CO2浓度升高及降水变化对红砂植物碳氮特征的影响

本研究以荒漠优势植物红砂（Reaumuria soongorica） 1年生幼苗为研究对象,采用开顶式生长箱（Open top chambers,OTCs）模拟CO₂浓度变化（350和700 μmol·mol^-1）,研究了降水变化（-30%,-15%,0,+15%和+30%）及其协同作用对红砂地上和地下部分碳、氮含量与积累量的影响。结果发现：CO₂浓度倍增和降水对红砂地上和地下部分有机碳、全氮含量和有机碳积累量以及地上全氮积累量影响极显著,并且表现出极显著的交互作用。CO₂浓度倍增下,红砂地上和地下部分有机碳、C/N和有机碳积累量以及地下部分全氮显著增加。随着降水增加,红砂地上和地下部分有机碳含量和积累量以及地下部分全氮均呈增加趋势,地上和地下部分C/N呈先降后升趋势,而地上部分全氮先升后降。综上所述：未来CO₂升高时,降水增加协同高CO₂浓度有助于红砂植株有机碳积累,从而促进红砂植株对氮素的吸收,降水减少则有利于红砂调节自身碳氮平衡从而提高其抗旱性。     

荒漠植物红砂地上和地下生物量分配关系对大气CO2浓度升高及降水量变化的响应

植物的生物量在各器官中的分配可反映植物对环境的适应性及其生长策略。未来大气CO₂浓度显著升高将引起降水量的变化,而这种变化必将对荒漠植物的生物量分配产生严重影响。本研究以荒漠优势植物红砂（Reaumuriasoongorica）1年生苗木为试材,采用开顶式CO₂控制气室模拟CO₂浓度变化（350 μmol·mol^-1和700 μmol·mol^-1）,研究了降水变化（-30%,0,+30%）及其与CO₂的协同作用对红砂生物量分配及相关生长关系的影响。结果表明：CO₂浓度升高对不同降水量下红砂地上和地下生物量均具有显著的促进作用（P<0.05）;降水减少,红砂生物量向地下分配的比例增加,但CO₂增加会减弱这一作用;CO₂浓度升高和降水变化通过影响红砂地上和地下器官的相对生长来影响生物量在不同器官中的分配,6种处理下的红砂地上-地下生物量分配斜率与1.0差异不显著,其相对生长关系均表现为等速生长。未来大气CO₂浓度升高及降水变化下,红砂生物量分配模式对环境变化的响应在一定程度上支持了最优分配假说。     

模拟氮沉降及降水作用下红砂和珍珠猪毛菜幼苗生物量的分配模式

水分和氮素是植物生物量积累的重要资源,也是调节植物在荒漠逆境条件下生物量分配的主要因素。本研究以两种荒漠优势植物红砂(Reaumuria soongarica)和珍珠猪毛菜(Salsola passerina)苗木为试验材料,研究了降水[–30% (低水)、0 (中水)、+30% (高水)]与氮素[0 (N0,无氮)、4 g·(m2·a)?1 (N1,中氮)、8 g·(m2·a)?1 (N2,高氮)]交互作用对其不同生长方式(红砂单生、珍珠猪毛菜单生、红砂和珍珠猪毛菜混生)下的生物量分配及相关生长关系的影响。结果表明：1)红砂和珍珠猪毛菜幼苗受水分和氮素影响显著(P < 0.01)。单生红砂根生物量在低氮、高水时增加,而茎和叶生物量在高氮、中水时增加,其生物量在各器官的分配关系为根 > 茎 > 叶。混生红砂的根、茎、叶生物量分别在无氮和低水、无氮和中水、低氮和高水条件时有所增加,其分配关系为叶 ≥ 茎 > 根。单生和混生珍珠猪毛菜均在低氮和高水时器官生物量增加,两者生物量分配关系一致,均表现为叶 > 茎 > 根。2)混生方式下的红砂和珍珠猪毛菜叶根重比、叶重比、源汇重比均高于单生方式,而根冠比则较单生分别平均减少了52.63%和37.45%,说明两种植物在混生过程中均能将更多的生物量分配到地上部分。未来在降水格局和氮沉降变化条件下,红砂和珍珠猪毛菜的混生状态将可能比其单生状态更有利于适应全球气候的变化。     

