CO2浓度升高对羊草草原生产力和碳平衡的影响

自工业革命以来，大气的C02浓度以前所未有的速度增加，已经由280μmol mol-1升高到了360μmol mol-l。据预测，到下个世纪中／末期，C02浓度将为目前的二倍。C02浓度升高及其引起的全球气候变化必将影响到植物的生长发育，进而对整个生态系统产生巨大影响。因此，有关C02浓度升高对各类生态系统的影响的研究引起了广泛关注，成为近年来的研究热点。早期的研究多数集中于考察C02浓度升高对植物个体水平生长发育的影响。然而，高C02对植物的效应严重依赖于具体物种和具体环境条件，使得基于由短期盆栽实验获得的研究结果不能够有效地预测自然生态系统的行为。因此，长期、原位处理实验越来越受到重视。由于原位研究的难度较大，目前这方面的研究还不是很多。有限研究结果显示，由于生境条件和种间关系方面的巨大差异，自然生态系统对C02浓度升高的反应迥异。 草原生态系统由于C02浓度控制上比较容易实现，而且其物质循环相对较快，因而一直是C02富集实验研究最多的一类植被，生态系统水平的研究更是如此。然而涉及的区域和草原类型并不多，不足以进行可靠预测。目前，关于C02升高效应，研究比较系统的草原生态系统主要集中在：美国Kansas的高草草原、美国California的一年生草原、瑞士西北部的石灰质草原、美国Colorado的矮草草原和一些牧场。我国总土地面积的40%为草地，类型丰富，然而相关研究不多，尤其是对自然生态系统的原位研究几乎为空白。 为揭示C02浓度升高对羊草草原生产力和碳平衡的效应，我们在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站的永久羊草样地开展了两年的C02倍增实验(2001，2002)。在羊草样地选择相对均匀地段设置12个开顶式气室（直径1.8m），每个气室内分成4个小样方(0.5m×0.5m)，其中6个气室在生长季给予加倍C02处理（约600μmol mol-l），另6个气室不补充C02（约300μmol moI-l）。地上部分用收割法取样，分种记录数量、高度和重量等指标，地下部分取样用环刀法。用Li-cor6400光合系统测定群落光合和呼吸速率。野外实验结束后，统一分析植物和土壤样品中的C、N等元素含量。另外，在内蒙古草原站院内设置了两组桶培实验，一组是取自羊草样地的带苗原状土，一组是取自羊草样地的混匀土，种上冰草(Agropyron cristatum)、紫花苜蓿(Medicago sativa)和无芒雀麦(Bromus inermis)的种子。2组桶培实验分别用两个水分梯度和两个C02梯度处理。水分处理分别为：浇水处理——每4天浇lOOOml水，相当于平均降雨量的160%;干旱处理——持续干旱，适时补水以保持植物不萎蔫，共浇水4000ml水。C02处理和取样方法与样地原位实验相同。主要研究结果和结论如下： 1)两年的C02加倍处理没有使羊草草原的生物量、植物种和功能型组成发生显著改变，桶培实验中，浇水处理显著促进了植物生长，原状土植物、种子苗实验的冰草和无芒雀麦对C02加倍处理同样不敏感，而种子苗实验的豆科植物紫花苜蓿在C02加倍处理下生物量显著提高。以上结果显示，由于水分和养分（特别是N）的限制，以及优势植物对C02的相对不敏感，C02浓度升高对羊草草原地上生物量和结构的效应相对不大。 2)羊草草原的根垂直分布在加倍C02条件下发生显著改变，但根生物量对C02加倍处 理相对不敏感。在4次取样中只有一次对C02加倍处理表现出显著变化，根长的变化与根生物量的变化不完全一致，根的比根长在加倍C02条件下增加。根垂直分布的变化趋势与降雨的时间分布相适应，干旱少雨时期C02使下层根量增加，多雨时期C02则使上层根量增加。以上结果显示，根的空间分布比根生物量对C02加倍处理更敏感。水分是根空间分布变化的驱动因子，加倍C02条件下，根空间分布的变化趋势倾向于优化对水分的充分利用。 3)加倍C02处理使羊草草原的群落光合速率显著提高，群落呼吸速率显著降低，因而使群落碳净输入量增加。土壤碳贮量占羊草草原碳总贮量的70%以上，碳总贮量及其组分（包括地上碳贮量、根碳贮量、土壤碳贮量）在两个C02浓度处理之问均没有显著差异。另外，加倍C02处理使羊草草原群落及其优势植物羊草的c：N比增加。以上结果显示，在加倍C02条件下羊草草原的碳净输入量增加，这意味着在未来高 C02条件F，羊草草原将作为碳汇对大气C02起反馈调节作用。其碳贮量对加倍C02 处理的不敏感与许多以前的研究结果相似，一般认为是由于土壤碳贮量本底太大， 掩盖了C02效应，这还有待于更长期原位实验的证实。羊草草原群落c：N比在高C02 浓度下的变化将影响凋落物降解、N素循环和动植物营养关系等，进而对生态系统 功能产生深远影响。

