陆地生态系统对气候变化的响应及其脆弱性评价研究是当前全球变化领域的重要内容之一。该研究在生态系统过程模型的基础上,耦合了潜在植被对气候变化的动态响应,模拟气候变化对潜在植被分布格局和生态系统主要功能的影响,以潜在植被的变化次数和变化方向定义植被分布对气候变化的敏感性和适应性,以生态系统功能特征量的年际变率及其变化趋势定义生态系统功能对气候变化的敏感性和适应性,进而对生态系统的脆弱性进行定量评价,分析不同气候条件下我国陆地生态系统的脆弱性分布格局及其区域特点。结果表明,我国自然生态系统气候脆弱性的总体特点为南低北高、东低西高,气候变化将会增加系统的脆弱性。采用政府间气候变化委员会排放情景特别报告国内和区域资源情景,即IPCC-SRES-A2气候情景进行的预测模拟表明,到21世纪末我国不脆弱的生态系统比例将减少22%左右,高度脆弱和极度脆弱的生态系统所占的比例较当前气候条件下分别减少1.3%和0.4%。气候变化对我国陆地生态系统的脆弱性分布格局影响不大。不同气候条件下,高度脆弱和极度脆弱的自然生态系统主要分布在我国内蒙古、东北和西北等地区的生态过渡带上及荒漠-草地生态系统中。总体而言,华南及西南大部分地区的生态系统脆弱性将随气候变化而有所增加,而华北及东北地区则有所减小。

水分条件不仅影响半干旱区群落的组成, 而且在一定程度上决定了群落的功能。处于不同水分条件生境下群落的优势物种在水分利用和同化物利用效率方面的功能特征会存在差异, 这些差异将导致群落对于气候变化产生不同的响应, 进而影响到景观和区域尺度上对于全球变化下碳动态和格局的分析。该文选取了锡林河流域典型草原区沿水分梯度的4个代表群落, 在野外实验测定并结合长期定位研究成果基础上, 利用BIOME-BGC模型对代表群落的长期净初级生产力(Net primary productivity, NPP)动态进行了模拟和模型验证。通过分析该地区1953~2005年气候变化趋势, 推测了未来可能的气候变化情景, 进而模拟了气候变化下4个群落长期NPP动态的响应。结果表明, 当前气候条件下, 羊草(Leymus chinensis)群落NPP平均值为197.76 gC·m^-2 (SE=7.11), 大针茅(Stipa grandis)群落NPP平均值为198.95 gC·m^-2 (SE=6.41), 贝加尔针茅(Stipa baicalensis)群落NPP平均值为210.41 gC·m^-2 (SE=7.87), 克氏针茅(Stipa krylovii)群落NPP平均值为144.92 gC·m^-2 (SE=4.64), 4个群落NPP平均值为188.01 gC·m^-2 (SE=3.72); 气候变化情景下, 温度增加下(P0T1),NPP平均下降14.2%,降水增加下(P1T0), NPP平均增加13.2%,温度与降水都增加情景下(P1T1), NPP平均下降2.7%, 但由于生境水分条件差别和优势物种功能特征差异, 4个群落表现出了增减幅度不同的趋势。对气候因子的敏感性分析及回归分析表明, 降水是该地区NPP最主要的决定因子, 而温度决定作用相对较小,主要通过影响植物的呼吸和水分蒸散等过程影响NPP。在最有可能代表未来气候变化的温度增加的两种情景下(P0T1、P1T1), NPP均呈下降趋势。群落NPP对气候变化的响应趋势与水分胁迫系数(Water stress index, WSI)、碳胁迫系数(Carbon stress index, CSI)变化密切相关。克氏针茅群落由于所处生境水分条件差,WSI高,对降水的依赖程度最大;贝加尔针茅群落一方面处于较好的水分生境,具有较小的WSI,另一方面,由于具有高碳氮比,维持呼吸消耗的光合产物比例低,CSI远低于其它3个群落, 未来气候变化下, NPP较其它3个群落仍较高。

