科尔沁沙地两种典型灌木独生和混交的根系分布规律

对比研究了科尔沁沙地黄柳、差不嘎蒿这两种典型灌木在独生和混交情况下的根系分布和根量变化。结果表明,独生情况下,黄柳根量要显著的高于差不嘎蒿。在整个剖面,黄柳总根量为30.84 kg.m-3,是差不嘎蒿的5.47倍。差不嘎蒿根系主要分布在0—20 cm的表层,黄柳根系主要分布在20—50 cm的深层土壤中。混交条件下,黄柳总根量为9.94 kg.m-3,相比于独生根量明显减少,差不嘎蒿为5.45 kg.m-3,并没有多大变化,但在距冠丛50 cm、100 cm处根量要大于独生(P<0.05),尤其是细根生物量有了显著增加。同独生相比,黄柳根系在深层和水平方向上扩展,但其总根、粗根、细根生物量均未有显著增加(P>0.05);差不嘎蒿的根系由主要在表层分布变化为在各层均匀分布。混交条件下两种植物之间的竞争是导致根系发生上述变化的原因之一。     

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。     

不同生境中差不嘎蒿(Artemisia halodendron)生长特征及地下生物量分布

植物根系活动是植物-土壤系统物质周转的关键环节。为研究不同坡位差不嘎蒿(Artemisia halodendron)根系生长特征,用土钻法调查了科尔沁沙地半固定沙丘不同坡位0~60cm深度差不嘎蒿活根与杂质(包括死根与根表脱落物)的生物量。结果表明:不同坡位间差不嘎蒿活根与杂质生物量均存在显著差异;差不嘎蒿活根的垂直分布特征在各坡位不同,在坡中和坡顶,主要分布在0~20cm层,而在坡底和背风坡,垂直分布较均匀;总生物量和杂质生物量在各坡位的垂直分布随土壤深度增加而下降;差不嘎蒿群落特征与植株生长特征在不同坡位间存在显著差异,坡底盖度及物种数高于其他部位,坡底和背风坡差不嘎蒿植株密度减小,单株高度增加。差不嘎蒿活根生物量与自身密度呈显著的正相关关系(p0.05),但与自身高度呈显著的负相关关系(p0.05)。差不嘎蒿根生长和分配是其在不同沙丘生境生长策略变化的重要反映。     

高温胁迫下差不嘎蒿和冷蒿的生理变化及其抗热性研究

通过室内测定差不嘎蒿和冷蒿两种植物在气温由30℃升到60℃过程中叶片相对含水量(RWC)、质膜相对透性、过氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性及蛋白质和丙二醛(MDA)含量的变化,分析研究了两种植物对沙地高温逆境环境的生理适应机理。结果表明:受到高温胁迫时,两种植物叶片含水量都趋于下降,但冷蒿的抗高温脱水能力强于差不嘎蒿;高温对两种植物的伤害主要是由于自由基伤害所引起的膜损伤,其中差不嘎蒿的SOD、POD由于热稳定性差,在高温下失活,从而没有发挥清除自由基作用,使质膜严重受损。而冷蒿的SOD和POD由于热稳定性强,对膜具有重要的保护作用,减低了高温伤害;从两种植物膜透性及MDA和蛋白质含量、SOD、POD活性变化趋势和幅度来看,冷蒿较差不嘎蒿更为耐热。     

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。     

差不嘎蒿的分布及其在天然植被演替中的地位

在中国差不嘎蒿主要分布在北纬42～50°,东径116～124°之间的温带半湿润、半干旱区的沙地上。差不嘎蒿群落类型较多,植物种丰富,结构较复杂,在半流动、半固定沙地植物群落中占绝对优势,起建群种作用。差不嘎蒿生态幅广,从流动沙丘背风坡到固定沙丘均有分布,但其最适宜的生境是水分条件较好、有些风蚀与沙埋的半流动、半固定沙地。随沙丘固定程度的提高,差不嘎蒿将退出群落,让给级冷蒿、糙隐子草等植物。     

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。     

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。     

不同类型沙地中差不嘎蒿种群分布格局的研究

用二维网函数插值法计算绘制出同一尺度下的科尔沁流动、半固定和固定3种类型沙地上差不嘎蒿种群分布格局,分析差不嘎蒿种群斑块的分维数和间隙度指数。结果表明,在流动沙地差不嘎蒿种群分布格局为群聚分布,种群斑块复杂性最高。在半固定沙地差不嘎蒿种群虽然也属群聚分布,与流动沙地相比略趋向于均匀分布。在固定沙地差不嘎蒿种群格局为随机分布,斑块复杂性最低。     

