高寒植物群落优势种光合日变化及其与环境因子的关系

为分析不同高寒植物群落优势种的光合特性，探究影响光合作用的主要环境因子，选择若尔盖高原同纬度同海拔的沼泽湿地、湿草甸和干草甸样地，对比研究典型植物群落优势种木里苔草（Carex muliensis）、四川嵩草（Kobresia setchwanensis）和垂穗披碱草（Elymus nutans）光合日变化。结果表明：（1）由于水分条件差异显著（P<0.05），沼泽湿地优势种木里苔草的净光合速率（P_n）日变化呈单峰趋势，而湿草甸和干草甸优势种P_n则为双峰曲线，存在光合“午休”现象。（2）水分利用效率（WUE）日均值表现为干草甸优势种 > 湿草甸优势种 > 沼泽湿地优势种；各群落优势种光能利用效率（LUE）日均值无显著差异。（3）沼泽湿地优势种P_n主要受光合有效辐射（PAR）、气温（T_a）和空气相对湿度（RH）的影响；干草甸T_a和PAR为主要环境因子，湿草甸影响优势种P_n的主导因素为PAR。     

科尔沁湿草甸参考作物蒸散发模拟分析

为探明气候变化下干旱半干旱地区湿草甸参考作物蒸散发(ET₀)影响因子,使用FAO 56 P-M模型对科尔沁湿草甸ET₀进行模拟,利用涡度相关系统对模型的适用性进行评价,并通过通径分析及指标敏感性分析对ET₀的影响因子进行辨识。结果表明:(1)小时尺度模拟精度最高,日尺度次之,月尺度较差,小时尺度上晴、阴、雨3种天气条件下模拟效果不同,晴天最优,阴雨天较差。(2)ET₀年内变化呈单峰曲线状,生长季明显高于非生长季,集中在3—10月,占全年89.79%。生长季典型晴天ET₀逐小时分布特征遵循倒“U”单峰型变化规律。(3)通径分析结果显示,对ET₀的通径系数以及对回归方程估测可靠程度E的总贡献均表现为VPD(饱和水汽压差) > T_min(最低气温) > R_n(冠层表面净辐射)>u₂(2 m高度风速),即VPD为影响ET₀最重要的因子;指标敏感性分析中,在去除VPD后引起的E变化最大,说明ET₀对VPD的变化最为敏感,其次为u₂、T_min和R_n。     

模拟氮沉降和降水变化对红砂（Reaumuriasoongorica）、珍珠猪毛菜（Salsolapasserina）生理的影响

氮素和水分是植物生长的重要环境限制因子,尤其是在受养分和水分限制的荒漠生态系统。氮沉降和降水格局变化对荒漠植物的影响是近年来的研究热点。以单生红砂(Reaumuria soongorica)、单生珍珠猪毛菜(Salsola passerina)和混生红砂-珍珠猪毛菜3种生长方式的一年生红砂和珍珠猪毛菜幼苗为研究材料,采用盆栽试验,研究施氮水平(0、4、8 g·m~(-2)·a~(-1))和降水处理(W-30%、W、W+30%)对红砂和珍珠猪毛菜抗氧化酶及渗透调节物质等生理特性的影响。结果表明:(1)氮水耦合均显著降低不同生长方式下红砂和珍珠猪毛菜的丙二醛(MDA)含量。(2)在降水减少和正常降水下增施氮肥更能显著提高红砂和珍珠猪毛菜的抗氧化能力。(3)两种植物的可溶性蛋白和脯氨酸含量均在高氮与降水减少交互处理下含量较高,说明增施氮肥能提高干旱条件下植物的渗透调节物质,提高其抗旱能力。(4)混生红砂的MDA含量显著高于单生红砂,而珍珠猪毛菜相反,且增施氮肥和降水增加交互能降低红砂混生下MDA增加的幅度和使混生珍珠猪毛菜的MDA减少幅度增大。(5)混生均使二者过氧化氢酶(CAT)活性显著提高,而过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性反而降低,混生红砂是以提高可溶性蛋白含量来增强其渗透调节能力,而混生珍珠猪毛菜则是增加脯氨酸含量,且水氮处理下能更好地维持混生红砂和珍珠猪毛菜的抗氧化和渗透调节能力。     

CoLM模式对塔克拉玛干沙漠北缘陆面过程模拟评估及修正

采用2011年3月22日至7月26日肖塘陆气相互作用观测资料测试了不同陆面参数对公共陆面模式（CoLM）模拟效果的影响。地表参数包括地表反照率（α）、地表比辐射率（ε）、空气动力学和热力学粗糙度（z_0m、z_0h）、零置位移（d）、热传输附加阻尼（kB^-1）。结果表明：感热通量H和地表温度T_g对地表反照率、动力学粗糙度和地表比辐射率比较敏感,对零置位移不敏感。通过观测资料获得的这些参数及kB^-1参数化方案均被用来替换原CoLM模式中相应值及参数化方案。CoLM模式基本上能较好地模拟净辐射R_n、感热通量H、地表土壤热通量G₀和地表温度T_g日变化特征,只是在日峰值及其峰值出现时间的模拟上不理想;而CoLM模式对该地区土壤湿度M的模拟效果非常不好。误差统计值Bias、SEE、NSEE表明优化参数后的CoLM模式使得R_n的模拟误差被降低4.21%（SEE）,H的模拟误差被降低25.19%（Bias）,T_g的模拟误差被降低33.33%（Bias）、10.45%（SEE）和25%（NSEE）。     

