不同配置模式下油蒿和柠条对降雨变化的生理生态响应及调节机制

研究了沙坡头地区固沙植物油蒿和柠条在1 m×1 m和2 m×2 m配置模式下的群落学特征,以及在自然和控制降雨条件下的水分关系、气体交换及其调节机制.结果表明： 随着土壤含水量的变化,油蒿和柠条的生理耗水和生长特性不同,油蒿的气孔导度、水势、蒸腾速率、光合速率和快速生长均呈现明显的波动性,并且对土壤水分的消耗量高于柠条;柠条的上述指标变化相对低缓而恒定,光合生长速率较低,多年累积生物量却很高.两种植物对水分胁迫的响应过程和调节机制不同,油蒿主要为保水机制,柠条主要为节水机制.在极端干旱年份,柠条的节水、抗逆特性更强.固沙植物种的选择应既利于防风固沙和节约用水,又利于固沙林的稳定.     

水分胁迫对黄河三角洲河口湿地芦苇光合参数的影响

通过盆栽试验,分析了多梯度土壤水分条件对黄河三角洲河口湿地淡水沼泽芦苇快速生长期叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、水分利用效率(WUE)和光能利用效率(LUE)等光合参数的影响,探讨淡水沼泽芦苇正常生长发育适宜的土壤水分条件.结果表明：淡水沼泽芦苇的P_n、T_r、WUE及LUE对土壤水分的变化有明显的响应阈值.渍水状态不是淡水沼泽芦苇生理状态最好的水分条件.维持淡水沼泽芦苇快速生长期正常生长,适宜的土壤体积含水率(W_v)应大于25.7%(即相对含水率W_r>66.6%),最佳W_v为36.9%(W_r为95.6%),正常生长所允许的最低土壤含水率W_v为21.5%(W_r为55.7%).气孔限制是淡水沼泽芦苇对水分胁迫的主要响应机制.干旱胁迫下,淡水沼泽芦苇的最大净光合速率(P_{n max})和表观量子效率(AQY)均显著下降,其暗呼吸速率(R_d)降低,减少呼吸作用对光合产物的消耗,提高WUE,以维持较高的光合速率.     

沙坡头地区不同配置格局油蒿和柠条水分生态位适宜度研究

利用生态位适宜度理论建立了沙坡头人工植被防护林体系无灌溉条件下,两种固沙植物油蒿(Artemisia ordosica Krasch．)和柠条(Caragana korshinskii Kom．)的水分生态位适宜度模型。并据此分析比较在5种不同配置格局下,在不同的降水量年份,这两种植物的水分利用状况。主要结论如下：不论在生长季总降水量为80.63mm的1991年还是在降水量大一倍的1993年,单播下油蒿的水分生态位适宜度均大于混播下的适宜度,且在7月份均有一个水分极其匮乏期;单播下柠条的水分生态位适宜度均小于混播下的适宜度;单播的3种格局中,以2m×2m的株距和行距(即样地1,3)为最佳,混播的两种格局以1m×1m的株距和行距,且按2行油蒿×2行柠条,中间空一行的方式配置(即样地5)为最佳。最后,对两个种生长过程中水分利用的一些特性进行了探讨。     

