草原學(xué)

草原學(xué)

氣候變暖對草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的影響

范月君，侯向陽，石紅霄，等

目的：人類活動導(dǎo)致的溫室效應(yīng)以及由此造成的氣候變暖對草地生態(tài)系統(tǒng)的影響已引起人們普遍關(guān)注。

氣候變化將對陸地植物和動物的生長和分布以及生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并通過生態(tài)系統(tǒng)和全球碳循環(huán)反饋于全球氣候變化。陸地碳循環(huán)作為全球碳循環(huán)中最重要的環(huán)節(jié)之一，涉及問題最多，也最復(fù)雜，陸地生態(tài)系統(tǒng)作為最可能的未知碳匯所在地已成為目前研究的熱點(diǎn)區(qū)域。草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要組成，是未來陸地生物圈碳源/碳匯的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，揭示這一作用對精確理解碳循環(huán)的過程和相關(guān)政策的制定具有重要的指導(dǎo)意義。草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的研究有助于增進(jìn)對全球碳循環(huán)的理解，且對準(zhǔn)確評估碳循環(huán)及其由此引起的氣候變化具有十分重要的作用。方法：利用文獻(xiàn)檢索對近 10 年相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行整理、歸納、總結(jié)，圍繞氣候變暖對草地生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力、土壤呼吸、凋落物輸入與分解、土壤碳庫的影響，探討了草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)對氣候變暖響應(yīng)的機(jī)制及其過程，簡述了相關(guān)研究進(jìn)展，提出了草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究存在的問題和未來重點(diǎn)發(fā)展的方向，并對草地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的研究工作進(jìn)行展望。結(jié)果：1）草地生態(tài)系統(tǒng)的 NPP對氣候變化的響應(yīng)不同，是受氣候變暖條件下水分、CO2濃度、溫度等關(guān)鍵因子及各關(guān)鍵因子交互作用的影響，同時不同草地類型的 NPP 的響應(yīng)也是不同的。但總體來看，低緯度地區(qū)生態(tài)系統(tǒng) NPP一般表現(xiàn)為降低，而中高緯度地區(qū)通常表現(xiàn)為升高或不變。2）土壤呼吸所釋放的 CO2是溫室氣體之一，大氣中 CO2的不斷升高加劇了溫室效應(yīng)，可能導(dǎo)致全球變暖。全球變暖會大大刺激呼吸作用，導(dǎo)致更多的 CO2釋放到大氣捕捉熱量。3）氣候變化對根呼吸的影響主要是溫度高低決定的，根系自養(yǎng)呼吸和微生物異氧呼吸是草地土壤釋放 CO2的主體。4）氣候變暖對凋落物分解的影響影響凋落物的生產(chǎn)量和質(zhì)量及分解速率。5）氣候變暖影響草地植被的凈第一性生產(chǎn)力、固碳能力和土壤礦化速率。結(jié)論：全球變暖對草地生態(tài)系統(tǒng)的影響是一個復(fù)雜和長期的生態(tài)過程。氣溫變暖不僅僅是溫度的升高，伴隨著例如大氣 CO2濃度的上升、土地利用和覆蓋物的變化以及土壤水分和養(yǎng)分供應(yīng)變化等其他環(huán)境因子的變化對草地生態(tài)系統(tǒng)碳輸出和輸入的影響。且草地生態(tài)系統(tǒng)分布地域比較廣，草地類型種類多，該領(lǐng)域仍然還有一些問題和不足，在未來尚需加強(qiáng) 1）全球背景下草地生態(tài)系統(tǒng)土壤冬季呼吸研究。2）氣候變暖與其他氣候因子協(xié)同作用的研究。3）氣候變暖對草地根際微生態(tài)系統(tǒng)的研究。

來源出版物：草業(yè)學(xué)報, 2012, 21(3): 294-302

入選年份：2014

草地生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)關(guān)鍵過程對全球變化及人類活動的響應(yīng)與機(jī)制

