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Persistence of fertilization effects on soil organic carbon in degraded alpine wetlands in the Yellow River source region

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Journal of Mountain Science 2024年第4期21卷 1358-1371页

作者： DUAN Peng WEI Rongyi WANG Fangping LI Yongxiao SONG Ci HU Bixia YANG Ping ZHOU Huakun yao buqing ZHAO Zhizhong Qinghai University Xining 810016China Qinghai Transportation Planning and Design Institute Co.Ltd Xining 810000China Key Laboratory of Adaptation and Evolution of Plateau Biota Chinese Academy of SciencesXining 810008China Key Laboratory of Restoration Ecology of Cold Area in Qinghai Province Northwest Institute of Plateau BiologyChinese Academy of SciencesXining 810008China Qinghai University of Science and Technology Xining 810016China

In the restoration of degraded wetlands,fertilization can improve the vegetation-soil-microorganisms complex,thereby affecting the organic carbon content.However,it is currently unclear whether these effects are sustainable.This study employed Biolog-Eco surveys to investigate the changes in vegetation characteristics,soil physicochemical properties,and soil microbial functional diversity in degraded alpine wetlands of the source region of the Yellow River at 3 and 15 months after the application of nitrogen,phosphorus,and organic mixed fertilizer.The following results were obtained:The addition of nitrogen fertilizer and organic compost significantly affects the soil organic carbon content in degraded wetlands.Three months after fertilization,nitrogen addition increases soil organic carbon in both lightly and severely degraded wetlands,whereas after 15 months,organic compost enhanced the soil organic carbon level in severely degraded wetlands.Structural equation modeling indicates that fertilization decreases the soil pH and directly or indirectly influences the soil organic carbon levels through variations in the soil water content and the aboveground biomass of vegetation.Three months after fertilization,nitrogen fertilizer showed a direct positive effect on soil organic carbon.However,organic mixed fertilizer indirectly reduced soil organic carbon by increasing biomass and decreasing soil moisture.After 15 months,none of the fertilizers significantly affected the soil organic carbon level.In summary,it can be inferred that the addition of nitrogen fertilizer lacks sustainability in positively influencing the organic carbon content.

关键词： Degraded alpine wetlands Fertilizer Soil organic carbon Temporal variation Vegetation aboveground biomass Yellow River source region

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How precipitation and grazing influence the ecological functions of drought-prone grasslands on the northern slopes of the Tianshan Mountains, China?

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Journal of Arid Land 2021年第1期13卷 88-97页

作者： HUANG Xiaotao LUO Geping CHEN Chunbo PENG Jian ZHANG Chujie ZHOU Huakun yao buqing MA Zhen XI Xiaoyan Qinghai Provincial Key Laboratory of Restoration Ecology for Cold Regions Northwest Institute of Plateau BiologyChinese Academy of SciencesXining 810008China Key Laboratory of Adaptation and Evolution of Plateau Biota Chinese Academy of SciencesXining 810008China State Key Laboratory of Desert and Oasis Ecology Xinjiang Institute of Ecology and GeographyChinese Academy of SciencesUrumqi 830011China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China Xinjiang Grassland Technical Popularization Station Urumqi 830049China Qinghai Environmental Sciences Research and Design Institute Co.Ltd. Xining 810007China

Drought-prone grasslands provide a critical resource for the millions of people who are dependent on livestock for food security.However,this ecosystem is potentially vulnerable to climate change(e.g.,precipitation)and human activity(e.g.,grazing).Despite this,the influences of precipitation and grazing on ecological functions of drought-prone grasslands in the Tianshan Mountains remain relatively unexplored.Therefore,we conducted a systematic field investigation and a clipping experiment(simulating different intensities of grazing)in a drought-prone grassland on the northern slopes of the Tianshan Mountains in China to examine the influences of precipitation and grazing on aboveground biomass(AGB),soil volumetric water content(SVWC),and precipitation use efficiency(PUE)during the period of 2014–2017.We obtained the meteorological and SVWC data using an HL20 Bowen ratio system and a PR2 soil profile hydrometer,respectively.We found that AGB was clearly affected by both the amount and seasonal pattern of precipitation,and that PUE may be relatively low in years with either low or excessive precipitation.The PUE values were generally higher in the rapid growing season(April–July)than in the entire growing season(April–October).Overall,moderate grazing can promote plant growth under water stress conditions.The SVWC value was higher in the clipped plots than in the unclipped plots in the rapid growing season(April–July),but it was lower in the clipped plots than in the unclipped plots in the slow growing season(August–October).Our findings can enhance the understanding of the ecological effects of precipitation and grazing in drought-prone grasslands and provide data that will support the effective local grassland management.

