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青藏高原高寒草地丛枝菌根真菌对降雨梯度响应的研究

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青藏高原高寒草地丛枝菌根真菌对降雨梯度响应的研究

作者：马群西北师范大学

学位级别：硕士

全球气候变化对草地生态结构和功能的影响已成为全球变化生物学中讨论的重要议题之一。降水格局的改变不仅影响了地上植被群落结构、物种组成,而且也影响地下土壤微生物群落结构。植物性状是植物与其环境协同进化的结果,反映了植物对变... 详细信息

全球气候变化对草地生态结构和功能的影响已成为全球变化生物学中讨论的重要议题之一。降水格局的改变不仅影响了地上植被群落结构、物种组成,而且也影响地下土壤微生物群落结构。植物性状是植物与其环境协同进化的结果,反映了植物对变化环境的适应策略,已成为生态学家研究物种共存机制、生态系统功能、生物地球化学循环、地上-地下反馈等重要生态学理论的抓手。本研究在青藏高原选择红原高寒草原、玛曲和合作,对三个样区土壤属性、植物群落功能多样性、群落性状权重平均值进行了量化,探究高寒草地植物丛植菌根真菌对不同降雨变化的响应和生物学机理;研究结果如下:(1)在降雨梯度上,三个样区土壤丛枝菌根真菌群落多样性具有明显差异,且随着降雨增加,土壤丛枝菌根真菌多样性增加;球囊霉属和无梗囊霉属是红原、玛曲两个样地丛枝菌根真菌群落的共优势属。相比之下,在合作样地,丛枝菌根真菌群落主要为球囊霉属占绝对优势,占丛枝菌根真菌群落相对丰度的84%;通过重复测量的方差分析表明,三个样地的丛枝菌根真菌群落结构之间具有显著性的差异,从PCo A可视化图上可以看到,降雨较低的合作样地与玛曲和红原样区的丛枝菌根真菌群落具有明显不同,但玛曲和红原部分群落结构出现了重叠。(2)除植物群落功能均匀度指数之外,其他表征功能多样性指数中的功能丰富度指数、功能分异度指数、功能分散指数在样地之间具有显著的差异,且随着降雨增加,功能多样性逐渐增加;在不同样地之间比叶面积、叶片磷浓度、氮磷比、光合速率、光合磷利用效率具有显著的差异,且发生显著变异的性状指标变量在降雨梯度上具有不同的响应趋势。(3)进一步通过相关分析和模型选择可得,土壤属性特别是土壤p H、土壤全氮、土壤速效磷是影响丛枝菌根真菌群落多样性的主要因子;基于距离为基础的冗余分析结果表明,植物群落功能丰富度、土壤全碳、群落权重光合速率性状平均值、群落权重氮磷比性状平均值决定了丛枝菌根真菌群落的结构。本研究得到如下结论:在降雨梯度上,青藏高原高寒草甸生态系统土壤丛枝菌根真菌群落多样性、组成、结构具有明显的差异;土壤属性是诱导丛枝菌根真菌群落多样性变异的主导因子,群落水平性状和土壤全碳共同决定丛枝菌根真菌的群落结构。本研究利用植物群落水平性状和土壤属性数据,从植物群落性状和土壤属性角度为降雨梯度下丛枝菌根真菌群落变化提供了新的见解。

关键词：青藏高原高寒草地丛枝菌根真菌降雨梯度功能性状

黄土高原降雨梯度对刺槐不同器官内源激素分布格局及生长的影响

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水土保持研究 2020年第1期27卷 298-304页

作者：陈克利孟敏张鹏魏芙蓉王国梁马艳萍西北农林科技大学林学院陕西杨凌712100 西北农林科技大学水土保持研究所陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

环境梯度如何影响树木不同器官内源激素分布格局,以及该内源激素格局变化如何影响树木不同器官的异速生长,目前尚不是十分清楚。选择黄土高原地区不同降雨量梯度神木(440.8 mm/a)、绥德(475.4 mm/a)、安塞(505.3 mm/a)和淳化(606.1 mm/a... 详细信息

