植物水分利用效率及其测定方法研究进展

评述了植物水分利用效率(WUE)概念的发展以及不同尺度的研究进展,分析了WUE的研究意义。从植物因子和环境因子两方面综合评述了WUE的影响因素。植物因子包括:生理因子、生育期、光合途径、生活型、植物固氮特征、入侵特性和品种特性。环境因子包括:水分、光照、CO2浓度、空气温度和叶温、植物种植方式、灌溉方式、施肥、土壤贫瘠程度和干扰强度等,但各环境因子影响程度不同。并且概括了WUE的测定方法:田间直接测定法、气体交换测定法和稳定性碳同位素技术,探讨了各自的优缺点。最后强调了目前水分利用效率研究在尺度扩展方面存在困难,在干旱区植被恢复方面的研究相对较弱,进而初步展望了WUE在干旱区植被恢复方面的研究。     

中国科学院新疆生态与地理研究所提出盐生植物利用新思路

正盐生植物是一类能够在盐分浓度至少200 mmol/L的环境中生长并完成生活史的植物,约占植物物种总数的1%。盐生植物是重要的植物资源,在食用、饲用、药用、工业、保护和改造环境等方面具有开发利用价值。中国科学院新疆生态与地理研究所田长彦研究员课题组通过分析盐生植物的特点,结合实际应用需要,在利用盐生植物改良盐碱地、修复石油和重金属污染等方面提出新思路。首先,在干旱区盐碱地改良方面,提出利用滴灌技术种植一年生真盐生植物。在干旱区,水资源匮乏,而传统的改良措施又消耗大量的水。真盐生植物能够主动吸收土壤里的盐分,聚集在地上部,     

干旱、盐胁迫下的植物水势研究与进展

近几十年来,国内外许多学者潜心研究植物水势,在植物水势概念的提出与发展、不同植物水势的日、年变化特征及其与环境因子的关系、植物叶、茎等不同部位水势对干旱胁迫的变化以及对不同土壤盐分或自身不同含盐量的反映等方面,已经取得了非常显著的成果,积累了许多宝贵的经验。然而,该研究领域仍存在许多的漏洞与不足。笔者从研究对象、目标及内容等方面针对性地提出了今后应加强研究的方向。主要体现在,基于西部干旱区干旱缺水、风沙大、土壤盐碱度高的环境特点,可以借助于研究干旱区植物水势的特点,来揭示植物的抗旱和抗盐特性,创新之余也弥补了以往研究的不足。     

中国温带荒漠植物蒸腾过程模拟的若干问题分析

荒漠植被蒸腾过程是研究干旱区生态水文过程的关键一环。当前对植物蒸腾过程模拟的发展方向是光合-气孔导度-蒸腾过程耦合模型,将植物叶片的水碳交换过程通过气孔导度模型耦合起来,从而反映植物生理生态对植物蒸腾的影响特征,也揭示水分胁迫是如何影响植物生长过程的。中国干旱区水分环境是特殊的,温带荒漠植物的生理生态对干旱环境下水分条件的响应过程也是独特的,这决定了荒漠植物蒸腾过程特征的独特性,也使得当前先进的水碳耦合蒸腾模拟方法针对中国荒漠植物需要进行有针对性的修改。这些修改的关键包括对干旱区荒漠植物SPAC水分运动过程、植物水分胁迫的生理生态响应规律和荒漠植物气孔导度变化规律等的理解和模拟。相关的国内研究近些年已经有了一些开展,部分领域也得出了许多有意义和可以借鉴的结论。但是围绕蒸腾模型建立所必需的一些水碳交换过程规律的深入认识和模拟等方面,目前的研究没有比较好的支撑,还需要进一步深入研究。     

干旱区典型植物生长与地下水位关系的模型研究

以生态适宜性理论为基础，根据塔里木河干流流域典型植物的随机抽样调查资料，建立了干旱区几种典型植物生长与地下水位关系的对数正态分布模型。根据建立的模型得出干旱区典型植物的最适地下水位、适宜地下水位区间及其对环境因子的忍耐度。与同是干旱区的黑河流域下游额济纳旗实测及调查资料进行比较分析，结果是合理的，因此模型也是合理的。最后，根据模型得出了对干旱区生态恢复和重建，实现干旱区经济、社会和生态环境协调可持续发展具有重要意义的结论和建议。     