了解三江源人工草地净生态系统CO₂交换(Net ecosystem CO₂ exchange, NEE)的季节变化规律和主要生物因子及环境因子对这些过程的影响将有助于认识青藏高原人工草地生态系统碳循环、生态价值、功能,以及对三江源区的生态安全的重要意义。该研究利用涡度相关技术,于2005年9月1日至2006年8月31日对位于青海腹地的垂穗披碱草(Elymus nutans)人工草地的NEE及生物和环境因子进行观测, 阐明NEE及其组分的动态变化特征和影响因子。三江源区人工草地生态系统的日最大吸收量为2.38 g C·m^-2·d^-1,出现在7月30日。日间最大吸收率和最大排放率都出现在8月,分别为-6.82和2.95 μmol CO ₂·m^-2·s^-1。在生长季, 白天的NEE主要受光合有效辐射(Photosynthetically active radiation, PAR)变化控制, 同时又与叶面积指数和群落多样性交互作用, 共同调节光合速率和光合效率的强度。最大光合同化速率为2.46~10.39 μmol CO ₂·m^-2·s^-1,表观初始光能利用率为0.013~0.070 μmol CO ₂·μmol^-1PAR。 在碳交换日过程中,NEE并不完全随着PAR的增加而增大,当PAR超过某一值(>1 200 μmol·m^-2·s^-1)时,NEE随PAR的增加而降低。受温度的影响,生长季的生态系统的呼吸商Q₁₀(1.8)小于非生长季节的(2.6)。 生态系统呼吸主要受温度的控制,同时也受到叶面积指数的显著影响。生长季昼夜温差大并不利于生态系统的碳获取。 三江源区人工草地生态系统是一个较强的碳汇,为-49.35 g C·m^-2·a^-1。

为探讨西双版纳独特地方气候背景下,热带季节雨林CO₂浓度的时空变化特征和不同时间尺度上环境因素对森林CO₂浓度时间分布的作用,以及为研究热带季节雨林的碳通量、净生态系统交换量(Net ecosystem exchange, NEE)等提供支持,我们利用热带季节雨林林冠上方和林内近地层CO₂浓度连续监测资料,结合同步气象资料进行了统计分析。研究结果表明:在植被生理活动、土壤呼吸以及林内湍流的共同作用下,西双版纳热带季节雨林CO₂浓度表现出明显的日变化、季节变化和林冠上下差异。在日尺度上,林冠上方的CO₂浓度时间变化曲线为“单峰型”,林内近地层CO₂浓度时间变化曲线为“双峰型”,造成林内近地层傍晚第二个峰值的主要因子是地形因子作用下形成的局地环流。在季节尺度上,林冠上方CO₂浓度主要受林冠代谢作用的影响,呈现雨季低、干季高的特点,而林内近地层的CO₂浓度则主要受地表呼吸过程所控制,季节变化趋势与林冠上方相反。林冠上方CO₂浓度低于林内近地层CO₂浓度,且差异较大;在日尺度上,各月(除12月外)CO₂浓度的最大差值皆大于80 mg·m^-3,且出现在傍晚;在季节尺度上,最大值为-62.9 mg·m^-3,出现在10月,最小值为-8.4 mg·m^-3,出现在12月。

为研究北京东灵山辽东栎(Quercus liaotungensis)不同层植物的分布与环境因子之间的关系,对东灵山辽东栎林进行了植物群落学调查。沿海拔梯度在乔木层、灌木层和草本层各调查119个样方,同时调查了每个样方的环境因子如海拔、坡度和坡位。物种数据采用二元属性数据,对非数值环境因子进行赋值。对东灵山辽东栎林和各环境因子进行去趋势典范对应分析(Detrended canonical correspondence analysis, DCCA),结果表明:DCCA第一轴基本上反映了植物群落所处环境的海拔的梯度变化,第二轴基本上反映了坡位的梯度变化。同时发现辽东栎林大多数植物分布在低海拔区域。乔木层的物种分布比较均匀。草本层的物种分布重叠率是最大的,说明草本植物的生境相似性很高。低海拔区域的生物多样性要高于高海拔区域的生物多样性。结合环境因子间的相关关系和DCCA排序结果,发现海拔是影响东灵山辽东栎林物种分布的主要环境因子。

贺兰山位于中国温带草原和温带荒漠的过渡带,是研究干旱区山地物种多样性海拔格局的理想区域。该文通过样方法调查研究区的森林和灌丛群落,并运用广义可加模型分析物种多样性的海拔分布格局。结果表明:1)海拔是物种丰富度的重要影响因子,一般能解释原始数据30%~40%的变差。2)对于森林和灌丛群落,草本植物都是群落中比例最高的物种,而且决定了群落总物种丰富度的海拔分布格局。3)森林群落的乔木层物种丰富度在中海拔区域最高,反映了中海拔区域相对优越的水热条件。灌木层和草本层的物种丰富度明显受到乔木层郁闭度的影响,有随海拔升高而降低的趋势。4)灌丛群落的灌木层和草本层物种丰富度均呈单峰格局,皆因低海拔的干旱和高海拔的寒冷抑制了多数物种的生存,仅气候条件适宜的中海拔区域能够生存丰富的物种。

