为阐明凋落物添加量对凋落物分解、养分释放及化学计量比的影响,以伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)叶凋落物为对象,采用梅森瓶室外培养法进行了为期500 d的凋落物分解模拟试验,研究了添加量(2.5、5.0、7.5 g)对凋落物质量残留率、有机碳(C)、氮(N)、磷(P)含量及其化学计量比的影响。结果表明:(1)凋落物添加量对凋落物分解前期(0~320 d)没有显著影响,而后期(410~500 d)凋落物添加量越少其分解速率越快,凋落物分解50%和95%所需时间均随添加量增加而延长。(2)凋落物分解过程中C含量均表现为持续释放过程,N含量表现为富集-释放-富集趋势,富集均出现在分解较快阶段,而P含量与N含量变化基本一致,表现为N释放促进P释放,N富集则促进P富集。(3)不同添加量凋落物C含量与C∶N、C∶P、残留率显著正相关(P<0.05),而凋落物N含量与C∶N、C∶P、残留率则均显著负相关(P<0.05)。综上所述,凋落物分解、养分释放和化学计量比均受到添加量的影响,该研究结果有助于深入理解凋落物分解过程中的物质循环和生态学过程。
通过对不同施磷深度和施磷水平条件下紫花苜蓿生物量及各器官碳(C)、氮(N)、磷(P)含量测定,探讨磷添加对科尔沁沙地紫花苜蓿生物量及其各个器官C、N、P化学计量特征的影响规律,为在科尔沁沙地实施高产栽培提供理论支撑。结果表明:紫花苜蓿的地上生物量在S15P320处理下达到最大,为537.00 g/m2;紫花苜蓿茎、叶、根碳含量分别在S5P240、S10P320、S10P160处理下最高,氮含量分别在S5P160、S20P160、S10P320处理下最高,磷含量分别在S5P240、S10P320、S10P320处理下最高;相关性分析表明,茎秆氮含量与碳氮比呈显著负相关,与氮磷比呈显著正相关,茎秆磷含量与碳磷比呈显著负相关,叶片氮含量与氮磷比呈显著正相关,与碳氮比呈显著负相关,叶片磷含量与碳磷比、氮磷比呈显著负相关。隶属函数分析表明,S10P320处理对紫花苜蓿总生物量和元素吸收具有显著的促进效果。
为探讨降水变化对荒漠草原土壤碳(C)氮(N)磷(P)生态化学计量的影响,揭示荒漠草原生态系统C、N、P营养元素及生态化学计量对降水格局的响应规律,本试验以毛乌素沙地南缘宁夏盐池县温性荒漠草原为研究对象,采用遮雨棚技术和人工补水措施,模拟5个水平的降水梯度,分别为自然降水量的33%、66%、100%、133%和166%(记为G1、G2、G3、G4、G5),系统研究了不同降水梯度下0~10 cm、10~20 cm和20~30 cm土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量的变化规律。结果表明:(1)G4增水处理下,10~20 cm和20~30 cm土壤SOC、TN和TP含量及土壤C∶P和N∶P显著低于0~10 cm土壤(P<0.05);土壤TP含量对降水变化的响应不明显;(2)随着土层深度的增加,土壤SOC、TN和TP含量及其比值之间的相关性表现为:20~30 cm>10~20 cm>0~10 cm;(3)各土层土壤SOC、TN和TP含量的变异程度表现为:20~30 cm>10~20 cm>0~10 cm,其中,土壤TP含量的变异程度在3个土层中均最小。综合以上,降水变化对土壤碳氮磷生态化学计量影响显著,且深层土壤碳、氮、磷变异更大,因此,降水变化对于荒漠草原土壤碳氮磷生态化学计量的影响主要集中在深层土壤(20~30 cm)而非表层(0~20 cm)。
