柠条种子蛋白，同工酶遗传分析与群体遗传结构

本文研究了毛乌素沙地6个不同生态环境的柠条群体和1个锡盟草原站的小叶锦鸡儿群体的同工酶和种子蛋白的遗传变异。利用Brown等(/975)同工酶遗传分析方法对同工酶和种子蛋白的多态性进行了遗传分析。运用Shannon信息指数和Nei指数分析测定了锦鸡儿群体的遗传结构。结果表明： (l) Brown同工酶遗传分析的方法适合于柠条同工酶的遗传分析。 （2用LAP酶对柠条群体进行了精细的遗传结构研究。结果表明毛乌素沙地柠条群体的异交性。GST=D．134，即大部分的变异存在于群体内部，小部分的变异存在于群体之间。柠条群体的繁育系统与水分胁迫有关。随着生境变旱，繁育系统有向近交变化的趋势。 (3) Brown同工酶遗传分析方法也可以运用于种子蛋白遗传分析，柠条种子蛋白各亚基的遗传是孟德尔方式。 (4)由种子蛋白变异所统计测定的柠条群体的遗传分化系数GST=0.l81(Nei指数)或0.179(Shannon指数，Kongkiatngam改进)。群体变异水平按表型多样性依次为人工毛条群体>锡盟群体>滩地群体>硬梁群体>软梁群体>丘下群体>丘上群体。按遗传多样性依次为人工毛条群体>软梁群体>锡盟群体>滩地群体和硬梁群体>丘上群体>丘下群体。群体间基因流水平Nm>/，遗传距离D<0．1。 还试验对玉兰、合欢、紫藤、绿豆几种植物种子蛋白变异的遗传分析。最后对同工酶，种子蛋白遗传分析和群体遗传结构进行了讨论并提出今后工作的一些建议。

两类豆科植物：锦鸡儿和野大豆的分子生态学研究

野大豆和锦鸡儿，同属豆科植物。前者是一年生自交植物，后者是多年生异交植物;一个是大豆的种质资源，另一个是固沙植物;一个具有耐盐适应，另一个能够抗旱。本文首先结合同工酶分析结果，通过随机扩增多态性DNA（RAPD]标记研究了锦鸡儿和野大豆群体的分子生态学特征。然后用限制性内切酶消化了单态的野大豆群体扩增产物以提高RAPD标记检测野大豆DNA多态性的能力。并且根据锦鸡儿群体的RAPD谱估算了每位点上的等位基因频率，分别用Shannon信息指数和Nei指数估测了各群体的遗传变异。最后，在以上研究的基础上结合我们实验室有关锦鸡儿和野大豆的形态，种子蛋白或同工酶方面的分析得到以下结论： 1]在本文的实验条件下，RAPD标记的重复性很好，使有关锦鸡儿和野大豆群体分子生态学的研究结果有了可靠的基础。 2]RAPD标记的显性特征使实验中确定显、隐性等位基因频率困难较大。用估测的显、隐性等位基因频率通过Shannon信息指数估算群体遗传多样性可能更适合于异交植物。 3）用限制性内切酶消化随机扩增产物后，能够提高RAPD标记检测野大豆群体DNA多态性的能力。4]按RAPD多态位点比率排列毛乌素沙地锦鸡儿各群体为：硬粱群体<沙丘群体<硬粱覆沙群体<毛条群体<滩地覆沙群体<软梁覆沙群体。按遗传多样性排列各群体为：硬粱群体<硬梁覆沙群体<沙丘群体<软梁覆沙群体<毛条群体<滩地覆沙群体。反映了RAPD多态位点比率与遗传多样性在检测群体DNA多态性能力上的异同。 5]毛乌素沙地锦鸡儿群体间 存在着强大的基因流，其高度异交性与生态过渡带可能是一致的。 6]根据同工酶、种子蛋白的分析结果，硬粱覆沙群体的基因多样性在毛鸟素沙地锦鸡儿各群体中是最高的。然而，根据DNA多态性的研究结果，硬粱覆沙群体的基因多样性在各个群体中仅大于硬梁群体。反映了锦鸡尔表型分化与基因型分化的差异。7]就本文的研究结果来看，野大豆群体以其高水平的遗传多样性和发育变通性适应着多变的盐环境。8]无论从DNA多态位点比率还是群体的基因多样性来看，异交植物锦鸡儿群体都具有比自交植物野大豆群体较高的水平。除了盐适应的野大豆群体外，一般来讲，锦鸡儿群体间的基因流要明显地大干野大豆的群体间的基因流。

毛乌素沙地中间锦鸡儿根瘤菌遗传多样性对柠条生态系统功能的影响

生物多样性科学（BiodiversityScience）的国际规划提出生物多样性对生态系统功能的影响是整个研究计划五大核心的核心.生物多样性包括遗传、物种和生态系统三个水平,其中遗传多样性是其它两个水平多样性的基础和最终来源.该文在实验室多年研究毛乌素沙地柠条遗传多样性的基础上,分别从表型（生理生化）、蛋白质、同工酶以及遗传型（rDNA）水平探讨中间锦鸡儿根瘤菌的遗传多样性,并模拟沙地生境,建立人工共生体系,以期发现最有效的共生伙伴关系,这不仅有得提高毛乌素地区农牧业产量,更重要的是在当今沙尘暴肆虐的情况下,发挥柠条防风固沙的能力具有现实意义. 1.毛乌素沙地中间锦鸡儿根瘤菌遗传多样性(1)全细胞可溶性蛋白质谱将供试中间锦鸡儿根瘤菌菌株分为两大类群，其中硬梁覆沙地菌株GH72不同于来自沙丘顶部和底部的菌株，而且中间锦鸡儿根瘤菌独立于参比菌株。酯酶同工酶谱分析表明，中间锦鸡儿根瘤菌与参比菌株仅存在一个等位酶位点差异，其余等位点与参菌株共享，因此，酯酶同工酶反映出中间锦鸡儿根瘤菌的异质性。(2)16SrDNA部分序列与16S-23S rDNA IGS结果表明，所有供试菌株扩增产物均较前人报道的分子量偏高。经16S rDNA PCR-RFLP分析，中间锦鸡儿根瘤菌共形成12种基因型，表现出丰富的遗传多样性，其中属于基因型2的菌株占42.4%。代表菌株GH33 16S rDNA全序列结果显示，与已知的快生型根瘤菌同源性在95%以上。(3）中间锦鸡儿根瘤菌生理生化反应特性B．T．B实验证明所有中间锦鸡儿根瘤菌均产酸，符合快生型根瘤菌的特征．唯一碳源测试显示，95%中间锦鸡儿根瘤菌不利用淀粉，33%菌株不利用乳糖，对其他测试碳源不具有选择性。检洲在不同盐离子浓度、不同酸性梯度以及不同温度条件下菌株生长状况，发现毛乌素沙地中间锦鸡儿根瘤菌具极强的耐盐性．53.8%的菌株可以在9%NaCl的YMA培养基生长．75%的菌株在pH4．O和pHl0,0 环境中仍能生长，66.7%菌株在60℃处理1 0min后仍具有生活力。体现出对于干旱沙地的适应。 2．不同实验共生系统中植物和根瘤菌对生态系统功能的影响14株根瘤菌分与三个柠条种（小叶锦鸡儿，中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿）回接，用土壤上覆沙模拟毛乌索沙地景观生态条件，以多石砾贫瘠土壤为对照，比较不同基因型柠条与根瘤菌人工共生体的长和结瘤与生境的关系，初步证明根瘤菌很可能是该生态系统的关键种。寄主植物与共生根瘤菌的遗传多样性对生态系统功能的影响与生态环境有关。实验还表明，选择适当的共生组合对于防治沙漠化有很大潜力。3．银染变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测RAPD遗传模式以85株小钻杨F2代为材料，用本实验室改良的银染变性聚丙烯酰胺凝胶电泳法检测RAPD遗传模式。结果表明，仅用9个引物共扩增到399个位点，其中98个位点表现为多态性，卡方测验显示，79个多态位点符合经典的孟德尔遗传(3：1)，占多态位点80.6%。这种改良的检测RAPD标记的方法必将推动RAPD标汜构建连锁图谱的进程。

