Responses of Artemisia frigida Willd. (Compositae) and Leymus chinensis (Trin.) Tzvel. (Poaceae) to sheep saliva

Although studies show that grazing and browsing by herbivores have marked effects on host plants, the mechanisms remain unclear. The objective of this study is to determine the effects of sheep saliva on host plant growth. Sheep saliva was manually applied to clipped plants of two different life forms, a semi-shrub, Artemisia frigida Willd., and a herbaceous species, Leymus chinensis (Trin.) Tzevel. The results showed that sheep saliva significantly enhanced aboveground net primary productivity (ANPP) and the ratio of ANPP to belowground net primary productivity (BNPP) for both species. This indicated that sheep saliva promotes aboveground compensatory growth and allocation of photosynthate to aboveground for both plant species. Sheep saliva stimulated only tillering of L. chinensis. Regardless of saliva application, clipping significantly decreased BNPP and plant height, but significantly increased the number of branches or tillers for both plant species. The relative growth rates (RGRs) on both species were significantly greater after clipping with saliva compared with control and clipping without saliva treatments. In addition, RGR of the herbaceous species L. chinensis was faster than that of the semi-shrub A. frigida after application of saliva. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

嵩草属植物的系统学研究

嵩草属隶属于莎草科苔草亚科苔草族，主要分布于北半球温带地区，少数种类为环北极分布，有一种产于泰国清迈，一种产于苏门达腊岛北部高山。本‘文在形态学、微形态学、解剖学和胚胎学研究的基础上，对嵩草属植物进行了全面的分类学修订，根据属内各类群之间的系统演化关系建立了一个新的属下分类系统，确认了世界范围内53种3亚种嵩草属植物，并做出5个种上等级的新组合，描述了一个新亚组。 作者研究了国内外14家标本馆（室）的3000多份腊叶标本并进行多次野外的实地观察，对嵩草属植物的形态学性状进行了详细的比较和分析，评价了它们的系统学价值及其演化趋势。在嵩草属中，花序是由小穗排列成的圆锥花序或穗状花序，花序各部分的形态性状是种及种上等级分类的基础;花序的演化趋势是由圆锥花序到穗状花序，小穗是从由数朵雄花与1朵雌花组成简化到由1朵雌花组成。但是，花序和小穗由复杂到简单的进化在嵩草属中平行地发生于不同的类群中。先出叶的性状状态是分种的主要特征之一，通常认为边缘开裂的先出叶是原始的，边缘合生而为囊状的先出叶是进化的。同样，先出叶由开裂到合生的进化也是多次发生的。此外，根状茎、秆、叶鞘、叶片、柱头及小坚果等的性状状态对于种及种上等级的分类都具有重要的意义。 应用扫描电子显微镜对38种（或亚种）嵩草属植物的小坚果表面进行了观察，证明小坚果纹饰在种及种上等级的分类中具有重要的参考价值，并能揭示种及种下等级的亲缘关系。例如，分布于喜马拉雅东部至横断山地区的3种植物，K．clarkeana、K．curvata和K．fragilis外部形态非常相似，难于区分，而其小坚果的微形态特征却可以提供3种之间关系的证据。K．clarkeana与K．fragilis果实表面的特征完全一致，且与其它植物有显著区别，应为同种植物;K．curvata与它们明显不同，也与其它种有较大差异，应为独立的种。K．gramini folia，K．cercostach ys和K. nepalensis果实表面纹饰具有一些共同的特征，说明它们之间的亲缘关系较近。K．