温带荒漠植物叶片功能性状对土壤水盐的响应

植物叶片功能性状与环境因子的关系一直倍受关注。以艾比湖湿地国家自然保护区荒漠林为研究对象,布设5条30m×3 000m样带,设置30个样方,并沿土壤水分(4.20%±0.57%)、(9.69%±1.95%)、(17.59%±0.83%)和盐分(3.45±0.46)、(4.72±0.74)、(6.42±0.35)g·kg-1环境梯度系统测量了群落中植物的4种叶片性状,包括叶面积、叶厚度、比叶面积和叶绿素含量等,试图寻找干旱和盐渍化双重胁迫下物种、生活型和群落3种水平上叶片功能性状的调整策略,并对是否出现策略响应现象作出可能解释。结果表明,(1)物种水平上,只有花花柴(Karelinia caspica)和罗布麻(Apocynum venetum)的叶绿素含量与土壤盐分表现出显著线性关系,前者为正相关关系(P<0.05),后者为负相关关系(P<0.01);所有植物叶片厚度与土壤水分、盐分和水盐比均无显著线性关系(P>0.05);罗布麻和白刺(Nitraria schoberi)的叶片面积与土壤水分和水盐比均呈显著负相关关系(P<0.05),多枝柽柳(Tamarix ramosissima)与土壤盐分有显著正相关关系(P<0.05);芦苇(Phragmites australis)、白刺、梭梭(Haloxylon ammodendron)和胡杨(Populus euphratica)的比叶面积与土壤水分和土壤水盐比之间有显著正相关关系(P<0.05)。说明在温带荒漠区,深根系植物能利用更多资源,减弱盐害作用,更易保持叶片功能来适应盐、旱胁迫。(2)生长型水平上,沿着土壤水盐梯度(Ⅰ高水高盐-Ⅱ中水中盐-Ⅲ低水低盐),草本和乔木植物的叶片厚度均呈逐渐升高趋势,叶绿素、叶片面积和比叶面积都呈逐渐下降的趋势;灌木叶片厚度呈倒"V"型变化,叶绿素、叶片面积和比叶面积呈"V"型变化。乔木和草本权衡叶片厚度与面积之间碳投资的功能,以及灌木的丛生特性体现了温带荒漠区不同生长型植物适应不同胁迫环境的生长策略。(3)群落水平上,叶片功能性状在Ⅱ梯度下与I梯度或Ⅲ梯度之间呈显著差异;并且土壤盐分含量和土壤水分含量的解释量均较大,其中土壤盐分含量的解释量最大,为13.7%,土壤水盐比值的解释量最小,为2.4%。说明不同水盐梯度下,群落植物叶片性状梯度性的功能调节保持着资源优化配置,侧面反映出水盐异质性分布在一定程度上决定了温带荒漠区植物群落构建。

不同管理模式下干旱草地粒度特征

土壤粒径分布及空间变化对土壤溶质和水盐运移、土壤肥力状况等有重要意义,是土壤重要物理特性之一。基于新疆准噶尔北部、阿勒泰山南麓不同管理模式下的草地(荒漠草地、天然草地、弃耕草地、季节草地和禁牧草地),运用质地分类和分形理论探讨草地粒度特征。结果发现:研究区土壤颗粒中黏粒含量最低,最小值仅有0.17g/kg,砂粒含量最高,最大值可达900.37 g/kg,粒径分布呈现单峰特征,表明土壤发育较差;砂粒和粉粒含量之间呈极显著负相关关系,相关系数为0.999 8(P<0.01),推测成土母质和地域差异导致土壤中砂粒和粉粒几乎占了全部;荒漠草地、天然草地和弃耕草地黏粒含量的平均值随着土层深度增加而减小,呈现出负相关特征,而季节草地和禁牧草地并无此特征;荒漠草地的分形维数D值最大,可能是因为灌木作为该生态系统中的优势植物,能有效地减缓荒漠草地逆向演替和消亡的进程,对土壤颗粒具有一定的细化作用;所有土壤样品分形维数D与黏粒含量均具有较强相关性,天然草地、荒漠草地和弃耕草地的分形维数D分别与粉粒和砂粒含量的相关性较强,与禁牧和季节草地的相关性较差,说明春、秋轮牧对土壤的干扰可能超过了土壤本身承载能力,对土壤颗粒组成破坏比较大,影响了土壤发育,放牧向禁牧转化时期的长短可能决定了土壤的发育是否良好。

