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影响生物土壤结皮分布的环境因子

生态学杂志 2010年第1期29卷 133-141页

作者：程军回张元明中国科学院干旱区生物地理与生物资源重点实验室、中国科学院新疆生态与地理研究所乌鲁木齐830011 中国科学院研究生院北京100039

生物土壤结皮广泛分布于干旱荒漠地区,在干旱和荒漠生态系统中,有重要的生态功能。然而,并不是所有的干旱荒漠区都有生物土壤结皮的分布。在全球和区域尺度上,生物土壤结皮的分布与年降水、凝结水量和土壤含水量呈正相关趋势;温度对生... 详细信息

生物土壤结皮广泛分布于干旱荒漠地区,在干旱和荒漠生态系统中,有重要的生态功能。然而,并不是所有的干旱荒漠区都有生物土壤结皮的分布。在全球和区域尺度上,生物土壤结皮的分布与年降水、凝结水量和土壤含水量呈正相关趋势;温度对生物土壤结皮分布的影响因组成生物土壤结皮的物种而异。小尺度范围内,生物土壤结皮的分布受土壤类型、质地和养分的限制;维管植物对生物土壤结皮分布的影响,暂没有一致的结论。适度干扰对生物土壤结皮分布和生态功能无明显影响,但高强度干扰导致生物土壤结皮结构、功能和分布的退化与减少。全球变化背景下生物土壤结皮的分布变化、不同区域生物土壤结皮分布和演替的差异机理以及受损后恢复过程中的生态功能,将成为以后工作的重点。

关键词：生物土壤结皮分布适应环境因子干旱荒漠区

典型草原建群种羊草对氮磷添加的生理生态响应

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植物生态学报 2014年第2期38卷 103-115页

作者：白雪程军回郑淑霞詹书侠白永飞中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室北京100093 中国科学院大学生命科学学院北京100049

由于人类活动和气候变化的共同作用,大气氮(N)沉降日益加剧,使得陆地生态系统中的可利用性N显著增加,生态系统更易受其他元素如磷(P)的限制。然而,目前关于N、P养分添加对草原生态系统不同组织水平的影响研究较少,相关机制尚不清楚。该... 详细信息

由于人类活动和气候变化的共同作用,大气氮(N)沉降日益加剧,使得陆地生态系统中的可利用性N显著增加,生态系统更易受其他元素如磷(P)的限制。然而,目前关于N、P养分添加对草原生态系统不同组织水平的影响研究较少,相关机制尚不清楚。该文以内蒙古典型羊草(Leymus chinensis)草原为研究对象,通过连续两年(2011–2012年)的N和P养分添加实验,研究建群种羊草的生理生态性状、种群生物量和群落初级生产力对N、P添加的响应及其适应机制。结果表明:羊草草原不同组织水平对N、P添加的响应不同。群落水平上,地上净初级生产力在不同降水年份均受N和P元素的共同限制,N、P共同添加显著提高了地上净初级生产力;物种水平上,N、P添加对羊草种群生物量和密度,以及相对生物量均没有显著影响,表明羊草能够维持种群的相对稳定;个体水平上,在正常降水年份(2011年),羊草生长主要受N素限制,而在湿润年份(2012年),降水增加使得羊草生长没有受到明显的养分限制。羊草通过增加比叶面积、叶片大小和叶片N含量,提高整体光合能力,以促进个体生长。总之,内蒙古典型草原群落净初级生产力受N、P元素共同限制,作为建群种的羊草,其对N、P添加的响应因组织水平而异,也受年际间降水变化的影响。

关键词：地上净初级生产力羊草形态性状氮磷添加组织水平生理性状典型草原

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类短命植物粗柄独尾草器官生物量分配与估测

干旱区研究 2012年第1期29卷 93-100页

作者：陶冶张元明周晓兵程军回中国科学院新疆生态与地理研究所干旱区生物地理与生物资源重点实验室新疆乌鲁木齐830011 中国科学院研究生院北京100049 中国科学院植物研究所北京100093

粗柄独尾草(Eremurus inderiensis)是古尔班通古特沙漠特有类短命植物。采用全株挖掘法研究粗柄独尾草盛花期的生物学特征、器官生物量分配及生物量估测模型。结果表明:粗柄独尾草地上形态指标之间及其与器官生物量间均呈显著正相关,协... 详细信息