内蒙古科尔沁沙地两种沙生植物冷蒿和差不嘎蒿竞争策略的生理生态学依据

研究了中国内蒙古科尔沁沙地两种优势灌木冷蒿(Artemisiafrigida Willd)和差不嘎蒿(Artemisia halodendronTurcz.ex Bess)在不同土壤水分状况条件下的气体交换、水分关系和叶片的化学特性.测定设置了5个土壤水分梯度:土壤最大含水量(体积含水量,30%)、田间持水量(对照,20%)、轻度水分胁迫(10%)、极端干旱(＜4%)和旱后复水(20%).冷蒿的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(TR)和水势(ψw低于差不嘎蒿,相对水分亏缺(RWD)、束缚水含量(BWC)、束缚水与自由水的比值(BWC/FWC)和综合抗旱性指数(DI)高于差不嘎蒿.两种灌木对不同土壤含水量的响应不同,随着土壤含水量的逐渐下降,差不嘎蒿的ψw、BWC和BWC/FWC出现大幅度的波动,波动幅度远远的大于冷蒿,冷蒿则显示了一个较差不嘎蒿高的持水能力和抗旱能力.冷蒿和差不嘎蒿的脯氨酸和总可溶性糖含量随土壤含水量的降低均呈增加的趋势,冷蒿增加的幅度大于差不嘎蒿,说明冷蒿的渗透调节能力在干旱过程中有较大提高.在长期极端干旱条件下,两种灌木的ψw,RWD,BWC和BWC/FWC的终极值相近;有机物、脯氨酸和总可溶性糖含量大量累积;冷蒿的脯氨酸和总可溶性糖含量增加的幅度和可溶性蛋白质降解的幅度远远超过差不嘎蒿;我们认为此时累积的物质主要作为营养物质,以供植物的旱后恢复,此时冷蒿的恢复能力超过差不嘎蒿,这是极端干旱条件下差不嘎蒿死亡而冷蒿存活的主要原因之一.我们的研究结果显示,相对于差不嘎蒿而言,冷蒿在水分胁迫条件下的生理生态学特性更有利于其在固定沙地的生长,差不嘎蒿则由于对水资源微弱的竞争丧失了生存优势,是引起科尔沁沙地植被演替过程中冷蒿替代差不嘎蒿的主要原因.     

油松幼苗对干旱胁迫的生理生态响应

在适宜水分(田间持水量为80%)、轻度干旱(60%)、中度干旱(40%)和重度干旱(20%)4种土壤水分条件下研究了油松的生理生态特征,结果显示; 油松各器官(根、茎、叶)的干物质积累量、干物质积累总量、相对生长率、株高和基径均表现为适宜水分＞轻度干旱＞中度干旱＞重度干旱,而根冠比大小顺序与其相反.气体交换参数(净光合速率、气孔导度、蒸腾速率) 随干旱程度的加剧显著下降,并且净光合速率的下降主要受气孔因素限制.油松的瞬时水分利用效率和长期水分利用效率(稳定碳同位素含量,δ13C)表现适宜水分＜轻度干旱＜中度干旱＜重度干旱,而且中度和重度干旱显著提高油松的水分利用效率.另外,单位干重叶片氮元素含量(N%)随胁迫增加呈下降趋势,而单位干重碳元素含量(C%)却与之相反,从而导致碳氮比随胁迫增加而增加,并且我们的结果显示光合速率与氮含量存在显著正相关. 结果表明,油松可以通过调节自身生长特征、生物量分配模式和叶片营养元素的含量及提高水分利用效率而增强应对干旱胁迫的能力.     

耐冬山茶对不同光照和水分的生理生态学响应

耐冬山茶作为第三纪孑遗植物,是山茶自然分布最北缘的种群,具有丰富的形态特征与独特的遗传特性.以野生耐冬山茶幼苗为对象,设置2个光照梯度(全光照的65%、15%)、3个干旱梯度(田间持水量的75%、50%、25%),研究耐冬山茶在不同光照、水分条件下生理生态学响应机制,验证现存的4个理论假设是否能够解释耐冬山茶幼苗对遮荫与干旱的响应.结果表明:15%全光照限制了耐冬山茶幼苗的生长.与65%全光照相比,15%全光照使叶片的净光合速率、蒸腾速率和叶绿素含量下降,最大降幅分别为63.3%、82.9%和17.5%,显著提高了叶片的比叶面积、叶片含水量和PSⅡ最大光化学效率,最大分别提高了60.3%、8.3%和6.4%.干旱抑制耐冬山茶的生长,使株高、基径下降.随着干旱胁迫的加重,植株叶片的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度显著降低,最小值分别为0.83μmol·m^-2·s^-1、0.30μmol·m^-2·s^-1和11.56 mmol·m-2·s-1.随干旱胁迫的加重,过氧化物酶和过氧化氢酶含量总体呈下降趋势,而丙二醛和脯氨酸含量显著上升.15%全光照缓解了干旱对耐冬山茶幼苗的消极影响,遮荫与干旱对耐冬山茶幼苗的交互作用符合"促进理论".耐冬山茶幼苗能够通过多种调节机制适应环境变化,且能适应较大的光照和水分范围.此外,通过改善耐冬山茶生长的光照和水分条件,为其提供理想的生长环境,可以扩大其园林应用.     