閆鐘清，齊玉春，董云社，等

摘要：目的：氮（N）是蛋白質(zhì)、核酸、酶、激素、葉綠素等物質(zhì)的主要組成部分，對生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成和功能的發(fā)揮具有十分重要的影響。國際地圈與生物圈計劃（IGBP）以及政府間氣候變化委員會（IPCC）的許多大型研究計劃均把氮素循環(huán)過程作為其核心研究內(nèi)容。全球變化以及人類活動是氮循環(huán)變化的兩大主要驅(qū)動因子，以往對于其驅(qū)動影響機(jī)制的探討多集中在氮肥施用較多的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，對草地以及森林等自然生態(tài)系統(tǒng)研究較少。草原生態(tài)系統(tǒng)作為地球上寶貴的自然資源，其功能的發(fā)揮對于維持全球及區(qū)域性生態(tài)平衡有極其重要的作用。因此，本文對目前國內(nèi)外全球變化和人類活動因子對草地氮循環(huán)過程影響的相關(guān)研究成果及主要存在問題進(jìn)行了綜述，以期為今后采取合理的草地管理措施，有效防止草原退化、保證草地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)的指導(dǎo)，并對未來的相關(guān)研究提供一定的參考。方法：在草地生態(tài)系統(tǒng)中，氮的生物地球化學(xué)途徑主要是在大氣、土壤、植物、動物、微生物等之間進(jìn)行，可分為外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)。外循環(huán)過程是指氮素向生態(tài)系統(tǒng)中輸入和從生態(tài)系統(tǒng)中輸出的過程，內(nèi)循環(huán)過程是指氮素化學(xué)形態(tài)的轉(zhuǎn)變和在系統(tǒng)中不同庫間的轉(zhuǎn)移過程，其過程主要包括植物對氮素的吸收利用、土壤氮素礦化、硝化和反硝化、銨離子的吸附和釋放以及凋落物的分解等。本文在全球變化（CO2濃度升高、溫度與降水變化、氮沉降）以及人類活動（放牧、開墾、火燒等）影響的大背景下，基于上述草地氮素外循環(huán)與內(nèi)循環(huán)的不同過程，分別分析和探討了這些主要人類活動以及全球環(huán)境變化對草地土壤中氮素遷移轉(zhuǎn)化動態(tài)的影響，比較了不同研究結(jié)果的差異，剖析了其驅(qū)動機(jī)制的異同，在此基礎(chǔ)上對未來亟待開展的研究工作進(jìn)行了展望。結(jié)果：由于氮循環(huán)過程及其影響因素的復(fù)雜性，對草地生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)中全球變化和人類活動等影響因子的研究主要有以下結(jié)果：1）碳和氮之間的相互作用會調(diào)節(jié)氮的循環(huán)過程對不斷升高的 CO2濃度的響應(yīng)。2）降水量變化帶來的土壤水分含量的變化主要通過對土壤的通氣狀況和氧分壓的改變而對土壤 N2O 的產(chǎn)生和排放過程產(chǎn)生重要影響。3）長期的氮沉降能促進(jìn)土壤有機(jī)氮的礦化速率。4）放牧存在一個合理的強(qiáng)度范圍，在該范圍內(nèi)可以使草地在提供最大生產(chǎn)力的情況下達(dá)到土壤氮養(yǎng)分的保持與可持續(xù)利用。5）草地開墾為農(nóng)田通常會加速土壤中氮的礦化分解速率，導(dǎo)致草地土壤的氮損失和土壤肥力的減弱。6）火燒可以通過改變土壤養(yǎng)分狀況和土壤溫度來直接或間接地影響氮素循環(huán)。結(jié)論：對草地生態(tài)系統(tǒng)而言，由于氮循環(huán)過程及其影響因素的復(fù)雜性，目前的研究一般通常只局限于氮循環(huán)的某一個環(huán)節(jié)，基于整個循環(huán)過程以及探討多個全球變化因子耦合對氮循環(huán)過程影響的定量研究則很少涉及，且目前我國仍缺少長期、系統(tǒng)、大規(guī)模的相關(guān)科學(xué)研究計劃，對驅(qū)動機(jī)制的分析也多局限于環(huán)境因子與氮循環(huán)過程變化的數(shù)理統(tǒng)計分析，缺乏對其微生物學(xué)驅(qū)動機(jī)制的深入探討。

來源出版物：草業(yè)學(xué)報, 2014, 23(6): 279-292

入選年份：2014

鎘脅迫下多年生黑麥草的光合生理響應(yīng)

