采用不同林分类型固定样地的定位研究方法,研究了黔中山地喀斯特森林对降水量的分配和随降水流动的主要离子的影响。结果表明,林内外年降水量的变化趋势为:空旷地>林隙>乔木层>灌草层>地表和壤中流量>树干径流量。年降水在林内不同层次分配量的变化趋势为:林地蒸发等量>灌草层降水截留总量>林冠层降水截留总量。相关水量的月动态趋势以夏季较高,冬季较低。森林最大持水量的变化趋势为土壤层>植被层。植被层最大持水量的变化趋势为乔木层>枯落物层>灌木层>草本层。喀斯特原生林植被层地上部分最大持水量为28.20 mm,是喀斯特次生林的194.48%。喀斯特原生林土壤层最大持水量加权值为19.24 mm,是喀斯特次生林的187.89%。喀斯特原生林冠层降水截留总量、灌草层降水截留总量、地表蒸发等量总值占空旷地降水量的比例为97.93%,喀斯特次生林的相应值为97.89%。喀斯特原生林的调水能力大于喀斯特次生林。土壤层最大持水量占植被-土壤系统的95.88%~96.11%,保土可增加蓄水。合理调整森林植被层结构既可防治土壤侵蚀,又可提高森林的最大持水潜力。随降水流动的 \mathrm{S} {\mathrm{O}}_4^{2-} 、Ca²⁺、Mg²⁺、 \mathrm{N} {\mathrm{H}}_4^{+} 、K⁺、 \mathrm{N} {\mathrm{O}}_3^{-} 、Cl^-、Na⁺ 月均浓度在不同喀斯特森林类型的林隙、林内和树干径流中的年变化规律明显,夏季浓度较低,冬季浓度较高。固定样地集水区溪流中相关离子月均浓度变化趋势与林隙、林内和树干径流中的不同。喀斯特原生林年随降水输入的相关离子量为430.951 kg·hm^-2·a^-1,随地表径流和90 cm壤中流的输出量为49.789 kg·hm^-2·a^-1,年随降水净增的相关离子量为381.162 kg·hm^-2·a^-1;而喀斯特次生林的相应值为304.101、39.216和264.885 kg·hm^-2·a^-1。喀斯特原生林N^3-、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺储量高于喀斯特次生林,土壤层储量>植被层储量,植被层储量中乔木层>枯落物层>灌木层>草本层。年随降水输入喀斯特森林的相关离子量占植被-土壤系统的总量较小、有效性较高,对森林的生长和养分循环有重要的生态学意义。

在塔克拉玛干沙漠腹地,采用分层分段挖掘法对不同灌溉量条件下(每株每次灌水35、24.5和14 kg)梭梭(Haloxylon ammodendron)幼苗根系的分布特征进行了研究。结果表明: 1)随着灌溉量的减少,梭梭幼苗根系生物量的分布格局有向深层发展的趋势,在不同灌溉量条件下地下垂直各层生物量与土壤垂直深度呈显著的负对数关系;2)各灌溉量梭梭幼苗的最大水平根长为垂直根长的2倍,但不同灌溉量根系生物量的水平分布趋势一致;3)吸收根生物量的垂直分布与土壤含水量的垂直变化基本一致,均呈“单峰型”曲线,但灌溉量不同,吸收根生物量峰值在土壤中出现的位置也不同,随着灌溉量的减少,吸收根集中分布区有向深层发展的趋势;4)根长、根表面积和根体积随着土壤深度的增加均呈“单峰型”曲线,灌溉量愈小,根长、根表面积和根体积的峰值愈位于土壤的深层;5)根冠比和垂直根深与株高之比随着灌溉量的减少而呈增加的趋势。

采用Granier热消散探针测定了马占相思(Acacia mangium)的树干液流,结合Li-6400光合测定系统测定的夜间叶片气孔导度和蒸腾,将夜间液流区分为夜间树干水分补充和叶片气孔蒸腾。叶片的蒸腾作用微弱,因此,夜间液流主要用于补充贮水部位的水分亏缺。马占相思夜间水分补充量年内和年际的变化不明显,树形特征的差异是解释夜间水分补充量变化的重要因子,夜间水分补充量对于整树蒸腾量的贡献因季节和树木径级的不同而有明显变化,但对整树总蒸腾量计算造成的误差可以忽略。

该文应用气象数据、土壤物理属性实测数据、土壤水分分布式动态模型和植被表面净辐射模型的模拟结果,利用多元线性回归分析方法,建立了植被净第一性生产力模型,实现了鄂尔多斯高原东部砂质荒漠化地区考考赖沟流域尺度上30 m×30 m空间分辨率的植被生产力精确模拟,并且用植被生产力的野外实测数据对模拟结果进行了验证表明: 实测值与模拟值在固定沙丘、半固定沙丘和样线2上都达到0.05显著性相关水平;不同位置的实测植被生产力数据多分布在1∶1直线附近,模拟值与实测值吻合较好;植被生产力实测值与模拟值的相对误差范围为3.22%~6.27%,偏斜度范围在-12.84%~4.43%。该文的研究方法可以为流域尺度上植被生产力的精确模拟提供借鉴和参考。