油蒿灌丛群落浅层土壤水分对不同降雨格局的响应

以库布齐沙漠东缘典型分布的油蒿灌丛为对象,使用微气象观测系统连续监测2016—2018年生长季降雨及多层次土壤含水量(0～10、10～30、30～50 cm),研究不同降雨格局下荒漠土壤水分的时空动态变化,分析降雨事件对土壤水分的补给作用和水分入渗特征。结果表明: 油蒿灌丛浅层土壤含水量在降雨脉动下产生明显的季节和垂直变化,雨量和雨前土壤含水量是影响土壤水分补给和入渗的主控因素。0～10 cm土层土壤对降雨反馈迅速,>3.8 mm降雨对该层产生补给作用;10～30 cm土层土壤对降雨反馈稍显迟滞,需8.6 mm以上降雨才能产生有效补给;30～50 cm土层土壤对降雨反馈更加滞后,降雨量超过11.8 mm后才能达到该补给深度。水分入渗速率随雨量增大而升高,随土层加深而减弱,入渗深度与雨量和雨前土壤含水量均呈显著正相关。研究期间,降雨事件以<10 mm降雨为主,占总降雨次数的78.4%,降雨对土壤的补给主要作用于30 cm以内土层,对深层土壤的补给十分有限,不利于深根性植物生长,降雨格局直接影响和改变了研究区植物群落的构成、分布和演替。     

植物反射光谱对水分生理变化响应的研究进展

实时、无损伤地探测植物的水分及生理变化是高光谱遥感的深层次应用。由水分胁迫引发的植物一系列反射光谱响应体现了碳-氮-水耦合作用的结果。以往的研究大多集中于单一因素的响应, 而忽略了多因素交互作用。该文综述和分析了植物水分状况变化引起的直接和间接光谱响应机制, 包括植物水分含量、色素、养分状况、光合作用和叶绿素荧光指标的光谱响应及其内在的关联, 探讨了反射光谱在探测植物水分生理活动应用中的主要方法与最新技术, 并指出碳-氮-水多指标、多时空尺度的综合分析对于估测植被生产力及其对气候变化的响应具有重要意义。     

土壤纤毛虫群落对不同退还模式生态恢复的响应

为了探究土壤纤毛虫群落对不同退还模式生态恢复的响应及利用其群落特征来评价退还效果,于2014年4月至2015年7月在甘肃省天祝藏族自治县朵什乡退耕还林区选取了3个不同退还林型样点(云杉、沙棘混交林A1,云杉林A2,沙棘林B1)和2个对照耕地样点(小麦地A0,豌豆地B0)为研究样地,采用"非淹没培养皿法"、活体观察法和培养直接计数法对土壤纤毛虫群落特征进行了研究,同时测定了各样点土壤的相关环境因子,并分析了不同恢复模式下土壤纤毛虫群落特征与植被群落参数、土壤环境因子间的相关性。研究共鉴定到125种土壤纤毛虫,隶属于9纲19目29科34属。结果显示:退还样点和对照样点的土壤纤毛虫群落结构特征存在明显差异(P0.05),退还样点间的物种相似性减小,群落组成复杂化;退还样点土壤纤毛虫物种数、密度、物种多样性指数、均匀度指数和丰富度指数均明显增高(P0.05),且各样点间表现为A1B1A2B0A0;各样点优势类群的演替趋势,由对照样点的肾形目演替为退还样点的散毛目。相关性分析和冗余分析结果表明,退耕还林后,对纤毛虫群落结构稳定影响最主要的是有机质、含水量和全氮的含量,不同林型间土壤纤毛虫群落组成差异较大,表明土壤纤毛虫群落结构可作为对退耕还林生态恢复的评价指标。     

