Decline in medicinal and forage species with warming is mediated by plant traits on the Tibetan Plateau

Experimental studies of how global changes and human activities affect plant diversity often focus on broad measures of diversity and discuss the implications of these changes for ecosystem function. We examined how experimental warming and grazing affected species within plant groups of direct importance to Tibetan pastoralists: medicinal plants used by humans and palatable plants consumed by livestock. Warming resulted in species losses from both the medicinal and palatable plant groups; however, differential relative vulnerability to warming occurred. With respect to the percent of warming-induced species losses, the overall plant community lost 27%, medicinal plants lost 21%, and non-medicinal plants lost 40% of species. Losses of palatable and non-palatable species were similar to losses in the overall plant community. The deep-rootedness of medicinal plants resulted in lowered sensitivity to warming, whereas the shallow-rootedness of non-medicinal plants resulted in greater sensitivity to warming; the variable rooting depth of palatable and non-palatable plants resulted in an intermediate response to warming. Predicting the vulnerability of plant groups to human activities can be enhanced by knowledge of plant traits, their response to specific drivers, and their distribution within plant groups. Knowledge of the mechanisms through which a driver operates, and the evolutionary interaction of plants with that driver, will aid predictions. Future steps to protect ecosystem services furnished by medicinal and palatable plants will be required under the novel stress of a warmer climate. Grazing may be an important tool in maintaining some of these services under future warming.

Effects of forage composition and growing season on methane emission from sheep in the Inner Mongolia steppe of China

Understanding the effects of dietary composition on methane (CH4) production of sheep can help us to understand grassland degradation resulting in an increase of CH4 emission from ruminant livestock and its resulting significance affecting CH4 source/sink in the grazing ecosystem. The objective of this study was to investigate the effect of forage composition in the diet of sheep in July and August on CH4 production by sheep in the Inner Mongolia steppe. The four diet treatments were: (1) Leymus chinensis and Cleistogenes squarrosa (LC), (2) Leymus chinensis, Cleistogenes squarrosa and concentrate supplementation (LCC), (3) Artemisia frigida and Cleistogenes squarrosa (AC), and (4) Artemisia frigida, Cleistogenes squarrosa and concentrate supplementation (ACC). CH4 production was significantly lower in July than in August (31.4 and 36.2 g per sheep-unit per day, respectively). The daily average CH4 production per unit of digestive dry matter (DM), organic matter (OM) and neutral detergent fiber (NDF) increased by 10.9, 11.2 and 42.1% for the AC diet compared with the LC diet, respectively. Although concentrate supplementation in both the AC and LC diets increased total CH4 production per sheep per day, it improved sheep productivity and decreased CH4 production by 14.8, 12.5 and 14.8% per unit of DM, OM and NDF digested by the sheep, respectively. Our results suggested that in degraded grassland CH4 emission from sheep was increased and concentrate supplementation increased diet use efficiency. Sheep-grazing ecosystem seems to be a source of CH4 when the stocking rate is over 0.5 sheep-units ha(-1) during the growing season in the Inner Mongolia steppe.

An application of the analytic hierarchy process and fuzzy logic inference in a decision support system for forage selection

Forage selection plays a prominent role in the process of returning cultivated lands back into grasslands. The conventional method of selecting forage species can only provide attempts for problem-solving without considering the relationships among the decision factors globally. Therefore, this study is dedicated to developing a decision support system to help farmers correctly select suitable forage species for the target sites. After collecting data through a field study, we developed this decision support system. It consists of three steps: (1) the analytic hierarchy process (AHP), (2) weights determination, and (3) decision making. In the first step, six factors influencing forage growth were selected by reviewing the related references and by interviewing experts. Then a fuzzy matrix was devised to determine the weight of each factor in the second step. Finally, a gradual alternative decision support system was created to help farmers choose suitable forage species for their lands in the third step. The results showed that the AHP and fuzzy logic are useful for forage selection decision making, and the proposed system can provide accurate results in a certain area (Gansu Province) of China.