环境梯度如何影响树木不同器官内源激素分布格局,以及该内源激素格局变化如何影响树木不同器官的异速生长,目前尚不是十分清楚。选择黄土高原地区不同降雨量梯度神木(440.8 mm/a)、绥德(475.4 mm/a)、安塞(505.3 mm/a)和淳化(606.1 mm/a)地区的刺槐林为材料,比较其叶、枝和不同径级根(最细根(0~1 mm)、细根(1~2 mm)、粗根(2~5 mm))内源激素含量及其对器官生长的影响。结果表明:(1)随着降雨量增加,3种器官中玉米素核苷(ZR)、赤霉素(GA 3)含量增加,脱落酸(ABA)含量整体下降;不同径级根系中w(ZR+GA 3+IAA)/w(ABA),w(GA 3)/w(ABA),w(ZR)/w(ABA),w(IAA)/w(ABA)比值增加,但不同器官增幅不一致。淳化地区刺槐叶,枝,最细根,细根和粗根中GA 3含量比神木地区分别高55%,21%,274%,376%和279%。(2)降雨量相对较高的安塞和淳化地区刺槐各器官年均累积量均显著高于降雨量相对较低的绥德和神木地区(p降雨量和土壤全氮(TN)影响。(4)根系生物量与ZR和w(ZR)/w(ABA)呈显著正相关,w(GA 3)/w(ABA)和w(ZR)/w(ABA)比值与枝生物量显著负相关。沿着降雨梯度,降雨量和土壤TN通过增加不同径级根系中ZR,GA 3和IAA含量从而促进刺槐根系的异速生长。

关键词：内源激素异速生长降雨梯度刺槐

黄土高原南北样带尺度人工刺槐林对气候响应的敏感性分析

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生态学报 2023年第15期43卷 6454-6464页

作者：李宗善陈维梁焦磊李兆林王聪高光耀孙婧雅白应飞温润泉中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京100085 陕西黄土高原地球关键带国家野外科学观测研究站西安710061 陕西师范大学地理科学与旅游学院西安710119 延安市退耕还林工程管理办公室延安716000 延安市宝塔区南泥湾国有生态林场延安716000

根据黄土高原南北样带尺度的人工刺槐林(Robinia pseudoacacia)的年轮宽度资料,分析了该地区刺槐树木生长趋势,以及刺槐年表对气候响应随降雨梯度变化规律。研究结果表明延安以北的刺槐样点(绥德、神木)年轮指数近期趋于下降,树木有生... 详细信息

根据黄土高原南北样带尺度的人工刺槐林(Robinia pseudoacacia)的年轮宽度资料,分析了该地区刺槐树木生长趋势,以及刺槐年表对气候响应随降雨梯度变化规律。研究结果表明延安以北的刺槐样点(绥德、神木)年轮指数近期趋于下降,树木有生长衰退现象;而延安以南刺槐样点(延安、富县、宜君、永寿)年轮指数近期趋于上升,树木无生长衰退现象。气候响应结果表明,刺槐年表对气候响应均以延安样点最为敏感,表现年表与温度的负相关关系,以及年表与降雨和干旱指数的正相关关系,而延安以北和以南刺槐样点对气候响应敏感性均较低。黄土高原中部延安地区地处森林草原过渡带,刺槐生长对外界环境变化最为敏感,年表中气候信号也较强;延安以南地区地处森林植被带,气候条件较为适宜刺槐林生长,因而年表中气候信号较弱;延安以北地区地处草原植被带,气候条件比较恶劣,刺槐生长对干旱气候已有一定适应性特征,因而年表中气候信号也较弱。

关键词：树木年轮气候响应降雨梯度人工刺槐林黄土高原

降雨格局对高寒沙地中间锦鸡儿幼苗生长的影响

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干旱区资源与环境 2022年第4期36卷 120-125页