吸收和传导水分一直被视为植物根系最主要的功能之一,而人们对根系在某些情况下还可以向土壤释放水分的事实及其对植物生长和生态系统功能的影响了解得还很不充分,尽管这样的证据由来已久。土壤-根系统水分再分配(Hydraulic redistribution, HR)是近20年间被发现和证实的,指水分从土壤中较湿的部分经由植物的根系传导而运动到土壤中较干的部分,通常发生在蒸腾减弱的夜间,可以沿水势梯度下降的方向而在不同土层间向上向下或侧向运动。HR研究揭示了土壤-植物-大气连续体中有时会存在土壤-根-土壤的水流小通路,细化了土壤-根系统中水分储存和运输的时空动态和机制。土壤水分状况的连续监测、根木质部液流测量、稳定性同位素技术的使用构成了HR实验研究的三大手段。当土壤中深层水分充足的时候,HR可以提高根系吸收和传导水分的效率,有利于植物充分利用资源,延长了浅层土壤的水分可利用期,有利于维持植物组织的生理活性和水流传导;旱季后降水来临的时候,HR可以将一部分降水转移到深层土壤,增加了可利用性水分的总量。对于干旱半干旱的沙地和草原、季节性干旱的森林等类型,HR过程可能对生态系统水分循环产生重要影响。有必要在国内针对这些生态系统展开深入的实验研究,同时探索将HR过程适当结合到生态系统模型和水文模型中,从而更准确地研究和预测群落内植物水分关系和生态系统水分动态。此外,结合农林设计、植被恢复、生态需水量估算和农业节水等方面进行的HR研究也值得深入探索。

植物体内长距离水分运输是植物生理生态学研究中的一个重要问题,长期为植物生理学家和生理生态学家所关注。木质部探针技术的问世,掀起了近年来植物生理学界最为激烈的一场争论。提出了已经有100多年,风行40年的内聚力-张力(Cohesion-Tension, C-T)学说受到质疑。随后维护派和质疑派围绕木质部探针技术、压力室技术(C-T理论的主要支撑实验技术)的可靠性展开辩论。进一步从物理学原理和各种实验上就C-T理论的3个支柱(木质部导管或管胞中巨大的张力、沿树高的压力梯度、连续水柱)进行争论。这场争论似暂告一段落,C-T理论没有被推翻,但仍留有问题期待以后的研究。

地形已被广泛认为是植被环境时空异质性的重要来源,但其对山地森林群落动态的影响及其机理仍不清楚。作者在三峡大老岭选取一块200 m×100 m的常绿落叶阔叶林样地,在样地植物群落调查的同时,建立了1∶500的数字高程模型,并利用树木年轮数据和分种的胸径-年龄幂函数模型,推算了全部10 m×10 m单元样方的群落年龄。统计了样地群落的年龄结构及其代表种的构成特征,并利用多元回归结合方差分析方法分析了地形和生物因子对群落年龄结构的影响与途径。结果表明:1)幂函数模型很好地拟合了16个树种的胸径-年龄数量关系;2)样地内群落斑块的年龄介于14~179年,平均值在95年左右;3)代表样方群落年龄的树种共有24个,而前5种即在68.5%的样方中决定群落的年龄;4)回归分析表明群落年龄受到溪流影响指数、坡位、坡度、样方内受干扰木胸面积和树种生长指数等因素的显著影响。显示沟谷地表径流冲击和表土侵蚀等坡面过程带来的干扰明显影响群落发育过程的空间格局,具有不同生态习性树种的潜在年龄也限制了群落的现实年龄;5)地形主要通过控制地表干扰体系的时空分布和不同物种的选择性分布两方面而对群落动态与年龄产生影响。但由于生态格局自身的复杂性与随机性和分析方法带来的误差,使基于地形的群落年龄格局预测结果还存在较大的不确定性。

