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    2011年, 第5期
    刊出日期:2011-05-01

    黑河下游额济纳三角洲东河岸胡杨林。朱军涛等对该区域植物群落的数量分类及其与地下水环境的关系进行了研究(本期480–489页)。(于静洁摄)

      
    研究论文
    基于异速生长理论的准噶尔盆地荒漠灌丛形态研究
    李嵩, 郑新军, 唐立松, 李彦
    植物生态学报. 2011, 35(5):  471-479.  doi:10.3724/SP.J.1258.2011.00471
    摘要 ( 2343 )   全文 ( 8 )   PDF (56419KB) ( 2523 )   知识图谱   收藏
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    为了揭示荒漠灌丛形态的发生发展机制并认识其在荒漠生态系统中的功能, 从形态和结构决定功能的原理出发, 对生长在准噶尔荒漠东南部的岛状灌丛进行了形态学调查。依据Malthusian方程微分形式, 根据异速生长理论, 建立了冠幅与株高生长、灌丛表面积与体积生长的数学关系式, 利用植被调查数据进行了验证, 并最终得出不同灌丛在不同株高时的情景示意图。结果表明: 1)将荒漠灌丛形态假设成半三轴椭球体是合理的; 2)虽然灌丛形态发展趋势可以是扁平、近半球和竖直3种类型, 但是形态建成后, 一般维持在扁平和近半球两种类型; 3) 18类荒漠灌丛的体积和表面积的数量关系具有一定的一致性, 可能与同处于相同环境条件下的水分利用效率相近有关。

    额济纳荒漠绿洲植物群落的数量分类及其与地下水环境的关系分析
    朱军涛, 于静洁, 王平, 王志勇
    植物生态学报. 2011, 35(5):  480-489.  doi:10.3724/SP.J.1258.2011.00480
    摘要 ( 2824 )   全文 ( 1 )   PDF (12724KB) ( 2381 )   知识图谱   收藏
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    为了科学地评价和预测生态输水对额济纳荒漠绿洲天然植被的影响, 亟需掌握额济纳荒漠绿洲的植物群落类型, 建立植被-环境因子的响应关系。该研究对额济纳荒漠绿洲的植物群落展开调查, 获取植物群落特征、分布状况及地下水环境数据, 应用双向指示种分析方法(TWINSPAN)对群落进行分类, 采用无偏对应分析(DCA)、无偏典范对应分析(DCCA)方法对群落进行排序, 得出额济纳荒漠绿洲主要植物群落类型, 以及影响植被类型变化和分布的地下水环境因子。研究结果表明: (1)采用TWINSPAN数量分类方法, 将植被划分为芦苇+杂类草(Ass. Phragmites australis + herbs)、胡杨-红柳+杂类草(Ass. Populus euphratica-Tamarix ramosissima + herbs)、沙枣-红柳+杂类草(Ass. Elaeagnus angustifolia-Tamarix ramosissima + herbs)、红柳-杂类草(Ass. Tamarix ramosissima-herbs)、花花柴-白刺+沙蒿+沙拐枣(Ass. Karelinia caspica-Nitraria tangutorum + Artemisia sp. + Calligonum sp.)、麻黄-红砂+白刺+骆驼刺(Ephedra przewalskii-Reaumuria soongorica + Nitraria tangutorum + Alhagi sparsifolia)等6个主要植物群丛; (2)对于额济纳荒漠绿洲这一特定的研究区域, 制约群落类型、植被分布格局的主要地下水因子为地下水埋深; (3)对群落产生显著影响的地下水环境因子主要有地下水埋深、pH、盐分、矿化度、电导率、HCO3-等6个变量。DCCA排序图明显反映出排序轴的生态意义, 第1轴突出反映了群落所在环境的地下水埋深, 沿第1轴从右到左, 地下水埋深逐渐增大, 群落的盐分及矿化度亦呈明显的增加趋势, 群丛依次从类型I到VI逐渐演变。额济纳三角洲作为干旱区的荒漠绿洲, 有着明显的特点: 植物群落组成的生物多样性趋于贫乏化和单一化, 生态结构简单, 植被稀疏, 种类单一, 群落覆盖度较低, 群落格局分异明显。地下水埋深变化是群落物种及类型变化的主要原因。