温带灌木生态系统的动态特征--生物量和元素循环

本文通过对北京郊区的一个经皆伐以后，自然发育二十多年的次生灌木生态系统的定量研究，结果如下： 1）该生态系统年中最高生物量可达20.30 t/ha，但没有明显的年净增加，从而推出该系统可能进入一种比较稳定的平衡状态，生物量最高出现于秋季（生长季末）;最低为春季（生长季始），这主要是由于从秋季到春季经历了凋落和休眠的过程。另外，灌木的地下部分生物量与地上之比接近1，这也是对灌木生长发育特征的反映。 2）植物各个部位--侧根，主根，主枝，侧枝，叶---有不同的烧失量，但三种植物几乎有相似的顺序，即：主枝>侧枝><主根>侧根>叶（荆条的叶与侧根有相反的顺序）。烧失量反映了有机物质在植物各个部位的含量。 3）十种元素（N，K，Ca，Mg，Na，Cu，Zn，Fe，Al，Mn）在同一种植物，同种元素在不同植物，植物的不同部位，都有不同的含量，并且随着季节的变化而变化。 4）降水中所含的元素是生态系统营养的重要来源，尤其是一些大量元素如K, Na, Ca, Mg等。一般地冠流中的元素含量要高于降水中的，冠流中元素浓度与降水中的比值，不同的元素是不相同的，其中K为2-7倍，Na为1-3倍，Ca, Mg为1-2倍，对同一元素，比值的大小降水的时间有一定的关系，也即有时间性的变化。 5）土壤的水分含量不仅由于雨季和旱季而发生变化，还随土壤的不同的而异，而这种变化又随着季节性而不同。 6）营养元素输入--输出预算表明，各个元素基本上没有明显的存留，甚至有微量的亏损，但仍可以判断，该生态系统基本上处于一种较稳定的平衡状态。

