不同水分条件下杨树-玉米复合系统凋落物分解特性

为探讨水分变化对农林复合生态系统凋落物分解特性的影响,以河西走廊杨树（Populus）-玉米（Zea mays）凋落物为研究对象,设置正常水分（9200 m³/hm²,对照）,轻度干旱胁迫（减少15%,7800 m³/hm²）,中度干旱胁迫（减少30%,6400 m³/hm²）3种不同水分处理条件,采用分解袋法研究了不同水分条件下杨树叶和玉米秸秆的质量残留率、分解速率和养分含量变化特征。结果表明：（1）随着干旱胁迫的加剧,两种凋落物的质量残留率均增加,而分解速率降低。经过164 d的分解后,杨树叶和玉米秸秆的质量残留率分别为70.43%-77.49%、63.55%-68.29%。分析表明：水分和时间对各类型凋落物的质量残留率均有极显著的影响（P<0.001）,但二者的交互作用不显著（P>0.05）;干旱胁迫显著降低了玉米秸秆的分解速率,但杨树叶的分解速率却只是在中度干旱胁迫下显著降低（P<0.05）。对于不同类型凋落物而言,分解速率表现为玉米秸秆>杨树叶。（2）两种类型凋落物的氮（N）残留率在分解过程中表现为降低的趋势,但随着干旱程度的加大,N的残留率增加,表明水分抑制了N的释放过程。分解164d后,同一类型凋落物不同水分条件下的N残留率均存在显著差异。对于同一水分条件下不同凋落物而言,玉米秸秆的N残留率最低,而杨树叶最高。总的来说,水分降低对干旱区农林复合系统内凋落物的分解和氮元素含量具有显著的抑制作用。     

荒漠区植物光合器官解剖结构对水分利用效率的指示作用

植物生理功能的发挥以结构为基础,因此,植物光合器官(叶片或同化枝)解剖结构会对水分利用效率(WUE)有一定的指示作用。通过对黑河流域优势种灌木光合器官的解剖特征和表征WUE的稳定碳同位素比率(δ13C)进行分析,试图从解剖结构的角度为荒漠植物WUE寻求一个有效的指示指标。结果显示:(1)除花棒外,轴状光合器官植物的δ13C值均高于叶状。(2)不同荒漠植物光合器官及不同组织厚度变化范围较广,叶厚度(Tl)或轴直径(Da)、角质层厚度(Tc)、表皮厚度(Te)、栅栏组织厚度(Tp)、海绵组织厚度(Ts)、贮水组织厚度(Ta)的最大值分别约为最小值的6.9、5.8、11、4、3.5和3.5倍。荒漠区多数轴状光合器官植物的Da以及Te高于叶状。(3)所研究优势种灌木的δ13C值与Tl或Da之间存在极显著的正相关关系(r=0.719,P<0.01),与不同组织厚度(Tc、Te、Tp、Ts和Ta)之间相关性不显著。由此可知,从植物光合器官的解剖结构来看,荒漠区植物的WUE可以用Tl或Da来表征,叶片越厚,越有利于植物高效利用水分,且轴状光合器官植物的WUE高于叶状。     

临泽绿洲边缘区棉花群体光合速率、蒸腾速率及水分利用效率

在甘肃河西走廊中部黑河中游绿洲边缘区,于6月下旬和8月上旬,利用Li-8100土壤碳通量测定系统与改进的同化箱联合对田间条件下早熟陆地棉(Gossypium hirsutum)品种新陆早8号的群体光合特性进行了研究.结果表明：试验地6月下旬的土壤呼吸速率和土壤蒸发速率显著高于8月上旬（P＜0.01）;棉花群体光合速率日变化均呈“单峰型”,6月下旬的群体光合速率显著高于8月上旬,其日平均值分别为（43.11±1.26）和（24.53±0.60）μmol CO₂·m^-2·s^-1, 差异极显著（P＜0.01）;群体蒸腾速率日变化也呈“单峰型”,6月下旬和8月上旬的日平均值分别为（3.10±0.34）和（1.60±0.26）mmol H₂O·m^-2·s^-1,两者存在极显著差异（P＜0.01）;6月下旬和8月上旬的群体水分利用效率日平均值分别为（15.67±1.77）和（23.08±5.54） mmol CO₂·mol^-1 H₂O,但差异不显著（P＞0.05）.两生育时期棉花群体光合速率与温度、光合有效辐射及土壤含水量均呈正相关关系.表明棉花群体光合速率在6月下旬和8月上旬均没有出现中午光合下调,8月由于土壤水分降低和植物叶片衰老,棉花群体光合速率和蒸腾速率显著降低,但水分利用效率并无显著下降.     

