不同区域和海拔高山寒漠带垫状植物覆盖下表层土壤的主要理化性质

【目的】垫状植物能通过改善土壤理化性质来影响寒漠带生态系统物种多样性和稳定性。然而,高山寒漠带垫状植物对土壤理化性质的改善是否具有普遍性目前还不清楚。【方法】选择白马雪山垭口(BM)、昆仑山口(KL)、祁连山七一冰川(QL)和乌鲁木齐河源区(TS)的典型高山垫状植物群落为研究对象,分析优势高山垫状植物下土壤理化性质(pH值、电导率、有机质、全氮、全磷、碱解氮和速效磷)与开放区域的差异性。【结果】与开放区域相比,垫状植物的存在能够明显改善土壤的pH值,在酸性较大的土壤中,垫状植物能增加pH值(BM2:5.38增加到7.10),而在碱性较高的土壤中,垫状植物的存在能明显降低土壤的pH值(KL、QL和TS的样地中pH值降低幅度为5.78%~12.77%;P<0.05)。除了全磷和速效磷在TS的3个样地中显著低于开放区域外,垫状植物的覆盖显著改善了土壤的养分状况(电导率和养分含量),测定的各个养分指标均高于开放区域,且多数土壤养分指标的增加较为显著(P<0.05)。以土壤有机质含量为例,4个研究区的12个高山垫状植物群落中,垫状植物覆盖下土壤的有机质含量最低增加了36.89%(BM1),最高增加了981.91%(QL2)。【结论】尽管不同气候带的土壤理化性质差异较大,但垫状植物对其冠层下土壤的改良效应具有普遍性。作为高山寒漠带植物群落的关键种,高山垫状植物对土壤环境的这种改善作用可能是其维持冰缘带脆弱生态系统物种多样性的基础。

我国不同气候带优势高山垫状植物的小尺度点格局研究

采用点格局方法,以Ripley′s函数为基础,运用L(r)函数对我国不同气候带优势高山垫状植物种群进行点格局分析。结果表明,不同气候带垫状植物的空间分布在小尺度(0~5 m)上以随机和聚集分布为主,无均匀分布的情况出现;在表现出空间聚集的垫状植物种群中,随着尺度的增加,聚集程度下降,甚至转化为随机分布。对于高山垫状植物群落而言,优势垫状植物的空间格局是以局部空间结构为核心的垫状植物群落构建和物种多样性维持的基础。由于种间竞争和互利作用发生在较小距离内,因而种群小尺度的空间结构对垫状植物群落构建和物种多样性格局的形成至关重要。

高山寒漠带3种垫状植物对土壤养分的影响

在青藏高原北缘海拔4 000m以上高山寒漠带选择典型的垫状植被设置研究样地,在样地中分别选取直径大于40cm的囊种草(Thylacospermum caespitosum(Camb.)Schischk.)、垫状点地梅(Androsace tapete Max-im.)、钻叶风毛菊(Saussurea subulata C.B.Clarke)3种垫状植物为研究对象,在样地中随机选取无垫状植物生长的区域作为对照,分别测定了3种垫状植物覆盖下的土壤和对照区域土壤的速效氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷和全钾的含量.结果表明:测定的6个指标在3种垫状植物和对照间均差异极显著(P<0.01)或显著(P<0.05);其中,土壤速效磷含量在垫状植物和对照间差异最为显著,3种垫状植物的土壤速效磷含量比对照提高了312.8%～479.6%;垫状植物对速效氮和速效钾含量的提高程度也较大,均比对照提高了1倍以上;与速效养分相比,3种垫状植物对其覆盖下土壤全氮、全磷和全钾含量的促进作用较小,但都极显著或显著高于对照;对于土壤养分的促进效应在3种垫状植物间无显著差异.