氮素添加对草原不同冠层植物光合作用的影响

氮沉降对植物的生理生态特征具有重要影响，草原不同冠层植物光合特性对氮沉降的响应不同。通过向内蒙古典型草原人工施加氮肥模拟氮沉降，测定上层代表性植物羊草（Leymus chinensis）及下层代表性植物黄囊苔草（Carex korshinskyi）的光合速率（P_n）、水分利用效率（WUE）、蒸腾速率（Tr）和气孔导度（G_s）等光合特性指标及生物量，分析氮沉降对草原不同冠层植物的影响。结果表明：羊草净光合速率随着氮添加量增加呈先上升后下降趋势，而黄囊苔草净光合速率随着氮添加量增加呈上升趋势。氮添加增加了羊草的水分利用效率、生物量和相对生物量，但是对黄囊苔草的水分利用效率、生物量和相对生物量没有影响。在施氮量高于0.8 mol·m^-2后，黄囊苔草的气孔导度和蒸腾速率极显著高于羊草（P<0.01）；整体上看，随着氮添加梯度黄囊苔草蒸腾速率呈现增加的趋势，而羊草的气孔导度和蒸腾速率的变化没有明显的规律。典型草原区不同冠层植物的光合特性对氮添加具有不同的响应，上层植物对下层植物光合作用的限制较小。     

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。     

科尔沁沙地中南部34种植物叶功能性状及其相互关系

以科尔沁沙地中南部34种主要植物为研究对象,分别测定叶片鲜重(FW)、干重(DW)、干物质含量(LDMC)、面积(LA)和比叶面积(SLA),比较不同生活型(一二年生草本、多年生草本、灌木)和功能型(C₃、C₄植物)的叶片性状的差异性,探讨沙地植物叶片性状相互之间的内在联系及其对环境的适应性。结果表明:一二年生草本的LDMC(0.23 g·g^-1)显著小于多年生草本(0.31 g·g^-1)和灌木(0.32 g·g^-1);而一二年生草本的SLA(22.14 m²·kg^-1)显著大于多年生草本(17.18 m²·kg^-1)和灌木(13.41 m²·kg^-1)。一二年生和多年生C₄植物的LDMC显著大于C₃植物;多年生C₄植物SLA显著大于C₃植物;C₃植物的LDMC表现为一二年生草本<多年生<灌木。沙地植物的叶鲜重、叶干重和叶面积三者间极显著正相关,植物叶干重与SLA显著负相关;C₄植物和多年生植物叶干重与SLA显著负相关。沙地不同生活型、功能型植物叶片的功能性状差异明显,沙地灌木和多年生植物能够较强的适应干旱环境,一二年生草本则具有较强的保持体内营养和获取土壤资源的能力。     

生物土壤结皮对温带荒漠植物凋落物分解的影响

环境和微生物群落的变化会影响凋落物的分解过程。生物土壤结皮是干旱荒漠区地表普遍存在的生物覆盖，对土壤物理化学性质有显著影响，但对于是否影响荒漠植物凋落物分解缺乏深入了解。选择8种在古尔班通古特沙漠广泛分布的荒漠植物（白梭梭Haloxylon persicum、梭梭Haloxylon ammondendron、黑沙蒿Artemisia ordosica、粉苞菊Chondrilla piptocoma、羽毛针禾Aristida pennata、刺沙蓬Salsola ruthenica、紫翅猪毛菜Salsola affinis、钩刺雾冰藜Bassia hyssopifolia），分析生物土壤结皮覆盖对这8种凋落物质量损失率和分解速率的影响。结果表明：生物土壤结皮和植物种对凋落物质量损失率有极显著影响（P<0.01），生物土壤结皮的存在增大了荒漠植物凋落物质量损失率，不同物种的分解率差异显著。8种植物凋落物的质量损失率在结皮覆盖条件下为13.67%~64.56%，去除结皮处理下为13.58%~54.13%。其中，结皮覆盖条件下白梭梭、梭梭、紫翅猪毛菜的质量损失率（46.12%、41.26%、64.56%）显著高于去除结皮处理（35.85%、36.97%、54.13%，P<0.05）。生物土壤结皮的存在缩短了凋落物的半分解和95%分解时间，缩短长度随物种差异而不同，受凋落物的初始全碳和全氮含量调节。荒漠地表生物土壤结皮对植物凋落物分解具有促进作用，且这种作用具有显著的种间差异，地表生物土壤结皮的存在对初始全碳含量较低而全氮含量较高的凋落物促进作用更明显。     

