甘南高寒草甸植物功能性状和土壤因子对坡向的响应

研究甘南高寒草甸不同坡向植物功能性状和土壤因子及二者的关系.结果表明:禾草是阳坡的优势功能群,杂草和灌木是阴坡的优势功能群.阴坡植物群落生物量显著大于阳坡,但叶片氮磷比显著小于阳坡.不同坡向上,除叶片氮含量变化不显著外,叶片磷含量、比叶面积和物种平均高度大小均为阴坡＞偏阴坡＞阳坡.植被的生存策略在阴阳坡发生了很大变化,这种变化可以从不同坡向植物叶性状的差异和优势功能群的改变反映出来.土壤温度大小为阳坡＞偏阴坡＞阴坡;土壤含水量大小为阴坡＞偏阴坡＞阳坡;除了全磷含量自阳坡到阴坡出现递增趋势外,土壤全氮、有机质和速效氮的大小均为阴坡＞阳坡＞偏阴坡.比叶面积、物种平均高度与土壤全磷、有机质和土壤含水量均呈显著正相关,与土壤pH呈显著负相关.土壤水分和土壤pH共同影响着高寒草甸不同坡向植物功能性状和土壤养分的分布.     

亚高寒草甸不同坡向植物光合生理和叶片形态差异

绿色植物叶片的功能性状能用来解释不同层次复杂的生态学过程,被认为对植物的生存、生长和繁殖具有重要的影响。该研究对甘南亚高寒草甸坡向梯度代表物种的叶片形态和光合特性进行测定,分析了各坡向的土壤因子,比较不同物种(矮嵩草、米口袋、蒲公英和金露梅)之间的性状差异,研究叶片光合及形态特征与土壤因子之间的相关性。结果表明:1)不同坡向的土壤因子有着显著差异,土壤含水量、土壤全磷、土壤全氮及有机碳含量总体表现为北坡南坡,而土壤温度及光照度则是南坡北坡。2)坡向上不同物种在比叶面积、净光合速率和叶δ~(13)C值等方面有着显著的差异,比如物种在北坡具有较高的比叶面积和叶片含水量,而物种在南坡具有较高的净光合速率、相对叶绿素、叶干物质量及δ~(13)C值。3)冗余分析结果显示,物种的叶片形态及光合特性与土壤因子之间都具有显著的相关关系,其中土壤含水量变化的响应最为敏感。该研究揭示了亚高寒草甸坡向梯度上植物物种在叶片功能性状上的显著分化,使得这些物种能在同一个草地群落中共存。     

甘南亚高寒草甸土壤纤毛虫群落结构变化对不同坡向的响应

土壤纤毛虫不但是土壤生态系统的重要组成部分,而且是生态系统物质循环、能量流动过程的重要驱动因子。为了查明甘南亚高寒草甸不同坡向土壤纤毛虫群落特征,于2015年7月21—26日对同一山头的阳坡、半阳坡、西坡、半阴坡、阴坡五个坡向进行了调查。结果表明:(1)经"非淹没培养皿法"鉴定得到纤毛虫142种,隶属于9纲18目32科55属,各坡向物种数、个体数大小关系呈现出西坡半阳坡阳坡半阴坡阴坡;优势类群有旋毛纲、裂口纲、寡膜纲、肾形纲其优势度依次为28.17%、19.72%、13.38%、12.68%。(2)不同坡向上土壤纤毛虫的物种数、个体数、Shannon指数均具有显著性差异(P0.05),表明甘南亚高寒草甸生态系统中的土壤纤毛虫对于坡向这一微气候环境的变化具有敏感性。(3)各坡向土壤纤毛虫的物种数、个体数都具有明显的表聚性。(4)利用皮尔森相关性分析得出,在所测得的土壤理化因子中对纤毛虫的物种数、个体数均具有显著正相关(P0.05)的是全氮、有机质。综合分析,影响甘南亚高寒草甸不同坡向上土壤纤毛虫群落结构变化的主要因素为全氮、土壤有机质以及地上植被状况。     