劉俊祥，孫振元，勾萍，等

摘要：目的：植物修復(fù)是治理土壤重金屬鎘污染的重要措施，多年生黑麥草（Loliumperenne）生物量大、富集能力強(qiáng)、可多次收獲，具備修復(fù)植物的潛在特點(diǎn)。本文研究了多年生黑麥草對重金屬 Cd2+的積累特性，闡明了Cd2+對多年生黑麥草生長的劑量效應(yīng)及對葉片光合色素組成、氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，探索了多年生黑麥草對 Cd2+抗性的光合生理基礎(chǔ)。方法：將多年生黑麥草種子播于草炭土基質(zhì)中，當(dāng)實生苗長出三片展開葉時，將其轉(zhuǎn)至 1/2Hoagland 營養(yǎng)液中，培養(yǎng) 14 天后分別進(jìn)行 0，5，10，20 mg/L 的重金屬 Cd2+處理，每處理安排多年生黑麥草 60 株，重復(fù) 3 次。Cd2+處理 6 d后，從每處理隨機(jī)取 10 株多年生黑麥草，測定地上部和地下部的生物量、Cd 含量。對 5 mg/L Cd2+處理的植株，分別在處理后 0，0.25，1，3，6 d 測定多年生黑麥草葉片的光合色素含量、氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)。結(jié)果：對多年生黑麥草進(jìn)行 0，5，10，20 mg/L 的Cd2+處理，6d 后測定地上部、地下部的生物量和 Cd 含量，結(jié)果表明 Cd2+處理顯著降低了地上部、地下部的生物量；隨處理濃度的升高，Cd在地上部、地下部的含量顯著升高，地上部鎘的分布比例顯著升高，地下部鎘的分布比例顯著降低。在處理后 0，0.25，1，3，6 d，測定 5 mg/L Cd2+處理多年生黑麥草葉片的氣體交換參數(shù)、光合色素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)，結(jié)果表明 Cd2+脅迫下，葉片光合色素含量無顯著變化，氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)均受到顯著影響。處理 1 d 內(nèi)，Pn、Gs和Ci具有相同的變化趨勢；Pn在處理后 3 d 和 6 d 分別較0 d 顯著下降了 24.4%和 23.4%；Tr在處理后 1 d 較 0 d顯著上升了 74.1%，隨時間的延長與處理 0 d 的差異不顯著。Fv/Fo和 Fv/Fm在處理后 0.25 d、1 d、3 d 均較 0 d顯著升高，處理 6 d 后二者降至 0d 水平。φPSⅡ、rETR和 qP 在處理 6 d 較 0 d 顯著下降了 25.3%，25.3%和21.1%；qN 在處理 0.25 d、1 d 分別較 0 d 顯著下降了15.6%，41.5%，隨著處理時間的延長 qN 值顯著升高。Y（NO）在處理 0.25 d、1 d 分別較 0d 顯著上升了 30.8%，37.8%，處理 3 d、6 d 下降至與 0 d 無顯著差異；Y（NPQ）在處理 1 d 較 0 d 顯著下降了 36.9%，在處理 6 d 較 0 d顯著上升了 17.0%。結(jié)論：Cd 在地上部的富集濃度和分配比例隨處理濃度的增加顯著升高，多年生黑麥草對重金屬 Cd2+具有超量積累和持續(xù)轉(zhuǎn)運(yùn)的能力。Cd2+處理后 1 d 內(nèi)，氣孔限制因素導(dǎo)致了葉片光合速率的下降，隨著處理時間的延長，葉肉細(xì)胞光合活性的降低是葉片光合受阻的主要原因。光合色素對重金屬 Cd2+不敏感，Cd2+脅迫下 PSⅡ潛在光化學(xué)效率表現(xiàn)出短期內(nèi)升高的應(yīng)激響應(yīng)，而 PSⅡ的實際光化學(xué)反應(yīng)能力受 Cd2+的顯著抑制。隨著處理時間的延長，多年生黑麥草葉片光合機(jī)構(gòu)通過增加調(diào)節(jié)性能量耗散、降低電子傳遞鏈的還原程度提高了自身的光保護(hù)能力。

來源出版物：草業(yè)學(xué)報, 2012, 21(3): 191-197

入選年份：2015

不同土地利用方式對典型溫性草原群落物種組成和多樣性以及生產(chǎn)力的影響

李愈哲，樊江文，張良俠，等

摘要：目的：人類活動改變著原有草地生態(tài)系統(tǒng)的分布、結(jié)構(gòu)和功能，草地利用和管理方式的轉(zhuǎn)變常直接影響地表的植被覆蓋狀況和群落的組成。草地利用管理方式變化造成的地表植被的改變往往具體表現(xiàn)為群落物種結(jié)構(gòu)組成、生物多樣性水平和生產(chǎn)力水平變化等群落改變。為更為系統(tǒng)和深入的了解和比較不同土地利用、管理方式下，人類活動對典型溫性草地群落物種組成、多樣性和生產(chǎn)力水平及其構(gòu)成比例的改變和影響，本研究選取錫林郭勒盟白音錫勒牧場為研究區(qū)，采用野外調(diào)查、取樣測定等群落學(xué)調(diào)查方法，對6種不同利用、管理方式草地群落類型進(jìn)行觀測描述和比較分析，以期為人類活動對草原自然群落的影響和改變有更深入的理解，為了解草地利用管理方式差異造成的覆被變化所產(chǎn)生的生態(tài)意義提供參考。方法：以錫林郭勒典型溫性草原區(qū)域不同利用、管理方式植物群落作為研究對象，選取當(dāng)?shù)剌^為常見的6種不同利用管理方式圍封禁牧大針茅，圍封禁牧羊草，公共放牧大針茅、私人放牧大針茅、大針茅火燒圍封恢復(fù)和開墾人工飼草的典型草地設(shè)置實驗樣地，采用群落調(diào)查、收割稱重和根鉆取樣等方法測定、比較上述群落的物種組成和生產(chǎn)力構(gòu)成。進(jìn)而利用調(diào)查數(shù)據(jù)計算比較了不同利用、管理方式下植物群落的物種豐富度、Gleason 指數(shù)、Shannon-Wiener 指數(shù)和Pielou 指數(shù)，以評估草地利用管理差異對植物群落物種多樣性的影響。結(jié)果：結(jié)果表明放牧降低大針茅群落的地上、地下生物量，而長時間的圍封顯著增加群落的地上地下生產(chǎn)力（P＜0.05），但對群落物種組成和物種多樣性影響不大（P＞0.05）。隨著利用程度的減弱，群落C3生產(chǎn)力和所占比重逐漸上升（P＜0.05），C4植物生物量保持穩(wěn)定（P＞0.05）但比例下降（P＜0.05）?；馃@著增加群落物種多樣性（P＜0.05），同時顯著降低地下生物量（P＜0.05），但地上生物量變化不大，同時 C4植物生物量顯著上升。人工開墾極大改變了群落的物種組成，同時顯著增加群落地上生物量，降低群落地下生物量，使群落獲得了相對天然群落更高的地上/地下比。結(jié)論：圍封會增加大針茅群落的地上、地下生物量，但對物種組成和多樣性的影響不大，而放牧造成的退化主要減少了群落的地上地下生物量，以地下生物量的損失更為嚴(yán)重，同時 C3植物的生物量損失相對 C4更為嚴(yán)重，C3植物在群落地上生物量的構(gòu)成比例逐漸下降。長期圍封的大針茅群落物種多樣性水平較長期圍封的羊草群落低?；馃@著豐富了群落的物種組成，增加了群落物種多樣性，但對群落的蓋度高度和生產(chǎn)力水平的損失作用明顯。人工飼草地的開墾徹底改變了天然群落的物種組成，物種多樣性水平近于天然羊草群落而高于大針茅群落，同時地上生物量顯著增加，但由于地下生物量損失嚴(yán)重，群落總生產(chǎn)力相對圍封自然群落顯著降低，近于公牧的天然大針茅群落。

