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    2012年, 第5期
    刊出日期:2012-05-01

    若尔盖高原日干乔宽谷木里薹草沼泽群落外貌(6月)。丘上为乌拉薹草, 丘间为木里薹草。韩大勇等研究了该区域人为排水对沼泽群落植物种间关系和物种多样性的影响(本期411–419页)。(韩大勇摄)

      
    研究论文
    物候变化对北美温带落叶阔叶林生态系统生产力的影响
    赵晶晶, 刘良云
    植物生态学报. 2012, 36(5):  363-371.  doi:10.3724/SP.J.1258.2012.00363
    摘要 ( 1889 )   全文 ( 6 )   PDF (501KB) ( 2317 )   知识图谱   收藏
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    数据源、时间范围、空间尺度等的差异导致许多物候变化对陆地生态系统碳收支影响的研究缺少可比性。该文基于4级碳通量填充数据, 采用相对阈值方法提取了两个北美典型温带阔叶林站Harvard Forest (HF)和University of Michigan Biological Station (UMBS)共20年的物候参数(返青期、枯黄期和生长季长度), 并研究了物候变化对生态系统生产力的影响。结果表明: 1)生长季长度的延长对年累积总初级生产力(GPP)有显著贡献, 但由于呼吸作用(RE)的干扰, 生长季长度变化对年净生态系统生产力(NEP)的影响并不显著; 2)返青期的提前对上半年生态系统总初级生产力的贡献最为显著, 二者的相关系数分别为0.76 (HF)和0.93 (UMBS); 3)枯黄期的延迟对生产力的影响并不显著; 4)随着春季返青期的提前或秋季枯黄期的延迟, 上、下半年GPPRE的累积量虽均有增加趋势, 但由于各自增加的幅度不确定, 导致年NEP与二者的响应关系复杂。

    中国云杉林的地理分布与气候因子间的关系
    李贺, 张维康, 王国宏
    植物生态学报. 2012, 36(5):  372-381.  doi:10.3724/SP.J.1258.2012.00372
    摘要 ( 2195 )   全文 ( 4 )   PDF (799KB) ( 2339 )   知识图谱   收藏
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    为了揭示中国云杉林的地理分布与气候因子间的关系, 在中国云杉林15个群系的地理分布范围内选取613个地理坐标点, 其中包括云杉各个种分布的海拔上限和下限坐标点各235和228个。通过数字地球系统确定每个点的海拔高程, 从中国气象插值数据库获取每个点的气候数据。数据分析分别采用线性回归、变异系数比较和主成分分析(PCA)法。结果显示, 中国云杉林分布范围内, 年平均气温、最冷月平均气温、最热月平均气温、≥5 ℃积温、≥0 ℃积温、年降水量、土壤水分含量和干燥指数α的平均值分别是3.38 ℃、-9.75 ℃、14.78 ℃、1 227.83 ℃·d、2 271.19 ℃·d、712.23 mm、80.02%和0.50; 各气候因子与中国云杉林垂直分布的上下限间均具有显著的回归关系; 除了年平均气温和最冷月平均气温变异系数较大外, 其他6个气候因子的变异系数均较小, 且彼此间无显著差异; 无论是云杉分布的上限还是下限, ≥5 ℃积温和≥0 ℃积温在PCA第一主分量具有较高的载荷, 而年降水量和土壤水分含量在第二、三主分量具有较高的载荷。影响中国云杉林分布的主要气候因子是生长季节积温, 其次是年降水量和土壤水分含量。