粗柄独尾草(Eremurus inderiensis)是古尔班通古特沙漠特有类短命植物。采用全株挖掘法研究粗柄独尾草盛花期的生物学特征、器官生物量分配及生物量估测模型。结果表明:粗柄独尾草地上形态指标之间及其与器官生物量间均呈显著正相关,协同生长关系较强。粗柄独尾草地下生物量平均为(12.00±5.85)g/株,占全株58.23%±6.07%,地上生物量平均为(9.15±5.75)g/株,占全株41.77%±6.07%,根冠比为1.44±0.34。根生物量所占比例最大(51.61%±5.93%),其次为有性繁殖器官(25.14%±5.02%)和光合器官(16.63%±3.75%),这种分配模式体现了类短命植物生活型的特点。根冠比与地上形态指标间均为负相关关系。叶片、花序、地上及地下生物量间的相关生长分析表明,仅叶片重与地上生物量、叶片重与花序生物量间呈等速生长关系,其他均为异速关系。基于D(花柄基径)、HD2(H为株高)的地上、地下和总生物量直接估测模型均较为精确,且地下生物量的直接和间接估测(基于异速关系)效果相同。

关键词：类短命植物粗柄独尾草(Eremurus inderiensis) 盛花期生物量分配模式古尔班通古特沙漠

低磷胁迫下不同磷效率基因型棉花的根系形态特征

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中国农业科学 2016年第12期49卷 2280-2289页

作者：罗佳候银莹程军回王宁宁陈波浪新疆农业大学草业与环境科学学院

【目的】从根系形态变化的角度阐述磷高效基因型棉花对低磷胁迫的响应特征及适应机理,为找出影响棉花磷素吸收的主要因子和通过根系塑性提高养分利用效率的遗传改良提供科学依据。【方法】以磷高效基因型棉花品种新海18号(XH18)、中棉... 详细信息

【目的】从根系形态变化的角度阐述磷高效基因型棉花对低磷胁迫的响应特征及适应机理,为找出影响棉花磷素吸收的主要因子和通过根系塑性提高养分利用效率的遗传改良提供科学依据。【方法】以磷高效基因型棉花品种新海18号(XH18)、中棉所42号(CCRI-42)、新陆早19号(XLZ19)和磷低效基因型棉花品种新陆早13号(XLZ13)、新陆早17号(XLZ17)为材料,通过特殊土培系统,研究不同磷效率棉花在不同磷水平下(低磷胁迫0、正常供磷150 kg·hm)根系形态及其与植株磷素吸收的关系。【结果】低磷胁迫显著降低棉花生物量和磷累积量,其中磷高效基因型的生物量和磷吸收量在各施磷水平下分别为低效基因型的1.21—2.08和1.35—1.91倍。施磷可显著增加土壤中Olsen-P含量。低磷胁迫下各基因型棉花品种Olsen-P较适磷条件显著降低,且磷高效基因型棉花降低幅度大于磷低效。在低磷胁迫条件下,磷高效基因型棉花品种在0—25 cm土层中土壤Olsen-P浓度低于磷低效,较磷低效基因型XLZ13和XLZ17分别平均降低了21.1%和30.1%。棉花的总根长、总根表面积、总根体积、平均根系直径在低磷胁迫下显著降低,其中磷高效基因型棉花在各施磷水平下的总根长、总根表面积、总根体积分别为低效基因型的1.54—1.97、1.52—1.92、1.47—1.84倍。低磷胁迫下,磷高效基因型棉花比根长、比根表面积和比根体积均显著大于磷低效基因型棉花品种,分别为低效基因型的1.10—1.25、1.07—1.22、1.01—1.16倍,而平均直径显著低于磷低效基因型,为磷低效基因型的34.2%—70.2%;主成分分析表明,总根长、总根表面积、总根体积、根干质量、中根长、粗根长受基因型差异的影响较为明显,是区分两类磷效率基因型棉花根系形态差异的主要指标。一般线性模型方差分解结果表明,总根长、总根表面积、总根体积、中根长、粗根长等根系参数是植株磷素吸收的重要影响因子。【结论】磷高效基因型棉花可较大幅度增加细根比例,降低根系总体细度,促使比根长增加,提高根系的构建效率,以适应低磷胁迫。

