四種不同生活型植物幼苗對(duì)喀斯特生境干旱的生理生態(tài)適應(yīng)性

劉長(zhǎng)成，劉玉國(guó)，郭柯

摘要：目的：石漠化是我國(guó)西南喀斯特地區(qū)最嚴(yán)重的生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題，生境干旱是限制該地區(qū)植物生長(zhǎng)的主要因素，闡明不同植被恢復(fù)階段優(yōu)勢(shì)植物對(duì)干旱脅迫的適應(yīng)策略和耐旱性強(qiáng)弱，不僅能夠?yàn)槲锓N優(yōu)化配置提供基礎(chǔ)資料，從而提高植被恢復(fù)的成功率，而且有利于提高對(duì)喀斯特植被物種組成、種間競(jìng)爭(zhēng)、演替機(jī)制的認(rèn)識(shí)。該文選擇4種喀斯特不同生活型植物幼苗（包括2個(gè)先鋒種和2個(gè)頂級(jí)種）為研究對(duì)象，人工模擬不同的干旱強(qiáng)度，對(duì)比研究了它們對(duì)干旱脅迫的形態(tài)與生理適應(yīng)性反應(yīng)，以期為植被恢復(fù)提供依據(jù)。方法：研究物種包括，火棘（Pyracantha fortuneana）、小果薔薇（Rosa cymosa）、猴樟（Cinnamomum bodinieri）和圓果化香（Platycarya longipes），其生活型分別為常綠灌木、落葉灌木、常綠喬木和落葉喬木?；鸺托」N薇為喀斯特植物群落演替過(guò)程中的先鋒種，也是喀斯特藤刺灌叢的優(yōu)勢(shì)植物；圓果化香和猴樟為頂級(jí)種，也是石灰?guī)r喀斯特山地常綠落葉闊葉混交林的優(yōu)勢(shì)種和常見(jiàn)種。人工模擬4種干旱強(qiáng)度：正常澆水、輕度干旱、中度干旱和嚴(yán)重干旱，其土壤水勢(shì)分別為-0.1 MPa、-0.5 MPa、-1.0 MPa和-1.5 MPa。測(cè)定了不同干旱強(qiáng)度下植物的葉片水勢(shì)、氣體交換和葉綠素?zé)晒鈪?shù)、光合色素含量、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)濃度、抗氧化酶活性和生物量及其分配。結(jié)果：隨著干旱程度的加深，4種植物幼苗的葉片水勢(shì)、光合能力、葉綠素含量、生物量增長(zhǎng)、葉重比（LMR）、葉面積比（LAR）和比葉面積（SLA）逐漸下降，而熱耗散（NPQ）、類(lèi)胡蘿卜素與葉綠素含量比值、丙二醛含量和根重比（RMR）逐漸上升；圓果化香和猴樟的水分利用效率（An/gs）、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)濃度和抗氧化酶活性呈先升高后降低的趨勢(shì)，而火棘和小果薔薇的An/gs、脯氨酸含量和超氧化物歧化酶活性呈上升趨勢(shì)。嚴(yán)重干旱下，火棘和小果薔薇幼苗的葉片水勢(shì)和葉綠素含量下降較少，具有較高的光合能力和生物量增長(zhǎng)，這主要是由于它們具有較低的SLA和LAR、較高的NPQ和An/gs以及較高的滲透調(diào)節(jié)能力和抗氧化保護(hù)能力。中度干旱下，猴樟幼苗葉片水勢(shì)下降很少，LMR和LAR也較高，脯氨酸含量和抗氧化酶活性非常高。但在嚴(yán)重干旱下，其葉片水勢(shì)、LMR、LAR和生物量增長(zhǎng)大幅度下降，最大光化學(xué)效率和光合速率也非常低，滲透調(diào)節(jié)能力與抗氧化酶活性大幅度下降至正常水平以下。水分好的條件下，圓果化香幼苗具有較高的RMR以吸收充足的水分，具有較高的LAR和葉綠素含量，保證了生物量的大量積累。然而，干旱脅迫致使其生物量大幅度下降，主要是由于LMR、LAR、氣體交換和葉綠素含量的大量下降以減少蒸騰面積、水分散失和對(duì)光能的吸收。結(jié)論：適應(yīng)策略上，火棘、小果薔薇和猴樟主要采用耐旱策略，而圓果化香主要采用避旱策略；在抗旱性上，先鋒種火棘和小果薔薇的抗旱性明顯強(qiáng)于頂級(jí)種圓果化香和猴樟。