不同生活型植物对机械刺激的反应

机械刺激效应（Effects of mechanical stimulation）是风生态学直接效应的主要表现形式。研究机械刺激对植物的影响，有利于将风的直接与间接效应区别开来，从而精确研究植物对风的反应格局;研究不同生活型植物对机械刺激的反应是植物力学与植物生态学的重要内容，有助于揭示植物对生境的适应机制。 本研究涉及三个实验。第一个实验探讨不同生活型植物对机械刺激和水分互作的响应格局;第二个实验研究匍匐茎草本植物蛇莓对部分机械刺激的反应;最后一个实验揭示不同水分供应条件下，番茄和紫花苜蓿对不同机械刺激频度的响应。在第一个实验中，克隆半灌木羊柴（Hedysarum laeve），一年生草本植物虫实（Corispermum mongolicum），多年生大型禾草沙鞭（Psammochloa villosa）和多年生丛生禾草黑麦草（Lolium perenne）分别接受由两个水平机械刺激（无刺激和刺激60 s d-1）和两个水平水分供应（200 ml d-1和400 ml d-1）组成的处理。在第二个实验中，匍匐茎草本蛇莓（Duchesnea indica）接受4个不同水平的机械刺激：（1）整个克隆不受机械刺激;（2）整个克隆都受机械刺激;（3）除顶端外其余克隆部分受机械刺激;（4）仅克隆顶端受机械刺激，其余部分不受机械刺激。在最后一个实验中，番茄（Lycopersicon esculentum）和紫花苜蓿（Medicago sativa）接受由三个水平机械刺激频度（0，25赫兹和50赫兹）和三个水平水分供应（50ml，150ml和250ml）组成的处理。这些实验主要回答不同生活型植物的生长和（或）机械性状如何响应机械刺激。主要结果如下： （1）在对机械刺激和水分交互效应的实验中，交互效应随物种发生变化。机械刺激和水分的交互效应对羊柴、番茄和紫花苜蓿作用不显著，但对虫实、沙鞭和黑麦草作用显著。 （2）在对机械刺激的研究中，机械刺激对植物的效应有正负之分。如机械刺激降低羊柴和沙鞭的总生物量，表明其是一种胁迫因子。但对于虫实、番茄和紫花苜蓿来说，机械刺激却能不同程度地促进植物的生长。 （3）机械刺激对虫实的机械性状没有显著影响，但对羊柴的机械性状恰好相反。此外，水分对虫实机械性状有显著影响。 （4）不同植物对机械刺激频度的敏感性存在差异。对番茄来而言，50赫兹的机械刺激对其生长具有较强的促进作用;对紫花苜蓿来说，25赫兹的机械刺激对其生长具有较强的促进作用。 （5）蛇莓对局部机械刺激具有显著反应，特别是在顶端进行机械刺激的处理中，整个克隆片段的叶柄长度缩短，根冠比发生改变，将较多的生物量分配到根。 这些结果表明：（1）不同物种对机械刺激和水分互作的反应可能与机械震动方式及物种本身有关;（2）单位植物大小所承受的机械刺激的强度及物种的生长速率是不一样的;（3）不同反应间的相互作用及相互独立可部分解释物种间的效应差异;（4）接触性形态建成的效应不能从一个物种外推到另外一个物种。 以前的研究集中探讨直立茎植物对机械刺激的响应，而对匍匐茎植物的研究极为贫乏。我们对蛇莓部分机械刺激的研究仅仅是一个初步探索。蛇莓的可塑性行为可能是一种适应性策略，因为这类植物常常生长在机械刺激频繁的开阔生境中。上述三个实验仅仅从生长和机械角度探讨了植物的适应性，而要真正揭示植物对多风生境的适应需要对不同物种进行多水平、多层面的研究，以期掌握不同生活型植物对机械刺激响应的一般格局。例如，从激素、细胞、解剖结构等方面探索其内在机制。

