湿地生态系统脱氮过程的植物调控机制

氮是引起水体富营养化的关键生源要素之一。近年来,全球水体富营养化问题依然突出,开展水体氮削减过程及机理研究具有重要意义。被称为“地球之肾”的湿地生态系统具有氮吸收、转化和截留等功能,作为主要初级生产者的湿地植物在其中发挥着重要作用。在分析湿地生态系统脱氮过程的基础上,重点从植物种类及多样性、根系分泌物、植物凋落物等方面阐述了植物调控湿地生态系统脱氮过程的机制,并对未来需要重点关注的问题进行了展望。建议从植物氮偏好性、植物多维多样性、植物-微生物群落相互作用、根系分泌物不同组分、脱氮过程产物组成等方向进一步深入深究脱氮过程的植物调控机制,为湿地生态系统削减氮污染提供理论依据和技术指导。

基于转录组测序信息的水生植物莕菜SSR标记开发

利用软件MISA对水生植物蓄菜转录组测序所获得的79536条EST序列进行分析，共检测出12319个EST—SSR位点。在蓄菜的EST—SSR中，二核苷酸和三核苷酸重复单元是主导类型，分别占总SSR的57．31％和30．87％，其中AG／CT、AAG／C1_r分别是二、三重复单元类型的优势重复基元，分别占总SSR的29．76％和8．66％。随机挑选了130对EST-SSR引物对蓄菜两个居群进行遗传多样性检测，结果发现：78对引物能扩增出清晰可分辨的条带，其中37对能成功检测出多态性，引物多态率为47．44％。这些多态性引物共检测出114个等位基因，每个位点2—6个，平均3．08个。观测杂合度（心）及预期杂合度（He）分别在0．229～1．000和0．351-0．756之间，多态信息含量PIC值在0．286～O．698之间，平均达0．495。以上研究结果表明，通过萏菜转录组测序产生的EsT数据来开发SSR标记是一种简单而高效的途径，这些新的SSR分子标记为研究苔菜的居群遗传多样性及其遗传结构提供了工具。

三种常见挺水植物凋落物的分解动态及养分释放规律

湿地植物凋落物的分解对维持湿地生态系统结构和功能稳定具有重要作用。为探究湿地植物凋落物分解动态及养分释放规律,以芦苇(Phragmites australis Trin. ex Steud)、南荻(Triarrhena lutarioriparia L. Liu ex Renvoize&S. L. Chen)和菰(Zizania latifolia Stapf)3种常见挺水植物为研究对象,模拟受控实验,研究单一物种及两两混合物种分解过程中的分解速率、碳氮磷元素的含量及其比例的变化。结果显示,无论是单一物种还是混合物种,均呈现出前5 d分解最为迅速,随即分解速率急剧下降,而后缓慢降低直至趋于稳定的变化规律。分解速率与凋落物的初始氮、磷含量相关,养分归还与瞬时分解速率常数呈显著正相关。混合分解可能受到养分的迁移和分解的影响,在分解初期和末期呈协同效应,而在分解中期呈拮抗效应。研究结果说明混合分解并不是单一分解的简单加和,还需进一步深化对凋落物分解机理的研究。

新疆产药用植物黑果枸杞有性生殖产出差异的繁殖生态学研究

由于黑果枸杞(Lycium ruthenicum)果实具有重要的保健价值,近年来倍受关注,但其野生资源正遭受着前所未有的采伐压力。目前关于影响黑果枸杞果实产量的有性生殖过程研究较少,本实验对新疆库尔勒地区6个不同生境的野生黑果枸杞居群开展了繁殖生态学观察,并对各居群的访花频率、访花昆虫种类、柱头花粉落置、胚珠数、座果率、结实率和单株果实产量等指标进行了比较分析。结果表明,访花频率与结实率、座果率具有显著正相关关系,说明传粉者是限制黑果枸杞有性生殖的关键因素之一;传粉者种类越丰富的居群其有性生殖产出越高,揭示了传粉昆虫的多样性和丰富度是影响黑果枸杞繁殖成功的重要限制因子。此外,和静县华侨农场和焉耆县霍拉山河沟的黑果枸杞居群生殖产出明显与其传粉成功率相偏离,进一步分析表明,风沙侵蚀和人为采伐对植株的破坏是影响这两个居群果实产量的重要原因。本研究结果对于野生黑果枸杞居群的保护及其人工规模栽培提供了重要的参考依据。

