西南喀斯特地区两种草本对干湿交替和N添加的生长响应

喀斯特地区的"岩溶干旱"和频繁的变水环境成为喀斯特地区植被生长和分布的重要选择压力,是该地区植被恢复重建的主要障碍因子。N沉降也会对喀斯特地区的生态系统造成难以预测的影响。为了探究喀斯特地区草本植物对干湿交替和N添加的生长响应,以苍耳(Xanthium sibiricum)和三叶鬼针草(Bidens pilosa)为研究对象,通过盆栽水分受控实验,研究了5种不同水分处理[对照组(CK)、干旱组(D)、1周干湿交替处理组(DW-1)、2周干湿交替处理组(DW-2)和3周干湿交替处理组(DW-3)]与N添加(N+、N-)对两种草本植物生长和生物量的影响。结果表明,干旱胁迫抑制了植物生长和生物量的积累,株高、叶面积、总根长和根体积等生长指标和地上生物量均显著降低,根冠比增大。不同程度的干湿交替对植物的生长和生物量的积累均表现出一定程度的补偿效应,但这种补偿效应的大小随着干旱持续时间的延长而减弱。N添加对植物的生长和生物量积累有显著地促进作用,株高、根表面积、根体积和根生物量较对照组显著增加,但这种促进作用随着干旱历时的增加而减弱,可能与土壤水分状况有关。同时,N添加还影响着植物生物量的分配,在促进两种植物地上和地下生长的同时,还促进了植物根冠比的增加。     

6种草本植物对干旱胁迫和CO2浓度升高交互作用的生长响应

以CO2浓度升高为主要标志的全球气候变化及由其引起的极端气候变化对陆地生态系统产生了重要的影响。利用步入式CO2生长室模拟研究了CO2浓度变化(400和700μL/L)和干旱胁迫(水分充足CK:100%FC(田间持水量);中度干旱MS:40%FC;重度干旱SS:20%FC)的交互作用对草本植物网果酸模(Rumex chalepensis)、野豌豆(Vicia sepium)、泥胡菜(Hemmistepta lyrata)、风轮菜(Clinopodium chinense)、藜(Chenopodium album)和玉米石(Sedum album)生长特性的影响。结果表明:CO2浓度升高总体上刺激了网果酸模、野豌豆、泥胡菜、风轮菜和藜这5种C3植物在任何水分条件下的生长,也刺激了玉米石在水分条件较好下的生长;干旱胁迫总体上抑制了所有6种植物的生长,但中度干旱胁迫有刺激CAM植物玉米石生长的趋势。CO2浓度升高能否缓解干旱的负面影响具有明显的种间差异:CO2浓度升高减缓了干旱胁迫对泥胡菜和风轮菜的负面影响,这种缓解作用在网果酸模和野豌豆中显著降低,对藜没有明显的促进作用,对干旱下的玉米石的生长却起到了抑制作用。CO2浓度升高总体上增加了根质量分数和干物质含量;干旱胁迫明显提高了6种草本植物的根生物量的分配比例,降低了干物质含量;但CO2浓度升高和干旱胁迫的交互作用可导致不同的物种产生不同的响应,说明植物能够通过调节生物量分配和植株本身的水分含量保持能力来适应CO2浓度和干旱胁迫的交互影响,这种调节能力取决于植物在碳的吸收和水分散失之间的平衡"trade-off"。研究结果有助于增进草本植物对未来气候变化的适应性理解,为评估和预测全球气候和水文变化对植物的生理生态影响提供理论依据。     

