湿地克隆植物根茎对变境适应的表型可塑性

根茎是植物显著变异的地下茎,对于研究湿地克隆植物的结构功能、生长繁殖、入侵生态与进化生态等具有重要价值。根茎适应水文情势和基质养分的变化,并在本地竞争与向外入侵中表现出了显著的可塑性且具有种间差异。对于特定物种而言,根茎的内在特质反映了其所处的环境特征,而根茎生长的可塑性则显示出适应周围环境短期变化的能力。根茎与微生境之间的相互关系体现了生物与环境之间在构件尺度的协同演化过程。迄今为止的研究涵盖了根茎的生理生态诸方面,但根茎对于植物的结构、功能、生长与繁殖之间密切联系所承担的适应性角色还缺乏深入理解。在综述目前对湿地克隆植物根茎表形可塑性研究的基础上,探讨了根茎在湿地植物研究中亟待加强的特殊地位及其作为可塑性研究的模式构件的潜力,并提出了未来研究的若干方向。     

不同UV-B辐射时间对菹草表型可塑性的影响

菹草(Potamogeton crispus)衰亡的原因一直是水体生态修复的研究热点。已有的研究认为,强光照是促进菹草衰亡的关键因素。分别将菹草幼苗置于150μW/cm2剂量的中波紫外线(UV-B,波长为275~320 nm)辐射下,设置4种UV-B辐射持续时间处理,其每日的持续辐射时间分别设定为0 h(对照处理)、2 h、4 h和6 h,对照处理下的菹草幼苗不接受UV-B辐射,仅接受长波紫外线(UV-A)辐射和光合有效辐射,监测各处理下菹草幼苗的生长、形态状况、石芽形成和萌发等指标。研究结果表明,每日6 h的UV-B辐射,能促进菹草分枝,且能促进菹草衰亡;2 h和4 h的UV-B辐射,对菹草的影响较小,随着UV-B辐射时间的延长,菹草植株的株高、节间距和单株鲜质量明显下降,每日2 h的UV-B辐射,能促进植株叶面积的增加;每日延长UV-B辐射时间,可以促进石芽的形成,但形成的石芽随着变态率的增加,其长度增加、宽度减小,石芽质量减轻,下一个生长季的萌发率降低,萌发出二苗的比率降低,萌发苗的各项生长指标随着辐射剂量增加而逐渐降低。因此,在春末、夏初,随着太阳辐射时间的增加,阳光中累计的UV-B辐射剂量增加,这可能是促进菹草大批衰亡的重要原因。     

沙丘先锋植物——沙蓬生长可塑性的研究

 无论是大尺度降水的分异还是小尺度土壤湿度的差异都影响植物的生长可塑性。比较科尔沁沙地和腾格里沙漠沙蓬的生长分异, 并用地统计学方法探讨了腾格里沙漠沙蓬生长可塑性的空间变化, 结果表明：科尔沁沙地和腾格里沙漠沙蓬的地上部生物量和地下部生物量都呈线性正相关关系, 地上部生物量和根长都呈对数递增关系;与科尔沁沙地相比, 腾格里沙漠沙蓬的根长增加20％, 根冠比大33.3％, 显然降水分异导致了地区间沙蓬的生长可塑性。地统计学方法进一步分析表明, 腾格里沙漠沙蓬植株因土壤湿度产生的空间异质性是地上部生物量小于根长但大于根重, 说明干旱逆境时沙蓬生长可塑性变化趋势的顺序依次是根长>地上部生物量>地下部生物量, 沙蓬这种生长可塑性特点是其对干旱生境的适应。     

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.     