    青藏高原东缘高山森林-苔原交错带土壤微生物生物量碳、氮和可培养微生物数量的季节动态
    刘洋, 张健, 闫帮国, 黄旭, 徐振锋, 吴福忠
    植物生态学报. 2012, 36(5):  382-392.  doi:10.3724/SP.J.1258.2012.00382
    摘要 ( 2051 )   全文 ( 6 )   PDF (617KB) ( 2465 )   知识图谱   收藏
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    为了了解青藏高原东缘高山森林-苔原交错带土壤微生物的特征和季节变化, 研究了米亚罗鹧鸪山原始针叶林、林线、树线、密灌丛、疏灌丛和高山草甸土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)和可培养微生物数量的季节动态。结果表明, 植被类型和季节动态对MBCMBN和微生物数量都有显著影响。不同时期的微生物在各植被类型间分布有差异, 植物生长季初期和生长季中期, 树线以上群落的MBC高于树线下的群落, 而到生长季末期恰恰相反, 暗针叶林、林线和树线的MBC显著升高, 各植被之间MBC的差异减小; 微生物数量基本上也是以树线为界, 树线以下群落土壤微生物数量显著低于树线以上群落, 其中密灌丛的细菌数量最高; 可培养微生物数量为生长季末期>生长季初期>生长季中期。生长季末期真菌数量显著增加, 且MBC/MBN最高。统计分析表明, MBN与细菌、真菌、放线菌数量存在显著的相关关系, 而MBC仅与真菌数量存在显著相关关系( p < 0.05)。植物生长季末期大量的凋落物输入和雪被覆盖可能是微生物季节变异的外在因素, 而土壤微生物和高山植物对有效氮的竞争可能是微生物季节变异的内在因素。植物生长季初期对氮的吸收和土壤微生物在植物生长季末期对氮的固定加强了高山生态系统对氮的利用。气候变暖可能会延长高山植物的生长季, 增加高山土壤微生物生物量, 加速土壤有机质的分解, 进而改变高山土壤碳的固存速率。

    北温带水青冈属的间断分布及其泛生物地理学解释
    王丽娜, 姜小龙, 雷耘, 张明理
    植物生态学报. 2012, 36(5):  393-402.  doi:10.3724/SP.J.1258.2012.00393
    摘要 ( 1772 )   全文 ( 9 )   PDF (537KB) ( 1951 )   知识图谱   收藏
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    水青冈属(Fagus L.)在北温带呈间断分布, 已发现的丰富的第三纪化石为讨论其起源和演化提供了证据。该文采用泛生物地理学的轨迹分析方法对水青冈属的分布进行了研究, 试图分析水青冈属的分布格局, 进而讨论其进化问题。结果表明, 水青冈属在中国、日本、北美、欧洲的分布是完全间断的, 没有一个共有轨迹连接它们, 即使在毗邻的、且有植物亲缘关系的中国和日本, 也没有一个共有轨迹连接。完全间断的轨迹对分析水青冈属的起源、演化和扩散学说, 没有提供任何信息。仅有两条共有轨迹分别分布在中国东南部和日本, 分别代表了中国4种和日本3种水青冈属种类的连接, 说明水青冈属经历了漫长的历史演化, 扩散能力是有局限性的, 仅在分化和多样性中心进行了一些分化和演化, 整个属并未进行长距离的扩散, 或者长距离扩散早已销声匿迹了, 现代的分布格局完全是以间断为最主要特征的。间断分布的动力解释为古地中海西撤、青藏高原隆起、东亚季风活动等地质历史事件, 第三纪以来特别是第四纪冰期活动等气候波动, 以及水青冈属植物的生物学特性(特别是喜温喜湿)。

    青藏高原高寒沼泽湿地在退化梯度上植物群落组成的改变对湿地水分状况的影响
    李宏林, 徐当会, 杜国祯
    植物生态学报. 2012, 36(5):  403-410.  doi:10.3724/SP.J.1258.2012.00403
    摘要 ( 1972 )   全文 ( 9 )   PDF (444KB) ( 2016 )   知识图谱   收藏
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    对青藏高原东缘玛曲高寒沼泽湿地分属于15科的47种主要植物进行光合测定, 结合对不同退化类型植物群落的样方调查, 分析了各种植物之间以及不同功能群之间的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率等光合参数的差异。结果表明: 1)玛曲高寒湿地的主要物种在净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率4个光合特性参数上的差异显著, 表明各植物种以各自独特的方式适应高寒湿地环境; 在功能群水平上, 各功能群之间的差异亦显著。光合速率从大到小依次为禾草>莎草>豆科和其他双子叶类杂草, 水分利用效率则是莎草>禾草>豆科和其他双子叶类杂草; 2)湿地退化导致其群落组成发生明显改变, 其中最明显的特点是双子叶类杂草的比例大大增加; 而双子叶类杂草普遍较低的水分利用效率将会增大土壤水分通过光合作用的蒸腾散失, 在大气降水对水分补充变化不大的条件下, 这将会进一步加剧群落生境的干旱化, 不利于退化湿地的恢复和附近湿地的保护。研究结果表明, 在湿地保护和退化湿地恢复过程中, 典型湿地土著物种的保存和补充具有重要意义。