北京山区荆条灌丛生态系统研究--群落学，生物量，元素循环及稳定性特征

本文对北京怀柔汤河口、北京云蒙山、西山以及河北省石家庄地区元氏县的荆条灌丛的群落学特征及其生物量进行了较为详细的研究，并着重研究了汤河口、云蒙山、西山三个亲地的荆条群落的地球化学特征和元素循环特征，对西山的荆条群落中荆条叶片枯落物的分解过程进行了详细的比较研究，最后，对汤河口和西山的两个荆条灌丛的相对稳定性进行了探讨，并和昭田真的演替度进行了比较，期望对荆条灌丛的现况有个较全面和深入的了解，为合理的改造利用广阔的华北落叶灌丛提供理论依据。 本研究设置了四个样地。样地1在北京市怀柔县汤河口乡，样地2在汤河口以南40公里的云蒙山林场，下设两个小样地2a和2b，分别经过8年和3年的封山保护。样地3在北京海淀区的西山上，样地4位于河北省元氏县。四个样地的地理位置，地形、立地条件及所受的人为干扰的程度各不相同。DCA分析对样地的排序图中从左到右样地的顺序为样地2b，2a，样地3，样地1，样地4。 6个样地的荆条滋丛中计有高等植物49种，分属24科47属。其中样地1 8科14种,样地2a 15科24种，样地2b 13科18种，样地3 9科14种，样地4a 11科18种，样地4b 7科11种。以禾本科植物最多（8种），菊科植物6种次之，蔷薇科植物4种，居第三。6个样地中常见植物种（存在度60%以上）有11个，较1965年调查时的常见种数（16种）显著减少。 生活型谱分析表明样地1和2a的生活型谱介于热带和温带类型之间。样地2b的生活型谱是较典型的温带类型，样地3则较偏向荒漠类型;样地4a和4b的生活型谱则较偏向热带和荒漠的类型。 植物区系分析表明，样地2b带有最明显的中生性，而样地4a因含有最多的热带和亚热带分布种而最为干燥。样地依干燥度增加的顺序为2b，2a3，1，4b，4a。这个顺序恰好和DCA对样地的排序结果完全吻合，同时，它还是温度升高的梯度。 荆条灌丛中荆条地上部生物量，以样地2a和2b为最高，分别为3571,9和3285.8公斤／公顷，其次为样地3，达2445.7公斤／公顷，余下的顺序为样地1，样地4a和4b。这个顺序和DCA与样地的排序结果一致，即荆条地上部生物量随着样地干燥程度的增加和温度的增加而减少。相关分析表明，热量（年日照时数）是控制荆条生长的最主要因素，且荆条的生长受土壤中砾石的很大的制约。 荆条灌丛中荆条之外的其它植物种类，作为一个组分，其地上部生物量除样地1外，和荆条地上部生物量的大小顺序一致，这些植物地上部生物量随人为干扰程度的增强而极显著的减少，且随海拔高度的增加而极显著的增加，说明这些植物较适于生长在海拔较高的地区，且它们随人为干扰的能力很弱。 荆条灌丛群落地上部总生物量，作为上述两个组分的综合，较多的受灌丛中其它植物地上部生物量的影响，而且与海拔高度呈现显著的相关性。群落地上部总生物量与年蒸发量、无霜期、人为干扰程度均表现极显著的负相关，与≥10'C的年积温也显著的负相关。这些特点，都表明荆条灌丛一个总趋势，即较低的温低更适合该群落的生长。 荆条地下部生物量在样地l达9641.8公斤，公顷顾(1986) 和l0996.6公斤／公顷(1987)，其中各有51.1%和28.90%是根球的生物量，在样地3则1988年为2306.1公斤/公顷，l989年增至5442.2公斤/公顷，两个样地中，地下部生物量为枝条生物量的6.29和5.44倍（样地1）,以及2．10和1.23倍《样地3），根枝比的分析表明样地1年龄大于样地3，且样地1比样地3．干燥，荆条的根枝比大于其它灌术种类的根枝比，这是荆条对砍伐的适应．就象灌丛栎(根枝比6.23)对火灾的适应一样。 样地1荆条灌丛的总生物量，1986年为13.44吨／公顷，87年为l6.4吨／公顷，增加了22.2%，群落年净第一性生产量为3.96吨／公顷•年。在群落总生物量中，荆条的生物量占绝大部分，分别达90.4%和86.3%，而在群落年净第一性生产量中，荆条的贡献达3.00吨／公顷•年，占75.8%。 样地3的总生物量88年为9.90砘／公顷．89年猛增至21.17砘／公顷，增加了113.9%，群落年净第一性生产量为12.62砘／公顷•年，是样地1的3.19倍。群落总生物量中，荆条所占的比例在1988年为48.0%，89年增大为58.5%，和样地1的变化趋势相反，表明两个样地的荆条灌丛处于不同的发育阶段。在群落的年净第一性生产量中，荆条的贡献和样地1相似，达71.1%。 和不同类型的灌丛地上部生物量比较的结果表明荆条灌丛小于同地区的落叶灌丛(绒毛绣线菊、荆条、蚂蚱腿子灌丛)，更小于同地区的乔木树种的萌生灌丛如辽东栎萌生丛．以及其他地区的矮针叶树栎灌丛，群落总生物量的比较结果也表明荆条灌丛的生物量还有很大的发展潜力。 荆条灌丛地上部生产量已经超过一些成熟乔木种类的林地的生产量，且荆条灌丛中生长最快的群落（样地3）的地上部生产量已接近一些乔木种类的幼龄林地的生产量说明荆条灌丛有较高的生长速度。 生物量累积比作为植物或群落衰老程度的指标，说明荆条灌丛较之其它原生灌丛还是较”年轻”的，样地1的生物量累积比较大，是该群落遭受频繁砍伐的反映。 由荆条灌丛立地的潜在生产量的分析可知样地1的荆条灌丛离其”成熟类型”的生产量还差距很大，而样地3的生产量正接近其”成熟类型”。结合前面的分析，可以推测在人类活动频繁和强度的干扰下，样地l的荆条灌丛没有继续向其成熟类型发育，而在中途衰退了。 西山荆条灌丛中，在代谢活动较旺盛的部位，N和K的含量较高，Hg，P和Zn也表现相似的倾向，A1和Fe则表现了相反的趋势，即代谢活动较强的部位，含量较低。Mn，Ca和Ha则是介于中问的一种类型。比较各组分中元素的含量值，Mg是较均匀的类型，其余元素在不同组分间含量的差异都较悬殊。西山荆条灌丛中，Mn,Mn, Mg，Ca，AI五个元素都以土壤中的含量为最高，N的含量则以上壤为最低，而植物组分中 K的含量一直保持较高的水平。 多数元素在荆条根球中的含量最低，包括Fe，Hn，Zn，（Ca，P和AI。随着年龄的增大，各组分中K的含量有增加的趋势（其增加量大于其它元素的增加量），在西山荆条灌从中，植物组分以及及土壤里各元素除p外，其含量均与两个以上元素的含量呈显著相关性（图11）．