    缩写: DCA, 无偏对应分析; DCCA, 无偏典范对应分析; Dep, 地下水埋深; EC, 电导率; IV, 重要值; PCA, 主成分分析; RDA, 冗余分析; SAL, 盐分; TDS, 矿化度; TWINSPAN, 双向指示种分析方法。

    星毛委陵菜根系构型对草原退化的生态适应
    周艳松, 王立群
    植物生态学报. 2011, 35(5):  490-499.  doi:10.3724/SP.J.1258.2011.00490
    摘要 ( 2598 )   全文 ( 4 )   PDF (6056KB) ( 2048 )   知识图谱   收藏
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    对轻度、中度、重度和极度退化的草原群落中星毛委陵菜(Potentilla acaulis)根系构型参数及相应的土壤水分、容重和硬度等指标进行了分析, 以研究星毛委陵菜根系构型对草原退化的生态适应性。结果表明: 1)在以大针茅(Stipa grandis)为建群种的典型草原中, 随着退化程度的加剧, 星毛委陵菜在群落中的作用逐渐增强, 其根幅、根深、一级垂向根数、分蘖子株数和水平分蘖根长度显著增加; 2)根表面积、二级侧根长度、总根长和根分叉数4个根系构型参数是解释星毛委陵菜根系构型对草原退化生态适应的首选指标, 解释力依次减小, 累计贡献率为92.34%; 3)直径2 mm以下的根系对单株系星毛委陵菜的根表面积和总根长影响显著; 4)阔腰倒锥体三维根系构型是星毛委陵菜适应草原退化并使之成为建群种的优势构型。

    长白山红松和鱼鳞云杉在分布上限的径向生长对气候变暖的不同响应
    李广起, 白帆, 桑卫国
    植物生态学报. 2011, 35(5):  500-511.  doi:10.3724/SP.J.1258.2011.00500
    摘要 ( 2783 )   全文 ( 4 )   PDF (39813KB) ( 2349 )   知识图谱   收藏
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    用树木年代学方法研究了近50年来气候变化对长白山自然保护区两种广泛分布的重要乔木树种红松(Pinus koraiensis)和鱼鳞云杉(Picea jezoensis var. komarovii)分布上限树木径向生长的影响, 发现红松年轮宽度具有与温度升高相一致的趋势, 而鱼鳞云杉年轮宽度则出现随温度升高而下降的“分离现象”。对水热条件的正响应是分布上限红松年表与温度保持一致的关键: 生长季的温度和降水的增加对上限红松的生长有促进作用, 且二者对树木生长的有利效应有相互促进的现象; 生长季的延长也有利于红松的生长。升温导致的水分胁迫是造成上限分布的鱼鳞云杉年轮宽度与温度变化趋势相反的重要因素: 分布上限的鱼鳞云杉年表与大多数温度指标均呈负相关关系; 随着温度升高, 年表与年降水量尤其是春季降水量的相关性逐渐由负转正; 各月的高温以及生长季中后期的少雨是形成上限鱼鳞云杉窄轮的主要气候因素, 而较低的各月温度以及生长季后期充足的降水则有利于上限鱼鳞云杉的生长; 此外, 生长季长度没有变化也可能是造成鱼鳞云杉年表序列对温度变化敏感性下降的重要因素。

