准噶尔荒漠小山蒜的形态与生物量特征及其相互关系

小山蒜(Allium pallasii)是中国新疆特有的类短命植物。调查了准噶尔荒漠16个20 m×20 m样地内小山蒜种群的分布概况,研究了小山蒜盛花期的生物学特征、器官生物量分配及其相互关系。结果表明:①小山蒜多生于沙丘中下部,密度为0.187株·m–2;平均株高为(22.93±5.15)cm,多为3片叶;花序近球形,平均半径(2.44±0.37)cm,纵断面角度211.39°±60.4°,表面积和体积分别为(50.95±34.19)cm2和(43.37±29.45)cm3。②其形态指标(平均叶长、4个花球指标及鳞茎直径)间、生物量指标(根生物量除外)间,及二者之间多为显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)正相关,协同生长关系较强。③小山蒜生物量分配呈鳞茎>花葶>花球>叶片>根的格局,根冠比为0.873,生殖分配占49.66%。④形态指标与生物量间均呈α<1的异速生长关系,而生物量指标间多为等速关系,其中地上、地下生物量间符合α=3/4的异速关系。⑤生物量估测表明,小山蒜单株地上生物量平均为0.312 g,单株地下生物量平均为0.264 g,种群总生物量密度仅为0.106 g·m-2,其生物量在整个荒漠生态系统中可忽略不计,但它作为准噶尔荒漠重要而独特的种质资源,应从多个方面深入研究,同时进行适当保护。     

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。     

多枝柽柳和疏叶骆驼刺幼苗生物量分配及根系分布特征

以塔克拉玛干沙漠南缘荒漠-绿洲过渡带上两种主要建群种植物多枝柽柳(Tamarix ramosissima)和疏叶骆驼刺(Alhagi.sparsifolia SHAP.)的一年生幼苗为研究对象,采用人工壕沟全根挖掘法,研究同一生境条件下两种植物幼苗在生物量分配、根冠比、根系分布特征对极端干旱环境的适应特征.结果表明:(1)两种植物幼苗生物量分配策略明显不同.多枝柽柳幼苗把更多的生物量分配到地上,其根冠比为0.75;而疏叶骆驼刺幼苗把更多的生物量分配到地下,其根冠比为1.73.(2)两种植物幼苗地上/地下生物量属于典型的幂函数异速生长关系,异速生长模型的相关系数都在0.83以上.(3)两种植物幼苗根系分布各异.多枝柽柳幼苗根系多由垂直的主根和水平扩展的侧根组成,根长在垂直剖面上近似"丰"字形分布;骆驼刺幼苗根系在土壤中呈网状分布,根长在垂直剖面上近"古"字形分布.     

古尔班通古特沙漠5种植物凋落物分解特征

为明确养分受限环境中凋落物的分解特征及调控因素,以古尔班通古特沙漠5种不同生活型植物粗柄独尾草(Eremurus inderiensis)、尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)、芦苇(Phragmites communis)、花花柴(Karelinia caspia)和小果白刺(Nitraria sibirica)为对象,利用分解网袋法,研究了典型植物各器官(叶、茎、根)凋落物的分解过程。结果表明:(1)不同生活型植物各器官凋落物的质量损失过程可以用负指数衰减模型较好地拟合(R²>0.70),经过629 d的分解,物种间及同一植物各器官间凋落物的分解速率存在显著差异,粗柄独尾草和尖喙牻牛儿苗的分解快于芦苇、花花柴和小果白刺,5种植物叶、根凋落物的分解快于茎,而叶和根分解的快慢具有明显的种间差异;(2)凋落物分解过程中N、P养分动态因物种、器官类型而异,5种植物茎凋落物呈现不同程度的养分固持,而粗柄独尾草和尖喙牻牛儿苗的叶、根表现为N、P养分的净释放;(3)初始化学组成对根、茎凋落物分解的影响比叶重要,其中,初始养分含量和难降解成分是限制根分解的主要因子。凋落物初始化学组成是预测温带荒漠凋落物分解的重要因素,而其重要性受植物生活型和器官类型的影响,因此,未来气候变化下,植物物种或植物生物量分配的变化所引起的凋落物质量改变,可能会对荒漠生态系统碳和养分循环产生较大影响。     