黄河口潮间带碱蓬湿地植物-土壤系统V和Co生物累积的季节变化

2008年5—11月,对黄河口滨岸潮滩不同表现型碱蓬(Suaeda salsa)(中潮滩碱蓬,MMS,S.salsa in middle marsh;低潮滩碱蓬,LMS,S.salsa in low marsh)湿地植物-土壤系统V和Co含量的季节动态及其生物累积特征进行了研究。结果表明:MMS和LMS湿地表层土壤中V或Co含量的季节变化差异明显,但同一种湿地土壤中V和Co含量的变化模式相似。MMS(或LMS)湿地土壤的V含量均明显高于Co含量,二者在生长季的变异系数分别为12.01%、12.35%(MMS)和4.08%、4.94%(LMS)。MMS和LMS湿地表层土壤V的地累积指数(I_(geo))大多介于1—2,处于轻度污染状况;Co的I_(geo)大多介于0—1之间,处于无污染到轻度污染状态。V和Co含量在MMS不同部分中整体表现为枯落物根叶茎(P0.05),而在LMS中表现为枯落物叶茎根(P0.001)。MMS和LMS不同器官的V或Co转移能力存在较大差异,前者V和Co的R/S(根茎比)、R/L(根叶比)和S/L(茎叶比)大多大于1,后者中两种元素的相应比值则大多小于1。MMS和LMS不同部分的V和Co累积系数(AF)整体均表现为AFVAFCo,前者分别为后者的0.31—1.32、0.12—5.56、0.08—1.23、0.38—0.65倍(MMS)和0.14—0.84、0.23—0.68、0.34—0.77、0.43—0.56倍(LMS)。研究发现,MMS和LMS湿地土壤中有机质和铁锰氧化物含量的差异是导致二者V和Co含量存在差异的关键因素,而两种碱蓬生理生态学特性、所处生境水盐条件以及V和Co在不同器官扮演生态功能的差异是导致二者植物体内V和Co转移、分配与生物累积差异的重要原因。随着该区潮间带石油开采强度及石油燃料使用的增加,湿地表层土壤的V和Co(特别是V)污染问题将会逐渐凸显,而LMS可用于未来受V污染湿地修复的备选物种。     

植物-土壤系统中水分再分配作用研究进展

在过去100多年里,植物与土壤之间水分关系的研究多侧重于植物本身的水分利用方式、水分利用效率及其植物根系对水分的吸收等.然而进入20世纪80年代后期,植物生理生态学研究人员开始将注意力转移到植物根系对土壤水分的调节作用,即水分再分配（hydraulic redistribution）作用,具体地讲是在水势差的驱动下水分由根系向土壤中释出的一种双向和被动的水分运转过程,其中既包含水分由深层土壤向表层土壤的释出,也包括由表层土壤向深层土壤的流动,同时还涵盖了水分在水平方向上的侧向运输过程.伴随着研究手段的不断提高和对生态系统水平衡问题的关注,水分再分配逐渐成为近代植物生态学和水文学的交叉学科生态水文学（ecohydrology）的核心研究内容之一.目前该领域的研究已经阐明水分再分配作用在不同程度上对植物个体蒸腾、碳同化速率有很大贡献,有利于提高根系生活力和土壤养分;另外,在不断扩展的生态系统生态学研究中,也加强了对制约水分再分配作用发生的外部因子的认识.回顾和分析了水分再分配的研究历史、生态学意义、影响因素、测定方法等,特别提出阐述浅根系植物对水分再分配作用的依赖性与依赖程度,从植物进化学角度解释水分再分配作用发生的生理学基础和意义及水分再分配作用对土壤微生物活性的影响等方面将是未来研究的几个重点方向.     

磷对海水胁迫下芦荟幼苗离子分布的影响

研究了磷对海水胁迫下库拉索芦荟(A loe vera)幼苗干物质积累、植株含水量、在器官和组织水平上离子分布的影响。增磷显著缓解海水胁迫对芦荟生长的抑制,明显提高海水胁迫下芦荟幼苗的干物质积累和含水量。器官离子含量和X射线微区分析结果都表明,30%浓度海水胁迫下,外源磷水平的提高能显著降低芦荟幼苗根系N a 、C l-的吸收,增强K 、C a2 向地上部的运输和分配,从而维持叶片较高的K /N a 、C a2 /N a 比率,而这很可能是增磷提高芦荟对海水胁迫抗性的主要原因之一。     