固沙灌木柠条锦鸡儿和中间锦鸡儿木质部导水与叶片光合能力对土壤水分的响应

水分是干旱沙区植被重建和恢复的主要限制性因子,土壤有效水分含量直接影响植物木质部水分运输能力。但是不同水分条件下不同物种、不同年龄木质部水力特性和叶片气体交换的差异以及土壤水分含量对其影响的相关研究目前尚不明确。因此,该研究以10年和30年树龄人工固沙区的柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)和中间锦鸡儿(C. liouana)为实验材料,研究它们在旱季和雨季下水力特性和光合特性的差异及其关系。研究结果表明,树龄对柠条锦鸡儿和中间锦鸡儿木质部导水率、导水率损失百分比、叶片水势和相对含水量等无显著的影响,而土壤水分含量对其功能性状的影响较显著。树龄和土壤水分含量均对灌木叶片光合作用有显著影响,但在土壤水分条件良好的情况下树龄对其影响不显著。此外,土壤含水量与叶片水分含量和木质部茎比导水率之间呈显著的正相关关系;木质部导水率与叶片水分状态和气孔导度也存在显著的正相关关系,而光合速率与木质部导水率和叶片水分含量存在显著正相关关系,这表明土壤水分含量通过影响木质部导水率和栓塞程度而直接影响了叶片水分状况和光合碳同化能力。总而言之,柠条锦鸡儿和中间锦鸡儿的木质部导水能力和叶片光合...     

沙柳和柠条茎水力学特性对模拟降雨改变的响应

利用模拟降雨控制试验(对照、降雨增加45%和减少50%),研究了黄土高原水蚀风蚀交错带典型灌木沙柳和柠条茎水力学特性对模拟降雨改变的响应,以揭示两种灌木对未来降雨改变的适应性.结果表明: 沙柳茎比导水率(K_s)、比叶导水率(K_l)和Huber值对增水有显著响应,而对干旱无显著响应;柠条黎明前和正午叶水势、水分传输效率(K_s及K_l)对干旱有显著响应,但对增水无响应.两种灌木不同处理间抵抗栓塞能力无显著差异,沙柳不同处理间正午原位栓塞程度亦无显著差异,而柠条干旱处理正午原位栓塞程度显著增大.沙柳增水处理导管直径和导管面积占边材面积的比例显著增加,干旱导致沙柳导管密度显著增大,水力直径变小;柠条增水处理的木质部结构无明显改变,干旱导致其导管密度和木材密度显著增加.说明增水提升了沙柳的水力功能,而长期干旱显著降低了柠条水力功能,预测在未来气候旱化条件下,柠条的水力适应性可能不如沙柳.     

柠条根系中丛枝菌根真菌的季节性变化及影响因素

采用传统染色检测与PCR-DGGE相结合的方法,研究了柠条根系丛枝菌根真菌(AMF)的季节性变化, 并利用主成分分析(PCA)和典范对应分析(CCA)分析了土壤因子与AMF季节变化之间的关系.结果表明: 柠条根系AMF总侵染率、丛枝侵染率、泡囊侵染率和土壤孢子密度均具有显著的季节性差异. 总侵染率从春季至秋季呈下降趋势,其他指标呈上升趋势. 春、夏、秋3个季节的柠条根系中共检测出9种AMF分子种,但每个季节的AMF群落组成、多样性指数均有一定的差异.主成分(PCA)和典范对应分析(CCA)表明,随着土壤总氮、总磷和有机碳的增加,泡囊侵染率减少;随着土壤含水量和速效磷的降低, 土壤AMF孢子密度增加;根系内AMF群落组成的季节性差异主要受土壤总磷、速效磷和有机碳的影响.     

