构件理论认为植物根可以相对独立地吸收养分和对所处环境的养分条件做出响应。根据成本-收益理论, 单个根(构件)的生死、生长发育与其吸收的养分收益和自身建造、维持的消耗有关。基于此, 该文提出两个关于吸收根生死条件的假设: 1)当可利用养分低于低临界值, 根死亡在一段时滞(数天到几周)后发生; 2)当可利用养分高于高临界值并持续一段时间, 新的侧根产生。为了检验这两个假设, 用臭椿(Ailanthus altissima)、翠菊(Callistephus chinensis)、加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)作实验物种, 设计了温室分根实验。每株植物选3个一级根, 分别引入3个不同养分水平的斑块: 0、20、200 μg N·g^-1。每4天将根暴露并拍照, 查数新根数并测量细根总长度和一级侧根长。由于高养分处理斑块内根的快速生长, 实验在开始后8天或12天结束。结果显示: 除臭椿在0养分处理外, 三物种在各养分处理下都有侧根产生, 总根长均有增加; 臭椿、翠菊、加拿大一枝黄花在不同观测时间和养分水平处理间的侧根数目和总根长差异显著, 而一级侧根长除臭椿外变异均较小; 整个过程中没有根死亡。研究结果部分支持两个假设。本研究还为进一步探究根模块构件增殖、生死过程机制提出新的建议, 即除需要更长的实验时间外, 还应该考虑: 1)多种资源各自及联合对根生长、生死过程的影响; 2)资源斑块和整个根系生长背景的资源丰度对比; 3)根构建和根维持的相对C消耗。

群落中的种群密度由于空间尺度的变化而存在着一定差异, 那么, 某一种群的密度随着空间尺度的变化会发生怎样的变化?抑或某一物种相对于另一物种而言, 随着空间尺度的变化其密度会怎样变化?这是与尺度有关的种群密度问题, 当属生态学的基本问题。该文提出这样的问题, 并把不同尺度下的种群密度称之为尺度密度(scale density)。O-Ring函数的实质是计算不同尺度下的种群密度。因此, 在研究实例中, 应用O-Ring函数计算了典型草原处于不同恢复阶段的羊草(Leymus chinensis)种群、米氏冰草(Agropyron michnoi)种群, 以及米氏冰草种群相对于羊草种群在不同尺度下的种群密度, 结果发现: 羊草和米氏冰草2个种群的尺度密度, 在小尺度范围内严重退化群落均高于恢复演替群落, 这一结果验证了“胁迫梯度假说”, 同时表明该结果是放牧胁迫下正相互作用所致; 通过比较羊草种群与米氏冰草相对于羊草的尺度密度发现, 在严重退化的群落中, 羊草与米氏冰草的种间关联为负联结, 这种负联结是由正相互作用引起的, 而在恢复8年和恢复21年群落中, 二者之间是正联结, 当为竞争所致。该实例说明分析种群密度随尺度变化的规律对于深入认识生态学问题可能会有很大帮助。

以黄河三角洲贝壳堤岛3年生杠柳(Periploca sepium)苗木为试验材料, 模拟设置贝壳砂生境下的4种水分梯度, 利用CIRAS-2型光合作用系统测定杠柳叶片在不同干旱胁迫下的光合作用光响应过程, 采用4种光响应模型进行拟合分析, 以比较贝壳砂生境干旱胁迫下适宜的光响应模型, 探讨最佳光响应模型参数对干旱胁迫的适应规律。结果表明: 4种模型对杠柳叶片光合作用光响应过程拟合效果的优劣顺序为: 直角双曲线修正模型>非直角双曲线模型>指数模型>直角双曲线模型, 后3种模型均为没有极值的函数, 故不能很好地拟合光响应曲线光抑制过程, 并不能直接求解最大净光合速率(P_nmax)和光饱和点(LSP)。光响应参数拟合效果最佳表现为: 非直角双曲线模型的暗呼吸速率(R_d), 直角双曲线模型的光补偿点(LCP), 直角双曲线修正模型的P_nmax和LSP。4种光响应模型对干旱胁迫具有不同的适应性, 直角双曲线修正模型适应各种水分条件, 直角双曲线模型和指数模型较适合轻度干旱胁迫条件, 非直角双曲线模型较适合重度干旱胁迫条件。随干旱胁迫的加剧, 光响应参数表观量子效率(AQY)、R_d和LCP先升高后下降, 净光合速率(P_n)、P_nmax和LSP逐渐下降。轻度、中度和重度干旱胁迫下, LSP分别比对照下降5.2%、16.3%和34.5%, P_nmax分别比对照下降17.8%、39.0%和59.0%。水分充足条件下, 杠柳叶片光能利用最强, 光照生态幅最宽; 重度干旱胁迫下, 杠柳叶片表现出明显的光饱和、光抑制现象, 光能利用减弱, 光合能力受到较大限制。

