环境因素影响草地柠条生长的主成分及典型相关分析

Principal Component and Canonical Correlation Analysis of the Environmental Factors Influencing the Growth of Caragana korshinskii Kom. in Grassland

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)。

黄土丘陵区两种典型灌木群落坡面侵蚀泥沙颗粒组成及养分流失的比较

在野外模拟降雨条件下,比较研究了黄土丘陵区柠条(Caragana korshinkii)和狼牙刺(Sophora viciifolia)径流小区产流产沙、侵蚀泥沙颗粒组成、比表面积(SSA)及养分流失特征。结果表明,两种灌木群落均能显著减小坡面径流泥沙的流失。产流后流失泥沙黏粒、SSA与养分含量随降雨时间总体呈现降低趋势,其中有机质变化显著,全磷变化不显著。受植被盖度影响,泥沙中黏粒与养分含量均表现为柠条群落>狼牙刺群落>对照裸地。侵蚀泥沙具有富集黏粒和富集养分的特征,富集率随群落盖度增大而增大(柠条>狼牙刺>裸地)。不同形态养分富集率不同,其中有机质均在2.5以上,全氮平均富集率为2.13,全磷为1.23。富集率随产流时间呈线性递减。流失泥沙养分含量与黏粒(粒径<0.002 mm)含量及SSA达到极显著的正相关。坡面土壤养分主要以黏粒为载体流失。SSA的变化不仅能体现土壤颗粒组成的变化,而且能够反映土壤养分的变化。

沙地小叶杨和柠条细根分布与土壤水分消耗的关系

以生长在陕北水蚀风蚀交错带沙地上的人工小叶杨(Populus simonii)和柠条(Caragana korshinkii)为研究对象,采用剖面法调查2个树种的细根分布特征,通过2年土壤水分定位观测研究,初步分析沙地小叶杨和柠条细根分布与土壤水分消耗的关系。结果表明:1)沙地小叶杨和柠条随土层深度增加,细根表面积密度逐渐减小,0~100cm土层分别集中了整个剖面细根总量的63%和95%;2)小叶杨和柠条林地剖面土壤水分与细根垂直分布密切相关,小叶杨和柠条林地土壤水分特征类似,可分为3个层次:0~50 cm土层为速变层,50~200 cm土层为缓变层,200cm以下土层为缓慢衰减层;3)2年观测期内,小叶杨和柠条林地总蒸散量接近,与同期降水量基本持平,而裸沙地土壤储水量增加;4)小叶杨和柠条细根趋于浅表化的分布特征是对沙地浅层土壤经常获得雨水补给适应的结果。研究结果可为水蚀风蚀交错带沙区防护林建设提供理论依据。

侵蚀环境人工灌木林土壤活性有机碳与碳库管理指数演变

采用时空互代法,以黄土丘陵区纸坊沟流域生态恢复过程中不同年限的人工柠条和沙棘林为研究对象,选取坡耕地和天然侧柏林为对照,分析了植被恢复过程中土壤有机碳(TOC)、活性有机碳(LOC)、非活性有机碳(NLOC)及碳库管理指数的演变特征。结果表明,侵蚀环境下的坡耕地由于人为干扰,土壤碳库含量偏低,退耕营造柠条林可以显著增加土壤碳库各组分含量,并随恢复年限呈显著线性关系,25 a时TOC、LOC和NLOC分别较坡耕地增加271%、144%和204%,仅为侧柏林的32%、30%和29%,碳库指数和碳库管理指数较坡耕地明显增加,增幅分别达到144%和108%,仅为侧柏林的28%和43%;不同灌木林对土壤碳库管理的改善作用不同,恢复年限相同的沙棘林土壤碳库组分含量和管理指数明显高于柠条林,坡耕地营造灌木林后土壤经营和管理水平得到了显著改善,土壤系统向着良性方向转变。相关性分析表明有机碳、活性有机碳、非活性有机碳、碳库指数、碳库管理指数与土壤主要肥力因子相关性极其密切,可以作为反映生态恢复过程土壤质量演变的指标。

