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.     

科尔沁沙地差巴嘎蒿（Artemisia halodendron）水分利用特征

深入剖析科尔沁沙地固沙植被水分利用特征,可为科尔沁沙地生态修复和区域荒漠化防治提供参考。测定了科尔沁沙地典型固沙植被差巴嘎蒿（Artemisia halodendron）2020年生长季的植物水及其所在区域的地下水、土壤水与降水的δD值,采用多源线性混合模型定量分割了差巴嘎蒿的水分利用来源。结果表明：（1）研究区大气降水方程斜率小于全国大气降水方程,说明该区域大气降水蒸发强烈,方程截距较大,表明研究区水汽再循环强烈。土壤水同位素方程的斜率和截距都小于研究区大气降水方程线,表明土壤水受二次蒸发影响显著。（2）土壤含水率与降雨量、植物生长期的变化有显著的相关关系,受降雨影响,浅层（0—40 cm）土壤含水率波动幅度最大,且土壤含水率随土层深度的增加趋于稳定。（3）雨季,差巴嘎蒿主要利用0—40 cm和120—160 cm层的土壤水,利用率分别为30.1%和25.2%,对其他深度的土壤水利用较少;旱季,主要利用0—80 cm和160—200 cm层的土壤水,利用率分别为30.7%和21.1%,明显高于其他土壤层。     

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。     

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。     

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。     

不同类型沙漠化土地差不嘎蒿种群热值研究

在科尔沁固定、半固定及流动沙地上,测定了沙地植被的主要建群植物——差不嘎蒿种群及其无性系构件的热值,得出如下结论:①差不嘎蒿植物种群干物质热值表现为:Q₁^固定沙地 > Q₁^{半固定沙地} > Q₁^流动沙地,且固定沙地和半固定沙地极显著地高于流动沙地。②差不嘎蒿植物种群所有构件的有机干物质比无显著性差异,干物质热值和去灰分热值的变化趋势基本一致,Q₁^固定沙地 > Q₁^{半固定沙地}≥Q₁^流动沙地,Q₂^固定沙地 > Q₂^{半固定沙地} ≥ Q₂^流动沙地。③差不嘎蒿植物种群各发育时期干物质热值、去灰分热值和有机干物质比表现出不同程度的差异。一般干物质热值表现为:Q₁^营养体 > Q₁^生殖枝 > Q₁^生殖枯枝。④营养体不同龄枝去灰分热值在固定沙地随枝龄的增加而显著地提高,流动沙地则随着枝龄的增加而显著地下降;半固定沙地介于两者之间,表现为中龄枝的去灰分热值显著地高于其它龄枝。⑤差不嘎蒿植物种群同一构件的有机干物质比与去灰分热值的相关性,除四龄枝外,其它各构件基本上表现为正相关,尤其是三龄枝最为典型;分析同一生境中处于不同发育状态的有机干物质比和去灰分热值呈现出负相关性,尤以固定沙地最为典型。     

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。     

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。     

毛乌素沙地南缘油蒿(Artemisia ordosica)灌丛沙堆形态特征

对毛乌素沙地南缘不同演化阶段油蒿(Artemisia ordosica)灌丛沙堆进行了调查和统计分析,探讨了演化过程中沙堆形态特征变化及其与灌丛形态间相互关系。结果显示:(1)研究区油蒿灌丛沙堆以发育阶段和稳定阶段主,衰退阶段灌丛沙堆较少。随灌丛沙堆演化,油蒿灌丛高度保持相对稳定,灌丛长轴和沙堆长轴、短轴都显著增大;(2)沙堆的形态参数间存在显著的相关性,其中发育阶段沙堆长轴、短轴和高度之间显著线性相关,且长轴和短轴相对高度增长较快,稳定阶段沙堆3个参数间协同发展到稳定,而衰退阶段沙堆形态参数间相关性下降;(3)除衰退阶段外,沙堆形态参数与灌丛形态参数间有显著的相关关系,其中沙堆长轴与灌丛长轴、沙堆短轴与灌丛短轴、沙堆底面积与灌丛投影面积,均呈显著线性关系。在环境因素作用下,油蒿灌丛沙堆间整体相互协调发展,使其呈现不同形态特征。     