该文在东北地区多年平均的年均温、年降水分布图,海拔高程图、坡度图、坡向图和植被图的基础上,使用地理信息系统和Logistic回归模型的结合,预测3种落叶松(Larix sp.)的“气候-地形”潜在分布区。预测精度用敏感性、指定度和总正确率进行评价,3个树种的敏感性为61%~88%,指定度为80%~99.8%,总正确率为80%~99.8%。年均温、年降水和海拔是控制3种落叶松分布的主要环境因子。采用5种气温变化方案(+1 ℃、+2 ℃、+3 ℃、+4 ℃和+5 ℃)和6种降水变化方案(-30%、-20%、-10%、+10%、+20%和+30%),预测气候变化对各个树种潜在分布的影响,探索不同的树种对气候因子的敏感性。结果表明,气温每上升1 ℃,兴安落叶松(Larix gmelinii)将减少12%;长白落叶松(Larix olgensis var. changpaiensis)将增加23%;华北落叶松(Larix principis-rupprecntii)将增加500%。降水每增加10%,兴安落叶松将减少12.5%;长白落叶松将增加64%;华北落叶松将减少15%;随气候的“暖干化"(+5 ℃,-30%),兴安落叶松将向西北方退缩100 km左右;长白落叶松向西北方扩展100 km左右;华北落叶松将向东北方扩展800 km左右。随气候的“暖湿化"(+5 ℃,+30%),兴安落叶松将向西北退缩400 km左右;长白落叶松将向西北方扩展550 km;华北落叶松将向东北方扩展320 km左右。

反枝苋(Amaranthus retroflexus)是苋属入侵种中发生频率最多、分布最广、危害最严重的杂草。基于反枝苋在世界范围内4 207个实际分布点及其对应的气候、地形和土壤3类要素28个环境因子的定量关系,利用主成分分析确定了影响其分布的主要环境因子,据此估测其中心可能分布区和最大可能分布区,并与实际分布点进行比较。结果表明:14个环境因子在决定反枝苋全球分布格局中起着重要作用。反枝苋中心分布区位于新西兰南部、澳大利亚东南部、南美洲北部少数地区、北美洲西北部及东南部部分地区、欧洲大部分地区和中国东南部,最大可能分布区位于南美洲中南部、北美洲大部分、非洲北部小部分、澳大利亚南部及北部少数区域、欧洲大部分地区和亚洲大部分地区及中国除西藏、青海、新疆、四川西部以外的地区。中心分布区的预测结果与实际分布点吻合较好,而最大分布区则过于广阔。

选择我国北方温带典型草原作为研究对象,基于Bottom-up方法,采用地表实测和多尺度遥感综合测量的方法,建立基于地表实测与多尺度遥感数据综合测量的两阶段植被盖度经验模型。此外,还将该模型与常用的亚像元分解模型相比较,结果表明:1)两阶段经验模型可以较好地实现将地面数据扩展到中尺度空间范围,从而完成数据空间尺度的转换,提高大区域草地植被盖度的测量精度;2)MODIS遥感影像数据,结合地面数据和ASTER遥感影像数据可以较好地在区域范围内对北方典型草原的植被盖度进行估测;3)目前常用的亚像元分解模型,应用于中空间分辨率的MODIS影像,估测北方温度典型草原植被盖度的精度不够理想。

以中分辨率成像光谱仪数据(Moderate resolution imaging spectroradiometer, MODIS)为基础计算泾河流域归一化差异植被指数(Normalized difference vegetation index, NDVI)在2001~2004年的时间序列值,分别采用相关系数r值和成对t检验的t值定量描述年内NDVI曲线在年际间的协同性和差异性。以农田、森林、灌丛和草地4种土地利用类型NDVI曲线在年际间变化显著的面积百分比为参数,在2001~2004年间分为1、2和3年间隔共6个时间组,比较分析4种土地利用类型的NDVI曲线在6个时间组内的协同性和差异性,进而探讨泾河流域植被年际变化及其与土地利用之间的关系。结果表明:4种土地利用类型NDVI波动对外界环境的响应在不同的时间间隔里表现一致,在2001~2003年和2001~2004年间变化比较明显;在各个时间组内比较发现有较大面积的农田和草地NDVI协同性较差,尤其在2001~2002年间,这可能与退耕还林还草政策的实施有关;4年来泾河流域内4种土地利用类型的NDVI值有增加趋势,植被状况趋于良好;NDVI年际间差异最明显的是草地,其次是农田和灌丛,森林的NDVI比较稳定。

方枝柏(Sabina saltuaria)是青藏高原特有林线树种。对白马雪山阳坡海拔4 390 m以上林线0.42 hm²样地方枝柏种群进行每木调查,分析了种群结构、数量动态及空间分布格局。结果表明:1)在种群生物学特征、环境因子及人为干扰等综合影响下,林线区方枝柏幼苗数量非常少。幼树在种群中占了很大比重,种群个体数随径级的增加而逐渐减少,密度为成年树>幼树>幼苗;2)种群存活曲线介于Deevey-Ⅱ型和Deevey-Ⅲ型之间,种群结构更接近稳定型。死亡率曲线和消失率曲线都在龄级Ⅲ出现一个高峰,可能是由于方枝柏处于青壮年期,个体对营养空间的需求不断增大,对空间、光照和养分等生存因子的激烈竞争引起的自疏过程,导致死亡率有所上升;3)方枝柏种群各龄级的空间格局基本上是聚集型,随龄级增加,聚集尺度和强度都增加;各龄级关系密切,都呈显著正相关,其中幼苗和成年树的相关性最强,幼苗和幼树相关性最弱。林线方枝柏种群空间分布格局是种群生物学特性、环境条件及人为干扰等因素共同作用的结果,这种格局有利于整个种群的生存和发展,也是高山生态系统恶劣生境中种群的一种适应对策。该研究采用森林罗盘仪与测距仪相结合进行每木定位的方法,准确度高且大大降低工作强度,是高海拔区恶劣条件下开展类似工作的推荐之法。研究结果也再次体现了空间点格局分析方法在格局研究中的有效性和优越性。