降水变化对混生红砂-珍珠生物量及分配的影响

为研究两种植物生物量及分配对生长方式和降水变化的响应,本研究以混生群落优势种单生-混生红砂(Reaumuria soongorica)和珍珠(Salsola passerina)幼苗为研究对象,采用收获法测定不同降水量条件下单生与混生红砂和珍珠各器官生物量。结果表明：生长方式对两种荒漠植物生物量有显著影响(P<0.05),与单生相比,混生红砂与珍珠总生物量及各器官生物均减少;红砂总生物量变化是由根系生物量决定,而珍珠总生物量变化则是由根、茎、叶生物量共同作用。生长方式对红砂根冠比和珍珠源汇比也有显著影响(P<0.05),与单生相比,混生珍珠源汇比平均增长量为24.74%,混生红砂叶根比平均增加了33.19%,而根冠比则有所下降。物种不同生物量在不同器官的分配有所差异,红砂生物量主要分配在根上,而珍珠生物量主要分配在叶上。红砂根生物量和珍珠叶生物量比受降水量显著影响(P<0.05)。     

红砂幼苗根系形态特征对降水格局变化的响应

以西北荒漠生态系统典型植物红砂一年生幼苗为研究对象,利用塑料遮雨棚,研究了人工模拟不同降水格局下红砂幼苗根系形态的变化特征。结果表明,(1)降水量一定时延长降水间隔时间,红砂幼苗根系各指标均呈增加趋势,总根长、总根体积和根系生物量增加最为显著,分别为39.22%、62.50%和63.20%。(2)降水间隔时间延长至10 d时,降水量增加30%对幼苗根系各指标均有促进作用,且对总根体积和根系生物量的作用尤为突出,使其分别显著增加116.27%和224.40%(P<0.01)。(3)在自然降水条件下延长降水间隔时间,比根长和比表面积达到最大值,幼苗其他指标则无显著变化,说明幼苗对此水分条件的适应能力最强。(4)相关分析表明,不同降水格局条件下,红砂幼苗各形态指标间存在相关关系,但水平各异。总根长、总根表面积、总根体积、根平均直径及根系生物量之间呈显著正相关,且相关系数接近0.5,说明红砂幼苗根系具有较强的形态可塑性。     

模拟氮沉降及降水作用下红砂和珍珠猪毛菜幼苗生物量的分配模式

水分和氮素是植物生物量积累的重要资源,也是调节植物在荒漠逆境条件下生物量分配的主要因素.本研究以两种荒漠优势植物红砂(Reaumuria soongarica)和珍珠猪毛菜(Salsola passerina)苗木为试验材料,研究了降水[–30％(低水)、0?(中水)、+30％?(高水)]与氮素[0?(N0,无氮)、4?g·(m2·a)?1?(N1,中氮)、8?g·(m2·a)?1?(N2,高氮)]交互作用对其不同生长方式(红砂单生、珍珠猪毛菜单生、红砂和珍珠猪毛菜混生)下的生物量分配及相关生长关系的影响.结果表明:1)红砂和珍珠猪毛菜幼苗受水分和氮素影响显著(P??茎?>?叶.混生红砂的根、茎、叶生物量分别在无氮和低水、无氮和中水、低氮和高水条件时有所增加,其分配关系为叶?≥?茎?>?根.单生和混生珍珠猪毛菜均在低氮和高水时器官生物量增加,两者生物量分配关系一致,均表现为叶?>?茎?>?根.2)混生方式下的红砂和珍珠猪毛菜叶根重比、叶重比、源汇重比均高于单生方式,而根冠比则较单生分别平均减少了52.63％和37.45％,说明两种植物在混生过程中均能将更多的生物量分配到地上部分.未来在降水格局和氮沉降变化条件下,红砂和珍珠猪毛菜的混生状态将可能比其单生状态更有利于适应全球气候的变化.     