稻田鱼腥藻返地克隆株的卫星再搭载研究

<正>稻田鱼腥藻(Anabaena oryza HB32)通过90105返回卫星搭载后出现性状分离,其中分离到AoSR16藻株,其固氮酶活力较对照(出发株)成倍提高,其光合和呼吸活性尚未发现明显差异.经2年的地面保持培养后,该藻株的固氮酶活性仍高于对照.1992年10月我们对AoSR16进行了卫星再搭载空间飞行.本文主要报道再搭载后,该藻株的性状分离情况及其再分离单克隆藻株固氮酶活性、生长速率、藻胆蛋白累积和氨排出的变化以及它们间的相互关系,并对固氮酶活性变化的原因及其生理生化效应进行了初步探讨.

Studies on the energy release of rice mitochondria under different conditions by means of microcalorimetry

The thermodynamic and kinetic behaviors of energy release of mitochondria isolated from rice (Oryza sative L.) were studied by using a LKB 2277 Bioactivity Monitor under different conditions. The thermogenesis curves of energy release of the rice mitochondria (which had been kept at 0-3 degreesC for 15 h and 40 day before the determination) were determined respectively at 25 and 30 degreesC, and the difference in shape of the thermogenesis curves and thermodynamic and kinetic characteristics were compared. The thermodynamic and kinetic parameters of energy release of the mitochondria in the thermogenesis increasing stage have been calculated, and the experimental thermokinetic equations of the thermogenesis have been established. The results indicated that the lower the temperature, the slower the energy release of the rice mitochondria. Both the thermogenesis and the energy release late of the rice mitochondria increased after the mitochondria was kept at lower temperature for 40 days. One can use the methods to characterize the ability of the rice mitochondria to release energy under different conditions. (C) 2001 Published by Elsevier Science B.V.

不同生育期土壤-苜蓿系统水流阻力和水容变化规律研究

紫花苜蓿是水蚀风蚀交错带重要的人工种植牧草,具有较强的耐寒、耐旱性。自然条件下的模拟土柱试验在陕北神木试验站进行,采用抑制蒸腾法定量分析了水蚀风蚀交错带土壤-苜蓿系统水流阻力、水容等瞬态水流参数变化过程。结果表明:不同生育期内瞬态水流阻力及水容有明显差异:开花旺盛期平均水流阻力最小0.22×108Mpa.s.m-3,约为干枯老化期的1/9;平均水容最大5.38×10-4m3/Mpa;是现蕾期的4倍多。该研究结果有助于揭示紫花苜蓿体内水分调节作用及抗旱机制,对干旱半干旱地区植被恢复有重要指导意义。