基于Quick Bird影像选择样地区域,采用样方法进行群落学调查。选取丰富度指数(R)、Simpson指数(D)、Shannon-Wiener指数(H')、Pielou均匀度指数(J_sw)测度多样性水平。结果表明:19个岛状林共记录到维管植物140种,隶属于44科,102属,与相邻的洪河自然保护区内的同类型群落相比较有些物种已经消失。山杨林(Ass. Populus davidiana)、白桦林(Ass. Betula platyphylla)和杨桦林(Ass. P. davidiana+B. platyphylla)3种群落类型多样性指数在灌木层之间差异显著(p<0.05)。岛状林总体3个层次之间的R、D、H'大小顺序均为草本层>灌木层>乔木层,3者之间差异极显著(p<0.01)。岛状林斑块的物种丰富度与斑块面积(r=0.591, p<0.01)、周长(r=0.674, p<0.01)和形状指数(r=0.584, p<0.01)极显著相关,而D、H'、J_sw与周长、面积和形状指数相关均不显著。受到一定人为干扰的岛状林群落仍具有较高的植物多样性,其中草本层植物多样性占有重要地位。林窗干扰是导致林下植物多样性较高的重要原因。边缘效应可能是引起群落斑块物种丰富度随着斑块面积、周长和形状指数的增大而增加的重要原因。岛状林群落斑块对于维持该地区的植物多样性具有重要意义。

该文通过刈割和放牧样地的实生苗动态观测,试图揭示刈割和放牧干扰对冰草(Agropyron cristatum)、克氏针茅(Stipa krylovii)和糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)等3种禾草实生苗出生、存活和死亡季节动态的影响,以及这种效应是如何受气温和降水影响的。利用有重复测量的方差分析,比较了不同刈割留茬高度(0、5和15 cm)与放牧处理之间在实生苗密度、死亡率和出现率的时间动态方面的差异。结果表明:3种禾草的实生苗密度自5月下旬至8月中旬一直呈增加态势。刈割在一定程度上抑制了克氏针茅的实生苗出现率,原因可能是相对高大的克氏针茅在前一年刈割时会被去掉相当多的生殖部分,其种子数量必然受到影响,导致实生苗出现率的降低。同时,刈割对相对低矮的糙隐子草实生苗有正向效应,即促进其实生苗的出现,可能的原因是刈割使植被高度降低、植被稀疏,植被冠层以下至地面的光照较好、地温较高,同时位于下层的糙隐子草受到的高大植株的竞争压力减小。生长季早期和晚期实生苗死亡率较高,这与这两个时期的干旱和低温有关,而自6月中旬至7月初之间的死亡率小高峰也是先前的干旱少雨导致的。3种禾草实生苗的大规模出现几乎都在5~7月,这与该时期相对适宜的气温、地温和水分条件有关。对实生苗更新相关过程(如种子萌发、休眠、种子库存量等)进行更加深入细致的研究,将进一步揭示种子生产和有性繁殖在群落过程中的作用。

以位于农牧交错带的内蒙古多伦县6种主要草地利用方式为研究对象,对0~30 cm土层的土壤颗粒组分、植物地下根系生物量、土壤有机碳(Soil organic carbon, SOC)和土壤全氮(Total nitrogen, TN)含量进行了测定分析。6种草地利用方式分别为自由放牧、刈割、围封禁牧、弃耕、人工牧草(紫花苜蓿(Medicago sativa))和青储作物(玉米(Zea mays))栽培。对土壤粒径分布的分维分析表明,自由放牧样地的土壤分维数明显低于其余5种类型的草地利用样地,表现出较大的土壤质地异质性。在土壤颗粒组分方面,弃耕样地和人工牧草样地的土壤粘粒(<0.005 mm)和粉粒(0.005~0.05 mm)含量要明显高于其它草地利用方式,而自由放牧样地呈现相反的变异趋势。除人工牧草样地和自由放牧样地之外,代表其余4种类型草地利用方式的样地的粘、粉粒含量均随土层加深而降低。6种草地利用方式中,土壤砂粒(0.05~1 mm)含量均与土壤碳氮含量呈负相关关系;除自由放牧样地和人工牧草样地外,其余4种草地利用方式的土壤粘粒与土壤碳氮含量均表现为显著正相关;植物根系生物量与土壤碳氮含量和粘、粉粒含量均呈显著正相关;地上生物量和凋落物仅与粘粒含量存在显著正相关关系。以上差异说明草地利用变化有可能通过影响植被而改变土壤物理性状,同时土壤碳氮含量和土壤颗粒组分的分布特征以及它们之间的相关关系受土地利用方式的影响较大。根系生物量和土壤粘粒含量可以共同解释土壤碳氮含量变异的70%,自变量的独立解释量约为20%。回归方程为:SOC = 1.08×[粘粒含量]+0.01×[根系生物量]-19.45,TN=0.079×[粘粒含量]+0.001×[根系生物量]-1.143。

