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    2017年, 第6期
    刊出日期:2017-06-10

    青藏高原东缘窄叶鲜卑花灌丛植被景观(阳小成摄)。何为等采用改进的根系分泌物收集装置, 分析了不同氮富集水平对窄叶鲜卑花灌丛根系分泌物碳输入速率与通量的影响(本期610–621页)。

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    研究论文
    帽儿山不同林龄落叶阔叶林土壤微生物生物量及其季节动态
    王薪琪, 韩轶, 王传宽
    植物生态学报. 2017, 41(6):  597-609.  doi:10.17521/cjpe.2017.0011
    摘要 ( 479 )   全文 ( 18 )   PDF (1440KB) ( 754 )   知识图谱   收藏
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    土壤微生物在生态系统生物地球化学循环过程中扮演着重要角色, 对于受到干扰后退化土壤的肥力恢复具有重要的意义, 然而, 采伐后次生林发展过程中土壤微生物生物量的动态尚不明确。在帽儿山森林生态站的落叶阔叶林中设置了一个由采伐后0年(采伐迹地)、10年、25年、56年的林分构成林龄系列样地, 采用氯仿熏蒸浸提法, 在生长季期间(4-10月)每月测定各林分土壤微生物生物量碳含量(Cmic)、微生物生物量氮含量(Nmic)、土壤可溶性有机碳含量(Cdis)、可溶性全氮含量(Ndis)、土壤含水率、温度等因子, 以探索采伐干扰后不同林龄林分土壤微生物生物量的时间动态及其影响因子。结果表明: (1)不同林龄林分土壤微生物生物量生长季均值差异显著, Cmic表现为56年和采伐迹地显著高于25年和10年林分; Nmic表现为采伐迹地、56年显著高于10年林分, 25年林分居中; Cmic/Nmic表现为56年、10年林分显著高于25年林分、采伐迹地。(2)采伐迹地微生物生物量季节变化格局与其他3个林龄林分的差异主要体现在生长季后期, 前者表现为降低, 而后者表现为升高或变化不明显; 10年、25年、56年林分CmicNmic季节变化格局的差异主要体现在生长季前期, 变化幅度随林龄增长而降低; 4个林龄林分Cmic/Nmic季节变化均表现为“W”形。(3)土壤微生物生物量的主要影响因子随林龄而变: 随林龄增长, CmicNmic的影响因子由土壤含水率(采伐迹地、10年生)逐渐转变为土壤可溶性养分含量(10年、25年、56年林分); 采伐迹地Cmic/Nmic影响因子为土壤温度和Cdis, 其他3个林龄林分则为Cdis/Ndis。这些结果说明: 在采伐干扰后的次生林发展过程中, 植被组成和土壤理化性质不断变化, 提高了土壤微生物生物量, 进而改善了土壤养分状况, 显示出地上植被变化与地下微生物动态的密切联系。

    氮素富集对青藏高原东缘窄叶鲜卑花灌丛根系分泌物碳输入的影响
    何为, 杨雪英, 肖娟, 张子良, 蒋铮, 袁远爽, 王东, 刘庆, 尹华军
    植物生态学报. 2017, 41(6):  610-621.  doi:10.17521/cjpe.2016.0329
    摘要 ( 614 )   全文 ( 14 )   PDF (6400KB) ( 638 )   知识图谱   收藏
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    为探究高寒灌丛生态系统根系分泌物碳(C)输入通量对大气氮(N)沉降的响应规律, 该文以青藏高原东缘窄叶鲜卑花(Sibiraea angustata)灌丛为研究对象, 采用根系分泌物野外原位收集法, 分析了不同施N水平(对照N0 = 0 g·m-2·a-1; 低N处理N5 = 5 g·m-2·a-1; 高N处理N10 = 10 g·m-2·a-1)对根系分泌物C输入速率与通量季节动态变化规律的影响。结果表明: (1)窄叶鲜卑花灌丛单位根生物量、单位根长、单位根表面积根系分泌物C输入速率均表现出明显的季节性动态变化, 具体表现为8月> 6月> 10月, 并呈现出与5 cm土壤温度相一致的变化趋势。(2)施N降低了窄叶鲜卑花灌丛单位根生物量、单位根长和单位根表面积根系分泌物C输入速率, 但仅N10处理与对照(N0处理)间存在显著差异(p < 0.05)。(3) N5和N10处理下, 窄叶鲜卑花灌丛细根生物量与N0处理相比分别降低了23.36%和33.84%。(4)由于施N导致根系分泌物C输入速率与细根生物量二者均显著降低, 使得施N对窄叶鲜卑花灌丛根系分泌物C输入通量(g·m-2·a-1)有显著的抑制作用, 并随着施N浓度的增加抑制作用增大。推测其可能的原因是N素富集在一定程度上缓和了植物根系对养分的微生物驱动需求, 从而降低了植物根系分泌物C输入通量, 即N素富集条件下植物采取了低N收益-低C投入的生理策略。该研究结果对于进一步认知不同环境变化下高寒灌丛生态系统根系分泌物C输入及其介导的土壤生物C-养分循环过程具有重要的理论意义。