來(lái)源出版物：植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 35(10): 1070-1082

入選年份：2016

半干旱區(qū)旱地不同覆蓋種植方式玉米田的土壤水分和產(chǎn)量效應(yīng)

王紅麗，張緒成，宋尚有

摘要：目的：土壤水分是植物賴(lài)以生存的基礎(chǔ)，地面水與地下水相互轉(zhuǎn)化以及降水補(bǔ)給地下水的過(guò)程受到耕作方式、農(nóng)田形式、降雨分布等因素的影響。全膜雙壟溝播農(nóng)田形式和土壤環(huán)境均發(fā)生改變，土壤水分循環(huán)隨之變化。目前對(duì)草地林地土壤水分動(dòng)態(tài)及玉米田模擬降水條件和不同肥力條件下的水分動(dòng)態(tài)有較多報(bào)道，但對(duì)旱地全膜雙壟溝播玉米田的土壤水分動(dòng)態(tài)，尤其在年降水量400 mm左右的半干旱區(qū)未見(jiàn)系統(tǒng)研究。該研究旨在探討旱地全膜雙壟溝播土壤水分動(dòng)態(tài)及其對(duì)玉米產(chǎn)量的影響，進(jìn)而明確該模式的土壤水分生態(tài)效應(yīng)和可持續(xù)生產(chǎn)性。方法：采用大田試驗(yàn)結(jié)合室內(nèi)測(cè)定方法，研究全膜雙壟溝播玉米田土壤水分和產(chǎn)量效應(yīng)。于2009年和2010年進(jìn)行試驗(yàn)，設(shè)置全膜雙壟溝播（PMF）、全沙覆蓋平作（SM）、裸地平作（CK）3個(gè)處理，完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，每處理3次重復(fù)，小區(qū)面積6 m×5 m，全部采用寬窄行種植（寬70 cm，窄40 cm），密度60000株·hm-2。測(cè)定指標(biāo)為土壤含水量、土壤貯水量、水分利用效率和玉米產(chǎn)量。結(jié)果：PMF明顯改善玉米拔節(jié)前0～200 cm土壤水分條件，利于玉米前期生長(zhǎng)。隨玉米生育進(jìn)程的推進(jìn)，3種處理的耗水量依次為：PMF＞SM＞CK，而土壤貯水量表現(xiàn)為CK＞SM＞PMF；在相同降雨條件下，PMF處理0～200 cm土壤水分降雨入滲補(bǔ)給深度最大，SM次之，CK最小。隨種植年限增加，PMF的耗水量和耗水深度增加，2年種植期間耗水深度從20～120 cm向120～200 cm推移；連續(xù)種植兩年后，3種處理40～120 cm土壤含水量下降至9%以下，其中PMF下降最快（7.89%），土壤含水量接近萎蔫系數(shù)7.2%，玉米只能靠當(dāng)年降水生長(zhǎng)，如種植年限繼續(xù)增加，土壤極有可能形成干層。3種處理之間耗水量、產(chǎn)量、水分利用效率都存在顯著差異，PMF最高，SM次之，CK最低。結(jié)論：PMF能明顯改善玉米拔節(jié)前0～200 cm土壤水分條件，并促進(jìn)玉米對(duì)土壤深層水分的利用，顯著提高產(chǎn)量、水分利用效率和耗水量。但連續(xù)種植兩年后，其消耗土壤水分的深度和強(qiáng)度加大，80～120 cm土層土壤含水量降至7.89%，接近萎蔫系數(shù)7.2%，即將形成干層。因此，PMF玉米雖能增產(chǎn)，但增加了深層土壤干燥化的風(fēng)險(xiǎn)。

