Changes in plant biomass and species composition of alpine Kobresia meadows along altitudinal gradient on the Qinghai-Tibetan Plateau

Alpine Kobresia meadows are major vegetation types on the Qinghai-Tibetan Plateau. There is growing concern over their relationships among biodiversity, productivity and environments. Despite the importance of species composition, species richness, the type of different growth forms, and plant biomass structure for Kobresia meadow ecosystems, few studies have been focused on the relationship between biomass and environmental gradient in the Kobresia meadow plant communities, particularly in relation to soil moisture and edaphic gradients. We measured the plant species composition, herbaceous litter, aboveground and belowground biomass in three Kobresia meadow plant communities in Haibei Alpine Meadow Ecosystem Research Station from 2001 to 2004. Community differences in plant species composition were reflected in biomass distribution. The total biomass showed a decrease from 13196.96 +/- 719.69 g/m(2) in the sedge-dominated K. tibetica swamp to 2869.58 +/- 147.52 g/m(2) in the forb and sedge dominated K. pygmaea meadow, and to 2153.08 +/- 141.95 g/m(2) in the forbs and grasses dominated K. humilis along with the increase of altitude. The vertical distribution of belowground biomass is distinct in the three meadow communities, and the belowground biomass at the depth of 0-10 cm in K. tibetica swamp meadow was significantly higher than that in K. humilis and K. pygmaea meadows (P < 0.01). The herbaceous litter in K. tibetica swamp was significantly higher than those in K. pygnaeca and K. humilis meadows. The effects of plant litter are enhanced when ground water and soil moisture levels are raised. The relative importance of litter and vegetation may vary with soil water availability. In the K. tibetica swamp, total biomass was negatively correlated to species richness (P < 0.05); aboveground biomass was positively correlated to soil organic matter, soil moisture, and plant cover (P < 0.05); belowground biomass was positively correlated with soil moisture (P < 0.05). However, in the K. pygnaeca and K. humilis meadow communities, aboveground biomass was positively correlated to soil organic matter and soil total nitrogen (P < 0.05). This suggests that the distribution of biomass coincided with soil moisture and edaphic gradient in alpine meadows.

Temperature and biomass influences on interannual changes in CO2 exchange in an alpine meadow on the Qinghai-Tibetan Plateau

Three years of eddy covariance measurements were used to characterize the seasonal and interannual variability of the CO2 fluxes above an alpine meadow (3250 m a.s.l.) on the Qinghai-Tibetan Plateau, China. This alpine meadow was a weak sink for atmospheric CO2, with a net ecosystem production (NEP) of 78.5, 91.7, and 192.5 g C m(-2) yr(-1) in 2002, 2003, and 2004, respectively. The prominent, high NEP in 2004 resulted from the combination of high gross primary production (GPP) and low ecosystem respiration (R-e) during the growing season. The period of net absorption of CO2 in 2004, 179 days, was 10 days longer than that in 2002 and 5 days longer than that in 2003. Moreover, the date on which the mean air temperature first exceeded 5.0 degrees C was 10 days earlier in 2004 (DOY110) than in 2002 or 2003. This date agrees well with that on which the green aboveground biomass (Green AGB) started to increase. The relationship between light-use efficiency and Green AGB was similar among the three years. In 2002, however, earlier senescence possibly caused low autumn GPP, and thus the annual NEP, to be lower. The low summertime R-e in 2004 was apparently caused by lower soil temperatures and the relatively lower temperature dependence of R-e in comparison with the other years. These results suggest that (1) the Qinghai-Tibetan Plateau plays a potentially significant role in global carbon sequestration, because alpine meadow covers about one-third of this vast plateau, and (2) the annual NEP in the alpine meadow was comprehensively controlled by the temperature environment, including its effect on biomass growth.