降水量和生长方式对红砂和珍珠根系形态特征的影响研究

为揭示典型荒漠植物地下根系对降水变化和种间关系的响应,本研究以红砂（Reaumuria soongorica）和珍珠（Salsola passerina）为材料,通过人工模拟降水变化,测定不同降水量（年降水量50 mm~300 mm,Δ=50）下单生和混生红砂和珍珠的根系形态特征指标。结果表明：随着降水量的增加,单生、混生红砂和单生珍珠的细根生物量均呈现增-减-增的趋势;两种植物混生提高了珍珠细根生物量的比重,降低了粗根生物量的比重;在150~300 mm降水量范围内,混生珍珠细根比根长和比根面积均大于单生珍珠;同一降水量条件下,单生红砂根冠比大于混生红砂和单生珍珠。可见,两种植物混生更有利于珍珠塑造良好的根系形态,且在混生生长时其地下部分主要通过调整细根根系形态来适应水分变化,而红砂在单生生长时其根系对水分养分的吸收效率更强。     

模拟CO2升高及降水变化对红砂碳氮特征的影响

为探讨荒漠植物红砂根、茎、叶在CO₂升高与降水变化条件下的碳氮含量及分配特征,以当年生民勤红砂为试验材料,利用开顶式CO₂控制气室,研究了350、550及700 μmol·mol^-13种CO₂浓度和降水减少30%(-W₂)、减少15%(-W₁)、自然降水(W₀)、增加15%(+W₁)和增加30%(+W₂)5个降水变化下红砂根、茎、叶的有机碳、全氮含量、C/N及有机碳和全氮积累(吸收)量。结果表明:1)相同降水条件下,CO₂浓度升高使根、茎、叶有机碳含量显著增加,全氮含量显著减少;在-W₂降水量和700 μmol·mol^-1CO₂浓度时根有机碳含量增幅最大(13.33%),在+W₁降水量和700 μmol·mol^-1CO₂浓度时叶全氮含量降幅最大(56.31%);CO₂浓度升高使红砂根、茎、叶C/N显著升高,对有机碳、全氮积累(吸收)量影响显著。2)相同CO₂浓度条件下,降水增加对根、茎、叶有机碳含量及全氮含量影响显著;550 μmol·mol^-1CO₂浓度和+W₂降水量时叶有机碳含量增幅最大(11.56%),700 μmol·mol^-1CO₂浓度和+W₂降水量时叶全氮含量降幅最大(35.31%);降水量对红砂根、茎、叶的C/N及有机碳、全氮积累量影响显著。3)在CO₂浓度升高与降水变化下,红砂有机碳含量在根中最高,全氮含量在叶中最高,C/N在根中最大,红砂有机碳、全氮积累(吸收)量在叶中最高。综上所述,未来CO₂浓度升高及降水改变的情况下,红砂生长情况取决于CO₂浓度与降水量的协同作用对有机碳、全氮含量的影响,CO₂浓度升高会在一定程度上减缓干旱对红砂碳氮吸收及利用的抑制作用,在湿润条件下能有效地增强红砂对碳氮的吸收及利用能力。     

人工模拟降雨格局变化对白刺幼苗生长的影响

白刺是干旱荒漠区重要的建群植物种,研究其幼苗在不同降雨格局下的响应特征,可以为进一步研究降雨格局变化下白刺灌丛退化以及加快荒漠区植被恢复提供理论依据。本文通过人工控水试验,设置3个降雨量(增加30%、减少30%、不变)和2个降雨间隔时间(增加、不变)研究其对降雨格局变化的响应。结果表明,1)生长季白刺幼苗根长、叶生物量、地上生物量、总生物量和根冠比的变化主要由总降雨量引起;总降雨量对白刺生长的效应与降雨间隔时间紧密相关,但二者无显著交互作用。2)当降雨量一致时,增加降雨间隔时间有利于白刺幼苗冠幅、基径和各器官生物量的累积,尤其使叶生物量增加81%,从而使地上生物量增幅远大于地下生物量,导致根冠比降低。3)当降雨间隔时间一致时,降雨量减少30%对茎、地下生物量无显著影响,仅使根长显著增加86%,叶、地上生物量和总生物量分别显著减少67%,48%,27%,根冠比显著增加74%,高降雨量条件下的生物量均增加但无显著影响。因此,适当的增加降雨量和降雨间隔时间有利于白刺幼苗的生长及促进其植被恢复。     