filicina和K．duthiei也存在同样的情形。 通过对秆和叶片的横切面和表皮的解剖学观察比较，发现嵩草属植物秆的横切面表现出由三角形到圆形的一系列变化。秆的横切面明显地分两个区域，中部的髓由较大而无色的细胞组成，其中心常碎裂形成大的气腔;外围的绿色部分，由绿色组织及分布其中的气腔和外韧维管束及与其相伴的厚壁组织组成。秆的表皮与叶片下表皮非常相象。叶片横切面的外形为V形、新月形或半圆形。V形的叶片具有明显发育的中脉并且在远轴面凸起，形成脊;新月形和半圆形的叶片中脉发育不明显，也无脊。叶片的表皮细胞均为长方形，垂周壁波纹状;平列型的气孔器纵向成行排列，多局限于下表皮;上表皮近边缘及脉附近的细胞常常在细胞的一端形成乳突。秆和叶片横切面的形态对于分种及种上等级的划分具有参考价值。 胚胎学研究表明小孢子、胚囊和胚的发育与莎草科其它类群一致。花粉为假单体花粉( pseudomonad)，成熟花粉三核。胚珠倒生，厚珠心，双层珠被，珠孑L由内珠被形成。胚囊的发育为蓼型，原胚的发育为柳叶菜型灯芯草变型。首次观察到，在大孢子四分体时期，合点端和珠孔端两个大孢子细胞开始时体积都增大，而中部两个很快退化，稍后珠孔端一个也退化，合点端一个为功能大孢子，发育成为胚囊。根据胚胎学证据，不支持将嵩草属与苔草族一起另立为嵩草科。 嵩草属中较原始的一个亚属subg. Compositae主要分布于西喜马拉雅至横断山地区，还有一种见于泰国，一种产于苏门达腊，而后2种植物还具有一些最原始的形态性状。结合地史的变化推测，嵩草属可能在第三纪早期起源于古地中海的东部和北部。 根据形态学和解剖学性状的分析表明，许多性状在嵩草属中是平行演化的，如花序和小穗由复杂到简单、秆由圆柱形到三棱形、叶片横切面由V形到半圆形等。该属的属下分类应该追溯这些平行的演化线，而不能像以前的分类那样，将它们横向地划分为几个组或亚属。作者认为嵩草属有3个大的进化分支，据此将其划分为3个亚属。Subg. Compositae，12种，是较原始的一个分支。叶近基生，叶片扁平;花序多疏松圆锥状，少穗状，苞片多为叶状;小穗两性到单性，先出叶多为囊状，少边缘分离，退化小穗轴明显、扁平、较长。Subg. Blysmocarex，仅2种，是较早分化而相对隔离的一个分支。根状茎匍匐状;花序由圆锥状到穗状，小穗两性或单性;柱头2。Subg. Kobresia，种类最多。叶片扁平或内卷;秆三棱形到圆柱形;花序紧密，复杂到简单，苞片不为叶状;小穗两性或单性，先出叶由开裂到合生，退化小穗轴较小而不显著。根据该亚属呈现出的不同的性状演化系列，可以分为3个组。Sect. Kobresia花序圆锥状至穗状，小穗多为两性，少为单性，先出叶边缘分离。含3个亚组：subsect. Kobresia，8种2亚种．植株纤细，秆与叶均为丝状;subsect. Royleanae，8种l亚种，植株较粗壮，叶片扁平或对折;subsect. Sibiri-cae，4种，秆较粗，叶片内卷。Sect. Psmmostachys，仅2种，小穗两性，先出叶完全合生为囊状。Sect．Hemicarex花序一般为穗状，稀圆锥状，小穗多为单性，少两性。分为四个亚组：subsect. Forexeta，6种，叶片内卷或对折，先出叶线形，边缘分离或合生;subsect. Chlorostachys，3种，叶片扁平，小穗两性;subsect. Holmia，4种，叶片扁平，小穗单性;subsect．Utriculatae，5种，叶片丝状，先出叶完全合生为囊状，不为线形。嵩草属的属下分类纲要如下： Subgenus 1. Compositae (Clarke) Kukkonen Type: K. laxa Nees. Subgenus 2. Blysmocarex (Ivanova) S. R. Zhang Type: K. macrantha Boeck. Subgenus 3. Kobresia Section 1. Kobresia Subsection 1. Kobresia Type: K. simpliciuscula (Wahl. ) Mack. Subsection 2. Royleanae (Ivanova) S. R. Zhang Type: K. royleana (Nees) Boeck. Subsection 3. Sibiricae (Ivanova) Egorova Type: K. sibirica (Turcz. ex Ledeb. ) Boeck. Section 2. Psmmostachys Ivanova Type: K. robusta Maxim. Section 3. Hemicarex (Bentham) Clarke Subsection 4. Forexeta (Raffin. ) S. R. Zhang Type: K. cercostachys (Franch. ) C. B. Clarke. Subsection 5. Chlorostachys (Ivanova) S. R. Zhang Type: K. duthiei C B. Clarke. Subsection 6. Holmia (Boern. ) S. R. Zhang Type: K. esenbeckii (Kunth) Noltie. Subsection 7. Utriculatae S. R. Zhang Type: K. prainii Kukenthal.