植物修复技术在土壤重金属污染中应用的研究进展

当前,土壤受重金属污染状况在国内外都很严重,受到了越来越多的关注。植物修复技术是新近发展起来的一项用于处理土壤重金属污染的生态技术,其机理主要是通过某些植物对重金属元素的吸收、积累和转化,达到减轻重金属污染土壤的目的。与传统的处理土壤污染方法相比,植物修复技术具有经济、简单和高效等优点。简要介绍了植物修复的几种类型,论述了当前国内外植物修复技术的研究进展。重点涉及了其中的植物提取和植物稳定两种修复类型,当它们与其他诸如稳定同位素标记技术、基因工程技术等相结合时,可以提高植物的修复效果。而超积累植物由于其独有的生理特性非常适用于大规模应用。最后探讨了植物修复技术在土壤污染治理中的一些不足、发展趋势和研究重点。     

石油污染湿地土壤生物修复研究进展

从石油污染湿地土壤生物修复的植物修复、微生物修复和植物—微生物联合修复3方面综合阐述了国内外该领域的研究现状。在采用植物进行石油污染湿地修复时,选择湿地环境下典型植物或者能适应湿地特殊环境的植物品种是常用的也是有效的方法之一。在采用微生物进行石油污染湿地修复时,主要通过投加外源微生物和改变环境因素或施加营养元素刺激土著微生物等方式。植物—微生物联合修复石油污染湿地的方法,则是利用微生物自身作用促进植物生长,从而增加植物吸收、降解污染物的能力。由于植物或微生物的生长对污染物浓度有一个耐受极限,植物和微生物修复的效果主要取决于石油污染物浓度。为此,将湿地的石油污染浓度降到植物—微生物可降解范围内,并提高联合修复的降解效率,将是今后石油污染湿地土壤生物修复研究的重点。     

基于杂草植物的石油烃污染土壤生态修复

在过去的几十年内,人们在致力于采用合适的原位修复技术以加速对现有人为污染的石油烃的降解与净化方面做了大量工作。至今,原位植物修复,即采用高等植物去除、稳定、降解和／或代谢有毒有害污染物的方法,已经成为对石油烃污染环境治理修复的具有前途的新兴技术。杂草植物由于具有大量的纤维根系和极为强壮的特征,因其有助于穿透污染土壤而建立一个强大的根际圈,进而在植物修复方面一般表现为巨大的潜力。本综述首先对石油烃污染土壤实施植物修复所涉及的一些重要机制,包括植物积累、植物稳定、植物降解、植物挥发和根际降解作用,进行了概述和探讨。近年来,在进一步促进石油烃污染土壤的植物修复效率方面,改进并研制了相当数量的实验方法。此外,来自实验研究结果的成功给予研究人员以极大的鼓励,尤其促使人们在田间尺度上实施石油烃污染土壤的植物修复方面做了一些有益的尝试。然而,所有这些工作均存在着诸多局限和困难,有待我们去克服,从而使我们的研究从实验室的尺度发展到田间的应用上。     

土壤重金属污染现状及其治理方法

随着社会的快速发展,土壤重金属污染日益严重。本文介绍了土壤重金属污染的现状,治理和修复技术的基本原理和方法,给出了各种重金属污染治理与修复方法的优缺点和适用范围,并对土壤重金属污染修复技术研究进行了展望。     

土壤砷污染特点与植物修复探讨

土壤砷污染一直是国内外关注的热点,植物修复技术是20世纪80年代提出的利用植物治理土壤污染的一种"绿色技术".土壤中砷主要以无机态的形式存在,并主要为Al、Fe、Ca等所吸附而产生共沉淀,水溶态的砷含量一般小于总砷的5%.砷污染区的植物砷含量一般高于非污染区,具有耐贫瘠、耐干旱且地带性不是很强的特点.到目前为止,世界范围内已发现3种超富集砷的植物.根据野外调查与分析,利用超富集植物治理土壤轻度砷污染是可行的.     