农牧交错区不同植物群落的根冠比特征及土壤呼吸日动态的观测研究

本论文对草地群落地上/地下生物量构成、根冠比特征及其影响因子以及土壤呼吸测定方法比较等的国内外研究进展和主要成果进行了综述，在此基础之上对地处我国北方农牧交错带中段的内蒙古多伦县境内的18种草地群落（包括天然草地和人工草地群落）进行了相关内容的研究工作。 在2002年生长季期间，对这18个植物群落中选取的16个进行了群落学调查，测定了其地上、地下生物量，同时测定了土壤含水量、土壤容重、土壤全氮含量和土壤有机质含量。分别分析了地上、地下生物量以及根冠比（root to shoot ratio）与这些立地因子间的相关关系。同期，从18个群落中选定10个代表性群落测定其土壤呼吸速率，测定方法选用了动态红外气体分析法 (Infra red gas analysis， abbreviated as IRGA)和碱液吸收法（Alkali absorption, abbreviated as AA）。对这两种方法的测定结果进行了比较分析，同时分析了不同群落间土壤呼吸变化与土壤水分和养分状况等的相关关系。主要结论如下： ①16种植物群落的地上和地下生物量差异明显，地上生物量变化范围在80~500 g•m-2之间;相比之下，地下生物量的变化范围要大得多，16个群落中地下生物量最小的为猪毛菜群落，最大的为拂子茅群落，分别为533 g•m-2和2590 g•m-2。群落的根冠比在1.5～11.21之间，平均根冠比为 5.69。 ②土壤含水量对地上和地下生物量有着重要的影响，土壤含水量高的样地（羊草样地）较含水量低（小米蒿样地）的样地地上生物量高，反之亦然。但含水量与地下生物量之间的这种关系却不明显，即土壤含水量高的样地其地下生物量并不一定比含水量低的样地地下生物量高;根冠比与土壤含水量之间基本上呈负相关。土壤全氮含量和有机质含量与地上、地下生物量也存在着一定的正相关关系，而土壤容重却与生物量存有负相关关系;根冠比与土壤全氮、有机质和容重的关系正好与此相反，即根冠比与全氮和有机质含量呈负相关，与容重为正相关。 ③10种植物群落土壤呼吸的昼夜变化比较明显，均为单峰型曲线，主要受土壤温度的驱动，但同时也受到当日降水情况和云量、风速等气象因子的较大影响。因此，影响到这些群落土壤呼吸日动态的一致性，使得规律性并不明显。 ④用碱液吸收法和动态密闭气室法测定的10个群落的土壤呼吸速率变化范围分别为394~894mg C•m-2•d-1和313~2043 mg C•m-2•d-1，其中碱液吸收法测定结果平均为动态气室法的67.5%，明显低于动态密闭气室法。 ⑤两种测定方法具有很好的相关性，R2为0.8739。本研究中发现，在土壤呼吸速率低的情况下，两种方法的测定结果十分接近，甚至碱液吸收法的测定结果稍大于动态密闭气室法;而在土壤呼吸速率较高的情况下，动态密闭气室法测定结果则显著高于碱液吸收法。上述结果与国内外同类研究的结果高度一致，从而为校正我们以往采用碱液吸收法在该区域的测定结果提供了可靠依据。 ⑥各个群落间的土壤呼吸变化与立地土壤水分和土壤养分之间存有一定的相关关系，但并不显著，可能与这些群落土壤呼吸测定不是在同一天进行有关。

