 分析了刺槐旱季和雨季的水分状况和土层厚度之间的关系; 通过刺槐对季节性干旱胁迫的反应, 估计华北石质山区不同土层厚度土壤水分对刺槐的承载能力; 并求证近年来该地区刺槐衰败和水分因素的关系。结果显示: 随着土层厚度减小, 旱季土壤含水量下降、凌晨小枝水势降低; 气孔导度和最大光合速率都减小, 而瞬时水分利用效率增加, 雨季上述指标无显著性差异, 旱季土壤含水量只有雨季的60%左右。随着土层变薄, 刺槐叶片δ¹³C增高, 叶面积减小, 比叶重增加; 刺槐树高和胸径减小。以上结果表明: 刺槐在不同季节下的水分状况综合反映土壤的供水能力, 土层浅薄导致土壤水分承载力不足, 致使刺槐在旱季受到较严重的水分胁迫, 这可能是刺槐出现衰败的重要原因。     

热带雨林和亚热带季雨林灌木光合作用对水分胁迫的反应

生长在热带植物温室的热带雨林植物Piper hispidum和亚热带季风常绿阔叶林植物九节(Psychotria rubra),在灌水、环境的CO_2浓度和26℃下,饱和光强的最大光合速率(PN)分别为6.3和9.8μmol·m~(-2)·s~(-1)。在低的叶片/空气水蒸汽压陡度(△w=10毫巴·巴~(-1))情况下,每降低叶片水势(ψ)1巴,P.hispidum的PN降低0.38μmol·m~(-2)·s~(-1);当ψ为-8巴时,PN随△w增高而降低,其关系PN=7.02-0.06△w(r~2=0.7);ψ为—13巴时,PN与△w关系的直线斜率变小(0.02)。对于九节,PN对△w变化的反应更为敏感。在ψ为-8.75巴时,PN=11.16—0.1△w(r~2=0.65)。在高ψ(-8和-8.75巴)情况下,两种灌木的气孔传导率(g)随△w的变化而相近;但ψ降低时,九节的g对△w的变化反应较P.hispidum敏感。ψ降低导致两种灌木的水分利用效率(WUE,μmol·m~(-2)·s~(-1)CO_2同化/mmol·m~(-2)·s~(-1)水散失)增高;而△w增高,WUE降低。九节的PN对△w增高的反应较P.hispidum敏感。     

温度和水分状况对几种不同类型植物叶片水势和延伸生长的影响

在田间条件下研究了温度、相对湿度、土壤水分对玉米、高粱、茄子、豇豆、河北杨和泡桐六种植物LER2)和ψWL3)日变化的影响。结果表明,ψWL日变化呈正弦曲线,即早晨、晚上高,中午低;土壤水分亏缺,中午大气ψWV4)愈低,ψWL降低愈多。在土壤供水良好的条件下,玉米、高粱、河北杨、泡桐叶片生长与温度密切相关,因此白天生长快,晚上生长慢;若中午ψWV太低,生长减慢,使叶片生长呈双峰曲线,即午前及18:00左右生长快。若土壤水分亏缺,白天ψWV太低,白天生长慢,晚上生长快。茄子和豇豆叶片生长对水分亏缺更敏感,晚上生长快,白天生长慢,干旱处理叶片在白天中午有收缩现象。     

不同配置模式下油蒿和柠条对降雨变化的生理生态响应及调节机制

研究了沙坡头地区固沙植物油蒿和柠条在1 m×1 m和2 m×2 m配置模式下的群落学特征,以及在自然和控制降雨条件下的水分关系、气体交换及其调节机制.结果表明： 随着土壤含水量的变化,油蒿和柠条的生理耗水和生长特性不同,油蒿的气孔导度、水势、蒸腾速率、光合速率和快速生长均呈现明显的波动性,并且对土壤水分的消耗量高于柠条;柠条的上述指标变化相对低缓而恒定,光合生长速率较低,多年累积生物量却很高.两种植物对水分胁迫的响应过程和调节机制不同,油蒿主要为保水机制,柠条主要为节水机制.在极端干旱年份,柠条的节水、抗逆特性更强.固沙植物种的选择应既利于防风固沙和节约用水,又利于固沙林的稳定.     