而P的含量只与N的含量具极显著相关性，，在植物组分中，灰分含量与Fe，Mn，Ca，P，AI的含量均具极显著的相关性。荆条内部各组分的元寨岔登之间全部晕缀显著相关，而绝大部分植物组分中元素含量与土壤中相应元素的含量值无相关性。 植物组分中，其它植物地上部，其它植物地下部和羽叶是元素积累量最大的三个组分。荆枝中的Ca和Ha，荆根球和荆根中的Zn和Mg以及荆根中的Al，它们的含量与其积累量之间具有较明显的补偿现象，即它们的积累量并不随生物量的增减而发生显著的变化。 西山荆条灌丛中荆条和其它植物对10种元素的吸收总量基本相等。在荆条的总吸收量中，K，N，Ca的吸收量占88.5％，其余7种元素的吸收量只占11.5%。在其它植物中，则以Ca，N和Al的吸收量占多数，达73.9%。在荆条和其它植物中，K和Al的吸收可能存在着拮抗关系。 西山荆条灌丛中荆条对K的吸收量最大，但对Mn的利用系数最大。10种元素中最大和最小吸收量之间在荆条中相差339倍（K和Zn之间），但荆条对各元素的利用系数却相差不多，平均为0.775±0.09。其它植物对10种元素的利用系数较荆条稍高，平均为0.826±0.07，整个西山荆条灌丛群落对元素的利用系数以Mn为最高，Na为最低。 若以土壤中元素的垒量的贮量计算，荆条对N的吸收系数最大，Al最小。若以土壤中元素的有效含量（可溶性或可代换性量）汁，则荆条的吸收系数以Al最大，Ca最小 （表21）。土壤元素（全量）的周转时间，Al最长，达2603.2年，多数元素在450-600年 之间，只有N，P，K三个元素的周转时间最短，分别只有35.4，151.9，和109.l年。 西山荆条灌丛中荆条以凋落物形式归还土壤的元素量在其吸收量中所占的比例（归 还率），Zn (26.5%)，Mg (36.1％)，Ca (36.1%)，P(21.3%)和N(25.0％)属较高的类型， Al (13.5%)，Na（14.6％）和K（13.1％）居中，Mn (8.5%)和Fe(8.0%)最低。灌丛群落中 元素的归还率除Mn最小（12.1％）外，其余在21.3%-37.9％之间。 西山荆条灌丛中，荆条和其它植物所吸收的元素量在群落总吸收量中所占的比例， 各元素之间显著不同，均匀的类型有N，Zn，Mg和Na，即荆条和其它植物的吸收量相当。 K是唯一以荆条的吸收量占优势的元素，荆条吸收的K占群落总吸收量的80.7%。其余 元素，Mn，P，Al，Fe和Ca均是其它植物的吸收量显著大于荆条的吸收量（表22，图45）。 荆条所吸收的无素量，在其内部各组分中的分配（存留）格局，普遍规律是将绝大 部分用于其叶片的生长（或存留于叶片）中．Mn是唯一例外的元素，荆条将其吸收量的 最大部分存留于其枝条中。其余9个元素．荆条对其叶片存留后剩下的那部分元素量的 分配方式可以区分出三种类型：将剩余部分中的多数存留于其枝条的元素有AI，Fe，Zn， Mg;将剩余部分中的多数存留于其地下部的元素有P,Na， 和Ca;而K和N则属于中间 的类型，即用于叶片后的剩余的K和N在荆枝和荆条地下部（根球和艉）中较均匀的分配 （表22，图46）． 西山荆条灌丛中元素循环的强度和速度都显著大于汤河口荆条灌丛，两个样地的元 素循环特征的最显著差异是汤河口荆条灌丛中荆条将其吸收的元素量中的最大部分存留 于其地下部，和西山样地完全相反，这可能是两个样地荆条灌丛元素循环特征的最本质 的区别。其原因，可能是汤河口样地中荆条对其地上部遭受频繁砍伐的一种适应方式， 也可能是汤河口荆条滋丛衰老的反映。 西山灌丛中荆条落叶分解过程中其失重率曲线呈双S形，其失重率最大增长速度出现在第166-299天之间。经过539天的分解作用，荆条枯落叶损失了其于重的53.3%，其中分解期（千重损失50％所用时间）为514.1天。 与干重失重率相对应，荆条枯落叶的平均腐解率的最高值出现在299和364天，而区 间腐解率的最大值则出现在第66—227天和第227 - 299天之间，比平均腐解率的最高值 出现的早，这与其总失重率曲线是非常吻合的，因为第166 - 227天及第227 - 299天之间 的高腐解率导致了其后高失重率的出现。 平均腐解率与平均气温之间具显著相关性(P<0.0S)，而与平均降水量只在90%置信区间内有相关性，区间腐解率也只在90%置信区内与平均气温有相关性。 以平均腐解率计算，荆条枯落叶干重的95%被分解所需的时间为6.37年，比同一地区的侧柏、元宝槭、黄栌、山杏、刺槐，油讼和栓皮栎短，说明荆条叶片枯落物的分解速率是较快的。 荆条枯落叶分解过程中的失重主要由于有机物被分解引起的，且有机C，可溶性糖 和粗纤维的分解决定了失重率变化的总趋势。 各有机物含量程分解过程中的变化各不相同。就浓度而言，以可溶性糖的浓度降低 速度最快，丹宁的浓度也显著的下降，粗脂肪和有机C浓度属于平缓下降的类型，而木 质素和粗纤维属另一极端的类型，其浓度持续升高。各有机物在枯落叶中的总量以不同 的速率减少。经过539天的分解作用，各有机物的损失率大小的顺序为可溶性糖(97.90%）>丹宁(95. 92%）>粗脂肪(70.83%)>有机C(61.59%)>粗纤维(37.36%)>木质素( 31,97%)。此外，不同的有机物的含量以不同的规律变化，其中可溶性糖和木质素在第105天内即被大量的分解而损失（分别损失63.66%和19.67%）。丹宁和有机C的损失率的变化是较际准的S形曲线，粗纤维的损失率变化曲线为右抛物线的上半部，而粗脂肪类似S形曲线，但最不规则． 荆条枯落叶分解过程中矿质元素浓度和含董的变化很不规则。灰分含量作为大部分矿质元素含量的总和，其浓度在分解过程中稳定升高，而其总量则持续下降，所研究的10种矿质元素的浓度和总量的变化很不一致，在浓度变化方面，K是星下降趋势的唯一元素，其余元素（包括N，Ca，Na，Mg，P，Fe，Zn，Mn和Al）的浓度均随分解过程呈升高的趋势。从元素的总量方面可以区别出两种类型：即N，Ca，Na，K，P5个元素属于减少的类型，而Fe，Mn，Zn，Mg和Al的总量则有所增加。 西山和汤河口两个样地的荆条灌丛都是渐近稳定的，且离其稳定态尚有一定距离,相对稳定性指数没有显示两个样地的稳定性具有显著的差异。 西山荆条灌丛的演替度大于汤河口灌丛，这和它们所受的人为干扰的强度的差异有紧密联系。

