植物根系固坡抗蚀的效应与机理研究进展

植物根系对抵抗坡体浅层滑坡和表土侵蚀起着巨大的作用.植物根系通过增强土体的抗剪强度发挥固坡效应.目前有关植物根系固坡机理的模型较多,普遍接受的是Wu-Wal-dron模型.该模型表明,植物根系产生的土体抗剪强度的增量与根系的平均抗拉强度和根面积比成正比,应用该模型评价根系固坡效应的2个最重要因素是根系的平均抗拉强度和根面积比.研究发现,土壤抗侵蚀性随着植物根系数量的增加而提高,但未有一致的定量函数关系.植物根系提高土壤抗侵蚀性主要通过直径小于1mm的须根起作用.须根通过增加土壤水稳性团聚体的数量与粒径等作用来提高土壤的稳定性,以抵抗水流分散;须根还能有效地增强土壤渗透性,减少径流,从而达到减少土壤冲刷的目的.

蚯蚓在生态系统中的作用

蚯蚓能够对许多决定土壤肥力的过程产生重要影响,被称为“生态系统工程师”。它通过取食、消化、排泄和掘穴等活动在其体内外形成众多的反应圈,从而对生态系统的生物、化学和物理过程产生影响。蚯蚓在生态系统中既是消费者、分解者,又是调节者,它在生态系统中的功能具体表现在:(1)对土壤中有机质分解和养分循环等关键过程的影响;(2)对土壤理化性质的影响;(3)与植物、微生物及其他动物的相互作用。蚯蚓活动及其在生态系统中的功能受蚯蚓生态类群、种群大小、植被、母岩、气候、时间尺度以及土地利用历史的综合控制。蚯蚓外来种入侵与生态系统的关系以及蚯蚓对全球变化的响应和影响是两个值得关注的问题。土壤本身的复杂性,蚯蚓自然历史和生物地理学知识的缺乏,野外控制蚯蚓群落方法的滞后等都限制了蚯蚓生态学的发展。其他新技术如研究养分循环的碳氮同位素分析和揭示土壤微结构的图像分析等技术的应用是蚯蚓生态功能研究的迫切需要。

香根草组织培养技术的研究

香根草常规的无性繁殖方式难以满足运用生物技术筛选香根草抗性种质对种苗的需求,更难以满足大规模的香根草生态工程对种苗的需求。因此,创建香根草的组织培养技术是很有必要的。以香根草的腋芽为外植体进行离体培养,以MS为基本培养基,对胚性愈伤组织的诱导和植株再生体系的建立进行了优化。结果表明,适宜的诱导愈伤培养基为MS+2.0 mg/L生长素(2,4-D)+1.0 mg/L细胞分裂素(6-BA),愈伤组织诱导率最高可达96.7%;适宜的分化培养基为MS+1.0 mg/L 6-BA;适宜的生根培养基为1/2 MS+0.1 mg/L吲哚丁酸(IBA)+0.1 mg/L多效唑(PP333)。不同品种在相同培养条件下的愈伤诱导率存在较大差异。香根草的胚性愈伤组织具有单子叶植物典型的胚胎结构,其植株再生能力在继代条件下可以长期保持,继代18次的愈伤组织植株再生能力仍高达92.0%,即使继代24次后仍可达89.6%。香根草高效再生系统的建立为香根草开展基因工程及遗传转化方面的研究奠定了基础,也为大规模繁殖香根草种苗提供了新的技术保障。

油页岩废渣对植物生长的影响及石灰改良效应

油页岩废渣因酸度高,养分含量低,并存在一定程度的铝毒和重金属污染等,使得植物很难在其中正常生长发育。通过盆栽实验方法,对红胶木、红荷木、香根草和百喜草等4种植物在油页岩废渣及石灰改良后的废渣中的生长状况进行了观测。结果表明,4种供试植物直接种植在废渣中均受严重胁迫,它们的生物量均急剧下降。与对照土壤相比,种植8个月后,红胶木的生物量下降了43·5%,红荷木下降了55·0%;草本植物降低的更多,百喜草为68·4%,香根草为88·6%。而在经过石灰改良的废渣中,4种植物的生物量较对照土壤相比,红胶木的生物总量不但没有降低,反而较对照增加了3·1%,显示该植物不再受酸性废渣的胁迫,而红荷木、百喜草和香根草的生物量分别下降了32·0%、31·1%和60·4%,表明,这3种植物均遭受一定程度的胁迫。总的来看,酸性胁迫与铝毒害有协同作用,石灰对油页岩废渣的改良效果较明显,但对不同的植物而言,改良效果又存较大差异。