    若尔盖高原退化沼泽群落植物多样性及种间相关性沿排水梯度的变化
    韩大勇, 杨永兴, 杨杨
    植物生态学报. 2012, 36(5):  411-419.  doi:10.3724/SP.J.1258.2012.00411
    摘要 ( 1707 )   全文 ( 7 )   PDF (533KB) ( 1755 )   知识图谱   收藏
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    植物多样性与种间相关性是植物群落生态学和生物多样性研究的核心问题, 然而有关二者之间关系的综合研究尚不多见。该文以若尔盖高原排水干扰下不同退化阶段的沼泽湿地植被为研究对象, 应用Spearman秩相关、回归分析等方法, 分析了沼泽植物群落物种多样性和种间相关性的变化及二者相互关系。结果表明: 沿排水梯度, 从相对原生沼泽至极度退化沼泽, 不同植物种群均有其特定的生态分布范围; 群落总种数、样方物种丰富度、Shannon-Wiener指数和Whittaker指数均单调增加; 植物种间相关强度增加; 正相关种对比例呈逐渐增加的趋势, 以极重度和极度退化阶段的较高, 相对原生沼泽和轻度退化阶段的较低, 负相关种对比例的变化趋势与之相反; Shannon-Wiener指数与正负相关种对比例均具有显著线性关系(p < 0.05), Whittaker指数均无显著关系(p > 0.05)。人为排水作用通过提高群落生境异质性, 促进正相关种对的共存, 增加沼泽群落植物多样性。

    高山植物美丽风毛菊PSII光化学效率和光合色素对短期增补UV-B辐射的响应
    师生波, 尚艳霞, 师瑞, 张波
    植物生态学报. 2012, 36(5):  420-430.  doi:10.3724/SP.J.1258.2012.00420
    摘要 ( 1677 )   全文 ( 2 )   PDF (618KB) ( 1333 )   知识图谱   收藏
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    在中国科学院海北高寒草甸生态系统实验站的综合观测场, 于植物生长季的不同月份进行短期增补UV-B辐射的模拟试验, 研究了高山植物美丽风毛菊(Saussurea superba)的PSII光化学效率、光合色素和UV-B吸收物质对增强UV-B辐射的响应。结果表明, 尽管差异不显著, 暗适应3 min的PSII最大光化学量子效率在不同月份均有降低的趋势, 说明增强UV-B辐射能加剧光合机构的光抑制。不同月份短期增补UV-B辐射均引起光下PSII实际光化学量子效率和光化学猝灭系数的降低, 以及非光化学猝灭系数的增高, 表明增强UV-B辐射能降低叶片的光能捕获效率, 促进非光化学能量耗散过程。增补UV-B辐射后, 叶片光合色素的含量略有降低趋势, 可能与短时间内光合色素形成过程受抑制和光氧化程度的加剧, 以及叶片厚度的略微降低有关。UV-B吸收物质的含量在不同月份没有一致和较为显著的变化, 说明高原强UV-B环境下生存的美丽风毛菊叶表皮层中由类黄酮和衍生多酚类组成的内部紫外屏蔽物质相对稳定, 倾向于较少受增补UV-B辐射的影响。

