模拟降雨格局变化对虎尾草分株和根系特征的影响

作为全球气候变化的重要组成部分,降雨格局变化能够对各类植物产生不同的影响。虎尾草为退化盐碱草地恢复的主要先锋种植物之一,降雨格局变化如何影响其分株和根系等特征对于全球变化背景下退化盐碱地的生态恢复至关重要。本研究通过人工模拟降雨格局变化试验,设置了3个降水量(减少30%、不变、增加30%)和2个降雨间隔(1、2 d),研究了虎尾草地上分株和地下根系形态特征对降雨格局变化的响应。结果表明:1)降雨格局的变化对虎尾草有性生殖特征几乎无影响,随着降水量增加或降雨间隔延长营养繁殖特征具有增加的趋势。2)降雨间隔和降水量对虎尾草根系影响程度不同,降雨间隔为主要影响因素,且二者相互依赖。降水量一定时,随着降雨间隔的增加,总根长、总表面积、总体积和根直径显著降低。3)降水量和降雨间隔均影响虎尾草生物量的积累,降雨间隔为主要影响因素,随着降雨间隔的增加,根、茎、总生物量均显著降低,叶和花序生物量具有减小的趋势,但是影响不显著。     

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。     

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。     

沙地植物根系特征及其与土壤有机碳和总氮的关系

以位于风沙活动剧烈的科尔沁沙地为研究区,通过对不同恢复阶段的流动沙丘、半固定沙丘、固定沙丘和封育草地4种生境的植物特征和土壤总有机碳(SOC)和总氮(TN)含量进行调查,分析了沙地不同恢复阶段土壤碳氮特征与植物的关系。结果表明,1)植物地上和地下生物量的变化随沙地恢复过程呈现不同的特征,地上生物量随沙地恢复表现为先增加后减小的趋势,地下生物量则为指数增加的特征,封育草地植物的根冠比显著高于其他恢复阶段;2)与生物量类似,根系长度和根表面积均随沙地恢复逐渐增加,生境间差异极显著,而根体积虽存在生境间差异,但随沙地恢复梯度的规律性不明显;3)SOC和TN的含量与储量均随沙地恢复逐渐增加,0~10 cm层SOC和TN含量高于10~20 cm层,但随沙地恢复过程,10~20 cm层的增幅高于0~10 cm层;4)地上生物量和地下生物量均与SOC和TN储量呈显著的线性回归关系,地下生物量与SOC和TN储量的回归系数均高于地上生物量;5)根系长度和根表面积与土壤碳氮的回归系数均高于生物量和体积。本研究表明,在风沙活动剧烈的沙地生境,植物根系与土壤碳氮的关系较地上部分更为紧密,根系活动可能是影响土壤碳氮积累的重要因素之一。     

镉胁迫对紫花苜蓿镉吸收特征及根系形态影响

采用盆栽模拟方法,研究了4种镉(Cd)浓度(0,10,25,50 mg/kg)下紫花苜蓿对Cd吸收特征及根系形态的变化特征。结果发现,随着镉胁迫加剧,紫花苜蓿地上生物量、根系生物量、根系总长度、根平均直径、根表面积、根系体积、根尖数和分枝数均显著下降(P<0.05),地上部生物量分别为对照的87.8%,56.5%,14.3%,根系生物量分别为96.1%,63.3%,16.2%;不同部位镉吸收量表现为细根>地上部>粗根,三者均随着处理浓度增加而显著提高,细根镉含量与地上部镉含量呈显著正相关;地上部最高镉积累量出现在25 mg/kg处理中,达到7.715 μg/株;不同径级根系的总根长、根表面积、根体积随镉浓度增加呈下降趋势,根径<0.5 mm根系占总根系比例呈增加趋势。研究表明,紫花苜蓿可用于低Cd污染场地的植被恢复,其根系对Cd胁迫的响应特征呈现侧根产生—根受损的动态平衡现象。     