关键词： climate change human activity aboveground biomass precipitation use efficiency soil volumetric water content water stress

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贵南县一年生燕麦与多年生人工草地生态和经济效益评价

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青海大学学报 2024年第2期42卷 1-9页

作者：鄯仁欠姐王芳萍姚步青周华坤卢素锦刘海瑞殷显鹤姚雷鸣青海大学生态环境工程学院青海西宁810016 中国科学院西北高原生物研究所青海省寒区恢复学重点实验室青海西宁810008 青海省现代草业发展有限公司青海贵南813100

为明确青藏高原不同类型人工草地的生态和经济效益,采用实物量法和投入产出比模型定量评价一年生燕麦人工草地单播、播期调整、混播(燕麦+箭筈豌豆)与多年生人工草地同德短芒披碱草、同德老芒麦、青海草地早熟禾的生态和经济效益。结果... 详细信息

为明确青藏高原不同类型人工草地的生态和经济效益,采用实物量法和投入产出比模型定量评价一年生燕麦人工草地单播、播期调整、混播(燕麦+箭筈豌豆)与多年生人工草地同德短芒披碱草、同德老芒麦、青海草地早熟禾的生态和经济效益。结果表明:(1)不同建植技术下,混播人工草地生态和经济效益更高,且一年生燕麦混播人工草地生态和经济效益显著高于多年生混播人工草地。(2)不同类型人工草地的生态系统服务总价值、C吸收量、O_(2)释放量和土壤有机碳含量在不同建植技术下差异极显著(P<0.001),且一年生燕麦混播人工草地C吸收量、O_(2)释放量最高。生态和经济效益评价结果显示:一年生燕麦混播人工草地为最具优势的草地类型。本研究结果可为高寒人工草地建植管理提供科学依据。

关键词：青藏高原人工草地生态效益经济效益

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Influence of ammonium and nitrate supply on growth, nitrate reductase activity and N-use efficiency in a natural hybrid pine and its parents

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Journal of Plant Ecology 2011年第4期4卷 275-282页

作者： buqing yao Jing Cao Changming Zhao Zed Rengel Key Laboratory of Arid and Grassland Ecology Ministry of EducationSchool of Life SciencesLanzhou UniversityLanzhou 730000GansuPeople’s Republic of China School of Earth and Environment The University of Western Australia35 Stirling HighwayCrawleyWA 6009Australia

Selection of tree species with a high capacity to assimilate N and efficiently utilize N resources would facilitate the success of initial tree seedling establishment in infertile soils.The preference for N forms was tested using three pine species(Pinus densata,Pinus tabuliformis and Pinus yunnanensis).Pinus densata is a natural diploid hybrid between P.tabuliformis and P.yunnanensis.Methods Seedlings of three pine species were supplied with nitrate-N,ammonium-N(at two different pH regimes)or combined ammonium and nitrate as a nitrogen source in perlite culture in a controlled environment.Important Findings Seedlings of P.densata had higher total biomass and net photosynthesis when supplied with nitrate-N and ammonium nitrate than with ammonium-N.In parental species,total biomass and net photosynthesis for P.yunnanensis seedlings was higher in ammonium-N than in nitrate-N,whereas the other parental species P.tabuliformis had the highest total biomass among species for all treatments except ammonium with CaCO_(3).Most morphological traits in P.densata seedlings were intermediate between its two parental species.However,N-use efficiency and photosynthetic N-use efficiency of P.densata significantly exceeded both parents when supplied with nitrate-N and ammonium nitrate.The results suggested that the diploid hybrid tree species P.densata has a preference for nitrate and is not well adapted to ammonium-N as a sole nitrogen source regardless of the growth medium pH.Based on changes in environmental conditions,such as predicted future temperature increases in high altitude areas associated with climate change,P.densata is likely to be increasingly competitive and have wide adaptation in high altitude regions.