    局部供氮对低磷胁迫下马尾松不同家系生长及根系参数的影响
    宋平, 张蕊, 周志春, 童建设, 王晖
    植物生态学报. 2017, 41(6):  622-631.  doi:10.17521/cjpe.2016.0260
    摘要 ( 476 )   全文 ( 3 )   PDF (1195KB) ( 553 )   知识图谱   收藏
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    土壤资源有效性在空间分布上的差异会对植物的生长发育产生重要影响。该文选择马尾松(Pinus massoniana)二代育种亲本育成的5个全同胞家系(1、25、49、52、57)为材料, 进行一个生长季的局部供氮苗木盆栽实验。实验在同质低磷和异质低磷两种低磷环境下分别设置4个供氮处理: 均匀供氮(HHH)、表层和中间层供氮(HHL)、底层供氮(LLH)和底层半侧供氮(LLH/L), 研究了模拟异质养分环境对马尾松不同家系苗木生长及根系发育的影响。结果表明: 1)与同质低磷相比, 异质低磷促进了马尾松的生长和根系发育, 其根长和根表面积分别为同质低磷下的1.95倍和2.11倍。2)局部供氮对马尾松生长的影响受土壤磷素环境影响较大, 与HHH相比, 局部供氮(HHL、LLH和LLH/L)对同质低磷下苗木的株高、地径和干物质积累量有明显的促进作用, 但在异质低磷下, 仅LLH和LLH/L处理有利于苗木地上部分的生长, HHL处理反而有抑制效应。3)在两种低磷环境下, LLH/L和LLH处理对马尾松苗木根系生长发育的促进作用显著, 尤其在异质低磷环境下的促进作用较强(LLH/L处理下根长和根表面积较HHH处理高出29.2%和32.3%), 但HHL对根长和根表面积有一定的抑制作用。4)马尾松不同家系间对不同供氮处理的响应差异显著。家系49、52和57主要通过增加根系在土壤中的分布来响应局部氮素分布的变化, 促进整株干物质量的积累; 家系25地上部分的生长随氮、磷含量的增大而增加, 但根系的增生发育对其整株生长的贡献较小; 家系1生长发育迟缓, 对局部供氮的响应较为迟钝。研究结果显示, 局部供氮较均匀供氮更有利于马尾松苗木生长, 且土壤深层施肥的促进作用更强。

    样品保存条件对土壤与植物全碳全氮含量的影响
    陈雅涵, 谢宗强
    植物生态学报. 2017, 41(6):  632-638.  doi:10.17521/cjpe.2016.0286
    摘要 ( 452 )   全文 ( 2 )   PDF (954KB) ( 784 )   知识图谱   收藏
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    土壤与植物的保存样品对生态学研究有重要意义, 但目前未得到广泛应用。该研究的目的是比较样品保存前后全碳、全氮含量的变化, 探讨保存样品应用于长时间序列的生态学研究的可行性。研究选取2011年生长季采集的土壤与植物样品, 保存4年之后测试碳、氮质量分数, 与保存前的测试数据通过成对t检验与线性回归进行比较。氮质量分数在不同保存条件下, 保存前后的测试数据之间均为1:1的线性关系, 除低温保存、粒径<2 mm的土壤样品相关系数为0.91外, 其余保存条件下相关系数均大于0.98。碳质量分数保存后的变化与保存条件有关, 粒径<0.15 mm的土壤与植物样品, 两次测试数据之间为1:1的线性关系, 相关系数均大于0.98; 粒径<2 mm的土壤与植物样品两次测试数据的线性关系斜率分别为1.26与1.04, 即2016年测试数据显著高于2012年。结果表明不同保存温度与样品粒径下, 样品保存后的氮含量没有变化; 而碳含量的稳定与样品粒径有关, 常温保存与<20 ℃低温下保存则无明显区别。建议用于碳氮元素分析的样品应充分干燥、研磨成<0.15 mm粒径后在常温环境下密封保存。