采用盆栽试验方法, 以NaCl为盐分模拟不同盐度环境, 研究了施氮(N)对盐环境下生长的甜菜(Beta vulgaris)功能叶光系统II (PSII)荧光特性的影响及光合色素含量的变化。结果表明: 在轻度、中度及重度盐环境下, 施N均能增大PSII最大光化学效率(F_v/F_m)、PSII潜在活性(F_v/F_o)、PSII实际光量子产量(Y(II))、非调节性能量耗散的量子产量(Y(NO))、相对电子传递速率(ETR)及光化学猝灭系数(q_P), 且在适宜的施N范围内(0-1.2 g·kg^-1)上述参数随施N量的增加而增大。各叶绿素荧光参数光响应的结果表明, 随着光强的增加, 各处理下调节性能量耗散的量子产量(Y(NPQ))、ETR及非光化学猝灭系数(NPQ)呈上升趋势, 相反, Y(II)、Y(NO)及q_P则呈下降趋势, 在有效的光强范围内(0-1000 μmol·m^-2·s^-1)施N提高了甜菜功能叶PSII反应中心的开放程度, 并且在高光强下调节PSII耗散掉过剩的光能以避免对其反应中心造成伤害。各盐度环境下施N也显著增加了甜菜功能叶叶绿素与类胡萝卜素含量, 增大了叶绿素a/叶绿素b值, 且叶绿素与类胡萝卜素含量随施N水平的增加而增加。说明盐环境下施N能够增强甜菜功能叶PSII的活性, 提高PSII光能利用率, 从而增强其对盐渍环境的适应性。

模型基本单元空间尺度的确定是大尺度生态水文模型应用的前提, 也是提高模型模拟精度的关键。该文以长江流域岷江上游的杂谷脑河上游流域为例, 通过设置最小流域面积阈值, 构建不同的水文响应单元划分方案, 探讨生态水文模型WASSI-C响应单元的最佳空间响应尺度。结果表明: 模型响应单元空间尺度的变化对模型精度有显著影响, 模拟效果存在随响应单元划分面积阈值增加先提高再稳定的趋势, 面积阈值小于85 km²时, 模型的模拟效果较好。此外, 面积阈值小于85 km²时, 模型模拟的水、碳循环变量验证的拟合相关性系数和效率系数均趋于稳定, 因此可以将模型水文响应单元流域划分的面积阈值确定为85 km²。基于这一尺度的模拟与验证研究, 分析了WASSI-C模型中关键变量设置对模拟结果的影响。

以亚热带东部地区48年生樟(Cinnamomum camphora)人工林为研究对象, 探讨不同林下植被处理方式对植被和土壤碳储量的影响。研究结果表明: 1)林下植被抚育增加了植被的碳储量, 增幅为48.87%, 平均每年比未抚育林分增加了0.62 t·hm^-2; 2)林下植被抚育降低了土壤有机碳含量, 降低幅度介于4.79%-34.13%之间, 其中0-10 cm、10-20 cm土层比未抚育林分分别降低了10.16 g·kg^-1和8.58 g·kg^-1, 差异达到显著水平(p < 0.05); 3)林下植被抚育降低了森林土壤碳储量, 降低幅度介于1.98%-43.45%之间, 其中0-10 cm和10-20 cm土层分别降低了15.39 t·hm^-2和11.58 t·hm^-2, 差异达到极显著水平(p < 0.01)和显著水平(p < 0.05); 4)林下植被抚育降低了森林生态系统总碳储量, 降低幅度为4.27%, 但差异不显著。因此, 林下植被抚育虽有利于植被碳储量的积累, 但降低了土壤有机碳含量和储量。