來(lái)源出版物：植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 35(8): 825-833

入選年份：2016

干旱區(qū)葉片形態(tài)特征與植物響應(yīng)和適應(yīng)的關(guān)系

李永華，盧琦，吳波，等

摘要：葉片形態(tài)可塑性能夠調(diào)節(jié)植物環(huán)境適應(yīng)性，增強(qiáng)自身生存能力。針對(duì)葉片形態(tài)指標(biāo)體系缺失，總結(jié)建立了葉片形態(tài)指標(biāo)分類(lèi)體系：第一類(lèi)為葉片解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)；第二類(lèi)為葉片表觀形態(tài)指標(biāo)，該類(lèi)指標(biāo)被進(jìn)一步細(xì)化為3組，包括非量化形態(tài)指標(biāo)、可量化形態(tài)指標(biāo)、平面幾何形態(tài)及對(duì)應(yīng)衍生指標(biāo)；第三類(lèi)為與葉片形態(tài)密切相關(guān)的葉性狀指標(biāo)。以平面幾何形態(tài)及對(duì)應(yīng)衍生指標(biāo)為基礎(chǔ)，回顧了葉片形態(tài)對(duì)水分、CO2交換，葉片表面能量交換影響的物理學(xué)原理。依據(jù)葉片表面物質(zhì)能量交換的物理學(xué)原理，分析了干旱區(qū)植物葉片形態(tài)在干旱、高溫環(huán)境下的變化特征，以及葉片形態(tài)變化在提高植物適應(yīng)高溫、干旱能力上的優(yōu)勢(shì)。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了干旱區(qū)植物葉片形態(tài)變化，不僅可以通過(guò)減少輻射吸收率增加光反射能力，降低葉溫，同時(shí)可以在低蒸騰耗水前提下，通過(guò)縮減葉片邊界層阻力增加葉片表面熱交換速率，緩解高溫脅迫。葉片形態(tài)對(duì)水分波動(dòng)響應(yīng)敏感，在干旱年份或季節(jié)，葉片寬度優(yōu)先減小，這一變化特征有利于植物在干旱、高溫威脅的情況下快速降低葉面積及葉片邊界層阻力，從而降低蒸騰耗水，提高葉表降溫能力；而在濕潤(rùn)年份或季節(jié)，葉片長(zhǎng)度優(yōu)先增加，這一變化特征一方面有利于植物在干旱威脅緩解的情況下阻止由于葉面積快速增加帶來(lái)的植物體水分大量損失，另一方面能夠在適當(dāng)增加葉片光合面積的同時(shí)使葉片邊界層阻力維持在較低的水平，抵御潛在的高溫傷害。另外，針對(duì)葉片形態(tài)研究中存在的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了分析：（1）依據(jù)葉片邊界層平均厚度的定義，提出了以面積/周長(zhǎng)比作為葉片的特征維度估算葉片邊界層平均厚度的設(shè)想；（2）從理論上提出了葉片邊界層阻力與氣孔阻力存在負(fù)相關(guān)關(guān)系；（3）強(qiáng)調(diào)將葉片形態(tài)參數(shù)引入植物生理生態(tài)學(xué)模型，建立“環(huán)境—葉片形態(tài)—葉片生理生態(tài)學(xué)過(guò)程”機(jī)理模型，以便更好地理解植物未來(lái)生存能力與演化趨勢(shì)。

