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    2014年, 第8期
    刊出日期:2014-08-01

    不同土地利用方式下的内蒙古大针茅草原景观: 长期无干扰(左上图, 陈慧颖摄), 长期自由放牧(右上图, 张景慧摄), 4年围封(左下图, 陈慧颖摄), 4年围封割草(右下图, 张景慧摄)。陈慧颖等研究了不同土地利用方式对内蒙古大针茅草原常见植物与固碳相关的属性的影响(本期821–832页)。

      
    研究论文
    亚洲中部干旱区3个典型生态系统生长季水碳通量特征
    王玉辉, 井长青, 白洁, 李龙辉, 陈曦, 罗格平
    植物生态学报. 2014, 38(8):  795-808.  doi:10.3724/SP.J.1258.2014.00075
    摘要 ( 620 )   PDF (1239KB) ( 1102 )   收藏
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    亚洲中部干旱区地处欧亚大陆腹地, 干旱少雨, 生态环境十分脆弱, 研究该地区大气与地表之间的能量和物质交换对干旱区水资源利用和生态环境保护具有重要意义。该文分析了亚洲中部干旱区荒漠与草地生态系统能量、水汽和CO2通量的日变化及季节变化特征, 探究了水汽和CO2通量对主要环境因子的响应。通过分析亚洲中部干旱区3个站点的涡度相关资料发现: 亚洲中部干旱区荒漠和草地生态系统在生长季(4–10月)能量、水汽通量、净CO2通量和总初级生产力的日变化呈“单峰型”, 而荒漠生态系统呼吸日变化相对稳定; 草地生态系统白天的潜热通量占净辐射通量的比例明显高于荒漠生态系统; 草地生态系统在5–8月呈现较强的碳汇, 而荒漠生态系统表现为弱碳汇。亚洲中部干旱区草地和荒漠生态系统水汽通量和总初级生产力对降水、净辐射通量或光合有效辐射、饱和水汽压差、气温均表现出明显的敏感性。

    模拟增温对荒漠生物土壤结皮-土壤系统CO2、CH4和N2O通量的影响
    徐冰鑫, 胡宜刚, 张志山, 陈永乐, 张鹏, 李刚
    植物生态学报. 2014, 38(8):  809-820.  doi:10.3724/SP.J.1258.2014.00076
    摘要 ( 699 )   PDF (534KB) ( 1152 )   收藏
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    目前, 有关增温条件下荒漠生物土壤结皮(BSCs)-土壤系统与大气之间主要温室气体(CO2、CH4和N2O)通量变化的研究十分匮乏, 以致很难准确地评估荒漠生态系统温室气体通量对气候变暖的响应与反馈的方向和程度。该文选择腾格里沙漠东南缘天然植被区由藻类、藓类以及二者混生的3种类型的BSCs覆盖土壤为研究对象, 以开顶式生长室(OTC)为增温方式模拟全球变暖, 采用静态箱-气相色谱法探究了2012年7月至2013年6月增温和不增温处理下CO2、CH4和N2O通量的变化特征。结果表明: 增温和结皮类型对CO2、CH4和N2O通量没有显著影响。采样日期、结皮类型与采样日期, 以及增温与结皮类型和采样日期的互作显著影响CO2和CH4通量, 增温和采样日期互作显著影响CH4通量。BSCs-土壤系统的CO2、CH4和N2O年通量及其增温潜能在增温和不增温处理下的差异均不显著。CO2通量与5 cm深度的土壤温度呈显著的指数正相关关系, 与10 cm深度的土壤湿度呈线性正相关关系; 藓类、混生结皮的CH4通量与5 cm深度的土壤温度和10 cm深度的土壤湿度均呈显著的线性负相关关系; 3种结皮类型的N2O通量与5 cm深度的土壤温度均无相关关系, 藓类结皮的N2O通量与10 cm深度的土壤湿度呈显著的线性负相关关系。藓类结皮的CO2和CH4在增温和不增温两种处理下的通量差异与5 cm深度的土壤温度差异呈显著的负线性相关, 藻类结皮N2O的通量差异与温度差异呈近似正相关关系(p = 0.051)。以上结果说明: 在全球变暖的背景下, 荒漠BSCs-土壤系统主要温室气体通量不会有明显的变化, 意味着荒漠生态系统温室气体的排放可能对气候变暖没有明显的反馈。