关键词： diploid hybrid Pinus densata N forms rootshoot characteristics photosynthetic N-use efficiency nitrate reductase

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Ecogeographical variation of 12 morphological traits within Pinus tabulaeformis: the effects of environmental factors and demographic histories

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Journal of Plant Ecology 2017年第2期10卷 386-396页

作者： Mingfei Ji Jianming Deng buqing yao Renfei Chen Zhexuan Fan Jiawei Guan Xiaowei Li Fan Wu Karl J.Niklas State Key Laboratory of Grassland and Agro-Ecosystems School of Life ScienceLanzhou University222 Tianshui RoadLanzhouGansu 730000China School of life Science and Technology Nanyang Normal University1638 Wolong RoadNanyangHenan 473061China Department of Plant Biology School of Integrative Plant ScienceCornell UniversityIthacaNY 14853USA

Aims More data are needed about how genetic variation(GV)and envi-ronmental factors influence phenotypic variation within the natural populations of long-lived species with broad geographic distribu-tions.To fill this gap,we examined the correlations among envi-ronmental factors and phenotypic variation within and among 13 natural populations of Pinus tabulaeformis consisting of four demo-graphically distinct groups within the entire distributional range.Methods Using the Akaike’s information Criterion(AiC)model,we measured 12 morphological traits and constructed alternative candidate models for the relationships between each morphological trait and key climatic variables and genetic groups.We then compared the AiC weight for each candidate model to identify the best approximating model for ecogeographical variation of P.tabulaeformis.The partitioning of vari-ance was assessed subsequently by evaluating the independent vari-ables of the selected best models using partial redundancy analysis.Important Findings Significant phenotypic variation of the morphological traits was observed both within individual populations and among populations.Variation partition analyses showed that most of the phenotypic variation was co-determined by both GV and climatic factors.GV accounted for the largest proportion of reproductive trait variation,whereas local key climatic factors(i.***.actual evapotranspiration,AET)accounted for the largest proportion of phenotypic variation in the remaining investigated traits.Our results indicate that both genetic divergence and key environmental factors affect the phenotypic variation observed among populations of this species,and that reproductive and vegetative traits adaptively respond differently with respect to local environmental conditions.This partitioning of factors can inform those making predictions about phenotypic variation in response to future changes in climatic conditions(particularly those affecting AET).

关键词： Akaike’s Information Criterion environmental factors genetic variation information-theoretic approach phenotypic variation

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盐胁迫对高寒草地牧草老芒麦幼苗生理指标的影响

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西北农业学报 2015年第7期24卷 156-162页

作者：杨月娟张灏周华坤王文颖殷恒霞姚步青赵新全中国科学院西北高原生物研究所西宁810001 中国科学院大学北京100049 山西农业大学山西太谷030801 青海师范大学西宁810008

采用不同浓度(0、50、150、250mmol·L-1)NaCl溶液处理萌发的老芒麦(Elymus sibiricus)幼苗,检测老芒麦在盐胁迫逆境下生理生化的变化。结果表明,随盐浓度增加,各供试材料的脯氨酸质量分数呈上升趋势(P<0.05),叶绿素质量分数呈下降趋势(... 详细信息

采用不同浓度(0、50、150、250mmol·L-1)NaCl溶液处理萌发的老芒麦(Elymus sibiricus)幼苗,检测老芒麦在盐胁迫逆境下生理生化的变化。结果表明,随盐浓度增加,各供试材料的脯氨酸质量分数呈上升趋势(P<0.05),叶绿素质量分数呈下降趋势(P<0.05),而相对含水量、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和过氧化氢酶(CAT)活性呈先升高后下降趋势(P<0.05),150mmol·L-1 NaCl浓度是其幼苗相对含水量和CAT活性的一个转折临界点。老芒麦幼苗期的相对含水量、叶绿素质量分数、可溶性糖质量分数、脯氨酸质量分数、SOD活性和CAT活性对盐胁迫浓度的变化响应灵敏,且在不同浓度盐胁迫下变化差异显著,其可作为快速鉴定老芒麦野生种质材料耐盐性的生理生化指标。熵值法综合评价不同浓度NaCl处理对老芒麦生理指标的影响表明,50mmol·L-1 NaCl最有利于老芒麦调控各生理指标,提高对盐胁迫的适应性,老芒麦适宜在青藏高原盐碱地和湖滨退化湿地的恢复改良中选用。

关键词：老芒麦耐盐性脯氨酸叶绿素可溶性糖抗氧化酶

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春性甘蓝型油菜BnFY34基因的克隆及序列分析

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广西植物 2018年第1期38卷 84-89页

作者：赵宏魁殷恒霞胡桂莲罗玉秀周华坤石国玺姚步青海南州少数民族科普和信息中心青海恰卜恰813099 中国科学院西北高原生物研究所青海省寒区恢复生态学重点实验室西宁810008 青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室西宁810016 青海大学生态环境工程学院西宁810016

