Growth and physiological response of Arundo donax L. to controlled drought stress and recovery

Soil water deficit constrains crop growth more than any other abiotic stress, both per se and in combination with other factors, making drought resistance a key element for the successful exploitation of marginal areas. Arundo donax (Poaceae), is a mesophyte that can adapt to a wide variety of ecological conditions, although its growth can be retarded by a shortage of water. The objective of the present research is to draw a comprehensive picture of the integrated response mechanisms of A. donax to controlled drought conditions, and characterize its ability to recover upon rewatering in terms of photochemical efficiency. Plants were subjected to a gradually applied drought stress for a period of three weeks, after which they were returned to fully hydrated soil conditions for one week. Overall, plant dry weight and key growth parameters were not significantly affected. However, detrimental effects were visible in the form of impaired leaf gas exchange, which influences the performance of photosynthesis, and pre-dawn leaf water potential (pdΨ_W), ?92.1% of net CO₂ assimilation rate and ?0.36 MPa, respectively at the cessation of stress. Nonetheless, a rapid restoration of A. donax physiological functions was observed upon rewatering, testifying to the environmental plasticity of this species.     

离子树脂法测定森林穿透雨氮素湿沉降通量——以千烟洲人工针叶林为例

穿透雨是大气氮素输入森林生态系统的重要途径之一,穿透雨中氮素含量的定量评估在森林生态系统氮素循环研究中的作用不可忽视。穿透雨中氮沉降通量的空间异质性很强,传统降水收集法工作量大,且容易带来测定误差。分析了国产离子树脂测定大气氮素湿沉降的可行性,并以千烟洲人工针叶林为例探讨离子树脂法测定森林穿透雨的适用性。结果表明,离子交换树脂法和传统降水收集法测定值之间的相关性显著,离子交换树脂法可以很好的反映大气氮沉降通量和季节变化特征,并且在采样周期较长时也能准确测定氮沉降组分,是适用于野外站点林内穿透雨氮沉降通量的观测方法。千烟洲人工针叶林穿透雨的氮沉降通量为9.19 kgN?hm-2?a-1,夏季的5—7月份和冬季的1—2月份出现氮沉降通量高峰。夏季穿透雨氮沉降以铵态氮为主,而冬季以硝态氮为主。千烟洲人工针叶林的氮沉降通量与附近地区针叶林穿透雨氮沉降通量近似,低于临近区域阔叶林穿透雨的氮沉降通量水平,但已可能接近森林生态系统氮输出出现强烈反应的氮沉降临界值。     

两种生态型芦苇胚性悬浮培养物对渗透胁迫的响应Ⅰ、生长及渗透调节物质的变化

在浓度为20％的PEG-8000介导的渗透胁迫下,沙丘芦苇的胚性悬浮培养物的生长受抑程度小于沼泽芦苇,相对细胞活力也较高,表现出比沼泽芦苇较高的耐渗透胁迫能力。对渗调物质含量的分析显示：两种生态型芦苇细胞中脯氨酸含量均随处理时间逐渐增高。沙丘芦苇的可溶性蛋白含量、蔗糖含量等表现出比沼泽芦苇更为显著的积累。两种生态型芦苇的渗透适应性细胞中均大量积累脯氨酸和糖类。说明有机渗透调节物质的积累对提高芦苇细胞抗渗透胁迫能力有显著贡献。     