基于功能性状及系统发育的亚高寒草甸群落构建北大核心CSCD

为了解甘南藏族自治州亚高寒草甸植物群落在坡向梯度上的构建机制,该文选取5个坡向的样地,构建了植物群落系统发育树,测定了各坡向土壤环境因子和植物叶片的功能性状,检验了叶片功能性状的系统发育信号。结果表明:坡向变化对土壤含水量、土壤养分含量影响显著。大部分植物的叶片特征在不同坡向的差异显著,叶片干物质含量在南坡、西南坡较高,比叶面积和叶片氮、磷含量在北坡和西北坡较高。叶片的磷含量具有微弱的系统发育信号,而叶片干物质含量、比叶面积、叶片的氮含量均没表现出显著的系统发育信号。从南坡到北坡,群落的系统发育结构由发散到聚集。生境过滤作用是南坡、西南坡群落构建的驱动因素,种间竞争是北坡和西北坡群落构建的主要驱动力。西坡系统发育指数相反,其构建机制比较复杂,可能是几种机制共同作用的结果。     

亚高寒草甸植物叶片生理指标对坡向的响应

研究了甘南亚高寒草甸不同坡向条件下矮嵩草、狼毒和棘豆叶片的叶绿素、游离脯氨酸和可溶性糖含量,以及稳定碳同位素(δ¹³C)的变化,分析干旱胁迫条件下,植物适应干旱胁迫的生理机制.结果表明: 随着坡向由北坡-西北坡-西坡-西南坡到南坡的变化,土壤含水量(北坡0.36 g·g^-1,南坡0.15 g·g^-1)呈降低趋势,土壤温度(北坡14.76 ℃,南坡24.85 ℃)和光照度(北坡540.34 lx,南坡744.12 lx)呈增加趋势;植物物种的组成也随之发生了变化,北坡主要有灌木金露梅及杂类草,而南坡主要有禾草类物种.3种植物叶片的脯氨酸、可溶性糖、叶绿素含量及稳定碳同位素(δ¹³C)随着坡向的变化均有不同程度的变化,且物种不同,各物种的生理指标变化幅度也有差异.在坡向梯度上,3种植物的脯氨酸、可溶性糖含量和稳定碳同位素与土壤含水量均呈显著负相关,与温度和光照强度呈显著正相关;植物叶片叶绿素与土壤含水量呈显著正相关,与温度和光照强度呈显著负相关.其中,土壤含水量是坡向梯度上影响植物生长的关键因子.植物叶片生理指标(脯氨酸、可溶性糖及叶绿素等)可以作为衡量植物抗逆性的因素,3种植物的抗性大小顺序为:矮嵩草>狼毒>棘豆.     

高寒植物叶片性状对模拟降水变化的响应

降水变化对高寒草甸生态系统产生了显著影响,植物叶片性状特别是叶脉特征对降水变化非常敏感,然而高寒植物叶片性状特征如何响应降水变化还知之较少。采用集雨棚模拟增减50%降水的条件,以高寒草甸8种主要植物叶片为研究对象,研究了降水变化对叶片的叶脉率、叶脉密度、叶片大小、比叶质量、叶片总有机碳含量、叶片全氮含量、叶片碳同位素相对含量和碳氮比等叶片性状的影响。发现增水显著增加了植物的叶片大小、稳定碳同位素千分值、总有机碳含量、全氮含量,但显著降低了叶脉密度;而减水显著降低了叶片大小、稳定碳同位素千分值。植物叶片性状各指标对降水变化的响应存在协同变化和相互制约。不同水分生态类型的植物对降水变化的响应存在差异,中生植物通过增加叶片大小和减少叶脉密度积极应对降水的增加,矮生嵩草的叶片大小分别增加了200.3%,叶脉密度减小了17.5%,而旱中生植物通过减少叶片大小和增加叶脉密度应对降水的减少,垂穗披碱草和异针茅的叶片大小分别减少54.9%和30.7%,其叶脉密度分别增加25%和22.4%。羽状叶脉植物增加叶脉密度和稳定碳同位素千分值以适应增水条件,花苜蓿、异叶米口袋的叶脉密度的增加了7.8%和4.0%,稳定碳同位素千分值增加2.5%和3.3%,但增水条件下平行叶脉植物的叶脉密度不变或降低和稳定碳同位素千分值保持不变;减水增加了平行叶脉植物叶脉密度并减低了稳定碳同位素千分值,异针茅的叶脉密度增加了22.4%,稳定碳同位素千分值减小2.9%,而对羽状叶脉植物的叶脉密度和稳定碳同位素千分值减少或不变。植物叶片性状对增水的敏感性显著大于对减水的敏感性,增水的效应约为减水的2倍;叶片大小的敏感性显著大于其它叶片性状,约为其它叶片性状的10倍。因此,植物在应对短期降水变化时,植物形态可塑性的作用凸显,放大或缩小叶片大小是植物应对降水变化的最有效的途径,但是不同水分生态类型和叶脉类型植物可塑性的方向存在显著差异。     