    内蒙古大针茅草原常见植物在不同土地利用方式下的固碳相关属性
    陈慧颖, 张景慧, 黄永梅, 龚吉蕊
    植物生态学报. 2014, 38(8):  821-832.  doi:10.3724/SP.J.1258.2014.00077
    摘要 ( 735 )   PDF (614KB) ( 1259 )   收藏
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    为了探究植物与固碳相关属性在不同功能群、器官和物种间的差异, 以及这些属性对不同土地利用方式的响应, 2012年8月对内蒙古大针茅草原的4个样地(长期无干扰样地、长期自由放牧样地、4年围封样地和4年围封割草样地)进行了群落调查, 并采集样地中的常见植物, 测定了与植物固碳相关的属性, 包括全碳含量、全氮含量、碳氮比、纤维素含量、木质素含量和酸性洗涤纤维含量等。以常见植物为对象, 在功能群水平研究了各土地利用方式下全碳含量、全氮含量和碳氮比的差异; 针对各样地的共有种——糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、大针茅(Stipa grandis)、冷蒿(Artemisia frigida)、羊草(Leymus chinensis)和猪毛菜(Salsola collina), 从物种和器官水平分析了不同土地利用方式下植物的固碳相关属性。结果表明: 大针茅草原植物不同功能群、物种和器官间的固碳相关属性存在极显著差异, 不同土地利用方式下大针茅草原不同功能型、物种和器官的固碳相关属性有显著差异。与其他利用方式相比, 4年围封割草对植物与固碳相关属性的影响最为明显, 功能群、器官和物种水平的植物氮含量均有下降。糙隐子草和猪毛菜的这些属性对长期自由放牧的响应敏感, 且方向相反。

    浙江天童常绿阔叶林不同演替阶段地表凋落物的C:N:P化学计量特征
    马文济, 赵延涛, 张晴晴, Ali ARSHAD, 史青茹, 阎恩荣
    植物生态学报. 2014, 38(8):  833-842.  doi:10.3724/SP.J.1258.2014.00078
    摘要 ( 716 )   PDF (350KB) ( 1120 )   收藏
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    地表凋落物在森林物质循环中起着重要作用, 但是目前缺乏对其不同分解层次中碳(C)、氮(N)、磷(P)演替动态的研究。该文以浙江天童常绿阔叶林为研究对象, 用空间代替时间序列的方法, 通过测定5个演替阶段地表凋落物不同分解层次的凋落物量、有机碳库和氮磷养分库的储量及C:N:P化学计量特征, 探讨地表凋落物特征的演替动态。结果表明: 1)随着演替的进行, 地表凋落物量和有机碳储量呈现下降的趋势。2)在各演替阶段, 有机碳含量在各分解层表现出未分解层(L) > 半分解层(F) > 已分解层(Y)的趋势; 有机碳储量均表现为Y < F。3)演替前期群落氮含量和储量显著低于演替中后期群落; 不同分解层的氮含量在各演替阶段皆表现为: Y > F > L, 且各层氮含量随着演替的进行均趋于升高。4)磷含量在演替中期群落最低, 各演替阶段不同分解层的磷含量皆表现为Y > F > L。磷储量的演替趋势不明显。L层磷储量随着演替进行趋于降低。5)随着演替进行, 凋落物C:N、C:P和N:P皆趋于下降(p < 0.05)。在各分解层之间, C:N和C:P皆表现为Y < F < L, N:P差异不显著。总之, 随着演替进行, 天童常绿阔叶林地表凋落物量降低, 有机碳库及氮磷养分库的含量趋于升高, 储量趋向降低, C:N:P趋于下降, 体现了生态系统碳和养分循环随着演替进行在不断优化。