    林下药用植物淋出物对红桦和杜仲枯落物分解及土壤酶活性的影响
    卢玉鹏, 许纪元, 张晓曦, 王博雅, 谢博, 刘增文
    植物生态学报. 2017, 41(6):  639-649.  doi:10.17521/cjpe.2016.0350
    摘要 ( 364 )   全文 ( 2 )   PDF (1485KB) ( 560 )   知识图谱   收藏
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    林木枯落物的分解是影响养分循环和生态系统稳定的重要因素, 林药复合系统中药用植物淋出物中富含植物次生代谢物(PSM), 可能会对林木枯落物分解和土壤酶活性产生抑制作用, 检验该现象是否存在是选择林下药用植物的重要依据。该文以秦岭山区典型红桦(Betula albo-sinensis)和杜仲(Eucommia ulmoides)林及地丁草(Corydalis bungeana)、薄荷(Mentha haplocalyx)、蕺菜(又名鱼腥草) (Houttuynia cordata)、荆芥(Nepeta cataria)、绞股蓝(Gynostemma pentaphyllum)和夏枯草(Prunella vulgaris) 6种常见林下药用植物为对象, 通过以药用植物茎叶淋出物(水浸提液)定期多次喷浇林木枯落物及土壤的分解试验, 研究了药用植物淋出物对林木枯落物分解、养分(C、N和P)释放和土壤酶活性的影响。结果表明: 对于红桦枯落物,蕺菜淋出物处理后半衰期和周转期分别延长了76%和4.3倍, 并抑制了C和N的释放, 绞股蓝淋出物处理后半衰期和周转期分别延长了35%和2.7倍, 并抑制了C、N和P的释放, 两种处理均抑制了7种土壤酶(蔗糖酶、羧甲基纤维素酶、β-葡糖苷酶、脱氢酶、多酚氧化酶、蛋白酶和磷酸酶)活性; 对于杜仲枯落物, 蕺菜淋出物处理后半衰期和周转期分别延长了1.7倍和4.2倍, 绞股蓝淋出物处理后半衰期和周转期分别延长了1倍和9倍, 两种处理均抑制了C、N和P的释放以及7种土壤酶活性。由此可见, 蕺菜、绞股蓝茎叶淋出物对红桦和杜仲枯落物的分解速率、养分释放以及多种土壤酶活性均有显著抑制作用。因此, 建议在红桦和杜仲林下应尽量避免种植蕺菜和绞股蓝, 或者通过降低套种密度来减轻影响。

    常绿和落叶阔叶物种当年生小枝茎长度和茎纤细率对展叶效率的影响
    李俊慧, 彭国全, 杨冬梅
    植物生态学报. 2017, 41(6):  650-660.  doi:10.17521/cjpe.2016.0376
    摘要 ( 393 )   全文 ( 2 )   PDF (1061KB) ( 601 )   知识图谱   收藏
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    枝和叶是组成树冠的两个最主要的结构单元, 枝条的结构特征及其与叶性状之间的变化关系决定了植物对光照、空间等资源的利用和适应策略。该研究以小枝茎长度和茎纤细率表征茎结构, 以叶面积比(即单位小枝茎干质量的总叶面积)、叶密度(即单位茎长度的叶数量)和叶茎生物量比(即单位小枝茎干质量的总叶干质量)表征展叶效率, 以浙江省清凉峰自然保护区25个常绿阔叶物种和60个落叶阔叶物种为对象, 探讨小枝茎结构变化对展叶效率的影响。结果显示, 展叶效率无论是用叶面积比、叶密度还是用叶茎生物量比表示, 常绿和落叶物种小枝的茎长结构性状均与展叶效率呈显著的负相关关系, 即随着小枝茎长度和茎纤细率的增加, 展叶效率逐渐降低, 可能反映了机械安全和光照限制的作用。同时, 尽管茎长度-展叶效率的斜率在常绿和落叶物种间无显著差异, 并且常绿物种叶密度与小枝茎结构性状之间的关系截距显著大于落叶物种, 即常绿物种具有较高的出叶强度。但由于单叶面积和比叶面积显著小于落叶物种, 在某一给定的小枝茎长结构下, 常绿物种每单位质量的茎生物量投资获得的总叶面积和总叶质量都比落叶物种少, 即常绿物种的展叶效率比落叶物种低。这可能反映了常绿物种高消耗慢收益的保守型策略。这些结果表明, 小枝茎长结构对展叶效率具有显著的影响, 并将随叶习性的不同而改变, 与植物对环境的适应策略密切相关。