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。     

青藏高原高寒草甸的植被退化与土壤退化特征研究

对青藏高原典型高寒草甸在不同退化程度下植物群落、生物量和土壤特征的研究结果表明,随着高寒草甸退化程度加大,植被盖度、草地质量指数和优良牧草地上生物量比例逐渐下降,草地间的相似性指数减小,而植物群落多样性指数和均匀度指数在中度退化阶段最高,随着退化程度加大,呈单峰式曲线变化规律.地上总生物量在轻度退化阶段最高,在极度退化阶段最低,随着退化加剧,杂草生物量显著增加,而莎草和禾草生物量显著减少.地下总生物量(0～40 cm)、莎草和禾草地下生物量随着草地退化程度的加重而递减,杂类草地下生物量的变化则是逐渐上升,至极度退化阶段有所降低.随着退化程度加剧,分布在各层的植物根系量越来越少,地下根系具有浅层化特点.各类群地上、地下生物量之间均为正相关,达到显著水平.随着草地退化程度的加大,土壤有机质、速效磷、速效钾和交换性锰的含量以及土壤坚实度、湿度都减小,土壤容重增加.土壤速效氮含量在极度退化阶段不能满足植物生长的需要.随高寒草甸退化程度加大,有机质含量在表层土壤中流失严重.在各个退化阶段,有效锌和交换性锰的含量均能满足植物生长的需求,而有效铜含量偏低,对牧草生长不利.随着植被的退化演替,土壤退化越来越严重,土壤越来越贫瘠化.     

青藏高原高寒草甸退化对草地群落生物量及其分配的影响

青藏高原高寒草甸退化严重影响了草地群落结构与生产力.为揭示草地退化对高寒草甸群落结构和生物量地上/地下分配的影响,采用随机区组设计,在青海省海北州选择3个小区,每个小区设置完整的未退化、轻度退化、中度退化和重度退化4个退化梯度,于2020年8月对样地进行群落调查,同时采集植物样品.结果表明,随着退化程度加剧:1)草地的盖度、高度和地上植物生物量均显著下降;2)地上生物量在不同功能群的分配发生显著变化,物种逐步从以禾草类为优势转变为以杂类草为优势的群落;3)地下生物量显著下降,深层土壤根系生物量占比增加.研究结果表明:随着退化加剧群落结构发生颠覆性变化,且地上和地下生物量同步出现严重衰退.因此,针对该区域退化草地的植被恢复应考虑草地物种组配以及地上和地下生物量同步恢复的相应措施.     

青藏高原高寒草甸退化对草地群落生物量及其分配的影响

青藏高原高寒草甸退化严重影响了草地群落结构与生产力。为揭示草地退化对高寒草甸群落结构和生物量地上/地下分配的影响,采用随机区组设计,在青海省海北州选择3个小区,每个小区设置完整的未退化、轻度退化、中度退化和重度退化4个退化梯度,于2020年8月对样地进行群落调查,同时采集植物样品。结果表明,随着退化程度加剧：1)草地的盖度、高度和地上植物生物量均显著下降;2)地上生物量在不同功能群的分配发生显著变化,物种逐步从以禾草类为优势转变为以杂类草为优势的群落;3)地下生物量显著下降,深层土壤根系生物量占比增加。研究结果表明：随着退化加剧群落结构发生颠覆性变化,且地上和地下生物量同步出现严重衰退。因此,针对该区域退化草地的植被恢复应考虑草地物种组配以及地上和地下生物量同步恢复的相应措施。     

封育对荒漠草原优势植物根系性状特征的影响

研究植物根系特征变化对进一步了解禁牧封育过程中的植被变化具有重要意义。以宁夏荒漠草原不同封育年限(0、3、7和15年)下短花针茅(Stipa breviliora)、沙芦草(Agropyron mongolicum)、牛枝子(Lespedeza potaninii)、甘草(Glycyrrhiza uralensis) 4种优势植物为研究对象，研究了封育对优势植物根性状特征的影响及其与植物地上部和土壤特性的关系。结果表明：1)封育措施下不同植物根性状变化不尽相同，短花针茅根表面积、平均根直径和根总体积封育后显著降低(P <0.05)，比根长、比根面积在封育7年时最高；沙芦草的总根长、根表面积在封育3年时最高；封育对牛枝子、甘草的根系性状影响不显著。2)牛枝子0-40 cm地下生物量以封育3年最高，沙芦草、甘草地下生物量在封育7年最高；封育使深层根系生物量增加，短花针茅和沙芦草的30-40 cm土层和甘草的10-20 cm土层根系生物量在封育7年时最高。3)相关分析表明，荒漠草原植物根系受土壤有机质、碱解氮及土壤容重的影响明显，根系性状与植被盖度和地上生物量显著正相关(P <0...     