不同生境梯度下差不嘎蒿(Artemisia halodendron)种群ITS基因的序列分析

以科尔沁沙地差不嘎蒿(Artemisia halodendron)为研究对象,以中亚草原蒿(Artemisia depauperata)为外类群,研究不同生境梯度下差不嘎蒿种群核糖体DNA的ITS序列间差异.结果表明:排序后的差不嘎蒿ITS序列总长度为696 bp,ITS-1和ITS-2长度分别为253～256 bp和264～269 bp、G+C含量的变化范围分别为54.02％～54.77％和56.75％～58.64％,这表明ITS-2在序列长度和序列组成方面均比ITS-1变异大.差不嘎蒿9个种群序列间的一致度为85.7％～99.7％,这表明序列间存在一定的遗传分化.ITS最大简约树说明,CladeⅡ较Clade Ⅰ原始,顺序依次为subp4→subp1→subp2→subp3→subp8→subp6→subp7→subp9→subp5,与其相对应的生境次序大致为丘间低地→半流动沙丘→流动沙丘→半固定沙丘→固定沙丘,这表明差不嘎蒿的进化过程与科尔沁沙地沙漠化的形成过程以及生态恢复过程紧密相关.     

低覆盖度沙蒿群丛的水平配置结构与防风固沙效果研究

针对覆盖度小于28%的沙蒿群丛,通过野外测试和风洞模拟实验,研究了行带式、等株行距和随机不均匀等3种水平配置格局的防风固沙效果及其流场特征。结果表明：①行带式配置格局具有非常显著的阻碍和降低风速的作用,流场结构稳定规则;等株行距次之;随机不均匀配置格局内局部有风速抬升现象流场结构复杂多变。②行带式配置格局带间形成“凹月”形稳定沙面并能出现结皮,流沙被完全固定,而随机不均匀分布的沙蒿群丛内有明显的风蚀现象。③行带式配置格局在带的背风侧和迎风侧分别形成4.0 m和0.5 m的一个风速显著降低区,成为提高防风固沙效果的核心。     

差不嘎蒿在科尔沁沙地草场植被中的作用

差不嘎蒿是科尔沁沙地草场退化过程中的一个重要缓冲种。在草场退化过程中能够迅速占领退出植物种遗留下来的空间, 生物量由81.6g/m²增加到285g/m²; 但从半固定沙丘草场到半流动沙丘草场, 其生物量减少到了190g/m², 占总生物量的77.2%。差不嘎蒿在半流动沙丘草场中的繁殖力最高, 当年生幼苗数和果实生物量分别为59株/m²和17.6g/m²。差不嘎蒿以无性繁殖为主, 但是, 在流动沙丘草场则以种子繁殖为主。     

典型沙生植物差不嘎蒿研究进展与展望

差不嘎蒿（Artemisia halodendron）是我国半干旱沙区特有的菊科蒿属半灌木,具有抗风蚀、耐沙埋、耐高温、耐贫瘠和兼性克隆繁殖等生物学特性,是重要的先锋固沙植物和珍贵的抗逆种质资源,具有较高的生态和生物学开发利用价值。从生物学特性、种群生态学和生理生态适应性等几个方面较系统地评述了国内外关于差不嘎蒿的研究动态及其进展,并在此基础上,提出了差不嘎蒿研究的发展方向及需要进一步关注的关键科学问题,旨在为有效保护和合理利用这一濒临危境的乡土物种提供科学依据。     