该文比较了羊草草原群落中包括建群种和优势种在内的6种植物,羊草(Leymus chinensis)、西伯利亚羽茅(Achnatherum sibiricum)、大针茅(Stipa grandis)、冰草(Agropyron cristatum)、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)和黄囊苔草(Carex korshinskyi)的比叶面积(Specific leaf area, SLA)、叶片含氮量和叶绿素含量等叶片功能特性(Leaf functional trait)对氮素添加的响应,旨在探讨草原生态系统中,不同物种对氮素可利用性改变的响应和适应对策。结果表明:随着氮素添加量的增加,物种对光资源的竞争增强,不同物种在光资源的竞争策略和竞争力间存在着显著的差异。羊草通过提高SLA、单位质量叶片的叶绿素含量和含氮量,使单位面积叶片含氮量和叶绿素含量均呈线性提高,进而增强了其对光的竞争力。西伯利亚羽茅主要通过提高SLA增加光合总面积,来增强自身的光竞争力。冰草在SLA和单位质量叶片的叶绿素和氮含量均有一定的可塑性,但对光的竞争力明显弱于羊草和西伯利亚羽茅。大针茅和黄囊苔草对SLA的调节能力较低,加之大针茅SLA较低,而黄囊苔草处于群落的下层,这两种植物的光竞争力较弱。糙隐子草具有较高的SLA,对单位质量叶片叶绿素和氮含量的调节能力相对较强,其光竞争力高于黄囊苔草。同时,糙隐子草叶片叶绿素a与叶绿素b的比值沿氮素添加梯度显著降低,进一步证实氮素添加改变了群落的光环境。

该文通过野外试验和室内模拟相结合,系统研究了西双版纳热带雨林生态系统混合凋落叶分解过程中的酶活性动态。野外试验采用网袋法(1 mm和100 μm网眼)限制土壤动物的出入,室内模拟试验采用灭菌-接种法控制生物组成,从而研究不同生物组成或食物链结构条件下,凋落叶分解过程中的酶活性变化,以及酶活性与分解进程之间的动态响应。研究结果表明,转化酶和淀粉酶在有机残体的最初分解阶段发挥重要作用,参与易分解成分的转化和分解,这些酶与凋落叶分解进程之间存在显著的负相关性,且参与分解的生物组成越简单(缩短食物链),这些酶活性越高,是微生物在分解初期对底物加以利用的关键酶类;C _x酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶活性均在分解中期达到高峰,多酚氧化酶在分解后期迅速上升,对凋落叶中、后期木质素的分解起到关键性的作用,这些酶与凋落叶分解进程之间存在显著的正相关性,且参与分解的生物组成越复杂(延长食物链),这些酶活性越高,是微生物在分解后期对底物进一步利用的关键酶类;与C循环有关的酶类都可以作为有机物质分解进程的重要指标,与分解进程之间存在一定的动态响应,有机残体的分解过程实质上是一个酶解过程。

在属于酸雨区的重庆市铁山坪林场,选择在马尾松(Pinus massoniana)纯林火烧迹地上人工营造的木荷(Schima superba)纯林,采用钻取土芯法调查木荷对土壤化学性质的影响,并与毗邻的同时造林但未遭受火烧的马尾松纯林比较。结果表明,木荷纯林0~20和20~60 cm土层的pH值分别为3.61和3.77,盐基饱和度分别为4.68%和7.92%,而马尾松纯林的pH值分别为3.78和3.88,盐基饱和度分别为9.25%和16.32%。与马尾松纯林相比,木荷纯林土壤的交换性盐基离子(K⁺、Na⁺、Ca²⁺和Mg²⁺)和全磷含量普遍低,而酸性阳离子Al³⁺、Fe³⁺和H⁺含量明显偏高(p<0.05)。结果说明,并非木荷作为阔叶林对酸化土壤的改良作用就好于作为针叶林的马尾松,木荷纯林导致了土壤酸化加剧,养分非常缺乏。因此,在酸雨区土壤酸化条件下,如果采用木荷营造防火林带或者进行马尾松纯林改造时,不宜集中大片营造木荷纯林,以避免对土壤环境产生不利影响。