几类处在关键进化地位藻类的TIM基因和糖酵解途径的研究

糖酵解作为细胞的重要的基本代谢途径广泛存在于各类生物中。但参与该途径的tim基因／酶和整个途径在细胞中的区室定位情况在一些处在关键进化地位的藻类中还存在许多未知或争议。本文首先对参与该途径的一个重要酶――磷酸丙糖异构酶（TIM）在两种不同营养方式的眼虫上进行了鉴定和序列结构分析，并结合了包括绿藻、红藻和动基体类等在内的其它生物的数据进行了分子系统分析；其次，对该途径在绿藻类的衣藻细胞中的区室定位情况进行了研究，并对该特殊的区室定位途径的进化进行了探讨。得到了如下结果和结论： 1）通过3’与5’-RACE实验，在光合型眼虫Euglena gracilis和Euglena intermedia和腐生型眼虫Astasia longa中各获得了一长一短两个TIM的全长cDNA序列，同时通过基因组DNA-PCR和序列搜索，还获得了两种绿藻和红藻的tim基因序列。前导序列分析显示眼虫的两个cDNA分别编码定位到胞质的cTIM和定位到叶绿体的cpTIM或质体的pTIM。腐生眼虫A. longa的pTIM与光合型眼虫E. gracilis的cpTIM高度相似，其前导序列也具有眼虫典型的核编码叶绿体蛋白质的典型特征；两类不同营养型眼虫的成熟TIM间的同源性达91.6％，并且具有其它TIM所共有的活性中心氨基酸和保守的序列motifs。这表明A. longa的pTIM确实是定位于质体、具有生物活性的cpTIM的同工酶，并提示A. longa的质体还具有与TIM相关的代谢功能（例如脂肪酸的合成），而不仅仅是一个叶绿体的“残迹”。 TIM的序列比对和分子系统分析结果显示：眼虫类和红藻类的TIM共有一个由两个氨基酸组成的插入；更重要的是，眼虫类TIM既没有与被认为与它共祖的动基体类的TIM聚在一起，又没有与被认为为其提供叶绿体（经二次内共生）的绿藻的TIM聚在一起，而是与红藻TIM聚为一枝。这提示眼虫与红藻间在进化历史上可能曾经有过基因交流。 2）采用生物信息学手段结合分子生物学实验，对衣藻基因组和转录组中参与糖酵解相关基因／酶进行了鉴定、定位预测和表达水平分析，结果表明：与其它极大多数的真核生物不同，衣藻细胞质中不具有完整的糖酵解途径，尽管该途径的后三步主要发生在胞质中，但前七步则是发生在叶绿体中的。 分子系统分析表明衣藻叶绿体中参与前6步和细胞质中参与最后2步的糖酵解酶都是胞质型起源，其中参与第4步的FBA更像是由很早时期的胞质型基因重复而来的；而第7步的PGK是由内共生形成叶绿体的蓝细菌的水平基因转移而来。这表明衣藻胞质中所缺少的糖酵解酶是一种次生性丢失的结果，而非原始的特征；其叶绿体中的糖酵解步骤应该是由于原有胞质型糖酵解酶的基因重复之后重新定位或者直接重新定位到叶绿体中，以及内共生产生叶绿体时由蓝细菌的水平基因转移所致。

科尔沁沙地小叶锦鸡儿群落固沙作用的研究

建立人工植被是科尔沁沙地退化生态系统恢复与重建的基础，也是土地沙漠化防治的有效措施。本文以科尔沁沙地典型固沙灌木植物种——小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)为研究对象，采用空间序列代替时间序列的方法，比较系统地研究了小叶锦鸡儿生长发育特征、更新途径，以及小叶锦鸡儿群落的固沙作用，并从水量平衡角度探讨了小叶锦鸡儿固沙植被的土壤水分状况和蒸散量变化。 研究结果表明：(1) 在生长季，小叶锦鸡儿的生物量在7月份达到最大值，且其生长发育速度与降水量相关；人工平茬和自然萌孽是小叶锦鸡儿主要且有效的更新途径。(2) 小叶锦鸡儿群落对近地表风速具有显著的阻滞作用，群落内总输沙量及各层输沙量均明显低于流动沙丘，小气候得到明显改善。(3) 6年生、11年生和22年生小叶锦鸡儿群落对土壤理化性质均有明显的改善作用。土壤中微沙(0.05～0.1 mm)和粘粒(<0.05 mm)含量增加，表层(0～10 cm)土壤容重减小，孔隙度和饱和含水率增大，土壤持水能力提高；土壤有机碳、全氮、碱解氮、全磷、有效磷和有效钾含量均有不同程度增加，尤以表层增加幅度最大，并且灌丛对养分有明显的富集效应。(4) 与天然小叶锦鸡儿群落的土壤含水量相比，人工小叶锦鸡儿群落内土壤含水量较低，且呈现出随植被生长发育年限增加而不断减少的趋势；在生长季，人工植被区绝大部分的降雨量都通过蒸散作用丧失，各试验样地蒸散量呈现单峰型曲线模式。