不同配置模式下油蒿和柠条对降雨变化的生理生态响应及调节机制

研究了沙坡头地区固沙植物油蒿和柠条在1 m×1 m和2 m×2 m配置模式下的群落学特征,以及在自然和控制降雨条件下的水分关系、气体交换及其调节机制.结果表明:随着土壤含水量的变化,油蒿和柠条的生理耗水和生长特性不同,油蒿的气孔导度、水势、蒸腾速率、光合速率和快速生长均呈现明显的波动性,并且对土壤水分的消耗量高于柠条;柠条的上述指标变化相对低缓而恒定,光合生长速率较低,多年累积生物量却很高.两种植物对水分胁迫的响应过程和调节机制不同,油蒿主要为保水机制,柠条主要为节水机制.在极端干旱年份,柠条的节水、抗逆特性更强.固沙植物种的选择应既利于防风固沙和节约用水,又利于固沙林的稳定.     

滇南喀斯特地区不同季节土壤和灌木叶片化学计量特征及对水分添加的响应

干旱是影响南方喀斯特地区植物生长的重要限制因子, 气候变化会影响该地区的降水量和分布格局。研究该地区土壤和植物化学计量特征及其水分响应格局, 具有重要意义。自2017年4月开始, 在云南建水喀斯特植物群落进行加水试验, 2018年4月(旱季)和8月(雨季)分别采集土壤和优势灌木鞍叶羊蹄甲(Bauhinia brachycarpa)和假虎刺(Carissa spinarum)叶片样品, 测定碳、氢、氮、磷、硫、钾、钙、镁、铝、钠、铁、锰、锌、铜14种元素含量。结果表明, 水分添加影响了表层土壤中碳、氮、钠的含量, 相比于旱季, 雨季土壤中钠和硫含量明显减少, 其余土壤元素在水分添加和季节变化下并未表现出明显差异。土壤水分含量的增加使得鞍叶羊蹄甲和假虎刺叶片中钾含量下降, 钙含量上升。在水分条件变化下, 两种植物叶元素含量的稳定性与植物中元素的含量有关, 含量越接近极大值(基本元素碳、氢、氮等)或极小值(微量元素铜、锌等)的元素其变异系数越小(越稳定), 两种植物中含量接近于1 mg·g^-1的元素磷、硫、镁的变异系数最高。在土壤水分条件变化下, 假虎刺中碳、氮、磷等大量元素含量的稳定性显著高于鞍叶羊蹄甲。降水变化和水分添加导致的土壤水分变化, 对滇南喀斯特地区土壤和植物中不同元素含量的影响不同, 这些结果将为该地区的土壤、植被修复和管理提供科学参考。     

不同耕作措施下春小麦和豌豆叶水势变化及其与环境因子的关系

以长期定位试验为基础,对不同耕作措施下春小麦和豌豆叶水势的变化特征及其与环境因子的关系进行了研究,并对叶片相对含水量和水分饱和亏的变化规律进行了探讨.结果表明：豌豆在整个生育期内的叶水势都明显高于春小麦,它们在不同生育期的日变化趋势大致相同,均为清晨最高,然后随着时间的推移而下降,在持续一段低谷后逐渐回升.春小麦各处理的叶水势在拔节和抽穗期相对较高,孕穗和开花期次之,灌浆期最低;豌豆各处理的叶水势在现蕾期达到最大值,分枝和开花期次之,结荚鼓粒期最低.春小麦各处理的叶片相对含水量在抽穗期最高,拔节和开花期次之,灌浆期最低,水分饱和亏的变化正好相反;豌豆各处理的叶片相对含水量随生育进程呈下降趋势,水分饱和亏的变化也与之相反.春小麦和豌豆各处理的叶水势与土壤含水量、气温、太阳辐射、大气相对湿度、大气水势均有显著的相关关系.通径分析表明,对春小麦和豌豆叶水势日变化影响最强的气象因子分别为大气水势和大气温度.与传统耕作相比,免耕、免耕秸秆覆盖、传统耕作秸秆还田3种保护性耕作措施可不同程度地提高作物叶水势和叶片相对含水量,其中免耕秸秆覆盖的优势最明显.     