草地冠层高度是指示植被生长和草地覆盖利用变化的重要物候动态及地表空间异质性指示因子。研究以内蒙古自治区锡林郭勒盟天然草地为例,使用MODIS遥感光学多角度冠层观测数据,参考RTLSR辐射传输模型完成了草地植被群落BRDF二向反射分布特征的重构,实现了冠层热点和暗点反射率的计算,构建了植被冠层归一化热点和暗点植被指数(NDHD)。研究基于GRNN神经网络模型实现了以NDHD、NDVI及EVI多种植被指数为驱动参数的草地冠层高度参数动态反演模型,结果表明:(1)基于RTLSR模型的fiso 、fvol 和fgeo 散射核系数,可分别完成草地植被冠层热点和暗点的反射率计算,并可将体散射、几何光学散射特性用于定量描述植被结构特征的光谱响应变化。(2)使用冠层BRDF数据构建的红光、近红外NDHD植被指数可以较好地指示草地植被时序生长所表现的结构变化差异及空间覆盖分布异质性特征。(3)研究区草地冠层高度反演结果空间分布呈现西部低、中部过渡、东北部高的格局,时间序列结果表现为随草地植被物候过程而动态变化。(4)经与NDVI、EVI光谱植被指数反演对比可获知,NDHD时间和空间反演结果的R 2分别为0.58和0.89,较NDVI指数(R 2=0.44)和EVI指数(R 2=0.36)明显改进,且红光和近红外NDHD植被指数对冠层高度反演的贡献比例数值为3.32%和3.57%,显示出较好的植被结构特征指示优势和数值反演驱动潜力。综上,基于RTLSR模型及NDHD植被指数构建的草地冠层GRNN高度反演模型在时间序列和空间分布过程均具有较理想的数值反演精度,并可为实际应用提供理论方法参考。
本研究以盐地碱蓬为材料,探讨高盐胁迫(300 mmol/L NaCl)处理下外源添加0、12.5、25、50、100、200 mg/L(记为P0、P1、P2、P3、P4、P5)浓度的黄腐酸钾(PFA)对其种子萌发以及幼苗生长的调控,以期为提高高盐环境中盐地碱蓬的种子萌发和生长提供技术支撑,并为利用盐地碱蓬修复盐碱地提供参考。结果表明,300 mmol/L NaCl显著抑制盐地碱蓬种子萌发和幼苗正常生长,外源添加不同浓度PFA均可促进盐胁迫下盐地碱蓬种子的萌发和幼苗的生长。与P0处理相比,P2和P3处理种子的发芽势、发芽率、发芽指数和种子活力指数显著提高,幼苗的芽长、根长、鲜重显著增加;不同浓度外源PFA均显著提高了盐胁迫下盐地碱蓬的可溶性糖、脯氨酸含量和过氧化氢酶、过氧化物酶活性,显著降低了丙二醛和过氧化氢的含量,且随PFA浓度增加,可溶性糖和脯氨酸含量、过氧化氢酶和过氧化物酶活性均呈先升后降的趋势,丙二醛和过氧化氢含量呈先降后升的趋势。主成分分析表明,各浓度外源PFA综合作用排序为P3>P2>P4>P5>P1>P0,最佳浓度是50 mg/L。灰色关联度分析表明,与外源PFA浓度关联度排名前五的分别是可溶性糖含量、过氧化氢酶活性、根长、芽长和超氧化物歧化酶活性。综上,添加50 mg/L的PFA对盐地碱蓬萌发和幼苗生长的高盐抑制的缓解效果最好,主要原因是植物的抗氧化和渗透调节得以改善。
为了探究湖南地区禾本科植物的营养品质,并筛选优质的禾本科植物,在湖南地区采集了不同禾本科植物种质(营养期17份,开花期25份,成熟期19份),测定了植物干物质、无氮浸出物、粗灰分、粗纤维、粗脂肪、粗蛋白等营养成分含量,并运用灰色关联度法进行了综合评价。结果表明:营养期17份种质的干物质含量为23.02%~83.33%,粗蛋白含量为4.55%~11.37%,粗脂肪含量为1.09%~3.88%,粗纤维含量为28.63%~44.05%,粗灰分含量为5.00%~12.03%,无氮浸出物含量为34.47%~48.70%。开花期25份种质的干物质含量为13.59%~46.58%,粗蛋白含量为3.85%~15.65%,粗脂肪含量为1.01%~3.89%,粗纤维含量为25.69%~49.42%,粗灰分含量为5.59%~45.36%,无氮浸出物含量为12.87%~52.06%。成熟期19份种质的干物质含量为23.97%~84.26%,粗蛋白含量为4.96%~29.14%,粗脂肪含量为1.45%~4.86%,粗纤维含量为22.80%~41.98%,粗灰分含量为7.26%~15.34%,无氮浸出物含量为30.89%~59.26%。综合评价结果显示,在营养期,莠竹、芒、皱叶狗尾草表现较优,营养品质较好;在开花期,鼠尾粟、宽叶雀稗、竹叶茅表现较优,营养品质较好;在成熟期,雀麦、溪边野古草表现较优,营养品质较好。