青藏高原高寒草甸群落特征和代表性植物生存状态对草地退化的响应

植物群落和代表性植物的生存状态是反映草地退化程度的重要标志之一。以青海省果洛州玛沁县的未退化、轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化的高寒草甸为研究对象,分析了植物群落特征、代表性植物地上性状及生存状态对退化程度的响应。结果表明:群落物种组成由禾本科、莎草科过渡到杂类草,Shannon多样性指数、Simpson优势度指数、Pielou均匀度指数先平稳变化后降低,群落平均高度、Patrick丰富度均先增加后降低,群落盖度依次降低,群落特征指标均在极度退化时最低(P<0.05);总体来看,与轻度退化样地相比,中度退化、重度退化和极度退化样地的植物株高均显著降低,分别降低了6.8%、36.8%和31.6%(P<0.05);生存状态指数表现为小嵩草(Kobresia pygmaea)逐渐降低,山地早熟禾(Poa orinosa)和垂穗披碱草(Elymus nutans)的生存状态指数分别在轻度退化和中度退化时最高,肉果草(Lancea tibetica)和黄帚橐吾(Ligularia virgaurea)的生存状态指数分别在重度退化和极度退化样地中最大。说明高寒草甸退化导致群落特征...     

高寒草甸植物物候对温度变化的响应

植物物候是植物为适应其生长环境而呈现的规律性变化,是气候变化的指示器。为了解高寒植物物候对温度变化的响应,利用1997—2010年青海湖海北高寒草原生态监测站群落优势种矮嵩草物候观测资料和同时段的气象资料,应用偏最小二乘(PLS)回归定量分析了植物物候期变化特征、趋势及其与气温间的相互关系。结果表明:①1997—2010年青海湖地区年均温度总体上升,倾向率为0.5℃/10a,其中年均最高温度和最低温度呈现出非对称型变化,最低温度显著升高且高于年均温升幅,倾向率为0.7℃/10a(P0.05),而年均最高温度无明显变化。②1997—2010年间,矮嵩草平均返青期和枯黄期分别为4月18日和10月2日,矮嵩草返青期推迟,枯黄期提前,生长季长度缩短。③影响矮嵩草返青的关键时期为每年的1月和3—4月,1月温度升高影响植物休眠进程进而延迟返青,而3—4月温度升高有利于热量积累使返青提前;影响矮嵩草枯黄的关键时期为7月上中旬和8月,期间温度升高使枯黄期提前。④根据PLS分析和相关分析,最低温度在各关键时期内显著影响植物物候,而最高温度仅在8月对枯黄期影响通过显著性检验,因此最低温度是影响高寒草地矮嵩草物候期的关键因子。     

高寒草甸不同演替阶段植物叶片功能性状研究

以甘南高寒草甸演替过程中5个阶段的典型群落为研究对象,对围封样地内不同演替阶段群落叶片功能性状进行比较,分析了围封地内各演替阶段群落水平上主要物种叶性状与环境因子的关系。结果显示:(1)此围封地形成了一个从草本到灌木的演替过程。随着演替的进行,Margalef指数显著增加,Shannon-Wiener指数呈先增加后降低的趋势。(2)从演替前期到演替后期,土壤有机碳(SOC)、土壤全氮(STN)、土壤含水量(SWC)逐渐升高,光照度(LI)、土壤温度(ST)逐渐降低,土壤全磷(STP)呈先降低后增加趋势;叶片有机碳(LCC)、全氮(LNC)、含水量(LWC)逐渐升高;比叶面积(SLA)、磷利用效率(PUPE)、稳定碳同位素(δ13C)逐渐下降,叶片全磷(LPC)先降低后升高,而氮利用效率(PUNE)先升高后降低。(3)RDA冗余分析表明,在此围封样地内,演替前期植物群落叶性状主要受到LI和ST的限制作用。而在演替的中后期SWC[WTBZ]是主要影响因子。此研究有助于我们认识高寒草甸生态系统的退化过程所导致的生态环境问题,进而寻求更好的草地恢复和重建方法。     

