植被净初级生产力(NPP)是陆地生态系统碳库的主要来源, NPP的变化反映了生态系统对气候变化及土地利用变化的响应。在我国广泛地分布着相当于国土面积20%的灌木林, 其NPP在中国陆地生态系统碳平衡过程中发挥着重要作用。该文利用CASA (Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型估算了中国6类主要灌木生态系统2001-2013年的NPP, 并分析了其季节和年际间的变化趋势及其与气候变化之间的关系。结果显示: 中国灌木生态系统的年平均NPP为281.82 g•m^-2•a^-1, 其中亚热带常绿灌木年平均NPP最高为420.47 g•m^-2•a^-1, 而高寒荒漠灌木半灌木年平均NPP最低为52.65 g•m^-2•a^-1。在2001-2013年间, 中国灌木生态系统的NPP以1.23 g•m^-2•a^-1的速度显著增加, 其相对变化速率达到了5.99%, 其中高寒荒漠灌木半灌木、温带荒漠灌木半灌木、温带落叶灌木以及亚热带常绿灌木的NPP都显著增加, 温带落叶灌木的NPP增长最快, 达到3.05 g•m^-2•a^-1, 亚高山常绿灌木则以0.73 g•m^-2•a^-1的速率显著下降, 亚高山落叶灌木则无显著变化趋势。不同灌木生态系统的NPP对不同季节气候变化的响应不同, 但总体上中国灌木生态系统NPP的变化更多受到降水变化的影响, 此外, 春季气温升高也对NPP的增加起到积极的促进作用。

为了深入地理解和认识全球变化背景下草原生态系统土壤氮矿化的变化动态及其对气候变化的响应机制, 以内蒙古典型草原不同围封年限样地(1999年围封和2013年围封)为研究对象, 通过改变降雨量(增加降雨50%和减少降雨50%)和降雨时间频次(连续3年降雨处理; 连续2年降雨处理, 然后自然恢复1年; 降雨1年处理, 然后自然恢复1年), 共设置7个降雨处理, 研究不同降雨强度和时间频次对内蒙古典型草原土壤氮矿化的影响及其调控因子。研究结果表明: 1)随着减雨或增雨时间频次的增加(由1年减雨或增雨至连续3年减雨或增雨处理), 土壤净氮矿化速率和净硝化速率会降低, 且土壤净氮矿化速率和净硝化速率的最大值发生在增雨或减雨1年恢复1年处理中, 表明较高的降雨强度和时间频次对土壤净氮矿化速率和净硝化速率会产生抑制作用, 而适宜的土壤水分和温度条件更有利于土壤氮矿化作用。2)与2013年围封样地相比, 1999年围封样地的土壤净氮矿化速率和净硝化速率、土壤累积氮矿化量和硝化量更高, 表明长期的自然封育有利于养分储存和土壤质量恢复。3)长期的连续性增雨或减雨处理会显著影响土壤含水量和土壤温度(短期的间断性增雨或减雨处理则无显著影响), 但二者对土壤氮矿化的影响在两块样地的表现不同, 如在2013年围封样地, 土壤无机氮和净氮矿化速率主要受土壤水分的影响, 而在1999年围封样地, 土壤无机氮和净氮矿化速率主要受土壤温度的影响, 土壤水分甚至对净氮矿化速率产生了明显的负效应。研究表明, 降雨强度和时间频次对内蒙古典型草原土壤氮矿化具有重要影响, 但影响大小因样地而异, 与土壤质地、群落组成和干扰程度等因素有关。

森林土壤碳库在全球碳循环中发挥着重要的作用。为明确陕西省森林土壤固碳特征及其影响因素, 基于2009年森林清查资料和2011年样地实测数据, 分析了陕西省森林土壤碳储量、碳密度及其分布特征和影响因素。结果表明: 陕西省森林土壤碳储量为579.68 Tg, 以软阔与硬阔类林土壤碳储量占比最大, 占全省森林土壤碳储量的36.35%。天然林的碳储量为467.17 Tg, 是人工林的4.15倍。各龄组中, 幼龄林和中龄林是陕西省森林土壤总碳储量的主要贡献者, 约占总碳储量的57.30%。陕西省森林土壤平均碳密度为90.68 t∙hm^-2, 以桦木林最高, 为141.74 t∙hm^-2。不同龄组森林的土壤碳密度以中龄林最高; 同一龄组中, 天然林的土壤碳密度高于人工林, 说明天然林的碳固存能力高于人工林。陕西省森林土壤碳储量和碳密度的地理空间分布格局不尽相同, 体现了森林覆盖面积对土壤碳储量的影响, 其中, 榆林市的森林土壤碳储量和碳密度均处于陕西省最低水平, 在此地可适当加强人工造林, 科学管理森林能显著提升区域的碳汇能力。陕西省森林土壤碳密度随经纬度和年平均气温的增加逐渐降低, 随海拔高度与年降水量的增加逐渐升高。该研究为我国省域尺度上森林土壤碳库的精确估算提供了一定的数据基础。