西藏高原湿地植物和土壤细菌多样性及其影响因素分析

植物和微生物是湿地生态系统的主要组成部分,也是其能量流动和物质循环的重要驱动力。了解湿地植物和土壤微生物的多样性及其关键影响因子,对于维持湿地生态系统的结构和功能有重要意义。本研究对西藏高原26个湿地进行野外调查和实验室分析,以揭示湿地植物与土壤细菌多样性的关系,明确影响植物多样性和土壤细菌多样性的关键因子。结果显示,植物群落特征与土壤细菌多样性显著相关,但驱动土壤细菌多样性变异的主要因素是环境因子而非植物。植物多样性的变异主要受土壤电导率影响,而细菌多样性的变异则与海拔、年降水量、土壤pH值以及植物功能性状(叶片总氮和总碳)相关。

濒危植物永瓣藤叶片功能性状对环境因子的响应

植物叶片功能性状能够响应环境条件的变化,反应了植物对环境的适应策略。当前,针对藤本植物叶片功能性状地理格局及其环境驱动力的研究较少。以国家重点保护植物永瓣藤(Monimopetalum chinense)为研究对象,对其分布区内11个种群的15个叶片功能性状进行测量,并结合气候、土壤因子来解释叶性状变异。比较叶片性状在局域和区域尺度上的种内变异程度,利用多元逐步回归分析环境因子对叶性状的影响。结果表明,在局域尺度上,永瓣藤叶功能性状变异系数介于3.0%-22.5%,其中,叶面积变异程度最大,叶片碳含量变异最小。永瓣藤叶片形状随纬度上升而变得宽且圆。叶片磷含量相对较低,永瓣藤的生长可能受到了磷限制。土壤与气候因子是叶片性状的重要驱动因素,解释了25%-97%的叶片性状变异。在温度和水分充足的情况下,永瓣藤叶片趋向于的慢速生长的保守策略。总体来说,永瓣藤叶片功能性状通过一定的种内变异和性状组合,并与气候、土壤因子相互作用,适应当前的环境条件。

青藏高原高寒草甸植物功能群移除对土壤真菌群落结构和多样性的影响

为研究植物多样性丧失对土壤真菌群落的影响,本研究在青藏高原高寒草甸进行了为期3年的植物功能群移除实验,实验共设置5个处理:不移除任何植物功能群(CK)、移除豆科和杂类草而保留禾状草、移除禾状草和杂类草而保留豆科、移除禾状草和豆科而保留杂类草以及移除所有功能群。本研究分析了高寒草甸不同植物功能群移除对根系性质、土壤理化性质的影响,并利用高通量基因测序技术分析了不同处理对土壤真菌群落结构和多样性的影响。结果显示,不同处理下均以子囊菌门、被孢霉门、担子菌门为优势类群,占土壤真菌群落的90%以上。土壤真菌群落结构和多样性在不同植物移除处理下变化不显著。球囊菌门的相对丰度在保留杂类草、保留豆科的处理中显著高于对照。捕虫霉门的相对丰度在保留豆科处理中显著高于其他处理。不同处理下土壤真菌优势功能类群为土壤腐生营养型。丛枝菌根真菌相对丰度在保留禾状草、保留豆科处理中显著高于对照。地衣寄生菌/腐生菌的相对丰度在保留杂类草处理中显著高于移除所有植物功能群处理。利用Mantel test检验,未发现土壤真菌群落结构和功能与环境因子具有显著相关性。土壤真菌丰富度与根系生物量、根系碳氮比、可溶性有机碳含量呈负相关关系。研究结果说明,青藏高原高寒草甸植物移除3年后,土壤真菌群落结构发生改变,但并未对真菌群落多样性指数产生显著影响。