多效唑（MET）在玉米组培中的作用及机理研究

多效唑（MET）是一种新型的植物生长调节剂．本文以多杆多穗青饲玉米为材料详细地研究了它征组织培养中的作用和生物学效应，并对它的作用机理也进行了初步的探讨。 研究结果表明：(1)适宜浓度的MET能够提高不同外植体愈伤组织的诱导率;(2)2～4 mg／lMET能改善愈伤组织的质量，提高愈伤组织的分化率、绿苗形成率、根的形成率和正常苗／异常苗的比值;（3）壮苗培养，MEP能使再生苗形态结构和生理等方面均发生较大的变化，并使其生长健壮，根系发达，移裁入土后成活率提高，达80%以上;（4）在再生苗的长期保存中，MET也具有良好的作用效应;(5)在继代培养中，MET处理后，愈伤组织的生长值下降;过氧化物酶活性和IAA氧化酶活性增加， 内源乙烯的释放量上升;外源GA3可逆转MET的作用效应，IAA、kt、ABA没有逆转效应，相反，ABA与MET对抑制愈防组织的生长具有加成效应．MET的作用机班可能是：通过改变细胞内酶的活性和内源激素的含量水平来控制愈伤组织细胞的生长、分化以及再生植株的生长和发育。 MET在玉米组培中所表现出的良好的作用效应表明：对于解决植物组织培养中所普遍存在的一些问题，用MET处理可能会变成一种有效的方法。展示出MET在植物生物技术领域也具有广泛的应用前景。

玉米、谷子基因转化的研究

本工作用BT基因、PinⅡ基因和bar基因对青饲玉米、谷子进行了基因转化的研究，并且对转基因的受体、转基因的方法、转化后的筛选、检测及植株再生等问题进行了探讨。 玉米胚性细胞系，包括胚性愈伤组织和胚性细胞悬浮系，可作为基因转化的受体，它亦是原生质体培养的关键。玉米的基因型对胚性细胞系的获得有很大的影响。在相同的培养条件下，九个青饲玉米品系都得到了I型愈伤组织，但仅有两个品系(232和235)得到了胚性细胞系(L32和L35)。幼胚的长度及年龄也是影响诱导形成胚性愈伤组织的一个重要因素，最佳胚长是1-1.5mm，最佳胚龄是授粉后10-12天的幼胚。另外，适当提高蔗糖浓度对胚性细胞悬浮系的建立及保持均有好处。 从玉米原生质体培养获得了再生植株．在此基础上用电激法和PEG法将BT基因导入玉米原生体，发现在原生质体培养过程中，同对照相比，第一次细胞分裂及形成愈伤组织的时间往后推移． 诱导玉米I型愈伤组织没有基因型的限制，可以从大多数玉米品系中得到。并且玉米I型愈伤组织具有极强的分化能力．我们将玉米I型愈伤组织作为基因枪法转化的受体，获得了转基因工程植株。目前，尚未见这方面的报道． 基因枪法转化玉米胚性细胞系，得到抗性愈伤组织的效率约为1/40。用直径约3mm的玉米I型愈伤组织块作基因枪法转化受体，转化后经筛选平均每块可得到1-4个抗性愈伤组织系。用PEG和电激法转化玉米原生质体，转化后原生质体再生愈伤组织中，抗性愈伤组织的得率为9.3%和8.9%， 基因枪法适应完整的细胞和组织的转化，可较快得到抗性植株，在玉米基因转化研究中， 为了较快地得到转化植株，用基因枪法较电激法和PEG法更好，在玉米三种基因转化的受体中（原生质体、胚性细胞系和I型愈伤组织），以I型愈伤组织作受体最好，用它作受体可以避免原生质体培养的困难，克服获得胚性细胞系的基因型的限制。 胚性细胞系对抗菌素的耐受性随继代时间增长而增加．I型愈伤组织对抗菌素的耐受性 同愈伤组织块的大小呈正相关。 由于玉米愈伤组织对卡那霉素的本底抗性较高，所以需要用高浓度(800mg/L)的卡那霉 素进行筛选，过高的选择压力对芽的分化有抑制作用．用电激和PEG处理后的原生质体再生的愈伤组织，经卡那霉素筛选出的抗性愈伤组织未能得到再生植株。而对照则得到了再生植株。用PPT和Hyg筛选出的抗性愈伤组织得到了再生植株． 用PCR和Southern杂交对抗性愈伤组织和再生植株进行检测，证明外源基因已整合到 玉米基因组中。得到了携有BT基因、bar基因或PinⅡ基因的愈伤组织或工程植株。 用豫谷一号的幼穗诱导获得了胚性愈伤组织，基因枪转化后，经PPT筛选得到抗性愈伤组织。每个5cm的培养皿内装有谷子胚性愈伤组织约0.5g，经筛选后可得到5-10块抗性愈伤组织，此PPT抗性的愈伤组织用PCR和Southern杂交检测，证明bar基因已整合到了谷子的基因组中。从转化愈伤组织中已分化出了再生植株。

