放牧是草原生态系统最主要的人为干扰因素,也是草原群落构建的重要"外部"过滤因子.然而,关于放牧强度对草原群落构建的作用机制,尤其是在这一过程中种内性状分化和种间性状差异的相对作用目前的了解还比较有限.为此,该研究利用在内蒙古典型草原建立的长期放牧控制实验平台,采用土芯法(环刀)取样,系统分析了植物群落地上(株丛、叶片)和地下(根系)性状对放牧的响应.通过环刀-小区和小区-样地两个推绎尺度,研究了基于种内与种间性状变异的放牧强度过滤作用.研究结果表明:(1)随着放牧强度的增加,大多数地上性状的种内和种间变异呈增加趋势,而根系性状的种内和种间变异则显著降低.(2)随着放牧强度的增加,在环刀尺度上,基于地上性状的种内变异和种间差异的放牧过滤强度先增大后减小,在中度放牧时达到最大;然而基于地下性状的种内变异和种间差异的放牧过滤强度逐渐增加.在小区尺度上,基于地上性状的种内变异和种间差异的放牧过滤强度呈线性降低趋势;而基于地下性状种内变异的放牧过滤强度增加,基于种间差异的放牧过滤强度减弱.(3)随着空间尺度增大,放牧强度对草原群落构建的影响由基于种间性状差异的过滤作用逐渐转变为基于种内性状变异的过滤作用,此过程受土壤水分和养分的调控.这些研究结果为深入揭示放牧对草原群落构建的调控机制提供了科学依据,也为正确理解长期放牧导致的植被景观异质性和尺度效应评估提供了重要参考.该研究中叶片和根系性状主要考虑了结构性状,因此具有一定的局限性,未来研究可结合叶片和根系碳氮含量等化学性状指标,以全面理解放牧对植物地上、地下性状变异的调控机制.

森林凋落物的养分归还对于维持土壤碳库和养分循环起至关重要的作用.本研究以亚热带人工幼林的21个树种为对象,分析各树种的叶片和根系功能性状与凋落物养分归还特征的关系.结果表明:不同树种的凋落物量、现存量与养分归还量差异显著,其中米老排的年凋落物量(689.2 g·m-2·a-1)和现存量(605.1 g·m-2)最高,柳杉的年凋落物量(36.0 g·m-2·a-1)和现存量(10.0 g.m-2)最低.21个树种的氮归还量为3.0～48.3 kg·hm-2,其中最高为闽粤栲;21个树种的磷归还量为0.1～2.0 kg·hm-2,最高为枫香.氮、磷归还量最低的树种均为柳杉.逐步回归分析显示,叶片氮含量和叶片干物质含量对凋落物量有显著的负影响,细根组织密度对凋落物量有显著的正影响;叶片氮含量、叶片干物质含量和比根长对现存量有显著的负影响.结构方程模型显示,具有较高叶片干物质含量的树种直接或间接地通过降低凋落物产量来减少氮归还量,而具有较高细根组织密度的树种通过显著增加凋落叶氮含量从而增加氮归还量;具有较高叶片氮含量和叶片干物质含量的树种直接或间接地通过降低凋落物产量从而减少磷归还量.在亚热带营造人工林时,要考虑叶干物质含量低、细根组织密度大的树种,以提高林地凋落物产量和氮、磷养分归还量,进而提高土壤肥力和林地生产力.

植物功能性状能表征其对资源的利用能力和对外界环境的响应,而水淹强度的不同使得三峡库区消落带不同高程的生境存在较大差异,因此开展不同水淹梯度下消落带植物群落生态策略及功能性状差异的研究,对全面理解植物对消落带不同生境的适应机理具有重要意义.研究选取受三峡水库水位变化影响的澎溪河流域,沿高程梯度对不同水淹强度下的植物群落及其功能性状指标进行分析.结果表明:(1)消落带植物群落处于演替的初级阶段,不同水淹梯度下的植物群落存在显著分化;(2)环境胁迫是决定消落带植物生态策略的主要因素,总体呈现较为集中的耐压策略,随着高程升高有逐渐向杂草策略转移的趋势;(3)随着高程升高,植物的高度、主茎干物质量、比根长及叶组织密度都有增大的趋势,比叶面积则相反.(4)各功能性状之间存在显著相关性,并通过形成不同的性状组合以适应不同强度水淹干扰的生境.消落带下部更倾向于投资于叶片使植物在出露期能快速获取资源和完成生活史,而消落带上部则更倾向于投资防御组织及根系以抵御干旱,研究结果可为消落带生物多样性保护及其生态系统修复提供理论依据.