毛乌素沙地优势植物对全球气候变化的响应研究

毛乌素沙地是中国半干旱地区典型沙地，这里的干旱生态系统对全球的水热配合格局的变化具有很灵敏的响应。随着未来全球气候变化，如温度和降水量变化，将给这里的陆地生态系统分布格局和生产力以及水分平衡带来巨大影响。故本文人工控制157. 5mm、315. Omm、472. 5mm和630. Omm4种施水量水平以及25/20℃和28/23℃（白天／晚上）两种温度，来研究与模拟毛乌素沙地优势植物对水分和温度变化的响应。 以沙柳、杨柴和油蒿幼苗为研究对象，人工控制4种降水量水平来探讨它们的水分平衡对全球变化中降水量变化的响应。结果表明，随着施水量的增加，沙地贮水量及其它的变化量、湿度、蒸发量和蒸腾量均逐渐增大。并且157. 5mm和315. Omm施水量的植物沙地出现水分亏缺现象。相同施水量下，沙地蓄水量和湿度均杨柴沙地>沙柳沙地>油蒿沙地，而植物蒸腾量却油蒿>沙柳>杨柴。 以沙柳和油蒿幼苗为研究对象，人工控制4种降水量水平来探讨植物气体交换过程对全球变化中降水量变化的响应。结果表明，施水量的增加显著提高了两种植物的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和光能利用效率，并且显著降低了叶片温度。同时，157. 5mm施水量造成沙柳和油蒿的净光合速率和蒸腾速率具有显著的“午睡”现象，而充足施水却有效的解除或缓解这种“午睡”现象。 以沙柳、杨柴、油蒿和柠条幼苗为研究对象，人工控制4种降水量水平来探讨植物叶绿素荧光对全球变化中降水量变化的响应。结果表明，不同施水量对这4种植物的初始荧光、最大荧光、可变荧光和PSII光化学效率均具有显著影响。157. 5mm施水量的沙柳、杨柴、油蒿和柠条以及630. Omm施水量的柠条出现明显的光抑制现象。 以沙柳、杨柴、油蒿和柠条幼苗为研究对象，人工控制4种降水量水平来探讨植物生长对全球变化中降水量变化的响应。结果表明，施水量的增加对沙柳、油蒿和杨柴枝叶形态和生物量等都具有显著正效应。而157. 5mm和630. Omrn的施水量对柠条生长具有负作用。另外，沙柳、杨柴和油蒿根冠生物量比随着施水量增加均逐渐减小，而不同施水量的油蒿根冠生物量比之间差异不显著。 以柠条、杨柴和油蒿幼苗为研究对象，人工控制两种温度水平来探讨植物形态、生物量和气候交换特征对增温的响应。结果表明，增温显著提高了柠条和杨柴株高、叶数、叶面积、生物量、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度，却显著降低了水分利用效率。增温对油蒿叶数、叶大小、叶面积、生物量、蒸腾速率和气孔导度没有显著影响，却显著提高了油蒿的树高和净光合速率。柠条、杨柴和油蒿之间的种间生长和生理特征均有显著差异。