作者：李清雪贾志清何凌仙子高娅杨恒华中国林业科学研究院生态保护与修复研究所北京100091 青海共和荒漠生态系统定位观测研究站共和813005 中国林业科学研究院林业研究所北京100091

以青海共和盆地高寒沙区典型固沙植物中间锦鸡儿(Caragana intermedia)为研究对象,采用人工模拟降雨的方法分析不同降雨频次和降雨梯度对中间锦鸡儿幼苗形态特征、生物量及根系特征的影响。结果表明:1次降雨频次下80%M(M为2009-2018年... 详细信息

以青海共和盆地高寒沙区典型固沙植物中间锦鸡儿(Caragana intermedia)为研究对象,采用人工模拟降雨的方法分析不同降雨频次和降雨梯度对中间锦鸡儿幼苗形态特征、生物量及根系特征的影响。结果表明:1次降雨频次下80%M(M为2009-2018年生长季平均月降雨量)降雨梯度幼苗的大部分参数、M和60%M降雨梯度幼苗的部分参数显著高于2、3次降雨频次;3次降雨频次下40%M降雨梯度幼苗的大部分参数显著高于1、2次降雨频次。月降雨频次为1次时,80%M降雨梯度下幼苗各参数整体水平最好,其次是120%M降雨梯度;月降雨频次为3次时,120%M和40%M降雨梯度下幼苗各参数整体水平较好。降雨格局与幼苗各参数的RDA分析表明,幼苗的大部分参数与降雨梯度正相关,与降雨频次负相关。

关键词：降雨频次降雨梯度中间锦鸡儿幼苗高寒沙地

柠条种子萌发及幼苗阶段对干旱胁迫的跨代可塑性研究

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柠条种子萌发及幼苗阶段对干旱胁迫的跨代可塑性研究

作者：袁家梁西北农林科技大学

学位级别：硕士

跨代可塑性(transgenerational plasticity)是指父母代所经历的环境影响他们后代的表型,这可能增加或降低后代的适应性。受未来气候变化和人类活动双重影响,干旱发生的频率及强度将会增加,由于植物不能移动的特性,适应性跨代可塑性可能... 详细信息

跨代可塑性(transgenerational plasticity)是指父母代所经历的环境影响他们后代的表型,这可能增加或降低后代的适应性。受未来气候变化和人类活动双重影响,干旱发生的频率及强度将会增加,由于植物不能移动的特性,适应性跨代可塑性可能在植物适应干旱环境中起着十分重要的作用。柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom.,下文简称柠条)是一种抗旱性强的多年生灌木,其在萌发及幼苗阶段对干旱胁迫是否存在适应性跨代可塑性,目前尚不清楚,研究柠条跨代可塑性有助于揭示柠条对干旱的适应性机制和合理引种栽植。为此,本文利用数据整合分析、萌发实验和盆栽试验,分别研究了降雨、生活型和种子质量对水时间模型参数的影响、沿降雨梯度柠条种子萌发的水时间模型参数差异、沿降雨梯度柠条后代苗期抗旱期强弱。主要结果如下:(1)数据整合分析表明:年降雨量并不影响种子萌发的水时间参数,但生活型和种子质量对种子萌发的水时间模型参数有一定影响。一年生植物种子萌发的水势阈值ψ(50)(-1.06±0.09 MPa)显著低于多年生植物(-0.84±0.10MPa)。一年生草本植物中,粮食和蔬果萌发的水势阈值ψ(50)低于杂草和其他植物,人工驯化降低了种子萌发的水势阈值。种子质量与萌发的水势阈值呈负相关,其中草本植物种子萌发的水时间模型参数和种子质量大小无关,但木本植物种子质量与萌发的水势阈值呈负相关,与水时间常数呈正相关,且水势阈值与水时间常数呈负相关关系,表明木本植物内大种子采取了耐旱的萌发策略,这种萌发策略有利于在干旱生境中快速生长和存活。(2)柠条种子萌发试验表明:萌发温度对水时间模型参数的影响大于种源,种源对水时间常数θ和水势阈值ψ(50)有显著或接近显著的影响,但相对干旱地区种源并未产生适应性跨代可塑性。陕西安塞种源的水时间常数θ显著低于其他3个地点,陕西安塞和神木的水势阈值ψ(50)显著低于青海共和。在萌发最适温度(25℃),萌发的水势阈值ψ(50)最低。不同种源萌发的水势阈值ψ(50)主要决定于年均温,年均温高的种源其萌发的水势阈值ψ(50)较低。(3)盆栽试验表明:不同种源柠条后代幼苗干旱胁迫后表现出跨代可塑性,但跨代可塑性方向及强弱与评价指标有关。从水分、光合参数看,亲代干旱显著提高了柠条后代经历干旱时的水分状况和光合作用,随后代干旱程度增加,柠条的跨代可塑性增强,表现在受到干旱影响后更多的生长生理指标得以改进,这种适应性可能有助于增强柠条对长期干旱的适应能力。但柠条的跨代可塑性与亲代干旱信号的强弱并非呈线性关系,亲代干旱信号中等的凉城相对而言适应性跨代可塑性更强。总之,本研究结果表明不同种源柠条种子萌发过程中并不存在适应性跨代可塑性,在幼苗阶段的水分和光合气体交换参数表现出一定的适应性跨代可塑性,但这种适应性跨代可塑性并没有显著改善柠条生长。