    温带落叶阔叶林冠层CO2浓度的时空变异
    焦振, 王传宽, 王兴昌
    植物生态学报. 2011, 35(5):  512-522.  doi:10.3724/SP.J.1258.2011.00512
    摘要 ( 2366 )   全文 ( 6 )   PDF (10281KB) ( 1683 )   知识图谱   收藏
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    为了研究温带落叶阔叶林CO2浓度(摩尔分数, [CO2])的时空变化特征, 利用帽儿山通量塔8层[CO2]廓线系统分析了[CO2]的时间动态及垂直梯度, 并结合森林小气候的同步测定数据探讨了影响[CO2]时空变化的因子。结果表明: 帽儿山温带落叶阔叶林的[CO2]及其垂直梯度具有明显的日变化和季节变化。在日尺度上, [CO2]呈“单峰”曲线, 在夜间或日出前后出现最大值, 日出后迅速降低, 在午后达到最低值, 日落时分又开始迅速升高。在季节尺度上, 生长季的[CO2]日变幅明显大于非生长季, 且冬季(1、2和12月)白天呈“V”型, 其他季节白天呈“U”型, 这与白天对流边界层的持续时间随季节的变化趋势一致。在垂直方向上, [CO2]及其日变幅随高度增加而降低, 并且在生长季夜间湍流交换较弱时其垂直梯度最显著; 植被冠层的光合作用改变了生长旺季白天的[CO2]垂直格局, 使冠层高度的[CO2]最低; 休眠季节该垂直梯度大大减弱。近地层日均[CO2]与土壤温度的趋势相似, 呈单峰曲线; 而林冠上[CO2]在5月初和10月各出现一次峰值, 最低值出现在8月初, 与植被光合作用紧密相关。日尺度上[CO2]及其垂直梯度主要受控于大气边界层和生态系统碳代谢过程; 年尺度上近地层[CO2]主要受控于土壤呼吸, 而林冠上的[CO2]则受生态系统光合作用和呼吸作用的共同控制。

    施氮肥缓解臭氧对小麦光合作用和产量的影响
    陈娟, 曾青, 朱建国, 刘钢, 曹际玲, 谢祖彬, 唐昊冶, 小林和彦
    植物生态学报. 2011, 35(5):  523-530.  doi:10.3724/SP.J.1258.2011.00523
    摘要 ( 2446 )   全文 ( 1 )   PDF (8302KB) ( 1939 )   知识图谱   收藏
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    以小麦(Triticum aestivum)品种‘扬麦16’为试材, 利用开放式空气臭氧(O3)浓度升高平台, 研究了增施氮(N)肥对O3对小麦光合作用和产量影响的缓解作用。结果表明, O3胁迫下灌浆期小麦的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、叶绿素a (Chl a)、叶绿素b (Chl b)、类胡萝卜素(Car)、总叶绿素含量(Chl t)和可溶性蛋白的含量显著降低, 降幅分别为28.95%、31.79%、23.17%、58.89%、68.64%、22.89%、60.31%和32.00%; 胞间CO2浓度(Ci)变化很小; 成熟期生物量和收获时产量也明显下降, 降幅分别为12.23%和12.63%; 而增施N肥可以增加小麦灌浆期的Pn、Chl a、Chl b、可溶性蛋白的含量, 进而增加小麦生物量和产量, 增幅分别为25.66%、83.05%、121.57%、30.33%、14.94%和10.67%, 而对CiGsTr、Car含量无明显影响。O3和N肥对小麦叶片的Pn、Chl t及可溶性蛋白含量有明显的交互作用。因此, 在大气O3浓度升高条件下增施N肥对小麦O3损伤有一定的缓解作用。