施用南荻生物炭对不同类型土壤氨挥发的影响

在洞庭湖区农田施用秸秆生物炭不仅能实现秸秆资源化利用,还可降低环境污染压力。本研究于2020年采用水稻盆栽试验,研究了不同南荻秸秆生物炭施用量对土壤氨挥发速率、累积氨挥发量、表面水pH值和NH₄⁺-N浓度的影响。供试土壤为第四纪红土发育的红黄泥和花岗岩发育的麻砂泥水稻土,设置6个南荻秸秆生物炭添加处理,即分别以土柱0～20 cm土壤重量的0%、1%、2%、4%、6%和8%比例添加生物炭,每盆施用复合肥200 kg N·hm^-2。结果表明: 施用生物炭导致两种土壤之间或不同生物炭处理之间的氨挥发速率和累积量均存在显著差异。麻砂泥施用生物炭处理在施肥后第2天出现氨挥发峰值,且较不施生物炭处理峰值降低了23.6%～53.4%;红黄泥氨挥发峰值出现在施肥后第7～13天,且其峰值随着生物炭添加量的增加而升高。整体上,麻砂泥土壤的氨挥发速率均高于红黄泥。麻砂泥土壤＜4%生物炭添加量能抑制土壤氨挥发速率及累积量,其中以2%处理降幅最大(46.9%),但生物炭添加对水稻生长前期表面水pH值的影响不显著;红黄泥土壤随着南荻生物炭用量的增加,表面水中pH值和NH₄⁺-N浓度增加,导致氨挥发速率及累积量增幅达1.3～10.5倍。回归分析显示,生物炭添加量是影响两种土壤氨挥发的关键因素。Elo-vich方程能较好地拟合两种土壤的氨挥发累积量随时间的变化动态,各施炭处理的相关系数均达极显著水平。总体上,对于偏中性的麻砂泥土壤,施用一定量的南荻生物炭对氨排放有一定的抑制作用,而对于酸性的红黄泥土壤,增施南荻生物炭会通过提高表面水的pH值和NH₄⁺-N浓度促进氨挥发,因此针对不同类型土壤施用南荻秸秆生物炭应注意选择适宜用量,以降低氮素损失。     

微晶和芦苇浆纳米纤维素的粒度分布分析

在一定工艺条件下,硫酸分别水解微晶纤维素和芦苇浆制备纳米纤维素,采用激光粒度分析法分别分析了微晶和芦苇浆纳米纤维素的粒度分布,结果表明以微晶纤维素为原料,在控制制备工艺条件下可以制备出三维尺度相差不大的纳米纤维素,Z均粒径为163.8 nm。芦苇浆纳米纤维素为非球形颗粒,且不同方向的尺寸相差较大,Z均粒径为942.0 nm。     

人工林地浑水入渗性能与通用入渗模型

采用双环法 ,通过 130场田间的浑水与清水入渗对比试验 ,对两种土壤质地的刺槐、侧柏人工林地的浑水入渗性能进行了研究。结果表明 ,含沙径流——浑水可显著削弱人工林地土壤的入渗性能 ,降低天然降水与土壤水的转换能力及人工林涵养水源的作用 ,其削减能力随着入渗水流含沙量、泥沙中小于 0 .0 1mm物理性粘粒含量的增加或入渗历时的延长而增大 ,并受到土壤质地的强烈影响。在土壤质地相同条件下 ,人工林地浑水的入渗能力随人工林树种的不同而异。刺槐林地土壤入渗能力大于侧柏林地 ;与相同立地退耕还林后仅 1a的新造林地相比较 ,退耕还林后 13a生的侧柏林地 ,土壤浑水入渗和清水入渗能力均减小 ;但退耕还林后 13a生的刺槐林地 ,清水入渗能力明显增强 ,浑水入渗能力因入渗水流特性不同而异。通过 L evenberg-Marquardt非线性参数拟合 ,求得了两种土壤质地条件下 ,3种林分积水型浑水与清水入渗的通用模型。该模型既可用于清水入渗预报 ,又可用于不同含沙量和泥沙粒度组成浑水入渗能力的预测     

芦苇湿地温室气体甲烷(CH4)排放研究

用封闭式箱法对辽河三洲芦苇湿地温室气候CH4的观测结果表明,其排放有明显的季节规律。淹水前、土壤为CH4汇。淹水期间,有大量的CH4排放。排水后CH4排放明显减少。在测定期内,CH4排放通量为－968－2734μgCH4l/(m^2.h)。另外,土壤中中产生的CH4主要是通过芦苇植株的传输作用进入到大气中,试验结果还表明,有芦苇生长的湿地CH4排放是无芦苇生长的15倍,同时,建议芦苇田应采用间歇灌溉的水分管理措施,这样既促进植株生长,又能减少CH4排放。     

