科尔沁沙地优势固沙灌木的生物量预测模型

灌木生物量预测模型对于快速估算固沙灌木林生产力具有重要作用。以科尔沁沙地3种常见的固沙灌木小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）、差不嘎蒿（Artemisia halondendron）、黄柳（Salix gordejevii）为对象,基于对灌木地上、根系和整株生物量及高度、冠幅等的测定,建立3种灌木地上、根系和总生物量的估算模型,通过决定系数（R²）、估计值的标准误（SEE）和回归检验显著水平（P<0.05）筛选最优的生物量预测模型。结果表明：小叶锦鸡儿和黄柳生物量的最佳估算变量为冠幅体积,而差不嘎蒿的最佳预测变量为冠幅面积。幂函数回归模型具有最大的R²和较小的SEE,说明相对生长方程是估算小叶锦鸡儿、黄柳、差不嘎蒿灌木生物量较理想的模型。通过实测值检验,3种灌木幂函数模型预测生物量的预估精度在93%以上,具有较好的预测精度。     

半干旱沙区3种优势固沙灌木生物量分配及其生态学意义

为探究科尔沁沙地3种优势固沙灌木生物量的分配特征，以黄柳（Salix gordejevii）、差不嘎蒿（Artemisia halodendron）和小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）为对象，采用全挖法在个体水平上研究了固沙灌木生物量构件及其占比、R/S（root-shoot ratio）、地上新生生物量占比、地上新生生物量与老枝生物量占比及其与冠幅的相关性和地下-地上生物量关系。结果表明：（1）科尔沁沙地3种优势固沙灌木生物量构件及其占比存在显著性的种间差异（P<0.05）；黄柳的老枝生物量及其占比居于首位，NAB（new aboveground biomass，新枝生物量）/OBA（old branch biomass，老枝生物量）为43.90%；差不嘎蒿的地上生物量占比居于首位，地上新生生物量是老枝生物量的2.43倍；黄柳和差不嘎蒿地下生物量集中分布在浅土层，不存在深根系（根系长度>100 cm）。（2）小叶锦鸡儿地下生物量及其占比和R/S（root/stem）均居于首位；地下生物量在根系长度>30 cm处的生物量占比达到61.61%，深根系（根系长度>100 cm）层地上生物量占比达到22.33%。（3）黄柳和差不嘎蒿的R/S、NAB/AGB（aboveground biomass，地上生物量）和NAB/OBA均与冠幅呈负线性关系，在固沙后期该两种灌木随着冠幅的增大，地上新生部分锐减，生产力下降，植被出现衰退。（4）通过非线性回归拟合得到3种灌木地上（y）-地下（x）生物量异速生长模型为：黄柳y=2.928x ^1.039（R²=0.901，P<0.01），差不嘎蒿y=32.802x ^0.685（R²=0.469，P<0.01），小叶锦鸡儿y=1.337x ^0.066（R²=0.833，P<0.01）。     

科尔沁沙地两种固沙灌木林地土壤理化性质和酶活性比较

小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和差不嘎蒿(Artemisia halodendron)是科尔沁沙地典型的固沙灌木,它们在退化沙地的恢复过程中起着重要的作用。本研究对这两种灌木林地表层土壤理化性质和酶活性进行了比较。结果表明:小叶锦鸡儿比差不嘎蒿对沙丘土壤理化性质和酶活性的改善作用较大。其中,小叶锦鸡儿林地土壤黏粉粒含量比差不嘎蒿高3倍左右,土壤含水量是差不嘎蒿的1.31倍,土壤有机碳和全氮分别是差不嘎蒿的1.35和1.36倍,土壤过氧化物酶和脲酶活性分别是差不嘎蒿林地土壤的2和3倍。科尔沁沙地流动沙丘中种植小叶锦鸡儿和差不嘎蒿后,两种灌木均能改善沙丘土壤理化性质和酶活性,但是其改善能力存在一定差异,总体来说,在退化沙地土壤肥力和生物活性的恢复方面,小叶锦鸡儿的优势高于差不嘎蒿。     