关键词：棉花磷效率根系形态磷素吸收生物量

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新疆草地群落谱系多样性变化特征及影响因素

生态学报 2020年第7期40卷 2285-2299页

作者：李敏菲马煜成刘耘华盛建东程军回新疆农业大学草业与环境科学学院乌鲁木齐830052 新疆土壤与植物生态过程重点实验室乌鲁木齐830052

谱系多样性(PD,Phylogenetic diversity)因包含植物之间的谱系关系和进化历史信息,被广泛用于植物多样性分布格局的研究中。现有研究表明PD变化受到古气候和现代气候等因素的影响,但结果并不统一且忽略了土壤养分对PD变化的影响。基于此... 详细信息

谱系多样性(PD,Phylogenetic diversity)因包含植物之间的谱系关系和进化历史信息,被广泛用于植物多样性分布格局的研究中。现有研究表明PD变化受到古气候和现代气候等因素的影响,但结果并不统一且忽略了土壤养分对PD变化的影响。基于此,以新疆草地为研究对象,通过对全疆8个区域(阿尔泰山、准噶尔西部山地、准噶尔荒漠、天山北坡、伊犁河谷、天山南坡、塔里木盆地和昆仑山)中310个样地PD的调查,综合分析了古气候、现代气候、土壤养分、草地和土壤类型对PD的影响。结果显示:(1)样地是影响新疆草地PD变化的最主要因素,其次分别为草地和土壤类型,三者合计解释了新疆草地PD总变异的46.07%-78.80%。其中,PD最高值出现在塔里木盆地、低平地草甸和寒漠土,而最低值则出现在准噶尔荒漠、温性荒漠和风沙土;(2)PD也受到末次冰期以来降水变化(MAPano,Precipitation anomaly since the Last Glacial Maximum)、年均温度(MAT,Mean annual temperature)、季节性降水(PS,Precipitation seasonality)和土壤碳氮比(C∶N,Ratio of soil organic carbon to total nitrogen)单独和交互作用的影响。随MAPano增加,PD在新疆草地总体、准噶尔西部山地、伊犁河谷和昆仑山中呈先增加后降低的单峰型变化趋势。随MAT增加,PD在新疆草地总体中呈先降低后增加的"U"型变化趋势,在准噶尔荒漠则呈线性降低的趋势、而在伊犁河谷和昆仑山呈单峰型变化趋势。沿PS梯度,PD在新疆草地总体、阿尔泰山和伊犁河谷均呈现单峰型变化趋势,而在昆仑山则表现为负相关关系。C∶N仅对北疆部分地区PD有显著影响且呈"U"型变化趋势;(3)与之前新疆草地中物种丰富度变化特征相比,由于群落中物种亲缘关系的变化,PD与环境因子之间关系与物种丰富度呈相反或不同的变化趋势。表明以物种间亲缘关系为视角,不仅有助于我们深入理解植物多样性与环境因子之间的关系,也对未来多样性的保护有重要参考意义。

关键词：谱系多样性古气候现代气候土壤养分新疆草地

积雪变化对温带荒漠齿肋赤藓结皮土壤磷组分的影响

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生态学报 2024年第16期44卷 7119-7129页

作者：韩志立尹本丰杨孜悦杨傲张元明程军回新疆农业大学资源与环境学院新疆土壤与植物生态过程重点实验室乌鲁木齐830052 荒漠与绿洲生态国家重点实验室干旱区生态安全与可持续发展重点实验室中国科学院新疆生态与地理研究所乌鲁木齐830011 新疆干旱区生物多样性保育与应用重点实验室中国科学院新疆生态与地理研究所乌鲁木齐830011 天山野果林生态系统新疆野外科学观测研究站伊犁植物园中国科学院新疆生态与地理研究所新源835800 新疆农业大学草业学院乌鲁木齐830052 新疆师范大学生命科学学院乌鲁木齐830054

在荒漠生态系统中,降水变化显著改变生物土壤结皮(BSCs)和表层土壤磷含量和有效性。然而,冬季积雪作为荒漠重要水源,其变化将如何影响BSCs及下层0—5 cm土壤磷组分变化还不清楚。基于此,以BSCs发育高级阶段的齿肋赤藓(Syntrichia canine... 详细信息