春性甘蓝型油菜杂交种由于发育期较长,极大地限制了该油菜在高寒地区的推广。为了从春性特早熟甘蓝型油菜中筛选出苗期和蕾期差异表达的基因,该研究以春性特早熟甘蓝型油菜为材料,利用cDNA-AFLP技术筛选出1个春性特早熟甘蓝型油菜苗期... 详细信息

春性甘蓝型油菜杂交种由于发育期较长,极大地限制了该油菜在高寒地区的推广。为了从春性特早熟甘蓝型油菜中筛选出苗期和蕾期差异表达的基因,该研究以春性特早熟甘蓝型油菜为材料,利用cDNA-AFLP技术筛选出1个春性特早熟甘蓝型油菜苗期特异表达的基因片段,并采用RACE技术成功分离克隆了该基因,命名为BnFY34。通过对该基因的测序和生物信息学分析,发现该基因序列大小为455 bp,包含完整的开放阅读框(ORF),编码一个由71个氨基酸残基组成的蛋白,推测的蛋白质分子量为8.04 kD,理论等电点为10.25,其三级结构中含有3个α螺旋,不含β折叠。同时,将BnFY34基因与甘蓝型油菜基因组序列进行比对,结果显示BnFY34基因位于C4染色体上,由3个外显子和2个内含子组成。另外,通过对该基因与其他植物同源基因的亲缘关系进行了分析,结果表明BnFY34基因与芸薹属植物属于同一亚族,并且与甘蓝型油菜中已报到的未诠释基因XM_013837282.1的相似度达100%,其功能有待进一步研究。该研究结果对春油菜产量和品质的早熟转基因育种具有重要意义。

关键词：甘蓝型油菜发育基因表达 cDNA-AFLP

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模拟增温和丛枝菌根对门源草原毛虫幼虫生长发育的影响

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生态学报 2019年第6期39卷 2237-2243页

作者：陈珂璐石国玺张中华姚步青马真王文颖周华坤赵新全中国科学院西北高原生物研究所青海省寒区恢复生态学重点实验室西宁810008 中国科学院大学北京100049 天水师范学院生物工程与技术学院天水473061 青海大学高原生态与农业国家重点实验室西宁810001 青海师范大学生命与地理科学学院西宁810008

采用开顶式生长室(Open top chamber, OTC)模拟增温和苯菌灵抑制丛枝菌根研究上述两种因素综合作用下门源草原毛虫幼虫的生长速率、蛹化时间和蛹重。结果表明,增温和丛枝菌根抑制及其交互作用均对门源草原毛虫幼虫生长速率产生了显著影... 详细信息

采用开顶式生长室(Open top chamber, OTC)模拟增温和苯菌灵抑制丛枝菌根研究上述两种因素综合作用下门源草原毛虫幼虫的生长速率、蛹化时间和蛹重。结果表明,增温和丛枝菌根抑制及其交互作用均对门源草原毛虫幼虫生长速率产生了显著影响。相比对照组而言,增温使该指标升高了34%。丛枝菌根抑制未对上述指标产生显著影响。增温和丛枝菌根抑制的交互作用使门源草原毛虫幼虫生长速率较对照组升高了16%,而较增温组降低了13%。增温处理下雌、雄幼虫的蛹化时间分别为204、218 d,而不增温处理下分别为212、223 d。增温使得雌、雄幼虫的蛹化时间较不增温处理分别提前了2%和4%。增温和不增温处理下的雌、雄虫蛹化时间差分别为15、12 d。增温将上述时间差扩大了25%。此外,增温及其与丛枝菌根抑制的交互作用对门源草原毛虫雌虫蛹重的影响显著,而对于雄虫的蛹重来说,仅增温处理的影响显著。增温和增温丛枝菌根抑制处理,使得雌蛹重较对照组增大了22%和8%。增温使雄蛹重增大了18%。首次研究了增温和丛枝菌根对植食性昆虫的综合影响。

关键词：门源草原毛虫模拟增温丛枝菌根青藏高原

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模拟增温对高寒草甸植物叶片碳氮及其同位素δ^(13)C和δ^(15)N含量的影响

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西北植物学报 2016年第4期36卷 777-783页

作者：赵艳艳徐隆华姚步青马真张春辉王芳萍周华坤中国科学院西北高原生物研究所西宁810008 中国科学院大学北京100049 青海省寒区恢复生态学重点实验室西宁810008