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。

生育年限对紫花苜蓿地上部生长的影响

2006年2-5月对杨凌区3年生和5年生紫花苜蓿(Medicago sativa L.)的株高、单株重量、产草量、生长速率、茎叶比、鲜干比和群落结构进行测定分析。结果表明5年生紫花苜蓿株高为132 cm,大于3年生紫花苜蓿109 cm(P<0.01);5年生紫花苜蓿单株重量152 g/株,大于3年生紫花苜蓿102 g/株(P<0.01);5年生紫花苜蓿的茎叶比0.43-1.67,小于3年生紫花苜蓿0.58-2.42。5年生紫花苜蓿产草量高于3年生紫花苜蓿(P<0.01),盛花期刈割时,鲜草产量分别达到6.17 kg/m2和4.10 kg/m2;5年生紫花苜蓿的鲜干比4.01-6.69,小于3年生紫花苜蓿4.12-7.26(P<0.01)。紫花苜蓿叶的最高密度位于地上80-100 cm层内;花序的最高密度位于120-140 cm层内;40 cm以下的生物量以茎为主,茎重由下层至上层递减;紫花苜蓿的茎叶比随植株高度的增加在不断的增大,60-140 cm之间各个层次3年生紫花苜蓿的茎叶比均大于5年生紫花苜蓿(P<0.01)。

黄土塬区三种豆科牧草的土壤养分剖面分布特征与平衡

为了解豆科牧草短期种植对土壤养分环境影响的进程和规律,通过田间试验对沙打旺、苜蓿和胡枝子等3种豆科牧草以不同密度单播、混播对土壤有机质、全氮、全磷剖面分布和平衡输出的影响进行了定性和定量分析。所有处理土壤全氮和有机质含量在土壤剖面2m深度范围内均呈典型的"S"形分布,全磷呈抛物线形分布。单播牧草固氮能力与播种密度呈正相关;苜蓿固氮能力最强,高密度下表观生物固氮量达507.5kg·hm-2。沙打旺生长1年可使土壤有机质平均净增3.51%。沙打旺和苜蓿全磷平均输出比率分别为43.14%和40.24%,显著高于胡枝子(23.74%);胡枝子与沙打旺、苜蓿的两两混播处理和3种牧草混播处理平均全磷输出比率分别为20.73%、26.33%、25.83%。试验结果表明,3种豆科牧草均可显著提高土壤有机质累积,沙打旺和苜蓿对土壤全氮和全磷的消耗显著大于胡枝子,但前两者的固氮能力也强于后者。以适当密度进行的不同牧草混播处理由于种间良性竞争和共生协调作用可优化混播群体对土壤养分的消耗利用。