放牧对内蒙古草原群落和土壤种子库的影响及两者关系的研究

选取内蒙古草原三种主要草原类型（草甸草原、典型草原和荒漠草原）代表性群落羊草杂类草群落、羊草群落和大针茅群落、小针茅群落，应用样线法沿水分梯度研究放牧对内蒙古草原不同植物群落功能群组成、多样性、生产力以及多样性与生产力关系的影响和放牧对土壤种子库组成、大小以及多样性的影响，在此基础上，研究土壤种子库与地上植被间的关系。主要结论如下： 1 放牧对植物群落的影响 荒漠草原的放牧演替规律为小针茅群落→猪毛菜 + 小针茅群落→猪毛菜群落;典型草原为羊草或大针茅群落→糙隐子草 + 大针茅群落或克氏针茅群落→星毛委陵菜 + 糙隐子草群落;草甸草原为羊草杂类草群落→羊草 + 贝加尔针茅群落，这是不同物种对牧压的不同适应结果造成的。 放牧使4种草原群落生活型功能群组分间发生强烈的生态替代作用，但不同的群落生态替代模式不同：放牧使小针茅群落多年生丛生禾草作用减弱，一二年生草本作用增强;羊草群落和大针茅群落多年生丛生禾草、多年生根茎禾草作用减弱，多年生杂类草作用增强;羊草杂类草群落多年生根茎禾草作用减弱，多年生丛生禾草作用增强。放牧使非旱生和C3植物作用减弱，而旱生、C4植物作用增强。 放牧对4种群落物种和功能群多样性的影响随不同的群落而表现不同：物种丰富度、物种多样性、生活型多样性 和水分生态类型多样性除羊草杂类草群落外随放牧强度的加大而降低，但适度放牧增加了羊草杂类草群落的上述多样性指标。 群落地上现存量一般随放牧强度的增大而下降，但小针茅群落反之，主要与一年生植物猪毛菜的生物量迅速增加有关。除羊草群落外，0~10 cm 地下生物量随放牧强度的变化不显著;除大针茅群落外，放牧显著降低0~30 cm 地下生物量。 放牧影响下内蒙古草原植物群落生物量随水分生态类型多样性的升高而升高，其回归方程为：Y = 809 + 774x （R2=0.84, P<0.001），其中Y代表群落地上现存量和地下生物量之和，x代表群落水分生态类型多样性。 2 放牧对土壤种子库的影响 小针茅群落、大针茅群落、羊草群落和羊草杂类草群落土壤种子库组成中均以多年生杂类草为主，分别占各自群落种子库总物种数的40%、52%、54%和67%。 生活型功能群种子库密度除羊草杂类草群落外，均以一二年生草本占优势。中度放牧升高了除小针茅群落外多年生禾草种子库密度;放牧增大了小针茅群落和羊草杂类草群落一二年生草本种子库密度;除羊草杂类草群落外，放牧对多年生杂类草种子库密度影响不大;总种子库组成中，灌木半灌木和小半灌木种子库密度不大，不随取样时间和牧压而变化。 中度放牧种子库总密度最大，小针茅群落在重度放牧最大，主要是由于猪毛菜种子库密度在重度放牧突增所致。总体上，内蒙古草原4种群落在不同取样时间不同牧压下种子库总密度波动在20.8~3819.2粒/m2。 土壤种子库物种丰富度最大值一般出现在10月份，除羊草杂类草群落外，不放牧群落较放牧群落为高，中度放牧使羊草杂类草群落土壤种子库物种丰富度增加。中度放牧增加了小针茅群落、大针茅群落7月份和羊草杂类草群落各取样时间土壤种子库物种多样性。 3 地上植被与土壤种子库的关系 土壤种子库的优势种在特定时间特定放牧强度下与地上现有植被优势种一致，但一致率仅为三次取样时间不同放牧强度下总体的23.3%。 地上植被与土壤种子库物种组成相似性指数受不同取样时间的影响，一般的10月取样最大。不同放牧强度对二者间的相似性亦有影响，中度放牧提高了小针茅群落、羊草杂类草群落各取样时间和大针茅群落、羊草群落4月份的相似性指数。隔年二次萌发法提高了二者间的相似性水平。总体上相似性指数变动在0.1~0.75之间。 地上植被现存量、总密度与各取样时间土壤种子库总密度之间不存在显著的相关性。 4 对于估计土壤种子库密度、物种组成和确定种子库与地上植被间的关系，隔年二次萌发法对于弥补直接萌发法本身所具有的不足不失为一种有益的尝试。