四川黄龙沟内分布着十分丰富的兰科植物(19属30余种),并且部分种类在沟内形成优势群落。目前尚不清楚在群落中这些兰科植物种之间作用关系。运用种间关联分析和相关分析对黄龙沟森林植被兰科植物群落中的24个优势种的种间关系进行了研究。两种分析方法得到的结果相近,表明黄龙沟优势兰科植物可以分为两组。一组包括无苞杓兰(Cypripedium bardolphianum)、黄花杓兰(C. flavum)、二叶红门兰(Orchis diantha)、广布红门兰(Orchis chusua)、少花虾脊兰(Calanthe delavayi)和西藏杓兰(C. tibeticum),主要分布在光线充足但又具有一定遮荫条件的环境中;另一组包括筒距兰(Tipularia szechuanica)、沼兰(Malaxis monophyllos)、珊瑚兰(Corallorhiza trifida)、小斑叶兰(Goodyera repens)、布袋兰(Calypso bulbosa)、小花舌唇兰(Platanthera minutiflora)和小叶对叶兰(Listera smithii),它们主要分布于荫蔽的环境中。这些兰科植物在组内大多呈现显著的正相关关系,组间大多呈现显著的负相关关系,说明黄龙沟兰科植物在资源利用方式上可能产生了分化。

尺度扩展(Scaling up)过程中的植物类群合并问题是生态系统建模领域的难点之一。该文采用机理性生理生态学模型对内蒙古典型草原9种植物净光合速率和气孔导度与环境因子的关系进行了分析,净光合速率模型和气孔导度模型分别能够平均解释生长季内78.19%和55.87%的净光合速率和气孔导度的日变化。在此基础上根据拟合得到的8个植物生理参数进行聚类分析,将内蒙古典型草原9种植物分为3个植物功能类群:克氏针茅(Stipa krylovii)、阿尔泰狗哇花(Heteropappus altaicus)、冷蒿(Artemisia frigida)、银灰旋花(Convolvulus ammannii)和小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)抗旱性强,生物化学光合能力中等,归为一类称为强抗旱中光合植物功能类群;羊草(Leymus chinensis)、芨芨草(Achnatherum splendens)和马蔺(Iris lactea)抗旱性中等,生物化学光合能力较强,归为一类称为中抗旱高光合植物功能类群;串铃草(Phlomis mongolica)抗旱性和生物化学光合能力都比较低,称为低抗旱低光合植物功能类群。在对多种植物存在的自然生态系统进行模拟时可以按此方法将植物分成若干具有相似特点的功能类群,而不必对每一种植物都作模拟。这种处理方法可以降低模型复杂性和节省运算时间,较之于只用优势种来代替所有物种的模拟也更加接近实际情况。这将为生态系统模型尺度扩展过程中如何合理有效合并植物类群,从而正确判别植物功能型提供一种可行的方法。

准噶尔荒漠分布的早春短命植物不仅具有十分独特的生物学特点,而且在荒漠植物群落演替、物种多样性维持及土壤改良与防治水土流失等方面具有重要的生态学价值。该文运用Li-6400开放式气体交换光合作用测定系统,对分布于准噶尔荒漠的16种早春短命植物生长盛期的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、水分利用效率(WUE)等特征进行了测定,并对其中7种植物与生长相关的生物量分配特征进行了分析。结果表明:1)16种植物的最大P_n、 最大T_r及WUE分别为8.07~35.96 μmol CO₂·m^-2·s^-1、3.16~29.64 mmol H₂O·m^-2·s^-1、0.54~4.26 μmol CO₂·mmol^-1H₂O;种间最大P_n与最大气孔导度(Stomatal conductance, G_s)之间存在正相关关系,其相关系数为0.77(p<0.05),线性回归斜率为26.36 μmol·mmol^-1;从光合速率对胞间CO₂浓度及光量子通量密度的响应曲线来看,这类植物的表观CO₂补偿点均在4~5 Pa之间(28~30 ℃),表观羧化效率为0.64~1.86 μmol CO₂·m^-2·s^-1·Pa^-1,表观量子效率为0.05~0.06。2)从生物量分配来看,所测植物的个体生物量为0.05~0.39 g;单株总叶面积为 3.24~51.40 cm²;单位叶面积干重为0.40~0.77 g·m^-2,根在总生物量中所占比例为5.72%~19.43%,单株叶面积比在2.92~9.00 m²·kg^-1之间。种间根所占生物量的比与对应的WUE之间的比较分析结果表明,二者之间存在显著的正相关关系,其相关系数r为0.93(p<0.01)。这些结果表明,所观测的早春短命植物具有典型的C₃植物特征,相比其它类型的荒漠植物具有较高的单位叶面积P_n、高T_r及低WUE,并且在生长发育过程中表现出很低的根/地上生物量比、较高的叶面积比和单位叶面积干重,说明它们具有相对高的生长速率,这与其生长发育节律相一致,反映了它们与准噶尔荒漠环境相适应的特点。