科尔沁沙地几种常见植物茎叶吸水特征

植物通过茎叶吸水能够极大地改善自身水分条件。为研究科尔沁沙地植被茎叶吸收水分变化特征,于2017年7-8月选取科尔沁沙地常见植物差不嘎蒿（Artemisia halodendron）、小叶锦鸡儿（Caragana microphylla）、猪毛菜（Salsola collina）,通过自然降雨、茎叶隔雨、根部隔雨的控制试验,运用压力室法测定了降雨前后的植物水势（Ψ）变化。结果表明：（1）根部隔雨试验中,差不嘎蒿、小叶锦鸡儿和猪毛菜降雨后的水势值与降雨前相比分别升高了约66.7%、59.5%和87.9%,在降雨后第2天的水势值与降雨前相比分别升高了约73.2%、86.7%和90.6%。（2）差不嘎蒿和猪毛菜在不同部位隔雨试验中的茎叶水势值差异不明显（P>0.05）,小叶锦鸡儿茎叶水势值存在显著差异（P<0.05）。（3）差不嘎蒿、小叶锦鸡儿和猪毛菜都存在茎叶吸水现象。小叶锦鸡儿比差不嘎蒿和猪毛菜更能够适应科尔沁沙地的生存环境。     

5种荒漠短命植物养分再吸收对水氮添加的响应

人类活动和全球气候变化导致的大气N沉降升高和降水格局的变化,将会影响植物-土壤系统的养分循环。研究了5种荒漠优势短命植物在N添加和增加降水处理下,叶片N、P含量变化及叶片N、P的再吸收特征。结果表明:自然情况下,荒漠植物叶N、P含量相对较高(平均值分别为30.1 mg·g^-1、3.6 mg·g^-1),而叶片N:P很低(6.8~10.5);荒漠短命植物叶N再吸收率(NRE,34.08%)低于P再吸收率(PRE,73.03%);叶片养分含量和再吸收率在物种间的差异极显著;N添加对NRE和PRE没有显著影响;N添加使尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)、条叶庭荠(Alyssum linifolium)和卷果涩荠(Malcolmia scorpioides)N再吸收度(NRP)减小,使丝叶芥(Leptaleum filifolium)和齿稃草(Schismus arabicus)的NRP增加,对P再吸收度(PRP)影响很小。不同含量N添加处理对NRE没有显著影响,但对PRE具有显著影响;增加降水对NRE具有显著影响,使NRE增加(丝叶芥除外),对PRE、NRP和PRP没有显著影响,但PRE和NRP增加,PRP变化很小;N添加和增加降水对NRE没有显著交互作用,对PRE具有显著交互作用,但其变化因物种而异。总之,N输入增加和降水格局的变化,显著改变了荒漠短命植物养分状态及再吸收特征,这将对短命植物群落组成及所处荒漠生态系统养分循环产生重要影响。     

我国荒漠植物的水分饱和亏

本文研究了我国荒漠植物的水分饱和亏, 结果以典型的荒漠旱生植物珍珠和红砂最大, 分别为43.4%和35.6%, 梭梭34.7%, 籽蒿37.1%。中生植物刺槐和钻天杨水分饱和亏最小, 分别为15.0%和14.3%。这就表明, 荒漠植物在干旱条件下, 免于伤害的能力与水分饱和亏的大小密切相关。     

不同密度和不同水分状况下春小麦光合初探

利用CIRAS 1PP系统光合仪测定了不同密度和不同水分处理下的转基因春小麦新品系3号和耐盐8号的净光合速率(Pn),蒸腾(E),气孔导度(Gs)和胞间CO₂浓度(CO₂.in),结果表明:①水分亏缺可以突出密度效应;②不同品种对密度效应的响应不同,新品系3号比耐盐8号的密度效应更加明显一些;③高密度下单叶片净光合速率值的降低将是最终造成单株生物量改变的主要原因。     

中国荒漠C4木本植物和土壤无机固碳研究回顾与展望

碳是贯穿自然和社会的首要元素之一,碳循环是自然和社会系统的重要纽带。陆地生态系统的自然固碳途径有2种,一种是植物碳同化,另一种是土壤碳同化,人们一直关注植物的有机固碳,对于土壤的无机固碳重视不够。本文回顾了中国荒漠区固碳能力强的C₄木本植物和土壤无机固碳研究进展。通过解剖结构观察、δ¹³C值和气体交换特征全面分析得出,荒漠植物梭梭（Haloxylon ammodendron）和沙拐枣（Calligonum mongolicum）为典型的C₄木本植物,梭梭同化枝有大量的含晶细胞,沙拐枣同化枝有大量的黏液细胞。干旱区荒漠的非生物固碳能力至今缺乏合理解释。通过对戈壁、沙漠和壤质荒漠土壤无机碳密度和碳储量分析,提出了土壤碳同化（soil carbon assimilation）概念,并给出了土壤碳同化途径的3个阶段,解释了土壤无机固碳这一现象;与植物碳同化比较,土壤碳同化是荒漠固碳的主要途径。最后,展望了荒漠C₄木本植物和土壤碳同化的研究方向及对中国2060年前实现碳中和目标的可能贡献。