镉、铅污染土壤的植物-微生物联合修复研究

植物－微生物联合修复是利用微生物作为植物修复重金属土壤的一种强化手段，在弥补单纯植物及微生物修复技术不足的同时，利用植物和微生物的共存体系提高植物修复效率。本研究考察了向日葵（Helianthus annuus L.），芥菜（Brassica juncea L.），紫花苜蓿（Medicago sativa L.）和蓖麻（Ricinus communis L.）对Cd、Pb的富集特征，并筛选出向日葵作为富集植物；探讨了向日葵根系分泌物在重金属胁迫下的变化；通过重金属耐受菌株与向日葵的配伍对Cd、Pb污染土壤进行联合修复，结果如下： 液体培养实验结果表明，四种植物对Cd、Pb富集能力明显不同，其中向日葵对两种重金属的提取效果较好。四种植物对重金属的富集量随着浓度的增加而增加，而富集系数随重金属浓度的增加而减小，转移系数同重金属浓度及地上部/地下部生物量比值呈现一定的相关性；Cd、Pb复合处理中，一种重金属的存在会在不同程度上影响植物对另一种重金属的吸收；此外，不同植物及重金属处理中根际区域的酸碱度及氧化还原电位呈现负相关性。 砂培实验结果表明，向日葵对重金属的富集规律基本同液体培养实验相似。富集系数与重金属浓度和培养时间呈现线性相关关系。复合处理中，当Cd和Pb在适当浓度比例时，向日葵可以增加对某一重金属的吸收效率。向日葵的根系分泌物组成因重金属的存在而明显减少，根系分泌物中的草酸、酒石酸、苹果酸、柠檬酸、乙酸及丁二酸含量随着不同浓度Cd、Pb而发生不规则变化。 在以根系分泌物作为唯一营养来源筛选重金属耐受菌株实验中，细菌和真菌对Cd及Pb的耐性及吸附效率不同。总体上看，微生物生物量随重金属浓度升高而降低，而重金属吸附量随浓度升高而增加，重金属复合毒性也减少了微生物对单一重金属的吸收；另外，培养基中酸碱度因微生物种类及重金属浓度而有所差异。 将筛选出的优势微生物与向日葵配伍处理Cd、Pb污染土壤的实验中，由于Cd、Pb污染模式及菌株种类的不同，微生物对向日葵吸收重金属的强化效果呈现很大差异，其中真菌对植物吸收重金属的强化能力较细菌强；同时，根系分泌物中6种有机酸的含量在不同处理中变化较大；在处理单一Cd或Pb污染的时候选用菌株B1、F1或混合菌B1+B2、F1+F2、B2+F1、B1+F2与向日葵配伍修复的效果较好；混合菌F1+F2、B1+F2、B2+F1的添加能较好的强化Cd、Pb复合污染中向日葵吸收重金属的能力。

苜蓿化感作用研究

苜蓿为多年生豆科牧草。具有一次种植、常年收获、产草量高、营养丰富、适口性好等突出特点，并且具有生物固氮、培肥地力、改良土壤结构、防止水土流失等多重生态功能。但是首楷在生产过程中，存在一些缺陷，首蓓含有水溶性的毒性物质，不仅对自身产生毒害（自毒），也对其他作物和杂草具有化感作用（异毒），这对首楷和其他作物的轮作、间作、套作和田间杂草具有重要影响。本研究运用柱层析对首蓓根部皂贰进行了初步分离，比较了不同生长年限的首楷根际土壤的化感潜力，运用生物测定方法评估了首稽叶片的水浸提液对农田常见的几种杂草的抑制效果。结果表明，皂贰是首楷体内主要的化感物质，这些化感物质能够强烈影响作物和杂草的萌发和生长，皂贰浓度越大，抑制程度越强。生物测定表明，首楷叶水浸提液能够抑制田间常见的5种杂草（黎、反枝觅、简麻、马唐和狗尾草）种子萌发，对杂草的抑制程度依赖于浸提液浓度，浸提温度和时间以及杂草种类。其中浸提液浓度为0.45g·ml~(-1)，浸提时间不小于24h以及浸提温度50℃为抑草的最佳组合。这对田间管理杂草具有一定的指导意义。同时，对化感物质的反应，根长比苗高更灵敏。

利用02428h中隐性高杆基因消除不育系包颈现象的可行性研究

梗稻广亲和种质02428h中倒一节间伸长的性状由一对隐性基因(h基因)所控制，本实验证明了将h基因导入保持系与雄性不育系中均能得到遗传表达，促进倒一节的伸长。h基因与可育胞质及野败不育胞质作用后分别使穗伸出度达15cm,1.2cm，而相应珍汕97B及珍汕97A穗伸出度仅分别为1.7cm，-9.8cm。即h基因使穗伸出度分别提高8.8倍及1.2倍。因此，利用h基因有可能充分消除雄性不育系的包颈现象。The character of greatly elongated uppermost internode of wide compatible japonica rice 02428h iscontrolled by a recessive gene(b gene). The study shows that h gene could get genetic expression in maintaince andmale-sterile line(MS-line) and make the uppermost internode elonged. H gene interacts with the fertile and wild abortive male sterile cytoplasm make panicie neck exsert to 15cm and 1.2cm, while panicle neck exsertions of parents zhenshan 97B and A were 1.7cm and -9.8cm. So, h gene makes panicle necks exsert 8.8 and 1.2 times repectively. Its is possible to introduce h gene into male-sterile line so as to eliminate panicle endosure.