植物群落蒸散量和CO₂交换量的测定方法多种多样。该文以水分、CO₂动态的区域性整合为目标,开创了一种新的、同时测定群落蒸散量和CO₂交换量的方法——LI-6262 CO₂/H₂O分析仪接气室法。借助这种方法测定了内蒙古锡林河流域典型草原区群落蒸散量和CO₂交换量,取得了较好的结果。该方法将群落的重要生态过程:蒸散与光合、呼吸作用的测定联系起来,也因此得到一系列表征群落特性的有用指标;同时该方法具有精度高、简便易携带、适于野外操作等特点,经进一步改进后可广泛用于草原、沙地及湿地植物群落的气体通量测定。对于精确研究草原区各种植物群落类型的水分利用、光合和呼吸特性及草原区植被在全球气候变化中的地位和作用等有重要的实用价值。

准确模拟绿色面积指数是作物生长模拟模型可靠预测作物生长和产量的关键。该研究的目的是以生理生态过程为基础,构建油菜(Brassica napus)叶面积指数和角果面积指数变化动态的模拟模型。油菜叶面积指数模型综合考虑了库或源限制下的叶面积增长模式,其中库限制下叶面积指数的增长呈指数方程,且受到温度、水分和氮素因子的影响;源限制下叶面积指数增长用比叶面积法来模拟。油菜角果面积指数由比角果面积和角果干物重来决定。比叶面积和比角果面积均为生理发育时间的函数。利用不同类型品种的播期试验及氮肥试验资料分别对模型进行了校正和检验,结果表明模型能较好地模拟不同条件下油菜叶面积指数和角果面积指数。

建立棉花(Gossypium hirsutum)氮素状况的光谱监测技术对于棉花营养诊断和长势估测具有重要意义。该研究利用冠层高光谱反射率及演变的多种高光谱参数,分析了不同施氮水平下不同棉花品种叶片氮含量与冠层反射光谱的定量关系,建立了棉花叶片氮含量的敏感光谱参数及预测方程。结果显示,棉花叶片氮含量和冠层高光谱反射率随不同施氮水平呈显著变化。棉花叶片氮含量的敏感光谱波段为600~700 nm的可见光波段和750~900 nm的近红外波段,且叶片氮含量与比值植被指数RVI [average (760~850), 700]有密切的定量关系,4个品种的平均决定系数在0.70左右。进一步分析表明,可以用统一的回归方程来描述不同品种、不同生育时期和不同氮素水平下棉花叶片氮含量随反射光谱参数的变化模式,从而为棉花氮素营养的监测诊断与精确施肥提供技术依据。

为阐明三峡库区岸生植物秋华柳(Salix variegata)对水淹的耐受机制,模拟三峡库区消落带水淹发生的情况,研究了在不同水淹时间和水淹深度处理下秋华柳的光合和生长特性。实验设置了对照(不进行水淹,常规供水管理)、水淹根部(植株置于水中,植株地下部分被淹没)、水下0.5 m(植株置于水中,植株顶部在水面下0.5 m)和水下2 m(植株置于水中,植株顶部在水面下2 m)4个不同的水淹深度和0、10、20、40、60和90 d 6个不同的水淹时间处理,并测定了在不同水淹时间和水淹深度处理下秋华柳的光合作用、叶绿素荧光和生长。研究结果发现:随着水淹时间的延长,对照和水淹根部植株都具有高的净光合速率、表观量子效率和羧化效率。水淹40 d后,相同水淹深度处理秋华柳植株的净光合速率显著高于耐水湿环境的垂柳(Salix babylonica)(p<0.05)。水淹90 d后,全淹处理植株的光合能力较对照有显著的下降(p<0.05),对照、水下0.5 m和水下2 m植株的净光合速率分别为13.2、10.1和8.05 μmol·m^-2·s^-1,同时全淹植株PSII的最大光化学效率也有一定程度的下降,显著低于对照和水淹根部处理的植株(p<0.05)。水淹40、60和90 d后,全淹植株的胞间CO₂浓度都高于对照和水淹根部植株。随着水淹时间的增加,水淹根部植株不定根数量不断增加,而全淹植株只有极少量的不定根产生。水淹根部植株的主茎长的增量、分枝数的增量、主茎新生叶片数、根生物量的积累和总生物量的积累都高于全淹植株,全淹植株在水淹过程中,其主茎长、分枝数、主茎新叶数、根生物量和总生物量都有增加,同时其凋落叶片较多。水淹90 d后,秋华柳植株的存活率为100%。研究结果表明,秋华柳在经过较长时间的水淹后,表现出较强的光合和生长适应性,可以考虑将秋华柳列为三峡库区消落带植被构建的物种之一。