在荒漠生态系统中,降水变化显著改变生物土壤结皮(BSCs)和表层土壤磷含量和有效性。然而,冬季积雪作为荒漠重要水源,其变化将如何影响BSCs及下层0—5 cm土壤磷组分变化还不清楚。基于此,以BSCs发育高级阶段的齿肋赤藓(Syntrichia caninervis)结皮为研究对象,设置去除积雪(-S)、自然积雪(CK)和加倍积雪(+S)三个处理,通过测定齿肋赤藓结皮层和结皮下层0—5 cm土层土壤理化性质(硝态氮、铵态氮、全氮、有机碳、全碳)、可利用性磷(树脂磷:Resin⁃P;碳酸氢钠无机磷:NaHCO_(3)⁃Pi;碳酸氢钠有机磷:NaHCO_(3)⁃Po)、中等可利用性磷(氢氧化钠无机磷:NaOH⁃Pi;氢氧化钠有机磷:NaOH⁃Po)、难利用性磷(盐酸磷:HCl⁃P;残余磷:Residual⁃P)和磷循环相关酶活性(碱性磷酸酶、磷酸二酯酶和酸性磷酸酶)。研究结果发现:(1)与CK相比,-S和+S处理显著影响了齿肋赤藓结皮层可利用性磷和难利用性磷,但对结皮下层0—5 cm土壤磷组分均无显著影响。具体而言,-S和+S处理在降低了齿肋赤藓结皮层中Resin⁃P和NaHCO_(3)⁃Pi含量的同时增加了NaHCO_(3)⁃Po含量。-S显著降低了难利用性磷(HCl⁃P和Residual⁃P)含量,说明积雪处理对磷组分的影响主要集中于齿肋赤藓结皮层。(2)沿-S、CK和+S的积雪梯度,齿肋赤藓结皮层总无机磷含量呈增加的趋势,但有机磷含量呈先增加后降低的趋势,结皮下层0—5 cm土层无机磷和有机含量均表现为先增加后降低的变化特征。(3)随机森林预测模型显示积雪处理下,可利用性磷、中等可利用性磷和难利用性磷的主要影响因素,分别为土壤水分含量、碱性磷酸酶活性和土壤全氮含量。这些结果表明在水分限制强烈的荒漠生态系统中,冬季积雪变化在BSCs和表层土壤磷组分变化中扮演着重要角色。

关键词：生物土壤结皮齿肋赤藓积雪厚度磷组分古尔班通古特沙漠

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新疆温性草原土壤pH特征及影响因素

草业科学 2022年第7期39卷 1341-1353页

作者：左李娜陈静张慧刘耘华盛建东张凯程军回新疆农业大学资源与环境学院新疆乌鲁木齐830052 新疆土壤与植物生态过程重点实验室新疆乌鲁木齐830052

土壤pH是影响草地生态系统植物生长和土壤养分有效性的主要因素之一,现有研究发现其受到海拔、气候和土壤理化性质的影响。之前研究多集中在这些因子对表层土壤pH变化的影响,而不同土层pH对这些因子的响应是否一致仍缺乏探讨。基于此,... 详细信息

土壤pH是影响草地生态系统植物生长和土壤养分有效性的主要因素之一,现有研究发现其受到海拔、气候和土壤理化性质的影响。之前研究多集中在这些因子对表层土壤pH变化的影响,而不同土层pH对这些因子的响应是否一致仍缺乏探讨。基于此,本研究以新疆温性草原为研究对象,于2011-2013年对86个样地的不同土层(0-5、5-10、10-20、20-30、30-50、50-70和70-100 cm)土壤pH和相关理化性质(土壤有机质、土壤全氮含量、容重和土石比)进行测定,并重点分析了地表微环境(凋落物、立枯、覆沙、砾石、风蚀和水蚀程度)对不同土层pH的影响,以及海拔、气候(年均温度和年均降水量)和相关理化性质与土壤pH之间的关系。研究发现:1)随土层增加,土壤pH呈逐渐增大的变化特征,而土壤有机质和全氮含量则呈降低的趋势。2)凋落物、砾石和风蚀对各土层pH均无显著影响(P>0.05),立枯显著降低了0-50 cm各土层中pH(P<0.05),水蚀仅增加了0-20 cm各土层pH,覆沙则降低了70-100 cm土层中pH。3)各土层pH与海拔以及0-10 cm土层pH与年平均温度之间呈显著正相关关系(P<0.05),年平均降水量与0-30 cm土层pH呈显著负相关关系(P<0.05)。各土层pH与土壤有机质和全氮含量之间多表现为显著负相关关系(P<0.05),而与容重和土石比仅在个别土层有内在联系。主成分分析进一步表明,土壤有机质、全氮含量、土石比和年平均温度对pH的影响强度高于其他因素。结果表明,新疆温性草原土壤pH的变化均受到地表微环境、海拔、气候和土壤理化性质的影响,但影响强度在不同因子和不同土层间存在差异。