三峡水库消落区不同海拔高度的植物群落多样性差异

本文对三峡水库消落区不同海拔间植物多样性和植物群落结构差异进行了研究。从α多样性上来看,上部和中部消落区物种丰富度和均匀度差异不显著,下部消落区丰富度指数明显低于中上部。下部消落区植物种间相遇几率较大,植物种间相互依存性较强。从β多样性上来看,由上部到中部再到下部,随着海拔下降,水库消落区植物物种的替代性减少是均质的;不同地区间β多样性没有显著性差异,但不同海拔间差异显著。从群落结构及稳定性上来看,目前水库消落区植物群落结构稳定性中部<上部<下部,上部消落区水淹胁迫较小,植物物种多为竞争种(C-对策种),竞争力较强的杂草偏向形成优势群落;下部消落区水淹胁迫最强,植物物种多为耐胁迫种(S-对策种),能忍受高强度水淹环境的物种形成了植物群落;中部消落区,处于物种定居和水淹胁迫的双重压力下,竞争种和耐胁迫种间竞争明显,更偏向于形成共优群落,其群落稳定性较差。在目前情况下,消落区下部的植物群落组成比较单一,但是随着水库蓄水高程稳定在175 m,估计消落区上中部群落组成也会逐渐趋于单一化。

典型极小种群野生植物保护与恢复技术研究

极小种群野生植物是急需优先抢救的国家重点保护濒危植物。目前,有关极小种群野生植物濒危原因及相应解濒技术的研究还非常缺乏,已有的植物种群生态学和保护生物学理论对极小种群植物并不完全适用,迫切需要研发有针对性的科学理论和保育技术。介绍了国家重点研发计划项目"典型极小种群野生植物保护与恢复技术研究(2016YFC0503100)"的研究意义、内容、目标及展望。项目拟针对典型极小种群野生植物开展保护与恢复技术的研究,拟构建极小种群野生植物的种群生态学和保护生物学理论体系,研发极小种群野生植物保护和更新复壮的技术体系,并建立相应的应用技术标准和示范基地,为极小种群野生植物的保护与可持续利用奠定坚实的理论基础和技术支撑。

两种濒危水韭植物迁地保护居群的基因流动态及回归重建保育遗传管理策略

采用微卫星分子标记对中华水韭(Isoetessinensis)安徽休宁、浙江建德和东方水韭(I.orientalis)浙江松阳三个孑遗居群的迁地保护居群开展了遗传多样性检测与遗传结构分析。7对多态性微卫星引物在36个迁地保护亚居群的720个样本中共检测到59个等位基因,每位点平均等位基因数(A)为8·43。迁地保护亚居群均维持很高的遗传多样性,多态信息含量(PIC)平均为0·707。迁地保护亚居群间遗传分化较低,遗传分化系数GST仅为0·070,居群间具有较大基因流(Nm=3·59)。单因素方差分析发现水韭孢子或孢子体在沿主要水流方向上的长距离传播能力要强于弱水流方向上的短距离传播能力,水流动态对水韭植物的基因流有重要影响。这与UPGMA聚类分析中迁地保护亚居群按邻近位置或水流相通程度优先聚类的结果相一致,水流所带动的强大基因流导致了不同孑遗居群来源的迁地保护亚居群间的遗传混杂。建议在开展水韭植物的迁地保护或回归自然重建时,对具有地方适应分化或者显著性进化的水韭植物居群应相互隔离而不宜配置在一起,以避免远交衰退的遗传风险。

新疆产药用植物黑果枸杞遗传多样性的ISSR分析

黑果枸杞（Lycium ruthenicum）隶属于茄科枸杞属，为重要的药用植物，主要分布于中国的西北部。目前该种野生”资源逐渐减少，开展对其居群遗传学研究有利于黑果枸杞野生种质资源的保护和可持续利用。采用ISSR分子标记对新疆南部黑果枸杞6个自然居群及甘肃2个自然居群共115个样品进行了DNA多态性分析。从60个随机引物中筛选出7个有效引物，共产生64条DNA片段，其中50条为多态性条带，多态位点百分率（PPL）为78．1％。相比较而言，黑果枸杞在物种水平上具有较高的遗传多样性，Nei基因多样性（H）和Shannon多样性指数（Ⅰ）分别为0．29和0．43。对黑果枸杞8个居群的AMOVA分析结果表明，其遗传变异主要存在于居群内（77．0％），而居群间的遗传分化较小（23％，Fsr=0．23）。黑果枸杞各居群间的遗传距离在0．0570—0．1913之间变化。居群间的聚类及Mantel检验（r=0．3602，P=0．910）均表明新疆黑果枸杞居群地理距离与遗传距离之间的相关性不明显；黑果枸杞个体间UPGMA聚类结果表明，同一居群的个体不能完全聚在一起，来自新疆和甘肃两区域的黑果枸杞材料也不能完全分开。探讨了可能造成上述居群遗传结构模式的主要因素，同时提出了今后对新疆南部黑果枸杞保护工作中需进一步解决的问题。