为了探究乙烯和α-萘乙酸(α-NAA)是否是水淹环境条件下植物体内通气组织形成的直接原因,对三峡库区岸生植物野古草(Arundinella anomala)和秋华柳(Salix variegata)在无水淹环境条件下施加乙烯利和α-NAA后茎中通气组织的形成情况进行了研究。实验分3种处理:单独用乙烯利溶液处理(浓度分别为0、250和500 mg·L^-1)、单独用α-NAA溶液处理(浓度分别为0、50和100 mg·L^-1)和二者混合处理(250 mg·L^-1 乙烯利溶液+50 mg·L^-1 α-NAA溶液)。处理5 d后,采用切片法制备其茎中部横切面切片,用E80i Nikon显微镜进行观察,并运用ACT-2U和Simple PCI软件分析野古草和秋华柳茎中通气组织的形成情况。结果显示:在这3种处理条件下,野古草和秋华柳茎中通气组织形成均有明显增强,并且较高浓度的乙烯利溶液促使茎通气组织形成更多,施加的α-NAA浓度越高,形成通气组织的能力越强;混合溶液处理与单独施加250 mg·L^-1 乙烯利或单独施加50 mg·L^-1 α-NAA的处理相比,对通气组织形成的增强效应无明显差异。研究表明,在水淹条件下植物体内通气组织的发生与乙烯和生长素含量的增加有直接关系。

该实验选取处于生长期的油松(Pinus tabulaeformis)幼苗,研究土壤Cu、Cd胁迫条件下,美味牛肝菌(Boletus edulis)单独接种、红绒盖牛肝菌(Xerocomus chrysenteron)与美味牛肝菌混合接种处理,对油松幼苗的生长和重金属积累分布状况的影响,探讨不同接种对油松抗性的影响。研究发现,菌根接种不仅促进寄主油松的生长发育和生物量积累,而且显著降低油松体内的重金属积累浓度,减少重金属由根部向植物茎叶部分的转运。与单一接种相比,混合接种可以更加有效地缓解重金属对寄主的生物毒性,减少土壤中重金属元素向油松体内的转运。这种优势在高浓度的重金属胁迫环境下尤为明显。该实验中,在3 mg·kg^-1 Cd胁迫下,混合菌根油松的茎叶和根部Cd浓度仅为未接种对照的59.1%和70.7%,比单一菌根降低了11.3%和18.1%,而混合菌根植物的茎叶和根部生物量干重则分别为未接种对照的1.14和1.20倍,单一菌根为未接种对照的1.18和1.17倍。在400 mg·kg^-1Cu胁迫下,混合菌根植物茎叶和根部的干重分别是未接种植株的1.01和1.09倍,而混合菌根植物茎叶和根部的Cu浓度仅为未接种植株的61.8%和79.6%,比Boletus edulis菌根植物的Cu积累浓度下降了0.7%和3.8%。

以自然生长在盐碱地上的野大豆(Glycine soja)和不耐盐的栽培大豆(G. max)为材料,测定了它们在不同盐度条件下叶片、根部和种子的异黄酮含量,并测定了它们叶片的L-苯丙氨酸含量和苯丙氨酸裂解酶(PAL)活性,还测定了它们根部的结瘤量和固氮酶活性。通过两者比较,分析了它们的大豆异黄酮代谢和盐渍环境的关系。结果表明:盐渍处理不抑制盐生野大豆PAL酶的活性,其大豆异黄酮大量积累;相反,盐渍处理明显抑制栽培大豆PAL酶活性,其大豆异黄酮含量减少,而大豆异黄酮合成前体L-苯丙氨酸积累。结果还显示:在盐渍条件下,盐生野大豆根部异黄酮积累的同时,其根瘤结瘤量较多,且固氮酶活性也较高;而栽培大豆随着其根部异黄酮的减少,其根瘤结瘤量大大减少,且固氮活性大大下降。野大豆和栽培大豆的这些差别说明:盐生野大豆积累大豆异黄酮有其生态学意义,这很可能是野大豆通过异黄酮次生代谢途径适应盐渍环境的一种重要机制。