为了探讨木质藤本和树木幼苗的相互作用关系,对两种光强(4%和35%的光强)、4种竞争处理下(全竞争、地上竞争、地下竞争和无竞争),一种需光木质藤本(刺果藤(Byttneria grandifolia))和3个树种(耐荫种:五桠果木姜子(Litsea dilleniifolia)和绒毛番龙眼(Pometia tomentosa);需光种:羊蹄甲(Bauhinia variegata))幼苗的地上部分和地下部分的竞争关系进行了研究。结果表明:木质藤本的竞争显著影响着3种树木幼苗的光合能力、形态特征和生长,但生长环境的不同光强影响地上部分竞争和地下部分竞争的相对强度。在低光下,地上部分竞争比地下部分竞争对3种树木幼苗的相对生长速率(Relative growth rate,RGR)和光合能力造成更大的影响;而高光下,地下竞争对树木幼苗的生长有更强的抑制作用。不同的竞争处理和光强对树木幼苗的生物量积累造成显著的影响。光强对3种树种的比叶面积(Specific leaf area,SLA)和叶面积比(Leaf area ratio,LAR)有显著的抑制作用,但竞争只对需光的羊蹄甲的SLA和LAR有显著影响。不同的光照和竞争处理之间,同种植物表现出不同的表型特征。由于竞争的影响,苗木在形态上较为矮小、叶片数目较少、叶面积减小,但是长细比改变较少。

采用分室培养方法研究接种幼套球囊霉(Glomus etunicatum,BEG168)、摩西球囊霉(G. mosseae, BEG167)、混合菌剂(M)对两种沙漠早春短命植物小车前(Plantago minuta)和尖喙牻牛儿苗(Erodium oxyrrhynchum)生长发育及矿质养分吸收的影响。结果表明,接种AMF处理的小车前和尖喙牻牛儿苗根系形成了典型的菌根结构,侵染率为22%~60%;接种AMF提高了小车前和尖喙牻牛儿苗两种植物的生物量、株高及N、P养分吸收量。小车前单独接种BEG167、BEG168以及混合接种都显著提高了单株种子数量,其增幅分别为67%、50%和78%。上述结果说明,在极端贫瘠和干旱的古尔班通古特沙漠中,丛枝菌根真菌对于早春短命植物小车前和尖喙牻牛儿苗的生态适应性的贡献表现为促进营养生长、提高后代(种子)繁殖数量。

以四倍体刺槐(Robinia pseudoacacia)为主要试验材料,以二倍体刺槐为对照材料,在两种盐胁迫下,对苗木的形态、生理生化、光合特性和解剖结构等指标的变化规律进行了研究。利用NaCl和Na₂SO₄盐溶液对两种刺槐进行盐处理,在30 d后每7 d处理1次,共处理4次,并在处理前和处理后每7 d进行各项指标的测定。结果发现:1)在盐胁迫下二倍体刺槐的植株生长受到强烈抑制,叶片含水量和叶绿素含量显著低于对照,有明显的盐害症状;对四倍体刺槐植株的生长影响较小,叶片含水量和叶绿素含量也与对照差异不显著,无盐害症状。2)四倍体刺槐经过盐处理后相对电导率和脯氨酸(Proline, Pro)含量虽然也稍有上升,但与对照相比未达到显著水平,而二倍体刺槐显著高于对照;同时作为保护酶系统的过氧化物酶(Peroxidase, POD)、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)、过氧化氢酶(Catalase, CAT)在四倍体刺槐经盐胁迫后期也保持了较高的活性,从而提高了其抗盐性,而对盐敏感的二倍体刺槐3个保护酶活性均较低。3)经盐胁迫后对四倍体刺槐光合特性影响不大,净光合速率(Net photosynthetic rate, P_n)和胞间CO₂浓度(Intercellular CO₂ concentration, C_i)均无显著变化,而二倍体刺槐P_n和C_i显著下降。4)经盐胁迫后四倍体刺槐在解剖结构上做出了积极的反应:叶肉栅栏组织拉长、排列更为紧密、海绵组织变小、排列紧密。而二倍体刺槐出现了相反的现象。综合以上分析认为:四倍体刺槐具有较强的抗盐性。