中国城市建成区绿化覆盖率变化特征及影响因素分析

城市建成区绿地建设有利于改善城市环境,提高人居适宜度,优化城市生态系统服务功能。基于2002—2018年建成区绿化覆盖率及影响因子数据分析了中国城市建成区绿化覆盖率变化特征及其主要影响因素,结果表明,(1)中国建成区绿化覆盖率在2018年达到了41.11%,相比2002年增加了11.36%,2018年绿化覆盖率达到了35.0%以上的城市占全国城市的93.55%。(2)中国建成区绿化覆盖率存在明显的区域差异。按照华北、东北、华东、中南、西南和西北六个地区划分中国城市区域,华东地区的城市建成区绿化覆盖率最高,中南地区次之,其余四个地区为华北地区>东北地区>西北地区>西南地区;各地区建成区绿化覆盖率随时间发生显著变化(P<0.05),华北地区绿化覆盖率发生显著变化的城市占比最高达94.60%,中南地区最低为65.88%。(3)建成区绿化覆盖率与城市化指标(地区生产总值GDP、地区人均生产总值PGDP、绿化投入LP、建成区面积BUA、城区面积百分比UAP、建成区面积百分比BUAP、总人口TP、城市人口密度UPD、城区人口UP、建成区人口BUP、城区人口百分比UPP、建成区人口百分比BUPP)和气候因子(年平均温度YT、年平均湿度YH和年降雨量YW)均呈极显著正相关关系(P<0.01),其中PGDP、LI、BUAP、UAP、UPD、BUPP和YT、YW、YH是影响建成区绿化覆盖率的最主要因子。本研究结果可为中国未来城市绿地建设均衡发展提供重要的理论参考依据。

关于《植物专类园设计规范》制订中若干问题的探讨

《植物专类园设计规范》(DB42/T 1564—2020)是一项针对植物专类园规划设计的地方标准,对当前湖北省及华中、华东地区的植物园、植物专类公园和城市公园植物专类主题区设计的科学性和可持续性起到规范和指导作用,也为《植物园设计标准》的植物专类园设计内容提供进一步补充.该文就《植物专类园设计规范》在编制、征求意见及评审中涉及的若干内容进行了说明和探讨,旨在促进相关从业者更好的理解和使用《植物专类园设计规范》,并为植物专类园建设管理及运营维护单位与人员提供依据和参考.

青藏高原湿地植物轻金属元素含量特征及其与环境因素的关系研究

以青藏高原湿地植物为研究对象,通过对青藏高原35个采样点的野外调查采样,对青藏高原湿地植物8种轻金属元素(Al、Mg、Ca、Sr、Ba、K、Na、Li)含量的特征及其与环境因素的关系进行分析。结果显示,不同湿地植物对不同轻金属元素的富集能力存在差异。轻金属元素在湿地植物体内的平均含量依次排序为:Li<Ba<Sr<Al<Mg<Na<Ca<K,且沉水植物的轻金属元素含量大于湿生植物和挺水植物。Pearson相关性分析结果表明,大多数植物体内轻金属元素含量之间呈显著正相关,且湿地植物与沉积物轻金属元素含量之间呈正相关,而与水体中轻金属元素含量呈负相关,表明沉积物是湿地植物体内轻金属元素的主要来源。

