干旱年份沙质草地生态系统净CO2通量年变化特征

草地生态系统是干旱半干旱区生态系统类型的重要组成部分,在区域生态系统碳平衡中起着极为重要的作用。采用涡度相关法对科尔沁沙质草地生态系统进行连续两年(2015和2016年)的碳通量观测,此两年恰逢研究区的相对干旱之年,年降水量约为历史平均值的60%。研究结果表明:1)年最大日均CO₂吸收速率分别为-6.68和-9.58 g·m^-2·d^-1,年最大日均释放速率分别为5.69和5.21 g·m^-2·d^-1。2)生长季(5-9月)碳吸收量分别为-120.54和-139.83 g·m^-2,非生长季碳释放量分别为230.33和212.82 g·m^-2。3)全年尺度上沙质草地生态系统表现为碳源,2015年净碳释放量(109.79 g·m^-2·年^-1)稍高于2016年(72.99 g·m^-2·年^-1)。4)生态系统净CO₂交换量(NEE)与空气温度、土壤温度及土壤湿度存在显著相关关系,但不同年份同期NEE对环境温度和湿度的响应程度不尽一致。     

三峡库区消落带不同海拔狗牙根草地土壤微生物生物量碳氮磷含量特征

为探究库区消落带优势草本植物狗牙根人工植被恢复后土壤质量及肥力的变化,选择三峡库区消落带150, 160和170 m海拔人工构建狗牙根植被土壤为研究对象,并以裸地作为对照,测定土壤微生物生物量碳、氮、磷和相关理化性质。结果表明:(1)各海拔狗牙根微生物生物量均显著高于裸地,表明狗牙根人工植被构建对土壤微生物恢复具有重要意义。(2)土壤微生物生物量碳、氮含量160 m高程显著高于150和170 m高程,但土壤微生物生物量磷(SMBP)却显著低于150和170 m高程,需要特别注意P元素的下移,加强水体P含量的检测。(3)土壤微生物生物量碳氮比和碳磷比变化范围分别为5.93~15.62和7.11~19.99,土壤微生物生物量碳、氮、磷占土壤有机碳、全氮、全磷百分比的范围分别为0.68%~2.57%、0.68%~3.33%、1.95%~5.23%。狗牙根土壤微生物生物量碳氮比和碳磷比显著低于裸地,表明狗牙根土壤有效氮、有效磷高于裸地;土壤微生物生物量碳、氮、磷占土壤有机碳、全氮、全磷百分比显著高于裸地,表明狗牙根土壤营养元素周转速率快于裸地。(4)微生物生物量碳、氮、磷与土壤有机碳、全氮和土壤含水率有显著或极显著相关性,与土壤pH值呈不同程度的负相关。因此,在三峡库区消落带进行狗牙根草地恢复重建能显著提高土壤微生物生物量及土壤质量,对加强三峡库岸生态系统的稳定性具有重要意义。     

野榆钱菠菜三种异型种子幼苗的生长特性

野榆钱菠菜是新疆重要的荒漠野生牧草资源,具有褐色(非休眠类型)、黑色大、黑色小(休眠类型)3种异型种子。以种子异型性植物野榆钱菠菜为材料,对3种异型种子在自然条件下进行培育,对比观察研究3种异型种子的萌发物候及幼苗的生长特性。结果表明:1) 异型种子萌发物候不同步,萌发策略不同,褐色种子集中萌发,出苗率为74.30%,萌发期为3 d;两种黑色种子萌发期长,分散萌发,出苗率分别为6.58%(黑色大种子)和1.55%(黑色小种子),萌发期分别为21和17 d。2) 异型种子子叶存留时间长,但存留时间有差异,种子越小子叶存留时间越短。3) 褐色种子幼苗在初期其子叶长宽、根长、地上地下生物量均显著大于黑色种子幼苗,但随着幼苗的生长,3种异型种子幼苗在这些指标方面的差异逐渐缩小。4) 异型种子幼苗具有不同的生物量分配策略,褐色种子幼苗主要将养分输送到地上部分,两种黑色种子幼苗主要将养分输送到地下部分,这种不同的生物量分配策略能够使种子异型性植物在面对荒漠异质环境时具有不同的应对方式,是种子异型性植物能够长期适应荒漠异质环境的重要生态适应机制。研究结果为揭示种子异型性植物长期适应荒漠异质环境提供新的科学依据,也为“两头下注”对策理论提供新的理论基础。     