毛乌素沙地优势克隆半灌木生物量配置对小尺度植被盖度变异的响应

克隆植物根据其构型可以分为游击型和密集型。游击型克隆植物的间隔子长,分株在水平空间的扩展范围大,可以利用更大空间范围内的资源,其通过克隆生理整合作用发生的非局部反应的能力强。由此可以得出的推论之一是,小生境斑块的环境发生变化,生长于其中的密集型克隆植物的反应可能会更灵敏。这种反应可能会体现在生物量以及配置格局的变化上。以毛乌素地区沙生半灌木群落中两种优势克隆植物羊柴(H edy sarum laeve)和油蒿(A rtem isia ord osica)为研究对象,前者是典型的游击型克隆植物,后者是密集型克隆植物。采取野外调查的方式,观测在不同植被盖度的小生境斑块内二者地上生物量分配格局的变化情况,并结合二者的克隆构型和生活史特征试图探讨产生这种格局的原因。结果表明:羊柴的地上各部分生物量对植被盖度变化的响应不如油蒿敏感。这或者是因为羊柴的游击型克隆构型决定其可以跨越小尺度斑块实现克隆生理整合,可以利用不同小生境斑块的资源导致的。油蒿只能利用小生境斑块内的资源,当小生境斑块的条件改变,其生物量以及配置方式也随之发生相应的变化。在繁殖方式上,羊柴的有性繁殖结构以及有性繁殖投资显著小于油蒿。在资源有限的条件下,对一种繁殖方式的投资常常会削弱另一种繁殖方式。羊柴主要依靠克隆繁殖,这或者符合并支持配置理论的观点。     

开放式空气二氧化碳浓度增高对小麦氮素吸收利用的影响

2001—2003年,利用我国唯一的农田开放式空气CO₂浓度增高 (free-air carbon dioxide enrichment,FACE) 技术平台,研究了FACE条件下冬小麦宁麦9号不同生育期N含量、吸收、分配和N效率的响应.结果表明：与对照相比,FACE处理使不同生育时期植株含N率显著降低,降幅达4.4%～13.4%;不同生育时期吸N量显著增加(7.4%～25.4%),生育中期的增幅明显大于生育前、后期;不同生育时期茎鞘的N积累能力相对增强,叶片N积累能力相对减弱,而对麦穗N积累能力的影响因生育进程而异;FACE处理使小麦不同生育时期N物质生产效率(5.5%～10.3%)、成熟期N收获指数(16.3%)和N籽粒生产效率(9.3%)均显著或极显著增加;增施N肥,使小麦不同生育时期N含量和吸收量呈增加趋势,使N效率呈下降趋势,而对N在各器官中分配的影响较小.     

根域限制和氮素水平对连翘幼苗生长的影响

在植物生长箱通过溶液培养试验,从叶片光合气体交换参数、叶绿素含量及其荧光参数等方面来探讨不同氮素浓度条件下根域体积对连翘幼苗光合生理特性及生长的影响,并采用^15N示踪技术对不同氮素浓度条件下根域体积对连翘幼苗体内氮素转运进行了研究。结果表明：低氮（LN）处理幼苗的地上部和根系干物质重较高氮（HN）处理的高,根域限制对地上部和根系干物质重的影响不同,LN处理幼苗地上部和根系干物质重在低根域体积（10cm×10cm×15cm,LR）处理均较高根域体积（20cm×10cm×15cm,HR）处理的低,HN处理的幼苗响应情况有所不同。LN处理幼苗的叶片净光合速率（Pn）和叶绿素含量较HN处理的高;LN处理幼苗Pn和气孔导度（Gs）在LR处理较HR处理的高,而HN处理幼苗的Pn和Gs随根域体积变化规律与LN处理相反,LN和HN处理叶绿素含量随根域体积变化规律与Pn相反。LN处理幼苗的PSⅡ最大光化学量子效率（Fv／Fm）和PSⅡ电子传递量子效率（ФPSⅡ）均较HN处理的高,不同供氮处理下LR处理幼苗的Fv／Fm均较HR处理的高;而ФPSⅡ的变化规律相反。不同供氮处理时,LR处理幼苗的光化学猝灭系数（qP）均较HR处理的低,而非光化学猝灭系数（qNP）的变化规律相反,LN处理幼苗的qNP较HN处理的高（P〈0．05）。不同供氮处理时,LR处理幼苗根系和地上部氮含量均较HR处理的低,LN处理幼苗根系和地上部氮含量较HN处理的低,幼苗根系和地上部氮含量随氮素浓度变化差异显著（P〈0．05）。LN处理幼苗根系吸收^15N在根系和叶片的分配率均较HN处理的低,而根系吸收^15N在枝和茎的分配率呈相反变化规律。根系吸收氮在叶片和枝的分配率分别为7％～10％和7％～12％,叶片和枝生长需要的氮素主要由其内源N库提供。     