植物竞争和昆虫取食调节入侵植物对土壤细菌群落和功能的影响

以入侵植物空心莲子草(Alternanthera philoxeroides(Mart.)Griseb)、本土近缘种莲子草(Alternanthera sessilis(L.)DC)、生防昆虫莲草直胸跳甲(Agasicles hygrophila(Selman&Vogt))和本地昆虫虾钳菜披龟甲(Cassida piperata(Coleoptera:Cassididae))为研究对象,建立3种植物种植方式(空心莲子草单种、莲子草单种、空心莲子草和莲子草混合种植)和4种昆虫取食类型(无昆虫取食、虾钳菜披龟甲取食、莲草直胸跳甲取食、两种昆虫同时取食),通过高通量测序技术探究植物竞争、昆虫取食以及二者交互作用如何调控入侵植物对土壤细菌群落的影响。结果显示,植物竞争、昆虫取食及其交互作用对土壤细菌群落的物种多样性指数(Observed sub-OTUs)、香农指数(Shannon)、系统发育多样性指数(Phylogenetic diversity)和均匀度指数(Evenness)均无显著影响。表明不论是空心莲子草还是莲子草均不影响土壤细菌的alpha多样性,并且植物竞争和昆虫取食对土壤细菌alpha多样性没有调控作用。但植物竞争显著改变了土壤细菌群落结构,降低了绿弯菌和化能异养型细菌的相对丰度,而增加了酸杆菌的相对丰度。同时,植物竞争与昆虫取食的交互作用可以调控空心莲子草对土壤细菌群落结构、优势门类和功能类群的影响,说明生物胁迫对土壤微生物的群落结构和功能具有调控作用。准确评估外来入侵植物的影响时需要考虑其所入侵生境的生物因素。

长江中下游岸带(宜昌-铜陵段)湿生植物的群落构建机制研究

沿长江中下游(宜昌-铜陵段)13座城市共37个位点,分别于丰水期和枯水期对岸带的湿生植物进行调查,从物种和系统发育2个维度研究群落的构建机制,并结合环境和空间因子探讨其驱动因素。结果显示:(1)丰水期湿生植物群落的α多样性高于枯水期,且丰水期α多样性主要与水分条件呈正相关,而枯水期则主要与温度和土壤总氮含量有关。(2)丰水期的系统发育结构指数呈聚集趋势,暗示生境过滤起着主导作用,而枯水期的NRI(net relatedness index)和NTI(nearest taxon index)呈不同趋势,暗示存在近期的群落分化。(3)群落的α多样性在物种层面和系统发育层面存在显著关联性,其多样性水平可在一定程度上互为表征。(4)长江中下游沿岸湿生植物群落的构建机制在不同时期存在差异,丰水期的群落构建是环境筛选和扩散限制共同作用的结果,且以环境筛选作用占主导,而枯水期的群落构建仅在物种层面受一定程度环境筛选作用的影响。(5)大生境的温度变化、微生境的土壤水分和养分条件是影响长江中下游岸带湿生植物群落差异的主要驱动因素。该研究结果可为长江中下游岸带湿地生态系统的管理和保护提供科学支持。

基于流式细胞术的海菜花属植物基因组大小测定

利用改良的裂解液P1,以中国古代莲(Nelumbo nucifera Gaertn.Fruct.et Semin)为外标,采用流式细胞术(FCM)对海菜花属(Ottelia Pers.)6个代表性物种及3个存疑类群的基因组大小(C值)进行测定,并对海菜花属系统发育关系进行评估。结果显示:所测定的材料中,水菜花(Ottelia cordata(Wall.)Dandy)C值最小(6.759 pg),灌阳水车前(O.guanyangensis Z.Z.Li,S.Wu&Q.F.Wang)C值最大(12.929 pg);对基因组大小与该属系统发育树进行比较分析,结果发现该属植物基因组大小与系统发育关系具有一致性;对海菜花属3个存疑类群进行分子系统学研究,结果发现存疑类群与嵩明海菜花(Ottelia acuminata var.songmingensis Z.T.Jiang,H.Li&Z.L.Dao)及灌阳水车前的关系最近,而与水菜花的关系较远,这与基因组大小变异相一致。根据基因组大小进一步推测3个存疑类群很可能为二倍体。本研究结果可为海菜花属植物的系统学研究提供新资料,同时为该属植物基因组学研究提供基础数据。