高山松(Pinus densata)是油松(P. tabuliformis)和云南松(P. yunnanensis)的天然二倍体杂交种, 是为数不多的与亲本种没有严格生殖隔离的同倍体杂交种。为了检测3个种在油松生境下的苗期适应性和生长发育特点, 为高山松成种机制提供数据, 选取了代表高山松及其亲本种遗传多样性的25个种群, 在油松生境下对比分析了苗期11个适应性指标和3个生长发育指标。结果表明, 大部分适应性指标和生长发育指标在种间和种内群体间差异显著, 主要变异存在于种间及种内群体间; 出苗率、2011年11月和2012年10月的封顶率、二年生苗在2012年10月的保存率等指标的种间方差分量较大, 种内变异较小, 是体现种间苗期适应性和生长发育状况的重要指标。油松在大部分适应性指标和3个生长发育指标上均表现最好, 总体适合度高于云南松和高山松; 云南松在封顶率和保存率上都居于最低值, 大部分一年生苗木到11月底仍未出现封顶现象且黄苗比例最高, 二年生苗的存活率为0, 表明云南松在油松生境下适合度最低; 高山松除了在紫苗比例上表现出超亲优势外, 大部分性状居于亲本种之间。此外, 位于青藏高原东北部的高山松祖先种群在适应性上表现较好, 具有在油松生境下发展的潜力; 而位于青藏高原西部的高山松种群及东南部的康定种群对油松生境的适应性较差。研究揭示出生态选择在高山松的同倍性杂交物种形成中起到了关键作用。

在未灌溉的土地上, 疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia)通常不能进行有性繁殖, 克隆繁殖是其种群维持和延续的唯一方式。因此, 克隆性及其相关克隆性状(如水分整合)在疏叶骆驼刺自然种群的维持过程中可能扮演了极其重要的角色。该文通过疏叶骆驼刺母株和子株之间的间隔子切断和给母株补充水分的方法, 研究了母株和子株在各处理下的水势、叶形态和植株生长变化情况。结果表明: (1)间隔子切断后, 疏叶骆驼刺母株和子株正午水势均明显增大(p < 0.01), 说明间隔子切断使得母株和子株水分亏缺值都增大。(2)给母株补水后, 间隔子切断组和间隔子相连组中的母株水势均有明显增加, 同时间隔子相连组的子株水势明显增加(p < 0.01), 而间隔子切断组子株水势没有明显变化(p > 0.05)。(3)间隔子切断组的子株叶片含水率明显低于间隔子相连组子株, 而其株高、冠幅、分枝数和基径的增长量都明显小于间隔子相连组的子株(p < 0.01)。疏叶骆驼刺母株和子株间存在水分整合, 母株会通过根系向子株传输水分。研究成果对塔克拉玛干沙漠南缘的植被恢复以及水资源的合理利用有着重要的意义。

以种子发芽率和发芽势为种子萌发参数, 以胚根、胚芽长度和鲜重变化为幼苗生长参数, 研究了栗(Castanea mollissima)叶水提取物对双子叶植物莴苣(Lactuca sativa)、萝卜(Raphanus sativus)、黄瓜(Cucumis sativus), 和单子叶植物洋葱(Allium cepa)、水稻(Oryza sativa)、小麦(Triticum aestivum)的化感作用; 比较了美国板栗(Castanea dentata)与栗叶水提取物及经X-5大孔树脂分离获得的11个洗脱组分间的化感作用强弱; 利用液相色谱-质谱联用技术结合标准物质的反证实验, 解析了美国板栗与栗化感作用最强分离组分的物质结构。研究结果表明, 栗叶化感效应强于美国板栗; 美国板栗与栗化感作用最强分离组分中(5:5洗脱组分)存在绿原酸、对羟基苯甲酸、原儿茶酸和没食子酸等物质。在利用栗基因恢复美国板栗种群时, 有必要考虑美国板栗与栗植物化学生态特性的差异。