克氏针茅(Stipa krylovii Roshev.)草原植物凋落物分解特性及其对环境变化的响应

凋落物的分解对生物地球化学循环起着重要的作用。本研究以位于中国北方农牧交错区（内蒙古多伦县）的半干旱克氏针茅(Stipa krylovii Roshev.)草原生态系统为背景，针对凋落物分解研究中的几个关键过程和问题进行了探讨。研究内容包括该生态系统中几种常见植物凋落物的分解速率，在分解过程中的养分动态，凋落物的混合效应（即非加性效应）及其机制，全球变化引起的土壤有效N、P和降水增加对凋落物分解的影响及其对草原生态系统碳储量的影响等。 通过对克氏针茅、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa Trin.)、双齿葱(Allium bidentatum Fisch.)、野韭(Allium ramosum L. Sp. Pl.)和冰草(Agropyron cristatum Gaertn.)的叶、茎、根凋落物的研究发现，叶和茎的分解速率与凋落物初始N和P含量呈显著正相关，根系的分解速率与初始C/N比呈显著负相关。根系凋落物一般比叶和茎凋落物分解速率快，而且具有更快的养分周转速率。有些凋落物混合在一起分解后对分解速率产生了混合效应（混合凋落物的实际分解速率偏离于基于组分凋落物计算的预期分解速率），同时它们对养分（主要是N、P、Ca、Mg）的固定或释放被延后。混合效应发生与否以及混合效应的方向主要取决于组分凋落物的特点，而与凋落物多样性的高低没有明显的关系。混合凋落物对养分动态的负作用，能降低退化生态系统遭到干扰后养分的损失，而且养分释放时间的延后有助于某些植物更好地生长，有利于退化草原生态系统恢复过程中植被结构的改善。 由于凋落物的质量对分解速率的影响重大，凋落物的化学组成很可能对混合凋落物分解过程中的非加性效应起重要作用，然而迄今为止没有明确的结论。本文研究发现，具有不同初始N、P含量的凋落物（同一物种）混合在一起分解后产生了正的非加性效应，非加性效应的强弱与组分凋落物初始N、P含量的差异大小有关。而且，非加性效应与P含量差异大小的相关性比与N的强，这可能与研究地点土壤中P的含量相对更为缺乏有关。这一研究结果表明，凋落物的化学组成在有些情况下确实与非加性效应有关。 通过施肥和浇水试验，研究了全球变化引起的土壤有效N、P和水分的增加对具有不同生活型和化学组成的两种优势草原植物，即双齿葱和克氏针茅凋落物分解的直接影响。结果发现，向土壤中添加N肥或N、P复合肥，在短期内（100天）加速了这两种植物的分解速率。高质量凋落物（双齿葱）的分解更容易受到土壤水分条件的限制，而低质量凋落物（克氏针茅）的分解对土壤养分有效性更敏感。土壤中有效养分的增加会提高分解凋落物对养分的固定，有利于退化生态系统中养分的保持。双齿葱对内蒙古半干旱典型草原的碳循环和养分动态的贡献，比克氏针茅要更大。研究结果提示人们，对草原生态系统的碳循环和养分动态进行模拟时，需要对不同化学组成的凋落物分别加以考虑。 本文还探讨了土壤有效N长期增加后对两种优势草原植物（克氏针茅和冷蒿(Artemisia frigida Willd)）凋落物分解的综合影响，并进一步区分了由土壤有效N增加引起的凋落物质量改变的间接作用和土壤状况改变的直接作用。结果发现，土壤有效N长期增加后对凋落物的分解速率没有明显影响，但是显著加速了分解凋落物对养分的固定，这可能是由于凋落物质量对分解的促进作用和土壤状况对分解的抑制作用相互抵消的原因所造成的。向土壤中添加N素后，地上部植被生产力不可避免的会提高，尽管短期内会加速凋落物的分解速率，但从长远来看，对凋落物的分解速率不会产生影响，所以估计土壤有效N增加后最终会提高草原生态系统的净碳储量。 通过本研究，对中国北方农牧交错区（内蒙古多伦县）半干旱克氏针茅草原生态系统的养分循环过程有了初步的了解，验证了混合凋落物分解过程中非加性效应发生的可能性，并且证明组分凋落物的初始化学组成对这种非加性效应确实起着重要作用。本研究说明全球变化对不同植物种凋落物分解的影响是不同的，而且因研究时间长短的不同对凋落物分解的影响会发生变化。研究结果为草原生态系统碳和养分循环过程的模拟提供了必要的基础资料，为混合凋落物分解过程中非加性效应发生的可能机制提供了强有力的证据，对在全球变化背景下人们对草原生态系统碳和养分循环过程的认识和模拟有着重要的参考价值。