内蒙古高原成熟和退化羊草草原群落物种功能特性与土壤微生物量C、N、P对氮素添加响应

氮素是大多数陆地生态系统初级生产力的主要限制因子。由于人类的工业和农业生产活动不断加剧，导致全球性氮沉降增加，使大多数生态系统氮素的可获得性增强。从而降低或消除了氮素对生态系统的限制作用，加速了生态系统生物地球化学过程，对物种多样性和生态系统结构与功能产生了显著的影响。但由于成土母质、气候条件、地形地貌、植被组成等的差异，不同生态系统类型对氮素增加的响应也不尽相同。欧洲和北美一些发达国家地区对于草地生态系统对于全球性氮沉降增加响应进行了较全面的研究，对于分布广泛的欧亚大陆草原研究相对不足。 本文研究选择对于欧亚大陆草原较具代表性的成熟羊草草原群落及该群落的退化类型为研究对象，从1999年开始，在这两类群落中选取地形相对平缓均一，植被组成一致的地段设置了施肥小区并进行持续氮素添加实验。本文研究了成熟和退化羊草草原群落物种功能特性与土壤微生物量C、N、P对氮素添加响应。 羊草群落中6种主要植物的地上生物量、种群密度、比叶面积、叶氮和叶绿素含量对于氮素添加响应以及各指标之间相关关系的分析表明：比叶面积、基于质量的叶片含氮量和叶绿素含量、叶绿素a和叶绿素b的比值等叶片水平上物种功能特性间的相互作用，共同影响和决定了种群密度和地上生物量对氮素添加的响应。羊草通过提高比叶面积、叶片叶绿素含量和含氮量、种群密度及个体生物量等多重调节功能对氮素添加做出响应。西伯利亚羽茅主要通过提高比叶面积、单位质量叶片的叶绿素含量和含氮量，以及株丛生物量，使其在群落占据优势。大针茅和冰草在提高比叶面积、叶片叶绿素含量和含氮量的调节能力相对较低，种群密度沿氮素添加梯度显著降低。黄囊苔草只能通过提高叶片叶绿素含量和含氮量对氮素添加做出响应，其叶绿素a与叶绿素b的比值沿氮素添加梯度逐渐降低，种群密度和地上生物量也显著降低。糙隐子草的叶绿素a与叶绿素b比值沿氮素添加梯度显著降低，但由于糙隐子草具有较高的SLA，且对叶绿素、叶片含氮量的调节能力较强，氮素添加处理没有对其种群密度和地上生物量产生显著的影响。上述结果支持Tilman的光资源竞争假说和Knops等的物种替代假说。 成熟和退化羊草群落土壤微生物量、土壤有机碳、全氮、全磷、速效氮、pH以及凋落物碳、氮、磷含量的测定结果表明：（1）成熟羊草群落表层土壤微生物量碳、氮、磷含量均随氮素添加量的增加而降低;退化羊草群落表层土壤微生物量碳、氮、磷含量沿氮素梯度表现出先增加而后降低的趋势;相关分析的结果显示各群落土壤微生物量碳、氮、磷均与土壤pH呈显著的正相关。（2）微生物量碳、氮、磷含量均随土层深度的增加而下将;而对照的微生物量碳、氮、磷含量则与土壤有机质含量呈显著正相关。（3）年度间降水量差异对土壤微生物量碳、氮、磷具有较大影响。综合上述研究结果，我们认为成熟羊草群落土壤微生物生长不受氮素限制，但退化群落不同;氮素添加导致的土壤酸化作用可能是两类群落表层土壤微生物量下降的主要因素，且这种影响主要集中在0-10cm的表层土壤;表层土壤微生物量碳、氮、磷对氮素添加的响应可能还受到其它因子（如生长季降水量）的影响;深层土壤微生物量较低主要是由于土壤有机质含量较低的缘故。