沙漠植物抗氧化酶活性及渗透调节物质含量与光合作用的关系

以科尔沁沙地生长的沙漠植物差不嘎蒿(Artimisia halodendron)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)、扁蓄豆(Ruthenian medic)、胡枝子(Lespedeza bicolor)、黄柳(Salix gordejevii)和猪毛菜(Salsola collina)为材料,研究了自然状况下光合作用、保护酶活性及渗透调节物质含量的日变化特征及相关关系。结果表明:(1)5个C₃植物光合作用日变化为中午降低类型,净光合速率(P_n)在10:00到达第1个高峰,在14:00出现第2个高峰,其中4个植物第2高峰平均P_n仅为第1高峰的37%。C₄植物猪毛菜光合作用为单峰型。(2)在第1个P_n高峰期间,伴随着光合有效辐射(PAR)增高6.5倍和气温(T_a)增高,叶片水分亏缺度(VPD)增加3~6倍、气孔导度(G_s)下降60%;叶片丙二醛(MDA)含量增加18%,P_n增加3~13倍;过氧化物酶(POD)活性(除了扁蓄豆)平均增高29%、过氧化氢酶(CAT)活性(除胡枝子)平均增加82%;叶片可溶性糖含量增加48%,脯氨酸含量(除差不嘎蒿)增加74%。(3)午间和午后在大气PAR和T_a较高、叶片VPD较大、MDA含量和P_n下降时,渗调节物含量和抗氧化酶活性仍维持较高水平。日间叶片光合特性与保护酶活性和渗透调节物质含量的日变化间具有一定的相关性。抗氧化酶(尤其是POD和CAT)和渗透调节物(脯氨酸和可溶性糖)不仅在P_n增加过程中维护细胞氧自由基代谢和水分代谢平衡,而且在P_n较低时抑制膜脂过氧化和维持水分平衡,因此它们在日间提高P_n和恢复叶片光合作用上起重要的生理保护作用。6种植物参与抗逆生理调节的抗氧化酶和渗透调节物种类上差异显著。     

科尔沁沙地3种灌木凋落物分解速率及其与关键气象因子的关系

选取科尔沁沙地3种代表性灌木（差不嘎蒿、黄柳、小叶锦鸡儿）作为研究对象,采用网袋法对其凋落物进行研究,每月取样测试,结合试验期间当地气象资料,对凋落物在不同类型沙丘、不同深度的分解率进行相关分析。结果表明,生长季节内,放置在地表的凋落物在固定沙丘上的分解率大于其在流动沙丘上的分解率,而在冬春季节却相反;凋落物在地下10 cm深处的分解普遍快于地表;经过一年的分解,差不嘎蒿的分解率大于另两种植物,以固定沙丘地表放置为例,其最终分解率为53.6%,大于小叶锦鸡儿的28.5%及黄柳的21%;降水对凋落物的分解影响较地温更大。     

科尔沁沙地采用人工植被对流沙治理的技术

在科尔沁沙地的流动沙丘上采用不同的人工措施,即铺设秸秆栅栏沙障、草方格和栽植差不嘎蒿,对沙丘的固定作用进行了研究。结果表明三种措施都有利于增加沙丘植物的多样性和生物量,但栽植差不嘎蒿和草方格好于秸秆栅栏沙障;沙丘固定过程中,植物的演替顺序有沙蓬-差不嘎蒿-狗尾草-黄蒿的趋势;植物生物量的形成与土壤湿度关系密切,应用试验数据建立了生物量(Y)与土壤湿度(X)的回归关系方程。Y=-13.7x²+72.5x-11.42 R²=0.824。     