基于国际冻原计划(ITEX)模拟增温效应对植物影响的研究方法,以高寒矮嵩草草甸4种植物(矮嵩草、垂穗披碱草、棘豆、麻花艽)为实验材料,设置大(OTC1)和小(OTC2)两类增温小室,测定了其叶片碳氮及其稳定性碳同位素(δ^(13)C、δ^(15)N)等指... 详细信息

基于国际冻原计划(ITEX)模拟增温效应对植物影响的研究方法,以高寒矮嵩草草甸4种植物(矮嵩草、垂穗披碱草、棘豆、麻花艽)为实验材料,设置大(OTC1)和小(OTC2)两类增温小室,测定了其叶片碳氮及其稳定性碳同位素(δ^(13)C、δ^(15)N)等指标在增温3年后的变化。结果表明:除矮嵩草在较小增温小室(OTC2)中C/N比值比对照降低了14.1%,其它物种C/N在两个增温处理下都有所增加,但差异均不显著(P>0.05)。4种植物叶片δ^(13)C值在-24.12‰^-28.34‰之间,矮嵩草叶片δ^(13)C值随增温而升高,棘豆、麻花艽随增温而降低,且矮嵩草在OTC2的δ^(13)C值变化达到显著水平(P0.05);棘豆叶片δ^(15)N值在OTC2内比对照低11.0%(P>0.05),在OTC1的内比对照高2.8%(P>0.05)。可见,高寒矮嵩草草甸不同功能群植物物种碳氮含量及稳定性碳氮同位素含量对短期增温有不同的响应模式和规律。

关键词：模拟增温矮嵩草草甸代表性植物 C/N比 δ13 C δ15 N

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矮嵩草草甸主要植物不同器官对氮素的吸收及分配特征研究

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西北植物学报 2018年第5期38卷 957-966页

作者：徐隆华姚步青王文颖马真石国玺周华坤中国科学院西北高原生物研究所青海省寒区恢复生态学重点实验室西宁810008 山东省莱芜市农业局土壤肥料工作站山东莱芜272100 青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室西宁810016 青海师范大学西宁810008 天水师范学院生物工程与技术学院甘肃省农业固体废弃物资源化利用重点实验室甘肃天水741000

以高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸7个主要植物种为研究对象,利用15 N同位素标记技术,通过分析不同器官对氮素的吸收及分配特征,揭示主要植物种在群落中的生态适应性、竞争力和地位。结果显示:(1)矮嵩草的叶和茎、垂穗披碱草(Elymus n... 详细信息

以高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸7个主要植物种为研究对象,利用15 N同位素标记技术,通过分析不同器官对氮素的吸收及分配特征,揭示主要植物种在群落中的生态适应性、竞争力和地位。结果显示:(1)矮嵩草的叶和茎、垂穗披碱草(Elymus nutans)的叶,以及双柱头藨草(Scirpus distigmaticus)和鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)的叶、茎、根均偏好累积硝态氮,早熟禾(Poa annua)的穗和叶以及甘肃马先蒿(Pedicularis kansuensis)和短穗兔耳草(Lagotis brachystachya)的根均偏好积累铵态氮。(2)矮嵩草对吸收的甘氨酸和硝态氮主要分配于叶中,铵态氮分配于茎中;双柱头藨草对吸收的甘氨酸和硝态氮主要分配于茎中,铵态氮分配于叶中;垂穗披碱草和早熟禾对吸收的硝态氮和铵态氮主要分配于叶中;垂穗披碱草对吸收的甘氨酸主要分配于根中,而早熟禾将较多的甘氨酸分配到穗中;甘肃马先蒿对吸收的硝态氮主要分配于叶中,铵态氮分配于根中;鹅绒委陵菜对吸收的甘氨酸、硝态氮和铵态氮主要分配于叶中;短穗兔耳草对吸收的甘氨酸主要分配于叶中,硝态氮和铵态氮主要分配于根中。(3)在牧草生长盛期,矮嵩草草甸土壤的有机氮和无机氮主要贡献于甘肃马先蒿的花、早熟禾的穗、垂穗披碱草的根和鹅绒委陵菜的茎叶。研究表明,高寒矮嵩草草甸主要植物不同器官对氮素的吸收及分配呈现多元化特征,因不同植物种的生物学特性和生态适应习性而异。

关键词：高寒矮嵩草草甸植物器官土壤氮素 15 N标记技术

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