内蒙古多伦典型草原几种植物叶片性状与生物量及降雨量关系的初步研究

植物性状是植物与环境长期互作过程中表现出的内在或外部的特征。目前植物生态学界关于植物性状的研究，主要包括以下三个方面的研究内容：植物性状与环境因子间的关系，反映植物性状对环境变化的响应或适应机制；植物性状与生态系统功能的关系，以更好地揭示生态系统功能的内在驱动机制；植物性状间的相关关系和消长对策，反映植物性状的协同进化机制。 本试验所在地区内蒙古多伦十三里滩为典型克氏针茅草原，水分为当地生态系统的主要限制因素。我们在当地的围封样地内，采用人工模拟生长季降雨变化梯度的方法，研究了内蒙古典型草原几种常见植物叶片功能性状对模拟降雨量梯度的响应、性状之间的协变关系以及植物性状与地上部分生物量间的关系。研究工作在2005-2006年期间进行。观测的叶片性状包括叶片干物质含量(LDMC)，比叶面积(SLA)和叶片氮含量(LNCmass, LNCarea)，以地上部分生物量作为年净初级生产力(ANPP)估计，降雨量梯度模拟了两个水平，即对照(接收正常降雨)和增雨。主要结论如下：1) 叶片性状在降雨量梯度上的变化趋势在物种水平上表现出多样化的特点，性状的变化趋势是否有显著的格局取决于物种或特定性状。2) 叶片性状对水分梯度的响应在功能群水平上表现出各自的特点，Grass功能群对水分梯度的响应敏感性较低，Forb居中，Legume表现出较强的敏感性，表明Grass功能群对水分的耐受性比较强，这在一定程度上解释了当地克氏针茅草原上目前以禾草类为主的现状，对物种之间的替代有一定的指示性。而群落水平上探讨性状在环境梯度上的变异趋势，研究结论存在较大的不确定性，主要是难以区分环境和系统发育背景对植物性状的影响。3)叶片功能性状间的协变关系，不同物种因其自身发生背景不同，在不同环境背景下总体表现出一致的变化规律，但也存在例外。相对而言，对功能性状间协变关系的研究在物种水平或功能群水平上更有意义，而在群落水平上所得结论，可能会掩盖了群落内部不同物种或不同功能群间的信息。4)叶片功能性状与草原地上部生物量的关系在功能群水平上呈显著正相关关系，再次验证了土壤含水量的变化同土壤氮元素的动态，共同影响了植物的氮利用策略，进一步影响了初级生产力等和氮元素直接相关植物性状参数。在群落水平上叶片功能性状与生物量的之间并没有表现出可遵循的规律性，说明叶片功能性状对生物量的作用更多地局限在群落内部的组织层次上发挥作用。5)本研究的虽然从不同的组织层次上探讨了叶片功能性状对环境、性状之间的协变关系以及与地上部分生物量间的关系，由于植物性状变化幅度可能与环境梯度密切相关，如果模拟环境梯度不够大，可能会影响结论的普遍性。此外，本次野外控制试验时间较短，数据量偏少，本文的结论尚需要进一步验证。

内蒙古多伦典型草原植物多样性与生产力的关系及其对水分梯度的响应

为了研究草地群落发展的初期阶段物种多样性和生产力的关系及对降雨梯度的响应，同时确定草地群落面对降雨量的波动时物种多样性和地上生物量稳定性的关系，我们在2004-2005年在内蒙古草原进行一个为期二年的实验。我们在降雨梯度内（增雨、对照、减雨）模拟群落物种丰富度（4种，8种和14种）。我们的结果表明，在草地群落早期阶段观测到的物种丰富度及地上生物量的关系不同于群落发展成熟稳定时的关系。我们发现：1）无论是在群落水平还是功能群水平，盖度相对物种丰富度都是一个决定群落地上生物量的重要因素； 2）不同植物功能群表现出不同的物种丰富度-地上生物量的关系。这可能是因为不同功能群植物的横向扩展能力不同导致；3）在群落水平和豆科固氮功能群，地上生物量随着土壤含水量的增加而增加，但禾本功能群和非豆科非禾本功能群的关系不显著；4）降雨量变化对物种多样性和地上生物量的关系影响不大；5）在我们实验中，具有较高的物种丰富度植物群落的地上生物量比那些物种丰富度低的群落较为稳定，我们的研究结果因此支持“保险假说”；6）土壤含氮量和含碳量呈现非常显著的正相关关系。 为了补充2004-2005年实验结果，我们在2006年同一个实验样地进行了另一个实验。2006年实验土壤经过翻耕平整，然后选择植物幼苗移载。在这种情况下，我们发现：1）物种组成是决定地上生物量一个关键因素；2）降雨量变化对物种多样性和地上生物量的关系影响不大; 3）混合群落表现出超产效应，物种丰富度高的群落超产的比例较高；4）在三个水分处理梯度都没有发现物种丰富度和群落可靠度存在相关关系；5）在所有水分处理样方都发现地上生物量和土壤含氮量呈现非常显著的负相关关系；6）土壤含氮量和土壤含碳量与土壤湿度呈现非常显著的正相关关系；7）土壤含氮量和含碳量呈现非常显著的正相关关系。

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.