干旱荒漠区植物生态位对水盐的响应

全球气候变化对生态系统功能的影响决定着种群地位和群落演替,由于干旱区的特殊性成为研究生物响应环境变化的热点地区。为探索艾比湖流域荒漠区植物生态位对土壤水盐梯度的响应,在研究水、盐含量和植物生态位特征的基础上,应用变系数模型,分析了土壤水盐梯度下的群落组成和生态位响应趋势。结果显示:(1)随土壤水盐梯度的降低,艾比湖流域群落的物种组成呈倒"V"型分布,说明土壤水盐交互作用影响着植被分布和群落类型。(2)高水盐环境下,胡杨(Populus euphratica)、琵琶柴(Reaumuria soongorica)和梭梭(Haloxylon ammodendron)等生态位宽度值(B_i)较大,柽柳(Tamarix ramosissima)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)和甘草(Glycyrrhiza uralensis)等B_i较小;中水盐环境下,白刺(Nitraria schoberi)和琵琶柴的B_i较大,铃铛刺(Halimodendron halodendron)、甘草和盐节木(Halocnemum strobilaceum)的B_i较小;低水盐环境下,梭梭、花花柴(Karelinia caspica)和琵琶柴等B_i较大,盐节木的B_i较小;说明土壤水盐环境和物种生态学特性是影响B_i的重要因素。(3)物种水平上,B_i较大的种群与其他物种的生态位重叠(O_(ij))一般较大,但B_i较小的物种间的O_(ij)不一定小(例如:高水盐土壤环境下柽柳和骆驼刺的O_(ij)为1);群落水平上,B_i与O_(ij)具有一定的正相关性;说明由于资源纬度的相似性增大了低B_i物种间的O_(ij),并且B_i和O_(ij)由物种向群落尺度转换时,两者之间的关系存在冗余。(4)土壤水盐梯度与群落生态幅呈现一种非线性相关特征,高水盐格局对群落B_i有一定的促进效应,而低水盐模式对B_i具有一定的限制作用,表明土壤水盐的协同效应影响着物种在群落的地位,并在一定程度上决定了群落向正负两极演替的方向。

盐生荒漠植物群落土壤氮素含量及其组分特征

为了探讨盐生植物群落土壤氮素含量及组分特征,以新疆艾比湖流域盐生荒漠土壤为研究对象,分析了乔木、灌木和草本3种不同生长型盐生植物群落0~20、20~40和40~60 cm的土壤理化性质及各形态的氮素含量。结果表明,研究区不同生长型盐生植物群落土壤pH、电导率、有机质和C/N随土层深度增加而逐渐降低,而含水量与之相反。同一土层,土壤总氮、有机氮和氮密度呈现从乔木、灌木再到草本盐生植物群落逐渐增加的趋势。垂直分布方面,不同生长型盐生植物群落的土壤各形态氮素含量和氮密度均随着土层深度的增加而降低,表聚现象明显。除铵态氮以外,其他各种氮素间均表现为极显著正相关(P<0.01),且与土壤有机质、含水量和容重呈极显著相关(P<0.01)。土壤各形态氮素占总氮的比例对总氮的变化存在不同的响应,有机氮占总氮的比例相对稳定,有机氮与碱解氮占总氮的比例随总氮含量的增加而增加,无机氮、硝态氮和铵态氮占总氮的比例随总氮含量的增加而降低。

不同利用方式下草地物种多样性及其土壤因子解释

草地是干旱区重要的生态系统,了解不同利用方式下土壤因子(土壤含水量、有机碳含量、速效磷含量、pH值、容重)对物种多样性的影响,可为该地区草地的恢复重建提供理论依据。在新疆阿勒泰富蕴县,对不同利用方式的草地(禁牧草地、季节草地、弃耕草地、对照草地)运用单因素方差分析探讨不同利用方式下的物种多样性、土壤因子的差异性;冗余分析讨论物种多样性与土壤因子间的相关性。结果表明,(1)相较于其他3种利用方式的草地,季节草地植物Shannon-Wiener多样性指数(H)、Simpson多样性指数(D)、Margalef丰富度指数(R)、Pielou均匀度指数(J)均为最大,分别为0.910、0.516、0.479、0.662,说明适度放牧有利于物种多样性的增加;(2)不同利用方式下各土壤因子之间差异较明显,说明不同的利用方式对土壤因子有显著影响,但不同利用方式下容重无显著性差异;(3)土壤有机碳含量、pH值、含水量与多样性指数均呈正相关关系,与容重均呈负相关关系,丰富度指数R与速效磷含量呈正相关关系,与其余指数呈负相关关系。综上所述,季节性放牧有利于物种多样性的维持;速效磷含量与多样性相关性最大,且随着土壤含水量和pH值的增加,多样性指数增加。

凝结水对荒漠区短命植物狭果鹤虱的生态作用

以中国西北干旱荒漠区新疆艾比湖湿地自然保护区为研究区,选取对水分输入响应最敏感的短命植物狭果鹤虱,通过遮盖处理形成不遮盖（T1组）、半遮盖（T2组）与全遮盖（T3组）的3个凝结水梯度;研究凝结水的多少对狭果鹤虱的株高、冠幅、叶面积、叶片厚度、根长、根径、叶片相对含水量、叶片水势以及生物量分配的影响。结果表明：（1）在植株生长季中后期,随着凝结水量增加,植株高度、冠幅面积、叶面积、叶厚度、叶片相对含水率、净光合速率与气孔导度叶片水势均显著增加（P 〈0. 05）;相反地,根长和根径在3个凝结水量上没有显著差别（P〉0. 05）。（2）茎质比（SMR）在生物量分配中是一个比较稳定的性状,从T1-T3组,变化幅度为3. 0%-13. 5%。个体植株叶质比（LMR）差异显著（P 〈0. 05）,根质比（RMR）均逐渐下降,但并未表现出显著差异。综合可知,干旱区中,狭果鹤虱的叶片可以吸收并利用凝结水,形态性状对水分极度敏感且具有较高变异性,主要通过改变地上性状、不改变地下性状的策略吸收利用大气凝结水。