关键词：跨代可塑性降雨梯度干旱种子萌发幼苗生长

沙冬青种子形态和比叶面积沿降水梯度的变化特征

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干旱区资源与环境 2019年第12期33卷 172-178页

作者：董雪辛智鸣张冉浩段瑞兵郝玉光李永华中国林业科学研究院沙漠林业实验中心磴口015200 中国林业科学研究院荒漠化研究所北京100091 内蒙古磴口荒漠生态系统国家定位监测研究站磴口015200

种子形态学性状对种子植物繁衍具有重要的调控作用,比叶面积反映植物截获光能的能力,这二大功能性状反映了植物对环境的适应策略及自身调控机制。以天然沙冬青种群为研究对象,沿270-50mm年降水梯度,测量分析了6个分布区内的标准株的种... 详细信息

种子形态学性状对种子植物繁衍具有重要的调控作用,比叶面积反映植物截获光能的能力,这二大功能性状反映了植物对环境的适应策略及自身调控机制。以天然沙冬青种群为研究对象,沿270-50mm年降水梯度,测量分析了6个分布区内的标准株的种子和叶片。结果表明:6个自然分布区的沙冬青种子长度、宽度、体积、表面积及千粒重均有显著性差异(P0.05)。其中种子体积变异程度最大,且种子多项形态指标的协同作用显著,说明种子通过调节大小和性状间的最优组合来适应环境的变化。不同区域的环境因子中仅年平均降雨量对沙冬青比叶面积的影响显著,且随着雨量的增加,比叶面积呈增大趋势,表现出显著的正相关性(P<0.05)。沙冬青种子各性状与比叶面积之间存在负相关关系,但仅种子长度与比叶面积的相关性显著,说明植物的资源营养生长和种子繁殖生长的时期本身不完全同步,两者间的权衡关系体现了沙冬青对外界环境变化的适应策略。

关键词：沙冬青降雨梯度种子形态比叶面积

宁夏东部荒漠草原向灌丛地人为转变过程土壤微生物矿化响应

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宁夏东部荒漠草原向灌丛地人为转变过程土壤微生物矿化响应

作者：孙忠超宁夏大学

学位级别：硕士

本文以宁夏东部荒漠草原人工灌丛引入过程形成草地-灌丛镶嵌体为研究对象,根据生态界面理论,选取荒漠草地（desert grassland,DG）、草地边缘（grassland edge,GE）、灌丛边缘（shrubland edge,SE）、灌丛地（shrubland,SL）为主要转变... 详细信息