季节性雪被是高寒森林冬季土壤呼吸的重要调控因子, 气候变化导致的季节性雪被减少可能对高寒森林冬季土壤呼吸产生显著影响。该研究采用人工去除雪被的方法, 研究雪被去除对川西亚高山云杉(Picea asperata)人工林冬季土壤呼吸的影响。结果表明: 与对照相比, 雪被去除加大了土壤温度波动, 使冬季土壤表层和5 cm平均温度分别降低了1.12和0.34 ℃, 冻融循环次数分别增加了39和12次; 冬季平均土壤呼吸速率和土壤碳排放通量分别为0.52 μmol·m^-2·s^-1和88.44 g·m^-2, 雪被去除使冬季平均土壤呼吸速率和碳排放通量分别降低了21.02%和25.99%, 雪被效应主要发生在雪被初期; 冬季土壤呼吸与土壤温度存在显著的指数关系, 雪被去除显著降低了冬季土壤呼吸温度敏感性。未来气候变化所引发的季节性雪被减少可能会降低川西亚高山森林冬季土壤碳排放, 从而对亚高山森林土壤碳动态产生深远影响。

生物土壤结皮(简称结皮)影响干旱沙区生态系统归一化植被指数(NDVI)。该文基于空间代时间的方法, 利用地物光谱仪采集腾格里沙漠不同始植年代(1956、1964和1973年)固沙植被区发育的5种优势结皮的NDVI数据, 分析了固沙植被演替过程中结皮NDVI的变化特征及其对降水和温度变化的响应规律, 并通过与固沙区主要地物进行比较, 评估了结皮NDVI在该沙区生态系统NDVI中的作用。结果表明: 1)随着固沙植被演替, 结皮NDVI逐渐增加。不同种类结皮NDVI相比较, 土生对齿藓(Didymodon vinealis)结皮>真藓(Bryum argenteum)结皮>混生结皮>地衣结皮>藻结皮。2)结皮NDVI受降水量、气温及二者间的交互作用影响显著, 且具有明显的季节差异。结皮NDVI与降水量及其覆盖土壤浅层含水量均呈显著线性正相关关系, 并且结皮NDVI对水分的敏感性随固沙植被演替而逐渐增加。结皮NDVI总体与日平均气温呈显著线性负相关关系, 而与结皮表面温度呈显著指数负相关关系, 并且结皮NDVI对温度的敏感性随固沙植被演替逐渐增加。结皮NDVI对温度变化的敏感性春季高于夏季, 对水分变化的敏感性夏季高于春季。3)春季降水后, 藓类结皮NDVI显著高于油蒿(Artemisia ordosica)、花棒(Hedysarum scoparium)、柠条(Caragana korshinskii)等灌木及裸沙; 夏季降水后, 结皮NDVI显著低于灌木。若考虑结皮较高的盖度, 春、夏季结皮NDVI对固沙区系统NDVI的贡献率分别为90.01%和82.53%, 均超过灌木(春季9.99%和夏季17.47%), 并且结皮对固沙区系统NDVI的贡献率随着固沙植被演替而逐渐增加, 而灌木的贡献率逐渐降低。该研究证明了在区域尺度上利用结皮NDVI并结合气象资料区分结皮演替阶段的可行性, 并为干旱沙区在区域尺度上地表生态参量遥感估算的误差分析及结皮遥感监测的时相选择提供了数据基础。