为探究不同秋播播期和磷酸二铵施量对内蒙古呼和浩特地区紫花苜蓿产量和品质的影响,本研究以中草3号紫花苜蓿为试验材料,在2021年设置3个秋播时期(7月31日、8月8日、8月16日)和5个磷酸二铵施量(0、40、70、100、130 kg/hm2)处理,比较不同播期和施肥量下紫花苜蓿草产量、粗蛋白、粗脂肪、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、粗灰分、相对饲喂价值的变化。结果表明:随着播期的延迟紫花苜蓿草产量逐渐降低,品质逐渐提高,但在延迟秋播播期的同时施加一定量的磷酸二铵可以提高紫花苜蓿草产量,改善紫花苜蓿干草品质。其中,8月8日播种并配施100 kg/hm2磷酸二铵在呼和浩特地区能得到品质较好且产量较高的苜蓿干草。
本研究基于SSR分子标记对67个国内外紫花苜蓿品种进行遗传多样性和群体遗传结构分析,探究苜蓿种质资源的亲缘关系,以期为苜蓿品种鉴定和新品种选育提供理论依据。结果表明,15对引物共扩增出180条多态性条带,多态位点百分率为96.33%,多态性信息含量、Shannon's遗传多样性信息指数和Nei's基因多样性指数平均值为0.73、0.38和0.24,表明所选引物的多态性较高。UPGMA聚类分析将67个品种分为四大类,聚类结果与品种的地理来源无明显相关性。基于Structure软件的群体遗传结构分析将67个品种分为2个亚群和1个混合型群体,与67个苜蓿品种的主坐标分析(PCoA)结果一致,其中大多数品种(85.07%)显示出单一的遗传背景,而混合型群体表现出基因渗透现象,具有较为复杂的遗传背景。
在内蒙古荒漠草原生态系统中,功能微生物具有重要的生长促进作用,但该区域牧草根际、根内功能微生物的种类及其促生机制缺乏系统研究。本研究采用高通量测序技术初步解析荒漠草原12种典型牧草根际细菌群落组成,并基于试验地的土壤养分含量改良专性培养基从根内和根际分离筛选出5株菌株(分别记为A1~A3和B1~B2),其中B1和B2菌株属于芽孢杆菌属(Bacillus sp.),A1菌株属于原小单孢菌属(Promicromonospora sp.),A2和A3菌株属于链霉菌属(Streptomyces sp.)。5个菌株均具有较强的溶解养分能力,其中,在无机磷发酵液中菌株A2的可溶性磷含量达164.51 mg/L,有机磷发酵液中菌株A3的可溶性磷含量达17.43 mg/L;均具有显著的解钾能力(P<0.05);具有产激素能力,菌株B1生长素含量达26.08 μg/L;可提高ACC脱氨酶活性,除B2菌株外,其他菌株的ACC脱氨酶活性在32.20~40.05 U/L。5个菌株均可促进栉叶蒿幼苗的生长,特别是胚根的生长。
为明确青海省西宁市贵德县和甘肃省张掖市山丹县燕麦穗腐病病原菌种类及其生物学特性,本研究采用常规组织分离法分离病原菌,用平板稀释法单孢纯化分离物,根据柯赫氏法则,结合形态学与分子生物学技术将58株分离物鉴定为禾生指葡孢霉(Dactylobotrys graminicola)。生物学特性分析表明,禾生指葡孢霉菌丝生长的温度范围在10~30 ℃,最适生长和产孢的温度为15 ℃,pH值对菌丝生长影响不显著,碱性环境更适合菌株产孢,全黑暗条件对禾生指葡孢霉的生长和产孢有明显的促进作用。禾生指葡孢霉能够利用多种碳源和氮源,最适菌丝生长和产孢的碳源和氮源分别为肌醇和氯化铵。本研究结果可为燕麦穗腐病的诊断及科学防治提供理论基础。
为探明不同改良措施对饲用玉米根际土壤生物学性质的影响,以饲用玉米地不施肥(CK)为对照,研究有机肥(T1)、有机肥+磷酸脲(T2)、有机肥+秸秆(T3)、有机肥+秸秆+磷酸脲(T4)4种改良措施对其根际土壤生物学性质的影响,结果表明:不同改良措施对根际土壤酶活性和微生物生物量均有显著的促进作用,且T4处理效果较佳。相同改良措施不同改良天数,各处理土壤碱性磷酸酶、蔗糖酶活性和微生物生物量碳、氮、磷含量均表现为150 d>50 d>100 d;脲酶活性表现为50 d>150 d>100 d;过氧化氢酶活性表现为150 d>100 d>50 d。各改良措施不同改良天数的碱性磷酸酶、蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶活性及微生物生物量碳、氮、磷含量均值较CK均显著增加。4种改良措施玉米产量与CK相比增幅为35.4%~106.8%。相关性分析表明,微生物生物量碳、氮、磷与4种土壤酶均呈正相关关系。灰色关联度综合评价表明,不同改良措施对饲用玉米根际土壤生物学性质和产量的促进作用表现为T4>T3>T2>T1>CK。