科尔沁沙地小叶锦鸡儿人工固沙群落土壤水分与适宜密度研究

土壤水分是影响半干旱区人工固沙植被生存生长的关键因素。本文依据水量平衡原理，在植物群落层次上探讨沙地水分与植被恢复关系。以科尔沁沙地流沙治理中广泛应用的小叶锦鸡儿群落为研究对象，通过对降水入渗、根系分布和生长、蒸腾速率的研究，分析了不同年龄、密度和坡向的小叶锦鸡儿群落生长季节土壤水分动态和蒸散量，从水分平衡角度探讨在科尔沁沙地西部条件下人工植被建设中的适密度问题。研究结果表明：对于1mx1m密度小叶锦鸡儿人工植被区：随着植被年龄增长，根系分布呈现浅层化趋势，82.25％以上根系分布在O一100cm深度土壤中，浅层土壤截留降水能力增加，降水入渗深度减少，土壤逐步由水分淋溶型转变为非淋溶型；土壤水分含量降低，群落的稳定性下降。对不同年龄、密度、坡向的沙地小叶锦鸡儿群落生长季节土壤水分状况和蒸散量分析表明，1m×1m密度4年生植被区和2m×2m密度19年生植被区土壤含水量高于凋萎湿度，生长末期土壤贮水量有较多节余，土壤水分能够满足植物生长需求。在保证小叶锦鸡儿群落的固沙作用和群落稳定性、土壤水分收支平衡的前提下，科尔沁沙地西部小叶锦鸡儿固沙植被适宜密度为：植被建立初期（1-4年）采用1m×1m密度，成龄后适宜密度为2m×2m。

锦鸡儿属防风固沙树种的离体培养试验

以锦鸡儿属中柠条锦鸡儿(Caraganakorshinskii)、中间锦鸡儿(C.intermedia)和树锦鸡儿(C.arborescens)种子为外植体,通过对增殖阶段和生根阶段培养基的筛选,探讨了细胞分裂素、生长素、矿质营养和活性炭对这3个树种不同发育阶段的影响。结果表明:(1)继代增殖阶段:柠条锦鸡儿、中间锦鸡儿和树锦鸡儿最佳的基本培养基为MS,最适合的激素浓度配比中,柠条锦鸡儿用BA2mg·L-1+GA2mg·L-1分生率最高;中间锦鸡儿用BA2mg·L-1+GA1mg·L-1分生率最高;树锦鸡儿用BA2mg·L-1+NAA0.1mg·L-1分生率最高。蔗糖是最好的碳源。(2)生根阶段:柠条锦鸡儿诱导生根的适合培养基为1/4MS+NAA0.1mg·L-1和MS+NAA0.1mg·L-1,中间锦鸡儿为1/4MS+NAA0.1mg·L-1,树锦鸡儿为1/2MS+NAA0.1mg·L-1和1/4MS+NAA0.1mg·L-1。活性炭对生根率无显著影响,但普遍增加了根的条数和根的长度。气培生根以MS+IBA50mg·L-1+3%白糖处理较好。

科尔沁沙地两种典型乔灌木耗水特点

以科尔沁沙地典型固沙植物小叶锦鸡儿(Caragana microphylla Lam.5年生)和樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica Litrin,7年生)为研究对象,栽植于可渗漏式生长箱,应用TDR水分仪测定生长季节土壤水分变化,依据土壤水分平衡理论推算单位面积植被区的蒸散量。经2a研究,在相同栽植密度下(1m×1m),樟子松植被区土壤贮水量高于小叶锦鸡儿植被区;在不同栽植密度下,小叶锦鸡儿土壤贮水量以1m×2m密度区高于1m×1m密度区。生长季节单位面积土壤蒸散量以小叶锦鸡儿(1m×1m)最高,小叶锦鸡儿(1m×2m)其次,樟子松(1m×1m)最低。单丛/株蒸散量以小叶锦鸡儿(1m×2m)最高,小叶锦鸡儿(1m×1m)其次,樟子松(1m×1m)最低。在试验所涉及的特定年龄阶段,小叶锦鸡儿植被区蒸散耗水量高于樟子松区,土壤水分含量低于樟子松区。生产实践中应根据植物耗水特点选择适宜的固沙物种和栽植方式,以保证人工固沙植被区土壤水分的收支平衡。