降水变化对荒漠草原植物群落生物量及其权衡关系的影响

本研究依据中国常用的降水年型划分标准，结合研究样地当年降雨量数据，把降水年型划分为丰水年和枯水年。为探讨不同降水年型(丰水年和枯水年)下荒漠草原植物群落地上-地下生物量及其权衡关系对降水变化的响应策略及其驱动机制，本研究依托2017年在宁夏荒漠草原建立的全球变化试验样地，选择自然降水(CK)、增加50%降水(CK+50%)和减少50%降水(CK-50%)处理，在丰水年和枯水年测定不同处理植物群落及功能群生物量。结果表明：在枯水年，CK+50%显著增加植物群落地下和总生物量；在丰水年和枯水年，CK-50%均显著降低豆科和禾本科地上生物量，而显著增加群落根冠比；在丰水年和枯水年，CK+50%生物量权衡比更倾向于地上，而CK-50%生物量权衡比趋向地下；荒漠草原降水变化主要通过直接影响豆科和禾本科地上生物量进而间接影响植物群落地上生物量，进而影响群落总生物量。本研究结果表明，无论是丰水年还是枯水年，不同功能群植物生物量及其比例对降水变化的响应有所不同。     

模拟降雨量变化与CO2浓度升高对羊草光合特性和生物量的影响

羊草作为欧亚大陆草原东缘干旱半干旱区域的优势种,现生产力已逐年降低。为明确未来降雨量变化和CO₂浓度升高对羊草草地变化的影响,我们模拟3个降雨量梯度(正常降雨量 40%)和两个CO₂浓度 (380±20,760±20 μmol/mol)进行了光合特性与生物量的研究。结果表明,降雨量变化和CO₂浓度的交互作用显著影响羊草的净光合速率等光合特性,地下生物量和根冠比,而不影响地上生物量。在目前CO₂浓度时随着降雨量的增加,以及在CO₂浓度升高时的降雨量由低降雨量增至正常降雨量,羊草的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和地上、地下及总生物量均显著增加,但在CO₂浓度升高,降雨量由正常降雨量增至高降雨量时上述指标无显著变化。根冠比在目前CO₂浓度时差异不显著,在CO₂浓度升高下低降雨量时显著增加。在降雨量相同条件下,CO₂浓度的升高使胞间CO₂浓度、水分利用效率显著增加,气孔导度和蒸腾速率显著降低。低降雨量时CO₂浓度升高对羊草净光合速率和生物量的促进作用显著高于正常降雨量和高降雨量,而高降雨量时CO₂浓度升高对羊草生物量没有促进作用。以上结果暗示着在目前CO₂浓度下,随着降雨量的增加,羊草生物量随之增加,在未来CO₂浓度升高的背景下,高降雨量年份对生物量的积累并无显著的促进作用,CO₂浓度升高可以补偿低水分条件对多年生根茎型禾草——羊草生长发育所造成的不利影响。     

水氮耦合对荒漠草原植物物种多样性及生物量的影响

为了研究大气氮沉降和降水变化对荒漠草原物种多样性及地上、地下生物量的影响,设置自然降雨(CK)、增雨30%(W)和减雨30%(R)3个水分处理及0(N0)、30(N30)、50(N50)和100 kg·(hm2·a)-1(N100)4个氮素(NH4NO3)水平(其中不包括大气氮沉降),进行水氮交互试验。结果表明,1)CK×N和R×N处理下荒漠草原物种多样性随着施氮量增加,整体呈现先上升后下降的趋势,N30水平达到最大,W×N处理下随着施氮量增加物种多样性显著降低(P0.05)。2)对比W×N0处理,CK×N0和R×N0处理地上生物量显著增加(P0.05)。水氮交互作用下,随着施氮量增加,CK×N和W×N处理有助于地上生物量显著增加(P0.05),R×N处理地上生物量有增加的趋势。水氮交互作用对一、二年生植物有显著影响(P0.05),地上生物量整体呈现(W×N)(CK×N)(R×N)。3)不同水氮交互作用下,地下生物量随土层增加逐渐减少,主要集中在0-30 cm土层,W×N处理可促进根系向深层土壤生长。在CK×N和R×N处理下,随着施氮量增加,荒漠草原物种地下生物量整体呈现先上升后下降的趋势,W×N处理随着施氮量增加地下总生物量显著增加(P0.05)。4)CK×N30和R×N30处理下,根冠比显著降低(P0.05)。以上结果说明,荒漠草原植物物种多样性及生物量与水分及养分有密切关系。     