不同供水条件下梭梭幼苗生长动态的研究

 在自然条件下,以梭梭幼苗为研究对象,设计单次供水10、20、40、60 mm和80 mm 5个水分梯度,模拟不同融雪量对幼苗在生长季节内影响变化的情况。结果表明,供水量显著影响了梭梭的幼苗高、根长、苗干重、根干重、基径。在整个生长季的一些阶段,对苗高、根长、苗干重、根干重、基径生长率影响显著,对其根冠比也有显著的影响。在实验供水范围内,供水越多,越有利于梭梭幼苗存活与生长。梭梭幼苗垂直根长大约是株高的3～5倍,梭梭垂直根长增加的速率明显大于高度增长的速率（一般为2～6倍,最大甚至超过10倍）,因此,在干旱期来临之前,幼苗根系的快速生长对其成活起着决定性作用。     

夏季不同土壤湿度和天气背景条件下绿洲土壤温湿特征的个例分析

 利用在甘肃省酒泉金塔地区开展的“绿洲沙漠能量和水分循环观测试验(JTEX)”获得的2005年5—7月的补充观测资料,分析了在不同土壤湿度和天气背景条件下的夏季绿洲农田土壤温、湿场特征。结果表明：一般来说,对于5—40 cm深度的土壤,随着深度的增加其湿度也随之增加。5 cm、10 cm的土壤湿度具有明显的日变化,且在中午时最为湿润;20 cm土壤湿度的日变化幅度小于上两层,变化趋势却与5 cm的相反;40 cm土壤湿度的日变化不明显。晴天浅层的土壤湿度日变化大于阴天。晴天个例中,土壤湿度较大时,5 cm土壤在白天比10 cm的湿润;当土壤较为干燥时,全天浅层土壤湿度都小于较深层的。各层土壤温度在一个中心值周围分布, 40 cm深度以上土壤温度均具有明显的日变化;土壤温度的极值出现时间滞后于地表温度,离地面的距离越大,峰值出现的时间比地表温度滞后的越长,且变化幅度越小。晴天的土壤湿度越小,浅层土壤湿度日变化幅度就越大,各层土壤温度也就越高。土壤深层基本不受天气情况的影响,但受灌溉的影响较大。     

西北四省区不同季节降水,气温异常的时空分布与干旱的关系

利用西北四省区７３个台站１９６０～１９９０年逐月降水量和平均气温的距平资料，采用综合的经验正交函数（ＥＯＦ）分析方法，对西北四省区春（３～５月份）、夏（６～８月份）、秋（９～１１月份）３个季节降水、气温异常的时空分布特征进行了诊断研究，得到了几种降水和气温异常的典型配置及其反映这些典型场的年际演变规律的时间系数，并在此基础上进一步分析了降水、气温异常的时变特征以及与西北四省区出现较严重干旱年份之间的关系。结果表明，西北四省区不同区域发生较严重干旱的年份与某些时间系数出现极值的年份存在很好的对应关系。     

不同沙源供给条件下砾石床面的风沙流结构与蚀积量变化风洞实验研究

通过对不同沙源供给条件下各种砾石床面的风沙流结构、床面风蚀及堆积沙量变化的风洞实验,结果表明,风沙流结构是判断戈壁风沙流饱和与不饱和的一个重要途径,不同的戈壁风沙流结构对床面输、阻沙特性具有不同的指示意义。近地表0～6 cm高度内的风沙流结构决定了床面的输、阻性质,而6 cm以上的风沙流结构反映了风力对沙物质的输送状况。沙源供给的丰富与否,决定了风沙流的饱和程度,以及风沙流在砾石床面产生的蚀积状况。同等风速条件下,饱和风沙流的输沙率是非饱和风沙流输沙率的2～8倍。在饱和风沙流情形下,床面过程总体以积沙为主,且随风力的增强,床面积沙量急剧增加。在不饱和风沙流情形下,砾石床面总体以风蚀和输送沙物质过程为主,风沙流结构在0～2 cm高度内反映出砾石床面具有明显的阻沙功能,在2～5 cm高度上出现最大输沙值。     