    利用直接法和间接法测定针阔混交林叶面积指数的季节动态
    刘志理, 金光泽, 周明
    植物生态学报. 2014, 38(8):  843-856.  doi:10.3724/SP.J.1258.2014.00079
    摘要 ( 579 )   PDF (546KB) ( 1170 )   收藏
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    利用光学仪器法能够快速、高效地测定森林生态系统的叶面积指数(leaf area index, LAI)。然而, 评估该方法测定针阔混交林LAI季节动态准确性的研究较少。该研究基于凋落物法测定了小兴安岭地区阔叶红松(Pinus koraiensis)林LAI的季节动态, 其结果可代表真实的LAI。参考真实的LAI, 对半球摄影法(digital hemispherical photography, DHP)和LAI-2000植物冠层分析仪测定的有效叶面积指数(effective LAI, Le)进行了评估。首先对DHP测定LAI过程中采用的不合理曝光模式(自动曝光)进行了系统校正。同时, 测定了光学仪器法估测LAI的主要影响因素(包括木质比例(woody-to-total area ratio, α)、集聚指数(clumping index, ΩE)和针簇比(needle-to-shoot area ratio, γE))的季节变化。结果表明: 3种不同方法测定的LAI均表现为单峰型的季节变化, 8月初达到峰值。从5月至11月, DHP测定的Le比真实的LAI低估50%–59%, 平均低估55%; 而LAI-2000植物冠层分析仪测定的Le比真实的LAI低估19%–35%, 平均低估27%。DHP测定的Le 经过自动曝光, α、ΩEγE校正后, 精度明显提高, 但仍比真实的LAI低估6%–15%, 平均低估9%; 相对而言, LAI-2000植物冠层分析仪测定的Le经过α、ΩEγE校正后, 精度明显提高, 各时期与真实的LAI的差异均小于9%。研究结果表明, 考虑木质部和集聚效应对光学仪器法的影响后, DHP和LAI-2000植物冠层分析仪均能相对准确地测定针阔混交林LAI的季节动态, 其中, DHP的测定精度高于85%, 而LAI-2000植物冠层分析仪的测定精度高于91%。

    2012年夏季长湖浮游植物群落特征及其与环境因子的关系
    柴毅, 彭婷, 郭坤, 何勇凤, 杨德国, 罗静波
    植物生态学报. 2014, 38(8):  857-867.  doi:10.3724/SP.J.1258.2014.00080
    摘要 ( 527 )   PDF (365KB) ( 1134 )   收藏
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    为查明长湖浮游植物群落特征及其水环境影响因子, 并确定水体富营养化程度, 于2012年夏季对长湖浮游植物及相关环境因子进行调查检测分析, 运用藻类生物学法和综合营养状态指数法, 对长湖水体营养状态进行综合评定, 同时利用典范对应分析法(CCA)对浮游植物与环境因子的关系进行了分析。结果表明, 2012年夏季长湖浮游植物共有53种(含变种、变型), 隶属于7门41属, 其中以绿藻最多(24种, 占总数量的38.9%), 其次为蓝藻(15种, 占总数量的36.0%)和硅藻(7种, 占总数量的 14.1%)。优势种(优势度指数大于0.02)共10种, 其中两栖颤藻(Oscillatoria amphibia)是4个区域的共有优势种, 最高优势度达0.72。浮游植物丰度为12.03 × 106 – 62.13 × 106 cell·L–1, 平均值为27.71 × 106 cell·L–1。浮游植物丰度的平面分布呈现圆心湖、海子湖、马洪台、庙湖依次降低的特点。浮游植物多样性指数变化范围为0.89–3.24, 均匀度指数变化范围为0.23–0.83。选取叶绿素a、总磷、总氮、透明度和化学需氧量5项参数计算得出综合营养化指数。通过藻类生物学法和综合营养状态指数法进行综合评价发现: 2012年夏季长湖处于中度富营养化到富营养化程度。典范对应分析表明: 浮游植物空间分布主要受总氮、总悬浮物、总磷、溶氧以及亚硝酸氮等环境因子的影响。针状蓝纤维藻(Dactylococcopsis acicularis)、两栖颤藻、席藻属(Phormidium)、鱼腥藻属(Anabeana)等蓝藻对总氮的需求较大。长湖各站点由于在不同程度上受到地形、人为干扰以及水动力条件的影响, 它们与环境因子的典范对应分析表现出明显的区域性。