两种类型垫状植物对土壤微环境修饰作用的比较

在海拔3762 m的高寒荒漠地带,以紧实型垫状植物囊种草和松散型垫状植物垫状驼绒藜作为研究对象,每种垫状植物选取9个直径约50 cm的垫状植丛,分别测定植丛覆盖下土壤的养分、物理结构、水分和温度等指标,并以邻近无垫状植物生长区域的土壤为对照,试图揭示2种类型垫状植物对其覆盖下土壤微环境的改变。研究结果表明,2种垫状植物均提高了其冠层下土壤的养分含量,囊种草覆盖下土壤的有机质、全氮、速效氮、速效磷和速效钾含量分别比对照提高了27.91%(P>0.05),12.02%(P>0.05),107.38%(P<0.01),63.74%(P<0.01)和22.36%(P<0.01);垫状驼绒藜覆盖下土壤的速效磷、全磷、速效氮、速效钾和全钾含量分别比对照提高了12.24%(P>0.05),3.68%(P>0.05),55.42%(P<0.05),4.6%(P<0.05)和2.89%(P<0.05)。同时,2种垫状植物均改善了其覆盖下土壤的物理结构,囊种草和垫状驼绒藜分别降低了土壤容重达15.34%和7.45%,且降低程度在两者间差异显著(P<0.05)。囊种草和垫状驼绒藜覆盖下土壤的非毛管孔隙度、毛管孔隙度、总孔隙度和土壤通气度分别比对照提高了87.73%和60.04%,29.79%和15.40%,34.04%和20.37%,80.55%和54.80%。其中,2种垫状植物对土壤非毛管孔隙度和土壤通气度的改善最为显著。此外,2种垫状植物也不同程度地提高了其覆盖下土壤的各水分条件指标,其中,对滞留贮水量的提高程度最大,囊种草和垫状驼绒藜分别将其提高了87.73%和60.04%,其次是最大持水量,分别提高了58.50%和29.88%,毛管持水量分别提高了53.45%和27.20%,最小持水量提高了47.66%和25.51%,2种垫状植物对土壤含水量的提高程度最小,分别提高了14.76%和3.66%。并且,2种垫状植物均提高了土壤的最低温度,并降低了土壤的最高温度,使其覆盖下的土壤维持在一个较为固定的温度范围内。结果表明,2种垫状植物均不同程度地改善了土壤微环境,对于土壤微环境的修饰作用均表现为紧实型垫状植物囊种草优于松散型垫状植物垫状驼绒藜,说明紧密的垫状结构是垫状植物修饰土壤微环境的主要原因。

垫状植物囊种草对群落物种多样性的影响

在甘肃盐池湾国家级自然保护区内海拔4137 m处,选择典型的囊种草垫状植被设置研究样地,研究了垫状植物囊种草对群落物种组成和群落物种多样性的影响,并且定量的研究了囊种草对群落物种丰富度的影响能力和维持潜力。研究结果表明:囊种草为群落中增加了新的植物种类,并且提高了部分生境一般种的多度;囊种草的出现提高了群落物种密度和物种丰富度,进而提高了群落物种多样性;囊种草斑块的增加将会引起景观水平物种丰富度的增加,表明囊种草具有为群落中引入新的植物种类进而提高群落物种丰富度的能力;在景观水平,囊种草所创造的生境多样性则成为一种保障,可以维持景观中物种丰富度从而降低物种损失的风险,表明囊种草具有较高的群落物种丰富度维持潜力。

青海可可西里地区垫状植物

首次考察青海可可西里地区，共采集到种子植物约２１０ 种，隶属于３０ 科１０２ 属。其中垫状植物有８ 科１５ 属约４８ 种，分别占该地区全部种子植物科的２６．７％ 、属的１４．７％ 、种的２２．９％ 。该区是青藏高原上垫状植物最发达的地区。垫状植物按其形态结构可以划分为４ 种类型：典型（海绵体）垫状植物；密丛垫状植物；短根茎或根蘖型垫状植物；根颈辐状分枝型垫状植物。垫状植物种群或群落广泛存在于该地区各种植被类型中，并且非常发达，甚至可组成优势群落或群丛，形成大面积垫状植被景观。垫状植物是可可西里地区的先锋植物，它们的存在、繁衍、发达和衰退为其它类型植物迁入生长和漫延积累了细土和有机质。

青藏高原5种石竹科垫状植物的核型研究

垫状植物是高山冰缘带植物区系的重要组成成分,是植物适应高寒环境趋同进化的特殊生活型。该研究以采自西藏和云南高山冰缘带的5种石竹科垫状植物种子为材料,采用滤纸萌发法、常规压片法镜检观察分析其核型,为青藏高原垫状植物积累核型资料,并为探讨极端环境下特殊生活型植物的核型进化机制提供依据。结果表明:5种植物均为二倍体,染色体核型分别为:密生福禄草(Arenaria densissima),2n=2x=20m+2sm,2A;山生福禄草(A.oreophila),2n=2x=22m,1A;团状福禄草(A.polytrichoides),2n=2x=20m+2sm,2A;大花福禄草(A.smithiana),2n=2x=20m+2sm,1A;囊种草(Thylacospermum caespitosum),2n=2x=18m+4sm,2A。囊种草与福禄草亚属植物的染色体数目一致,为二者在分子系统发育框架下形成的独立分支提供核型证据。并讨论了5种垫状植物古多倍体物种形成的核型进化与中新世青藏高原及周边地区地质抬升的关联。

垫状植物自保之道

在强风呼啸、温度变化剧烈的高原或高纬度的寒冷地区，很难想象植物的柔弱之躯是如何在极为不利的环境条件下生存：多数植物生长极其缓慢，许多植物匍匐贴近地面生长，如极柳、冰川毛茛显花植物以及高山葶苈等垫状植物。最近，科学家发现垫状植物“智慧”的自保之道，