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。     

毛乌素沙地油蒿(Artemisia ordosica)灌丛穿透雨量特征及影响因素

于2012年5—9月观测了毛乌素沙地油蒿(Artemisia ordosica)灌丛的穿透雨量,分析了其变化特征及影响因素。结果显示:油蒿灌丛的平均穿透雨量占降雨量百分比(Th%)为72.3%,其中有枯枝灌丛的Th%平均为69.3%,较无枯枝灌丛的75.3%低,这可能是油蒿灌丛老化后土壤水分条件变差的原因之一。油蒿灌丛下穿透雨量及其空间分布受到有无枯枝和距主干辐射距离远近的影响,且受到降雨量和风速风向等气象条件作用明显。     

乌兰布和沙漠东南缘白沙蒿(Artemisia sphaerocphala)灌丛沙堆形态特征与固沙能力

白沙蒿(Artemisia sphaerocphala)灌丛沙堆是乌兰布和沙漠最为广泛分布的典型荒漠灌丛沙堆之一。本研究对白沙蒿灌丛的灌丛形态参数、沙堆形态参数进行了野外测定,探讨沙堆形态发育及固沙能力与白沙蒿灌丛形态的关系。结果表明:白沙蒿灌丛高度随着灌丛半径的增加而呈对数曲线增加,在灌丛较小时灌丛高度增长较快,随后渐趋于稳定,其水平方向发育速度大于垂直方向;白沙蒿灌丛沙堆半径及高度随灌丛半径和高度增加而增加,二者呈显著线性关系,沙堆水平方向发育受到灌丛冠幅的影响,沙堆垂直方向的发育水平取决于灌丛高度;随白沙蒿地上部分鲜重的增加,灌丛沙堆底面积、高度、沙堆体积和固沙效率均呈极显著线性增加(p0.01);白沙蒿灌丛越大其固积沙堆也越大,固沙率越高,不同大小灌丛白沙蒿间的固沙效率差异显著(p0.05);白沙蒿灌丛背风侧的积沙宽度(y)与积沙距离(x)显著相关(R2=0.9917),其线性回归方程为y=-19.654x+122.41,在距离灌丛背风面6~7倍高度的地方,积沙接近消失。     

不同生境下砂蓝刺头(Echinops gmelini)形态结构及生物量分配特征北大核心CSCD

砂蓝刺头(Echinops gmelini)是沙区常见一年生草本,具有繁殖比例高、密度高和生长速度快等特征,是研究区春季和早夏季节植物群落组成中最重要的草本植物。沙区人工植被演替过程中,群落中砂蓝刺头个体构件形态和生物量分配特征及其对土壤生境恢复的指示意义是本研究目的。分析了不同植被恢复阶段的沙地中(2010年铺设草方格、始植花棒、始植油蒿和1989年始植柠条与油蒿的固沙区,分别为生境1、2、3和4)砂蓝刺头构件形态及生物量分配特征。结果表明:(1)人工植被建立早期,初步稳定的沙面条件有利于砂蓝刺头的生长,而随着人工植被建立时间的增长呈现出种群衰退的趋势。4个生境间砂蓝刺头在株高、基径、根长、花序数及各器官生物量方面均差异显著(P<0.05),其大小关系是生境2>3>1>4。(2)不同生境地上-地下生物量间均为等速生长关系,且存在共同相关生长指数1.036,支持等速生长假说;地上-叶生物量间具有共同异速生长指数(0.874,异速生长关系);营养体-繁殖生物量间均表现出α>1异速生长关系,即繁殖生长资源的积累速率快于营养体生长。(3)株高、花序数与地上部分生物量间具有显著或极显著的正相关关系,表现出较好的协同变化趋势。总之,不同生境间砂蓝刺头形态结构及生物量特征具有明显差异,而构件生物量间相关生长关系的一致规律性及较稳定的繁殖生物量分配,有利于其适应异质生境并完成生长发育。