湿润条件下几种锦鸡儿属灌木的气体交换特征及调节机制

土壤水分充足时柠条、中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿的Pn、E和Gs均大幅度提高,Pn和Gs值的大小顺序为:中间锦鸡儿>小叶锦鸡儿>柠条,E值的大小顺序为:柠条>中间锦鸡儿>小叶锦鸡儿。柠条一日内的Fv/Fo、Fm/Fo和Fv/Fm值最高,日间没有明显的降低;中间锦鸡儿的上述各项荧光参数值最低,且在13:00~ 17:00出现"低谷",说明发生了明显的光合作用光抑制;小叶锦鸡儿各项测值的大小和波动幅度居于两者之间;3种灌木的光抑制均可在黄昏得到恢复。3种灌木的Chl以中间锦鸡儿为高,柠条和小叶锦鸡儿相近;Car的日均值仍以中间锦鸡最高,柠条和小叶锦鸡儿则相近。一日内以柠条的水势最低且波动平缓;中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿的水势较高,日间降幅较大,在15:00~ 17:00降至最低。柠条脯氨酸含量在日间明显增加,中间锦鸡儿稍有增加,小叶锦鸡儿则不明显;3种灌木的脯氨酸含量依次为柠条>中间锦鸡儿>小叶锦鸡儿。     

科尔沁沙地优势固沙灌木叶片凋落物分解的主场效应

在气候变化和人类活动的影响下，科尔沁沙质草地中灌木植物种增加，导致沙质草地逐渐向灌木地转变。选取该地区优势固沙灌木差不嘎蒿（Artemisia halodendron）和小叶锦鸡儿叶（Caragana microphylla）凋落物及其混合凋落物开展交互移置培养试验，分析了培养过程中CO₂释放和干物质损失量以及混合凋落物CO₂释放量实测值与预测值的差异，辨析主场效应产生的原因及其驱动机制，以期为将主场效应纳入到凋落物分解模型提供理论基础。结果表明：与高质量的小叶锦鸡儿叶凋落物相比，质量较低的差不嘎蒿叶凋落物分解具有更强的主场效应；其次，引起叶凋落物分解的主场效应归因于土壤微生物的特化作用，而不是土壤动物的搬运或贮藏行为。此外，混合凋落物主场效应与其分解生境中长期输入的凋落物的质量相似性紧密相关，质量相似性越大，主场效应越强，这也是本研究中混合凋落物分解在差不嘎蒿灌丛土壤下具有较强主场效应的原因。     

水分对科尔沁沙地差不嘎蒿气体交换特性的影响

 以科尔沁沙地优良固沙植物差不嘎蒿（Artemisia halodendron）为实验对象,研究了其在不同水分条件下的气体交换特性。结果表明,不同水分处理下差不嘎蒿的气体交换特性存在显著差异。在对照供水条件（当地降水平均值,123 mm）下,差不嘎蒿叶片具有最大的光合速率;少量供水（61.5 mm）下,差不嘎蒿叶片的气体交换能力下降,导致净光合速率减小,但水分利用率升高,显示出对干旱环境的强适应能力,净光合速率日变化曲线为双峰型,具有光合“午休”现象;大量供水（184.5 mm和246 mm）下,叶片气体交换能力增强,但净光合速率和水分利用率较小,净光合速率日变化曲线为单峰型,光合“午休”现象消失。根据Farquhar和Sharkey的观点,相对于对照处理,可以判定少量供水条件下影响差不嘎蒿净光合速率的因素以气孔因素为主,而充分供水条件下则以非气孔因素为主。     

水分胁迫对冷蒿和差不嘎蒿体内水分状况的影响

在土壤正常水分条件下,冷蒿的ψ_w,ψ_π和ψ_π100远远低于差不嘎蒿,RWD、Va及Va·Vs^-1远远大于差不嘎蒿,维系其生命活动的膨压只占差不嘎蒿的30%。土壤极端干旱时,差不嘎蒿的上述参数发生大幅度变化,抗旱能力随之提高。极旱的午后,二种灌木均遭旱害威胁,其水分状况参数值(ψ_w,ψ_O、Va和RWD)相差很小。旱后复灌的情况下,差不嘎蒿上述参数同样发生大幅度变化,各参数值可恢复到对照水平;冷蒿在干旱和复灌期间参数相对变化较小。多水环境使二种灌木束缚水含量明显提高,从外观生长状况看差不嘎蒿优于冷蒿。     