施氮对狼尾草在南方贫瘠旱坡地生长、能源品质及氮肥利用率的影响

为探究狼尾草作为生物质能源原材料在南方贫瘠旱坡地生长对氮素的响应,研究4个施氮水平(0、112.5、225.0和337.5 kg N·hm^-2)对能源型狼尾草桂能草1号农艺性状、产量、SPAD值、生物质能源品质及氮肥利用率的影响。结果表明,施用氮肥可促进狼尾草横、纵向生长,随施氮量的增加狼尾草的株高、茎粗和单位面积有效茎数逐步提高,但叶片叶绿素含量和鲜、干草产量的提高程度在施氮量超过225.0 kg N·hm^-2后,有饱和趋势。施用氮肥还可明显提高狼尾草纤维素含量、半纤维素含量、热值和折合标准煤产量,显著降低干物质、木质素和灰分含量,总体改善了狼尾草的能源利用品质;但施氮量达337.5 kg N·hm^-2时,狼尾草热值下降,且对折合标准煤产量的增加作用不明显,降低了狼尾草的能源利用品质。此外,在一定施氮量范围内(112.5~225.0 kg N·hm^-2),狼尾草氮肥利用效率并未随施氮量的增加而显著降低,但施氮量达337.5 kg N·hm^-2时,氮肥利用率显著降低。因此,狼尾草在南方贫瘠旱坡地种植,为获得理想的生物质能源材料需及时补充氮素营养,但施氮量不宜超过225.0 kg N·hm^-2。     

川西北高寒沙地不同年限高山柳林下优势植物碳、氮、磷生态化学计量特征

通过采集川西北高寒沙地不同年限(6、18、24年)高山柳林下3种优势植被藏沙蒿、裂叶独活和镰荚棘豆,分别测定分析3种植被叶片、根部C、N、P化学计量特征变化特征。结果表明:不同年限高山柳林下植被C、N、P含量及其比值间存在显著差异且呈现出不同变化趋势。林下植被C含量整体下降;叶N含量呈上升趋势,根N含量随年限增长而下降;除藏沙蒿外,林下植被P含量变化不显著;C∶N变化范围为1.92~12.86;C∶P为29.18~196.88;不同年限高山柳林下植被N∶P间虽存在差异,但均表现出主要受到P限制,表明该区域植被生长主要受P限制,应注意P养分的适当补充。     

耕作方式与长期定位施肥对雨养农田冬小麦产量的调控效应

为了明确西北黄土高原半湿润偏旱区耕作方式与长期定位施肥对冬小麦产量的调控效应,以设在半湿润偏旱区连续12年的耕作与肥料长期定位试验为平台,采用裂区设计,以传统耕作和免耕耕作为主处理,不施肥(CK)、单施无机氮肥(N)、单施无机磷肥(P)、单施有机肥(M)、无机氮磷肥配施(NP)、有机无机肥配施(NMP)为副处理,栽培制度为1年春玉米-3年冬小麦轮作,研究耕作及施肥措施对冬小麦产量的影响及其在生产年型间的变化关系。结果表明,不同年型及耕作方式均以有机无机配施冬小麦产量最高,有机肥单施高于化肥单施,磷肥单施高于氮肥单施。耕作方式间表现为传统耕作高于免耕耕作,年型间表现为丰水年>平水年>干旱年,耕作和施肥方式的增产效果以干旱年最好,平水年和丰水年差异不显著。有机无机配施与传统耕作结合优化了冬小麦冠层温度、叶绿素相对含量等生理指标,提高了光合速率、气孔导度及蒸腾速率,因而改善了有效穗、穗粒数和千粒重等产量性状而使冬小麦增产。在550 mm左右降水量的陇东旱塬雨养农业区,无论何种耕作方式及生产年型,长期采用有机无机或无机氮磷肥配施均表现出持续提高冬小麦产量的良好作用。因此,有机无机配施结合传统耕作是提高陇东半湿润偏旱区冬小麦产量的最佳耕作栽培模式。     