不同光强条件下柠条锦鸡儿的种子萌发和幼苗生长特征

在不同光照强度(自然全光照的55.4%、18.9%、5.5%、2.2%和0.5%)人工遮荫条件下,研究了柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)种子萌发和幼苗生长的特征。结果表明:柠条锦鸡儿种子的萌发率、萌发速率、萌发指数和萌发值均在18.9%光照处理最大,且随遮荫程度的增强逐渐减小;活力指数随着光照的减弱逐渐增大;尽管幼苗的株高随光照的减弱而增大,但基径、复叶数、主根长和总干质量均随着光照的减弱而持续减小或呈波动性减小趋势,表明遮荫不仅影响了幼苗基径的增大和复叶数的增加,而且限制了幼苗主根的伸长和干物质的积累;比叶面积随光照的减弱而增大,但根冠比随光照的减弱而减小。研究表明,柠条锦鸡儿种子的萌发对光强表现出一定程度的依赖,强光下的萌发抑制可能与强光引起的短期水分胁迫有关;光照对幼苗生长的促进作用反映了柠条锦鸡儿对自然分布区充足光照资源的适应,幼苗在不同光强下具有较高的形态学可塑性。     

Ecophysiological responses of Caragana korshinskii Kom. under extreme drought stress: Leaf abscission and stem survives

Caragana korshinskii Kom. is a perennial xerophytic shrub, well known for its ability to resist drought. In order to study ecophysiological responses of C. korshinskii under extreme drought stress and subsequent rehydration, diurnal patterns of gas exchange and chlorophyll (Chl) fluorescence parameters of photosystem II as well as Chl content were analyzed. Plant responses to extreme drought included (1) leaf abscission and using stem for photosynthesis, (2) improved instantaneous water-use efficiency, (3) decreased photosynthetic rate and partly closed stomata owing to leaf abscission and low water status, (4) decreased maximum photochemical efficiency of photosystem II (PSII) (variable to maximum fluorescence ratio, F_v/F_m), quantum efficiency of noncyclic electron transport of PSII, and Chl a and Chl b. Four days after rehydration, new leaves budded from stems. In the rewatered plants, the chloroplast function was restored, the gas exchange and Chl fluorescence returned to a similar level as control plant. The above result indicated that maintaining an active stem system after leaf abscission during extreme drought stress may be the foundation which engenders these mechanisms rapid regrowth for C. korshinskii in arid environment.     

Responses of Caragana korshinskii to different aboveground shoot removal: combining defence and tolerance strategies

BACKGROUND AND AIMS: It is generally assumed that plants respond to natural enemies by either allocating resources to resistance traits or compensating for damage. This study evaluated how different methods of artificial shoot removal influence two alternative strategies (i.e. tolerance and defence) of Caragana korshinskii in the semi-arid area of China. METHODS: Zero per cent (control), 30% (30%) and 60% (60%) of the main shoot length and 25% (25%), 50% (50%) and 100% (100%) of the numbers of main shoots were removed from shrubs. KEY RESULTS: Moderate clipping treatments [30% removal of partial shoot length (RSL), 25% removal of shoot number (RSN) and 50% RSN] improved seed production, whereas the most intensive clipping treatments (60% RSL and 100% RSN) with most or total removal of potential flower buds reduced current reproduction fitness compared with controls. All treatments produced a similar leaf phenolic content, with the exception of 100% RSN which resulted in a low leaf phenolic content. In spite of a substantial investment in regrowth, clipped plants increased biomass allocation to physical defence. Control plants almost did not grow, had lower levels of physical defence and a lower photosynthetic rate, mobilized fewer carbohydrates from roots and produced more flowers. However, their current fitness was lower than that of plants undergoing clipping treatments (30% RSL, 25% RSN and 50% RSN) because of the high level of abortion of flowers and fruits. CONCLUSIONS: Caragana korshinskii responded to aboveground shoot removal through combining defence and tolerance strategies.     

