Can the Study of Natural Vegetation Succession Assist in the Control of Soil Erosion on Abandoned Croplands on the Loess Plateau,China?

In the Loess Plateau, China, arable cultivation of slope lands is common and associated with serious soil erosion. Planting trees or grass may control erosion, but planted species may consume more soil water and can threaten long‐term ecosystem sustainability. Natural vegetation succession is an alternative ecological solution to restore degraded land, but there is a time cost, given that the establishment of natural vegetation, adequate to prevent soil erosion, is a longer process than planting. The aims of this study were to identify the environmental factors controlling the type of vegetation established on abandoned cropland and to identify candidate species that might be sown soon after abandonment to accelerate vegetation succession and establishment of natural vegetation to prevent soil erosion. A field survey of thirty‐three 2 × 2–m plots was carried out in July 2003, recording age since abandonment, vegetation cover, and frequency of species together with major environmental and soil variables. Data were analyzed using correspondence analysis, classification tree analysis, and species response curves. Four vegetation types were identified and the data analysis confirmed the importance of time since abandonment, total P, and soil water in controlling the type of vegetation established. Among the dominant species in the three late‐successional vegetation types, the most appropriate candidates for accelerating and directing vegetation succession were King Ranch bluestem (Bothriochloa ischaemum) and Lespedeza davurica (Leguminosae). These species possess combinations of the following characteristics: tolerance of low water and nutrient availability, fibrous root system and strong lateral vegetative spread, and a persistent seed bank.     

施氮和供水对混播和单播白羊草叶片叶绿素荧光特性的影响

为明确干旱条件下混播和施氮对白羊草〔Bothriochloa ischaemum(Linn.)Keng〕叶片叶绿素荧光参数的影响,采用盆栽法并设置不同混播比例〔白羊草与柳枝稷(Panicum virgatum Linn.)混播比例分别为8:0、6:2、4:4和2:6〕、施氮水平(即不施氮和1kg干土施01g纯氮)和供水条件(即正常供水和干旱胁迫6d后复水),对白羊草叶片叶绿素荧光参数的变化进行比较分析;在此基础上,采用一般线性模型分析这3个因素及其交互作用对白羊草叶绿素荧光参数的影响效应.结果显示:正常供水条件下,各处理组白羊草的最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)、表观光合电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(qP)和非光化学淬灭系数(NPQ)均无明显变化.干旱及复水条件下,不施氮处理组白羊草的Fv/Fm值在干旱胁迫6 d(即土壤相对含水量最低)时降至最低值,并在复水2 d后恢复至与正常供水条件下相近的水平,而施氮处理组的Fv/Fm值则一直保持与正常供水条件下相近的水平;不论施氮与否,各处理组白羊草的ΦPSⅡ、ETR、qP和NPQ值基本上均表现为在干旱胁迫6 d时达到最高值,并在复水2 d后恢复至正常供水条件下各参数值的90%以上.总体上看,混播白羊草的qP和ETR值均高于单播白羊草,而其NPQ值则低于后者.统计分析结果表明:混播比例、施氮水平和供水条件3个因素间的交互作用对白羊草的ΦPSⅡ、qP和ETR值无显著影响,施氮水平对NPQ值的单独作用、施氮水平和混播比例的交互作用对Fv/Fm值以及施氮水平和供水条件的交互作用对ETR值也无显著影响,但这3个因素的单独作用及两两因素间的交互作用对白羊草其余叶绿素荧光参数均有显著或极显著影响.研究结果表明:一定程度的干旱胁迫有利于提高白羊草叶片PSⅡ反应中心的开放程度、光合电子传递速率和热耗散过剩光能的能力;在干旱胁迫条件下,施氮有助于白羊草叶片维持PSⅡ反应中心的活性和光化学效率;并且,与柳枝稷适度混播可改善白羊草叶片的光合性能,提高其种间竞争适应性.     

干旱胁迫和CO2浓度升高条件下白羊草的光合特征

采用盆栽控制试验,研究了黄土丘陵区乡土种白羊草在不同水分水平(80%FC和40%FC)和CO₂浓度(375和750 μmol·m^-2·s^-1) 处理下的光合生理变化特征.结果表明： 干旱胁迫使白羊草的最大净光合速率(P_nmax)、表观量子效率(AQE)、气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)、最大光化学效率(F_v/F_m)、潜在光化学效率(F_v/F_o)和光合色素含量降低,丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量升高.水分充足条件下,与正常大气CO₂浓度相比,大气CO₂浓度倍增下白羊草的P_{n max}、MDA和Pro含量无显著差异.干旱胁迫下,CO₂浓度升高提高了白羊草的最大荧光(F_m)、F_v/F_m、F_v/F_o、叶绿素含量和AQE, P_nmax比正常CO₂浓度下高23.3%,差异达到显著水平,而MDA和Pro含量均显著降低.CO₂浓度升高对干旱胁迫引起的白羊草光合能力下降有一定的补偿作用,减轻了干旱胁迫对白羊草的伤害.     