极小种群野生植物黄梅秤锤树的光合生理特性

黄梅秤锤树(Sinojackia huangmeiensis)是我国特有种,被列为国家Ⅱ级重点保护植物和极小种群野生植物。为探讨黄梅秤锤树对不同光环境的响应与适应,选择3种生境中(林窗、林下、全光照)的植株为研究对象,比较不同生境中叶片表型性状、光合特征和叶绿素荧光特征。结果表明:林窗和林下生境黄梅秤锤树的比叶面积(SLA)显著高于全光照生境,叶厚度(LT)和叶干物质含量(LDMC)显著低于全光照生境;最大净光合速率(Pmax)和光饱和点(LSP)在全光照生境中最高,光补偿点(LCP)和暗呼吸速率(Rd)在林下生境中最低;林窗和全光照生境黄梅秤锤树的表观电子传递速率(ETR)、PSⅡ实际光量子产量[Y(II)]、光化学猝灭系数(qP)和非光化学猝灭系数(NPQ)都高于林下生境。黄梅秤锤树通过增加SLA,降低LCP、Rd和NPQ来适应弱光环境,通过增加LT、LDMC、LSP和NPQ来适应强光环境,对不同的生境表现出较强的适应性,对其种群更新与维持具有重要意义,也为其人工引种的成功提供重要保障。

丹江口库区土壤养分状况及空间变异性研究——以丹江口市小茯苓村小流域为例

采用传统统计学和地统计学相结合的方法,对南水北调工程丹江口库区丹江口市小茯苓村面积约6km2的小流域耕层土壤养分状况空间变异性进行了分析和研究。结果表明,土壤N、P、Zn普遍缺乏,是目前土壤培肥的重点。不同土壤养分含量的变异情况存在较大差异,其中土壤有机质、速效P、有效Cu、Mn、Fe测试值变异较大,而pH值的测试值变异较小。不同土壤养分的空间变异结构存在较大差异,土壤全K、缓效K、速效N、速效P、速效K、有效Zn含量空间变异结构差,其含量渐变性分布规律差;有机质、全N、全P、有效Cu、Mn、Fe、pH值等的空间变异结构明显,呈较明显的渐变性分布规律,其最大相关距离在596m以上。

咸海中下游流域水质空间分布特征及其与土地覆被的关系

中亚咸海流域的资源和环境问题一直是全球关注的热点。为揭示咸海流域水环境变化及其成因,本文利用2019年中下游流域21个采样点水质数据,通过主成分、聚类和秩次等多元统计分析方法相结合,分析了水体的基础理化属性、氮磷营养元素、其他元素和离子等20种指标的空间分布特征,辨识了该流域主要水质类型、空间分布及成因,探索了不同空间尺度土地覆被类型对水质类型的影响。结果表明:1)电导率、总溶解性固体物质和离子浓度越往河流下游数值越高,其中在咸海最大;不同形态磷元素浓度在阿姆河中游较高,硝态氮浓度在锡尔河较高;碳元素浓度也在阿姆河,特别是阿姆河下游三角洲地区较高。2)所有采样点水体根据水质指标相似性聚类可划分为3种综合性水质类型。第1类型为水质指标浓度均偏低的水体,分布在锡尔河中游和咸海;第2类型为氮磷营养元素浓度偏高的水体,分布在阿姆河中下游;第3类为碳元素和离子浓度均偏高的水体,分布在咸海。第1和2类型水体的元素浓度主要受荒漠地区岩石风化过程控制,阴阳离子来源于硅酸盐岩和蒸发岩的风化;第3类型水体主要受气候干燥导致的蒸发-结晶过程控制,阴阳离子除来源于硅酸盐岩和蒸发岩的风化外,还受碳酸盐岩风化影响。3)当各采样点缓冲区半径从0.5 km增加到10 km时,对第1类型水质浓度变化影响显著的土地覆被类型逐渐从荒地变为水域、灌木、草地和农田与植被混合,其中水域的影响最大;第2类型水质浓度变化与土地覆被类型无显著性关系;对第3类型水质浓度变化影响显著的土地覆被类型从水域变为水域、农田与植被混合等,其中水域的影响最大。因此,咸海流域水质浓度变化与当地干旱缺水和蒸发剧烈等气象条件以及土地覆被类型有密切关系。为改善咸海中下游流域水环境状况,在增加中下游河道流量和咸海的补给,减弱下游和咸海蒸发-结晶作用的同时,还需加大河岸带的植被修复和退耕还林还草,特别是在阿姆河和锡尔河中下游农业区、咸海等地区。