    中国北亚热带天然次生林与杉木人工林土壤活性有机碳库的比较
    刘荣杰, 吴亚丛, 张英, 李正才, 马少杰, 王斌, 格日乐图
    植物生态学报. 2012, 36(5):  431-437.  doi:10.3724/SP.J.1258.2012.00431
    摘要 ( 2033 )   全文 ( 6 )   PDF (2836KB) ( 1739 )   知识图谱   收藏
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    为了了解北亚热带东部地区天然次生林转变成杉木(Cunninghamia lanceolata)人工林对土壤活性有机碳库的影响, 以浙江省富阳市庙山坞森林生态系统定位研究站杉木人工林和天然次生林为研究对象, 对达到成熟林状态的两种林分类型0-60 cm内各土层土壤活性有机碳含量进行了比较研究。结果表明: 1)天然次生林土壤总有机碳、易氧化有机碳、水溶性有机碳和轻组有机质含量均高于杉木人工林, 与人工杉木林相比, 增幅分别为19.0%-32.6%、0.8%-30.3%、3.8%-54.1%和6.3%-38.6%, 且在0-10和10-20 cm土层差异显著(p < 0.05) (水溶性有机碳仅在0-10 cm土层差异显著); 2)杉木人工林土壤水溶性有机碳与易氧化碳占总有机碳的比率均高于天然次生林; 3)两个林分土壤水溶性有机碳、易氧化碳和轻组有机质与总有机碳含量均呈现极显著相关, 且天然次生林土壤易氧化碳、轻组有机质与总有机碳的相关系数均大于杉木人工林; 4)土壤有机碳、水溶性有机碳、易氧化碳和轻组有机质与土壤养分(全氮、水解氮、速效磷、速效钾、速效钙和速效镁)的相关性均达到显著(p < 0.05)或极显著(p < 0.01)水平。

    CO2浓度倍增对8种作物叶片光合作用、蒸腾作用和水分利用效率的影响
    王建林, 温学发, 赵风华, 房全孝, 杨新民
    植物生态学报. 2012, 36(5):  438-446.  doi:10.3724/SP.J.1258.2012.00438
    摘要 ( 1998 )   全文 ( 9 )   PDF (503KB) ( 2765 )   知识图谱   收藏
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    揭示作物光合作用、蒸腾作用和水分利用效率(WUE)对大气CO2浓度变化的响应, 对预测未来大气CO2浓度升高条件下作物生产力与需水规律的变化具有重要意义。在自然CO2浓度、CO2倍增和倍增后恢复到自然CO2浓度3种情况下, 对大豆(Glycine max)、甘薯(Ipomoea batatas)、花生(Arachis hypogaea)、水稻(Oryza sativa)、棉花(Gossypium hirsutum)、玉米(Zea mays)、高粱(Sorghum vulgare)和谷子(Setaria italica) 8种作物的气体交换参数进行了研究。结果表明: CO2浓度倍增可以提高光合速率, 降低蒸腾速率, 从而提高WUE, 其中光合速率提高的贡献更大; C3比C4作物的光合速率、WUE增幅大, C3作物光合速率提高对WUE的贡献大于C4作物; 通过对比倍增后恢复到自然CO2浓度时气体交换参数随环境条件变化的响应确定了其内在调控机制; 倍增后恢复到自然CO2浓度时作物光合速率低于自然CO2浓度下的光合速率, 而蒸腾速率无明显差异。由此判断: CO2浓度倍增下存在光合下调现象, 这可能是由于Rubisco酶蛋白含量、活化水平和比活性降低等“非气孔因素”造成的, 并非由气孔导度的降低引起的。

    大气CO2浓度升高和N沉降对南亚热带主要乡土树种叶片元素含量的影响
    李义勇, 黄文娟, 赵亮, 方熊, 刘菊秀
    植物生态学报. 2012, 36(5):  447-455.  doi:10.3724/SP.J.1258.2012.00447
    摘要 ( 1682 )   全文 ( 3 )   PDF (477KB) ( 1508 )   知识图谱   收藏
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    大气CO2浓度升高和N沉降以及二者之间的耦合作用对陆地森林生态系统的影响是当前国际生态学界关注的热点之一。该实验运用大型开顶箱(open-top chamber, OTC)研究: 1)高CO2浓度(700 µmol×mol-1) +高N沉降(100 kg N×hm-2×a-1) (CN); 2)高CO2浓度(700 µmol×mol-1)和背景N沉降(CC); 3)高N沉降(100 kg N×hm-2×a-1)和背景CO2浓度(NN); 4)背景CO2和背景N沉降(CK) 4种处理对南亚热带主要乡土树种木荷(Schima superba)、红锥(Castanopsis hystrix)、肖蒲桃(Acmena acuminatissima)、红鳞蒲桃(Syzygium hancei)、海南红豆(Ormosia pinnata)叶片元素含量的影响。研究结果表明, 大气CO2浓度升高对5种乡土树种叶片元素含量有较大的影响, 除海南红豆叶片的Ca含量外, 其他树种的叶片元素含量在高CO2浓度处理下都显著升高(p < 0.05); 而在N沉降处理下, 5个树种的叶片K和Ca含量都降低。大气CO2浓度升高与N沉降处理对5种乡土树种植物叶片元素含量影响的交互作用不是很明显, 仅仅木荷和红鳞蒲桃的叶片Ca和Mn以及海南红豆的叶片Mn含量在大气CO2浓度上升和N沉降交互处理下显著下降, 而肖蒲桃的叶片P含量在大气CO2浓度上升和N沉降交互处理下显著上升。