选择苗期耐盐性较强的水稻(Oryza sativa)品种(株系)‘AB52’、‘02402’和‘02435’及敏感品种‘日本晴’,在网室周转箱内,设置5 000和8 000 mg·L^-1 NaCl两种盐处理,以清水为对照,研究盐胁迫下苗期水稻植株不同部位Na⁺和K⁺的吸收和分配与品种耐盐性的关系。结果表明,盐胁迫下,株高、绿叶干重和绿叶面积下降,绿叶中的水分含量降低,但茎鞘中的水分含量有所上升。5 000 mg·L^-1 NaCl胁迫处理10 d,耐盐品种所受的生长影响和叶片伤害程度低于敏感品种,但8 000 mg·L^-1 NaCl胁迫处理下品种间差异变小。盐胁迫下,水稻植株吸收Na⁺和置换出K⁺,但不同器官部位中Na⁺和K⁺的区域化分布特征明显,各部位的Na⁺含量由低到高依次为绿叶、根、茎鞘和枯叶。下部老叶能优先积累较多Na⁺而枯黄;绿叶吸收Na⁺相对较少,维持较低的Na⁺水平,同时保持较高且稳定的K⁺含量;植株茎鞘通过选择性吸收大量Na⁺和置换出一部分K⁺到叶片中,保持绿叶较稳定的K⁺含量和相对较低的Na⁺含量,维持较高的K⁺/Na⁺比,从而使植株少受盐害。敏感品种‘日本晴’在盐胁迫下绿叶中的Na⁺含量相对较高,且5 000 mg·L^-1 NaCl胁迫下绿叶Na⁺含量已接近高值,与在8 000 mg·L^-1 NaCl胁迫下差异不大,而耐盐品种绿叶吸收较少的Na⁺。另一方面,耐盐品种茎鞘的含K⁺相对较高,在盐胁迫下能吸收容纳较多的Na⁺,而绿叶中K⁺/Na⁺比较高。可以认为,绿叶的K⁺/Na⁺比可作为一个衡量耐盐性的相对指标。

研究了活性氧在UV-B(280~320 nm)诱导的玉米(Zea mays)幼苗叶片乙烯合成中的作用。结果表明,UV-B促进了玉米幼苗活性氧和乙烯的产生;乙烯合成抑制剂氨氧乙烯基甘氨酸(AVG)和氨氧乙酸(AOA)能明显减弱UV-B对玉米幼苗乙烯产生的诱导作用,但对活性氧(ROS)的产生没有明显影响;ROS的清除剂不但能抑制UV-B诱导的ROS的产生,而且还可以抑制UV-B诱导的乙烯的产生,但这种抑制作用可以被外源$\text{O}_{2}^{{\bar{.}}}$的供体所逆转。这说明,乙烯的积累不能作为UV-B胁迫下ROS的诱导的因素,相反,ROS的积累则导致了乙烯的积累;因此,ROS可能参与了UV-B胁迫诱导的乙烯的产生。质膜NADPH氧化酶的抑制剂二苯碘鎓(DPI)和H₂O₂的特异性清除剂过氧化氢酶(CAT)对UV-B胁迫诱导的乙烯积累几乎没有影响,这说明H₂O₂可能与UV-B诱导的玉米幼苗叶片乙烯的产生无关, 在UV-B诱导的玉米幼苗叶片乙烯的生物合成过程中$\text{O}_{2}^{{\bar{.}}}$起着很重要的作用,相关的$\text{O}_{2}^{{\bar{.}}}$不是由NADPH氧化酶催化产生的。

对环境变化的适应机理一直是进化生物学和生态学长期争论的核心课题。根据适应逆境的生态学和分子生理的最新进展,设想逆境诱导转座子的转座,影响转录因子的表达,随即改变一系列抗性基因的表达水平,抗性种群快速适应形成;由此可能建立一个统一的进化理论。从黄河入海口野生大豆(Glycine soja)盐渍种群植株DNA扩增到一段干旱应答元件结合蛋白基因(DREB)序列,称为GsDREB1。克隆了一个全长的类Gypsy逆转录转座子整合酶基因序列,称为GsINT。种群内各植株该序列有多个拷贝,植株间存在限制片段长度多态性。根据所得的这两个序列,设计并合成包括GsINT 5'上游保守序列的Gs-1等若干引物,试图检测野大豆基因组中GsDREB1的5'上游是否存在逆转录转座子整合酶序列。将GsDREB1标记为探针,Southern杂交表明用Gs-1为正向引物GmDR1为逆向引物所扩增的产物既是多拷贝而又与GsDREB1高度同源。这一对引物扩增和部分测序的结果暗示逆转录转座子有的插入DREB的5'上游,种群内外植株间显现两基因间隔长度的多样性。据此提出抗性种群形成即适应进化分子机理的下列假说。正常种群主要由非抗性普通植株组成。当环境发生变化处于逆境条件时,种群内植株转座频率大大增加。转座子非定向地插入基因组。多数突变中性,不影响表型。少数插入到转录因子的5'上游或其编码区,可促进或阻抑其表达,由此引发转录因子所控制的抗性基因网络表达的增加或减少,抗性相应增加或降低。总的结果是在短时间内就能积累包括高抗性植株在内的有各种抗性水平的个体;对逆境敏感的个体不断地被自然选择所淘汰,但逆境不断诱导其产生,少数植株有可能利用逆境减弱的较短时间完成发育得以生存下来。此假说可以解释逆境条件下的植物种群为什么能快速形成而有更高的遗传多样性;又为什么抗性种群在高抗性植株产生的同时有时存在敏感植株。逆境促进的转座改变转录因子基因表达可能是植物生理和形态快速进化的一般分子机理。