为了探究木本植物根际效应的季节动态及其驱动因素,以北京市东灵山地区两种主要植被类型——白桦(Betula platyphylla)林和蒙古栎(Quercus mongolica)林中的优势树种为研究对象,于2017年的春(5月)、夏(7月)、秋(9月)、冬(12月)4个季节分别测定根际土壤与非根际土壤的理化性质、微生物生物量、碳矿化速率及净氮矿化速率、胞外酶活性和矢量特征以及植物的根系、叶片功能性状,分析根际效应的季节变化动态.结果发现:(1)土壤pH及铵态氮含量、微生物生物量、碳氮矿化速率、胞外酶活性和矢量特征指标在根际土壤与非根际土壤之间存在显著差异,根际效应主要呈现为正效应,即根际土壤高于非根际土壤.(2)根际效应存在显著的季节动态,表现为秋季的根际效应最强.(3)根际效应与植物根系和叶片功能性状之间存在显著相关关系.细根生物量与可提取有机碳、土壤总碳、总氮含量的根际效应显著正相关;叶干物质含量、叶碳氮比与微生物生物量碳含量、微生物生物量氮含量、碳矿化速率、酸性磷酸酶活性的根际效应显著正相关.研究结果表明,植物功能性状对于植物的根际效应具有重要作用;在东灵山的温带落叶阔叶林,可能由于秋季植物地下碳输入量最高,导致根际微生物数量和活性增加,从而出现秋季微生物生物量及活性的根际效应高于其他季节的现象.

本研究将球孢白僵菌Beauveria bassiana和摩西球囊霉菌Glomus mosseae作为混合菌剂接种于烟草.设置了未施菌(CK)、单施球孢白僵菌(BB)、单施摩西球囊霉菌(GM)和混合施菌(MIX)4 个不同处理,并对田间烟草整个生长周期的农艺性状、叶绿素 SPAD 值、干物质积累和石油醚提取物(PEE)含量进行了测定.结果表明:混合施菌处理能显著提高苗期根系的农艺性状,表现出对根系的促生作用;幼苗的干物质积累也得到显著提升.移栽后,混合施菌处理的植株的最大叶面积、叶片数、茎围和株高相较于未施菌组均得到显著提升,植株叶绿素含量得到显著增加,干物质积累量提高了 1.24-1.32倍.在移栽 60 d后,MIX植株叶绿素含量显著降低,降幅达 20.1%.混合施菌处理显著提高了上部成熟烟叶的PEE含量,其中在B2F和B3F等级烟叶中分别提高了 5.70%和 6.68%.球孢白僵菌和摩西球囊霉的混合应用在烟草不同生长阶段均具有协同增效作用,显著改善了烟草的根系发育,提高了植株的生长势和上部叶PEE的含量.

淮北平原典型中低产土壤砂姜黑土质地黏重、易旱易涝,严重限制了冬小麦的生产.因此如何改善砂姜黑土不良水分性状,是促进冬小麦生长的关键.通过盆栽试验,研究干旱胁迫下施加生物炭对砂姜黑土冬小麦叶片生理特性、根系形态以及土壤化学性质的影响.共设 4 种施肥处理:T0(常规施肥)、T1(常规施肥+1%生物炭)、T2(常规施肥+3%生物炭)和T3(常规施肥+6%生物炭),播种后第 30 天进行干旱胁迫处理.结果表明:(1)干旱胁迫处理显著促进冬小麦叶片H2O2 含量以及CAT、SOD和POD活性,施加生物炭处理则显著降低了干旱胁迫下冬小麦叶片H2O2 含量和CAT活性,对SOD和POD活性无显著影响.(2)干旱胁迫抑制了冬小麦根系生长,施加 3%生物炭处理冬小麦根系总表面积和平均根系直径与不施加生物炭相比,分别增加了 48.0%和 34.7%;6%生物炭处理显则著促进干旱胁迫下冬小麦总根长、总表面积、平均根系直径和总根体积增加.(3)施加不同生物炭处理均显著提高土壤pH值和有机质含量,且土壤有机质含量随着生物炭施加量的增加呈上升趋势;施加 6%生物炭土壤速效磷和速效钾含量与对照比,分别上升了 70.3%和 110.5%,土壤碱解氮含量无显著变化.研究结果表明,施加适量生物炭能够降低干旱胁迫下冬小麦体内活性氧积累,促进冬小麦根系发育,提高砂姜黑土养分含量,促进冬小麦在干旱胁迫下生长.