    马尾松和黄山松两个核基因位点的群体遗传多样性和种间分化
    张利锐, 彭艳玲, 任广朋, 周永锋, 李忠虎, 刘建全
    植物生态学报. 2011, 35(5):  531-538.  doi:10.3724/SP.J.1258.2011.00531
    摘要 ( 2910 )   全文 ( 6 )   PDF (9015KB) ( 2903 )   知识图谱   收藏
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    利用两个核基因座位C3HGI, 对重叠分布于中国东南部的两个松属(Pinus)物种马尾松(P. massoniana)和黄山松(P. hwangshanensis)的22个群体88个个体进行了遗传多样性和种间分化模式研究。在这两个核基因座位上, 两种植物都表现出较低的核苷酸多样性水平(马尾松πsil = 0.001 71; 黄山松πsil = 0.003 40), 但是马尾松要显著低于黄山松; 在种内分化水平上, 马尾松的种内遗传分化也明显低于黄山松(马尾松FST = 0.059; 黄山松FST = 0.339)。这可能是由于黄山松的海拔分布高于马尾松, 而高海拔分布使黄山松的分布区域更加片段化, 促使其形成较高的种内遗传多样性和遗传分化。分子变异分析(AMOVA)发现, 两物种基于两个核基因座位的种间差异为48.86%, 而GI基因座位上的种间差异明显高于C3H座位(GI: 77.24%, C3H: 20.48%), 同时, 基因谱系显示两物种的共享单倍型仅在C3H座位上存在。结合这两个基因的功能, 推测GI基因可能在物种形成过程中受到了一定的选择压力, 因为GI基因参与调控植物的开花时间, 而C3H与木质素表达水平的调控有关。不同的选择压力使得GI的进化速度相对较快, 从而加速了黄山松和马尾松的物种分化。

    中亚热带森林植物多样性增加导致细根生物量“超产”
    刘聪, 项文化, 田大伦, 方晰, 彭长辉
    植物生态学报. 2011, 35(5):  539-550.  doi:10.3724/SP.J.1258.2011.00539
    摘要 ( 2867 )   全文 ( 7 )   PDF (12693KB) ( 2352 )   知识图谱   收藏
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    细根在森林生态系统C分配和养分循环过程中发挥着重要作用, 但对地下细根与植物多样性之间关系的研究相对较少。该研究选择中亚热带从单一树种的杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林到多树种的常绿阔叶林(青冈(Cyclobalanopsis glauca)-石栎(Lithocarpus glaber)林)的不同植物多样性梯度, 用根钻法采集细根并测定其生物量, 用Win-RHIZO 2005C根系分析系统测定细根形态参数, 以验证以下3个假设: 1)植物种类丰富度高的林分其细根生产存在“地下超产”现象; 2)根系空间生态位的分离水平是否随着植物多样性增多而增大? 3)细根是否通过形态可塑性对林木竞争做出响应?结果显示: 从单一树种的杉木人工林到植物种类较复杂的青冈-石栎常绿阔叶林, 0-30 cm土层的林分细根总生物量和活细根生物量均呈增加的趋势, 即细根总生物量为杉木林(305.20 g·m-2) <马尾松(Pinus massoniana)林(374.25 g·m-2) <南酸枣(Choerospondias axillaris)林(537.42 g·m-2) <青冈林(579.33 g·m-2), 活细根生物量为杉木林(268.74 g·m-2) <马尾松林(299.15 g·m-2) <南酸枣林(457.32 g·m-2) <青冈林(508.47 g·m-2), 各森林类型之间的细根总生物量差异显著(p < 0.05), 但活细根生物量差异不显著。土壤垂直剖面上, 除杉木林细根生物量随土层变化不显著外, 其他森林类型的活细根生物量和总细根生物量均随土层变化显著, 表层细根生物量随树种多样性的升高呈减小趋势, 据此推测树种间的生态位分离水平逐渐增大。植物多样性的不同对林分的细根形态及空间分布格局影响不显著, 细根形态可塑性对生物量变化响应不明显。