长期连续种植苜蓿草地地上部分生物量与土壤水分的空间差异性

基于苜蓿长期连续种植定位试验,研究了不同施肥与采样位置差异对苜蓿草地地上部分生物量和土壤水分的影响。苜蓿长期连续种植19年后,施肥对苜蓿地上部分生物量的影响不显著;试验样地内呈由外及内植株高度逐渐下降、地上部分生物量积累逐渐减小的"生物漏斗"现象,距样地中心位置不同引起的差异远远超过施肥处理引起的差异。中下层土壤水分也呈类似的漏斗状分布。相关分析表明,苜蓿地上部分生物量与1 m以下土壤水分含量呈显著相关,表明在长期连续种植条件下下层土壤水分状况是决定苜蓿草地生长状况的主要因素。

人工柠条灌丛林下草地植物群落特征研究

以宁夏固原上黄东山封育的人工柠条(Caragana korshinskii Kom.)灌丛林下草地为研究对象,并以设置在其周围的放牧地天然草地作为对照,采用样线法进行群落调查,分析二者群落数量特征和地上生物量变化,以期为退化草地植被恢复提供理论依据。结果表明:上黄东山封育后的人工柠条灌丛林下草地群落物种数较放牧地显著增加,封育区本氏针茅(Stipa bungeana Trin.)的优势地位明显加强,重要值远大于放牧地;人工灌丛林下草地与放牧地的相似性系数为0.585,表明二者的相似程度不高,人工种植的柠条对群落的结构影响较大,能够改善草地群落的小生境,为新物种出现提供良好的环境;物种丰富度指数和多样性指数(Shannon-winner指数)均表现为人工灌丛林下草地显著高于放牧地(P<0.05),而均匀度指数则相反(P<0.01);人工柠条灌丛林下草地地上生物量鲜重极显著高于放牧地(P<0.01)。

黄土丘陵区退耕地先锋群落演替过程中细根特征的变化

采用空间序列取代时间序列的方法,对退耕时间分别为2、4、6和8年的退耕地群落细根特征进行了分析,以探讨退耕地植被演替过程中细根特征在土壤剖面上的变化及其在演替过程中的作用.结果表明:(1)群落细根根长密度和根面积密度随植被演替显著增加;比根长、比根面积和地下/地上生物量也有增加趋势;细根平均直径随植被演替波动,但有减少趋势;(2)在土壤剖面上根长密度、根面积密度和根系生物量均随土壤深度的增加而降低.其中超过63%的根长、61%的根面积和72%的生物量分布在0～20cm的表层土壤中;(3)根径级统计表明,多数细根直径在0～0.5和0.5～1.0mm之间,这两级细根长度占细根总长度的80%以上;(4)逐步回归分析表明,植被演替过程中细根特征的变化主要与土壤有效氮(第2年)、有效磷(第2～8年)和土壤水分(第8年)的含量有关,且随着植被演替,2～6年退耕地中细根特征与土壤资源正相关,而第8年中二者呈负相关.这可能与植物生长对资源的需求与土壤提供资源的能力之间的平衡有关.研究表明,退耕地植被演替过程对土壤资源有一定影响,尤其是土壤水分含量显著减少;而土壤水分等土壤资源的变化又对群落产生影响,导致茵陈蒿先锋群落向地带性...

退耕草地演替过程中的碳储量变化

退耕草地演替的研究对了解现有退耕草地的变化趋势有重要意义,也可以为退耕地的植被恢复提供科学依据。本研究采用以空间代替时间的方法,对处于不同演替时间阶段退耕草地的土壤碳储量以及植被的地上部分与根系生物碳储量变化进行了研究,结果表明,退耕草地演替过程中,地上部分生物碳储量呈阶梯式上升趋势,演替初期地上部分生物碳储量先降后升,并在演替的22~32年,保持相对平稳,之后在演替的40~60年,达到第2个相对平稳的阶段。根系生物碳储量也呈分阶段的阶梯式上升趋势,但第1个相对平稳的阶段出现在演替的第12~28年,在演替的第32~60年出现第2个相对平稳的阶段。退耕草地的土壤碳储量在退耕演替的初期下降,且在演替的第1~12年一直小于农地,在演替的第15年之后,土壤碳储量逐步上升。在0~150 cm的不同土层中,土壤有机碳含量以0~15 cm最高,在演替的1~12年,各土层有机碳含量均小于农地,之后在演替的第15~60年,各土层土壤有机碳含量均随演替时间的增加有所增加,且0~50 cm表层土壤有机碳含量在演替第34~60年迅速积累,增幅较大。在演替初期,草地地上部分生物碳储量、根系生物碳储量和土壤碳储量较演替第1年均表现为下降...