关键词：土壤pH 海拔地表微环境年平均温度年平均降水量不同土层新疆温性草原

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新疆草地生物量优势植物地理分布特征

草业科学 2023年第1期40卷 271-279页

作者：陈静左李娜程军回刘耘华盛建东赵红梅新疆农业大学资源与环境学院/新疆土壤与植物生态过程重点实验室新疆乌鲁木齐830052

地理分布范围反映物种在一定空间中所占的分布面积,体现着物种适应环境的能力。以2011-2013年对新疆草地397个样地的调查数据为基础,集合全球生物多样性信息网络、中国数字植物标本馆收录的优势种植物分布点位数据,以及《新疆植物志》... 详细信息

地理分布范围反映物种在一定空间中所占的分布面积,体现着物种适应环境的能力。以2011-2013年对新疆草地397个样地的调查数据为基础,集合全球生物多样性信息网络、中国数字植物标本馆收录的优势种植物分布点位数据,以及《新疆植物志》对其的记录信息,在ArcGIS软件上以县域为基本单位,用生物区划法计算新疆草地优势种地理分布范围并分析其在物种、功能群和分类水平上分布特征。结果显示:1)本研究所涉及的169种优势种植物,按地理分布范围可分为窄布种(0.15万~5.4万km^(2))]、中等分布种(5.5万~13.9万km^(2))、广布种(14.1万~30.8万km^(2))]和极广布种(31.5万~96万km^(2))] 4类。其中,窄布种、广布种和极广布种各包括42个优势种,而中等分布种有43个优势种。2)在科水平上,窄布种和中等分布种主要由菊科植物组成,而广布种和极广布种则由禾本科植物组成。3)在光合途径和生活型方面,窄布种、中等分布种、广布种和极广布种均由C4植物和多年生草本植物占主导。在生态型方面,窄布种主要由中生植物组成,而中等分布种、广布种和极广布种则由旱生植物组成。本研究为深入理解新疆草地优势种植物地理分布范围,提供了可视化的资料和数据支持。

关键词：分布范围优势种植物功能群新疆草地光合途径生态型生活型

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沙丘尺度一年生植物的分布特征及影响因素

草业科学 2024年第10期41卷 2295-2305页

作者：韩志立张雪莲王梦亭刘纪元尹本丰陶冶程军回新疆农业大学资源与环境学院新疆乌鲁木齐830052

一年生植物是一类独特的生物类群,在维持荒漠生态系统的稳定中具有重要意义。为了解古尔班通古特沙漠一年生植物在线性沙丘上的分布特征及其影响因素,在沙漠腹地两个相邻沙丘建立一个220 m×110 m样地,并设置214个5 m×5 m样方,详细调... 详细信息

一年生植物是一类独特的生物类群,在维持荒漠生态系统的稳定中具有重要意义。为了解古尔班通古特沙漠一年生植物在线性沙丘上的分布特征及其影响因素,在沙漠腹地两个相邻沙丘建立一个220 m×110 m样地,并设置214个5 m×5 m样方,详细调查了仅有的4种一年生植物的多度和相应环境因子,系统分析了不同物种多度在不同坡位和整个沙丘上的分布格局及其与环境的关系。结果表明:沙蓬(Agriophyllum squarrosum)主要以聚集状分布在沙丘顶部,角果藜(Ceratocarpus arenarius)、刺沙蓬(Salsola ruthenica)和对节刺(Horaninowia ulicina)多随机分布在坡中和丘间低地。各物种的多度在不同坡位和坡向间均有明显差异,其中沙蓬多度在坡顶最高,刺沙蓬和角果藜在背风坡最集中。半方差分析表明,所有物种均显示出中等的结构变异(34.5%~57.0%);克里格插值分析表明,各物种的空间分布格局各异,但均有明显的斑块化和纵向分布特征。影响不同物种空间分布的因素各异,其中地形是影响沙蓬分布的主要因子,角果藜、刺沙蓬和对节刺的分布主要受到土壤理化性质的影响,多度从流沙区向丘间低地随着土壤养分的增加而增加。其中,3种一年生植物与全氮、全磷、电导率和土壤含水率正相关,而与pH负相关,但仅能解释8.89%~9.71%的总变差,更多受其他因素的影响。研究揭示了沙丘上一年生植物种群的空间分布特征,对荒漠生物多样性保护以及建立科学合理的植物固沙措施具有积极的指导作用。

关键词：纵向沙丘一年生植物分布特征相对高度坡位