土壤镉(Cd)污染不仅危害植物,还会通过植物吸收进入食物链进而影响植食性昆虫及其天敌.本研究使用含不同Cd浓度(0、4.06 mg/kg和40.6 mg/kg)的人工饲料饲喂斜纹夜蛾Spodoptera litura和草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda幼虫,发育至蛹,以蛹饲养其捕食性天敌蠋蝽Arma chinensis,研究了Cd在夜蛾科昆虫—蠋蝽的传递特征及其影响.结果表明:斜纹夜蛾和草地贪夜蛾对Cd的摄取量、排泄量和积累量,蠋蝽对Cd的摄取量和积累量均与人工饲料中Cd浓度呈剂量反应,即随着饲料中Cd浓度增加而增加.饲料—夜蛾科昆虫Cd的生物浓缩系数(BCF)大于1,这表明夜蛾科昆虫会生物放大Cd,而夜蛾科昆虫蛹—蠋蝽Cd的生物放大系数(BMF)小于1,这表示发生了Cd生物稀释作用.4.06 mg/kg Cd胁迫显著降低草地贪夜蛾幼虫相对生长率(RGR),而对斜纹夜蛾RGR没有影响,这与体内Cd积累量和BCF显著相关;40.6 mg/kg Cd胁迫显著改变夜蛾科昆虫的食物利用,抑制幼虫生长发育,降低取食斜纹夜蛾蛹的蠋蝽体重,但Cd胁迫对蠋蝽存活没有影响.因此,尽管Cd在植食性昆虫—捕食者没有生物放大作用,但仍然存在生物毒性效应.

为了查明高寒地区建植一年生禾本科人工草地的土壤节肢动物群落动态,2019年4月在青藏高原东缘红原县境内建植了黑麦草和燕麦两种一年生单播人工草地,并以天然草地为对照.2019-2022年每年9月下旬对土壤节肢动物群落、植物群落和土壤理化性质开展观测.结果表明:1)土壤节肢动物的群落组成结构在3种草地及年际间差异显著;2)土壤节肢动物密度、类群数、Shannon指数和均匀度指数在3种草地间差异不显著;3)随着年限增加,3种草地的土壤节肢动物密度显著波动;黑麦草和燕麦草地土壤节肢动物类群数和Shannon指数显著降低,均匀度指数仅在第4年显著降低;天然草地的Shannon指数呈显著波动,均匀度指数无明显变化;4)草地的地上和地下生物量、土壤全磷、全钾、有效氮含量是影响土壤节肢动物群落的主要因子.研究表明,在高寒地区种植一年生禾本科牧草对土壤节肢动物群落的组成结构有显著影响,对密度及多样性指数影响不显著;种植年限对群落组成结构、密度和多样性指数影响显著.

摘 要[目的]高加索三叶草是优良的蜜源植物,了解其花蜜腺形态特征、组织结构及其发育规律对认识其小花糖分变化规律和合理利用该植物资源具有重要意义.[方法]取5个发育时期的高加索三叶草小花,石蜡切片观察细胞组织结构,毛细管法和生理试剂盒测定花蜜量和糖分含量.[结果](1)单个小花的花蜜量为(0.394±0.095)μL,每1 m2草地花蜜量为(4536.93±1319.34)μL.(2)蜜腺位于9枚合生雄蕊的花丝内侧基部,为雄蕊蜜腺.蜜腺组织在整个泌蜜过程中淀粉粒分布有明显的动态变化,属于淀粉型蜜腺.(3)可溶性糖含量在盛花期最高,为7.978 mg/g;可溶性糖各组分中果糖占比最大,超过50％,在小花的整个发育过程中呈逐渐下降趋势;淀粉占全糖含量的81％～82％,其中盛花期最高,为35.173 mg/g.[结论]高加索三叶草花蜜腺属于雄蕊蜜腺,由分泌表皮和泌蜜组织构成.原蜜由花托维管束提供,经泌蜜组织加工成蜜汁,后由表皮的气孔泌出.小花的可溶性糖含量在盛花期最高,其中果糖占比最大.

沙化问题是影响草原地区生产与牧民生活的重要环境问题.草原作为重要碳库和养分库,沙化过程可能会对其土壤碳、氮库产生重要影响.为探讨沙化过程对高寒草地土壤碳、氮储量的影响,采用空间序列代替时间演替的方法研究了藏北高原高寒草地沙化过程中驱动土壤碳、氮储量变化的因素.研究发现:(1)轻度、中度和重度沙化阶段土壤总碳、全氮储量无变化,而极重度沙化阶段碳氮流失严重(分别下降69％和55％,P＜0.05).(2)群落地上生物量随沙化程度加重逐渐降低,重度和极重度沙化草地根系生物量显著下降(分别下降47％和99％,P＜0.05).土壤容重、砾石含量随沙化程度加重呈逐渐增加趋势,而总碳、全氮含量和含水量逐渐下降,说明沙化过程导致土壤粗粒化和贫瘠化.(3)进一步分析发现,影响土壤总碳储量的因子中排前三位依次是土壤砾石含量、土壤含水量和植物地上生物量,影响土壤氮储量的因子依次是土壤砾石含量、含水量和土壤微生物丰度.综合这些研究结果,沙化过程植物群落生产力的改变对土壤碳、氮影响较小,主要受土壤砾石含量与含水量等因子驱动.沙化过程中土壤碳、氮储量存在转化阈值(重度到极重度沙化阶段),故潜在沙化高寒草地的早期防护有利于土壤碳汇的维持.