Wild Barley, Hordeum spontaneum, a Genetic Resource for Crop Improvement in Cold and Arid Regions

Food security in cold and arid regions in the world is threatened by stressful and unpredictable environments.The sus-tainable and economically viable solution for increasing stability of food productivity in cold and arid regions is genetic improvement of crops towards high resistance to abiotic stresses,mainly cold and drought resistance.It is often empha-sized that crop genetic improvement lies in exploiting the gene pools of the wild relatives of the crop plant.Wild barley,H.spontaneum,the progenitor of cultivated barley,is a selfing annual grass of predominantly Mediterranean and Irano-Turanian distribution that penetrates into desert environments where it maintains stable populations.Wild barley is also found in cold regions,such as in Tibet.The adaptation of wild barley to the arid region in Israel and Jordan,and the cold region in Tibet has accumulated rich genetic diversities for drought,salt,and cold resistances in wild barley,which is the genetic resource for barley and other crop improvement in arid and cold regions.These genetic diversities are revealed by allozymes,DNA-based molecular markers,and morphological and physiological traits of wild barley plants.Quantita-tive trait loci(QTLs) related to drought resistance were identified in wild barley via the QTL mapping approach.Drought resistance genes such as dehydrins,hsdr4,and eibi1 were identified in wild barley based on the candidate gene approach,gene differential expression approach,and molecular genetic approach,respectively.Genetics and genomics of wild bar-ley cold resistance have not been exploited yet,remaining a huge treasure for future crop improvement of cold resistance.Advanced backcross QTL analysis,the introgression libraries based on wild barley as donors,a QTL approach based on wide crosses using wild barley,and positional cloning of natural QTLs will play prevailing roles to help us understand the molecular control of cold and drought tolerance.Integration of QTL information into a breeding pipeline aimed at im-proving tolerance t     

Desert networks: A conceptual model for the impact of scarce, variable and patchy resources

Social actors in arid regions must develop strategies to respond to available resources, which are scarce, variable, patchy and unpredictable relative to other regions. We explore our observations of relationships amongst people and organisations in Australian deserts using a stylised network model of the structure of social networks in arid systems. Results suggest that temporal resource variability drives increased network density, but with fewer strong ties; sparse populations drive a relatively higher proportion of strong ties, and that networks develop a hub configuration as resource endowments become more patchy spatially. These ideas highlight some issues that warrant improved understanding by actors seeking to enhance livelihoods and local resilience in these extreme environments.     

稳定性同位素在干旱区生态水文过程中的应用特征及机理研究

本文重点阐述了稳定性同位素18O和D在生态-水文过程研究中的研究进展,主要包括植物水分来源与比例、土壤水分动态变化与植物根系吸水、干旱区水分转化与补给等方面的研究成果。并针对我国干旱区生态水文过程研究中的具体问题,指出在今后应加强利用稳定性同位素技术在荒漠植被不同水分来源识别、植物水-地下潜水-土壤水-大气降水的转化过程、干旱区降水对不同尺度范围土壤水分和地下潜水的转化补给、具有水力提升和逆水力提升功能植物识别等方面研究中的应用。     

Mid- to Late Holocene pollen and alluvial record of the arid Andean piedmont between 33° and 34°S,Mendoza, Argentina: Inferences about floodplain evolution

In arid and semiarid regions of Central West Argentina, paleoenvironmental conditions and history of the Holocene vegetation is still scanty. This paper presents the analysis of palynological records of two Mid- to Late Holocene alluvial sequences (La Escala -LES- and Brazo Abandonado -BA-) in the fluvial basin of the Arroyo La Estacada (33°27′S and 69°03′W), placed in the Cordillera Frontal central piedmont of Mendoza province. Variations in pollen assemblages of the two sequences related to the environments developed in the floodplains of the arroyo allowed us to infer the evolution of local plant communities. Between the ca. 4000 and 3000 ¹⁴C years BP and between ca. 500 and 400 ¹⁴C years BP, a larger representation of hydrophytic communities related to environments with local water availability was inferred; and between ca. 3000 and 500 ¹⁴C years BP an increase in shrubby xerophytic communities related to environments with lower water availability was detected. These results led us to propose that the Holocene pollen spectra fluctuations observed in the alluvial sedimentary sequences prove mainly changes in plant communities of the floodplain environment in response to the fluvial dynamics of the arroyo.     

Fluvial sediment transport and deposition following the 1991 eruption of Mount Pinatubo

The 1991 eruption of Mount Pinatubo generated extreme sediment yields from watersheds heavily impacted by pyroclastic flows. Bedload sampling in the Pasig–Potrero River, one of the most heavily impacted rivers, revealed negligible critical shear stress and very high transport rates that reflected an essentially unlimited sediment supply and the enhanced mobility of particles moving over a smooth, fine-grained bed. Dimensionless bedload transport rates in the Pasig–Potrero River differed substantially from those previously reported for rivers in temperate regions for the same dimensionless shear stress, but were similar to rates identified in rivers on other volcanoes and ephemeral streams in arid environments. The similarity between volcanically disturbed and arid rivers appears to arise from the lack of an armored bed surface due to very high relative sediment supply; in arid rivers, this is attributed to a flashy hydrograph, whereas volcanically disturbed rivers lack armoring due to sustained high rates of sediment delivery. This work suggests that the increases in sediment supply accompanying massive disturbance induce morphologic and hydrologic changes that temporarily enhance transport efficiency until the watershed recovers and sediment supply is reduced.     