运用导数光谱分析技术,研究了不同氮肥水平下不同品种油菜(Brassica napus)的叶面积指数(Leaf area index, LAI)及角果皮面积指数(Pod area index,PAI)与冠层导数光谱及其衍生参数的定量关系。结果表明,油菜导数光谱与花前LAI和花后PAI均有良好的相关关系,在750 nm附近相关关系最好,相关系数达到0.9左右。三边参数与油菜LAI和PAI的相关性顺序为:红边>黄边>蓝边,面积参数>振幅参数>位置参数。油菜红边导数光谱的双峰现象降低了红边位置对油菜LAI和PAI的敏感程度,利用线性外推法拟合红边位置能提高其对油菜LAI和PAI的敏感程度。在三边参数及其衍生参数中,红边面积及其与蓝边面积的差与LAI及PAI的相关性最好,且适用于该研究中使用的不同品种。因此,750 nm处的一阶导数光谱、红边面积及其与蓝边面积的差可用于有效地监测油菜的光合器官面积。

为探明波浪冠层栽培模式增产增效的机理,为其推广应用提供理论依据,2005~2006年以高油大豆(Glycine max)品种‘鲁豆9号’为试验材料,采用大田试验和室内生理生化测定相结合的方法,研究了波浪冠层栽培模式对高油大豆叶片活性氧代谢和膜脂过氧化的影响。结果表明,波浪冠层群体与对照CK相比,可溶性蛋白质含量平均增加1.56 mg·g^-1,增加0.034%,其中结荚期最多,为9.43 mg·g^-1,增加1.35%,差异达到极显著水平;可溶性糖含量平均增加了3.82 mg·g^-1,增加7.18%,其中开花期最多,为12.51 mg·g^-1,高达48.41%,差异达到极显著水平。可溶性蛋白质和可溶性糖含量的变化更利于C、N代谢和源、库、流的协调,其中,C代谢改善和提高的水平高于N代谢。保护性酶过氧化物酶(Peroxidase, POD)活性平均增高20.13%,在结荚期最多,高达46.53%,差异达到极显著水平,POD是关键保护性酶,其保护作用强于超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase, SOD)和过氧化氢酶(Catalase, CAT);SOD活性平均增高2.28%;CAT活性平均增高0.48%;膜脂过氧化产物丙二醛(Malondialdehype, MDA)含量降低。保护性酶POD、SOD和CAT活性升高,MDA含量降低,作物清除活性氧的能力增强,延缓衰老。波浪冠层群体与对照保护性酶变化规律一致,即SOD活性高峰出现时期最早,CAT次之,POD最晚,这表明在大豆不同的生育期,不同保护酶分别发挥着不同程度的保护作用。因此,该栽培模式对大豆活性氧代谢和膜脂过氧化的影响明显,有利于作物高产优质高效目标的实现。

为了探讨水分亏缺对叶片光合机构光化学量子效率和非辐射热耗散的影响,在新疆气候生态条件下,采用膜下滴灌技术精确地控制滴水量,实现不同程度的土壤水分亏缺,系统测定了不同水分条件下陆地棉(Gossypium hirsutum)叶片叶绿素荧光参数、叶片接受光量子通量密度(Photon flux density, PFD)、叶片温度(Leaf temperature, T_leaf)以及叶片水势和叶绿素含量的变化。研究表明:轻度水分亏缺(田间持水量的55%~60%)叶片接受的PFD与对照(田间持水量的70%~75%)无差异,T_leaf略高于对照;中度水分亏缺(田间持水量的40%~45%)在12∶00(北京时间,下同)以前叶片接受的PFD和对照无差异,随后显著低于对照,T_leaf在整个日变化中均高于对照。不同水分处理对黎明前叶片PSⅡ最大光化学效率(The maximum photochemical efficiency of PSⅡ,F_v/F_m)没有影响。轻度水分亏缺叶片的实际光化学效率(PSⅡ photochemical efficiency,Φ_PSⅡ)、表观电子传递速率(Electron transport rate, ETR)和光化学猝灭系数(Photochemical quenching, q_p)的日变化与对照基本一致,非光化学猝灭系数(Non-photochemical quenching, NPQ)在12∶00以前和14∶00以后显著低于对照,在12∶00~14∶00和对照无差异。中度水分亏缺叶片的Φ_PSⅡ、ETR和q_p在12∶00才显著降低,此后由于叶片出现暂时萎焉、下垂,所接受的PFD减弱,叶绿素荧光参数缓慢恢复,且高于对照;NPQ在12∶00以前显著高于对照, 14∶00略高于对照,此后低于对照。水分亏缺导致中午叶片水势和叶绿素a、叶绿素b含量降低,但叶绿素a/b比值升高。因此,在田间条件下,陆地棉可通过叶片萎焉下垂运动和叶绿素含量的变化调节叶片对光能的捕获,以及通过光合电子传递、热耗散水平的变化来适应水分亏缺的逆境。在中度水分亏缺条件下,陆地棉叶片萎焉下垂运动的被动调节减少了过量激发能对光合机构的伤害,保证了光合机构的正常运转。