荒漠植物雾冰藜和沙米叶片对凝结水响应的模拟实验

通过模拟凝结水实验,研究了荒漠被毛植物雾冰藜和无毛植物沙米的叶片是否吸收凝结水。试验设计无模拟凝结水、偶尔发生凝结水以及频繁发生凝结水3个处理,每个处理又分干旱条件和人工浇水两组控制试验,研究了模拟凝结水对雾冰藜和沙米枝条相对含水量、水势、净光合速率、气孔导度、基径、地上和地下生物量的影响。结果表明,对于被毛植物雾冰藜而言,模拟凝结水显著提高了人工浇水和干旱条件下的气孔导度和地上生物量,仅提高了干旱条件下植株的水势、相对含水量、净光合速率以及地下生物量;而对于植株的基径有较小的效应。对于无毛植物沙米而言,模拟凝结水对两种水分条件下的枝条相对含水量、水势、净光合速率、气孔导度、基径、地上和地下生物量影响不大。因此,有毛植物雾冰藜的叶片可以吸收凝结水,并且其植株的光合作用、水分关系以及其生长都会对凝结水的发生产生响应,而无毛植物沙米叶片不吸收凝结水。     

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）。     

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。     

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。     

荒漠草地4种灌木生物量分配特征

生物量是植物积累能量的主要体现,其在各器官中的分配是植物对环境适应的结果,反映了植物的生长策略。生物量分配会影响不同碳库之间的碳周转,进而影响陆地生态系统碳循环。选取腾格里沙漠东南缘荒漠草地的4种优势灌木种,采用全挖法在个体水平上研究了各器官的生物量以及地下-地上生物量关系(根冠比R/S),试图揭示生物量在各器官中以及地下-地上的分配格局。结果表明:不同物种生物量在地上部分各器官中的分配策略不同;R/S也不相同,其中红砂（Reaumuria soongarica）最大(中值为0.972),珍珠（Salsola passerina） (中值为0.744）和驼绒藜（Ceratoides latens）(中值为0.670)次之,盐爪爪（Kalidium foliatum）最小(中值为0.179),这表明4种灌木具有各自独特的生长策略。随着灌木的生长,冠幅和生物量不断增大,R/S呈下降趋势,说明植物在开始生长阶段对限制性的水分和养分可能有更高的竞争需求。4种灌木的根系分布在不同种间也存在差异,盐爪爪根系较浅(主要分布在0～30 cm土层),其次是珍珠（主要分布在0～50 cm土层),驼绒藜和红砂的根系分布较深(主要分布在0～70 cm土层)。驼绒藜、红砂和珍珠的地下-地上生物量分配模式支持等速生长假说,而盐爪爪的地下-地上生物量分配模式则不支持该假说。4种灌木的地上生物量与地下生物量(经对数转换)均呈极显著的线性相关关系(p<0.001),决定系数介于0.81~0.93之间,这一相关关系可以应用于对荒漠草地地下生物量的估算。本结果有助于进一步研究荒漠生态系统的生物量分配格局和碳循环。     

阿拉善荒漠植物叶片矿质元素含量的季节变化

为了研究不同生活型植物营养元素含量随季节变化的响应机制,在生长季内,对阿拉善地区荒漠植物霸王(Zygophyllum xanthoxylon)、猫头刺(Oxytropis aciphylla)、沙冬青(Ammopipta nthus mongolicus)、红砂 (Reaumuria soongorica)、驼绒藜(Ceratoides latens)、白刺(Nitraria tangutorum)6种灌木及多裂骆驼蓬(Peganum multisectum)、葡根骆驼蓬(Pegamum nigrllastrum)、无芒隐子草(Cleistogenes songorica)3种草本植物连续观察,采集叶片,分析矿质养分含量和比叶面积(SLA)的季节变化特征,并对牧草的营养均衡价进行了评价,同时探讨了其叶片发育特征与矿质元素含量的关系。结果显示:(1)不同生活型植物在生长季内的SLA变化规律不同,9种植物叶片SLA均在中等偏下的水平。(2)4种常量元素(K、Ca、Na、Mg)含量在生长季内的波动较大,4种微量元素(Fe、Mn、Zn、Cu)含量在生长季内的随月份变化不大,且大部分植物叶片Zn和Cu含量在生长季内维持在"低"水平。(3)9种牧草SLA与矿质元素Cu之间表现出较强的负相关,而与其他元素无显著的相关性。(4)植物种类与采样月份对植物叶片元素的交叉分析显示,植物叶片K、Na、Ca、Mg、Mn、Cu、Zn含量的变异主要受植物种类影响,植物叶片Fe含量的变异主要受植物种类和采样时间的交互作用影响。     

古尔班通古特沙漠草本植物生物量分配特征

草本植物层片是古尔班通古特沙漠早春生产力的主要贡献者,为深入了解荒漠草本植物在群落水平上对荒漠环境的整体适应性,分析了沙漠中部1 hm2样地中草本植物层片地上与地下生物量分配关系,并验证了草本植物层片生物量与根冠比、物种丰富度以及植株密度之间的关系.结果 表明:(1)类短命植物囊果苔草(Carex physodes)是...     