关键种在群落结构、功能与稳定性方面具有重要作用,为探明不同放牧方式下高寒草甸植物群落关键种的变化特征及其影响因素,以青藏高原最主要的5种放牧方式(禁牧、非生长季放牧、传统放牧、生长季放牧和全年连续放牧)高寒草甸为对象,对群落特征、土壤理化特征和酶活性进行了系统研究,采用网络分析法和方差分解探究了不同放牧方式草地植物群落关键种变化特征及其影响因子,并利用优劣解距离法(TOPSIS)-多准则决策模型对不同放牧方式进行综合评价,以筛选最佳放牧方式,从而为高寒草甸科学管理及可持续利用供数据支撑.结果表明:(1)相较于全年连续放牧,禁牧、非生长季放牧、传统放牧及生长季放牧对禾本科、豆科、凋落物和杂类草生物量,群落地上和地下生物量,植物高度,禾本科盖度,多样性指数,土壤养分含量和土壤酶活性均有显著正效应.(2)禁牧样地的关键种为垂穗披碱草,非生长季放牧样地的关键种为冷地早熟禾、矮生嵩和赖草,传统放牧样地的关键种为赖草,生长季放牧样地的关键种为矮生嵩草,全年连续放牧样地的关键种为异针茅.其中,非生长季放牧样地植物群落物种间的关联性、互作强度、群落组织水平和稳定性均最高,而禁牧样地最低.(3)方差分解表明,土壤纤维素酶、脲酶和过氧化氢酶是影响高寒草甸植物群落关键种变化的最主要因素.(4)TOPSIS-多准则决策模型结果表明,非生长季放牧既能有效利用草地资源,又能维持较高的植物群落多样性和稳定性,是高寒草甸的理想放牧方式.研究结果对科学放牧管理制度的制定、草地生态系统稳定性与多功能性维持提供了科学数据支撑.

为了探究草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda J.E.Smith在不同寄主上的适应性,本试验采用室内饲养观察法比较其取食玉米Zea mays L.和水稻Oryza sativa L.叶片后的发育、存活和繁殖,同时,对草地贪夜蛾4龄幼虫肠道进行解剖,运用代谢组学分析方法,探究幼虫在分别取食两种寄主植物(玉米/水稻)后肠道代谢谱的差异,筛选与不同寄主取食相关的重要代谢物及代谢通路.结果显示,相较取食玉米叶片(对照组),取食水稻叶片(试验组)的世代周期延长(38.05±0.35 d),成虫前期存活率下降(0.46±0.01),生命表参数中净繁殖力R0(191.68±33.54)、内禀增长率r(0.125±6.77)、周限增长率λ(1.133±7.65)均低于对照组;肠道代谢谱中,共有750个差异代谢物,其中下调587个,上调163个,取食水稻叶片较取食玉米叶片的草地贪夜蛾幼虫肠道中,下调的差异代谢物主要包括组氨酸、α-亚麻酸(ALA)和莽草酸;上调的代谢物有天冬酰胺基半胱氨酸以及N-乙酰氨基甲酸等,这些代谢物涉及氨基酸代谢和脂质代谢等通路.本研究结果可为草地贪夜蛾取食不同寄主的适应机制提供了线索.