设置不同的Al³⁺浓度(0、25、50、100、200、400 μmol·L ^-1)和培养时间(12、24 h),研究了边缘细胞活性和大豆(Glycine max)根中过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)随Al³⁺浓度及处理时间变化的规律,并通过Hoechst33342-PI双重荧光染色、梯状DNA(即DNA ladder)分析和末端脱氧核糖核酸转移酶介导的dUTP切口末端标记(即TUNEL原位标记)检测,研究了Al³⁺对大豆根边缘细胞程序性死亡诱导的生理生态作用。结果表明,Al³⁺胁迫能诱导边缘细胞的死亡,随着Al³⁺浓度的升高和处理时间的延长,细胞死亡率增加。通过Hoechst33342-PI双重荧光染色、DNA ladder分析和TUNEL原位标记,检测到Al³⁺胁迫下发生程序性死亡的边缘细胞。其表现为:在400 μmol·L ^-1 Al³⁺诱导大豆根24 h时, 核酸电泳显示细胞DNA发生特异性降解并形成阶梯状电泳条带(DNA ladder),用TUNEL原位标记检测200和400 μmol·L ^-1 Al³⁺ 处理12 h后的大豆根边缘细胞,发现DNA的3'-OH端被原位特异标记,二氨基联苯胺(DAB)显色后,细胞核为阳性或强阳性。同时,高浓度Al³⁺(>100 μmol·L^-1)处理下,CAT、POD和SOD活性均有不同程度的下降,CAT和SOD的活性也随处理时间的延长而降低。说明在Al³⁺胁迫下边缘细胞的死亡可能是一种程序性死亡形式,高浓度Al³⁺胁迫下,通过诱导活性氧在细胞体内的产生和累积而导致细胞凋亡,此过程是其对逆境胁迫所作出的生理生态防御性应答方式之一。

采用每日定时向密封人工气候室补充CO₂的方法,研究了3种CO₂浓度(平均浓度分别为287.11、532.88和780.46 μmol·mol ^-1)对茴香(Foeniculum vulgare)生长、精油含量和组分的影响。结果表明:随着CO₂浓度的升高,茴香的株高、花序数、花序鲜重、花序干重、全株干重和植株的干物率均有所上升;植株可溶性糖和全碳含量不断升高,而全氮和蛋白氮含量不断减少;叶色素含量呈下降趋势,叶绿素a/b比的差异不显著;植株精油含量(分别为1.26、1.45和1.57 ml·(100 g)^-1 DW)和单株精油产量(分别为0.019、0.023和0.033 ml)均随之升高。从茴香植株的精油中鉴定出22种成分,用不同浓度的CO₂处理,精油的成分种类没有差异,成分相对含量却有差别,差异达到极显著水平的有:α-蒎烯、β-蒎烯、月桂烯、对聚伞花素、反式葑醇乙酸酯和顺式茴香脑;含量差异达到显著水平的有:香桧烯、水芹烯、罗勒烯、γ-萜品烯、3,4-二甲基-2,4,6-三烯、爱草脑、葑醇乙酸酯、古巴烯、金合欢烯和吉玛烯。茴香精油的主要成分反式茴香脑的含量(分别为55.94%、57.20%和59.55%)随着CO₂浓度的升高而升高,而柠檬烯含量(29.60%、30.24%和26.12%)表现出相反的趋势,二者在不同的CO₂浓度处理之间差异均不显著。