关于农业生态系统能流特征的研究很多,但关于植物篱农作系统能流特征的研究很少。在四川盆地雨养丘陵农区,2/3的耕地土壤侵蚀严重,为了控制土壤侵蚀和提高耕地生产力,该区域大量栽种了植物篱。该研究通过了解作物与植物篱之间的能流交付作用,通过系统能量投入水平提高与结构优化,建立环境友好的农作系统,最终实现坡地农业的可持续。通过两年田间小区试验,详细记录所有劳力投入、化肥投入、农药投入、农事管理活动以及落叶的数量并折算为标准能量单位。作物收获后所有生物产量的能量根据其各部分的转换值折算为标准能量。系统能流特征及效率通过统计分析完成。通过研究主要获得了以下3个结论:1)“作物-植物篱”系统产出能和输入能的数量和结构变化主要受植物篱子系统类型的影响。与大面积旱坡地传统农作物生产系统比较,植物篱农作系统能有效提高系统光能利用率、人工输入能效率,耕地单位面积总产出能也会增加,坡度越大,相对增幅亦越大;由于能极显著减少无机能施入量,这有利于降低化肥农药使用量,减少对环境的污染和破坏。2)“作物-果树类植物篱”系统输入能总量和有机能输入量大幅度增加,因此有利于优化输入能结构,促进坡地生态系统良性循环和集约高效农业发展。3)“作物-草本植物篱”系统人工辅助能的输入量大幅度下降,由于它所需投入能少,有机能耗和无机能耗均低,人工输入能效率很高而生物产量也较高,并且它们提高了与其间作的其它作物的能量产投比,因此提升了整个系统能量产投比率;由于保水固土的生态功能显著,使它能在四川广大山地、丘陵区退耕还林还草工程中发挥重要作用。

榕-蜂共生系统是桑科榕属(Ficus)植物与传粉榕小蜂专一互惠形成的生态学关系。但是,也有一些非传粉的小蜂出现在这个系统中,对榕-蜂共生系统可能产生较大的影响。西双版纳的聚果榕(Ficus racemosa)树上主要有5种非传粉小蜂,分别在榕果发育的不同阶段从果外向果内产卵。在传粉榕小蜂进果之前的花前期,Platyneura testace、Apocrypta sp.和P. mayri这3种非传粉小蜂先后到果外产卵繁殖后代,对榕-蜂共生系统造成显著影响,尤其是影响传粉榕小蜂的繁殖。在传粉榕小蜂进果之后的间花期,P. mayri、A. westwoodi和P. agraensis这3种非传粉小蜂相继到果外产卵,它们虽然能减少种子形成和传粉榕小蜂繁殖的数量,但最终没有对榕-蜂共生系统造成显著的影响。造瘿类的P. mayri可在花前期和间花期产卵繁殖,在花前期产卵时它主要是影响传粉榕小蜂的繁殖,而在间花期产卵时它则更多地是影响种子的生产。

β-多样性刻画了地理区域中不同地点物种组成的变化,是理解生态系统功能、生物多样性保护和生态系统管理的一个重要概念。该文介绍了如何从群落组成,相关环境和空间数据角度去分析β-多样性。β-多样性可以通过计算每个地点的多样性指数,进而对可能解释点之间差异的因子所作的假设进行检验来研究。也可以将涵盖所有点的群落组成数据表看作是一系列环境和空间变量的函数,进行直接分析。这种分析应用统计方法将多样性指数或群落组成数据表的方差进行关于环境和空间变量的分解。该文对方差分解进行阐述。方差分解是利用环境和空间变量来解释β-多样性的一种方法。β-多样性是生态学家用来比较不同地点或同一地点不同生态群落的一种手段。方差分解就是将群落组成数据表的总方差无偏分解成由各个解释变量所决定的子方差。调整的决定系数提供了针对多元回归和典范冗余分析的无偏估计。方差分解后,可以对感兴趣的方差解释部分进行显著性检验,同时绘出基于这部分方差解释的预测图。

现代植物生理生态学的发展是和测定仪器的进步同步进行的。小型轻便、智能、性能优良和高自动化程度是植物生理生态学仪器发展的必然趋势。该文以光合生理生态学的仪器为例,概述了该领域测定仪器的发展趋势及对学科发展的重要作用,并讨论了控制实验和实验设计中的假重复问题。