花椒主效化感物质分离鉴定及化感作用研究

近年来，随着对作物重茬障碍原因的深入研究，植物的化感作用越来越受到国内外众多学者的重视。花椒（Zanthoxy piperitum.）为芸香科植物，是一种收益早、用途广、价值高的经济树种，是川西干旱河谷地区的重要经济作物，其连作障碍也倍受关注，系统研究花椒化感作用将有助于理解和最终解决花椒连作障碍问题。本文首先通过萃取、层析等方法分离花椒主效化感成分；通过外加不同浓度的花椒叶水浸液研究了对土壤氮素养分循环的影响；研究了花椒叶水浸液对苜蓿生理生化、光合作用、氮素养分吸收的影响，并对外施氮肥对这种化感影响的缓解作用做了研究；研究了花椒化感潜力对全球变化——UV-B增强辐射的响应。主要研究结果如下： 1．用不同极性的有机溶剂对花椒叶水浸液浓缩浸膏萃取、柱层析，结合生物活性检测，分离得到主效化感作用组分的一种化感物质——对甲氧基苯酚。采用该物质纯品进行生物活性检测，证明其具有化感作用。 2．花椒叶水浸液处理土壤30天后，土壤硝态氮、铵态氮、无机氮（硝态氮＋铵态氮）与对照相比，随着花椒叶水浸液浓度的增加呈现降低的趋势，其中土壤铵态氮含量显著降低，而硝态氮含量的变化则不显著，无机氮含量也显著降低。土壤脲酶和蛋白酶的活性与无机氮含量的变化趋势相同。随着花椒叶水浸液浓度的增加，氨化细菌数量显著降低，固氮菌的数量变化不显著，硝化细菌和反硝化细菌数量有减少的趋势。60天后，硝态氮含量、铵态氮含量、无机氮随水浸液浓度增加的变化趋势与30天时相似；随着花椒叶水浸液浓度的增加，氨化细菌、固氮菌的数量显著减少，硝化细菌数量、反硝化细菌数量仍呈减少趋势；土壤脲酶、蛋白酶活性与第30天的变化趋势相同。第60天与第30天的结果相比，相同水浸液浓度处理的硝态氮、铵态氮、无机氮均有下降的趋势，但除了25g.L－1水浸液处理的外，其它相同浓度的处理间差异均不显著；除了12.5 g.L的处理外土壤脲酶活性均呈增强的趋势；蛋白酶活性都有不同程度的增加；花椒叶水浸液处理的土壤硝化细菌和反硝化细菌数量呈增加趋势。 3．随着花椒叶水浸液浓度的增加，显著抑制了苜蓿根长、地上地下生物量、叶绿素含量、叶片中可溶性蛋白的含量，净光合速率。苜蓿体内四种抗氧化酶（POD、SOD、CAT、APX） 活性随着水浸液浓度的增加而降低，而丙二醛含量则增加。苜蓿氮初级同化相关酶硝酸还原酶（NR）、谷氨酰合成酶(GS)、谷氨酸脱氢酶（GDH）的活性随着水浸液浓度的增加受到不同程度的影响。总的来说，苜蓿硝酸还原酶、谷氨酰合成酶的活性受到抑制，而谷氨酸脱氢酶活性的变化则比较复杂，根呈先降低后增加的趋势，叶片则无显著变化。外施两种不同浓度的硝酸铵氮肥后，对12.5、25 g.L－1花椒叶水浸液处理的苜蓿化感作用有显著的缓解作用，表现在株高、生物量、光合作用等方面，大多达到与对照（0 g.L－1）未施氮肥无显著差异的水平，而对50 g.L－1水浸液处理的苜蓿幼苗，虽有一定的缓解作用，但这种作用均未达到与对照（0 g.L－1）未施氮肥时无显著差异的水平。 4． UV-B增强辐射处理花椒后，花椒的化感潜力显著增强。花椒叶片内UV-B吸收物质的含量和总酚含量均显著增加。 In recent years, with profound research on the reasons of continuous cropping obstacles, allelopathy received increasing attention to many scholars at home and abroad. Zanthoxy bungeanum as a Rutaceae plant is a high economic value species which gains early and uses widely. Zanthoxylum is an important economic crop in the arid valley of western Sichuan region, and its not even has received much concern for the continuous cropping obstacles. The systematic study of allelopathy of Zanthoxylum will contribute to the understanding and final settlement of this issue. The major allelopathic composition was separated through the extraction, chromatography combined with other methods. The impact on soil nutrient cycling was also studied through the addition of different concentrations of water extracts of Zanthoxylum. Furthermore, the effects of water extracts of Zanthoxylum leaves on alfalfa leaf physiological and biochemical indexes, photosynthesis, soil enzymes and nutrient uptake of nitrogen and the mitigation of allelopathy through using external fertilizer were studied to put forward scientific resolvent for Zanthoxylum continuous cropping obstacles .The response of allelopathic potential of Zanthoxylum to global change - UV-B enhanced radiation was studied . The main findings are as follows: 1. Through extraction with different polar organic solvents on concentrated water extract of Zanthoxylum leaf and then using column chromatography combined with detection of biological activity, one of the main allelopathic components- methoxy-phenol was isolated. The biological activity testing of the pure material of methoxy-phenol proved that it does have allelopathic potential. 