因生态位的高度重叠,森林更新早期草本植物同更新幼苗间存在着激烈的光能、养分及水分竞争,由此显著影响到森林更新过程.以山西省庞泉沟自然保护区蒙古栎更新幼苗为研究对象,设置4种草本竞争模式(无竞争、全竞争、地上竞争、地下竞争),2种土壤养分梯度(4 g/m2、32 g/m2),2种土壤养分分布模式(均质、异质),进行草本竞争盆栽试验.结果表明:1)草本竞争、土壤养分状况对幼苗更新均存在显著影响(P＜0.05).其中,幼苗各生长指标在无竞争、地下竞争处理间的差异,显著表明地下竞争效应的存在性,地上竞争效应同理.2)基于线性模型,对幼苗苗高、叶片总面积、叶片总生物量、三个细根亚径级根系表面积而言,草本竞争主效应的贡献率分别为80.66％、67.49％、49.39％、40.26％、59.09％、53.26％,同土壤养分浓度相比,草本竞争的森林更新效应更高;在土壤养分异质条件下,二者交互效应甚至显著大于土壤浓度主效应;草本竞争各组分分析结果表明地下竞争效应的贡献率始终处于主导地位.3)基于结构方程模型,揭示草本竞争森林更新效应及其内在组分的具体作用途径.在无竞争与全竞争处理下,幼苗更新潜力对光能吸收及养分吸收的标准化回归系数分别为0.61、0.46,表明草本竞争主要通过光能吸收影响幼苗的更新过程;草本竞争内在组分的群组分析中,地上竞争与地下竞争相应的标准化系数分别为0.31、0.74,表明后者是主要的作用途径.在定量评价草本竞争及其内在组分森林更新效应的基础上,深入探讨其作用机理,加深了人们对其在森林更新早期生态效应的认识,为森林更新实践提供理论指导.

为了解典型沙生半灌木群落植物在氮(N)沉降和降水增加下的响应机制和适应策略,以毛乌素沙地黑沙蒿(别名油蒿,Artemisia ordosica)群落为对象,研究了N、水分添加及其交互作用下土壤与优势植物黑沙蒿和赖草(Leymus secalinus)叶片N含量、磷(P)含量、N:P及相应的内稳性指数.结果显示:(1)土壤速效N、P养分供应状况和植物养分吸收的内在属性共同影响黑沙蒿和赖草叶片N含量、P含量、N:P对N和水分添加的响应,黑沙蒿和赖草叶片N含量对N和水分添加的响应存在种间差异;(2)黑沙蒿和赖草叶片P内稳性均强于叶片N内稳性,与黑沙蒿和赖草生长均受N限制密切关联;(3)黑沙蒿叶片N、P化学计量内稳性相对较高且养分利用策略较为保守,赖草叶片N、P化学计量内稳性相对较低且养分利用策略较为灵活.结果表明,黑沙蒿在干旱贫瘠的环境中更具竞争力和生长优势.在N沉降和降水持续增加的情景下,黑沙蒿群落物种组成可能因优势植物黑沙蒿和赖草竞争力和养分利用策略的不同而发生变化.