半干旱区典型植物对气候变化与C02浓度升高的响应与适应

1.羊草对土壤水分的响应与适应 羊草生物量随着土壤水分含量的降低逐渐降低，后期的降低幅度远远大于前期。干旱促进鞘分配增加，增加了在处理初期的根的分配，但到后期则使之减少，表明羊草在经历较长期的持续干旱后通过增加根部的比重来提高抗旱性的能力逐渐降低。轻度(LD)、中度干旱(MD)对羊草叶片相对含水量(RWC)、气孔密度、光合参数、荧光猝灭参数和群体日交换速率无显著影响，但严重土壤干旱使它们显著降低。 羊草叶片的可溶性蛋白质以中度干旱的最高，严重干旱(SD)特别是极严重干旱(VD)使之显著降低，游离氨基酸含量(FAA)的变化与之相似。随着土壤水分含量的降低硝酸还原酶(NR)活性逐渐下降，而谷氨酰胺酶合成酶(GS)的活性变化则是LD和MD使之分别增加了25.75%和12.22%，SD和VD则分别减少了8.21%和28.72%，说明了NR的活性变化对土壤干旱较敏感，而GS的活性则对适度的干旱有一定程度的适应性。LD处理没有增加天冬酰胺酶(AE)和内肽酶(EP)两种酶的活性，但MD、SD和VD使两种水解酶的活性显著增加，说明轻度土壤干旱对蛋白质和氨基酸的分解作用有稍降低作用，但随着土壤干旱程度的加剧，又极大地促进了这个分解过程。严重和极严重土壤干旱显著降低了叶片的总核酸含量和RNA的含量，暗示严重程度的土壤水分胁追限制了核酸的合成代谢，加强了其分解代谢，严重土壤干旱还显著增加了丙二醛(MDA)的含量，说明提高了羊草叶片叶肉细胞的膜质过氧化水平。 2.羊草对土壤干旱和复水的响应与适应 羊草受到适当的干旱驯化可促进生长，但过长时间的干旱处理，复水后未能补偿损失的生物量和叶面积。羊草叶片的气孔密度以中度干旱持续期(Mtd)处理的最高，其次是短期干旱持续期( Std)，二者分别比没有经过土壤干旱的处理（对照）增加了14.90%和3.61%，但长期干旱持续期(Ltd)却使之减少了27.19%，气孔指数亦有类似的趋势。复水增加羊草叶片的光合速率、气孔导度、蒸腾速率，近期复水的激发效应明显大于前期，而对夜晚的呼吸作用影响不显著。水分利用率( WUE)的日变化动态呈“M”字型曲线，以Mtd的WUE值的峰值最大，以三次曲线拟合WUE的24小时日进程最佳。叶绿素荧光动力学的分析结果表明，复水，特别是最近的复水可显著改善羊草叶片的PS II性能，增加叶绿素a，b的含量及其比值，提高碳酸酐酶的活性。 羊草含氮量以叶片的最高(4.40%)，根部的最低(1.99%)，枯叶、茎鞘和根茎的含量差异较小(2.26～4.40%)。所有器官的含氨量对土壤水分处理的响应基本一致，以对照处理的最低，Std的最高。各器官的碳氮比都是以对照的最高，而其它土壤水分处理相差不显著，给于一定时间的土壤干旱处理可使羊草获得较强的氨代谢能力。Std的氮素总拥有量最多，和对照相比，绿叶、枯叶、茎鞘、根茎和根分别提高了35.58、26.88、23.49、31.66、40.75%，而Ltd的含氨总量呈下降趋势，说明短时间的土壤水分干旱处理可明显促进羊草各器官和植株的氮素积累，而较长时间的土壤干旱则不利于氮素的积累。羊草各器官氮素绝对量占整株的百分比从大到小依次为：绿叶(42.42-44.00%)、根茎(20.13—23.69%)、根(15.43～17.18%)、枯叶(10.07～11.30%)和茎鞘(7.27～8.67%)，表明叶片的氮素存量占植株的一半以上。Mtd处理增加了叶片的氮素贡献率，减少了茎鞘和根茎的贡献率，有利于加强叶片的光合性能。 以中度干旱持续期(Mtd)处理的叶片可溶性蛋白质含量、谷氨酰胺合成酶(GS)活性、RNA含量为最高，但中长期的土壤干旱处理再复水后则显著降低了羊草叶片内肽酶(EP)的活性和MDA的含量，说明给于一定时间的土壤干旱处理可使羊草叶片保持较高的蛋白质代谢水平，降低膜脂过氧化水平。 3.羊草对昼夜温差与土壤水分交互作用响应与适应 昼夜温差减少使单株羊草的生物量降低21.3%，分蘖和根的生物量减少，而鞘的生物量稍增加，显著降低了严重和极严重条件下的生物量。温差缩小降低了分蘖和根的投资比例，减少植株的地下部分生物量，而增加新叶、鞘和分蘖光合产物的比例，表明温差的减少将抑制光台产物向地下部分的转移。温差减少对充足土壤水分和轻度干旱处理的放射性比强影响较小，但减少了其它3种干旱处理的放射性比强。其原因主要是减少了植株鞘、根和根茎的放射性比强，显著增加了饲喂叶和心叶的放射性比强，表明温差的缩小阻止了“源”的光合产物向“库”的转移，降低对分蘖和根的投资，不利于羊草对干旱逆境的适应。 昼夜温差缩小使羊草叶片的气孔密度降低4.01%，而且减少了土壤干旱对气孔密度的影响。较高的昼夜温差和较低的昼夜温差相比，羊草叶片的光合速率和WUE分别增加了7.37%和20.09%;而气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率分别降低了14.03%、2.57%和10.80%。昼夜温差减少降低了土壤干旱的δ13C值，说明可能减少处在干旱条件下的植株WUE，暗示减小昼夜温差不利于增大羊草叶片对土壤水分亏缺的耐性。昼夜温差的缩小主要影响了下午羊草群体的CO2交换速率，增加了对照、LD和MD处理的夜间呼吸速率，降低了尤其是显著降低了在土壤缺水条件下的CO2昼夜净交换量，而在两个昼夜温差条件下都是以LD的最高。 昼夜温差缩小影响氮素含量在羊草各器官中的氮素分配，降低了叶片和茎鞘中的氮素百分比含量，但增加了根茎和根中的氮素含量。在较小的昼夜温差条件下，LD显著增加了叶片的氮素含量，但其它土壤水分处理影响不显著，在较大的昼夜温差条件下，亦是LD显著增加了叶片的氮素含量，但MD也使其显著增加。昼夜温差缩小增加了叶片和茎鞘的碳氮比，降低了根茎和根的碳氮比，使叶片在中度和严重土壤水分胁迫时无变化，降低了响应于土壤水分变化的调节弹性。 昼夜温差缩小使羊草叶片可溶性蛋白质降低了16.14%。LD和MD显著促进叶片可溶性蛋白质含量增加，SD和VD都显著地降低了羊草叶片的可溶性蛋白质含量。昼夜温差缩小有使羊草叶片游离氨基酸降低的趋势，主要是降低土壤干旱条件下的游离氨基酸含量，虽然昼夜温差缩小稍增加了可溶性耱的含量(4.68%)，但使土壤干旱激发效应变得不显著，表明温差的缩小降低了叶片中渗透调节物质的积累，不利于羊草抗旱性的提高。昼夜温差缩小显著降低了羊草叶片的NR、GS和谷氨酸脱氢酶(GDH)的活性，在较小昼夜温差条件下几乎看不出土壤水分降低的激发效应，而在高温差下则明显看出LD的激发效应。昼夜温差减少加强土壤干旱对天冬酰胺酶和内肽酶活性的影响，加强了蛋白质和关键氨基酸的分解作用，提高了叶片的膜脂过氧化水平，不利于羊草对干旱的适应性响应。 在土壤水分充足条件下，昼夜温差缩减对羊草叶片气孔形态的影响不明显，但可以看出温差较大时有较多的星状蜡质覆于气孔表面及其周围，这可能是由于夜间温度升高后植物为了减少水分的散失而采取的一种适应性策略。在本实验条件下，中度和严重土壤水分胁迫使气孔变得更加凹陷，气孔更加坚挺，体现了对土壤干旱的适应性反应。对羊草叶片叶肉细胞超微结构的观察表明，昼夜温差对土壤水分充足时的超微结构影响不显著，但在严重土壤干旱条件下，昼夜温差缩减似乎减少了叶绿体中的淀粉粒，加速了叶绿体和线粒体膜的裂解，表明昼夜温差缩减加大了严重土壤干旱对羊草叶片叶肉细胞超微结构的负面影响。 4.羊草对温度和土壤水分交互作用的响应与适应 温度升高使羊草叶片气孔导度和蒸腾速率增加，使光合速率(A)和水分利用率( WUE)降低。土壤干旱和高温均导致最大光化学效率、量子产额和光化学荧光猝灭系数降低，使非光化学荧光猝灭系数升高。土壤干旱减少了羊草幼苗的生物量，却显著增加了根的贡献率和根冠比，而高温使二者显著地降低。在本实验条件下，直到极端干旱才显著降低了羊草叶片的A和WUE，而其他的水分处理影响不显著。土壤干旱使得叶片中的含氮量显著降低：温度对叶片氮含量无显著影响，但却显著地降低了根中的氮含量，尤其显著增加根与叶片氮含量的比率。高温加强了干旱对光合性能的影响，表明高温降低了羊草对干旱的适应能力。 温度过低或过高都对叶片保持高水平的可溶性蛋白质不利，温度过高还削弱了土壤水分亏缺对叶片中游离氨基酸的激发作用。水分梯度对20℃时的GS活性无显著影响，但LD促使26℃和29'C下的GS活性增加，MD以上强度的土壤干旱都显著降低了23℃以上温度尤其是29℃和32℃时的GS活性，表明高温和干旱的协同效应对谷氨酰胺的合成不利。高温增加了AE和EP的活性，加强了土壤干旱对羊草叶片蛋白质和氨基酸分解的促进作用，在一定的土壤水分条件下，高温对RNA的合成作用增强，认为这是对高温胁迫的一种适应性响应。 随着温度的升高羊草叶片中的可溶性糖含量逐渐增加，土壤干旱亦增加了其可溶性糖的含量，但至极端干旱时则使之降低。在20℃下，土壤水分对羊草叶片的可溶性糖的含量无显著影响，在23—32℃温度条件下则是土壤干旱增加了其值，但至VD时则使之显著降低。不同温度条件下，土壤水分对羊草叶片的MDA影响不同，在20℃下，无显著影响，在23和26℃下，SD和VD使MDA稍升高，但在29和32℃条件下使之显著增加，说明温度升高加强了土壤干旱所引发的增加叶片膜质过氧化水平的负面影响。 5.柠条和杨柴对CO2浓度倍增和土壤水分交互作用的响应与适应 土壤干旱使拧条和杨柴的生物量在倍增CO2浓度条件下比在正常浓度条件下降低幅度更大。CO2浓度倍增较大地促进了充足水分条件下的植物生长，而对干旱条件下的生长促进作用则较小。无论在中度条件下还是在严重干旱条件下，两种优势植物均是在倍增CO2浓度条件下增加的根冠比幅度较大;无论在中度条件下还是在严重干旱条件下，且无论正常CO2浓度条件下还是在倍增CO2浓度条件下均是杨柴增加的幅度大。CO2浓度倍增主要增加了水分充足和MD的单位叶面积质量(LMA)，但反而降低了严重干旱的LMA。 CO2倍增使δ13C降低，但土壤干旱使之增加。用“库”（根）中的δ13C值对“源”（叶片）中的δ13C作图，可以用以评价碳分配以及“库”中新增生物量，两种沙生灌木叶片与根部的δ13C值呈极显著线性关系，杨柴的斜率大于柠条的，表明前者叶片与根部在光合产物分配上具有较高的可塑性，这和干旱条件下杨柴的根冠比增加相关联。杨柴的“源库”调节特性反映了对逆境具有较高的耐性。 CO2倍增使柠条和杨柴叶片含氮量分别降低了10.40%和5.06%，土壤干旱有使柠条叶片含氮量增加的趋势，但中度干旱没有增加羊柴叶片的含氮量。CO2倍增使叶片的碳氮比显著增加，而干旱使之降低。CO2浓度倍增降低叶肉细胞质膜的过氧化产物MDA的含量，干旱亦使叶片的MDA含量增加。叶片含氮量与MDA呈显著正相关，表明CO2倍增有保护叶片免受土壤干旱的作用，但干旱的负面影响是CO2倍增效应所难以弥补的。 CO2倍增降低了柠条叶片的可溶性蛋白质的含量，但在干旱条件下降低幅度较小，说明CO2浓度升高条件下可减轻干旱影响叶片中可溶性蛋白质的强度，体现了CO2浓度倍增对植物的抗旱性有利的一面。CO2浓度倍增使土壤水分充足条件下的柠条叶片中游离氨基酸含量降低17.24%，却使SD条件下增加10.78%，表明土壤干旱导致的叶片游离氨基酸含量的增加平衡了CO2升高造成的降低。在充足土壤水分和MD条件下，CO2浓度倍增对核酸总含量和RNA含量有稀释效应，但严重干旱条件下，CO2倍增提高了核酸总含量和RNA的含量。