    集约和粗放经营下毛竹林土壤活性有机碳的变化
    马少杰, 李正才, 王刚, 刘荣杰, 傅懋毅, 周本智
    植物生态学报. 2011, 35(5):  551-557.  doi:10.3724/SP.J.1258.2011.00551
    摘要 ( 2501 )   全文 ( 1 )   PDF (343KB) ( 2126 )   知识图谱   收藏
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    以集约和粗放经营的毛竹(Phyllostachys heterocycla ‘Pubescens’)林为研究对象, 探讨了春季毛竹林集约经营后土壤有机碳的变化。结果表明: (1)集约经营后毛竹林0-10和10-20 cm土层土壤总有机碳含量分别下降了7.01%和18.90%, 易氧化碳含量分别下降了31.22%和46.03%, 0-20 cm土层轻组有机质含量下降了19.87%。(2)两种毛竹林的土壤有机碳含量在剖面上整体上均随土层深度的增加而呈下降趋势, 但下降幅度不同。粗放经营的毛竹林土壤易氧化碳的剖面特征与总有机碳相似, 而集约经营的毛竹林存在明显差异。轻组有机质具有表聚性, 主要分布在土壤表层(0-20 cm)。(3)土壤总有机碳、易氧化碳、轻组有机质与土壤养分之间的相关性均达到极显著水平(p < 0.01), 总有机碳与速效磷显著相关(p < 0.05)。(4)集约经营后, 毛竹林0-10 cm土层土壤易氧化碳的碳素有效率和土壤碳库活度分别下降了26.01%和50.52%, 差异显著(p < 0.05); 10-20 cm土层分别下降了35.51%和54.41%。因此, 施加适当配比的有机肥和无机肥, 有利于土壤中各种有机碳的积累, 也可改善土壤的生物化学活性。

    水氮处理下不同品种水稻根系生长分布特征
    顾东祥, 汤亮, 徐其军, 雷晓俊, 曹卫星, 朱艳
    植物生态学报. 2011, 35(5):  558-566.  doi:10.3724/SP.J.1258.2011.00558
    摘要 ( 2343 )   全文 ( 5 )   PDF (16010KB) ( 1725 )   知识图谱   收藏
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    为明确不同栽培条件下水稻(Oryza sativa)根系生长分布特征, 通过不同水氮处理和不同品种的水稻桶栽试验, 采用内置根架法, 于拔节期和抽穗期取样, 获取根系总干重(TRW)、不定根数(ARN)以及各类根(不定根、细分枝根和粗分枝根)的形态指标(长度、表面积和体积), 并分析植株根系生长状况和根系分布特征。结果显示: (1)各试验条件下抽穗期各项根系指标较拔节期均呈增长趋势。同一时期, 各项根系指标在3个施氮水平间均差异显著, 且随施氮量的增加而增加。不同水分处理下, 两个时期的ARN在湿润灌溉(W2)与保持水层(W1)之间差异均不显著, 而其他指标上W2处理均显著最高; 干旱处理 (W3)下, 仅拔节期的TRW和粗分枝形态指标与W1处理接近, 而在其他指标上均显著最低。不同品种间, ‘扬稻6号’ (V3)的各项根系指标均最高, 而‘日本晴’ (V1)和‘武香粳14’ (V2)间差异不显著。(2)各试验条件下, 抽穗期较拔节期根系下扎生长比例增加, 多分布于表层(0-5 cm)土中; 减少氮素和水分供应可提高根系在5 cm以下土层中的分布比例, 且分枝根反应最为明显; 品种V1和V2的深扎根性较V3明显。结果表明, 合理施氮与控水可优化水稻不同类型根的生长与分布特征, 但需考虑不同品种之间的差异。