为比较干旱荒漠区城市绿化灌木和荒漠乡土灌木在夏季热浪期的受损差异和其对高温和热浪冲击响应机理的不同,在新疆北疆 2022 年夏季热浪期末期,测定了 9 种荒漠乡土灌木和 8 种城市绿化灌木的 4 种水分相关功能性状(水力、叶片、光合和碳经济性状),同时调查植株受损程度.调查结果表明,荒漠乡土灌木接近 74%的个体在夏季热浪中未受损伤,但有 56%的城市绿化灌木个体受损;水力和叶片性状方面,荒漠灌木的枝叶水势、干物质含量和导管直径的平均值低于城市绿化植物,而枝比导率、准稳态导水率、胡伯尔值、比叶面积、导管密度呈相反态势.在碳经济和光合性状方面,荒漠乡土灌木的可溶性碳含量和水分利用效率高于城市绿化灌木(P＜0.05),但气孔导度成相反模式(P＜0.05),而淀粉和结构性碳含量、蒸腾速率无显著差异(P＞0.05);荒漠乡土灌木的性状整合度(G=0.39)高于城市绿化植物(G=0.20),且前者的关键节点个数,以及其与其他性状显著关联的个数均高于后者.结果表明,2022 年夏季热浪引起荒漠乡土灌木的受损程度低于城市绿化灌木;荒漠植物在水力性状和性状整合方面存在优势,其水分吸收、运输和减少蒸腾失水的能力要强于城市绿化灌木,热浪影响下更易存活;相对城市绿化灌木,荒漠灌木可以协调功能性状间的关系,采取更多样化的适应机理将降低夏季热浪的负面影响.本研究可为干旱地区城市绿化灌木筛选以及区域生态保护政策制定提供科学参考.

以半干旱区马铃薯为试验材料,利用人工补水及自然控水的方法,测定分析马铃薯叶片在不同水分条件下光合生理参数的光响应过程及对土壤水分响应规律的阈值效应,水分梯度设置土壤含水量为田间持水量55％、65％和75％为干旱胁迫处理,土壤含水量为田间持水量80％为对照,土壤含水量为田间持水量85％为渍水处理.结果表明:马铃薯叶片净光合速率(Pn)、水分利用效率(WUE)及光响应参数具有明显的水分临界效应.表观量子效率(AQY)、最大净光合效率(Pnmax)、光饱和点(LSP)随土壤含水量的增大呈先增加后降低的变化趋势,光补偿点(LCP)、暗呼吸速率(Rd)则先降低后增加.在渍水或干旱胁迫下,马铃薯叶片在弱光下的吸收、转换光的能力降低,在强光和弱光利用方面受到抑制,并且通过减少呼吸消耗维持干物质积累.Pn、WUE随土壤水分的增加呈先升高后降低趋势,但水分临界值不相同,土壤相对含水量(Wr)为56.7％时为马铃薯叶片气孔限制的临界点,Wr为96.3％时为Pn的水分饱和点,Wr为70.1％时为WUE的高效点,马铃薯在渍水条件下叶片的光合能力高于干旱胁迫处理.通过数学模型确定半干旱区马铃薯的水分阈值,当Wr在70.1％～96.3％时为高产高效水,此时马铃薯的光合生产力和水分利用效率较高.因此,Wr在70.1％～96.3％时是半干旱区马铃薯较适宜生长的土壤水分条件,半干旱地区渍水条件下马铃薯的光合能力明显高于干旱胁迫处理.

橙花破布木(Cordia subcordata)为紫草科常绿小乔木,生长在沿海荒地以及红树林边缘,是我国西沙群岛和南沙太平岛的优势乡土树种.对其叶片生理生态学特征、叶片营养元素含量、土壤营养元素含量进行了测定,结果表明,橙花破布木叶片栅栏组织排列较为紧密有序,而海绵组织则排列较疏松无序,具备明显的阳生性特征;叶片面积大,可竞争到更多的光照;叶片下表皮气孔数多,利于同化二氧化碳并积累干物质;上表皮厚,比叶面积小、导管直径和导管密度大,叶导水率低,木质部密度大,这些生理生态特征有利于其充分利用水分,并适应干旱环境.橙花破布木叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性较高,脯氨酸(PRO)和脱落酸(ABA)含量较高,但丙二醛(MDA)的含量较低,说明其对逆境的耐受性较强.橙花破布木体内养分含量较高,而其生长的土壤养分含量低,说明其养分吸收和利用能力较高.因此,橙花破布木对高温、强光、干旱、贫瘠具有较强的适应能力,因而在热带滨海地区的绿化和防风林建设方面具有良好的应用前景.