來源出版物：草業(yè)學(xué)報, 2013, 22(1): 42744

入選年份：2015

半干旱沙地生境變化對植物地上生物量及其碳、氮儲量的影響

周欣，左小安，趙學(xué)勇，等

摘要：目的：沙漠化逆轉(zhuǎn)過程和沙地退化植被恢復(fù)過程中，植被生物量、碳氮儲量及植被碳氮固存潛力發(fā)生了顯著的變化，影響了區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和碳氮平衡。通過研究科爾沁沙地沙丘固定過程中的不同生境對植物群落物種組成，植被生物量變化以及植物群落組成的生活型、C3和 C4植物功能型等方面的影響，分析半干旱沙地生境變化對植物地上部分生物量及碳、氮儲量的影響。方法：選擇沙丘長期封育固定過程中的流動沙丘、半固定沙丘和固定沙丘以及封育的草地4種生境類型作為研究對象，在每個生境類型上建立 3 個 20 m×20 m 的典型樣地，在每個樣地隨機(jī)設(shè)置 5 個 1 m×1 m 的樣方，用于調(diào)查記錄植物的種類、高度、蓋度等。在各樣方中用收割法分物種獲取各個物種，并按照葉和枝（包括極少量的莖）分類，分別測得葉干重與枝干重，二者之和即為該物種生物量。采用元素分析儀測定樣方中每種植物葉和枝樣品的碳氮含量。將4種生境的植物種按照植物種生活型劃分為一年生草本（包含一年生或二年生草本）、多年生草本和灌木 3 個類型；根據(jù)不同光合作用途徑分為 C3植物和 C4植物。計算過程中，植物碳氮含量及儲量均須乘以相應(yīng)的權(quán)重。結(jié)果：1）在固定沙丘和草地上，黃蒿均為優(yōu)勢種，分別占其相應(yīng)群落總優(yōu)勢度的 39.59%和 47.20%；半固定沙丘的優(yōu)勢種為差巴嘎蒿，占群落總優(yōu)勢度的 44.07%；在流動沙丘上，一年生草本植物沙米為優(yōu)勢種，重要值為 61.86%。2）固定沙丘的葉干重、枝干重、總生物量及其碳氮儲量均顯著大于（P＜0.05）流動沙丘與半固定沙丘；固定沙丘的總生物量、總碳氮儲量分別是流動沙丘的 23.94 倍、24.41倍、22.17 倍，是半固定沙丘的 3.84 倍、3.54 倍、5.15倍。草地的葉干重、枝干重、總生物量、枝碳儲量、總碳儲量、枝氮儲量均顯著小于（P＜0.05）固定沙丘，而大于流動沙丘；草地的總生物量是固定沙丘的 53.09%，是流動沙丘的 12.71 倍。半固定沙丘葉碳含量、枝碳含量、總碳含量、枝碳儲量均顯著大于流動沙丘（P＜0.05）；而葉氮含量、枝氮含量、總氮含量均小于流動沙丘（P＜0.05）。3）從生物量的生活型組成來看，在流動沙丘、固定沙丘和草地3種生境上，一年生植物是主要組成部分；半固定沙丘上的主要為灌木。隨著沙丘的固定，一年生植物生物量及一年生和多年生草本的碳含量依次增加。半固定沙丘的灌木碳含量（45.68%）顯著高于流動沙丘和固定沙丘，灌木氮含量在草地最大（2.19%）（P＜0.05）。一年生、多年生草本碳儲量分別在固定沙丘（108.25 g/m2）、草地（12.73 g/m2）最高；固定沙丘一年生植物、灌木的碳儲量分別是流動沙丘的 31.76 倍、16.45 倍。固定沙丘一年生植物和灌木的氮儲量（分別為 4.04 g/m2和 0.85 g/m2）顯著大于流動沙丘；草地上多年生草本氮儲量（0.47 g/m2）是半固定沙丘的 16.79 倍。半固定沙丘灌木氮儲量是多年生草本的 24.75 倍，固定沙丘的一年生植物是多年生草本的 16.31 倍。4）流動沙丘、半固定沙丘、固定沙丘和草地 C4植物功能群占其群落的比重，依次分別是 60.01%，9.13%，4.00%和 17.35%。除草地外，其他 3 個生境 C3植物氮含量均小于 C4，而C3植物碳氮比大于 C4。隨著沙丘的固定，C4植物的碳含量逐漸增大。草地 C3植物氮含量最大（1.85%），半固定沙丘 C3植物氮含量（1.14%）最小。半固定沙丘 C3及 C4植物碳氮比顯著高于其他各生境。除流動沙丘外，其他 3 種生境上 C3、C4植物碳、氮儲量差異極顯著。C3植物在固定沙丘的碳、氮儲量分別是流動沙丘的 57.06倍、54.18 倍，C4植物在草地上的碳、氮儲量分別是半固定沙丘的 3.98 倍、4.91 倍。結(jié)論：植物的地上生物量（包括葉干重、枝干重、總生物量）及其碳氮含量與儲量對不同的沙地生境的響應(yīng)具有顯著差異。沙丘固定過程中生物量及其碳氮儲量逐漸增加，固定沙丘植被具有較大的碳氮固存潛力，一年生植物、C3植物對其碳氮的固存具有重要的貢獻(xiàn)作用；沙丘固定過程中 C3植物對C4植物生物量的下降具補(bǔ)償作用。