干旱区盐碱地食叶草根系形态分布适应策略研究

为明确食叶草根系应对盐碱胁迫表现的形态适应策略，采用剖面法对新疆石河子垦区盐碱地食叶草进行根系剖面采集，分析不同时期食叶草根系形态特征及空间分布规律，探究食叶草根系形态分布及对盐碱环境的适应策略。结果表明：食叶草根系显著降低了根系周围土壤电导率，与根长、根生物量增加显著正相关。随着土壤深度增加，根长、根生物量、根体积等指标呈现下降趋势，7-10月，0~20 cm土层根系生长最快，根体积增加了71.26%。水平距离上，25~35 cm内根系较5~25 cm生长缓慢，密集程度低，从而规避高盐区域并提高营养吸收能力。细根（d≤2 mm）是食叶草根长增加的主要体现，占总根长90%以上。食叶草根系在盐碱地中形成了抵抗胁迫并增强自身抗逆性的形态适应策略，主要表现为根系快速向深层拓展，距植株水平距离0~15 cm内侧根密集且快速增加。研究结果为干旱区盐碱地治理过程耐盐植物管理与配置提供依据。     

不同抗旱性狗牙根地上地下表型特征及内源激素对干旱胁迫的响应

为了研究干旱胁迫对不同抗旱性狗牙根形态建成及内源激素的影响,明确不同抗旱性狗牙根响应干旱的表型特征及内源激素差异,探讨狗牙根表型特征与内源激素的相关性,丰富狗牙根抗旱理论以及生产实践中利用外源激素调控其抗旱性提供参考。采用PVC管栽植狗牙根,控制不同水分达到预设梯度维持10 d,对其叶、根相对含水量、相对电导率、内源激素[吲哚乙酸(IAA)、脱落酸(ABA)、赤霉素(GA₃)、玉米素核苷(ZR)、油菜素内酯(Br)]、叶部特征(叶长、叶宽、叶面积)、根部特征(总根长、根表面积、根体积、根平均直径、根干重、最长根长、根系活力)进行测定,分析干旱胁迫下不同抗旱性狗牙根叶、根内源激素比例变化及表型特征与激素的相关性。结果表明,随着干旱胁迫加剧,显著降低了2类狗牙根的叶长、叶宽、叶面积、根平均直径,促进了根部生长发育;提高了叶、根ABA含量,降低了IAA、GA₃、ZR、Br含量,且IAA/ABA、GA₃/IAA与叶部指标、根部指标呈相反相关性,这均从侧面表明狗牙根叶、根在干旱胁迫下选择了相反的生存策略,即促进地下部生长,抑制地上...     

北方农牧交错带赖草草地斑块的土壤化学计量特征对植物多样性的影响

本试验通过对北方农牧交错带盐碱化赖草（Leymus secalinus）草地的光碱斑、碱蒿斑块、芦苇斑块、碱茅斑块、虎尾草斑块、赖草斑块6种草地斑块植被特征以及土壤理化性质的研究，分析草地斑块土壤化学计量比对赖草草地在演替过程中植物多样性和地上生物量的影响，为进一步对草地植被恢复与盐碱化草地治理提供科学依据。结果表明：不同草地斑块的Shannon-wiener指数、Margalef指数和地上生物量的大小顺序均为赖草斑块 > 虎尾草斑块 > 碱茅斑块 > 芦苇斑块 > 碱蒿斑块 > 光碱斑，Pielous指数大小依次为赖草斑块 > 虎尾草斑块 > 芦苇斑块 > 碱茅斑块 > 碱蒿斑块 > 光碱斑。以草地斑块的植被特征代表样点进行冗余分析（Redundancy analysis，RDA），得出造成不同斑块植物多样性特征分异的主要因子为土壤含水量、土壤碳磷比、土壤氮磷比、土壤容重和土壤碳氮比。可见，北方农牧交错带盐碱化赖草草地斑块的植物多样性特征主要受土壤含水量和土壤化学计量特征两方面因素的影响，随着土壤含水量和土壤化学计量特征的增加，草地斑块的植物多样性有增加的趋势。     