羊草草原群落氮素平衡和碳水化合物贮藏对氮素添加的响应

草地在世界各种不同的气候带和土壤类型区均有分布，约占陆地面积的24%。尽管二十世纪中叶以来，人类通过各种措施，使氮素由大气圈进入生物圈的量已经翻了一翻，但是，草地生态系统由于没有得到足够的氮素补充，其生产力至少是季节性地受到氮素的制约。我国草原生态系统的退化与氮素匮乏已经引起了广泛重视。尽管一些研究者的工作已经涉及到氮素循环的一些方面，但是关于草原生态系统的氮素平衡过程的系统研究迄今尚未开展。地下器官中贮藏养分的积累是多年生牧草抵御不良环境条件的物质保障，碳水化合物是我国典型草原植物重要的贮藏营养物质。但是关于我国草原生态系统贮藏养分的研究还相当匮乏。值得一提的是，不合理的人类活动也加剧了草地生态系统氮素的损失，甚至对全球环境和人类健康产生了重要影响。为此，我们在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站的羊草样地设计了氮素添加试验，采用15N稀释法对典型草原羊草群落的氮素吸收利用、氮素平衡进行了研究，并就氮素添加条件下，植物氮素利用与植物竞争的关系、氮素吸收分配与牧草生物产量与品质的关系进行了探讨。同时采用高效液相色谱对羊草群落植物贮藏碳水化合物的种类与含量进行了测定。 15N稀释法的试验结果表明：我国典型草原羊草群落吸收的氮素平均16.41%来源于肥料，83.59%来源于土壤。氮素添加不仅显著促进了羊草群落地上器官对肥料氮索和土壤氮素的吸收量，而且促进了地下器官对肥料氮素和土壤氮素的吸收量。生物量达到最大时，羊草群落吸收的氮素分配到地下器官中的比例平均为74.85%，分配到地上器官中的比例平均为25.15%。植物吸收的肥料氮素在地上和地下器官之间的分配比例约各占50%。 在我国典型草原羊草群落，植物对肥料氮素的回收率仅为31.61%，氮素添加显著影响羊草群落植物对肥料氮素的回收，随着氮素添加量的提高，地上和地下植物器官对肥料氮素的回收量均显著提高。凋落物的肥料氮素回收率为2.92%，地下凋落物的回收率显著高于地上凋落物。肥料氮素的土壤存留率为36.16%，主要分布在地表至40cm的土层范围内(>95%)。各土层存留的标记肥料氮素量均随着氮素添加量的增加而显著提高。肥料氮素的当季损失率为21.77%-43.38%。风险：收益分析表明，在本试验条件下，添加5.25gN/m2与28gN/m2的处理风险大于收益，添加17.5g/m2的处理风险最低，收益最高，在草原生态系统的管理中可以参考。 为了了解羊草群落植物的竞争能力是否对羊草群落植物的相对多度有影响，我们对不同盖度的10个物种的15N吸收速率、15N分配、植物组织氮素含量、单株生物量、根／冠比、氮素生产力等反映植物竞争能力的指标进行了测定和分析。发现向根系的氮素分配比例、根／冠比、和氮素生产力与植物的相对盖度显著正相关，向地上器官的氮素分配比例、氮素吸收速率与相对盖度呈显著负相关，而植物组织氮素含量、和单株生物量与植物相对盖度无关。 试验前，我们认为氮素吸收速率应该与植物的相对多度显著正相关，但是本试验发现却是显著负相关。这一结果说明，高的氮素吸收速率并不能代表较高的竞争能力，而是稀少植物能够与优势植物共存的一种生理机制。 氮素的吸收与分配显著地影响牧草的生物产量和品质。氮素添加提高了羊草生物量，促进了生物量向地上器官的分配比例，降低了向根系的分配比例，使根／冠比显著降低。氮素添加促进了羊草对氮素的吸收以及向茎叶中的分配比例，降低了向根系的分配比例，提高了羊草各器官的氮素含量和地上器官的蛋白质含量，对根系的蛋白质含量无显著影响。本试验条件下，氮素添加水平为17.5gN/m2时，羊草根、茎、叶生物产量均最高。与17.5gN/m2的处理相比较，添加28gN/m2的处理，羊草的生物产量以及牧草蛋白质含量均无显著差异。初步认为，本实验条件下，17. 5gN/m2是较为适宜的氮素添加量。 地下器官中贮藏养分的积累是多年生牧草抵御不良环境条件的物质保障，碳水化合物是我国典型草原植物重要的贮藏营养。采用高效液相色谱(HPLC)对羊草群落地下器官的贮藏性碳水化合物进行了分析。结果表明，羊草群落地下贮藏碳水化合物种类主要包括甘露糖醇、果聚糖、蔗糖、葡萄糖和果糖。其中甘露糖醇是最主要贮藏碳水化合物，约占60%;其次是果聚糖，约占30%。氮素添加量对羊草群落地下贮藏碳水化合物有显著影响。在0～50 g NH4N03. m-2.yr-1范围内，随着氮素添加量的增加，总糖、果聚糖、甘露糖醇的含量均逐渐升高。氮素添加时期对羊草群落地下贮藏碳水化合物含量亦有显著影响。7月初（雨季）添加氮素比4月份（牧草开始返青）更有利于牧草地下贮藏碳水化合物的积累。 对羊草根茎中的贮藏性碳水化合物的测定结果表明，羊草根茎中的贮藏碳水化合物组分主要包括果聚糖、甘露糖醇、蔗糖、葡萄糖和果糖。其中果聚糖是最主要贮藏碳水化合物，约占60%：其次是甘露糖醇，约占20%。氮素添加量对羊草根茎中的贮藏碳水化合物有显著影响。在0～17.5 g N/m2范围内，随着氮素添加量的增加，总糖、果聚糖、甘露糖醇的含量均逐渐升高。氮素添加时期对羊草根茎中的贮藏碳水化合物的含量亦有显著影响。在7月初添加氮素比4月份添加氮素更有利于贮藏碳水化合物的积累。