    不同生境条件下蕨类和被子植物的气孔形态特征及其对光强变化的响应
    熊慧, 马承恩, 李乐, 曾辉, 郭大立
    植物生态学报. 2014, 38(8):  868-877.  doi:10.3724/SP.J.1258.2014.00081
    摘要 ( 1328 )   PDF (424KB) ( 1264 )   收藏
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    气孔是植物与大气环境进行气体交换的重要通道, 在调控植物碳水平衡方面发挥着重要作用。为探讨生境和植物类型对气孔形态特征的影响以及气孔对光强变化的响应格局在不同植物间和不同生境条件下的变异, 选取开阔生境和林下生境的5种蕨类植物和4种被子植物, 测定了它们的气孔形态特征和气孔导度对光强变化的响应。此外, 还收集了8篇文献中开阔和林下生境的45种蕨类植物和70种被子植物的气孔密度和气孔长度数据, 以增大样本量从而更好地探讨不同生境条件下蕨类和被子植物气孔密度及长度的变异格局, 并通过分析生境和植物类型对气孔形态特征的影响来推测生境和植物类型对气孔响应行为的可能影响。实验结果表明, 与林下植物相比, 开阔环境下的植物气孔密度更大, 气孔长度更小, 气孔对光强降低的响应更敏感; 但植物类型对气孔形态特征的影响以及对气孔响应光强的敏感程度的影响均不显著。对文献数据的分析表明, 生境和植物类型对气孔形态特征均有显著影响。考虑到气孔响应快慢与气孔形态特征密切相关, 与蕨类植物相比, 被子植物小而密的气孔可能为其更快地响应环境变化提供了基础。研究表明生境和植物类型对气孔响应行为均有显著影响。

    不同载畜率下瓣蕊唐松草的生长和繁殖对策
    乔丽青, 田大栓, 万宏伟, 宝音陶格涛, 潘庆民
    植物生态学报. 2014, 38(8):  878-888.  doi:10.3724/SP.J.1258.2014.00082
    摘要 ( 387 )   PDF (433KB) ( 786 )   收藏
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    放牧是内蒙古草原最主要的利用方式, 而草原植物在不同放牧压力下的生长和繁殖策略是它们与有蹄类动物长期协同进化的结果。为了了解瓣蕊唐松草(Thalictrum petaloideum)的生长和繁殖策略如何响应载畜率的变化, 作者依托中国科学院内蒙古草原站的大型放牧实验平台, 从种群、个体和器官三个组织水平上研究了该物种对放牧强度的响应。结果表明: 1)在种群水平上, 随着载畜率的增加, 瓣蕊唐松草减少了生殖株丛数或不进行有性生殖生长。该实验条件下, 载畜率每hm2 7.5只羊(夏季)是瓣蕊唐松草不再进行生殖生长的阈值; 2)在个体水平上, 随着载畜率的增加, 瓣蕊唐松草降低了株高和个体生物量, 减少了生殖枝、花朵和种子等生殖器官的数量。随着载畜率的增加, 瓣蕊唐松草生殖分配的调节从依赖于植株个体大小向不依赖于植株个体大小转变。3)在器官水平上, 随着载畜率的增加, 瓣蕊唐松草减少了生殖枝的花朵负荷, 提高了单粒质量。籽粒数量和籽粒质量之间的权衡是瓣蕊唐松草应对放牧干扰的重要机制。