來源出版物：草業(yè)學(xué)報, 2014, 23(6): 36-44

入選年份：2014

不同葉型白三葉抗氧化保護(hù)及滲透調(diào)節(jié)生理對干旱脅迫的響應(yīng)

李州，彭燕，蘇星源

摘要：目的：白三葉（Trifolium repens）是我國廣泛栽培應(yīng)用的優(yōu)良豆科牧草之一，具有產(chǎn)量高，牧草品質(zhì)優(yōu)良，生物固氮作用，為各種畜禽所喜食等特點(diǎn)。但由于白三葉屬淺根系植物，喜冷涼濕潤氣候，耐熱、耐旱性較差，在我國溫帶、亞熱帶等廣闊區(qū)域，干旱是限制其利用潛力發(fā)揮的重要逆境因子。大葉型白三葉產(chǎn)量高、抗逆性較差，一般用作飼草栽培；而小葉型白三葉產(chǎn)量低，但抗逆性較強(qiáng)，一般用作草坪綠化。本試驗通過研究兩種葉型白三葉在干旱脅迫及復(fù)水條件下葉片水分狀況、細(xì)胞膜穩(wěn)定性、膜質(zhì)過氧化水平、抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等不同的生理響應(yīng)，來探討白三葉耐旱性之間的差異，有助于更好的理解白三葉的抗旱機(jī)制，同時為選擇優(yōu)良耐旱性白三葉品種提供理論依據(jù)。方法：以大葉型白三葉川引拉丁諾（CV. chuanyin Ladino）和產(chǎn)自愛爾蘭的小葉型白三葉（PI288084）為供試材料。川引拉丁諾采自四川農(nóng)業(yè)大學(xué)科園區(qū)，小葉型白三葉由美國種質(zhì)資源庫（NPGS）提供。將兩種材料的匍匐莖移栽至直徑 24 cm 和深 30 cm 的盆缽中。莖段移栽成活后，每周向每盆白三葉中均勻施入等量的 Hoagland’s 全營養(yǎng)液，在溫室中培養(yǎng)6個月后，用于試驗處理。共設(shè)2個處理，每個處理設(shè)4個重復(fù)。分別為大葉型白三葉干旱及復(fù)水處理組和小葉型白三葉干旱及復(fù)水處理組，兩組處理土壤飽和水分后讓其自然干旱 12 d，然后復(fù)水 6 d。分別于干旱處理的第 0，5，9 和 12 天及復(fù)水后的第 3和 6天采取植株葉片測定各個指標(biāo)。葉片相對含水量（RWC）采用烘干法測定；電導(dǎo)率（EL）采用電導(dǎo)儀測定；丙二醛（MDA）采用硫代巴比妥酸法測定；超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法測定；可溶性糖含量采用蒽酮乙酸乙酯比色法測定；甜菜堿含量采用飽和雷氏鹽比色法測定；游離脯氨酸和鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶（OAT）活性采用茚三酮比色法測定。結(jié)果：1）相較于大葉型白三葉，小葉型白三葉在干旱第 9 和 12 天維持了顯著較高的葉片 RWC，復(fù)水之后兩種葉型白三葉 RWC 均顯著升高，且兩者之間沒有顯著差異。2）大葉型和小葉型白三葉葉片 EL 隨著干旱脅迫時間的增加而增大，復(fù)水之后都呈下降趨勢。干旱 9 d和 12 d 及復(fù)水 6 d 后，小葉型白三葉維持了顯著較低的EL。從干旱第9天起直到復(fù)水后的第6天這整個過程中，小葉型白三葉相較于大葉型白三葉具有顯著較低的MDA 含量。3）兩種葉型白三葉葉片 SOD 和 CAT 活性隨著干旱時間的延長逐漸升高，在干旱第9天達(dá)到最大值。相較于大葉型白三葉，在整個干旱和復(fù)水的過程中小葉型白三葉 SOD 和 CAT 活性始終維持在較高水平。干旱 12d 后，兩種葉型白三葉葉片 SOD 和 CAT 活性都呈下降趨勢，但小葉型白三葉這兩種抗氧化酶活性顯著高于大葉型白三葉。復(fù)水 3 d 后，小葉型白三葉也具有顯著高的 SOD 和 CAT 活性。4）在干旱 12 d 時，兩種葉型白三葉游離脯氨酸含量達(dá)到峰值，小葉型白三葉上升了 99.52%，大葉型白三葉上升了 43.45%，且二者之間差異顯著。干旱脅迫和復(fù)水條件下，小葉型白三葉具有比大葉型白三葉顯著較高的 OAT活性。同時，小葉型白三葉在干旱和復(fù)水過程中也具有顯著較高的可溶性糖和甜菜堿含量。結(jié)論：白三葉對干旱脅迫的響應(yīng)是由多種內(nèi)部生理生化反應(yīng)共同完成的，不同葉型白三葉之間的抗旱性存在差異。小葉型白三葉之所以具有較好的抗旱性，一方面由于它在干旱脅迫過程中能夠維持顯著較高的 SOD 和 CAT 等抗氧化酶活性，具有良好的清除活性氧的能力，降低了干旱脅迫對植物造成的膜質(zhì)過氧化傷害，維持細(xì)胞膜穩(wěn)定性；另一方面是它能夠干旱過程中合成更多的諸如游離脯氨酸、可溶性糖和甜菜堿等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，具有相對較高的滲透調(diào)節(jié)能力，以保證水分在干旱脅迫下更合理的利用和散失。