毛乌素沙地种子萌发特性及浑善达克沙地荒漠化成因分析

毛乌素沙地与浑善达克沙地为我国著名的沙地。本文以毛乌素沙地荒漠化防治中常用的飞播植被恢复技术为突破口，研究飞播采用的主要植物种种子萌发与幼苗出土对沙埋与水分的响应，以改善植被飞播恢复技术。近年来浑善达克沙地快速发展的荒漠化进程引起了人们的极大关注，本文应用统计方法对浑善达克沙地荒漠化成因进行了系统研究。 羊柴(Hedysarum leave Maxim.)、柠条(Caragana korshinskii Kom.)、籽蒿(Artimisia sphaerocephala Krasch)与油蒿(Artimisia ordosica Krasch.)为鄂尔多斯高原广泛分布的植物种，也是该地区飞播选用的主要植物种。通过温室实验，对四种植物萌发特性及出苗与水分和沙埋深度的关系进行研究，阐明了种子萌发的最适水分条件和沙埋深度。四种植物种子萌发与出苗最适宜的供水量都接近于当地生长季的平均降水量 (50mm/month);最适宜的沙埋深度为0.5cm-1cm, 羊柴、柠条、籽蒿和油蒿的沙埋深度分别为：0.5、1.0、0.5和0.5cm。过多的水分和过深的沙埋显著降低种子萌发与出苗，反映了四种植物对沙区环境的生态适应。基于实验结果及当地气候特点，建议将鄂尔多斯地区的飞播时间由6月初提前至5月中下旬，以提高飞播植物的出苗率。 近年来浑善达克沙地荒漠化的发展呈现加剧的趋势。通过对位于浑善达克沙地中心区正蓝旗的自然和社会因子变化趋势的研究寻求该区荒漠化发生发展的原因，应用数理统计方法对正蓝旗一些重要的气候及经济因子在近40年的变化过程进行了系统分析，发现过度放牧及人口的急剧增加是导致正蓝旗乃至浑善达克地区荒漠化加剧的主要原因。同时，温室效应造成的全球增温也是重要的诱因之一。基于上述分析，对浑善达克沙地的荒漠化防治工作提出了一些具体的建议和措施。

浑善达克沙地植被的生态适应及植物资源特征

浑善达克沙地位于锡林郭勒高原中部，是我国干草原地带最大的一片沙地。由于长期过度利用，导致了草场退化、固定沙丘活化、沙地大面积沙漠化等一系列环境问题，防治沙漠化的进一步扩大已经刻不容缓。本论文的目的是了解沙地植被与环境的生态关系、沙生植物适应沙地环境的特点以及沙地植物资源特征，为在沙漠化防治中选择合适的治沙物种、制定合理的植被恢复方案提供理论依据。论文包括三方面的内容：1 浑善达克沙地丘间低地草本植物群落的分类与排序;2 沙埋对中间锦鸡儿幼苗生长发育的影响;3 浑善达克沙地植物资源分析。 对丘间低地的草本植物群落进行TWINSPAN 分类和DCA 排序结果表明，浑善达克沙地中部研究区域丘间低地植物群落可分成四个主要类型，每个类型各具不同的特点，土壤盐分以及相关的土壤水分因素对群落分布有着显著的影响。在沙地环境中，沙埋是影响植物幼苗存活的一个重要因素。中间锦鸡儿（Caragana intermedia）是浑善达克沙地和毛乌素沙地固定和半固定沙丘上常见的一种沙生灌木。为了研究沙埋对其幼苗的存活以及生长的影响，对出土后生长了一个月的中间锦鸡儿实生苗进行沙埋实验，实验处理有对照、部分沙埋和全埋，结果表明，部分沙埋对中间锦鸡儿幼苗的生长发育没有显著的影响，说明中间锦鸡儿是一个比较耐沙埋的物种，尽管全部沙埋对其幼苗的生长发育产生了显著的抑制。 浑善达克沙地的物种资源丰富，有种子植物约952 种，分布在348 属、75 科中，菊科和禾本科是最大的两个科;草本植物是主要的生活型，有828 种，占物种总数的86.97％;植物的水分生态类型以中生植物最多，有577 种，占物种总数的61.1％，其次为旱生植物291 种，占总数的30.8％;沙地中有优良牧草植物149 种，可用于固沙的植物几十种，有药用价值的植物约301 种。

毛乌素沙地四种关键植物幼苗出土及生长对沙埋和水分的响应

飞播是毛乌素沙地植被恢复与重建的重要手段。但此项技术仍存在一些问题，如飞播后成苗率较低等。柠条(Caragana korshinskii)、羊柴(Hedysarum laeve)、籽蒿(Artimisia sphaerocephala)与油蒿(Artimisia ordosica)是毛乌素沙地广泛分布的物种，也是飞播的主要物种。本文以飞播植被恢复技术为突破口，研究沙埋和土壤水分对种子萌发，幼苗出土和生长的影响，探讨幼苗出土和生长对沙生环境的适应对策。对采用合适的物种进行生态工程建设，提高生态工程的稳定性及可持续性具有重要意义。同时，本项研究有助于加深半干旱区植物对沙生环境适应机理的认识。 以上述4种植物为研究对象，设定7个沙埋深度和9个水分梯度，研究种子萌发和幼苗出土对沙埋和单次供水的响应。设定7个沙埋深度，选择3个沙丘部位，研究沙丘不同部位对植物种子萌发的影响。设定6个沙埋深度、4个水分梯度，研究两种蒿属植物幼苗生长对不同沙埋和供水的响应。得出如下主要结论： (1) 对于种子质量相对较大的柠条和羊柴而言，在一次性10-20 mm供水量条件下，幼苗主要在0.5-2 cm埋藏深度之间出土，但在埋藏深度为5 cm时这两个物种仍有少部分幼苗能够出土;对于种子质量相对较轻的油蒿和籽蒿而言，在一次性10-20 mm供水量时，幼苗主要在0.5 cm埋藏深度出土，油蒿和籽蒿幼苗在埋藏深度为1.5和2 cm时不能出苗。沙埋深度为0.5 cm时，4个物种出苗率较高、出苗时间较短、出苗速率较快。 (2) 实验期内(30天)在一次性供水量分别为5、7.5和7.5mm时，柠条、羊柴和油蒿出土幼苗全部死亡;在一次性供水量高于15-20 mm时，出土幼苗死亡率低于50%;籽蒿在供水量高于10 mm时出土幼苗死亡率低于50%;随供水量的增加4个物种出土幼苗的死亡率降低。 (3) 结合毛乌素沙地降雨特点与本文实验结果，0.5 cm的沙埋及7.5 mm以上的单次降雨量是上述4种植物自然条件下出苗较高的重要条件。 (4) 在沙丘顶部，2-7 cm沙埋深度之内各个物种不同沙埋深度的种子萌发率差异不显著。沙丘背风坡中部和底部，4个物种在沙埋深度为1 cm时的种子萌发率均显著高于5、7 cm时的萌发率。当沙埋深度为1-5 cm时，柠条和羊柴种子在坡面不同位置的萌发率均高于20%，且显著高于7 cm沙埋深度时的萌发率。在背风坡底部时，柠条、羊柴、油蒿和籽蒿的种子萌发率达到最大值，分别为45.2±3.27%、48.4±5.21%、20.8±4.63%和22.4±4.83%。4个物种的种子萌发率从沙丘顶部到背风坡中部到底部呈递增趋势，表明背风坡中部和底部的环境条件要比顶部更适合种子萌 发。 (5) 部分沙埋促进幼苗生长。2种蒿属植物幼苗在沙埋深度为0.25、0.5 H时比在0、0.75 H时具有更高的生物量、叶面积、相对生长速率（RGR）和净同化速率（NAR）。在75 mm/月供水量时，油蒿幼苗具有较高的生物量和叶面积，但当供水量达到100 mm/月时其幼苗生长受到抑制。油蒿幼苗在遭遇较深（0.5、0.75 H）沙埋时的根冠比要显著高于未沙埋幼苗的根冠比;籽蒿幼苗根冠比在不同沙埋条件下没有显著变化。籽蒿幼苗在50 mm供水量时具有较高的RGR。油蒿幼苗在75 mm供水量时具有较高的RGR和NAR。