三种不同类型草甸生态系统下鹅绒委陵菜的光合特性

鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)是高寒草甸的广布种和典型的杂类草,随生境变化其无性繁殖能力、空间拓展性、形态可塑性等差异显著。为探明该种在不同高寒生境下的光合特性及其与环境因子的关系,同时寻找影响其繁殖拓展能力的主要环境诱因,在若尔盖高原选择沼泽湿地、湿草甸和干草甸三类样地对鹅绒委陵菜的光合日变化进行比较。结果表明:7月下旬,由于光辐射强、大气温度高,各生境中鹅绒委陵菜的叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、瞬时水分利用效率(IWUE)和光能利用效率(LUE)均显著高于8月下旬(P0.05);同一月份,干草甸环境下的P_n显著高于湿草甸和沼泽湿地(P0.05);相关性分析显示,各环境中光合有效辐射(PAR)与P_n均呈显著正相关(P0.05),干草甸环境下空气相对湿度(RH)、土壤质量含水量(SWC)与P_n亦呈显著正相关关系(P0.05);从沼泽湿地、湿草甸到干草甸,鹅绒委陵菜的净光合速率和水分利用效率增大;光补偿点(LCP)降低,光饱和点(LSP)升高,光合作用时间延长;表观量子效率(AQY)和羧化效率(CE)提高。这表明,在相对干旱的生境下,鹅绒委陵菜的光合能力得到增强,各光合生理参数朝着有利于其生长的方向发展。水分条件可能是影响鹅绒委陵菜繁殖能力和盖度的重要环境因子。     

荒漠绿洲过渡带沙拐枣种群结构及动态特征

沙拐枣(Calligonum mongolicum)作为黑河中游荒漠绿洲过渡带的一种主要固沙植物种,它对于维护荒漠绿洲过渡带生态系统的稳定性起到了至关重要的作用。通过样地调查和数据统计,绘制了沙拐枣种群的径级结构图,在此基础上编制了种群的特定时间生命表,分析了存活曲线、死亡率曲线等重要参数,并运用时间序列模型预测种群数量动态,以揭示荒漠绿洲过渡带沙拐枣种群的结构及动态特征。结果表明:沙拐枣种群属于增长型,Vpi'=0.0233,表明该种群趋近于稳定型,但沙拐枣种群Ⅰ、Ⅱ龄级个体数目少于Ⅲ龄级的个体数目;存活曲线趋于Deevey-Ⅱ,各龄级种群有相近的死亡率;时间序列预测分析表明,在未来2、4、6、8个龄级时间后沙拐枣老龄个体逐渐增多,幼龄株数则有所降低,种群稳定性长期维持困难,因此,适当的人工辅助恢复和现有植株及生境的保护是保持沙拐枣种群自然更新和种群恢复的关键。     

气候变化背景下农林复合系统碳汇功能研究进展

农林复合系统作为一种土地综合利用体系,可以有效吸收和固定CO₂、增加碳储量,在达到收获目的的同时,可有力减轻温室效应.农林复合系统对CO₂的调控作用,使人们认识到农林复合系统较单一作物系统有着明显优势,因此,深入了解不同农林复合系统的碳汇功能及其影响因素,对全球碳循环研究及碳收支准确评估具有重要意义.本文综述了农林复合系统的概念与分类,探讨了农林复合系统不同组分的碳固存潜力及其影响因子,得出不同区域、不同类型农林复合系统内植被的固碳速率相差很大(0.59～11.08 t C·hm^-2·a^-1),其主要受到气候因子和农林复合系统自身特性(物种组成、林木密度和林龄)的影响.农林复合系统内土壤的固碳潜力受到系统内树木和非树木成分输入的生物量多少和质量、土壤质地、土壤结构的影响.不同地区的任何一个农林复合系统的碳储量多少主要依赖于复合系统中各组分的结构和功能.针对目前的研究现状,指出应重点加强农林复合系统优化结构的碳汇功能研究,以及加强农林复合系统碳储量的时空分布格局及其固碳机制的长期研究.     