水分胁迫对两种荒漠灌木幼苗生长与水分利用效率的影响

通过盆栽试验测定了不同水分胁迫下霸王和柠条幼苗的生长生理特性,长期水分利用效率(WUE_L)和叶片碳同位素组成(δ¹³C 值),并对各生长指标、δ¹³C 值与WUE_L进行了相关性分析。结果表明,1)重度水分胁迫显著降低霸王和柠条的总生物量、地上生物量、总叶面积、叶数;2)随水分胁迫程度增加,霸王和柠条的WUE_L与叶片δ¹³C值逐渐提高,且WUE_L与δ¹³C 值呈显著正相关(P<0.05);3)霸王和柠条的WUE_L与总叶面积、总叶数呈极显著负相关(P<0.01),与总生物量呈显著负相关(P<0.05);4)柠条的生物量和总叶面积显著小于霸王,但其根冠比较高,且在水分胁迫时,生物量、叶面积、叶数大幅度降低,对水分胁迫反应更敏感;5)同一水分梯度,柠条的WUE_L较低,但δ¹³C值相对较高。     

人工梭梭林根系的分布特征

采用全株挖掘法对干旱荒漠区梭梭(Haloxylon ammodendron(Mey.)Bunge)人工林进行取样,研究1-3龄梭梭根系生物量、比根长和根长密度的垂直分布格局,为提高造林质量和合理有序地人工接种肉苁蓉提供参考。结果表明:随着树龄增加,土壤层数增加,但细根数占总根比例减少;1龄梭梭的根集中分布在0~20cm土层,根干重占根系总量的82.60%;2龄梭梭根数以20~60cm层中最多,而0~40cm层根重占总根重的73.8%;3龄梭梭根系条数以下层为主,主要集中在40~80cm土层,但生物量多集中于上层;细根的比根长和根长密度最大,则分布细根较多的土层比根长和根长密度值均较大。因此,不同树龄梭梭根系集中区域具有下移趋势,为提高肉苁蓉(Listanche desertiwla Y.C.Ma)的种子萌发和接种机率,人工接种肉苁蓉深度也应下移。     

补播羊草和黄花苜蓿对退化草甸植物群落特征的影响

呼伦贝尔草原区是我国北方重要的生态屏障,近年来不合理的利用方式导致该地区退化草地面积不断扩大,为了探究牧草补播时间及补播比例对呼伦贝尔退化草甸草原植物群落特征的影响,为该地区退化草地修复提供依据。本研究以羊草（Leymus chinensis（Trin.） Tzvel.）和黄花苜蓿（Medicago falcata L.）为试验材料,采用双因素随机区组试验设计,通过测定幼苗数、高度、生物量等群落指标,并综合评价补播效果,结果表明：夏播羊草和黄花苜蓿幼苗数量显著高于春播和秋播（P<0.05）,夏播和秋播植物群落总生物量呈增加趋势,春播则呈减少趋势;补播措施提高了退化草地植物群落Shannon-Weiner指数、Simpson指数和Pielou指数,豆科和禾本科植物重要值呈增加趋势,其他科植物呈下降趋势。呼伦贝尔地区夏季补播羊草和黄花苜蓿以1∶3补播效果较好,而春播由于恢复时间短,需进一步观察。     

毛乌素沙南缘紫穗槐根系垂直分布特征

采用全株挖掘法对毛乌素沙南缘不同年限种植的紫穗槐进行取样,研究60龄、35龄、28龄、6龄地上部形态特征、土壤含水量、根系生物量、比根长、根比例、根体积、根表面积及根长密度的垂直分布格局,以期揭示紫穗槐在沙地生境下生态适应性。结果表明,随着土壤深度的增加,各株龄紫穗槐根生物量、根体积,根表面积均呈指数Y=ae^-bx形式递减;通过对消弱系数的分析,根系集中分布于接近地表的土层中,根系分布各参数之间表现不同程度的相关性,土壤含水量(SM)与地上生物量(AGB)、根生物量(RB)、比根长(SRL)的相关性达显著水平,与根表面积(RSA)呈正相关。利用主成分分析法将根系分布参数确定为水分控制因子和构架因子。随着株龄的增加紫穗槐没有出现衰退现象,其根系有自疏与更新的能力,不断适应环境的变化。     