來源出版物：草業(yè)學(xué)報, 2013, 22(2): 257-263

入選年份：2015

輪作對土壤養(yǎng)分、微生物活性及細(xì)菌群落

結(jié)構(gòu)的影響

陳丹梅，陳曉明，梁永江，等

摘要：目的：云南省是我國烤煙主產(chǎn)區(qū)，烤煙輪作比例達(dá) 80%以上。煙地夏季主要輪作玉米和水稻，分別占種植面積的 64.7%和 27.6%，冬季一般種植油菜和綠肥或休閑。在烤煙生產(chǎn)過程中選擇科學(xué)的輪作模式，是減輕連作障礙，保持整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)健康和持續(xù)發(fā)展的重要措施，但相關(guān)研究較少。為了深入了解輪作模式對土壤的影響，本試選擇云南煙區(qū) 4種主要輪作模式，通過對土壤養(yǎng)分、微生物活性及細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的分析對其進(jìn)行綜合評價。方法：本研究利用云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院的長期輪作試驗，選擇烤煙-休閑-玉米（fluecuredtobacco-fallowness-maize，T-F-M）、烤煙-油菜-玉米（fluecuredtobacco-canola-maize，T-C-M）、烤煙-油菜-水稻（fluecuredtobacco-canola-rice，T-C-R）和烤煙-苕子-水稻（fluecuredtobacco-vetch-rice，T-V-R）4 種輪作處理，試驗始于 1998 年，施肥同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)情況，水稻、玉米和油菜秸稈全部切碎還田，綠肥收割多次后未徹底收割的殘樁全部翻壓入土。在 2014 年油菜和苕子旺長期采集 0～20 cm 的耕層土壤，采用常規(guī)分析方法及 454 高通量測序技術(shù)，分別就不同輪作模式對土壤養(yǎng)分、微生物活性及細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行分析。結(jié)果：經(jīng)過 16年的不同輪作種植后，各處理土壤pH 值變化于 6.2～7.1 之間，仍然在糧、油、經(jīng)、蔬等多種作物種植的適合范圍之內(nèi)；有機(jī)質(zhì)和有效氮、磷、鉀含量提高或無顯著變化，說明在高強(qiáng)度輪作種植條件下，輔以秸稈還田或冬季休閑均可保持或提高土壤肥力和土地生產(chǎn)力。土壤微生物碳氮含量，蔗糖酶、脫氫酶、脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶活性均以 T-V-R 處理最高，同時細(xì)菌多樣性指數(shù)最高且優(yōu)勢度指數(shù)最低，說明在此種輪作模式條件下，土壤生態(tài)環(huán)境改善，有益于細(xì)菌生長繁殖，數(shù)量增多，種群增加，密度增大。在不同輪作處理的土壤中，土壤微生物碳氮比高低相差約 2.5 倍，意味著它們的群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化。高通量測序結(jié)果 表 明 ， 土 壤 細(xì) 菌 的 16SrDNA 讀 數(shù) 依 次 為 5395（T-F-M）、5864（ T-C-M）、5528（ T-C-R）和 6614（T-V-R），分別代表 885，973，969 和 987 種（屬）類的細(xì)菌，歸屬于變形菌、綠彎菌、放線菌、酸桿菌和擬桿菌等 31個門類，其中變形菌門的數(shù)量最多，占總量的 24.69%～32.49%。此外，在 4 種輪作處理的土壤中，前 5 種門類的細(xì)菌相同，15種優(yōu)勢菌株有 6種（屬）一樣，均有較高的豐富度，但也因種植模式不同而變化。結(jié)論：土壤是決定細(xì)菌組成的基本要素，種植模式可不同程度地改變它們的種群結(jié)構(gòu)。不同輪作方式均有益于保持或提高土壤肥力和土地生產(chǎn)力，從土壤有機(jī)質(zhì)、有效養(yǎng)分、酶活性、微生物碳氮含量以及細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)和多樣性等方面看，烤煙-苕子-水稻（T-V-R）輪作最佳，該種植模式具有潛在的推廣應(yīng)用價值。