短期CO2浓度升高和干旱胁迫对白羊草土壤碳氮和微生物根际效应的影响

采用人工气候室和盆栽控水试验研究黄土丘陵区典型草本植物白羊草在倍增CO₂浓度(800 μmol·mol^-1)下和充分供水(75%～80%的田间持水量)、轻度干旱胁迫(55%～60%的田间持水量)和重度干旱胁迫(35%～40%的田间持水量)下根际和非根际土壤碳氮含量和微生物群落结构及其根际效应.结果表明: CO₂浓度升高和干旱胁迫对白羊草根际和非根际土壤有机碳、全氮和水溶性有机碳(DOC)含量及其根际效应均无显著影响.轻度干旱胁迫下CO₂浓度升高显著促进了根际土壤水溶性有机氮(DON)的消耗,导致DOC/DON升高,提高了DON的负根际效应和DOC/DON的正根际效应.干旱胁迫和CO₂浓度升高对土壤总磷脂脂肪酸(总PLFA)和细菌PLFA的根际效应无显著影响.CO₂浓度升高条件下干旱胁迫显著提高了根际土壤G⁺/G^- PLFA,降低了非根际土壤G⁺/G^- PLFA,导致其根际效应显著提高,表明根际微生物群落由自养微生物群落向异养微生物群落的转变.     

干旱气候对白羊草群落土壤水分和地上部生长的初步观察

对大旱之年白羊草（Ｂｏｔｈｒｉｃｈｌｏａ ｉｓｃｈａｅｍｕｍ）群落的善上壤水分状况和地上部的生长状况进行了研究。结果表明,白羊草群落在整个生长期都处于水分严重亏缺状态,植物生长被大大地抑制。种类少而单调,群落地上生物量、高度和盖度受上壤水分的影响沿升－降－升－降的方向变化。地上年净初级生产量仅为８３．８ｇ／ｍ＾２,比正常年份低２～４倍。干物质含量则显著高于正常年份。     

干旱气候对白羊草群落地下部生长影响的初步观察

对大旱之后白羊草（Bothrichloa ischaemum）群落地下部的生长状况与1991平水年该群落地下部的生长关况进行比较,以反映干旱气候对白羊草群落地下部生长的影响,结果表明,极旱年下生物量的峰值达到1249g.m^-2,比平水年峰值586g.m^-2高1倍多,在极旱年或旱季根系主要集中分布的层次下移,而在平水年或雨季则上移,极旱年群落地下生物量的周转值为52．64％,显著高于平水年时的周转值18．36％,极旱年群落的地下生物量与地上生物量在生长中互为消长关系,而平水年两者在生长季同时增另,基本呈直线关系,极旱年群落的地下生物量与地上生物量比为11．19,显著高于水平年时的比值2．03,极旱年群落的地下净初级生产量为390．7g.m^-2.年^-1,比平水年时的生产量107．6g.m^-2.年^-1高2．63倍。     

黄土高原白羊草草原的基本特征及其地理学意义

黄土高原的白羊草草原具有水平地带性特征,是第三纪亚洲内陆热带性质的草原随着干旱的发展和气候的变冷逐渐向外推移的结果。因而该草原是次生的,残遗的,本区现在的分布区正是欧亚内陆外围残遗的分布区的组成部分。该草原分布通常与森林相结合或形成群落复合体,构成森林草原的自然景观。该草原西部和北部边缘应是中亚与东亚植物区系的自然界限,即恒山－雁门关－管涔山－白于山－六盘山－天水－武山。该草原的建群种和优势种主要     

不同生长期白羊草中游离氨基酸的含量

本文对不同生长期白羊草（Ｂｏｔｈｒｉｏｃｈｌｏａｉｓｃｈａｅｍｕｍ）中氨基酸成分进行了分析,共检出白羊草中氨基酸１６种,以８月份生长的白羊草氨基酸的含量最高,为５．８１６ｍｇ／ｇ。