來(lái)源出版物：植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 36(1): 88-98

入選年份：2016

光對(duì)種子萌發(fā)的影響機(jī)理研究進(jìn)展

張敏，朱教君，閆巧玲

摘要：種子萌發(fā)是植物成功實(shí)現(xiàn)天然更新的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要適宜的溫度、水分或光照條件。與溫度和水分相比，光照對(duì)種子萌發(fā)的影響研究較少，這主要是由光照屬性及其作用于種子萌發(fā)過(guò)程的不可控和復(fù)雜性所決定的。首先，光可表達(dá)為光流量、光譜成分、光周期和光照時(shí)間等多個(gè)屬性；其次，光不僅直接作用于種子萌發(fā)過(guò)程，也可以通過(guò)影響溫度、水分等因子間接影響種子萌發(fā)過(guò)程；再次，種子萌發(fā)的需光性還受到溫度以及水分條件等影響。因此，雖然前期研究初步形成了光影響種子萌發(fā)的理論框架，但由于光因子和種子萌發(fā)過(guò)程的復(fù)雜性，光調(diào)節(jié)種子萌發(fā)的機(jī)理研究仍不充分，亟待深入研究。根據(jù)種子萌發(fā)過(guò)程對(duì)光的不同響應(yīng)，可將種子分為需光性、忌光性和光中性3類(lèi)。種子感光性主要受光敏色素的調(diào)控；光敏色素是一組分子量為120～130 kD的水溶性色素蛋白同型二聚體，存在遠(yuǎn)紅光吸收態(tài)（Pfr）和紅光吸收態(tài)（Pr），二者可相互轉(zhuǎn)換。依據(jù)光敏色素編碼基因的穩(wěn)定程度，光敏色素可劃分為兩大類(lèi)型，第一類(lèi)型（type I）不穩(wěn)定，僅包括PhyA一個(gè)亞型，而第二類(lèi)型較穩(wěn)定（type II），包括PhyB、PhyC、PhyD和PhyE等4個(gè)亞型。光敏色素調(diào)控種子萌發(fā)的反應(yīng)可歸納為3種：極低光流量反應(yīng)（very low fluence response，VLFR）、低光流量反應(yīng)（1ow fluence response，LFR）和高光流量反應(yīng)（high fluence response，HIR）。其中，VLFR和LFR可促進(jìn)種子萌發(fā)；光敏色素抑制種子萌發(fā)有3種反應(yīng)模式：第1種模式是發(fā)生低光流量反應(yīng)（LFR）的暗逆轉(zhuǎn)；第2種模式是受遠(yuǎn)紅光長(zhǎng)時(shí)間照射后發(fā)生高光流量反應(yīng)（HIR）；第3種模式認(rèn)為L(zhǎng)FR的產(chǎn)物Pfr也可能抑制某些植物種子的萌發(fā)。種子萌發(fā)過(guò)程還受到激素的調(diào)節(jié)，光敏色素和激素對(duì)光形態(tài)建成的影響有兩大觀點(diǎn)：其一，光敏色素的合成誘導(dǎo)激素對(duì)種子萌發(fā)的調(diào)控作用；其二，光敏色素合成與激素水平變化過(guò)程相互獨(dú)立，在不同的形態(tài)建成過(guò)程中，二者表現(xiàn)出不同的交互效應(yīng)。同時(shí)，光對(duì)植物種子萌發(fā)的影響也是受到調(diào)控的信號(hào)傳遞和基因表達(dá)過(guò)程。光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)大體上有兩條途徑，分別是細(xì)胞質(zhì)途徑和細(xì)胞核途徑。光敏種子（需光性/忌光性種子）的生態(tài)學(xué)意義在于其能夠利用感光性識(shí)別早期生境條件的適宜性，從而誘導(dǎo)休眠或萌發(fā)。由于PhyB能夠感知R/FR的變化，一些植物能夠鑒別真正的林窗和光斑。對(duì)于一次性閃光萌發(fā)的植物，光斑或者耕作以及動(dòng)物活動(dòng)帶來(lái)的土壤干擾就能誘導(dǎo)種子的成功萌發(fā)。而對(duì)于光通量依賴(lài)型的需光樹(shù)種，需要進(jìn)行一定的撫育間伐，增加小林窗的數(shù)量，來(lái)促進(jìn)其順利更新。一些光中性種子在其形成過(guò)程中就已具備了Pfr（Pfr可促進(jìn)萌發(fā)），因此無(wú)論光照與否它們都能順利萌發(fā)。該文系統(tǒng)總結(jié)了影響種子萌發(fā)的光照屬性、光與水/熱耦合作用和種子的光屬性（光敏色素）與種子萌發(fā)的關(guān)系，重點(diǎn)綜述了種子內(nèi)光敏色素調(diào)控種子萌發(fā)的生理反應(yīng)模式和光敏色素的光信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，明確了光調(diào)控種子萌發(fā)的生態(tài)意義。試圖為全面評(píng)估光對(duì)種子萌發(fā)的影響和將來(lái)開(kāi)展更深入的研究提供參考。