腾格里沙漠东南缘飞播区白沙蒿植被密度与土壤水分关系的研究

对腾格里沙漠东南缘飞机播种区不同密度白沙蒿(Artemisia sphaerocephala Krasch)人工草地的土壤水分和植物生长状况进行研究。结果表明,白沙蒿密度在5.1~9株·m^-2时,整个生长期土壤水分处于严重亏缺状态, 0~100 cm土层水分含量仅为0.55%~0.7%,白沙蒿死亡率高达55%~76.7%;密度在1.9株·m^-2时,其土壤水分含量在0.65%~1.01%,白沙蒿死亡率为21.1%;密度在1.25株·m^-2时,土壤水分在0.79%~1.48%,白沙蒿无一株死亡,且植株个体生长状况好于密度大样地,并有自繁育苗补偿,这表明研究区种植白沙蒿的适宜密度在1株·m^-2左右。裸露沙地0~100 cm土壤含水量为1.3%~2.48%。     

不同演替阶段油蒿群落土壤水分特征分析

油蒿群落是毛乌素沙地最主要的群落类型之一,在维持当地生态系统稳定中起着重要作用。土壤水分是影响油蒿群落演替的重要环境因子,为深入分析不同油蒿演替阶段土壤水分特征,使用EC-5土壤水分传感器连续监测整个生长季内先锋物种阶段(流动沙地)、稀疏阶段(半固定沙地)和建成阶段(固定沙地)油蒿群落土壤水分动态。结果表明,3种样地土壤水分均存在时间和空间上差异,流动沙地各层土壤含水量均显著高于半固定沙地和固定沙地;土壤含水量受降水影响较大, 降水量是影响土壤水分补给深度的重要因素,小于10 mm的降水主要被表层土壤吸收,10～20 mm的降水对土壤水分的补给深度超过30 cm、不及60 cm, 30～40 mm的降水补给深度大于60 cm、不及100 cm;30 cm及其上层土壤水分波动剧烈,60 cm处土壤水分主要受大于30 mm降水事件影响,波动较小,100 cm和160 cm处土壤水分几乎不受降水的影响,土壤含水量较稳定;降水补给深度及植被根系需水的层次差异是导致3种样地土壤水分时间和空间上异质性的重要因素;土壤温度主要受大气温度影响,与土壤水分相关性不显著,且随土壤深度的增加而降低。     

毛乌素沙地油蒿(Artemisia ordosica)群落土壤水分动态特征

以流动沙地作对照,在毛乌素沙地选择半固定沙地油蒿(Artemisia ordosica)群落、具生物结皮的油蒿群落和油蒿+本氏针茅(Stipa capillata)群落设置样地,以10min间隔获取5、15、30、50、70cm深度土壤水分实时监测数据,分析生长季不同植被覆盖下沙地土壤水分动态变化特征。结果表明:(1)4个样地均为秋季储水量最大,油蒿+本氏针茅群落0~80cm层土壤储水能力最强,平均增加了30mm。(2)受土壤蒸发影响的同时,得不到春季小降水事件的补给,流动沙地20~60cm层春季土壤含水量只有4%,生长季波动明显,呈双峰型,0~20cm层和60~80cm层土壤含水量较稳定;半固定沙地油蒿群落0~60cm层土壤含水量长期处于6%左右,60~80cm层春季最低、夏季和秋季得到较好的补给,呈双峰型;具生物结皮的油蒿群落0~10cm平均土壤含水量大于10~20cm层,0~10cm层土壤水分受生物结皮影响呈双峰型,而10~60cm土壤水分较稳定,呈单峰型,60~80cm层土壤含水量在春季最低,呈双峰型;油蒿+本氏针茅群落土壤持水性有明显增加,夏季和秋季土壤含水量可长期处于12%~14%,呈明显的双峰型,而60~80cm土层得不到充分的降水补给,长期处于4%左右,呈单峰型。(3)不同植被覆盖的沙地土壤水分对30mm左右降水的响应深度不同,流动沙地可到70cm,半固定沙地油蒿群落到50cm,具生物结皮的油蒿群落到30cm,油蒿+本氏针茅群落到40cm;极端降水能够影响所有样地0~70cm土壤含水量。     