刈割高度对冬小麦再生及生物量分配的影响

为确定刈割留茬高度对冬小麦(Triticum aestivum)光合产物累积及分配的影响,在温室盆栽条件下,对冬小麦陇育4号(LY)和运旱2号(YH)于分蘖期进行刈割处理,刈割留茬高度为6cm(R_6)和3cm(R_3),以不刈割为对照(CK)。结果表明,刈割留茬高度影响冬小麦株高增长,刈割后花期植株叶面积指数与CK无差异。在R_6和R_3处理下,LY的地上部生物量较CK分别下降了23%和3%,根生物量分别下降了12%和13%(P0.05),YH的地上部生物量分别降低了22%和15%(P0.05)、根系生物量分别下降了6%和0.1%(P0.05)。刈割干扰使植株地上部生物量在全株中占比下降,茎干重在地上生物量占比下降,而叶干重占比上升。留茬6cm下,冬小麦花期地上、地下生物量分配格局与对照无差异,而留茬3cm下光合产物向地上部转移比例增加,意味着适度干扰可通过源库协调,释放生长冗余,维护籽粒形成。     

祁连山北坡天然草地地上生物量及其与土壤水分关系的比较研究

祁连山北坡天然草地植被以高寒草原、山地草甸、山地草甸草原、山地草原和山地荒漠草原等类型为主,对这5种天然草地地上生物量观测结果显示,地上生物量在5类草地植物群落间差异显著(P＜0.05),其季节动态规律均表现为单峰型,在8月下旬达生物量峰值。5种草地类型地上生物量以山地草甸(100.24 g/m²)最高,其他依次为山地草甸草原(71.24 g/m²)、山地草原(70.20 g/m²)、高寒草原(52.40 g/m²)和山地荒漠草原(20.44 g/m²);用Logistic方程模拟的地上生物量增长曲线表明5类草地群落地上生物量均未达到其环境最大容纳量。不同草地类型地上生物量与降水量、土壤平均含水量的累加值均呈正相关关系。在各种类型草地中,不同土层含水量对地上生物量的影响均不同,根系主要分布层内的含水量与地上生物量显著相关(P＜0.05)。     

不同尖孢镰刀菌菌株对紫花苜蓿幼苗生长的影响

利用从甘肃省3个不同地区紫花苜蓿（Medicago sativa）根腐病植株分离纯化的尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）菌株,研究了不同菌株对苜蓿幼苗生长的影响。通过不同菌株米粒接种体接种土壤后移栽苜蓿幼苗,28 d后对植株的根部病害进行分级,对株高、根长、地上生物量和地下生物量进行测定。结果表明,不同菌株对苜蓿幼苗根部病害的严重程度和生长有显著影响（P<0.05）,致病力强弱存在差异。接种不同菌株后,幼苗根病情指数为46%~69%;根长和株高分别降低9%~28%和20%~52%;地上生物量和地下生物量分别降低17%~48%和15%~60%。其中,菌株QY3致病力最强,其次为QY2,菌株LZ3致病力最弱;菌株QY2导致根长和地上生物量的降低幅度最大;菌株LT2导致株高和地下生物量的降低幅度最大。研究结果为苜蓿根腐病的防治提供了初步的理论指导。     

不同丛枝菌根真菌对苜蓿生长的影响

利用盆栽试验接种5种不同的AM真菌即地表球囊霉(Glomus versiforme,简称GV)、单孢球囊霉(Glomus monosporum,简称GM)、根内球囊霉(Glomus intraradices,简称GI)、光壁无梗囊霉(Acaulospora laevis,简称AL)和无梗囊霉(Acaulospora,简称PJ-1)及未接种处理(CK),比较了不同AM菌剂处理下对苜蓿菌根侵染率、总生物量、地上生物量、地下生物量、株高等生长指标和光合作用生理指标的影响。结果表明:5种菌剂均能与苜蓿根系形成菌根,GV、GM对苜蓿根侵染率最高,分别为53.7%、50.2%;5种AM真菌对苜蓿生长、光合作用均具有促进作用,各处理间差异显著。其中,GM和GV对苜蓿株高、地上生物量、地下生物量、总生物量、光合作用具有显著的促进作用,与对照相比GV提高了苜蓿株高14.35%;GM对苜蓿地上、地下和总生物量分别增加了45.4%,40.2%和43.1%;GM、GV可显著增大气孔导度、减小胞间CO_2浓度,较CK显著提高植株叶片净光合速率159.6%、163.4%。不同的AM真菌对同一宿主的促生效应不尽相同,GV、GM对苜蓿植株的促进效应最为显著,具有开发为苜蓿菌根菌剂的潜力。