浑善达克沙地丘间低地植物群落的分类与排序

对浑善达克沙地中部丘间低地的草本植物群落进行TWINSPAN分类和DCA排序的研究结果表明,这些植物群落可分为4组：第1组为大针茅(Stipa grandis) 糙隐子草(Clistogenes squarrosa)群落,固定时间长,比较稳定,土壤全氮和有机质含量在四组群落中最高;第2组为冰草(Agropyron cristatum)群落,主要物种有冰草、冷蒿(Artemisia frigida)、苔草(Carex sp．)和糙隐子草,土壤全氮和有机质含量比第一组的低;第3组为羊草(Leymus chinensis) 赖草(Leymus secalinus)群落,群落物种少且主要为1年生种,有过严重的干扰,土壤全氮和有机质含量在4组群落中最低;第4组为西伯利亚剪股颖(Agrostis sibirica)群落,属于草甸性质的群落,土壤可溶性钠和可溶性钾含量高。群落DCA排序及排序轴与土壤因素的相关分析表明,土壤可溶性钠和pH值对群落的分布有显著影响,但群落在可溶性钠的梯度上分异更明显,说明盐分是影响浑善达克沙地中部丘间低地草本植物群落分布的主要因素。     

浑善达克沙地高西马格剖面5000年来化石盘星藻及其生态学意义(英文)

为了更好地了解浑善达克沙地5000年以来的古植被、古环境以及古气候的演变,在分析内蒙古浑善达克沙地境内高西马格剖面孢粉的同时发现了大量的具淡水指示意义的盘星藻,它们是短棘盘星藻(Pediastrum boryanum)和钝角盘星藻(P.muticum)。本文对该剖面的盘星藻化石组合进行了详尽的研究。该组合大致可以划分为三个阶段:阶段Ⅰ(约5000～3500 a BP),化石盘星藻零星出现,显示了高西马格湖当时可能为贫含有机质的淡水湖;阶段Ⅱ(3500～1500 a BP),化石盘星藻爆发性地发生,可能表明了该时期潮湿的条件和草原发展的阶段;和阶段Ⅲ(1500～200 a BP),化石盘星藻消失,显示湖水可能碱性化和湖面退缩。代表了一个日趋干旱的环境。这一结果表明,一种指相化石盘星藻在第二阶段化石组合中大量出现,有时甚至达到60％以上,高西马格湖在3500～1500a BP期间水体为富含有机质的淡水且水域面积较大。     

浑善达克沙地高西马格剖面5000年来化石盘星藻及其生态学意义

为了更好地了解浑善达克沙地5 000年以来的古植被、古环境以及古气候的演变,在分析内蒙古浑善达克沙地境内高西马格剖面孢粉的同时发现了大量的具淡水指示意义的盘星藻,它们是短棘盘星藻(Pediastrum boryanum)和钝角盘星藻(P.muticum).本文对该剖面的盘星藻化石组合进行了详尽的研究.该组合大致可以划分为三个阶段:阶段Ⅰ(约5 000～3 500 a BP),化石盘星藻零星出现,显示了高西马格湖当时可能为贫含有机质的淡水湖;阶段Ⅱ(3 500～1 500 a BP),化石盘星藻爆发性地发生,可能表明了该时期潮湿的条件和草原发展的阶段;和阶段Ⅲ(1 500～200 a BP),化石盘星藻消失,显示湖水可能碱性化和湖面退缩.代表了一个日趋干旱的环境.这一结果表明,一种指相化石盘星藻在第二阶段化石组合中大量出现,有时甚至达到60%以上,高西马格湖在3 500～1 500a BP期间水体为富含有机质的淡水且水域面积较大.     