增强UV-B辐射对植物的影响

综述了大气臭氧层的减少是影响地面UV-B辐射增强的主要因素,并进一步简述了增强UV-B辐射对陆生植物影响的最新研究进展。UV-B辐射一方面在分子水平上直接或间接地损害植物的DNA分子和蛋白质的结构,从而影响植物的各种生理生化过程影响;另一方面对植物的形态学特征(如叶表皮结构和花的形态结构等)产生广泛的影响。过强的UV-B辐射穿过叶表皮后直接对植物的光合系统、膜系统和植物生长调控激素等方面产生影响,从而会在植株个体、种群和生态系统等层次上表现出来。增强UV-B辐射作为全球变化因子,可导致敏感植物种类的死亡或退化,较能忍耐UV-B辐射的耐荫树种比阳生树种的适应性更强,能竞争到更多的利用资源,因此,在全球UV-B辐射增强下阳生树种可能会提早退出植物群落,这对森林群落的演替更新会起着重要的作用。文章还综述了UV-B辐射与其它污染胁迫因子和环境因子的复合作用共同对植物产生的影响,以及植物对UV-B辐射的防御和修复等防护对策,提出了今后要加强对生态系统的大尺度、长时间的宏观研究,以及开展增强UV-B辐射对地下生态学,对DNA的修复与表达机理,对植物信号接收和传导的新途径等方面的研究。

基于缓冲带的贵港市城市景观格局梯度分析

运用景观格局指数与城市建成区缓冲带划分相结合的方法,分析了广西贵港市近20a来城市建成区整体景观与主要城市景观类型(公共设施用地、工业用地、居住用地及农田)的圈层梯度变化特征。分析结果表明:贵港市城市建成区可以看作是居住用地与公共设施用地的镶嵌景观,但这种镶嵌景观随着城市化的发展,存在日趋不明显的特征;整个景观层面的指数20a来在31个梯度带内,表现出相似的变化趋势,斑块面积指数显示出贵港市城市建成区存在两个较为明显的商业金融中心;各梯度带内景观的平均面积增大,景观的形状日臻规则,景观多样性随景观类型及均匀度的增加显著上升。2004年主要城市景观类型在缓冲区中间各带能够很好的反映出格局的变化特征,其中工业用地和农田用地的斑块数和斑块密度随缓冲区梯度表现出较为一致的变化特征,而公共设施用地和居住用地的梯度变化趋势相似。各个梯度带中工业用地形状最为复杂,所占比重最低,平均斑块面积最大;公共设施和居住用地形状较为简单,在各带中所占比重较高,平均斑块面积较小;农田景观在各带中所占比例变化不大,近似连续分布,对城市生态环境的调节起到一定作用。

遮光处理对三种钝叶草的生长习性与光合特性的影响

钝叶草属(StenotaphrumTrin.)的3个种,普通钝叶草(Stenotaphrum helferi)、森特钝叶草(Stenotaphrum secundatum)和金边钝叶草(Stenotaphrum secundatumcv.varietgatum)均为耐荫性草种。光合测定结果显示,3种钝叶草的光合作用在中午均未出现光抑制,其净光合速率日变化呈现“单峰”曲线型;除金边钝叶草外,森特钝叶草与普通钝叶草在75%遮光下的净光合速率要高于全光照下的。野外观测发现,金边钝叶草与森特钝叶草一直维持在营养生长阶段,而普通钝叶草的生长发育周期最短,在大约3个月就完成了从营养生长到生殖生长的全过程,包括抽穗、开花和结实。光照下森特钝叶草生长最好,而在遮光下普通钝叶草长势最好。在75%的遮光条件下,3种植物都保持了较好的生长状况,并且保持终年常绿的景观效果。总的来说,3种钝叶草都表现出了耐荫能力,而普通钝叶草的耐荫性最强,在遮光条件下生长迅速,叶片呈现翠绿色,因而是一种非常理想的阴生草坪草种;金边钝叶草是生长最为缓慢的品种,但它的叶片黄绿相间,能给人焕然一新的视觉感受。

珠江三角洲马尾松年轮中S的环境指示意义

为探讨珠江三角洲马尾松年轮S含量作为生物指标追踪区域大气污染历史变迁的意义,该文通过树木年轮化学分析方法,研究了肇庆鼎湖山和南海西樵山马尾松木质部S含量的时间变化规律。结果表明,两地马尾松木质部S平均含量随时间的增长呈明显上升趋势,在最晚形成的木质部中S含量最高;在20世纪80年代以前,两地相同时期的马尾松木质部S含量差异不显著,80年代后,西樵山马尾松木质部S含量显著高于同期鼎湖山马尾松木质部S含量;从两地马尾松木质部S最终年表发现,木质部S含量存在着1970年前、1971—1985年和1986—2002年3个明显区别的时段;基于两地马尾松木质部中S含量时间变化规律,结合珠江三角洲20世纪80年代以后的某些特定经济指标分析,恢复了研究地大气污染历史:1941—1970年为大气相对清洁期;1971—1985年为大气污染开始出现并持续增强期;1986—2002年为大气污染最严重期。