Secondary succession following cultivation in an arid ecosystem: The Owens Valley,California

Few old-field succession studies have been conducted in arid ecosystems and there is some question if classical secondary succession occurs in arid environments. In order to determine if old-field succession does occur under arid conditions, we sampled 40 previously-cultivated sites abandoned over a period of 29–80 years in the Owens Valley, California. We compared vegetation development at these 40 old fields to vegetation composition on 17 adjacent uncultivated reference sites. We were interested in determining if 1) seral communities could be identified, 2) these communities expressed predictable and progressive patterns, and 3) if so, whether the seral patterns indicated divergent or convergent successional pathways.The 57 sites separated into 6 separate seral communities. Two seres were identified, one progressing toward a big sagebrush late-seral community and the other with fourwing saltbush as the characteristic species. Based on multivariate statistical analysis, the two seres were likely to continue on divergent pathways for 100–140 years, after which the saltbush sere may converge toward the late-seral sagebrush community. Both localized and broad-scale factors were important in defining successional patterns in this arid environment. Our results support the concept that classical old-field succession does occur in arid regions.     

过去45年中国干湿气候区域变化特征

利用中国1960-2004年降水、平均气温、风速和相对湿度等资料,分别采用降水指数和干湿分类函数作为干湿区域的划分标准,将中国划分成三个干湿等级的区域:干旱区、半干旱区和湿润区。结果发现无论以哪种指数作为衡量干湿的标准,我国过去45年的干旱总面积,即干旱区面积和半干旱区面积之和,均为扩大趋势,湿润面积则为减小趋势,这种情况在近十年表现得尤为显著。而半干旱区面积在分析时段变化的幅度最大,是干湿变化的敏感区。但两种结果之间也存在不同:降水指数的结果表明干旱区和湿润区的面积减小,半干旱区的面积增大;而干湿分类函数得到的各个干湿区域的面积则表明干旱区的增大,半干旱区和湿润区的减小。从定量的角度讲,干湿分类函数估算的干旱区面积的45年平均值比降水指数估算的干旱区面积的45年平均值约大15%,其估算的半干旱面积的45年平均值比降水指数的结果约小9%,而两者湿润区面积的45年平均值相差约6%。最后给出了仅分析降水指数就能反映干湿状况的地区和必须分析干湿分类函数才能确定干湿状况的区域。     

科尔沁沙质草地优势多年生植物氮素回收效率的分异特征

养分回收是多年生植物重要的适应策略,通过这种方式可以使植物重新利用体内养分。尤其在养分贫瘠的环境中,养分条件的微小变化都会影响植物的生长、竞争和适合度。但是,不同物种和不同生活型植物的氮素回收效率具有较高的变异,这对理解不同物种或生活型植物在生态系统功能中的作用具有重要意义。本研究分析了科尔沁沙质草地生态系统中39种多年生植物成熟绿叶和枯叶的氮素含量和氮素回收效率,以揭示不同物种或生活型植物氮素回收效率的分异特征。结果表明：科尔沁沙质草地优势多年生植物成熟绿叶氮素含量的变化范围在12.2～33.4 mg·g-1,平均值为23.3 mg·g-1;与全国及全球尺度上的研究结果相比,科尔沁沙质草地成熟绿叶氮含量平均值偏高,说明干旱荒漠环境植物叶片平均氮含量相对较高;多年生植物枯叶的氮素含量明显小于成熟绿叶氮素含量,变化范围在6.2～18.8 mg·g-1,平均值为11.3 mg·g-1;多年生植物氮素回收效率的范围在29%至74%之间变化,平均值为50.3%。这说明氮素回收是科尔沁沙质草地生态系统多年生植物重要的养分保留策略之一。另外,沙质草地不同生活型植物的氮素回收效率存在显著的差异。固氮植物和禾本科植物的氮素回收效率显著低于灌木和杂类草植物。这一结果间接说明植物氮素保持能力的分异是半干旱沙质草地植物共存的机理之一。