沙质草地3种优势植物叶片光合生理对增温和降水减少的响应北大核心CSCD

以沙质草地优势物种猪毛蒿、胡枝子和糙隐子草为研究对象,利用开顶式生长室(OTC)模拟增温,研究降水减少20%、40%和60%与增温的交互作用对3种典型植物叶片光合气体交换特征及叶绿素荧光特征的影响,以揭示沙质草地3种优势植物对气候变化的响应规律。结果显示:(1)与自然温度相比,OTC模拟增温增加了猪毛蒿C_(i),显著降低了胡枝子G_(s)、P_(n)和T_(r)、糙隐子草G_(s)和P_(n)、猪毛蒿WUE和L_(s),也显著降低了猪毛蒿和胡枝子F_(v)/F_(m)和F_(v)/F_(o)。(2)无论增温与否,随着降水减少幅度的增加,猪毛蒿G_(s)和P_(n)呈下降趋势,且中度以上的干旱胁迫下(降水减少>40%)胡枝子和糙隐子草P_(n)显著低于对照。(3)在自然温度条件下,轻度干旱胁迫时(降水减少20%)猪毛蒿T_(r)显著低于对照,重度干旱胁迫时(降水减少60%)其WUE、F_(v)/F_(m)和F_(v)/F_(o)显著低于对照;重度干旱胁迫时,胡枝子C_(i)显著高于对照,差异幅度达10.7%,L_(s)显著低于对照,轻度干旱胁迫时(降水减少20%)其F_(v)/F_(m)和F_(v)/F_(o)显著高于中度以上的干旱胁迫;中度以上的干旱胁迫下糙隐子草T_(r)和G_(s)显著低于对照,重度干旱胁迫时,其C_(i)、F_(v)/F_(m)和F_(v)/F_(o)显著低于对照,WUE和L_(s)显著高于对照。(4)增温与降水减少交互作用下,所有处理猪毛蒿C_(i)均高于对照,差异幅度分别达4.5%,6.0%和8.4%;胡枝子T_(r)均显著低于对照,差异幅度达57.8%;重度干旱胁迫时猪毛蒿L_(s)和WUE显著低于对照,糙隐子草F_(v)/F_(m)和F_(v)/F_(o)随降水减少而降低,中度以上的干旱胁迫时其值显著低于对照。(5)相关性分析表明,3个优势物种的P_(n)与F_(v)/F_(m)和F_(v)/F_(o)均呈显著正相关关系,其中猪毛蒿和糙隐子草的P_(n)—F_(v)/F_(m)和P_(n)—F_(v)/F_(o)斜率明显高于胡枝子。研究表明,气候变暖会在一定程度上加剧降水减少对沙质草地3种群落优势物种光合作用的抑制。     

Determination of ability of several arbor and shrub species to endure and survive extreme aridity with limited-areas methods under field conditions in Horqin Sandy Land

Using limited-areas methods, the ability of several arbor and shrub species to endure and survive extreme aridity under field conditions in Horqin Sandy Land was studied, and the lowest critical soil water content that was endurable for each of these species was determined. By limiting the horizontal distribution range of the plant roots system, the limited-areas methods could decrease the spatial heterogeneity of soil water content and improve the accuracy of the determination of soil water content. This method also had the advantage of worsening the aridity endured by the plant species, proving helpful in testing the ability of these species to endure aridity. Our results showed that Prunus sibirica L., Caragana microphylla Lam., Artemisia halodendron Turcz. ex Bess., Salix gordejevii Cheng et Skv., Ulmus pumila L., and Populus pseudo-simonii Kitag. could endure critical soil water contents of 0.82%, 0.87%, 1.61%, 1.89%, 2.04% and 2.27%, respectively. The results were useful in evaluating the ability of these species to endure aridity, and had some important implications for the rational use of these species in accelerating the revegetation of sandy desertified lands.     

Determination of ability of several arbor and shrub species to endure and survive extreme aridity with limited-areas methods under field conditions in Horqin Sandy Land

Using limited-areas methods, the ability of several arbor and shrub species to endure and survive extreme aridity under field conditions in Horqin Sandy Land was studied, and the lowest critical soil water content that was endurable for each of these species was determined. By limiting the horizontal distribution range of the plant roots system, the limited-areas methods could decrease the spatial heterogeneity of soil water content and improve the accuracy of the determination of soil water content. This method also had the advantage of worsening the aridity endured by the plant species, proving helpful in testing the ability of these species to endure aridity. Our results showed that Prunus sibirica L., Caragana microphylla Lam., Artemisia halodendron Turcz. ex Bess., Salix gordejevii Cheng et Skv., Ulmus pumila L., and Populus pseudo-simonii Kitag. could endure critical soil water contents of 0.82%, 0.87%, 1.61%, 1.89%, 2.04% and 2.27%, respectively. The results were useful in evaluating the ability of these species to endure aridity, and had some important implications for the rational use of these species in accelerating the revegetation of sandy desertified lands.     