來(lái)源出版物：植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 36(8): 899-908

入選年份：2016

陸地生態(tài)系統(tǒng)植被氮磷化學(xué)計(jì)量研究進(jìn)展

劉超，王洋，王楠，等

摘要：因化學(xué)功能的耦合和元素的不可替代性，植物對(duì)氮（N）和磷（P）的需求和利用存在嚴(yán)格的比例。N和P作為陸地植物體的基本組成元素，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能有著重要作用。該文首先通過(guò)內(nèi)穩(wěn)態(tài)假說(shuō)和相對(duì)生長(zhǎng)率假說(shuō)詳細(xì)闡述了植物體內(nèi)N、P的關(guān)系：內(nèi)穩(wěn)態(tài)假說(shuō)認(rèn)為植物可能通過(guò)內(nèi)穩(wěn)態(tài)機(jī)制維持自身的相對(duì)穩(wěn)定，進(jìn)而維持N、P的動(dòng)態(tài)平衡；相對(duì)生長(zhǎng)率假說(shuō)則認(rèn)為N、P比例的變化與植物生長(zhǎng)率緊密相關(guān)。生態(tài)化學(xué)計(jì)量把生態(tài)學(xué)中不同層次的研究理論有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)，為研究生態(tài)系統(tǒng)能量和化學(xué)元素（主要是 N、P）平衡提供了一種新的手段。該文接下來(lái)綜述了影響植物N、P化學(xué)計(jì)量的生物因素：（1）不同生長(zhǎng)季及處于不同生長(zhǎng)階段植物的 N、P濃度存在明顯區(qū)別。（2）不同植物的同一器官N、P濃度變化明顯，同一植物的不同器官由于養(yǎng)分儲(chǔ)存及其功能上的差異性導(dǎo)致N、P化學(xué)計(jì)量也存在明顯差異。（3）植物不同物種間N、P含量和N、P化學(xué)計(jì)量特征明顯不同，植物功能群親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，其N(xiāo)、P含量差異越大，親緣關(guān)系越近則N、P含量差異越小。作為限制陸地生態(tài)系統(tǒng)植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要因素，N、P化學(xué)計(jì)量也受多種非生物因素的影響：（1）溫度，隨著溫度升高，植物葉片N濃度基本不變，而P濃度逐漸減少；溫度降低則促進(jìn)N、P濃度增加。（2）水分，在水分可利用量較少時(shí)，植物葉片N、P含量與降水量相關(guān)。（3）光，當(dāng)養(yǎng)分充足時(shí)，減弱光照會(huì)導(dǎo)致植物地上部分N∶P減少；增強(qiáng)光照則會(huì)導(dǎo)致植物N∶P增加。（4）土壤養(yǎng)分，不同陸地生態(tài)系統(tǒng)土壤N∶P存在明顯差異進(jìn)而改變植物的N、P化學(xué)計(jì)量。（5）CO2濃度，CO2濃度變化通過(guò)改變光合作用產(chǎn)物分配進(jìn)而影響植物的 N、P化學(xué)計(jì)量。（6）綜合因素，植物的 N、P化學(xué)計(jì)量受多種因素的協(xié)同影響。除了上述生物因素和非生物因素對(duì)N、P化學(xué)計(jì)量具有顯著作用外，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響逐漸增強(qiáng)。人為控制施肥、刈割和輪牧、間伐和火燒等行為可迅速改變生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能、養(yǎng)分限制力和種群優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而影響陸地植物的N、P化學(xué)計(jì)量。植物的N、P化學(xué)計(jì)量對(duì)研究陸地生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)全球變化具有重要意義。最后從4個(gè)方面對(duì)未來(lái) N、P化學(xué)計(jì)量的研究進(jìn)行了展望，以期探明生態(tài)系統(tǒng)尺度上化學(xué)計(jì)量特征及其他元素間的相互聯(lián)系，進(jìn)一步豐富對(duì)N、P化學(xué)計(jì)量的認(rèn)識(shí)。

來(lái)源出版物：植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 36(11): 1205-1216

入選年份：2016