2. Thirty days after treating soil with water extract of Zanthoxylum leaf, as compared with the control, the contents of soil nitrate, ammonium, nitrate plus ammonium nitrogen showed a trend of decrease with the increase of the concentration of water extract whereas the content of ammonium nitrogen showed a significant reduction, and the content of nitrate did not change significantly, the content of nitrate plus ammonium nitrogen also showed a significant (P <0.05) redction. The activity of soil urease and protease showed the same trend as the content of nitrate nitrogen plus ammonium nitrogen. With the increase in the concentration of water extract, the number of ammonification bacteria significantly reduced but nitrogen-fixing bacteria did not change significantly and there was a decreasing trend in the number of nitrifying bacteria and denitrifying bacteria. Sixty days after the treatment, with the increase in solution concentration of water extract of Zanthoxylum leaf, the content of nitrate、 ammonium nitrogen, nitrate plus ammonium nitrogen showed a similar change trend to 30 days’; the number of ammonification bacteria, nitrogen-fixing bacteria significantly reduced ; the number of nitrifying bacteria, denitrifying bacteria was still an downward trend; the activity of soil urease and protease showed the same trend as the 30th days’. Compared to the results of the 30th days’, the content of nitrate, ammonium, nitrate plus ammonium nitrogen showed a decrease trend between the treatment of same concentration, but there was no significant difference except the treatment of 25g.L-1 between the same concentration; the activity of soil urease showed enhanced trend except the treatment of 12.5 g.L-1; the activity of protease increased to varying degrees; the number of ammonification bacteria、 nitrifying bacteria and denitrifying bacteria were growing while nitrogen-fixing bacteria reduced.. 3. With the increase of the concentration of water extract of Zanthoxylum leaf, the water extract significantly inhibited the root length, aboveground biomass, content of chlorophyll and soluble protein in leaf and net photosynthetic rate. The activity of four antioxidant enzymes (POD, SOD, CAT, APX) reduced with the increase in concentration of the water extract but the content of MDA increased. The activity of enzymes related to primary nitrogen assimilation such nitrate reductase (NR), glutamyl synthetase (GS), glutamate dehydrogenase (GDH) were subject to different degrees with an increase in the concentration of water extracts. In general, the activity of nitrate reductase, glutamyl synthetase were inhibited, while change in the activity of glutamate dehydrogenase was more complex. The activity of glutamate dehydrogenase in leaf was first reduced and then increase,but did not change significantly in root. After using two external different concentrations of nitrogen fertilizer, there was a significant mitigation in inhibiton in plant height, biomass, photosynthesis, etc. in the treatment of 12.5,25 gL-1 of water extract of Zanthoxylum leaf, and most of these indexes showed no significant difference with the control (0 g.L-1, no external fertilizer was added) .Although there showed a certain degree of ease in the treatment of 50 g.L-1 , there was still a significant difference compared with the control (0 gL-1) in which no external fertilizer was used. 4.The allelopathic potential of Zanthoxylum positively responded to enhanced UV-B significantly. The content of UV-B absorbing compounds and the total phenol also significant increased.