以紫花苜蓿田危害严重的禾本科杂草马唐、阔叶杂草反枝苋为目标杂草,测定了6种酚酸对其种子萌发(发芽率、发芽势、发芽指数)、幼苗生长(株高和鲜重)的化感作用,旨在为开发苜蓿田生物源除草剂提供理论依据。研究结果表明:6种酚酸对马唐和反枝苋的种子萌发和幼苗生长都具有不同程度的化感效应。高浓度酚酸对杂草种子的萌发及幼苗生长均表现为抑制作用,而部分低浓度酚酸对马唐幼苗的生长表现为“低浓度促进,高浓度抑制”。在溶液浓度为500 mg/L时,6种酚酸对马唐的化感作用由强到弱排序为:香豆素=水杨酸>咖啡酸>阿魏酸>对羟基苯甲酸>绿原酸;对反枝苋的化感作用由强到弱依次为:香豆素=水杨酸>阿魏酸>对羟基苯甲酸>绿原酸>咖啡酸。除咖啡酸外,绿原酸、阿魏酸、对羟基苯甲酸、香豆素和水杨酸在相同浓度处理下对反枝苋的抑制作用均强于马唐。同种酚酸对同种杂草不同生长阶段(种子萌发和幼苗生长初期)的影响具有差异,即高浓度酚酸对幼苗抑制作用效果强于种子萌发。
草地生态系统作为全球陆地生态系统的主体类型之一,其固碳潜力较大,在全球碳循环和气候变化方面具有重要的调节作用。本文使用VOSviewer和CiteSpace两种可视化软件对Web of Science(WOS)核心合集和中国知网(CNKI)数据库中1999—2022年发表的4464篇论文进行计量学分析,以期揭示草地生态系统固碳功能领域的研究现状和发展态势。结果表明:草地生态系统固碳功能研究的发文数量总体呈现上升趋势。通过VOSviewer对WOS数据库中发文国家的分析显示,中国和美国是该研究领域的主要力量。利用CiteSpace对WOS和CNKI数据库中发文机构的分析显示,在WOS数据库中发文量位居前三的研究机构分别为中国科学院、美国农业部和中国科学院大学;在CNKI数据库中,西北农林科技大学、中国科学院大学和北京林业大学的研究最为活跃,但各研究团队的交流合作还需进一步加强。目前,该领域在两个数据库中的研究热点主要集中在气候变化、人类活动和土壤微生物群落对草地生态系统固碳功能变化的驱动作用,土壤碳储量的时空分异特征,以及草地生态系统固碳功能价值评估等方面。
土壤动物是陆地生态系统的重要组成部分,在维持草原生态系统功能和稳定性方面具有不可或缺的作用。全球气候变化及不同类型的人为干扰,显著改变了土壤动物的群落结构及多样性,进而对土壤质量与土壤健康产生影响。本文系统梳理了我国草原土壤动物研究的发展历程和研究现状,深入分析了在模拟增温、氮添加、降水变化和人为干扰(放牧、刈割、围封、开垦和采矿)下不同草原类型中土壤动物的变化特征。并在此基础上提出未来需要深入研究的3个方向:加强土壤动物与多学科结合的研究;开展全球气候变化背景下大空间尺度、长期定位观测基础上的土壤动物群落特征变化研究;深化草原生态系统土壤动物群落结构和功能稳定性的研究。
为探究羊草对入侵植物长刺蒺藜草的影响,采用培养皿法和盆栽法研究羊草水浸提液对入侵植物长刺蒺藜草种子萌发、幼苗生长及生理特性的影响。结果表明:羊草茎叶、根水浸提液均抑制了长刺蒺藜草种子的萌发,且随浸提液浓度的升高而增强;仅100 g/L羊草茎叶水浸提液对长刺蒺藜草幼苗的叶面积产生显著影响(P<0.05);长刺蒺藜草幼苗丙二醛、过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶(50 g/L、100 g/L处理除外)、脯氨酸随着羊草茎叶水浸提液浓度增加含量升高,可溶性糖含量降低。随着根水浸提液浓度的增加,长刺蒺藜草幼苗过氧化物酶、过氧化氢酶(50 g/L处理除外)、超氧化物歧化酶(12.5 g/L处理除外)活性显著升高(P<0.05);在根水浸提液处理下长刺蒺藜草幼苗丙二醛、脯氨酸在100 g/L时含量最高,可溶性糖含量最低,与CK相比,分别增加了51.6%、143.1%,降低了27.7%。本研究为羊草替代控制长刺蒺藜草提供一定的理论依据。