青藏高原东缘高寒草甸常见植物种子形状对萌发的影响

以青藏高原东缘高寒草甸383种常见植物种子为材料,分析种子萌发特性与种子形状(长、宽、高的三维方差)、体积及相对表面积之间的相关性,研究高寒草甸地区植物种子性状对其萌发特性的影响。结果显示:(1)种子萌发率和萌发速率与种子三维方差、相对表面积呈极显著正相关,与体积呈显著负相关;(2)种子平均萌发时间与种子体积呈显著正相关、与种子相对表面积呈显著负相关、与种子三维方差无显著相关性。表明体积较小而形状细长的种子具有较高的萌发率及萌发速率,体积大而圆的种子需要更长的萌发时间;小种子具有较大的相对表面积可能是其具有较高萌发率和萌发速率的原因之一。研究结果为土壤种子库形成机制的研究提供了一定的理论依据。     

Exploring the community assembly of subalpine meadow communities based on functional traits and community phylogeny

Aims The community assembly has been a prominent issue in community ecology. This work was intended to explore the mechanisms of the species coexistence and biodiversity in communities. Our objective was to explore the mechanisms of community assembly in subalpine meadow plant communities along slope gradients in Gannan Tibetan Autonomous Prefecture, Gansu Province, Northwest China.Methods We selected five slope-oriented plots to construct a super-tree representing the species pool. We surveyed the leaf functional traits and soil environmental factors in different slopes. Then we tested the phylogenetic signal of leaf dry matter content (LDMC), specific leaf area (SLA), leaf nitrogen content (LNC) and leaf phosphorus content (LPC).Important findings The changes of slope aspect had significant influence on soil water content (SWC) and soil nutrient content. Most of the plants leaf functional traits had significant difference along different slope aspects. The LDMC was higher in south and southwest slope than north slope, while SLA, LNC and LPC were relatively high in north and northwest slope. The LPC showed feeble phylogenetic signal, while LDMC, SLA, LNC did not have a significant phylogenetic signal. With changes in the slope aspect from south to north, community phylogenetic structure shifted from over-dispersion to clustered dispersion. In south and southwest slope, habitat filtering was the driving force for community assembly. Interspecific competition was the main driving factor for community assembly in north and northwest slope aspects. But in west slope, two indices showed contrary consequence. This means the process of community assembly in west slope was more complicated and its phylogenetic index may be the result of several mechanisms working together.     

地形因子对黄土高原山杏叶片功能性状的影响

坡向和坡度是重要的地形因子,调控水、热组合可以影响植物生长及叶片功能性状,研究叶片功能性状对不同地形因子的响应,有助于了解植物对环境的适应策略.以阳坡(半阳坡)和阴坡(半阴坡)2个坡向,以及15°~20°、21°~25°和26°~30°3个坡度为环境梯度,对比研究了其对黄土高原主要造林树种山杏叶片功能性状(包括叶面积、比叶面积、叶干物质含量和叶片含水量)的影响,结果表明:1)坡向与坡度分别对所有叶片功能性状的影响均显著,坡向和坡度仅对叶片含水量具有交互作用.2)坡向梯度上,阳坡叶片的叶面积与阴坡相当,但叶干物质含量(0.24 g·g^-1)和叶片含水量(59.6%)均小于后者(0.27 g·g^-1和67.0%);阳坡叶片的比叶面积显著高于阴坡,其值分别为183.72和163.05 cm2·g^-1.3)坡度梯度上,叶片的比叶面积和叶面积均随坡度增大呈先减后增趋势,二者分别在15°~20°和26°~30°上达最大值,分别为184.04 cm^2·g^-1和21.14 cm2.4)除15°~20°与26°~30°的土壤水分无差异外,其余坡度以及坡向之间的土壤水分均存在显著差异,且土壤水分是造成叶片功能性状差异的主要原因之一,其中0~10 cm土层含水量对叶片功能性状的影响最大.5)叶片比叶面积与叶片含水量、叶干物质含量呈负相关,与叶面积呈正相关;叶干物质含量与叶片含水量呈正相关,与叶面积呈负相关;土壤含水量仅与叶片含水量呈正相关,与其他叶片功能性状均不相关.     