洮河保护区垫状植物分布调查与分析

从自然状况、植被特点介绍了洮河保护区基本概况,以实际调查案例将垫状植物的分布、生活形态、综合生境因素等进行叙述,进而从植物结构性状对生境的适应性、分布影响主要因子、生态功能防护作用、生态系统地位4个方面展开分析,得出垫状植物是高山地带复杂自然环境因素共同作用下,经过自然选择保留下来较为特殊的植物种类,是生物多样性的组成部分,是生物学特性与生态学特性高度协调、相互适应的最终结果。

冰缘带生态系统的“守护者”——垫状植物

想象一下,当人们站在大风猛烈、紫外线辐射强、寒冷、氧气含量稀薄、土壤极端贫且干旱的高山顶端时,会是怎样一种感受?是否喘口气都费劲,更别提在这里生存了?但就在这片人类无法生存的高山之巅,却有一个生机勃勃的生态系统一冰缘带生态系统,生活其中的垫状植物就是这个系统的“守护者”。

高山垫状植物的生态系统工程师效应研究进展

垫状植物是分布于高山地区的一类代表性植物,通常具有密致且一定面积的外表结构,因此其具有较强的改变周围微环境的能力:调控局部区域的最高和最低温度,增加土壤湿度和养分的有效性,降低风的侵蚀性。垫状植物对微环境的调节有利于其他高山植物的生存,从而可以提高群落中物种的丰富度和多样性,促进外来植物的生长,提高生态系统的功能,因此被称为高山地区的"生态系统工程师",这也是植物适应高山区域严酷生存条件的重要途径之一。垫状植物对其周围资源环境调节的程度及其作用的空间尺度是影响其生态系统工程师效应的主要因素,也是目前研究中的核心问题。

垫状植物在高山生态系统中的功能：格局与机制

垫状植物通常被认为是高山生态系统的基础种,具有生态系统工程师的功能,能改善非生物环境并进行生境塑造,对生物多样性维持和养分循环等具有重要作用.本文从高山环境特征出发,分析了垫状植物作为生态系统工程师对垫状体及其周边定居植物的促进作用及其机制,评述了垫状植物在群落组织和生态系统过程中的关键功能.同时,还介绍了垫状植物促进作用随环境胁迫梯度的变化格局.最后,结合垫状植物作用的研究现状,提出了垫状植物的功能对物种响应气候变化、群落演替过程中种间关系转化及群落分布格局与过程等方面影响的研究方向.

云南西北部高山流石滩不同垫状植物的微生物群落及功能类群的空间异质性

作为植物通过趋同进化方式适应高海拔极端生境的典型代表之一,高山垫状植物普遍发生于不同科、属的植物种类间,且因其垫状特化结构对土壤环境具有显著影响而备受关注.为深入阐述垫状植物不同代表种类和同一垫状植物不同空间内土壤微生物群落及功能类群的变化特点,选取云南西北部白马雪山高山流石滩生境内滇西北点地梅(Androsace delavayi)、团状福禄草(Arenaria polytrichoides)和粗糙红景天(Rhodiola coccinea var.scabrida)3种具有相似地上垫状形态和不同地下根系类型的垫状植物代表类群为研究对象,采用高通量测序技术,比较分析垫状植物茎际(地上垫状结构内部)、边缘(地上垫状结构边缘)、根际和裸地4种空间位置的土壤微生物群落.结果显示:(1)微生物群落丰富度(观测物种数)和多样性(香农指数)在不同垫状植物相同空间位置间的差异显著,而在同一垫状植物不同空间的差异不显著,其中粗糙红景天的4种空间中的微生物群落丰富度最高,而滇西北点地梅根际微生物群落丰富度和多样性最低;(2)土壤pH值和植物根长与微生物群落多样性呈显著相关(Pearson相关分析);(3)不同物种相同空间位置和同一物种不同空间位置中微生物群落的组成、优势类群和功能类群均差异显著,但其中与氮循环相关的类群(如硝化细菌,反硝化细菌,还原硝酸盐类群等)在每一个样本的土壤群落组成上都占了较高的比例,潜在指示了微生物对垫状植物养分吸收的可能协助作用.本研究证实垫状植物微生物群落具有显著物种差异性和空间异质性的特点,为进一步认知和理解高山流石滩极端环境中植物与微生物的共生关系及其生态适应意义和功能提供了新的研究资料与证据.