塔里木沙漠公路防护林土壤环境因子的根际效应

选取塔里木沙漠公路防护林不同定植年限下3种灌木的根际和非根际土,比较研究了土壤物理、化学、生物因子的根际效应。结果表明：（1）除全氮和全磷外,20种土壤因子在3灌木根际土间差异极显著;（2）根际土的容重、全盐含量、有机质含量、全氮含量、速效氮磷钾含量、微生物代谢活性、脂肪酸含量和DNA片段多样性、微生物生物量碳氮磷和6种酶活性在不同年限林地间的差异极显著;（3）全氮含量、速效氮磷钾含量、微生物代谢活性、DNA片段多样性、微生物量碳和磷、纤维素酶和磷酸酶活性在不同树种与年限的交互效应上差异极显著;（4）微生物生物量碳氮磷的根际效应大小为柽柳 > 沙拐枣 > 梭梭,而不同树种各土壤养分因子和酶活性的根际效应大小并不一致。可见,几种荒漠灌木的定植促进了土壤养分转化,加速了沙漠防护林土壤的发育进程。     

西鄂尔多斯地区5种荒漠优势灌丛生物量分配格局及预测模型

以西鄂尔多斯地区5种荒漠优势灌丛（沙冬青（Ammopiptanthus mogolicus）、四合木（Tetraena mongolica）、霸王（Zygophyllum xanthoxylum）、红砂（Reaumuria songarica）、半日花（Helianthemum songaricum））为研究对象,采用平均标准灌丛全部收获法测定灌丛各营养器官（枝条、叶片、根系）生物量,并分别以丛高（H）和冠幅（C）的复合因子（CH）及基径（D）和丛高（H）的复合因子（D²H）为自变量建立单株灌丛生物量预测模型。通过决定系数（R²）、估计值的标准误差（SEE）和F检验显著水平筛选出各灌丛种最佳生物量预测模型。结果表明：（1）5种荒漠灌丛单株总生物量干鲜比差异性显著（P<0.05）,各营养器官间差异性也达到显著水平（P<0.05）;灌丛根冠比种间差异显著（P<0.05）,红砂（1.05）> 霸王（1.01）> 半日花（0.92）> 沙冬青（0.90）> 四合木（0.49）;（2）根系和枝条是荒漠灌丛生物量的主要贡献者,其生物量占灌丛总生物量比例之和均在80%以上,根系生物量分配随根系径级的增加而增加;（3）5种荒漠优势灌丛单株灌丛生物量预测模型R²值均在0.85以上,且在0.05水平上显著,生物量模型预测精度较高。     

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。     

古尔班通古特沙漠短命植物分布及其沙面稳定意义

Based on systematically monitoring plants on dune ridges in the southern part of the Gurbantunggut Desert in 2002, this paper, from the angle of dune stabilization by vegetation,describes the temporal and spatial distribution patterns of ephemeral plants on isolated sand dunes,analyses the natural invasion processes of ephemeral plants on human-disturbed sand surface and expounds the importance of ephemeral plants in stabilizing sand dune surface. A total of 45 plant species were identified in the study area, 29 of which are ephemeral plants. Ephemeral plants sprouted in early April and completed their life-circle within about two months. Just as aeolian sand activities came to the strongest stage from April to June in desert regions of northern Xinjiang, the total coverage of trees, shrubs and herbs of long vegetational period on most dune ridges was less than 10%, while the mean coverage of ephemeral plants reached 13.9% in April, 40.2% in May and 14.1% in June. Therefore ephemeral plants acted as the major contributor to dune surface stabilization in the Gurbantunggut Desert.Investigations of vegetation restoration on engineering-disturbed dune surface show that ephemeral plants first recolonized the disturbed dune surface.     

沙漠公路防护林凋落物量、组成及动态

凋落物由植物产生并最终归还给土壤,为分解者提供物质和能量的来源。以塔克拉玛干沙漠公路沿线防护林为对象,2014年对各林龄防护林内的凋落物量、凋落物组成及动态变化进行研究。结果表明：沙漠公路8、10、13、16、19 a防护林年总凋落量分别为8 301.96、9 089.71、10 540.64、6 184.70、7 929.95 kg·hm^-2。各林龄防护林凋落物组成均以乔木状沙拐枣（Calligonum arborescens）同化枝、梭梭（Haloxylon ammodendron）同化枝和多枝柽柳（Tamarix ramosissima）枝凋落物占的比例最大,3种凋落物总量占年总凋落量的比例分别为89.05%、79.16%、75.28%、78.75%、81.14%。各凋落物组分在不同林龄间差异显著（P<0.05）。不同林龄防护林皆表现出春、秋季凋落量高,夏、冬季凋落量低的季节动态。各林龄防护林凋落物总量及主要凋落物的凋落量月动态变化曲线均呈现三峰型,在3—5月、7月和9—11月出现峰值,叶、果和其他的凋落量呈不规则变化,花只在4—8月凋落。