放牧是导致草地生态系统发生变化的重要驱动因素,然而在不同放牧强度下草地植物群落与功能群对土壤因子的响应是否一致目前仍不明确.该研究以天山北坡中段草地为研究对象,基于野外植物群落调查和室内土壤分析,分析放牧对植物群落与功能群的影响,以此为基础进一步揭示在放牧干扰下植物群落和功能群对土壤因子响应的差异.结果表明,轻度放牧和未放牧草地的主要优势功能群为多年生禾草和莎草,重度放牧样地中的主要优势功能群为毒害草,优势种为醉马草(Achnatherum inebrians).相较于重度放牧,轻度放牧显著提高多年生禾草、豆科植物、莎草和杂类草功能群的地上生物量,显著降低了毒害草地上生物量.轻度放牧的物种多样性指数显著高于重度放牧;而在功能群多样性中,轻度放牧的Shannon-Wiener指数、Margalef指数和Pielou指数显著高于重度放牧,Simpson指数在不同放牧强度间无显著差异.冗余分析、Mantel检验以及结构方程模型的结果显示,植物群落特征、功能群和群落多样性与土壤有机碳含量、速效氮含量、速效钾含量、全磷含量、全钾含量、土壤密度和土壤含水量均存在显著相关关系;放牧直接对草地植物高度、盖度、密度、地上生物量、植物群落和功能群多样性产生显著的负向影响,也可通过提高土壤密度和降低土壤养分含量从而对群落高度、盖度、密度、地上生物量、植物群落和功能群多样性产生间接的负向影响.综上,在放牧干扰下,土壤因子对维持天山北坡中段草地植物群落的稳定生长起到至关重要的作用,该结果为新疆草地植物资源的合理利用提供科学依据.

目的 摸清依安县野生药用植物的资源现状,分析重点野生药用植物的综合价值,为该地区中药资源的保护及可持续发展提供科学依据.方法 采用抽样方法调查该地区野生药用植物资源的多样性,AHP-TOPSIS法评价野生重点药用植物资源的综合价值,ArcGIS 10.5 软件和InVEST模型计算 1980 年与 2020 年依安县各类土地利用类型的面积和生境质量.结果 依安县野生药用植物共 52 科 154 属 232 种,构成 329 种药材,Ⅰ级种类 4 种,Ⅱ级种类 16 种,Ⅲ级种类 28 种,蕴藏量较第三次全国中药资源普查所记载数据急剧减少.40 年间(1980 年至 2020 年),当地耕地面积增多,沼泽地和草地面积减少,生境质量降低.结论 依安县野生药用植物资源种类丰富,综合价值较高,但人为因素导致药用植物资源锐减,应增强对当地野生药用植物的保护以实现中药资源的可持续发展.

丛枝菌根真菌(AMF)在草地生态系统中广泛分布,对维持草地生态系统生产力和稳定性具有重要意义,而中国天然草地生态系统AMF群落的分布特征及其驱动机制尚不明确.该研究以常见的18种草地类型为研究对象,通过野外调查不同植物群落特征,分析土壤理化性质和AMF群落特征,探究中国草地生态系统不同草地类型土壤AMF群落特征及其驱动因素.结果表明,近明球囊霉属(Claroideoglomus)、隔球囊霉属(Septoglomus)、多孢囊霉属(Diversispora)、根孢囊霉属(Rhizophagus)、无梗囊霉属(Acaulospora)、球囊霉属(Glomus)和双型囊霉属(Ambispora)在不同草地类型AMF群落中占据优势地位(相对多度＞15％).不同草地类型AMF群落在物种组成和多样性上存在差异,且紫花针茅(Stipa purpurea)草地AMF群落多样性和稀有可操作分类单元(OTU)(相对多度＜0.1％的OTU)占比相对较高.结构方程模型表明,AMF群落多样性受植物群落多样性和土壤pH的显著影响,而AMF群落组成受温度、土壤含水率和植物群落组成的显著影响.综上所述,中国天然草地AMF资源丰富,且不同草地类型AMF群落存在较大差异.草地生态系统植物群落特征对AMF群落特征具有强烈的驱动作用,保护植物多样性对于维持土壤微生物群落稳定性具有重要意义.

羊草(Leymuschinensis)草原是中国草地资源中珍贵的自然财富,其生产力受到多种全球变化因素的制约.其中,少花蒺藜草(Cenchrus spinifex)入侵(以下简称为"入侵")与干旱对东北松嫩草原区羊草群落影响尤为显著,但相关机制仍较少被关注.该研究通过微宇宙控制实验,采用两因素完全交互设计,探究入侵与干旱对羊草群落生产力影响的作用机制.因素一是入侵处理(入侵vs对照),因素二为水分处理(干旱vs正常水分),每个处理设置10次重复,实验共计40盆.结果表明:入侵与干旱会显著降低羊草群落与优势物种羊草的地上生物量.干旱处理下土壤有效氮含量与土壤节肢动物的丰富度显著下降,而土壤细菌与球囊霉科(Glomeraceae)丛枝菌根真菌(AMF)丰度显著增加.入侵对土壤真菌有效物种数的影响受到干旱的调节,表现为在正常水分条件下入侵不影响土壤真菌的有效物种数,但在干旱条件下入侵显著增加土壤真菌的有效物种数.结构方程模型结果表明,入侵与干旱均直接抑制羊草群落生产力.干旱通过增加土壤真菌优势菌群的丰度进而间接缓解对本地群落生产力的负面影响.此外,两者协同作用通过增加土壤真菌群落多样性抑制群落生产力.该研究为将来更好地维护草地生产力,保护优质牧草提供理论依据.