CO2浓度升高与氮沉降对南亚热带森林生态系统植物生物量积累及分配格局的影响

 CO₂浓度升高与氮沉降增加对陆地生态系统的耦合作用已成为全球变化的研究热点。应用大型开顶箱(OTC)人工控制手段研究了人工生态系统在1)高CO₂(700±20 μmol·mol^–1)+高氮沉降(100 kg N·hm^–2·a^–1)(CN); 2)高CO₂(700±20 μmol·mol^–1)+背景氮沉降(C＋); 3)高氮沉降(100 kg N· hm^–2·a^–1)＋背景CO₂(N＋); 4)背景CO₂＋背景氮沉降处理(CK) 4种处理条件下荷木 (Schima superba)、红锥(Castanopsis hystrix)、海南红豆(Ormosia pinnata)、肖蒲桃(Acmena acuminatissima)、红鳞蒲桃(Syzygium hancei)等主要南亚热带森林植物的生物量积累模式及其分配格局。连续近3年的实验结果表明: 不同处理条件下, 各参试植物生物量积累具有不同的响应特征, N＋处理显著促进荷木、肖蒲桃及红鳞蒲桃生物量的积累; C＋处理显著促进肖蒲桃、海南红豆生物量的积累; CN处理显著促进除红锥外其他物种生物量的积累, 并且具有两者单独处理的叠加效应。不同处理改变物种生物量的分配模式, N＋处理降低植物的根冠比, 促进地上部分生物量的积累; C＋处理增加红锥和红鳞蒲桃地下部分生物量的分配, 却促进荷木和海南红豆地上部分的积累; CN处理仅促进红磷蒲桃地下部分的积累。群落生物量的积累与分配格局取决于优势物种的生物量及其分配格局在群落中所占的权重。     

扎龙湿地白鹤春季停歇地昼间行为时间分配及活动规律

在2004年4～5月,采用瞬时扫描取样法对扎龙国家级自然保护区林甸芦苇沼泽区的野生白鹤(Grusleucogeranus)在春季迁徙停歇地的昼间各种行为进行了研究。结果表明,在整个观察时期内白鹤各种行为具有较强的规律性,活动时间分配比例为:觅食31%、游走27%、静栖19%、警戒17%、修饰6%。白鹤觅食行为在一天中有两个高峰,分别为早晨和黄昏;游走行为基本上与觅食行为呈正相变化,并且几乎每个游走高峰及低潮相应地伴随着觅食的高峰和低潮;由于渔民清晨下苇塘收鱼和放牧,在5:30～6:30和6:30～7:30两个时间段警戒行为比例最高;静栖行为基本与游走及觅食行为呈负相关,对比发现,静栖行为比例低于觅食行为,与笼养鹤类的情况存在一定的差异,原因可能是食物丰富度影响了野生状态下行为的时间分配;修饰行为所占比例较小,是由于修饰行为是非主要行为,其发生是随机的。天气状况对白鹤数量变化有一定影响,阴雨和大风天气,白鹤数量明显减少,鹤群转移。与正常天气情况相比,阴雨和大风对白鹤觅食、静栖和游走行为时间分配影响显著(P阴雨=0·000<0·05,P大风=0·000<0·05),觅食时间缩短,游走行为减少,静栖时间变长。