來源出版物：草業(yè)學(xué)報, 2015, 24(12): 56-65

入選年份：2015

高等植物適應(yīng)鹽逆境研究進(jìn)展

張金林，李惠茹，郭姝媛，等

摘要：目的：土壤鹽堿化已經(jīng)成為制約農(nóng)作物生長及產(chǎn)量的重要因子之一，尋求將鹽堿化對植物的危害降低到最小程度的策略勢在必行。關(guān)于植物對鹽逆境適應(yīng)能力的研究已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)，如何提高植物的耐鹽能力也已成為研究的重中之重。深入探究高等植物適應(yīng)鹽逆境的機(jī)制，有助于提高植物耐鹽性，增加作物產(chǎn)量和保護(hù)生態(tài)環(huán)境。本文通過文獻(xiàn)調(diào)研并結(jié)合所在實驗室的近期研究成果，梳理了高等植物適應(yīng)鹽逆境的重點(diǎn)研究進(jìn)展并提出了未來的研究方向。方法：本文就高等植物適應(yīng)鹽逆境的研究進(jìn)展，通過對大量文獻(xiàn)的分析整理并結(jié)合所在實驗室的研究成果，分別從鹽逆境對植物的危害、植物耐鹽的生理機(jī)制、植物耐鹽相關(guān)基因研究進(jìn)展和提高植物耐鹽性的途徑四個方面進(jìn)行了梳理和整合分析。在此基礎(chǔ)上，對高等植物適應(yīng)鹽逆境方面的未來研究方向進(jìn)行了展望。結(jié)果：高等植物適應(yīng)鹽逆境的研究主要從以下方面開展：1）鹽逆境對植物造成的危害首先表現(xiàn)為滲透脅迫，并且持續(xù)存在；緊接著表現(xiàn)為離子失調(diào)引起的毒害和營養(yǎng)元素的虧缺；最后引起的氧化脅迫導(dǎo)致膜透性的改變、生理生化代謝的紊亂和有毒物質(zhì)的積累，進(jìn)而引起植物生長發(fā)育受抑和形態(tài)建成的改變。2）植物受到鹽害脅迫時，會采取兩種方式來減輕鹽脅迫造成的危害：躲避鹽離子的傷害和增強(qiáng)對鹽脅迫的耐受性。植物避鹽的方式主要分為四種：泌鹽、稀鹽、積鹽和拒鹽。除此之外，所有高等植物都可以通過滲透調(diào)節(jié)、營養(yǎng)元素平衡和增強(qiáng)抗氧化脅迫等3個方面的生理調(diào)節(jié)過程來增強(qiáng)對鹽脅迫的耐受性。3）高等植物耐鹽相關(guān)基因的研究主要集中在離子轉(zhuǎn)運(yùn)（質(zhì)膜與液泡膜）蛋白基因、滲透調(diào)節(jié)相關(guān)基因、信號傳導(dǎo)相關(guān)基因、細(xì)胞抗氧化相關(guān)基因等。4）提高植物耐鹽性的途徑包括抗鹽鍛煉，加入生長調(diào)節(jié)劑和培育耐鹽新品種等。結(jié)論：近年來對于作物的耐鹽性研究發(fā)展迅速，但在很大程度上仍然停留在通過鑒定和利用擬南芥中已知的相應(yīng)基因來進(jìn)行耐鹽性調(diào)控的水平。用正向遺傳篩選作物鹽敏感突變體從而確定作物中重要的耐鹽基因仍然沒有廣泛開展，這種方法將有助于找到新基因或特定的作物耐鹽機(jī)制。由 3 種類型的 Na+轉(zhuǎn)運(yùn)體調(diào)控的 3 種細(xì)胞水平耐鹽機(jī)制（控制 Na+吸收，增強(qiáng) Na+外排，提高 Na+區(qū)域化）在整株植物中的協(xié)調(diào)作用仍然沒有完全搞清楚，還需要在生理和分子水平上進(jìn)一步研究。這些轉(zhuǎn)運(yùn)體不僅僅對植物耐鹽性很重要，而且還涉及到其他的細(xì)胞生理學(xué)過程。鹽生植物為闡明高等植物耐鹽機(jī)制的研究提供了天然資源，利用親緣關(guān)系密切的鹽生植物和甜土植物以及比較基因組學(xué)研究方法將有助于闡明鹽生植物耐鹽性的遺傳基礎(chǔ)；此外，轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和表觀遺傳學(xué)等手段將加速鹽生植物耐鹽機(jī)制的研究和耐鹽基因的大量挖掘。