民国时期西北地区苜蓿栽培利用刍考

自汉代苜蓿引入我国以来,受到历朝历代的重视,民国时期亦不例外,苜蓿种植利用也得到了发展。在收集近现代有关苜蓿研究文献的基础上,对民国时期西北地区苜蓿种植利用情形进行了梳理与归纳,结果表明,在民国时期西北地区乃为我国苜蓿种植集中区,在陕西、甘肃、新疆、绥远(西部)、宁夏和青海等都有种植,据不完全考查,种植苜蓿的县有52个,其中以陕西最多,达22个县,甘肃次之为14个县,新疆为8个县,绥远(西部)为3个县,宁夏2县(道)和青海1个县。特别是陕甘宁边区发展苜蓿的势头高涨,如1942年边区政府在延安、安塞、甘泉、志丹、定边、靖边等县种植苜蓿达3万亩,陇东种植苜蓿2.3万亩;1944年延川县紫花苜蓿保留面积2.0万亩,到1949年,陕西全省种植苜蓿约98.49万亩。1949年新疆苜蓿保留面积达29300 hm²。绥远河套地区还进行了苜蓿粮草轮作,并建立了苜蓿种植基地。为了鼓励苜蓿种植,边区政府出台了不少政策,例如,1941年边区政府公布了《陕甘宁边区政府建设厅关于种牧草的指示信》,1942年边区政府颁布了《陕甘宁边区卅一年推广苜蓿实施办法》等,李仪祉在治理黄河的方略中,从大农业、生态环境和经济效益出发,提倡广种苜蓿,肥田养畜,并提出了4条种植苜蓿的措施。李烛尘提出,苜蓿根入土深,且能耐旱,适宜西北地区种植和培植草原。苜蓿除用于饲喂家畜外,幼嫩时可当蔬菜食用,在灾荒年也是百姓很好的救荒食物,苜蓿作为农产品常出现在兰州的市场上,试验表明苜蓿保存水土流失的作用要大于作物。     

我国明代苜蓿栽培利用刍考

苜蓿被《救荒本草》《本草纲目》《群芳谱》和《农政全书》以及明皇帝实录与方志等经典要籍所记载,充分体现了苜蓿在明代的重要性、研究的普遍性和种植的广泛性。本研究以记载明代苜蓿的相关典籍为基础,应用植物考据学原理和方法,结合现代研究成果,对明代苜蓿种植分布与状况、植物生态生物学特性、栽培管理和利用方式等进行尝试性研究考查。结果表明,明代在山西、陕西、河北、河南、山东、安徽、江苏、北京、甘肃和宁夏等省均有苜蓿种植,其中以“三晋为盛,秦、鲁次之,燕、赵又次之”。在苜蓿植物学、生态生物学研究方面成绩显著,对苜蓿植株形态、花色及其着生部位、荚果种子形状的精准描述已达到现代植物学的水准。同时,对苜蓿的轴根性也有一定的认识,记载其根的形态与黄芪的根相类似。在明代出现了紫花和黄花2种苜蓿的记载;主张苜蓿与荞麦混作,并利用苜蓿的肥田能力,将苜蓿纳入了轮作制度中;提倡7、8月种苜蓿,一年三刈,种子田一刈;苜蓿3年后生长进入旺盛期,7、8年后衰退垦去。在苜蓿饲用方面明代王象晋提出了最佳利用时期,即“苜蓿花时,刈取喂马牛,易肥健食”。同时,在苜蓿的食用、药用等方面人们利用得更加具体有效。此外,苜蓿还可做贡品。     