黄土丘陵区人工林刺槐和油松凋落叶在不同降雨时期的分解特征

凋落物分解是维持生态系统养分循环和能量流动的关键过程,但在雨热同期的黄土丘陵区,不同降雨时期凋落物基质质量动态对该区不同树种凋落物分解速率的影响还不清楚。采用凋落物分解袋法,基于野外原位分解实验分析黄土丘陵区主要人工林刺槐（Robinia pseudoacacia Linn.）和油松（Pinus tabulaeformis Carr.）凋落叶在不同降雨时期的分解特征和分解过程中凋落叶基质质量的变化与分解速率之间的关系。研究结果发现：（1）经过391 d的分解,刺槐凋落叶的平均质量损失速率为（51.0±8.44）mg/d,显著地高于油松凋落叶（36.7±4.83）mg/d;雨季期间两树种凋落叶的质量损失速率均显著地高于旱季,其中夏季多雨期间凋落叶的质量损失速率最高,冬季微量降雨期间质量损失速率最低。（2）在整个分解过程中两树种凋落叶C和N含量都表现为净释放且主要发生在雨季,P含量表现为释放与富集交替进行;刺槐凋落叶C/N比、C/P比和N/P比呈波动的趋势,油松凋落叶C/N比则显著地增加且在夏季多雨期出现峰值,C/P比呈波动的状态,N/P比变化较小。（3）不同降雨时期刺槐凋落叶的质量损失速率与凋落叶P含量动态显著正相关,与C含量、C/P比和N/P比动态显著负相关。油松凋落叶质量损失速率与C/N比动态显著正相关,与C、N含量动态显著负相关,与N/P比动态呈负二次函数的关系。这些结果说明黄土丘陵区刺槐和油松凋落叶在不同降雨时期分解速率之间的差异显著且两树种凋落叶的分解都集中在雨季期间;此外凋落叶分解主要受到凋落叶N含量和N/P比动态变化的制约,与刺槐凋落叶相比,N含量与N/P比对油松凋落叶的限制作用更强。     

人工灌丛化对荒漠草原生态系统碳储量的影响

宁夏盐池县从20世纪70年代开始在荒漠草原上人工种植柠条灌木用以防风固沙和生态恢复,这一人为措施极大地改变了区域生态系统的植被结构和碳循环,而定量评估人工灌丛化对荒漠草原生态系统碳储量的影响,不仅能够揭示人类活动的碳循环反馈机制,而且可为地方政府生态治理提供理论指导。结合Biome-BGC模型和Logistics生长模型模拟了1958—2017年间荒漠草原人工灌丛化前后的碳储量变化,定量分析了人工灌丛化对生态系统碳储量和组分的影响。结果表明:(1)结合Biome-BGC模型和Logistics生长模型可以较准确地模拟出荒漠草原人工灌丛化过程中生态系统碳储量的变化。(2)人工灌丛化会快速改变荒漠草原的碳储量累积特征,柠条灌木种植后的快速生长阶段极大增强了生态系统的总碳储量,导致生态系统的碳储量特征由草地型向灌木型转变。(3)人工灌丛化改变了生态系统各类型碳储量的组分结构,其对地上植被和枯落物碳储量的影响非常明显,灌丛化后生态系统的植被和枯落物碳分别增加了6倍和1.76倍;因植被碳向土壤碳转化过程较慢,故人工灌丛化对地下土壤碳储量的影响在短期内较为微弱。以上结果显示,荒漠草原人工灌丛化能显...     

人工灌丛总初级生产力和蒸散对气候变化的响应模拟——以宁夏盐池县荒漠草原区为例

荒漠草原区人工灌丛生态系统的总初级生产力(GPP)和蒸散(ET)如何响应全球气候变化,不仅是全球变化生态学研究的核心问题,也关乎干旱半干旱风沙区生态建设的可持续性。利用参数优化后的生物群区生物地球化学循环(Biome-BGC)模型和气象环境驱动数据,考虑不同气候变化情景和未来趋势,模拟了盐池荒漠草原区人工灌丛生态系统GPP和ET对气候变化的响应。结果表明:(1)增温会显著抑制生态系统的GPP,大幅度的增温(3 ℃)会导致GPP急剧下降,但增温对ET的抑制作用非常微弱;(2)降水是限制ET变化的重要因素,相对于增温诱发干旱胁迫所引起的ET小幅下降,降水多寡则更直接地控制着生态系统的ET大小;(3)中国西北地区未来气候的"暖湿化"趋势和大气CO₂浓度升高会对荒漠草原区人工灌丛生态系统产生综合驱动效应,增强陆地和大气间的碳水交换通量。研究成果可为干旱半干旱区应对全球变化及指导地方政府制定生态保护修复政策提供科学依据。