來源出版物：草業(yè)學(xué)報, 2015, 24(12): 220-236

入選年份：2015

草原碳匯管理對策

張英俊，楊高文，劉楠，等

摘要：目的：我國約有4億 hm2草原，草原具有強(qiáng)大碳匯功能，但人們對草原碳匯管理的認(rèn)識和研究還不足。草原碳匯功能不僅受到氣候因素的影響，如 CO2、溫度及降雨等，同時還受到人為因素的影響，如草原開墾、放牧、割草、施肥、人工草地建植等草地管理與利用方式。通過分析這些因素對草原碳匯功能的影響及其作用機(jī)制，以期對我國草原管理實踐提供借鑒。方法：本文通過整理分析近些年國內(nèi)外的主要研究結(jié)果，歸納整理了影響草地碳匯功能的主要因素，包括氣候因素和人類活動，進(jìn)而總結(jié)歸納了各個因素對草地碳匯功能的影響途徑和作用方式。結(jié)果：1）氣候變化對草原碳匯的影響。生產(chǎn)力較高的草地類型是我國草地的碳匯主體，而植被生產(chǎn)力與全球氣候變化密切相關(guān)?？諝庵?CO2濃度增加或降雨量增加，使得草原生產(chǎn)力提高，草原碳固持能力隨之提高。溫度對不同草原類型生產(chǎn)力的影響不同。在溫帶濕潤草原，隨溫度升高草地生產(chǎn)力提高；而干旱和半干旱草原，溫度升高蒸發(fā)加劇，降低草地生產(chǎn)力和碳固持。2）開墾對草原碳匯的影響。草原開墾對草原碳儲存的影響很大，導(dǎo)致土壤中大量有機(jī)碳釋放，使草原成為碳源。原因有五：其一，草地耕翻導(dǎo)致土壤有機(jī)碳發(fā)生“稀釋”作用；其二，土壤水蝕影響；其三，土壤風(fēng)蝕影響；其四，翻耕將土壤有機(jī)質(zhì)暴露在空氣中，促進(jìn)呼吸分解；其五，多年生草本變?yōu)檗r(nóng)作物，收獲地上部分，造成碳損失。輪作體系、保護(hù)性耕作以及免耕技術(shù)能夠降低土壤有機(jī)質(zhì)的損失。3）放牧利用對草原碳匯的影響。合理放牧可以增加草原土壤碳固持，而重度或過度放牧?xí)?dǎo)致土壤有機(jī)碳下降。放牧對土壤有機(jī)碳的作用有三條途徑：群落凈生產(chǎn)力途徑、土壤氮儲存途徑和枯落物的分解途徑。合理放牧可以增加根碳和土壤碳的比例。而過度放牧降低了凋落物的碳輸入，加快其分解釋放。4）割草利用對草原碳匯的影響。刈割對土壤有機(jī)質(zhì)含量影響很大，高強(qiáng)度的刈割利用顯著降低土壤有機(jī)質(zhì)含量。其原因在于：降低光合產(chǎn)物的地下轉(zhuǎn)運(yùn)，地上植被的帶走，減少了凋落物，對割草地的初級生產(chǎn)力產(chǎn)生負(fù)反饋。對于割草地，通過施肥等管理，及時返還草地?fù)p失的營養(yǎng)物質(zhì)，可增加草地凈初級生產(chǎn)力，有效提高其固碳能力。5）草地改良措施對草原碳匯的影響。施肥、補(bǔ)播、耕翻和灌溉等改良措施促進(jìn)草原植被更新，提高草原生產(chǎn)力，增強(qiáng)草原固碳能力。農(nóng)田棄耕和圍封禁牧增強(qiáng)草地碳匯功能，配合施肥補(bǔ)播等其它管理措施，可以促進(jìn)植被恢復(fù)，提高其固碳效率。退耕還草增加草原碳匯。結(jié)論：以草原碳匯為管理目標(biāo)，必須綜合考慮氣候變化和放牧割草利用等因素的影響，采取適應(yīng)性管理措施。首先，合理放牧可以增加土壤碳固持，如家畜糞尿返還草地，合適的放牧率，適量的施肥等。第二，高強(qiáng)度的刈割利用不利于草地碳匯。選擇合適的刈割時間和刈割高度，保證牧草儲存足夠的營養(yǎng)物質(zhì)越冬。也可通過施用糞尿或肥料，返還營養(yǎng)物質(zhì)。第三，放牧或割草利用的草地，采用施肥管理要考慮生態(tài)因素，確定合適的施肥時間和施肥量，提高草地碳固持能力。第四，農(nóng)田棄耕和圍封禁牧提高草地碳匯功能?？赏ㄟ^配合施肥、補(bǔ)播、翻耕、灌溉等方式縮短草地恢復(fù)時間，提高固碳效率。第五，退耕還草促進(jìn)草原碳匯，固碳能力強(qiáng)弱為：豆科禾本科混播＞多年生豆科牧草＞多年生禾草＞一年生禾草。而草原開墾會使草地由碳匯變?yōu)樘荚础?/p>

來源出版物：草業(yè)學(xué)報, 2013, 22(2): 290-299

入選年份：2015