羊草种子萌发相关基因的筛选及表达分析

前期实验表明,变温处理(28 ℃ 12 h/16 ℃ 12 h)可显著提高羊草种子的萌发率,且羊草种子萌发中的第1天是接受变温信号的关键时期。以此为研究基础,结合羊草种子变温萌发的转录组测序数据,针对羊草种子萌发初期对变温处理的响应筛选出与种子萌发、休眠及低温相关的基因24个,利用测序结果中这些基因的RPKM值制作基因表达热图并分析其表达差异。以萌发率高、低的两种羊草种质的种子为材料,对24个基因在恒温12 h(28 ℃)和变温1 d(28 ℃ 12 h/16 ℃ 12 h)萌发处理中的表达分别进行了定量分析。结果表明,与恒温对照相比,变温处理12 h后,表达明显上调的基因有SAIN1,PP2C62,EXPB3,EXPB4,GA3ox,EXPA2和EXPA7,而表达明显下调的基因有bHLH49,GID1,ABI8,Chi1,11833,CBF3,NAC2,PP2C72,SAIN2和5423。通过进一步分析相关基因在高、低萌发率两个种质中表达的差异,筛选出其中可能与羊草种子萌发相关的基因有几丁质酶基因Chi1,转录因子基因CBF3,羊草新基因5423,赤霉素合成基因GA3ox,细胞松弛素蛋白基因EXPB4和羊草新基因SAIN1,将为下一步阐明羊草种子萌发的分子作用机理奠定基础。     

断奶前补饲不同直/支链淀粉比开食料对羔羊瘤胃上皮发育的影响

为了研究断奶前补饲不同直/支链淀粉比开食料对羔羊瘤胃上皮发育的影响,选取24只体况良好、胎次一致、体重相近的10日龄羔羊(湖羊),将其随机分为3组,在饲喂相同母乳的基础上,分别补饲以纯木薯(CS)、玉米(MS)和豌豆淀粉(PS)(直/支链淀粉比分别约为0.11,0.27和0.44)为唯一淀粉来源的开食料。试验期间,每天4:00-19:00将羔羊抱入补饲栏补饲不同直/支链淀粉比的开食料,并且在6:30, 10:30和15:30将羔羊抱回母羊舍哺乳1 h。羔羊自由饮水,单栏饲喂,自由采食燕麦干草。56日龄时屠宰采样,采集瘤胃组织样品制作石蜡切片进行瘤胃乳头形态测定,采集瘤胃上皮样品提取RNA测定相关基因表达。结果表明:CS组羔羊瘤胃乳头长度和表面积显著(P<0.001)高于MS和PS组,CS和MS组羔羊瘤胃乳头宽度显著(P=0.001)高于PS组。对瘤胃上皮各层厚度统计显示,CS和PS组羔羊瘤胃上皮角质层厚度显著(P=0.001)高于MS组;CS和MS组羔羊瘤胃上皮颗粒层厚度显著高于(P<0.001)PS组;CS组羔羊瘤胃上皮棘基层厚度和总厚度显著(P<0.001)高于MS和PS组。qRT-PCR结果显示:不同直/支链淀粉比开食料显著影响羔羊瘤胃上皮CDK2和CDK6的mRNA表达量(CS>MS>PS, P<0.001);CS组羔羊瘤胃上皮细胞cyclin A和CDK4的mRNA表达量显著(P<0.05)高于PS组,但与MS组无显著差异;CS组羔羊瘤胃上皮cyclin D1的mRNA表达量显著(P=0.012)低于PS组,但与MS组无显著差异。CS组羔羊瘤胃上皮类胰岛素生长因子-1(insulin like growth factor,IGF-1)的mRNA表达量显著(P<0.001)高于MS和PS组,CS和MS组羔羊瘤胃上皮IGF-1R的mRNA表达量显著(P=0.001)高于PS组。上述结果表明:较高支链淀粉比开食料与较高直链淀粉比开食料相比,在瘤胃中较易降解生成挥发性脂肪酸,促进瘤胃上皮IGF-1及细胞周期蛋白mRNA的表达,进而有利于断奶前羔羊瘤胃上皮的发育。研究结果对制订羔羊营养方案具有重要指导意义。