为了探讨凝结水对植物生长的作用, 该文研究了干旱处理下模拟凝结水对羊草(Leymus chinensis)和冰草(Agropyron cristatum)生理性状和叶片表面结构的影响.试验设计了干旱无凝结水、干旱每周发生3次和5次凝结水以及正常浇水不发生凝结水4个处理, 通过超声波加湿器模拟凝结水的发生, 研究凝结水对两种植物叶片相对含水量、水势、净光合速率、水分利用效率、生物量以及叶片表面结构等的影响.结果表明: 凝结水显著增加了干旱胁迫下两种植物的叶片相对含水量和水势(p <0.05); 凝结水显著提高了冰草的净光合速率、气孔导度与蒸腾速率(p < 0.05); 而羊草的气孔导度和蒸腾速率随凝结水的变化不明显.羊草和冰草的地上生物量和根系生物量随凝结水的发生有增加的趋势, 但是各处理间差异不显著.凝结水降低了羊草和冰草黄叶数与总叶数的比值, 这表明凝结水对干旱胁迫下植物叶片表面结构遭到的破损有一定的保护和修复作用.该研究证实羊草和冰草的叶片可以吸收凝结水, 并对其光合作用、水分生理以及生长具有正效应.

基于地理格局对西双版纳热带雨林的干湿度梯度效应和生态化学计量学的研究思路,结合野外试验监测和室内分析,对西双版纳热带雨林土壤-植物系统元素化学计量特征对海拔和干湿度效应响应进行了研究探讨,结果发现:西双版纳热带雨林土壤和叶片碳氮磷化学计量特征均不同程度的受到海拔和干湿季影响.季雨林与山地雨林的水热梯度受海拔梯度重要影响,随海拔梯度升高,土壤含水率变化显著,且含水率在干湿季均对土壤有机碳(SOC)存在显著影响(P＜0.01),雨季其对土壤全氮(STN)和土壤全磷(STP)的影响要显著于干季;叶片全磷(TP)随含水率的增大而升高,而叶片全氮(TN)在干季会随含水率的升高而增大,雨季含水率升高到一定程度时会抑制TN含量的增加并出现单峰现象;而土壤C/P与海拔和干季土壤含水率的极显著相关性(P＜0.01)及干季叶片C/N与叶片含水率的显著相关关系(P＜0.05)说明,干季水分匮乏条件下,土壤含水率影响土壤P的矿化度和植物对P的吸收利用水平,而且叶片C/N对反馈植物水分含量具有明显指示作用.因此,水热梯度是土壤-叶片系统碳氮磷生态化学计量特征变化的重要驱动因素.此外,全球变化区域响应方面,多雨高温可能会削弱季雨林叶片C的同化能力,且叶N含量降低,但受氮沉降的影响,对C/N的影响尚无法确定;由于P循环对其他元素的耦合作用,雨林土壤-叶片系统的元素循环周期将会被缩短,但干季山地雨林植物生态系统P的限制作用有可能会减弱.