兰州市南北两山典型灌丛土壤理化性质

采用野外实地观测和室内测定相结合的方法,以兰州市南北两山4种典型灌丛（红花锦鸡儿、柽柳、红砂、千头柏）0~80 cm土壤层为研究对象,探讨不同灌丛土壤理化性质的变化规律,为该地区今后灌丛营造中树种选择提供理论依据。研究表明：1）红花锦鸡儿灌丛的土壤容重、持水量、孔隙度、渗透速率均好于其他灌丛类型;各灌丛的土壤pH在7.63~8.19之间;红花锦鸡儿灌丛的土壤有机质、全氮、无机氮含量均大于其他灌丛,柽柳次之;各灌丛土壤磷素和钾素变化各不相同。2）在0~80 cm土壤层,随着土壤深度的增加,土壤容重逐渐增加,土壤持水量、总孔隙度、毛管孔隙度、渗透速率、土壤有机质、全氮、无机氮、全磷、速效磷、速效钾逐渐降低;土壤pH和全钾在土壤层之间差异不显著。3）土壤理化性质相关性分析发现,土壤有机质与土壤全氮、持水量、毛管孔隙度、总孔隙度呈极显著正相关,与土壤容重呈极显著负相关;土壤容重与持水量、毛管孔隙度、总孔隙度呈极显著负相关。本研究结果表明红花锦鸡儿灌丛在改善土壤理化性质,增加土壤持水量和渗透能力等方面有更好的效果。因此该区域在今后的灌丛营造中考虑以红花锦鸡儿为主,能更好地发挥其保持水土的作用。     

重金属及盐碱对二月兰幼苗生长和生理生化的影响

以二月兰为试验材料,研究了在不同浓度的盐碱和重金属胁迫下,二月兰幼苗生长和生理生化特性。结果表明,盐碱及重金属胁迫均会对二月兰幼苗的生长发育造成影响,MDA含量呈先降后升趋势,生物量随着胁迫的加重而减少,相对电导率、渗透物质可溶性糖含量和Pro含量均呈上升趋势,抗氧化酶POD活性、SOD活性明显高于对照,胁迫对叶片光合色素的合成具有一定的破坏作用,其中类胡萝卜素更敏感。轻度盐碱及Pb(500 mg/L)的复合胁迫下,MDA含量下降,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素高于对照,说明二月兰幼苗对轻度盐碱及Pb胁迫具有一定耐性,且叶片对于胁迫的耐性大于根部。     

内蒙古乌拉特荒漠草原红砂灌丛林引入柠条后地面节肢动物群落结构分布特征

在内蒙古乌拉特荒漠草原退化红砂灌丛林地内,引入柠条灌丛已成为一种重要的生态恢复措施。关于人工种植柠条灌丛对天然红砂灌丛林地地面节肢动物群落结构及其多样性分布的影响研究,是该区域生物多样性保育和退化生态系统恢复过程研究的重要科学问题。本研究以红砂和柠条灌丛作为研究对象,以灌丛间裸露地为对照。于2018年春季（5月）、夏季（8月）和秋季（10月）,利用陷阱诱捕法,调查柠条和红砂灌丛微生境内地面节肢动物的群落结构分布及其与环境因子间的关系。结果显示：1）试验调查期间,共捕获地面节肢动物560只,隶属于10目23科。其中,优势类群有拟步甲科和蚁科,其个体数分别占总个体数的41.07%和22.14%;常见类群有10类,其个体数共占总个体数的32.68%;稀有类群有11类,其个体数共占总个体数的4.11%。2）地面节肢动物的群落组成在红砂灌丛、柠条灌丛和裸露地微生境内存在较大差异,狼蛛科和管巢蛛科仅在柠条灌丛微生境内存在,蜉金龟科和木伪蝎科仅在裸露地微生境内存在。3）地面节肢动物的个体数、类群数、Shannon-Wiener指数和Simpson指数在红砂灌丛、柠条灌丛和裸露地微生境间均无显著差异（P>0.05）。4）红砂灌丛、柠条灌丛和裸露地微生境间的Jaccard相似性指数均处于较高水平,为0.65~0.71,属于高度相似。5）冗余对应分析（RDA）和偏RDA结果表明,土壤pH是影响地面节肢动物个体数分布的主要环境因子。研究表明,在乌拉特荒漠草原红砂灌丛林地内种植柠条灌丛,虽然会对地面节肢动物的群落组成产生一定的影响,但对其个体数、类群数和多样性分布的影响较小,说明种植柠条灌丛对地面节肢动物多样性恢复乃至生物多样性恢复均存在局限性。