陕北黄土丘陵沟壑区水土保持耕作及施肥下农田土壤种子库特征

为了探明多年免耕下农田恶性杂草发生的机理,提高保护性耕作下作物对农田恶性杂草持久稳定的抑制效果,依据陕西安塞田间4a的定位试验,采用小区调查取样和室内实验相结合的方法,从物种组成、密度特征、多样性以及相似性特征等方面,研究了黄土丘陵旱作农区大豆(Glycine max)、玉米(Zea mays)、红小豆(Semen Phaseoli)、马铃薯(Solanum tuberosum)在翻耕化肥(CF)、翻耕有机肥(CM)、翻耕无肥(CN)、免耕化肥(NF)、免耕有机肥(NM)、免耕无肥(NN)等水平下的农田土壤种子库。结果表明:(1)4种作物24种土样中共萌发出12个物种1965株幼苗,隶属于7科12属。1年生杂草占94%,棒头草(fugax nees ex steud)、苋菜(Acalypha australis)、马唐(Digitaria sanguinalis)、早熟禾(Poasphondylodes)为优势种,占87%。(2)在0～20cm土层不同处理间,土壤种子库的密度变动于(282.9±63.4)～(7482.5±1078.3)粒.m-2,其中,红小豆小区>马铃薯小区>大豆小区>玉米小区;翻耕小区>免...

江苏省云台山7种野生中草药植物根区土壤真菌多样性研究

通过对江苏省云台山地区7种不同野生中草药植物烟台百里香(T.quinquecostatusCelak.)、掌叶半夏(P.pedatisectaSchott.)、何首乌(P.multiflorumThunb.)、海洲香薷(E.splendensNakai ex F.)、野葛[P.lobata(Willd)Ohwi]、紫金牛(A.japonicaBl.)和菝葜(S.sieboldiiMiq.)根区土壤真菌进行分离鉴定,共分离出真菌16属126种。多样性分析结果表明,7种野生中草药植物根区土壤真菌种群多样性丰富,其中青霉属(Penicillium)、曲霉属(Asper-gillus)和木霉属(Trichoderma)是中草药植物根区土壤中的优势种群,镰孢菌属(Fusarium)、交链孢属(Alternaria)、腐霉属(Pythium)、毛霉属(Mucor)真菌分布丰度也较高。结果也表明根区土壤真菌群落在一定程度上受到中草药植物的影响,大部分野生中草药植物根区土壤的真菌群落的均匀度指数低于裸地非根区土壤,而丰富度指数却高于裸地非根区土壤。不同野生中草药植物根区土壤真菌区系的结构和组成存在一定的差异性,紫金牛根区土壤中真菌种类最多,达到14属,而野葛根区土壤中真菌种类最少,只有8属。

Decomposition of emergent macrophyte roots and rhizomes in a northern prairie marsh