以‘紫薇’不结球紫色小白菜为试验材料,采用盆栽控水试验,设置正常水分供应、轻度干旱、中度干旱和重度干旱4个干旱处理,测定了紫色小白菜植株营养品质和光合色素含量、光合与叶绿素荧光参数等指标,研究不同干旱胁迫处理对紫色小白菜光合特性及营养品质的影响.结果表明:(1)紫色小白菜叶片花青苷、可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C含量均随干旱处理程度的加重呈先升高后下降的趋势,并均在轻度干旱下达到最大值.(2)随着干旱处理程度的加重,紫色小白菜叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)和类胡萝卜素含量均呈先缓慢上升后急剧下降的变化规律,且均于轻度干旱下达到最大值.(3)随着干旱处理程度的加重,紫色小白菜叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均呈逐渐下降的趋势,而瞬时水分利用效率(WUE)表现出先升后降的趋势.(4)随着干旱处理程度的加重,紫色小白菜叶片以吸收光能为基础的性能指数(PIABS)逐渐降低,而单位反应中心吸收的光能(ABS/RC)、单位反应中心捕获的光能(TRO/RC)、单位反应中心传递的能量(ETO/RC)、单位反应中心热耗散的能量(DIO/RC)以及单位面积捕获的光能(TRO/CS)、单位面积的热耗散(DIO/CS)均呈现逐渐上升的趋势;叶片中PSⅡ最大光化学效率(ψPO)、将电子传递到电子传递链中QA-下游的其他电子受体的概率(ψO)、反应中心吸收的光能用于电子传递的量子产额(ψPO)值均随着干旱处理的加重呈先缓慢下降后急剧下降的趋势,受体侧J相的相对可变荧光(VJ)增幅比供体K相可变荧光占J相可变荧光的比例(WK)大,PSⅡ受体侧受到的胁迫伤害大于供体侧.研究表明,干旱处理迫使紫色小白菜光合特性及品质都出现一定的变化,轻度干旱胁迫处理能增加紫色小白菜花青苷及其光合色素的含量,并提高净光合速率,进而改善植株的营养品质,值得在紫色小白菜耐旱生产中推广应用.

该文总结了罗布麻属(Apocynum) 植物对干旱、温度及盐碱非生物逆境和病虫、杂草生物逆境的响应,并归纳了其适应逆境的机理.罗布麻及罗布麻种子具有广泛的温度、水分和盐分适应范围,在10～ 35 ℃,土壤含水量0. 4％或土壤持水量最小为25％的中重度干旱胁迫下,地下水盐含量36. 59 ～ 93. 48 mmol/L 或土壤Na+ 的含量为0. 0083～ 0. 7551 g/kg、NaCl 浓度在0～ 400 mmol/L 的盐胁迫条件下均能够正常生长和萌发,其机理包括罗布麻通过调节自身的渗透调节物质含量和保护酶活性提高对逆境的适应; 罗布麻根部积累高浓度K+ 离子来提高其茎、叶中K+离子及K+/Na+比抵抗盐胁迫; 也可能是K+ 通道蛋白基因AvAKT1 在罗布麻响应盐和干旱逆境中发挥着有效作用,维持K+、Na+吸收或转运; 还有可能是罗布麻本身携带的抗盐碱基因AvDH1 起到一定的作用.严重危害罗布麻的病害主要是栅锈菌Melampsora apocyni 引致的锈病和壳针孢Septoria apocyni 引致的斑枯病,均引起罗布麻叶片凋落,植株死亡.随着罗布麻产业化和市场化的推进,应加强罗布麻对生物逆境响应及其机制的深入研究.

通过不同种植密度对鳄嘴花生长动态和生物量分配的影响研究得到,5×5组生根率较大,而种植密度过于稀疏将严重影响鳄嘴花根系的形成和生长,甚至导致植株死亡.鳄嘴花叶片在15 ×15组表现出较高的叶片数量.但是较高或较低的种植密度均导致鳄嘴花叶片数量下降,且表现出显著差异性(P<0. 05).但是不同种植密度的鳄嘴花叶片叶绿素a、b浓度、相对叶绿素含量均不显著(P>0. 05).10×10组(或15 ×15组)的枝条长度较长、枝条数和枝节数较均较多,而2×2组(15×15组的枝节数也较少)的枝条长度均较短、枝条数和枝节数较均较少.地上空间资源充足减轻了由于密度制约带来的生长限制,更有利于鳄嘴花地上部分的生长.但是茎围的变化与以上3个指标存在一定的差异性.15 ×15组根生物量、茎生物量、叶生物量、总生物量以及茎生物量分配比例和叶生物量分配比例均较高,而2 ×2组均较低.随着种植株行距增大,鳄嘴花的根冠比和根的生物量分配比例均逐渐下降.说明在高种植密度环境下鳄嘴花将更多的光合产物向地下部分,以保证根的生长来吸收更多的水分及其他营养物质.