植物比叶面积(SLA)与叶片热耗散的关联性分析, 对于探究植物光合产物积累与耗散及其适应特殊生境有重要意义。该研究以秦王川国家湿地公园芦苇(Phragmites australis)种群为研究对象, 根据距离水域的远近分别依次设置3个试验样地: I (离水域25-40 m, 土壤含水量(SM) 28.94%)、II (离水域10-25 m, SM 45.97%)、III (离水域0-10 m, SM 76.81%), 研究了秦王川盐沼湿地芦苇SLA与叶片热耗散的关系。结果表明: 随着土壤含水量的增加, 湿地植被群落的高度和地上生物量呈现逐渐增加的趋势, 土壤电导率和光合有效辐射呈显著减小的趋势; 叶面积、净光合速率和蒸腾速率均呈增加的趋势, 叶厚度呈减少的趋势, SLA呈现先增加后减小的趋势, 叶干质量呈现先减少后增加的趋势; 从样地I到样地III, 调节性能量耗散的量子产额(Y(NPQ))、非光化学淬灭系数呈减少的趋势, 实际光合效率、光化学淬灭系数呈增加的趋势, 非调节性能量耗散的量子产额呈先增加后减少的趋势; 在样地I和III, 芦苇SLA与Y(NPQ)呈极显著负相关关系(p < 0.01), 在样地II, SLA与Y(NPQ)显著负相关(p < 0.05)。随土壤含水量的梯度性变化, 芦苇种群通过调整叶片构建模式从而适时调整SLA的大小以改变叶片热耗散, 实现对植物吸收光能的有效利用, 反映了植物为适应特殊生境通过改变表型调控叶片热耗散实现自我保护的机制。

为探究人参(Panax ginseng)皂苷含量的空间变异性及其影响因子, 该研究以采自黑龙江、吉林、辽宁的28份六年生人参为研究对象, 测定人参中9种单体皂苷含量, 用单因素方差分析方法研究了人参皂苷含量的空间变异性。并用主成分分析、相关性分析和冗余分析法进行人参皂苷含量与气候因子、土壤因子的相关性分析。结果表明: 吉林与辽宁人参的皂苷含量接近, 且其含量高于黑龙江人参; 影响皂苷含量的气候因子主要是降水, 高温、日照时间是皂苷含量的限制因子; 全氮、铁、钾、有机质、pH值、锰、磷、锌对人参化学品质的影响较大。

中国-日本植物区系极高的物种多样性是由多样的地形和气候条件、复杂的地质气候历史和海平面变化共同作用形成的。在揭示物种多样性形成和分化的驱动力时, 谱系地理学是一个有效的手段。以往的谱系地理研究表明谱系地理间断, 即不同基因谱系间的间断普遍存在。由西向东, 7个普遍存在的谱系地理间断位置位于湄公河-怒江分水岭、田中-楷永线、四川盆地、105° E附近、第二三阶梯分界线、华北地区以及东海和朝鲜海峡。这些谱系地理间断的形成可归因于历史因素和生态因素, 往往由地理隔离和环境隔离共同起作用。历史因素是地质事件和气候变化, 主要包括青藏高原隆起, 亚洲季风和内陆干旱的形成与增强, 干旱带的重新增强以及第四纪的气候波动和海平面变化。生态因素是适应性分化, 即不同环境中不同选择压力下形成的分化, 适应性分化可阻碍不同种群间的基因流, 形成谱系地理间断。不过, 同一谱系地理间断并不是在所有植物中共享, 因为不同植物有不同的生物学特性, 主要是扩散能力不同。最后, 该文从分化时间的准确估计、地理隔离和环境隔离的相对贡献率以及比较谱系地理学的应用3个方面对未来谱系地理间断研究的发展趋势进行了展望。

水分是植物存活、生长和分布过程中的必需资源, 阐明植物对干旱的应对和调节机制, 是植物生理生态学和全球变化生态学的重要研究命题。植物对不同气候与土壤水分条件的长期适应会形成由一整套相关联的性状组成的水分调节策略, 其中等水和非等水调节行为是两种典型的水分调节对策。区分并阐明植物的水分调节对策及其机制, 不但在干旱地区植物育种、植被修复等实践中有广泛的应用前景, 而且可为构建更精确的植被动态模型和预测气候变化情景下植被分布提供科学基础。该文首先阐述了等水和非等水调节行为的定义及3种定量分类方法: (1)基于气孔导度与叶水势的关系; (2)基于气孔导度与水汽压亏缺的关系; (3)基于黎明前叶水势与中午叶水势的关系。之后, 从水力和碳经济性状两个方面比较分析了两种水分调节对策植物的种间差异。综合分析植物水分调节机制发现, 水力信号与化学信号的相互作用是植物水分调节行为的主控因素。最后提出3个亟待开展研究的问题: (1)针对不同地区开展植物水分关系相关性状的测定, 寻求可靠且普适的植物水分调节对策分类方法。(2)探索植物水分调节对策与水力、形态、结构、功能等性状之间的关联性, 为改进植被动态模型提供可靠的参数。(3)加深理解不同时空尺度上植物水分调节过程, 揭示植物对环境胁迫(尤其是干旱)的响应和适应机制。