广州城郊环境梯度下马尾松针叶元素质量分数变化特征

城市化、工业化迅速发展及人类活动的加剧给城市及其周边地区森林生态系统带来前所未有的干扰和压力。植物冠层是植物与大气直接进行气体交换的界面,冠层叶组织化学分析已成为评价环境污染对森林树木健康的影响,指示环境污染的有效手段。文章以广州黄埔工业区(丹水坑风景区)、城郊接壤区(华南植物园)和近郊(帽峰山森林公园)这一环境梯度为对象,在各研究点上选定自然生长的、成熟健康的马尾松(Pinus massonianaL.)5株,分别采集树冠中部向阳枝条上的当年生(Current,C)和一年生(Current+1,C+1)针叶,然后将每组针叶区分为带叶鞘针叶、去叶鞘针叶和叶鞘3个组分进行样本制备,测定N、Al、Cu、Cd、Pb、Zn、Cr、Ni元素质量分数,旨在探讨利用马尾松针叶不同组分的元素质量分数用于指示城郊梯度环境质量变化的适宜性和可靠性。研究结果表明:①当年生带叶鞘针叶中Al质量分数显著高于当年生去叶鞘针叶(p<0.05),其余元素在当年生和一年生的去叶鞘针叶与带叶鞘的完整针叶间均无显著差异;②Ni在当年生针叶及其叶鞘间没有显著差异(p<0.05),其它被测定的金属元素无论在当年生还是一年生针叶中,均表现为叶鞘中的元素质量分数均显著高于去叶鞘针叶(p<0.05),体现了针叶与叶鞘在形态结构上的差异引起重金属积累的差异;而非金属元素N质量分数则针叶显著高于叶鞘;③一年生针叶中Ni质量分数显著低于当年生针叶,但Al、Pb、Zn质量分数显著高于当年生针叶,一年生叶鞘中所有金属元素的质量分数都显著高于当年生叶鞘,表现出随暴露时间和针叶寿命的延长而持续累积的特征;而营养元素N质量分数在当年生针叶和一年生针叶以及当年生叶鞘和一年生叶鞘间无显著差异;④城乡环境梯度下生长的马尾松为研究环境质量演变提供了一个天然的实验室,受人类活动干扰大的城区马尾松一年生针叶的Cd和N质量分数及其叶鞘中的Cu、Cr、Ni质量分数显著高于受人为干扰较少的郊区,表明植物组织中元素化学特征反映了城市发展过程中人类活动的足迹。在城市环境尤其是重金属污染的监测中,成熟的一年生叶鞘更具指示意义,效果更显著。

植物种类、大气二氧化碳和土壤氮素的交互作用或累加效应控制“植物-土壤”系统的碳分配

为了验证土壤氮(N)素和大气二氧化碳(CO2)浓度的增高是交互或者累加性地控制“植物-土壤”系统中的碳(C)分配这一假设,同时为了揭示这种作用是否随着植物种类而变化,在不同的CO2浓度下的高氮和低氮土壤中种植豆科植物紫花苜蓿(Medicago truncatula)和非豆科植物燕麦(Avena sativa),并对植物的生长和土壤微生物等特性在这些条件下的变化进行了测定．结果表明,植物物种和土壤N素的交互作用对土壤微生物和植物的生长有着重要的作用．对于紫花苜蓿而言,CO2和土壤N素的交互作用对土壤可溶性C和土壤微生物生物量有重要影响,但对燕麦则并非如此．尽管CO2和土壤N素都显著影响植物的生长,但它们对植物的影响并不存在交互性,也就是说CO2和土壤N素对植物生长的影响是累加的．豆科植物的固氮特性与CO2的交互作用可能掩盖了土壤N素与CO2的交互作用对豆科植物生长的影响．在低N土壤中,燕麦的冠根比从初期的2．63±0．20降低到后期的1．47±0．03,表明燕麦在生长受到土壤N素的抑制时,分配了更多的能量到根部以加强植物对养分元素的吸收(如N素);在高氮土壤中,紫花苜蓿的冠根比随时间延长显著升高(从2．45±0．30到5．43±0．10),说明当土壤N素不是植物生长限制因子时,更多的能量被分配到地上部分以加强植物对C的同化．在不同土壤N素水平上,大气CO2浓度对植物的冠根比的影响均不显著．