鄂尔多斯高原油蒿种群分布格局对降水梯度的反应

应用方差均值比率法、聚块性指数及点格局方法,沿着鄂尔多斯高原从东至西的降水梯度(336～249 mm·a^-1),设置5个采样点,对油蒿种群分布格局及其对降水梯度的反应进行了研究.结果表明：随着降水梯度的递减,在小尺度上研究区油蒿种群分布格局表现为由均匀分布向随机分布转变;在大尺度上则表现为由随机分布向聚集分布转变.降雨的减少显著改变了油蒿种群的空间分布格局,在进行生态恢复时需对植物个体进行合理配置.     

盆栽桐花树对不同遮光度的生理生态响应

盆栽红树植物桐花树(Aegiceras corniculatum)1年生幼苗,研究了在浇灌淡水和人工海水2种情况下不同遮光度(透光率25%、45%和100%)处理对盆栽桐花树生理生态的影响.结果表明,处理360 d后,在相同盐度处理下植株的茎高年增量随光照强度减弱而增大,3种光照强度处理之间差异极显著,而茎径年增量则与茎高年增量相反.平均每株分枝数、叶片数、叶面积和叶片厚度存在显著差异.在相同盐度处理下,光照强度25%和45%处理的植株叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量无显著差异,但均显著高于100%光照强度,而6种处理植株叶片叶绿素a/b比值没有显著差异.在相同盐度处理下,随着光照强度的降低,净光合速率、可溶性糖含量、硝酸还原酶(NR)活性和根系活力均呈下降趋势,且不同光照强度处理间存在极显著差异.在同一光照强度下,淡水组的可溶性糖含量、NR活性和根系活力均比人工海水组低.试验表明,遮光对盆栽桐花树的生理生态有显著影响.     

油蒿(Artemisia ordosica)光化学量子效率和非光化学淬灭的动态及其影响因子

叶绿素荧光的测定是探究干旱半干旱区沙生植物对环境变化响应的重要手段,叶绿素荧光的动力学研究对认识植物适应环境胁迫的生理生态过程与机制具有重要意义。本文于2012年6—10月研究了宁夏盐池油蒿(Artemisia ordosica)的光化学量子效率(Φ)和非光化学淬灭(NPQ)的季节变化和日变化,及其与光合有效辐射(PAR)、相对湿度(RH)和空气温度(Ta)的关系。结果表明:在观测期内,油蒿的Φ随PAR和Ta升高而降低,随RH的升高而升高,NPQ的变化与Φ相反;在日变化尺度,油蒿的Φ(R20.92)和NPQ(R20.90)与PAR紧密相关,而与空气温度(Ta)和相对湿度(RH)的日变化存在3~4 h的滞后;此外,在相同PAR下,生长季前期的Φ大于后期,生长季旺期的NPQ大于末期;因此,PAR、Ta和RH对Φ和NPQ均有影响。     

油蒿资源利用效率在生长季的相对变化及对环境因子的响应

为了探明西北半干旱区典型沙生植物油蒿(Artemisia ordosica)叶水平资源利用效率的相对变化及对环境因子的响应机制, 该研究于2018年5-10月, 使用LI-6400XT便携式光合仪测定了毛乌素沙地油蒿叶片的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(E)、叶表面光合有效辐射(PAR_l)、叶表面温度(T_l)、叶表面相对湿度(RH_l), 在实验室计算叶片单位面积氮含量(N_area), 分析了叶片氮利用效率(NUE)、水分利用效率(WUE)、光利用效率(LUE)与环境因子之间的关系及NUE、WUE、LUE之间的相对变化。研究结果表明, 在充足且稳定光强下油蒿的P_n主要受温度的影响, NUE、WUE与VPD_l、T_l之间具有显著负相关关系, NUE、WUE与LUE间为正相关关系, NUE、WUE和LUE最大值分别发生在5、7和9月, 分别为9.43 μmol CO₂·g^-1·s^-1、3.86 mmol·mol^-1、0.04 mol·mol^-1, 资源利用效率的变化主要受P_n的影响。温度通过影响植物N分配来改变P_n, 进而影响着资源利用效率, WUE与LUE显著正相关, 对构建荒漠区生态系统能量交换过程模型有重要意义。