    南亚热带常绿阔叶林林冠不同部位藤本植物的光合生理特征及其对环境因子的适应
    江浩, 周国逸, 黄钰辉, 刘世忠, 唐旭利
    植物生态学报. 2011, 35(5):  567-576.  doi:10.3724/SP.J.1258.2011.00567
    摘要 ( 2315 )   全文 ( 5 )   PDF (6375KB) ( 1740 )   知识图谱   收藏
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    对南亚热带常绿阔叶林中着生在林冠层不同部位的4种藤本植物(白背瓜馥木(Fissistigma glaucescens)、瓜子金(Dischidia chinensis)、蔓九节(Psychotria serpens)和山蒌(Piper hancei))的光合生理生态特性进行比较, 探讨着生在林冠不同部位的藤本植物的光合生理特性随光照、温度、湿度等变化的规律。结果表明, 鼎湖山南亚热带常绿阔叶林微生境由上至下发生了较大变化, 相对于林内, 冠层顶部具有高温、高光强、低湿度的特征。受这些变化的环境因子的影响, 着生在林冠不同部位的藤本植物之间的光合生理特征存在着较大差异: 着生于林冠层中上部的瓜子金和蔓九节的最大净光合速率分别为(2.9 ± 0.6)和(6.3 ± 1.3) μmol CO2·m-2·s-1, 光饱和点为(168.5 ± 83.4)和(231.4 ± 147.8) μmol·m-2·s-1, 显著小于位于冠层下部的白背瓜馥木和山蒌的最大净光合速率值(8.9 ± 2.9)和(8.6 ± 2.3) μmol CO2·m-2·s-1以及光饱和点值(491.6 ± 230.8)和(402.3 ± 112.8) μmol·m-2·s-1。瓜子金和蔓九节的光补偿点值为(16.1 ± 5.9)和(10.1 ± 5.7) μmol·m-2·s-1, 水分利用效率值为(11.5 ± 3.9)和(8.7 ± 1.6) μmol CO2·mmol-1 H2O, 显著大于林内的白背瓜馥木和山蒌的光补偿点值(5.6 ± 1.9)和(5.4 ± 1.7) μmol·m-2·s-1以及水分利用效率值(6.7 ± 1.8)和(6.8 ± 1.3) μmol CO2·mmol-1 H2O。这些光合生理指标的变化显示出植物对不同的温度、光照、湿度的适应, 是植物适应环境条件的重要表现。

    海南岛霸王岭热带低地雨林植被恢复动态
    丁易, 臧润国
    植物生态学报. 2011, 35(5):  577-586.  doi:10.3724/SP.J.1258.2011.00577
    摘要 ( 2414 )   全文 ( 5 )   PDF (52639KB) ( 1734 )   知识图谱   收藏
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    热带次生林具有重要的物种保育和固碳功能, 然而高强度的干扰会导致次生林早期出现类似季雨林的阶段, 因而群落恢复速度和方向是当前热带生态学研究中最为关注的议题之一。该文以海南岛在刀耕火种弃耕地形成的不同演替阶段的次生林为研究对象, 比较森林不同恢复时间(12年、25年、55年)群落中的不同年龄(幼树、小树、成年树)个体与低地雨林老龄林的物种组成、多样性和群落结构差异, 探讨刀耕火种弃耕地恢复过程中的群落组配过程。首先, 在海南岛霸王岭林区内建立7个1 hm2(100 m × 100 m)的样地, 并调查样地内所有胸径≥ 1 cm的木本植物个体(不包括木质藤本)的种类、胸径大小和树高。无度量多维标定法(NMS)排序结果表明, 刀耕火种弃耕地恢复群落与老龄林的物种组成存在明显差异, 并且其物种组成差异随着径级增加而逐渐减小。刀耕火种弃耕地群落物种累积速度缓慢, 25年和55年恢复群落的种面积、种个体和种多度曲线无差异, 存在一个明显的停滞阶段。与物种组成相比, 群落结构恢复相对较迅速, 但仍没有形成老龄林阶段中的复杂结构。萌生个体在早期恢复群落中占有较高比例, 其个体密度和胸高断面积分别占总数的39.9%和55.9%, 但在恢复中后期迅速降低。刀耕火种弃耕地恢复群落中以先锋种和非先锋喜光种为主。虽然耐阴种随演替而逐渐增加, 但恢复中后期群落中的耐阴种重要值仅为老龄林的27.7%。这些结果表明, 虽然刀耕火种弃耕地恢复群落缓慢地逐渐接近最终恢复目标, 但仍然存在 很大的不确定性。刀耕火种弃耕地恢复过程中的异速恢复和停滞阶段需要纳入今后群落演替模型构建和森林固碳效益核甘共苦算中。


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