黄河首曲湿地功能区“黑土滩”退化草甸恢复改良

采用样方法研究了首曲湿地功能区"黑土滩"退化草甸改良后3 a的群落特征变化,分析了围栏封育和补播"高寒1号"生态组合草种对退化草甸的恢复改良效果.结果显示:仅封育3 a后,"黑土滩"退化草甸群落的盖度、高度、地上生物量和可食牧草比例均显著提高,丰富度指数由0.55增加到0.75,多样性指数由0.07增加到了0.25;封育后补播"高寒1号"生态草种相对于封育前,使得退化草甸的盖度增加了56.00%,高度增加了11.74 cm,地上生物量增加了222.24 g/m~2,可食牧草比例增加了55.98%,物种数由5种/m~2增加到了15种/m~2,丰富度指数由0.55增加到了3.29,多样性指数由0.07增加到了1.85,均匀度指数由0.06增加到了0.27.相对围栏封育而言,封育后补播是一种更有效的"黑土滩"退化草甸改良恢复措施.围栏封育和补播配套实施可以显著改善"黑土滩"退化草地的群落貌相、草地生产力和组分结构状况.

长期施用氮、磷和有机肥对不同种植体系土壤有效硫累积的影响

以22年定位试验为基础,研究了长期施用氮、磷和有机肥(NPM)对不同种植体系土壤有效硫在剖面上分布与累积状况。结果表明,在60—80 cm土层各处理出现第一个累积峰,累积峰值为粮饲轮作31.3,玉米连作29.2,小麦连作27.9,粮豆轮作25.6,苜蓿连作24.0 mg/kg;在140—180 cm土层各处理又出现有效硫的第二个累积峰,累积峰值为粮饲轮作44.7,粮豆轮作43.1,小麦连作41.0,玉米连作39.7,苜蓿连作36.5 mg/kg。第二累积峰值均大于第一累积峰值。0—200 cm土层有效硫总累积量粮饲轮作高达746.3 kg/hm~2,其次为玉米连作640.6,粮豆轮作为638.3,小麦连作为622.4,苜蓿连作最小为557.3 kg/hm~2。长期施用磷肥和有机肥是有效硫在土壤中累积的主要因素,有效硫在土壤剖面上有向深层迁移的趋势。不同作物对硫的吸收利用差异和不同种植方式对有效硫的累积与分布产生影响。

黄土丘陵区小流域综合治理生态经济过程分析——以宁夏隆德县李太平小流域为例

从生态经济系统分析角度出发,对小流域生态经济结构及其演变进行分析,以期评价小流域生态经济效益。对比分析了小流域生态经济系统土地利用结构及其适宜性、产业结构、消耗结构和饲料生产平衡,利用线性模型对土地利用结构进行了优化模拟,采用描述生态系统稳定性的多样性指数描述流域经济系统稳定性,并用静态和动态模型对治理经济效果进行评价。流域农、林、牧用地比例由1990年的6．2:2．0:1．0变为2003年的1．9:1．4:1．0;农业产值所占比重由79．6％下降为54．8％;林业、牧业、副业产值比例分别由9．6％、9．6％、1．1％上升为22．7％、 15．1％、7．4％。收入多样性指数呈增加趋势,消耗结构趋向合理,饲料供需平衡,经济评价中各指标均显示经济效益显著,表明生态经济结构明显有利于生态经济系统的进展演变,流域生态经济结构趋于稳定,生态经济效益显著。