    不同密度旱柳的树冠构型与光截获
    陈静, 赵成章, 王继伟, 赵连春
    植物生态学报. 2017, 41(6):  661-669.  doi:10.17521/cjpe.2016.0257
    摘要 ( 354 )   全文 ( 5 )   PDF (1048KB) ( 594 )   知识图谱   收藏
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标

    植物可以通过调整树冠构型和光截获来增强自身的光合效率和竞争力。在甘肃省张掖市黑河干流边缘的洪泛平原湿地选取I (25-36 Ind.·plot-1)、II (37-48 Ind.·plot-1)和III (49-60 Ind.·plot-1) 3个密度梯度, 研究了不同密度旱柳(Salix matsudana)的冠层厚度、冠层面积和冠层光截获, 以及它们的相互关系。结果表明: 随旱柳种群密度增加, 土壤水分逐渐增加、土壤电导率和水分利用率逐渐减小, 旱柳枝长度与冠层厚度呈逐渐增大的趋势, 光合有效辐射、分枝数、分枝角度与冠层面积呈逐渐减小的趋势, 叶面积指数和光截获、净光合速率和蒸腾速率在中密度样地最大; 旱柳的光截获与冠层厚度和冠层面积在低密度样地分别呈极显著正相关和负相关关系, 在高密度样地呈显著正相关和负相关关系(p < 0.05), 在中密度样地均呈极显著正相关关系(p < 0.01)。旱柳在低密度选择减小光截获与冠层厚度而增大冠层面积的水平空间拓展模式, 在高密度倾向于垂直空间拓展模式, 反映了植物树冠构型在不同生境中的表型可塑性变化。

    基于涡度相关法的麦田O3干沉降及不同沉降通道分配的特征
    徐静馨, 郑有飞, 麦博儒, 赵辉, 储仲芳, 黄积庆, 袁月
    植物生态学报. 2017, 41(6):  670-682.  doi:10.17521/cjpe.2016.0287
    摘要 ( 434 )   全文 ( 4 )   PDF (1637KB) ( 675 )   知识图谱   收藏
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    近地层高浓度臭氧(O3)会给植物的生长发育带来严重的负效应, 而O3本身难溶于水, 主要通过干沉降方式沉降到陆地生态系统。该研究采用涡度相关法对冬小麦(Triticum aestivum)田主要生育期的O3干沉降过程进行了观测, 利用边界线技术和线性相关法分别分析了O3干沉降速率最大值(Vdmax)和太阳辐射(SR)、温度(T)、相对湿度(RH)及O3干沉降速率(Vd)和摩擦速度(u*)的关系, 并运用彭曼公式结合总初级生产力(GPP)估算不同O3沉降通道的分配比例。研究结果表明: (1)观测期间30 min平均O3浓度(CO3)、O3干沉降通量(FO3)、Vd分别为32.9 nL·L-1、-5.09 nmol·m-2·s-1、0.39 cm·s-1, CO3FO3Vd的变化范围分别为16-58 nL·L-1、-2.9 - -11.7 nmol·m-2·s-1、0.17-0.63 cm·s-1, 其中FO3CO3Vd的关系并不是同步的。(2)初步推断出较强光照(SR ≥ 400 W·m-2)、 适宜的温度(T = 18 ℃)以及较为湿润(RH > 40%)的环境条件比较有利于O3干沉降过程。其中VdmaxSR呈增长关系(y = 1.06 - exp(-0.0094 - x)), SR < 400 W·m-2VdmaxSR的增大而增大, 并在SR = 400 W·m-2左右达到最大值, 当SR ≥ 400 W·m-2Vdmax持续维持在最大值; VdmaxT呈“钟形”曲线关系(y = 1.06 - (x - 18)2/169), 当T = 18 ℃时Vdmax达到最大; 当RH < 40%时Vdmax呈下降趋势(y = 0.030x - 0.106); 当相对湿度较高时, 白天的VdRH下降有下降趋势, 而夜间的VdRH增加而上升, 因此Vd可能随RH增大而增大, 也可能随RH增大而减小。u*Vd存在一定的线性正相关关系, 但相关并不显著。(3)整个观测期平均气孔O3沉降通道和非气孔O3沉降通道占总O3干沉降通量的分配比例分别是32%和68%; 白天通过气孔O3沉降通道和非气孔O3沉降通道所沉降的O3通量平均占总O3干沉降通量的比例分别是42%和58%, 其中叶面积指数和降雨均会影响气孔O3沉降。