    华南海岸典型沙生植物根系构型特征
    杜建会, 刘安隆, 董玉祥, 胡绵友, 梁杰, 李薇
    植物生态学报. 2014, 38(8):  889-896.  doi:10.3724/SP.J.1258.2014.00083
    摘要 ( 436 )   PDF (354KB) ( 1207 )   收藏
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    选择华南海岸典型沙地, 采用全挖法, 对4种典型沙生植物木麻黄(Casuarina equisetifolia)、厚藤(Ipomoea pes-caprae)、老鼠艻(Spinifex littoreus)和狗牙根(Cynodon dactylon)的根系构型进行了研究。结果表明: 1)狗牙根和老鼠艻的根系总体分支率显著高于木麻黄, 厚藤最小, 说明大部分草本植物在生长过程中通过增加根系分支率, 提高物质传输效率, 除木麻黄外, 其他3个物种枝系均平卧伸展, 易于受到沙埋生出不定根, 进一步提高其物质传输效率; 2) 4种沙生植物根系平均连接长度最大的为木麻黄, 平均连接长度为19.25 cm, 且相对其他3个物种传导根所占的比例最大, 说明木麻黄通过增加平均连接长度以减少根系内部对土壤资源的竞争, 并提高传导根的比例, 以增加资源传输效率; 3) 4种沙生植物根系构型均倾向于叉状分支, 其中草本植物的根系构型更为接近, 说明草本植物受到的资源胁迫相对较小, 有利于在海岸沙地恢复中快速定居; 与内陆地区沙生植物相比, 海岸沙生植物在土壤资源的获取及空间拓展方面表现出显著的差异, 反映出不同生境条件下物种对生境胁迫的适应策略。因此, 海岸沙地前缘植被恢复应以草本植物为主, 尤其是具有不定根的物种, 乔木则不适合。

    模拟酸雨对毛竹叶片抗氧化酶活性及释放绿叶挥发物的影响
    郭慧媛, 马元丹, 王丹, 左照江, 高岩, 张汝民, 王玉魁
    植物生态学报. 2014, 38(8):  897-904.  doi:10.3724/SP.J.1258.2014.00084
    摘要 ( 526 )   PDF (325KB) ( 1377 )   收藏
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    为了探讨酸雨胁迫与毛竹(Phyllostachys pubescens)绿叶挥发物(green leaf volatiles, GLVs)释放规律以及抗氧化酶活性的关系, 通过盆栽试验, 采用不同pH (5.6、4.0、2.5)的模拟酸雨对毛竹三年生实生苗进行处理, 研究酸雨对毛竹叶片可溶性蛋白质含量、丙二醛(MDA)含量和抗氧化酶活性的影响, 并采用热脱附/气相色谱/质谱联用技术对毛竹释放的GLVs成分和含量进行分析。结果表明: 酸雨胁迫下毛竹叶片MDA含量明显增加, pH 2.5模拟酸雨胁迫处理45天毛竹叶片MDA含量与对照相比增加了43.0% (p < 0.01); pH 4.0处理MDA含量增加缓慢, 处理75天时MDA含量比对照增加了0.36倍(p < 0.01)。pH 4.0和pH 2.5模拟酸雨胁迫处理45天时, 毛竹叶片可溶性蛋白质含量极显著增加, 与对照相比分别增加了32.0%和65.0% (p < 0.01)。在酸雨胁迫下, 毛竹叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)的响应时间存在一定差异, 表现为互相协调, pH 2.5模拟酸雨胁迫处理SOD活性和POD活性分别在45天和60天时达到最大值, 分别为对照的1.67倍和1.31倍(p < 0.01), 随后降低。pH 4.0和pH 2.5模拟酸雨胁迫处理, 毛竹叶片GLVs含量比对照分别增加26.4%和132.9% (p < 0.01), 新增GLVs为 (E)-2-辛烯醛、2-乙基己醛、(E)-2-己烯醛和(E)-2-壬烯醛。研究表明: 酸雨胁迫条件下, 毛竹可以通过调节保护酶活性、可溶性蛋白质含量和释放GLVs来提高适应环境的能力。


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