    毛竹出笋后快速生长期内茎秆中光合色素和光合酶活性的变化
    王星星, 刘琳, 张洁, 王玉魁, 温国胜, 高荣孚, 高岩, 张汝民
    植物生态学报. 2012, 36(5):  456-462.  doi:10.3724/SP.J.1258.2012.00456
    摘要 ( 1556 )   全文 ( 1 )   PDF (468KB) ( 1871 )   知识图谱   收藏
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    为了探讨毛竹(Phyllostachys pubescens)非同化器官茎秆的光合特性, 测定了毛竹出笋后快速生长期内(2011年4月13日到6月2日)的光合色素含量以及光合酶活性, 并通过激光共聚焦显微镜对其叶绿体分布进行了观察。结果表明: 毛竹茎秆中的叶绿体主要集中分布在表皮以下的基本组织中, 此外维管束鞘周围的细胞内也存在大量的叶绿体, 此特征类似于C4植物的花环结构。在毛竹出笋后快速生长期内, 随着茎秆不断生长, 叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均极显著(p < 0.01)增加。在出笋10天时, 茎秆中核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)活性、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)活性和NADP-苹果酸酶(NADP-ME)活性最高, 之后随茎秆生长逐渐降低, 生长30天时酶活性与10天时相比分别降低了88.55% (p < 0.01)、77.46% (p < 0.01)和72.50% (p < 0.01), 而PEPC/Rubisco比值则随茎秆生长逐渐增加, 30天时比值达到12.83, 明显高于C3植物。这表明毛竹茎秆内可能存在C4光合途径, 此途径有利于毛竹提高光合效率, 进而促进其出笋后的快速生长。

    冬小麦叶片气孔导度模型水分响应函数的参数化
    袁国富, 庄伟, 罗毅
    植物生态学报. 2012, 36(5):  463-470.  doi:10.3724/SP.J.1258.2012.00463
    摘要 ( 1841 )   全文 ( 3 )   PDF (408KB) ( 1720 )   知识图谱   收藏
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    植物气孔导度模型的水分响应函数用来模拟水分胁迫对气孔导度的影响过程, 是模拟缺水环境下植物与大气间水、碳交换过程的关键算法。水分响应函数包括空气湿度响应函数和土壤湿度(或植物水势)响应函数, 该研究基于田间实验观测, 分析了冬小麦(Triticum aestivum)叶片气孔导度对不同空气饱和差和不同土壤体积含水量或叶水势的响应规律。一个土壤水分梯度的田间处理在中国科学院禹城综合试验站实施, 不同水分胁迫下的冬小麦叶片气体交换过程和气孔导度以及其他的温湿度数据被观测, 同时观测了土壤含水量和叶水势。实验数据表明, 冬小麦叶片气孔导度对空气饱和差的响应呈现双曲线规律, 变化趋势显示大约1 kPa空气饱和差是一个有用的阈值, 在小于1 kPa时, 冬小麦气孔导度对空气饱和差变化反应敏感, 而大于1 kPa后则反应缓慢; 分析土壤体积含水量与中午叶片气孔导度的关系发现, 中午叶片气孔导度随土壤含水量增加大致呈现线性增加趋势, 但在平均土壤体积含水量大于大约25%以后, 气孔导度不再明显增加, 而是维持在较高导度值上下波动; 冬小麦中午叶片水势与相应的气孔导度之间, 随着叶水势的增加, 气孔导度呈现增加趋势。根据冬小麦气孔导度对空气湿度、土壤湿度和叶水势的响应规律, 研究分别采用双曲线和幂指数形式拟合了水汽响应函数, 用三段线性方程拟合了土壤湿度响应函数和植物水势响应函数, 得到的参数可以为模型模拟冬小麦的各类水、热、碳交换过程采用。


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