本文以宁夏东部荒漠草原人工灌丛引入过程形成草地-灌丛镶嵌体为研究对象,根据生态界面理论,选取荒漠草地（desert grassland,DG）、草地边缘（grassland edge,GE）、灌丛边缘（shrubland edge,SE）、灌丛地（shrubland,SL）为主要转变样地,采用野外定期观测、不同降雨梯度下原位矿化以及室内模拟湿润、干旱（+40%,-40%）和枯落物（蒙古冰草Agropyron mongolicum、柠条Caragana korshinskii）添加下土壤微生物矿化试验方法,开展荒漠草原向灌丛地人为转变过程中植被、土壤微生物的矿化特征研究,以期揭示荒漠草原向灌丛地人为转变过程中植被地境演变特征及全球气候变化下植被转变对土壤微生物矿化作用的影响,为荒漠草原恢复可持续性提供理论依据和数据参考。主要结果如下:（1）转变过程中,荒漠草地与两边缘样地均在丰富度、多样性和均匀度指数方面无显著差异,而灌丛地显著低于其它样地（P＜0.05）,较荒漠草地分别显著下降了 37.0%、42.4%、35.2%。灌丛地植被优势度指数显著高于荒漠草地、草地边缘、灌丛地边缘（P＜0.05）,分别高出65.8%、72.2%、67.7%。草本地上生物量呈先上升后降低的变化趋势且均在草地边缘最高,而灌木地上生物量呈逐渐增加的变化趋势且均在灌丛地最高。（2）转变过程中,各转变样地0～200 cm 土层土壤水分表现为荒漠草地＞草地边缘＞灌丛边缘＞灌丛地,其中荒漠草地、草地边缘土壤水分季节动态积极响应降雨变化,而灌丛边缘、灌丛地随季节变化呈降低趋势,秋季以补充深层次耗水为主;各转变样地0～100 cm 土层土壤水分物理特性在两边缘样地均呈波动边界效应,除容重表现为灌丛地＞荒漠草地外,土壤饱和持水量、毛管孔隙度、毛管持水量、非毛管孔隙度、田间持水量均表现为荒漠草地＞灌丛地。（3）转变过程中荒漠草地和草地边缘0～60 cm 土层土壤有机碳、全氮、全磷均显著高于灌丛边缘和灌丛地,而在60～100 cm 土层稍有差异;各转变样地土壤分形维数变化介于1.02～2.58之间,灌丛地均显著低于其他样地,且灌丛边缘和灌丛地分形维数变异系数均高于荒漠草地和草地边缘,土壤抗侵蚀能力逐渐下降。（4）转变过程中,土壤细菌数量表现为荒漠草地和灌丛地无显著差异（P＞0.05）,均高于两边缘样地（P＞0.05）;真菌数量表现为灌丛边缘和灌丛地显著高于荒漠草地和草地边缘;放线菌数量则表现为逐渐降低趋势,其中荒漠草地最高,达293.3 10-3 cfu/g;各转变样地土壤蔗糖酶无显著差异（P＞0.05）,而土壤过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶、微生物量碳、氮均呈逐渐降低趋势,其中灌丛地显著低于荒漠草地（P＜0.05）,降幅分别55.6%、54.7%、49.4%、39.7%、76.4%。（5）转变过程中,各转变样地植丛和空斑的NH4+-N含量趋向于平缓,且不同培养期无显著差异（P＞0.05）;NO3--N含量呈逐渐升高的变化趋势且灌丛地＞荒漠草地;而植丛的无机氮含量均高于空斑。植丛各转变样地均表现为逐渐下降的变化趋势,其中灌丛地较荒漠草地净硝化速率、净氨化速率、净矿化速率分别下降了 142.2%、226.5%、593.2%,而空斑趋向于稳定。各转变样地随降雨梯度的增加荒漠草地土壤NH4+-N含量呈潜在的增加趋势,两边缘样地无显著差异（P＞0.05）,而灌丛地土壤NH4+-N含量呈先降低后增加的变化趋势;荒漠草地、草地边缘、灌丛边缘土壤NO3--N含量无显著差异（P＞0.05）,而灌丛地呈增加的变化趋势;各转变样地土壤净硝化速率、净氨化速率、净矿化速率的变化均值范围为-0.084～0.022 mg kg-1 d-1,-0.010～0.010 mg kg-1 d-1,-0.094～0.029 mg kg-1 d-1,其中灌丛地显著低于荒漠草地（P＜0.05）,且除两边缘外,荒漠草地和灌丛地多在减雨20%达最低值。（6）不同水分和枯落物（蒙古冰草、柠条）添加实验表明:土壤净矿化速率各样地转变过程高低水分添加差异不显著,且高水分添加下的各样地净矿化速率在枯落物添加下显著低于对照,但在低水分处理下的灌丛枯落物添加随样地转变显著高于草本添加和对照。在荒漠草原向灌丛地转变过程中水分、枯落物、样地三者之间的交互作用对土壤微生物矿化共同驱动,特别是在干旱条件下柠条枯落物在转变过程中更易于荒漠草原土壤微生物的矿化。