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。

科尔沁沙地小叶锦鸡儿对土壤有机碳积累的影响

通过田间小区取样,研究了科尔沁沙地小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)人工固沙林0～50 cm土层在0、5、10、22年的时间序列上土壤有机碳动态。结果表明,各层次土壤有机碳含量和储量随小叶锦鸡儿种植年限的增加而增加。小叶锦鸡儿5年处理与0年处理在0～50 cm深度有机碳储量差异不显著;5～10年处理土壤有机碳储量快速增加,10～22年处理增加速度相对趋缓。土壤有机碳动态变化的研究结果表明,种植小叶锦鸡儿人工林是科尔沁沙地生态系统恢复重建的一项切实可行的林业工程措施。

半干旱区柠条林利用土壤水分深度和耗水量

植物根系利用土壤水分深度和耗水量是研究植物与土壤水关系的基础。以柠条为对象,采用中子仪,对撂荒地和柠条林地土壤水分进行长期定位观测和分析。结果表明,2002年内,随着时间推移,柠条利用土壤水分深度从播种时的2cm左右,迅速增加到9月1日的90cm,10月15日的110cm,11月1日的170cm,到11月15日柠条利用土壤水分深度为220cm;除丰水年(2年生)柠条土壤储水量增加了122.8mm外,随着林龄的增加和降雨量等的变化,植物利用土壤水分的深度和耗水量增加,土壤储水量下降。到2004年生长季末,3年生柠条林地100cm土层出现土壤干层,5年生柠条林地剖面60—300cm土层出现土壤干层。此时需要采取措施,控制柠条生长、密度和耗水量,实现土壤水资源的可持续利用。

黄土高原半干旱区集流灌草立体配置与水分调控

该区干旱与水土流失并存 ,降雨量时空分配不均 ,且水热并不同步 (在春夏 ,植物常因缺水而枯死 ) ,致使生态环境建设中恢复植被的难度大。为此 ,采用工程整地措施与灌草立体配置模式 ,发展集流灌草植被 ,调蓄土壤水分 ,促进灌草植被的快速恢复。结果表明 ,在水平阶营造柠条和披碱草 ,在生长初期 0～ 50 0 cm土层含水量可分为 3个明显的层次 ;在生长的第 4年随着灌草根系深扎 ,土壤水分过耗 ,出现明显的干土层 ,分布深度在 1 2 0～ 2 0 0 cm,厚度为 1 0 0 cm。在第 8年干土层扩大到 1 0 0～ 30 0 cm,厚度为 2 0 0 cm。第 1 4年土壤含水量有所回升 ,但幅度不大 ,同第 8年相比 ,仅提高 1 .5～ 2 .0个百分点。水平阶的柠条灌木林随着生长时间的延续 ,其水分贮量变化是否增加 ,仍有待继续研究。该区 0～ 50 0 cm多年土壤贮水量 ,在生长初期 ( 4月份 ) ,1 5年生柠条480 .1 5mm,1 2年生沙棘、山桃分别为 41 4.6mm和 385.4mm,在生长末期 ( 1 0月 ) ,柠条 498.31mm,沙棘 42 3.31 mm,山桃 ...

黄土丘陵沟壑区退耕地人工柠条林土壤养分特征及其空间变异

应用时空互代方法,以柠条林为例,对黄土丘陵沟壑区不同利用年限人工林土壤养分特征、空间变异及其演变进行了系统的研究。结果表明,该区人工林土壤肥力处于较低水平;人工林表层土壤养分中速效磷和速效钾的空间变异性较大;各环境因子对土壤养分有一定的影响,海拔、坡度和坡向等环境因子与人工林地土壤养分间呈负相关关系,坡位和地形与人工林地土壤养分间呈正相关关系。随着利用年限的增加,人工林土壤养分各指标含量均增加,与利用年限有显著的相关性。有机质、全氮、有效氮和速效磷的增加量不明显,全磷含量保持相对稳定的水平,速效钾经过多年积累有明显的增加。从土壤养分指数模型可以算出该区的人工林土壤有机质、全氮、有效氮约需35a能达到中上等养分水平,速效钾则约需27a才能达到中上等养分水平。