土壤呼吸是森林生物地球化学循环的关键过程,探究植物功能性状与土壤呼吸的关系有助于了解森林树种转换对土壤碳循环的影响.本文选取在二代杉木林采伐迹地营造的亚热带15个常见树种,测定土壤CO2排放通量、土壤理化性质,以及各树种的叶片和根系功能性状,探讨植物功能性状对土壤呼吸的影响.结果表明:各树种土壤CO2排放年通量在7.93～22.52 Mg CO2·hm-2,其中米槠的土壤CO2排放年通量最高(22.52 MgCO2·hm-2),南方红豆杉最低(7.93 Mg CO2·hm-2).逐步回归分析显示,土壤CO2排放年通量随着叶氮含量和细根直径的增加而降低,随叶片非结构性碳水化合物增大而提高.结构方程模型中,植物叶片非结构性碳水化合物对土壤CO2排放通量具有直接的、显著的正效应,而植物叶片氮含量和细根直径则通过显著降低土壤pH值和可溶性有机氮含量等对土壤CO2排放通量产生负效应.不同树种人工林利用与水分、养分获取相关的功能性状直接或间接通过土壤特性影响土壤碳排放.在营造人工林时,可以参考植物功能性状-生态系统功能的关系来选择树种,以期提高林地生产力和土壤固碳潜力.

为探讨盾叶薯蓣在低磷胁迫下的生理变化、甾体皂苷类成分代谢及基因表达的响应特征,本研究选取河南南阳产盾叶薯蓣进行模拟低磷胁迫实验,在不同时期对根际基质中的磷含量(全磷、速效磷、磷酸铝盐、磷酸铁盐、磷酸钙盐)和土壤酸性磷酸酶(soil acid phosphatase,S-ACP)活性、植株根系发育特征(总根长、总投影面积、总表面积),各部位过氧化物酶(peroxidase,POD)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性及甾体皂苷类成分含量等指标进行分析,确定盾叶薯蓣响应低磷胁迫的关键时期,并利用RNA-Seq测序对关键时期盾叶薯蓣根茎、叶片、地上茎3个部位中的基因表达特征进行分析.研究发现低磷胁迫处理后盾叶薯蓣根际基质中易吸收态磷含量显著降低,其抗氧化酶(POD、SOD)与酸性磷酸酶活性均显著升高,根系发育受阻;低磷胁迫可明显影响盾叶薯蓣中甾体皂苷的合成与积累,且不同部位响应特征不同;胁迫初期为盾叶薯蓣响应低磷胁迫的关键时期;响应低磷胁迫关键时期的盾叶薯蓣基因表达存在明显的组织特异性,对三个处理组不同部位基因表达量与代谢通路进行分析,分别从盾叶薯蓣根茎、叶片、地上茎3个部位中挖掘到239、211、237个差异基因,涉及萜类骨架、有机酸、肌醇的生物合成等多个代谢通路.上述研究结果说明盾叶薯蓣通过改变基因表达水平对表型性状和生理代谢过程进行调节来响应低磷胁迫,本研究为研究盾叶薯蓣响应低磷胁迫的分子机制提供理论依据.

明确间作和接种丛枝菌根真菌(AMF)对刺槐(Robinia pseudoacacia)与魔芋(Amorphophallus konjac)碳转运和磷吸收的影响,可为揭示间作刺槐对魔芋的防病促生机制和推广刺槐林下魔芋绿色高产栽培技术提供科学依据.该研究使用孔径25μm尼龙网设置两室根箱隔网系统,分为A室(刺槐不接种/接种AMF)和B室(单作刺槐/刺槐间作魔芋);采用13C稳定性同位素技术对A室刺槐叶片进行标记,研究其同化的碳与B室魔芋之间的传递,以及AMF定植对两种作物的农艺性状、13C丰度和磷含量的影响.结果表明:(1)在接种条件下,菌丝桥对B室刺槐和魔芋的侵染率分别达到47.1％和60.4％;其中,刺槐侵染率与单作直接接种处理相比降低14.1％.在间作体系中,接种AMF提高了魔芋的生物量,其地上干质量和地下根系干质量分别较未接种处理显著增加9.7％和36.2％.(2)与单作未接种处理相比,间作未接种、单作接种和间作接种的刺槐同化的碳被更多地分配到根系和根际土壤(A室),并以根系分泌物的形式穿越尼龙网到达邻近作物根际(B室).(3)与各自未接种处理相比,单作或间作接种显著提高B室刺槐和魔芋叶片、茎/叶柄、根系和全株磷含量.综上,AMF定植促进了刺槐向魔芋根际土和植株体内的碳转运,且间作栽培可促进AMF的定植和宿主作物对磷的吸收.

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.