植物功能性状及性状间权衡关系对揭示植物生长策略、资源分配模式以及探讨其生理生态过程的内在机制具有重要意义,但针对雌雄异株植物功能性状对其生境响应的性别差异却鲜有报道.以雌雄异株植物黄柳当年生末端小枝为研究对象,从枝水平、叶水平比较雌雄植株功能性状及性状间权衡关系对风蚀环境响应的性别差异.结果显示:小枝水平上,对照环境下雌雄植株茎干重-总叶干重之间的权衡均倾向于总叶干重,风蚀环境下则倾向于茎干重,且雌株权衡值分别为雄株的4.3倍和3.7倍;雌雄植株茎干重-总叶面积的权衡在各生境下均偏向于茎干重,两性的权衡值差异不大.叶水平上,相同叶片干重下,风蚀对雄株叶片面积生长的抑制作用更显著;雌株叶片干重与叶柄干重呈等速生长关系,而雄株呈小于理论值1的异速生长关系,且在风蚀环境中,相同叶柄干重下,雌株叶片干重的累积速率比雄株快.研究表明,黄柳雌雄植株小枝各功能性状间的关系对风蚀环境具有不同的响应,雌株比雄株更倾向于将资源投资在光合器官生长中,且风蚀对雄株光合器官生长的抑制作用更显著.

采用便携式调制叶绿素荧光仪(Mini-PAM),于2015年生长季节对6种固沙树种:沙柳(Salix psammophila C.Wang et Ch.Y.Yang)、黄柳(Salix gordejevii Y.L.Chang et Sky.)、沙枣(Elaeagnus angustifoliaL.)、掌裂草葡萄(Ampelopsis aconitifolia var.glabra Diels)、紫穗槐(Amorpha fruticosa L.)和沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus(Maxim.ex Kom.) S.H.Cheng)叶片叶绿素荧光动力学参数的日变化进行了测定,探讨其对土壤水分胁迫的响应.结果显示:量子产量(Yield)、相对光合电子传递速率(ETR)、最大量子产量(Fv/Fm)和非光化学淬灭系数(NPQ)的日变化呈单峰型,Yield、ETR和Fv/Fm值随着土壤体积含水量的降低而降低,NPQ随着土壤体积含水量的降低而增加,这意味着叶绿素荧光动力学参数可作为抗逆性评价的指标.Fv/Fm值变化量对土壤水分变化响应最为敏感,6种树种呈现沙冬青＞沙柳＞黄柳＞掌裂草葡萄＞紫穗槐＞沙枣的趋势,即旱生树种对土壤水分变化最为敏感,其次是中生或湿生树种.

气候变化与人为干扰加剧景观破碎化进程,导致产生一系列相互隔绝的“生境岛屿”.本研究以科尔沁沙地流动沙丘18个不同大小丘间低地为研究对象,将丘间低地视为“生境岛屿”,探讨“生境岛屿”面积对植物种分布格局的影响,并基于此提出物种多样性保护方案.结果表明:物种对生境破碎化的敏感性不同,第Ⅰ类物种主要分布在小面积岛屿(如乌丹蒿、芦苇、野豌豆);第Ⅱ类物种主要分布在大面积岛屿(如胡枝子、画眉);第Ⅲ类物种主要分布在中面积岛屿(如刺藜、苦参);第Ⅳ类物种在大岛、中岛、小岛均有分布(如黄柳);在累加岛屿面积相同时,总物种数为中岛组合＞组合岛＞大岛组合＞小岛组合;沙生植物物种数为组合岛＞中岛组合＞大岛组合＞小岛组合;草甸植物物种数为中岛组合＞组合岛＞大岛组合＞小岛组合;草原植物物种数为组合岛＞中岛组合＞大岛组合＞小岛组合.探讨“生境岛屿”面积对植物多样性及其分布格局的影响将为半干旱沙区植物多样性保护提供理论依据.

雌雄异株植物的性比和空间分布格局对其繁殖策略、种群进化及发展起着至关重要的作用.黄柳是浑善达克沙地重要的固沙先锋植物,但针对其种群性比方面的研究却鲜有报道.采用点格局分析的方法,对黄柳4个天然种群的性比、空间分布格局以及空间关系进行了调查分析.结果表明:黄柳雌雄群体间在形态上的差异与种群所处环境条件密切相关;在调查样地内(50 m×50 m)种群性比(雌/雄)均极显著偏雌性(P＜0.01).决定性比的主要组成部分为第1径级和第Ⅱ径级雌雄个体的数量;随着年龄的增长,性比由原本的偏雌性转变为接近于1∶1.4个种群的雌雄群体在全部尺度范围内主要以聚集分布为主,偶尔在小尺度内呈随机分布.扎格斯台、饮马井、巴格来3个种群雌雄群体的空间关系均表现为相互独立,说明性别之间对资源的竞争不激烈;而宝绍岱种群两性的空间关系为相互排斥,即存在性别空间分离现象.研究结果揭示了天然黄柳雌雄群体的组成、结构及分布特征,为提高人工黄柳林群落稳定性奠定了理论基础.