利用9对SSR引物对中华猕猴桃(Actinidia chinensis)和美味猕猴桃(A. deliciosa)两近缘种的5个同域分布复合体和各自1个非同域分布居群进行了遗传多样性、居群遗传结构的分析以及种间杂交渐渗的探讨。结果表明:1)两物种共有等位基因比例高达81.13%,物种特有等位基因较少(中华猕猴桃:13.27%,美味猕猴桃:5.61%),但共享等位基因表型频率在两近缘种间存在差异,而且与各同域复合体中两物种样本的交错程度或间距存在关联;2)两种猕猴桃均具有极高遗传多样性,美味猕猴桃的遗传多样性(H_o=0.749,PIC=0.818)都略高于中华猕猴桃(H_o=0.686,PIC=0.799);3)两猕猴桃物种均具有较低的Nei's居群遗传分化度,但AMOVA分析结果揭示种内异域居群间(F_ST=0.091 5)和同域复合体种间(F_ST=0.111 5)均存在一定程度的遗传分化;中华猕猴桃居群遗传分化(G_ST=0.086; F_ST=0.212 1)高于美味猕猴桃(G_ST=0.080; F_ST=0.142 0);4)同域分布复合体两物种间的遗传分化(G_ST=0.020)低于物种内异域居群间的遗传分化(中华猕猴桃:G_ST=0.086; 美味猕猴桃:G_ST=0.080),同域复合体物种间的基因流(N_m=7.89-29.75)远远高于同种异域居群间(中华猕猴桃:N_m =2.663; 美味猕猴桃:N_m =2.880);5)居群UPGMA聚类揭示在同一地域的居群优先聚类,个体聚类结果显示多数个体聚在各自居群组内,但各地理居群并不按地理距离的远近聚类,这与Mantel相关性检测所揭示的居群间遗传距离与地理距离没有显著性相关的结果一致。进一步分析表明两种猕猴桃的遗传多样性和居群遗传结构不仅受其广域分布、远交、晚期分化等生活史特性的影响,同时还与猕猴桃的染色体基数高(x=29)、倍性复杂和种间杂交等因素密切相关,其中两种猕猴桃的共享祖先多态性和同域分布种间杂交基因渗透对两猕猴桃的居群遗传结构产生了重要影响。

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,占全球陆地面积的10.5%,其CO₂排放量占人为温室气体排放量的21%~25%;由于农田生态系统受到强烈的人为干扰,因此农田生态系统土壤呼吸作用及其影响因素对准确评估陆地生态系统碳收支具有重要的意义。中国是个有悠久历史的农业大国,不仅为农田土壤作用的研究提供了天然的实验室,而且中国农田土壤呼吸作用的研究对全球的碳循环研究及碳收支准确评估具有非常重要的示范与指导意义。该文综述了近10年来中国农田生态系统土壤呼吸作用研究进展,指出水热因子、作物生物学特性和农业管理活动是造成中国农田生态系统土壤呼吸作用时空变异的主要因素;作物根系呼吸作用占土壤作用的比例在13%~77.2%之间,存在极大的不确定性;合理施肥、秸秆还田和免耕有助于农田生态系统土壤呼吸作用减排和固碳。指出了中国农田生态系统土壤呼吸作用拟重点加强不同区域典型农田生态系统土壤呼吸作用的比较、空间异质性、影响因素模拟及减排对策等方面的研究。

应用遥感技术可以建立光化学植被指数(Photochemical reflectance index, PRI)和光能利用效率(Light use efficiency, LUE)的关系,LUE可用来估算净初级生产力(Net primary productivity, NPP)。因而,用PRI估算植物的LUE,为估算NPP提供了新的方法,弥补了以往以经验模式通过温度和水分对最大LUE的胁迫来获取实际LUE的不足,进而可提高 NPP 的估算精度。研究表明:PRI和LUE在叶片、冠层和景观尺度上都有着很好的相关性,但是随着尺度的变化,很多因素会对这一关系产生干扰,如水分、氮元素含量、叶面积指数和太阳高度角等,从而削弱了PRI和LUE的关系。该文对建立PRI和LUE的关系过程中的影响因素进行了分析,并指出今后这一研究领域中可能改进的方面,主要包括526 nm 和545 nm 处的反射率对531 nm 处的反射率的作用机制、PRI随LUE的饱和现象、PRI和LUE关系的时间效应以及利用PRI估算LUE的尺度效应。