    小麦根系在碱胁迫下的生理代谢反应
    郭瑞, 周际, 杨帆, 李峰
    植物生态学报. 2017, 41(6):  683-692.  doi:10.17521/cjpe.2016.0136
    摘要 ( 513 )   全文 ( 4 )   PDF (1188KB) ( 735 )   知识图谱   收藏
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    为明确碱胁迫对小麦(Triticum aestivum)根系离子组及代谢组的影响, 探讨其响应变化规律及机制, 该研究以小麦为实验材料, 采用两种碱性盐(NaHCO3和Na2CO3)按摩尔比1:1混合模拟不同碱胁迫强度, 利用气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术结合多元变量分析方法, 系统分析小麦根系在碱胁迫下的矿质元素、游离阴离子、代谢产物及代谢途径变化。结果显示: 低浓度碱胁迫下小麦根系仍能维持一定的生长, 但在高浓度碱胁迫下根系生长受到了明显抑制。当碱胁迫强度超过小麦根系调节能力时, 根系中Na含量急剧增加的同时K含量明显减少。碱胁迫刺激根中Ca积累, 而Mg、Cu和Fe含量呈现下降趋势。碱胁迫明显减少根中游离阴离子(主要是Cl-)含量。检测代谢物组包括有机酸、氨基酸、碳水化合物、嘧啶和嘌呤等70个代谢产物, 主成分分析结果表明代谢物均分布在95%的置信区间内。碱胁明显迫促进苹果酸、琥珀酸等代谢物积累, 但造成糖类(果糖、蔗糖)及多元醇(肌醇、山梨糖醇)和氨基酸(γ-氨基丁酸、丙氨酸)含量显著下降。结果表明: 根系中Na+含量剧增, 加上高pH值危害, 导致根系生长率降低; 与此同时, 游离阴离子明显减少, 造成根系内负电荷亏缺和pH不稳定, 导致离子平衡遭到破坏, 进而引起一系列代谢途径的协变反应。小麦根系在碱胁迫下糖酵解、细胞膜脂代谢和氨基酸合成受到明显的抑制, 但三羧酸循环显著增强。这些结果表明碱胁迫(高pH值)对碳素合成和储存有明显的负效应, 降低代谢合成碳骨架和能量, 使得清除活性氧能力明显下降。碱胁迫下根外部质子缺乏造成NO3-含量降低, 影响氮素吸收利用, 导致氨基酸合成受阻。三羧酸循环增强为生成有机酸类化合物和调控pH平衡提供能量, 这可能是植物适应碱胁迫的一种特殊对应策略。

    综述
    FvCB生物化学光合模型及A-Ci曲线测定
    梁星云, 刘世荣
    植物生态学报. 2017, 41(6):  693-706.  doi:10.17521/cjpe.2016.0283
    摘要 ( 1158 )   全文 ( 16 )   PDF (1164KB) ( 1128 )   知识图谱   收藏
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    由Farquhar、von Caemmerer和Berry提出的生物化学光合模型(以下简称FvCB模型)是一个基于光合碳反应过程的CO2响应模型。此模型认为C3植物叶片光合速率(A)由3个生物化学过程速率中的最低者——核酮糖-1,5-双磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)所能支持的羧化速率、电子传递所能支持的核酮糖-1,5-双磷酸(RuBP)再生速率和磷酸丙糖(TP)利用速率决定。利用改进的FvCB模型对光合速率-胞间CO2浓度(A-Ci)曲线进行拟合, 能有效地估计最大羧化速率、最大电子传递速率、TP利用速率、明呼吸速率、叶肉细胞导度等生化参数, 促进我们对植物光合生理及其响应环境变化的理解和预测。该文首先详细地描述了FvCB模型, 并分析了此模型分段性和过参数化的特点。然后介绍利用FvCB模型对A-Ci曲线进行拟合, 从而估计叶片光合生化参数的研究进展。光合生化参数估计经历了主观分段、分段拟合到客观分段、整体拟合几个阶段, 目标函数的最小化方法也从传统的最小二乘法为主转向基于现代计算机技术的迭代算法(如遗传算法、模拟退火算法)。然而, 如要进一步提高参数估计的可靠性和精确性, 还需加强Rubisco动力学属性和温度依赖性方面的研究。最后, 为了获取能更有效地进行参数估计的光合数据, 根据目前对FvCB模型拟合的认知, 整合并改进了A-Ci曲线的测定方法。


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