西北干旱区荒漠植物叶片和细根碳、氮、磷化学计量特征

植物的叶片和细根是植物地上部分和地下部分最重要的营养器官,其碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征反映了植物的养分限制状况及叶片与细根间的协同作用,开展叶片与细根化学计量关系的研究,对认识植物养分利用策略及元素间平衡关系有重要意义。对西北干旱区21种荒漠植物叶片与细根C、N、P含量进行了测定,分析了C、N、P含量及其计量比在不同生活型及不同器官间的关系。结果表明:1)西北干旱区荒漠植物叶片与细根C含量相对稳定,叶N、P含量高于细根,说明在干旱生境中,植物对养分的分配侧重于地上部分,以完成其正常的生命活动;叶片与细根的N ∶ P无显著差异,有明显的保守性,表明植物地上与地下部分养分吸收策略与分配规律具有一致性;2)不同生活型植物叶片和细根的C、N、P含量及C ∶ N、C ∶ P存在显著差异,灌木与禾草具有较高的C ∶ N和C ∶ P,杂类草具有较高的N、P含量,说明灌木与禾草倾向于保守型养分适应策略,杂类草倾向于快速生长的资源竞争策略;3)21种荒漠植物叶片与细根N、P含量间均存在显著的正相关关系,表明西北干旱区荒漠植物体内N、P元素间存在相互作用;4)植物叶片与细根间C、N、P含量及C ∶ N、C ∶ P存在等速生长关系,表明植物光合产物和养分在地上与地下部分间的分配具有平行的比例关系,但这种关系受生活型影响。上述结果表明西北干旱区不同生活型植物在恶劣生境中存在不同的养分适应策略,且地上与地下部分的养分利用策略及分配规律存在协同作用,这为进一步认识西北干旱区荒漠植物的养分利用策略提供了试验基础。     

集群栽培对棉花种内关系的影响

为了检验假说“1穴3株集群栽培方式改变了棉花(Gossypium hirsutum)的种内关系, 从而使得经济产量显著提高”, 通过分析在集群和传统栽培方式下棉花各器官的生长特性, 阐明集群栽培下不同穴距对棉花种内关系的影响。结果表明, 与传统1穴1株种植相比, 集群栽培方式下随着穴距的减小, 棉花的茎秆生长显著降低, 在穴距为28 cm时, 叶片生物量最大且籽棉产量最高。进一步分析相对邻体效应(RNE), 发现穴距对棉花茎秆、叶片和籽棉产量的RNE影响都极为显著; 同时, 随着穴距的减小, 茎秆RNE值呈先升高后降低趋势, 且均为负值, 负效应强度在穴距为28 cm时最小。叶片和籽棉产量的RNE值均为正值, 且在穴距为28 cm时正效应强度最大。上述研究结果表明, 集群栽培改变了棉花的种内关系, 且在穴距为28 cm时, 对棉花籽棉产量的助长作用最大。     

黑河中游边缘绿洲湿润和干旱条件下棉花叶片光合特性比较

在甘肃河西走廊中部黑河中游临泽北部边缘绿洲区,测定了湿润和干旱条件下早熟陆地棉(Gossypiumhirsutum L.)品种'新陆早8号'棉花叶片的气体交换参数及叶绿素荧光参数动态日变化.结果表明:(1)不同土壤水分条件下棉花叶片均出现"光合午休"现象.但均未出现光抑制;干旱条件下91起棉花"光合午休"以非气孔因素为主,湿润条件下非气孔因素和气孔因素先后共同起作用.(2)干旱条件下棉花叶片净光合速率(Pn)在8:00～11:OO高于湿润条件下,且均值提高10.5%,而其在12:OO～18:00低于湿润条件下,且均值降低16.5%;干旱条件下叶片Pn和蒸腾速率(Tr)日均值(8:00～18:00)分别比湿润条件下降低4.9%和26.1%,水分利用效率(WUE)却提高了23.4%且达到显著水平.(3)不同土壤水分条件下棉花叶片PSlI最大光化学效率(Fv/Fm)都于14:00达全天最低值,但最低值均大于0.80.研究发现,湿润土壤条件并不能消除棉花的"光合午休"现象;干旱土壤条件也未使棉花出现光抑制,却使一定时段的水分利用效率显著提高.     

河西走廊沙漠泡泡刺群体光合特征及其与环境因子的关系

以河西走廊沙漠典型的荒漠植物泡泡刺群落为材料,运用LI-8100土壤碳通量测定系统与改进的同化箱联合对其7月和8月中旬的群体光合作用进行了测定,分析群体光合速率与立地环境因子的关系,探讨泡泡刺群体对干旱荒漠环境的光合适应机制。结果表明,7月中旬泡泡刺的土壤呼吸速率和蒸发速率均高于8月中旬,而其同期群体光合速率和水分利用效率也显著高于8月中旬。两时期的光合有效辐射是影响泡泡刺群体光合速率的主要因子,于7、8月中旬对泡泡刺群体的光合速率起着直接作用;同时,实验地8月中旬的空气相对湿度也能通过与大气温度以及光合有效辐射的相互作用对泡泡刺群体的光合速率产生较大影响。在7月中旬高温强光环境下,泡泡刺的群体光合速率高于8月中旬,从而说明泡泡刺对高光强、高温的荒漠环境具有较好的适应性。