密度对三种豆科牧草生产力和水分利用率的影响

研究播种密度对3种豆科牧草生产力和水分利用效率的影响,以探讨其在草地农业系统中的合理优化模式。结果表明:沙打旺(Astragelus adsurgens)在高密区第2年生产力最高(18321 kg.hm-2),第3年开始下滑;苜蓿(Medicago sativa)在中、高密区生产力的增幅和增量差别不显著,以第3年最高(22563和22108kg.hm-2);胡枝子(Lespedeza daurica)在中密区第3年最高(7856 kg.hm-2);加大密度使沙打旺提早进入生长盛期,第2年即达到高生产力和较高水分利用效率;苜蓿以中密区(20~30株/m2)效果最好;达乌里胡枝子的生产力和水分利用率偏低,在黄土塬区草地农业中没有优势。

不同轮作施肥对土壤有机氮分解特征的影响

在各长期轮作施肥系统中,耕层土壤矿化培养过程的pH及剖面矿化势的变化,说明了长期不同的轮作和施肥方式引起土壤有机氮数量和性质的变化。pH变化具有一共同特征,在0~4 周,各处理间差异显著;而后期变化趋势趋于一致,向微碱性环境发展。各处理的剖面矿化势的变化反映了有机氮可矿化数量的改变。小麦连作施肥和苜蓿连作施肥均说明施用有机肥对土壤有机氮水平有较好的提高作用。粮豆轮作3 a对土壤供氮能力的提高作用大于粮饲轮作4 a和裸地处理。

紫花苜蓿和短花针茅根系分布与土壤水分研究

以陕北农牧交错带人工草种紫花苜蓿(Medicago sativa L.)和天然草种短花针茅(Stipa breviflora Griseb.)为对象,采用根钻法调查两个草种的根系垂直分布以及刈割后苜蓿根系变化特征,并通过定位观测研究土壤水分动态变化。结果表明:紫花苜蓿和短花针茅根系密度随土壤深度增加而减少,而且均以直径小于等于1 mm的须根为主;0~50 cm土层紫花苜蓿和短花针茅根系量分别占0~100 cm剖面总量的67%和84%。紫花苜蓿和短花针茅根系分布与土壤水分消耗特征吻合。生长旺盛期苜蓿大量消耗0~140 cm土层土壤水分,5-9月平均有效土壤储水不足10 mm;生长季末深层(140~280 cm)土壤储水也逐渐降低,约为裸地储水量的50%。短花针茅0~280cm剖面土壤水分状况明显好于苜蓿地,比苜蓿地多储水100 mm左右;主要消耗浅层(0~50 cm)土壤水分,深层水分利用较少。

黄土塬区3种豆科牧草对土壤水分的消耗利用研究

在田间完全旱作条件下采用3个密度和2种播种方式观察了3种多年生豆科牧草生长第2年对土壤水分的消耗利用情况。结果表明:苜蓿主要耗水深度在2~3 m,最深可达5 m,其中、高密度处理3 m以上土壤水分含量都在稳定田间持水量之下,已经开始形成土壤下伏干层;沙打旺耗水深度在0~2 m,最低含水量(11.61%)处于80~100 cm,在雨季可以恢复到稳定田间持水量之上;达乌里胡枝子主要耗水深度在1 m以上,最低含水量也在稳定田间持水量之上。单播沙打旺、苜蓿和达乌里胡枝子全生长期内对土壤水分的消耗分别为249.9、180.2和136.6 mm,水分利用效率分别是29.39、26.04和8.91 kg.mm-1.hm-2。混播、加大播种密度都会增加3种牧草土壤水分消耗,降低土壤储水量,提高干草产量和水分利用效率,但影响程度因牧草种类、播种方式以及不同的生长时段而异。