垫状植物

在一般人的印象中，西藏地势高耸，特别是高山和藏北地区、气候酷寒、多暴风雪，可能是不毛之地。早期一些植物学家对藏北羌塘高原也曾有这样的猜测。从19世纪开始，一些外国的植物学家，探险家在西藏进行过考察后发表的报告使人们对西藏，尤其是藏南、藏东南的植物有了初步了解。

草团子的智慧寒冷高原上的垫状植物

在环境恶劣的高寒地区，生有一些独特的植物：它们的外形或是团状，或是饼形。远远看去如同绿色的怪兽。而到了开花季节则变成了艳丽的花团。这些植物拥有着非凡的“智慧”。它们用形如垫子的奇特外观，作为抵御身边恶劣环境的武器。

西昆仑山上的垫状植物

2019年8月28日至9月12曰,我们参加了新疆和田地区政府组织的“和田绿洲气候环境变迁--克里雅河沙漠段全流域自然与人居环境科学考察队”,对克里雅河上游进行多学科综合考察。我们沿河溯源而上,进入昆仑山区。在高山的考察中,我们观察和记录了高山垫状植物。垫状植物对于大多数人来讲是十分陌生的。北方城市的行道树有杨树、柳树、枫树、椴树、白蜡树、槐树、悬铃木、银杏等温带的高大乔木,南方的行道树有樟树、榕树、相思树、桂花树、洋紫荆树、木棉树、椰子树、棕榈树等热带和亚热带的树木。

高原独行侠——垫状植物

漫步在青藏高原上,千奇百怪的垫状植物自然会吸引你的目光。垫状植物,这个名字听起来就是那种非常奇特并且个头矮小的植物。为什么叫做垫状呢?它们又有哪些奇招妙诀呢?

天山高山垫状植物

天山横亘于新疆中部,处于暖温带与寒温带之交,植被具有明显的垂直带谱。在天山山脉的海拔3300米至3600米间的高山冰沼土地带有一个垫状植被分布带,在冰雪层的下部地表多有冰碛乱石堆,垫状植物就生长在砾石缝隙中。 天山高山地带夏季干旱,有时只降冰雹,无可利用的降水,而冬季降水丰富,整个地带都被雪覆盖。加之高山风大,紫外线强,这种特定的生态环境,就形成了多年生垫状植物的分布,这些植物具有明显的旱生形态结构:植株矮小,茎枝密集成团球状铺地,形态呈坐垫状。垫状植物的枯枝叶可以宿存,在密实的茎枝丛中形成温暖的局部小气候,以保叶芽、花芽越冬,来春再萌芽。 天山垫状植物在形态上更能适应恶劣的气候环境。有的叶面积缩小,如丛生囊种草(Thylacospermum caespitosum)(石竹科),高山早熟禾(Poaalpina)(禾本科)等;有的小叶成硬性革质,像蔷薇科矮小的常绿小灌木尖萼仙女木(Dryas oxyodonta)。

高原上的拓荒者——垫状植物

它们身材矮小，没有明显的主茎，甚至密集的枝间还充填着土、沙和植物的碎屑残叶，远远看去像砂砾表面的一块块地毯。然而，正是这不起眼的外表和粗壮深长的根系帮助它们抵御高原上的冷风、严寒和干旱，成为高原上一类独特的植物类型——垫状植物。

点地梅属的分子系统学、生物地理学和垫状形态的趋同进化

报道了青藏高原地区的点地梅属AndrosaceL .及羽叶点地梅属PomatosaceMaxim .共 1 4种 2 9个居群的ITS与trnL_FDNA序列各 2 7与 2 5条 ;并结合已报道相关种类的有关序列 ,构建了“点地梅群”的分子系统发育树。研究发现“点地梅群”的 4个属为一单系类群 ,含有两个稳定的分支 :一支全部由点地梅属的种类组成 ,另一支分别由羽叶点地梅属、DouglasiaLindley、VitalianaSesler和 9种点地梅属植物组成 ;点地梅属裂叶组sect.SamueliaSchlechtd .的 3个种与点地梅组sect.Androsace的 2个种在 3套序列分析中位于不同的系统位置。各分支基部的种都分布在中国东南部及青藏高原东部 ,分子地理标记的结果支持形态学提出该地区为“点地梅群”植物起源地的假设。从青藏高原东部地区向欧洲及其他北半球地区存在不同时期内多个进化支的多次扩散。粗略的时间估算表明该群植物可能是在第三纪的中新世以来才开始发生的。垫状种类分别在青藏高原和欧洲独立起源 ,而在青藏高原地区的分化要早于在欧洲的分化 ,在前一地区可能与青藏高原自中新世开始发生的造山运动、形成高海拔的山地有关 ,而在后一地区则是与第三纪末至第四纪的冰期气候反复波动有关。垫状植物在青藏高原上的大规模分布则可能较晚 ,与冰期结束后全新世晚期气?