Dry mass, nitrogen and phosphorus content in belowground litter of four emergent macrophytes (Typha glauca Godr., Phragmites australis (Cav.) Trin., Scolochloa festucacea (Willd.) Link and Scirpus lacustris L.) were followed for 1.2 years in a series of experimental marshes, Delta Marsh, Manitoba. Litter bags containing roots and rhizome materials of each species were buried in unflooded soil, or soil flooded at three water depths (1–30, 31–60, > 60 cm). There were few differences in dry mass loss in unflooded or flooded soils, and depth of flooding also had little effect on decomposition rates. In the flooded sites, Scolochloa and Phragmites roots lost more mass (48.9–63.8% and 59.2–85.5%, respectively) after 112 days than Typha and Scirpus (36.3–43.6 and 37.0–47.2%, respectively). These differences continued through to the end of the study, except in the shallow sites where Scirpus roots lost more mass and had comparable mass remaining as Scolochloa and Phragmites. In the unflooded sites, there was little difference between species. All litters lost nitrogen (22.9–90.0%) and phosphorus (46.3–92.7%) during the first 112 days, then levels tended to remain constant. Decay rates for our belowground root and rhizome litters were comparable to published literature values for aboveground shoot litter of the same species, except for Phragmites roots and rhizomes which decomposed at a faster rate (−k = 0.0014−0.0032) than shoots (−k = 0.0003−0.0007, [van der Valk, A.G., Rhymer, J.M., Murkin, H.R., 1991. Flooding and the decomposition of litter of four emergent plant species in a prairie wetland. Wetlands 11, 1–16]).

科尔沁沙地人工固沙群落草本植物种群生态位特征

运用Levins生态位宽度和Pianka生态位重叠公式,计测分析了科尔沁沙地流动沙丘以及山竹子Hedysarum fruticosum、柠条锦鸡儿Caragana korshinskii、黄柳Salix gordejevii和小叶锦鸡儿C.micro-phylla人工固沙群落内草本植物种群的生态位宽度和生态位重叠。研究结果表明:在不同的生境条件下物种的生态位宽度存在差异,沙蓬Agriophyllum squarrosum在流动沙丘上的生态位宽度最大,狗尾草Setar-ia viridis、毛马唐Digitaria ciliaris分别在山竹子群落和黄柳群落中的生态位宽度最大,烛台虫实Corispermum candelabrum在柠条锦鸡儿群落和小叶锦鸡儿群落中占据着最宽的生态位。各群落中生态位宽的物种对生态位重叠值较大,但有些较窄的生态位物种对之间也出现较大的生态位重叠,这种现象从另外的角度表明各群落内环境资源存在一定的空间异质性。不同固沙群落中相同物种的生态位宽度和生态位重叠的差异在一定程度上反映了各群落内不同的区域环境特征。

Defoliation, nitrogen, and competition: effects on plant growth and resource allocation of Cleistogenes squarrosa and Artemisia frigida

Two species, Artemisia frigida Willd. (C-3, semishrub, and dominant on overgrazed sites) and Cleistogenes squarrosa (Trin.) Keng (C-4, perennial bunchgrass, and dominant or codominant on moderately grazed sites) were studied to determine the effects of defoliation, nitrogen (N) availability, competition, and their interactions on growth, biomass, and N allocation in a greenhouse experiment. The main treatments were: two nitrogen levels (NO = 0 mg N pot(-1), N1 = 60 mg N pot(-1)), two defoliation intensities (removing 60% of total aboveground biomass and no defoliation), and three competitive replacement series (monocultures of each species and mixtures at 0.5:0.5). Our results were inconsistent with our hypothesis on the adaptive mechanisms of A. frigida regarding the interactive effects of herbivory, N, and competition in determining its dominant position on overgrazed sites. Cleistogenes squarrosa will be replaced by A. frigida on over-grazed sites, although C. squarrosa had higher tolerance to defoliation than did A. frigida. Total biomass and N yield and N-15 recovery of C. squarrosa in mixed culture were consistently lower than in monocultures, whereas those of A. frigida grown in mixtures were consistently higher than in monocultures, suggesting higher competitive ability of A. frigida. Our results suggest that interspecific competitive ability may be of equal or greater importance than herbivory tolerance in determining herbivore-induced species replacement in semi-arid Inner Mongolian steppe. In addition, the dominance of A. frigida on overgrazed sites has been attributed to its ability to shift plant-plant interactions through (lap colonization, root niche differentiation, and higher resistance to water stress.