沙丘差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)群落与裸地土壤呼吸特征

沙丘差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)群落与裸地的土壤呼吸是荒漠生态系统碳循环的重要过程。运用LI-6400土壤呼吸配套系统对科尔沁半流动沙丘差巴嘎蒿群落与裸地土壤呼吸进行测定,分析了沙丘差巴嘎蒿群落与裸地土壤呼吸的日、季变化及其影响因子。结果表明:(1)沙丘差巴嘎蒿群落与裸地土壤呼吸的日变化,夜间显著高于昼间(P<0.01和P<0.05),且呈多峰型,与空气湿度呈显著的幂函数正相关(P<0.05)。(2)土壤呼吸的季变化,除重度干旱胁迫的7月7日、19日以外,其余观测日均为差巴嘎蒿群落显著高于裸地(P<0.01)。(3)土壤呼吸的季变化与土壤温度相关不显著(P>0.05),但在控制测试日土壤含水量的条件下,沙丘差巴嘎蒿群落与裸地土壤呼吸和土壤温度的偏相关显著(P<0.05),偏相关系数分别为0.602与0.562;在控制测试日土壤温度的条件下,沙丘差巴嘎蒿群落与裸地土壤呼吸和土壤含水量的偏相关显著(P<0.05),偏相关系数分别为0.804与0.624。土壤表层(10 cm深处)细菌数量与土壤呼吸呈极显著的幂函数正相关(P<0.01),可解释沙丘差巴嘎蒿群落与裸地土壤呼吸变化的80.8%与65.4%。     

差巴嘎蒿繁殖若干问题的探讨

差巴嘎蒿（Ａｒｔｅｍａｓｉａｈａｌｏｄｅｎｄｒｏｎ）营养繁殖的最佳材料是当年生带根基部营养枝；降水量是影响营养繁殖成活率的主导因子，栽植后５日内降水之和（ｘ）与成活率（ｙ）的相关系数为０．９７０１，回归方程为：ｙ＝３４．０２３６＋４１．０４６７１ｇｘ。营养繁殖应在有一定降水的条件下及时进行，最佳时间在６月中旬。不宜利用种子繁殖建立人工植被。     

有机混合物的制备及其在退化沙地恢复方面的应用

针对科尔沁沙地沙漠化和农牧业生产中的重大生态和经济问题,利用微生物定向培育技术,选择土壤和牛粪混合的菌源母质筛选出具有较强分解能力的纤维素分解菌群（NMCel）;将玉米秸秆和牲畜粪便按照5∶3（干重比）的比例混合,加入稀释后的NMCel菌液进行有氧发酵,发酵60d后制备成具有一定保水性、透气性和粘性的有机混合物。这种有机混合物对裸沙的修复能力较好,可以显著提高裸沙地表土壤碳氮含量和促进裸沙地表生物结皮的形成。有机混合物的最佳播撒方式是：在裸沙表面播施差不嘎蒿（Artemisia halodendron）、胡枝子（Lespedeza davurica）、狗尾草（Setaria viridis）等固沙植物种子后播撒1kg·5m^-2有机混合物,然后覆盖遮阴网。有机混合物的播撒使沙丘裸露创面的植被盖度从6%增加到26%,保水性提高24%~47%,抗风蚀能力提高了5.4~8.6倍。     

地下水埋深对半干旱区典型植物群落土壤酶活性的影响

土壤酶活性是反映土壤功能的关键指标,尤其在受到水分限制的半干旱区,土壤水分驱动的土壤酶活性生态功能的变化可以改变土壤养分周转并影响土壤碳质量。地下水埋深对半干旱区典型植物群落土壤酶活性的影响机制尚不明晰。以半干旱区科尔沁沙质草地两种典型植物群落（白草Pennisetum centrasiaticum和差巴嘎蒿Artemisia halodendron）为研究对象,开展地下水埋深模拟试验,地下水埋深分别为0.5、1.0、2.0 m。分析不同土层的土壤理化性质和土壤酶活性,探讨不同地下水位埋深深度下不同植被类型土壤酶活性的变化特征。结果表明：4种土壤水解酶（酸性磷酸酶（AP）、葡萄糖苷酶（βG）、乙酰氨基葡萄糖苷酶（NAG）和亮氨酸氨基肽酶（LAP））和2种氧化还原酶（过氧化氢酶（CL）和多酚氧化酶（POX））活性均受地下水位埋深和植被类型的影响。随着地下水埋深的增加,白草和差巴嘎蒿群落内土壤酶活性分别呈现不显著性和显著性的变化规律。同时,在各处理中土壤酶活性均随土层深度的增加而减小。地下水埋深对科尔沁沙质草地白草与差巴嘎蒿群落的土壤水解酶和氧化还原酶活性产生不同的影响。未来在半干旱区进行植被恢复时,建议考虑不同植物群落对地下水位变化的适应对策的差异,以更好地恢复半干旱区植物群落的地上地下生态系统功能。