该研究以科尔沁沙地半流动沙地4种典型灌木(小叶锦鸡儿、东北木蓼、黄柳、差巴嘎蒿)灌丛下的土壤为研究对象,分析不同灌木类型各土层碳、氮、磷含量及其生态化学计量比的垂直分布特征以及各指标间的相关关系,以阐明同一环境条件下不同灌木类型组成的植被对土壤营养元素的影响与反馈能力,为沙漠化治理和生态恢复提供指导.结果表明:(1)4种典型植物灌丛下0～80 cm土层SOC、TN、TP平均含量分别在0.90～2.18 g/kg、o.19～0.32g/kg、o.27～0.32 g/kg之间,其中东北木蓼灌丛下0～80 cm土壤SOC、TN、TP平均含量最高,且土壤SOC、TN含量与小叶锦鸡儿的差异不显著,但两者均显著高于其他植物灌丛;土壤TP平均含量在不同灌木类型间均不显著.(2)4种植物灌丛下土壤SOC、TN、TP含量随土壤深度增加而下降,表层(0～10 cm)土层受植被类型影响显著(P＜0.05),同一灌丛0～10 cm土层与其他各土层间差异显著(P＜0.05),且随着土层深度的增加土层间的差异减弱.(3)各灌木类型下的土壤SOC、TN呈“倒金字塔”的分布模式,但TP含量随土壤深度变化相对不明显,呈“圆柱体”的分布模式.(4)小叶锦鸡儿下各土层C∶N、C∶P平均比值最高,其次是东北木蓼、黄柳,差巴嘎蒿最低;C∶N、C∶P、N∶P的比值均随土壤深度增加而下降,不同灌木类型之间的差异也随土壤深度增加而减弱;其中各灌丛下土壤C:P随着土壤深度呈急剧减小趋势,且土壤C∶P、N∶P垂直递减的速率比C∶N快.(5)相关分析表明,土壤SOC、TN、TP相互之间呈显著正相关关系,C∶N、C∶P比值主要受土壤SOC含量的影响,N:P比值主要受到土壤SOC、TN含量的影响,C∶P比值对土壤C∶N、N∶P比值影响显著.研究发现,不同灌木对半流动沙地的土壤质量的改善修复作用差异显著,且东北木蓼和小叶锦鸡儿的适应性强、对土壤养分的积累更加明显.

以黄柳雌雄扦插苗为试验材料,通过称重控水法研究干旱胁迫下其生长和生理特性,以揭示黄柳雌雄植株对干旱胁迫的生理适应性及抗逆能力差异.结果 显示:(1)在对照处理下,黄柳雌雄扦插苗在株高、基径、总叶片数、单叶面积、茎干重、根干重、光合色素含量(除叶绿素a)、气体交换、叶绿素荧光、叶片相对含水量(RWC)、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸含量和可溶性糖含量等方面均没有显著的性别差异.(2)干旱胁迫显著降低了黄柳雌雄扦插苗的生长和光合作用,扰乱了其渗透调节功能和抗氧化酶系统;与雄株相比,雌株具有较高的株高、总叶片数、单叶面积、茎干重、根干重、总叶绿素含量、净光合速率(Pn)、PSⅡ最大化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ有效光量子产量(ΦPsⅡ)和叶片RWC,以及较低的非光化学淬灭系数(qN)、MDA含量、脯氨酸含量和可溶性糖含量;且雌株叶干重、叶绿素a含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和过氧化物酶(POD)活性始终大于雄株.研究表明,干旱胁迫对黄柳雌雄扦插苗的生长和生理特性均具有严重的抑制作用,且雌雄株之间的响应存在显著的性别差异;雌株通过维持较高的光合作用以保证植株的生长,从而表现出比雄株更强的抗旱性,这也是其天然种群性比偏雌的重要原因之一.

蒙古栎(Quercus mongolica Fischer ex Ledebour)林是东北地区常见的典型森林类型之一.以黑龙江中央站黑嘴松鸡国家级自然保护区面积为1 hm2的蒙古栎林固定样地为研究对象,采用固定样圆法确定了竞争范围,并利用Hegyi竞争指数分析了蒙古栎林的种内和种间竞争状态.研究结果表明:蒙古栎的种内和种间竞争强度分别占总竞争强度的28.08％和71.92％,说明了蒙古栎的种内竞争强度小,竞争压力主要来自于种间.白桦(Betula platyphylla Suk.)、黑桦(Betula dahurica Pall.)、兴安落叶松(Larix gmelinii (Ruprecht) Kuzeneva)数量较多,个体高大,对蒙古栎的竞争压力较大.蒙古栎种内和种间竞争强度的顺序为:白桦＞蒙古栎＞黑桦＞兴安落叶松＞山杨(Populus davidiana Dode)＞紫椴(Tilia amurensis Rupr.)＞大黄柳(Salix raddeana Laksch.).蒙古栎的胸径与整个林分、伴生树种以及蒙古栎种内的竞争强度成幂函数关系,随着对象木胸径增大,3种竞争强度均减小.当蒙古栎胸径小于20 cm时,竞争强度较大;当胸径大于20 cm时,蒙古栎所受的竞争压力较小,并趋于稳定,通过所得的模型可以很好地预测出蒙古栎种内和种间的竞争强度.