不同湿度条件下模拟增温对科尔沁沙质草地土壤氮矿化的影响

氮矿化作用是影响沙质草地植物群落物种组成和初级生产力的重要因素之一。温度和水分被认为是影响土壤氮矿化/硝化作用的两个关键环境因子,认识沙质草地土壤氮矿化作用对温度和水分的响应,对于预测全球变化对沙质草地生态系统结构和功能的影响具有重要作用。本文通过测定开顶式生长室（OTC）内不同湿度条件下增温时沙质草地净氨化速率、净硝化速率和净矿化速率的变化,分析增温和湿度变化对土壤氮矿化作用的影响。结果表明:不论增温与否,沙质草地土壤净氨化速率、净硝化速率和净矿化速率随着土壤湿度增加而明显提高。土壤净氨化速率在土壤湿度为15.2%时最大,但是净硝化速率和净矿化速率在土壤湿度为11.8%时最大,土壤湿度达到时15.2%表现下降趋势。增温使沙质草地土壤氮矿化作用发生显著变化,但增温的效应与土壤湿度存在一定的关联。土壤湿度为3.4%、5.1%、8.5%时,增温处理使土壤净氨化速率较对照明显提高;但是土壤湿度为11.8%、15.2%时,增温处理时土壤净氨化速率较对照显著降低;土壤湿度为8.5%和11.8%时,增温使土壤净硝化速率和净矿化速率显著升高（p<0.05）,在湿度为1.7%、3.4%、5.1%以及15.2%时,增温处理和对照之间的净硝化速率、净矿化速率无显著差异。这说明只有在适宜的土壤湿度条件下,增温才显著影响沙质草地土壤矿化作用,当土壤湿度处于相对干旱或过度湿润的状态下,增温对沙质草地土壤矿化作用没有显著影响。     

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%。     

不同土壤水分条件和气温对沙枣树出胶的影响

对沙枣树的出胶进行了不同土壤水环境条件下的比较。结果表明,湿润林带的出胶率低,但出胶量高,干旱林带则相反,是出胶率高而出胶量低。沙枣树的出胶应该是自身生理活性作用和受害反应的结果。同时还发现沙枣树的出胶率和出胶量都随气温的增加而明显增加。指出出胶率高是病虫害侵染所造成,而出胶量高则是生理活性强的表现。沙枣胶的生产应该在新疆炎热的南疆地区进行,加强林带的管理和复壮有利于提高沙枣树的产胶量。     

温度对生物土壤结皮斑块土壤氮矿化作用的影响

以腾格里沙漠东南缘天然植被区藓类结皮、藻地衣结皮斑块荒漠土壤为研究对象,采用原状土培养法,在人工气候箱中设置不同温度（-10、5、15、25、35、40 ℃）培养14 d,测定土壤样品在培养前后NH+4-N和NO-3-N含量,分析两种生物土壤结皮斑块土壤净硝化和净矿化速率对温度的响应。结果表明：①低温培养条件下（-10~15 ℃）土壤氮转化以固持态为主,随着温度升高,尤其当温度超过25 ℃后,藓类结皮、藻地衣结皮斑块土壤净硝化和净氮矿化速率显著提高（p<0.05）;②同一温度培养下,以藓类结皮发育为主的土壤氮转化水平较高,净硝化速率和净氮矿化速率以及无机氮的积累明显大于以藻地衣结皮发育为主的土壤;③两种生物土壤结皮斑块土壤净氮转换速率（硝化和矿化）Q10值在2.46~3.33间波动,其中藓类结皮斑块土壤氮转换对温度的敏感性较高。此外,在土壤氮总矿化过程中,硝化过程具有较强的温度敏感性。高温促进了土壤净氮矿化水平,增加土壤氮有效性,因此可能会对荒漠生态系统的初级生产力产生正向影响作用。