降雨量对科尔沁沙地3种沙生植物生长和生理的影响

对降水格局变化的响应是植物适应环境的重要方面。通过野外增减雨试验，研究了降水变化对科尔沁沙地3种沙生植物生长特性和生理特征的影响。结果表明：（1）6月植被平均密度最大，7月平均盖度最大，降雨量增加60%时，植被盖度最大，为58.0%。（2）增雨区的主要植物为雾冰藜（Bassia dasyphylla）和猪毛菜（Salsola collina），减雨区主要植物为蒺藜（Tribulus terrestris），降雨量减少60%时，蒺藜在6、7、8月密度分别为70%、80%、79%，显著高于其他植物。（3）降雨量减少时，3种沙生植物的相对含水量（RWC）减少，而细胞膜透性增加；蒺藜RWC高于雾冰藜和猪毛菜，但是丙二醛（MDA）正好相反；蒺藜的耐脱水能力和细胞膜的耐伤害程度强于雾冰藜和猪毛菜。（4）随着降雨量的增加，3种植物的光能转化效率（F_v/F_m、ΦPSⅡ）逐渐增加，但随干旱天数的增加而减小。     

Relationship between the haplotype distribution of Artemisia halodendron(Asteraceae) and hydrothermal regions in Horqin Sandy Land,northern China

The genetic diversity of Artemisia halodendron(Asteraceae), a constructive and dominant species in Horqin Sandy Land,was investigated to examine the genetic relationships with different hydrothermal regions in Horqin Sandy Land. We sequenced chloroplast DNA(cp DNA) fragments(trn L–F) of 243 plants from 10 populations across the Horqin Sandy Land.The analyses of cp DNA variation identified seven haplotypes. A low level of haplotype diversity(H_d=0.706) and nucleotide diversity(π=0.0013) was detected. Haplotypes clustered into two tentative clades. Low genetic differentiation among regions was consistently indicated by hierarchical analyses of molecular variance(AMOVA). Across the sampled populations, the haplotype distributions were differentiated with hydrothermal gradients.     

在干旱、高温胁迫中沙生植物抗脱水性与膜脂过氧化关系的研究

在高温、自然脱水和干旱处理中不同类型沙生植物叶形态、相对含水量(RWC)、质膜相对透性、丙二醛(MDA)含量变化不同,其中流动沙地的沙米、欧亚旋覆花在胁迫中MDA积累,RWC下降快,膜透性增大,复水后MDA增多而植株死亡;半固定沙地的差不嘎蒿和固定沙地的狗尾草、白草,胁迫下MDA积累,RWC下降,但复水后RWC上升、膜透性下降,MDA下降,植株存活。自然脱水处理中植物细胞膜相对透性与膜脂过氧化成正相关,但细胞膜受损程度与MDA积累的绝对量无密切关系,而与膜忍受膜脂过氧化能力相关。     

脆弱生态带典型区域几种锦鸡儿属优势灌木的光合特征

小叶锦鸡儿在原产地科尔沁沙地光合速率可达12.21μmol·m^-2·s^-1,引种至腾格里沙漠后降低了11.63倍,光合日变化曲线由"凹谷"型变为"单峰"型;毛乌素沙地中间锦鸡儿的光合速率在引种前为4.5μmol·m^-2·s^-1,引种后降低了3倍,光合日变化曲线由"双峰"型变为"单峰"型;在相同的环境条件下,柠条和中间锦鸡儿光合等特性相似,以小叶锦鸡儿光合速率最低,引种前后降幅最大,说明其对引种地的适应性不及中间锦鸡儿。