沙埋与供水对毛乌素沙地两种重要植物幼苗生长的影响

近年来，土地荒漠化（ Desertification）及其防治已成为世界各国政府及科学界广泛关注的社会与环境问题。毛乌素沙地是我国荒漠化发展的中心地区之一。荒漠化不仅长期制约着地方经济的发展，同时也不同程度地影响着黄河中下游等地区的生态环境。因此，毛乌素沙地退化生态系统的恢复重建势在必行。沙埋与水分是该地区重要的生态因子和限制因子。柠条（Caragana korshinskii ）和羊柴（Hedysarum laeve ）作为该地区广泛分布的物种，经常用于我国北方干旱、半干旱区的生态恢复。因此，本文以这两个物种为研究对象， 探讨不同的沙埋与供水对两种植物幼苗存活与生长的影响。该研究对深化与丰富植物对沙生环境适应的生态学机理认识， 进而对采用合理的方法进行荒漠化防治及当地生态系统恢复重建具有重要的理论与实际意义。 以柠条（Caragana korshinskii ）和羊柴（Hedysarum laeve ）这两种植物幼苗为研究对象，人工控制6 个沙埋深度、5 个沙埋时间和4 个水分梯度，研究它们对不同沙埋深度和供水量的响应。结果表明：适量的沙埋(0.25~0.50 H 沙埋)与供水(柠条50 mm/月，羊柴75 mm/月)可以促进幼苗生长，过量的沙埋与供水则会抑制生长甚至导致幼苗死亡。柠条幼苗在50 mm/月供水， 0.25、0.50 H 沙埋， 羊柴幼苗在75 mm/月供水，0.25、0.50 H 沙埋下具有较高的生物量、叶面积、相对生长速率和净同化速率；幼苗在1.0 H 和1.25 H 沙埋下全部死亡。供水量较小、沙埋较浅时，两种植物根冠比均较高；当供水量最大时，柠条幼苗根冠比在沙埋最深和没有沙埋时较大，而羊柴幼苗根冠比仍在没有沙埋时最高。

植物生长与土壤水关系调控起始期

确定植物生长与土壤水关系调控起始期是可持续利用土壤水资源的基础。以柠条为研究对象,采用中子仪对黄土丘陵半干旱区撂荒地,1～5年生柠条林生长和土壤水分进行长期定位观测和分析。结果表明:1 a内,随着时间推移,柠条利用土壤水分深度从播种时的表层土壤增加到220 cm;随着林龄增加,除丰水年2年生柠条林地土壤储水量增加外,柠条利用土壤水分深度和耗水量增加,林地土壤储水量下降。在2004年生长末期,3年生柠条林地100 cm土层的土壤含水量低于萎蔫系数,4年生柠条林地土壤旱化加剧,柠条生长与土壤水关系调控起始期是第5年。此时需要调控柠条生长与土壤水关系,采取措施降低柠条水分耗水量,实现土壤水资源可持续利用。

黄土区人工与天然植被对凋落物量和土壤有机碳变化的影响

在黄土丘陵区选择从耕地、草地、灌木林到乔木林样地,不同样地内设立1m×1m(乔木10m×10m)的样方,分析样方内凋落物积累量、碳氮含量、土壤有机碳(SOC)和可溶性碳(DOC)含量变化。结果表明:天然草地、灌木林、乔木林凋落物积累量依次为5.3,12.1和32.4t.hm-2;但人工灌木林和乔木林的凋落物积累量分别为6.7和11.4t.hm-2,分别是天然灌木林和乔木林的1/2和1/3。随着植被的恢复,天然植被凋落物的C/N高于人工植被(刺槐林除外)。与耕地SOC(4.67g·kg-1)相比,天然灌木林地SOC提高5.9倍,人工灌木林地提高1.8倍;天然乔木林地提高8.0倍,而人工乔木林地仅提高4.0倍。凋落物积累量与0～20cm土层土壤有机碳存在显著线性相关关系(R2>0.83),但20cm以下线性相关关系不显著。凋落物积累量与0～10cm土壤可溶性碳含量存在显著线性相关关系(R2>0.893),与10～60cm土层线性相关关系不显著,与80～100cm土壤可溶性碳存在显著线性负相关关系。

黄土高原半干旱区水土保持植被恢复限度——以人工柠条林为例

为了确定水资源不足地区植被恢复潜力和水土保持林建设目标,在黄土丘陵半干旱区宁夏固原上黄试区,对相同立地条件的16年生人工柠条林进行疏伐,建立不同密度林地,进行林分密度、森林植被水土保持效益和土壤水分关系的定位实验。结果表明:平均基径随密度的增加而减少,二者为线性关系;盖度随密度的增加而增大,盖度与密度为对数关系;林冠截留随密度的增加而增大,二者为指数关系;地表径流随密度的增加而减少,二者为对数关系;泥沙含量随密度的减少而增加,二者关系可用倒S形曲线描述。虽然密度增加,盖度增加,森林植被水土保持效益增强,但是受土壤水资源的限制,柠条林有一个最大恢复限度。当超过限度时,势必会引发或加剧土壤旱化。

黄土丘陵沟壑区人工林地的土壤抗蚀性评价

以延安、安塞、吴旗的人工刺槐林、柠条林为研究对象,选取同一地区的自然恢复草地和坡耕地为对照,通过对5个表征土壤抗蚀性的指标即>0.25 mm水稳性团粒含量、>0.5 mm水稳性团粒含量、平均重量直径、团聚状况和团聚度的比较分析,对人工刺槐林、人工柠条林相对于自然恢复草地和坡耕地改善土壤抗蚀性的效果进行了评价,同时分析了不同林龄人工林土壤抗蚀性的变化。研究表明,人工林地相对于坡耕地,显著提高了土壤抗蚀性,但不及自然恢复草地,尤其在安塞和吴旗表现更明显;随着林龄的增长,人工林地土壤抗蚀性能增强,并趋于稳定。并通过对样地的聚类分析,也得出与上述相似的结果。综合分析表明,封禁条件下的植被自然恢复是黄土丘陵沟壑区比较适宜的植被恢复方式和控制土壤侵蚀的有效措施。