亚高寒草甸不同坡向金露梅种群的空间分布格局及空间关联

植物种群在不同干扰条件下对环境的适应对策可以通过其空间分布格局及关联性反映出来.金露梅是甘南亚高寒草甸中的优势种,通过野外群落调查,运用空间点格局分析的Ripley K函数,分析甘南不同坡向亚高寒草甸中金露梅种群的空间分布格局及其关联性.结果表明: 金露梅种群在3个坡向的分布具有显著差异,重要值、生物量和盖度在北坡均高于南坡;北坡和西坡金露梅种群Ⅰ、Ⅱ级个体在小尺度上呈显著聚集分布,随着龄级和空间尺度的增加,金露梅种群聚集强度逐渐减弱,趋向于随机分布;南坡由于其生境条件对金露梅生长的抑制,种间竞争激烈,各级金露梅种群的分布格局均以随机分布为主;不同坡向的金露梅种群Ⅰ、Ⅱ级个体之间在一定尺度内表现为负关联,随着尺度增加,关联度降低,Ⅲ、Ⅳ级与Ⅰ、Ⅱ级个体之间的关联性呈显著负关联;较大个体之间无明显关系,表明年龄接近的个体在空间分布上是相互独立的,利于其充分利用环境资源.     

旅游干扰对历山亚高山草甸植物多样性的影响

历山是国家级自然保护区,也是山西省自然保护区中面积最大、物种资源最丰富的自然保护区.运用丰富度指数、物种多样性指数和均匀度指数,结合方差分析研究了旅游干扰对历山舜王坪亚高山草甸植物多样性的影响及其变化规律.结果表明:(1)随着距游径距离的增加,不同样带主要科、属、种的数量均有所上升,毛茛科所含种数增加幅度较大,菊科、蔷薇科、禾本科所含种数变化幅度较小.(2)不同样带植物主要优势种的相对盖度、相对密度、相对高度均发生了不同程度的变化(p〉0.05),距离游径越远,主要优势种的相对盖度、相对密度、相对高度越大;伴人植物则表现出相反的变化趋势,即距离游径越远,伴人植物的相对盖度、相对密度、相对高度越小,个别物种甚至消失(如扁蓄).(3)生活型功能群中,多年生草本植物的种数最多,占总种数的79.24%,1年生植物和灌木合占总种数的20.76%.随着旅游干扰强度的增加,1年生植物的比例略有增加,多年生草本植物的比例略有下降,灌木所占比例较为稳定.(4)随着远离游径,物种丰富度和物种多样性指数略有增加,而物种均匀度指数表现为先升后降的趋势,增减幅度经方差分析未达到显著水平(P〉O.05).鉴于目前旅游活动对历山舜王坪草甸植物多样性的干扰程度,建议保护区应在开展旅游的同时,加强资源的保护和可持续利用. 高度越小,个别物种甚至消失(如扁蓄).(3)生活型功能群中,多年生草本植物的种数最多,占总种数的79.24%,1年生植物和灌木合占总种数的20.76%.随着旅游干扰强度的增加,1年生植物的比例略有增加,多年生草本植物的比例略有下降,灌木所占比例较为稳定.(4)随着远离游径,物种丰富度和物种多样性指数略有增加,而物种均匀度指数表现为先升后降的趋势,增减幅度经方差分析未达到显著水平(P》O.05).鉴于目前旅游活动对历山舜王坪草甸 物多样性的干扰程度,建议保护区应在开展旅游的同时,加强资源的保护和可持续利用. 高度越小,个别物种甚至消失(如扁蓄).(3)生活型功能群中,多年生草本植物的种数最多,占总种数的79.24%,1年生植物和灌木合占总种数的20.76%.随着旅游干扰强度的增加,1年生植物的比例略有增加,多年生草本植物的比例略有下降,灌木所占比例较为稳定.(4)随着远离游径,物种丰富度和物种多样性指数略有增加,而物种均匀度指数表现为先升后降的趋势,增减幅度经方差分析未达到显著水平(P》O.05).鉴于目前旅游活动对历山舜王坪草甸 物多样性的干     