关键词：草原灌丛化人为转变过程土壤微生物矿化降雨梯度枯落物添加

延河流域人工与自然植被土壤水分空间差异性研究

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安徽农业科学 2016年第18期44卷 49-51,57页

作者：张春梅张锋张立鹏宁夏农业勘查设计院宁夏银川750002

[目的]研究延河流域自然植被与人工植被土壤含水量及其空间变化，为黄土高原土壤水分的利用和人工植被建设提供理论依据。[方法]针对延河流域人工植被建造存在植被退化问题，根据降雨温度变化，将延河流域划分为17个环境梯度单元，对自... 详细信息

[目的]研究延河流域自然植被与人工植被土壤含水量及其空间变化，为黄土高原土壤水分的利用和人工植被建设提供理论依据。[方法]针对延河流域人工植被建造存在植被退化问题，根据降雨温度变化，将延河流域划分为17个环境梯度单元，对自然植被与人工植被进行了野外调查，研究了降雨梯度、坡位及坡向对植被0～500 cm土层土壤含水量的影响。[结果]流域内土壤水分具有很强的空间变异性。自然植被0～500 cm土壤含水量为8．15％，变异系数为33．12％；人工植被土壤含水量较低，仅6．74％。地形因子能够显著影响自然植被与人工植被的土壤含水量，自然植被不同坡位和坡向的0～500 cm土壤含水量大于人工植被。[结论]综合考虑土壤水分生态环境的可持续性，阴坡下与平地相对适合人工植被的营造，在植被配置时，需要考虑植被类型及耗水特点。

关键词：延河流域土壤含水量空间变化降雨梯度

牧场上土地管理与降雨对碳螯合作用影响的研究

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水土保持应用技术 2008年第3期 8-10页

作者：董国权王德禄黑山县水土保持站辽宁黑山121400 本溪市水土保持站辽宁本溪117022

将碳元素储存在生物量和土壤有机质中可缓解大气中CO2含量的不断增加。美国科学家J．D．Demer等就牧场土地管理措施对C螯合作用的影响进行了研究。结果表明。严重干旱和过度放牧导致牧场上正常或超常生产年存储的有机碳大量流失。通过增... 详细信息

将碳元素储存在生物量和土壤有机质中可缓解大气中CO2含量的不断增加。美国科学家J．D．Demer等就牧场土地管理措施对C螯合作用的影响进行了研究。结果表明。严重干旱和过度放牧导致牧场上正常或超常生产年存储的有机碳大量流失。通过增加N可提高牧场的生产力和水份利用效率、有机碳的存储能力增加。在牧场上耕作将大大降低有机碳。不采取任何修复措施而要使耕地上土壤C恢复到耕作前的水平大约需要230a。有机碳随着降雨量的增加而增加。不同放牧率下，0～30cm土层中C螫合与年平均降雨量之间的关系成反比。管理与环境之间相互作用的研究，应加强对整个温室气体累积的重视。

关键词：陆地C螯合土壤有机碳生态环境放牧 N元素输入降雨梯度美国