植物种群年龄结构和动态对于揭示其生活史特征和发展趋势具有重要意义,但针对雌雄异株植物两性群体的研究却鲜有报道.黄柳是浑善达克沙地常见的一种雌雄异株植物,也是该地区最重要的固沙先锋植物,该研究通过对浑善达克沙地黄柳天然种群的实地调查,采用年龄结构图、静态生命表、存活曲线、生存分析以及时间序列分析等方法对黄柳雌雄群体现状和未来变化趋势进行研究.结果 表明:(1)浑善达克沙地黄柳雌雄群体在年龄结构及发展趋势方面均存在差异,雌株群体的年龄结构表现为稳定型,雄株群体的年龄结构表现为衰退型.(2)浑善达克沙地黄柳种群中雌株个体数量约占总数的70％,雄株约占30％,性比偏雌现象明显.(3)动态变化指数表明,研究区黄柳雌株群体呈现“前期缺乏、中后期稳定”的变化特征,雄株群体呈现“前期缺乏、中后期波动”的变化特征.(4)研究区黄柳雌雄群体的存活曲线都趋近Deevey-Ⅱ型,且与生存分析结果共同显示雌株群体比雄株群体进入衰退期的时间早.(5)时间序列分析表明,随着时间的推移研究区黄柳的老龄个体数量逐渐增多,幼龄个体缺乏是导致雌雄群体衰退的重要原因;建议通过人工扦插补充雌雄幼龄个体以及平茬复壮中、老龄个体的方法以保证该地区黄柳天然种群的正常繁衍.

我国抗干旱林木种质资源十分丰富,评价和筛选适合多样化干旱逆境的优良种质,是造林工作者亟待解决的难题.本研究以不同种源的山桃、山杏、黄柳、蒙古莸4个林木树种为试材,选择内蒙古自治区中东部的达拉特旗、四子王旗、库伦旗扣河子镇和库伦旗六家子镇4个不同土壤类型进行区域化多点试验,分析不同物种、不同种源树种的生长生理状况,并采用AMMI模型评价种质的区域适应性和稳定性.结果 表明:山桃、山杏、黄柳、蒙古莸的生长和生理指标在种源间和地点之间表现出一定的差异;不同地点的土壤条件(K、N含量、pH值)和气候条件(年均温、年降水量、潜在蒸散量)均对不同种源树种的生长产生一定的影响.从物种层面来讲,黄柳和蒙古莸更适应达拉特旗和四子王旗的沙壤土和栗钙土环境;山桃和山杏更适应库伦旗扣河子镇和六家子镇的黄土和风沙土环境.从种源层面来讲,土左旗种源的山桃,宁城、原州种源的山杏,蓝旗种源的黄柳和靖边种源的蒙古莸为区域稳定性较高且生长适应性较好的种源树种,适宜在相似区域推广造林.

稳定碳同位素技术能够指示生态系统的物质循环与能量流动,根据生态系统碳转移动态,可以探明生态系统中碳循环过程和固碳能力.以科尔沁沙地半流动沙丘固沙植被差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)、半流动半固定沙丘固沙植被小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和黄柳(Salix gordejevii Chang),以及在草甸地广泛分布的芦苇(Phragmites australis)与玉米(Zea mays Linn)5种典型植被为研究对象,分析了各植被群落冠层处大气、叶片、凋落物、土壤连续体的δ13C值和碳含量的分布特征及各组分间的关系.结果表明:沙丘植被冠层处大气CO2浓度显著低于草甸植被,受控于土壤水分特征和植物生长特性.在逆境胁迫下,小叶锦鸡儿叶片水分利用效率最高,固碳耗水成本最低.叶片碳含量和δ13C值均受叶片生育期的影响,新叶片潜在碳蓄积能力更强,水分利用效率更高.叶片凋落物δ13C值在不同植被间存在显著差异,说明了植物功能性的驱动作用.随着土壤深度的增加,有机质分解彻底,土壤有机碳含量减小,δ13C值呈偏正的趋势.沙丘土壤δ13C值高于草甸,沙丘土壤有机碳周转速率高于草甸,土壤类型对有机碳周转影响较大.有助于深入理解沙地-草甸相间地区碳循环关键过程,为荒漠化治理提供理论依据.