青藏高原东缘常见阔叶木本植物叶片性状对环境因子的响应

叶片性状-环境关系对于预测气候变化对植物的影响至关重要。该研究以青藏高原东缘常见阔叶木本植物为研究对象, 从47个样点采集了332个物种共666个种群的叶片, 测量了15个叶片性状, 调查了该区域木本植物叶片性状的变异程度, 并从种内和种间水平探讨了叶片性状对环境的响应及适应策略。结果表明, 反眏叶片大小的性状均具有较高的变异, 其中, 叶片面积是变异程度最大的性状。除气孔密度外, 大多数叶片性状与海拔显著相关。气候是叶片性状变异的重要驱动因素, 3.3%-29.5%的叶片性状变异由气候因子组合解释。其中, 气温对叶片性状变异解释度最高, 日照时间能解释大部分叶片性状的变异, 而降水量对叶片性状变异的解释度相对较小。与环境(海拔和气候因子)显著相关的叶片性状在种内明显少于种间水平, 可能是植物性状之间的协同变化与权衡使种内性状变异比较小, 从而减弱了种内叶片性状与环境因子的相关性。研究结果总体表明,叶片性状与木本植物对环境的适应策略密切相关, 植物通过选择小而厚的叶片和较短的叶柄以适应高海拔的 环境。     

巴郎山高山及亚高山草甸花卉植物生物量海拔梯度格局

采用野外调查方法,研究卧龙巴郎山高山及亚高山草甸不同海拔梯度下花卉植物生物量的变化格局,并进行土壤因子分析,结果表明:花卉植物地上生物量随海拔的升高呈单峰曲线变化,在3500 m处达到峰值,花-果、茎、叶生物量的变化趋势与地上生物量一致;地下生物量随海拔的升高呈U型曲线变化.随海拔的升高,土壤酸性增强,水解氮和全钾含量显著升高,土壤有机质、全氮和有效磷的含量显著降低,花卉植物地上生物量随土壤pH值及全氮、速效钾含量的升高显著增大;地下生物量随土壤有机质、有效磷含量的升高显著增大,随全钾、水解氮含量的升高显著减小.     

Links between leaf anatomy and leaf mass per area of herbaceous species across slope aspects in an eastern Tibetan subalpine meadow

Leaf anatomy varies with abiotic factors and is an important trait for understanding plant adaptive responses to environmental conditions. Leaf mass per area (LMA) is a key morphological trait and is related to leaf performance, such as light‐saturated photosynthetic rate per leaf mass, leaf mechanical strength, and leaf lifespan. LMA is the multiplicative product of leaf thickness (LT) and leaf density (LD), both of which vary with leaf anatomy. Nevertheless, how LMA, LT, and LD covary with leaf anatomy is largely unexplored along natural environmental gradients. Slope aspect is a topographic factor that underlies variations in solar irradiation, air temperature, humidity, and soil fertility. In the present study, we examined (1) how leaf anatomy varies with different slope aspects and (2) how leaf anatomy is related to LMA, LD, and LT. Leaf anatomy was measured for 30 herbaceous species across three slope aspects (south‐, west‐, and north‐facing slopes; hereafter, SFS, WFS, and NFS, respectively) in an eastern Tibetan subalpine meadow. For 18 of the 30 species, LMA data were available from previous studies. LD was calculated as LMA divided by LT. Among the slope aspects, the dominant species on the SFS exhibited the highest LTs with the thickest spongy mesophyll layers. The thicker spongy mesophyll layer was related to a lower LD via larger intercellular airspaces. In contrast, LD was the highest on NFS among the slope aspects. LMA was not significantly different among the slope aspects because higher LTs on SFS were effectively offset by lower LDs. These results suggest that the relationships between leaf anatomy and LMA were different among the slope aspects. Mechanisms underlying the variations in leaf anatomy may include different solar radiation, air temperatures, soil water, and nutrient availabilities among the slope aspects.