科尔沁沙地几种乔灌木树种耐受极端土壤水分条件与生存能力野外实地测定

用有限面积法野外实地测定了科尔沁沙地几种常见乔灌木树种所能耐受的极端临界土壤含水量和极端干旱条件下的生存能力。有限面积法通过限制植物根系水平分布的范围,降低了根系分布区土壤含水量的空间异质性,提高了土壤含水量测定结果的准确性。通过减少植物的吸水范围,加重了植物的受旱程度,有利于对植物耐受极端干旱能力的检验。测定是在植物野外实际生存状态下进行,测定结果更加符合实际情况。野外实地测定结果表明：按从低到高的顺序,山杏、小叶锦鸡儿、差巴嘎蒿、黄柳、榆树、杨树的最低临界土壤含水量分别是0．82％、0．87％、1．61％、1．89％、2．04％和2．27％,形成了一个梯度顺序,反映了几个树种耐旱性的差异和适宜生境条件的不同。植物在极端干旱条件下的生存能力表现为叶片枯黄、萎蔫、脱落和枝条从上到下逐渐干枯,但枝条基部和根系仍然存活,并保持较长时间的存活能力,在遇到适宜的降水后能继续萌发、生长。这一特性具有蓄种、保种作用,对维持荒漠植物种群稳定与种源续存具有重要意义。测定结果对评价物种的抗旱能力和维持人工林群落稳定具有参考价值。     

科尔沁沙地典型固沙人工林地土壤水分时空特征及其对环境因子的响应

土壤水分时空动态特征对于干旱地区人工林的可持续经营与管理起着至关重要的作用。以位于科尔沁沙地南缘的樟子松和柠条固沙人工林为对象,于2018年11月-2019年11月连续观测了林地0-200 cm土壤剖面的含水量、温度及微气象因子,系统分析了土壤水分的时空变化特征及其对环境因子的响应。研究期内,两种林地土壤水分的季节变化可分为冻结期、补充期、消耗期和稳定期;依据土壤剖面的水分特征可分为易变层、活跃层和稳定层,但两种林地的分层深度有一定差异。在生长季内（5-10月）,土壤含水量对大气降雨的响应随着土层深度的增加而减弱;降雨对樟子松人工林0-20 cm层土壤水分的影响极显著（P<0.01）,对柠条人工林0-10 cm层的影响极显著（P<0.01）、20-60 cm层显著（P<0.05）。在土壤冻融周期内（2018年11月-2019年4月）,两种林地的土壤均表现为"单向冻结"和"双向融化"的特点;土壤温度是影响冻融期内土壤含水量的关键因素,两者呈极显著的指数函数关系;樟子松和柠条人工林土壤的最大冻结深度分别为170 cm和190 cm,前者10 cm土层解冻时间要比后者晚11 d,可能与乔木树冠的遮阴作用有关。潜在蒸散与柠条林0-60 cm层、樟子松林0-20 cm和200 cm层的土壤水分呈极显著相关（P<0.01）,而与樟子松林60 cm和160 cm层呈显著相关（P<0.05）,这与树木蒸腾和土壤蒸发等综合作用有关。研究表明,由于两种人工林的树种组成、树冠大小、郁闭程度和根系分布等结构特征不同会导致林地土壤水分时空特征的异质性及其对环境因素响应的差异。     

Precipitation regulates plant gas exchange and its long-term response to climate change in a temperate grassland

Aims Climate change largely impacts ecosystem carbon and water cycles by changing plant gas exchange, which may further cause positive or negative feedback to global climate change. However, long-term global change manipulative experiments are seldom conducted to reveal plant ecophysiological responses to climatic warming and altered precipitation regimes.Methods An 8-year field experiment with both warming and increased precipitation was conducted in a temperate grassland in northern China. We measured leaf gas exchange rates (including plant photosynthesis, transpiration and instantaneous water use efficiency [WUE]) of two dominant plant species (Stipa sareptana var. krylovii and Agropyron cristatum) from 2005 to 2012 (except 2006 and 2010) and those of other six species from 2011 to 2012.Important findings Increased precipitation significantly stimulated plant photosynthetic rates (A) by 29.5% and 19.9% and transpiration rates (E) by 42.2% and 51.2% for both dominant species S. sareptana var. krylovii and A. cristatum, respectively, across the 8 years. Similarly, A and E of the six plant functional types were all stimulated by increased precipitation in 2011 and 2012. As the balance of A and E, the instantaneous WUEs of different plant species had species-specific responses to increased precipitation. In contrast, neither warming nor its interaction with increased precipitation significantly affected plant leaf gas exchange rates. Furthermore, A and E of the two dominant species and their response magnitudes to water treatments positively correlated with rainfall amount in July across years. We did not find any significant difference between the short-term versus long-term responses of plant photosynthesis, suggesting the flexibility of leaf gas exchange under climate change. The results suggest that changing precipitation rather than global warming plays a prominent role in determining production of this grassland in the context of climate change.