氧化亚氮(N₂O)是具有强增温效应的温室气体, 也是破坏大气臭氧层的主要物质, 对气候变化有强烈的反馈作用。植物是陆地生态系统中除土壤外另一重要的N₂O排放源, 近年来受到广泛关注。该文基于国内外现有研究成果, 综述了陆地植物排放N₂O相关研究方法、机制及影响因素。现有研究主要通过原位和离体采集两种方法测定植物N₂O排放量变化。陆地植物排放N₂O有如下潜在机制: 1)植物体在氮代谢过程中产生N₂O; 2)植物体内或体表微生物活动产生N₂O; 3)植物作为土壤N₂O通道, 在气体交换过程中充当媒介作用。植物排放N₂O与自身因素和外界因素有关, 自身因素包括植物物种、同一植物的不同器官和不同发育时期等; 外界因素包括光照、温度、水分、养分和微生物等。但当前仍缺少关于其具体机制的深入剖析。因此, 结合宏基因组技术测定不同土壤环境条件下的植物微生物基因组, 分析其微生物群落结构, 阐释植物排放N₂O在不同生境间差异的微生物机理; 结合宏转录组技术测定植物组织中的总RNA, 分析N₂O排放相关基因在不同环境条件下的表达变化; 并利用同位素标记技术追踪植物体氮代谢过程, 进一步揭示植物N₂O通量变化的机理, 这对补充和完善全球气候变化“Ecosys”等N₂O预测模型有重要意义, 并为温室气体减排措施的制定提供理论参考。

海平面上升引起的淹水高度增加将改变潮汐湿地的碳循环过程。然而, 目前的研究主要集中在淹水高度增加对土壤总碳库的影响上, 对于其如何影响碳收支的平衡尚未厘清。基于此, 该研究在闽江河口潮汐湿地搭建“沼泽管”实验平台, 并设置CK (对照)、CK + 20 cm、CK + 40 cm 3种淹水处理, 模拟当前、未来50年和100年的海平面上升情景。通过测定淹水高度增加对短叶茳芏(Cyperus malaccensis)沼泽湿地净生态系统CO₂交换量(NEE)、总初级生产力(GPP)、生态系统呼吸(ER)、植物生物量、植物光合特性指标和土壤理化指标的影响, 从而明晰海平面上升对潮汐湿地碳收支平衡的影响。研究结果表明: 淹水高度增加导致短叶茳芏地上生物量减少, 地下生物量增加。与CK相比, CK + 20 cm和CK + 40 cm处理中, GPP分别降低27%和32%, ER分别增加20%和58%。GPP的减少与淹水高度增加后地上生物量的减少和植物光合特性指标(净光合速率、气孔导度、胞间CO₂浓度)的下降有关; 而ER的增加与淹水高度增加后土壤氧化还原电位和可溶性有机碳含量的增加相关。在CK、CK + 20 cm、CK + 40 cm 3种淹水处理下, NEE分别为-539.8、-102.7和185.6 g C·m^-2·a^-1。上述结果表明, 海平面上升情景下短叶茳芏沼泽湿地碳收支平衡被破坏。淹水高度增加20 cm, NEE增加, 表明短叶茳芏沼泽湿地碳吸收能力减弱; 淹水高度增加40 cm, NEE由负值转变为正值, 表明短叶茳芏沼泽湿地生态系统由碳吸收转变为碳排放。该研究为预测和应对未来海平面上升对潮汐湿地碳循环的影响提供了科学依据。

在全球碳循环和气候变化研究中, 准确地监测陆地生态系统的总初级生产力(GPP)至关重要。日光诱导叶绿素荧光(SIF)与GPP之间的近线性关系提供了一个从地面样点尺度到全球尺度估算植被碳吸收的新途径。然而, 在不同时间尺度下, SIF的辐射、结构和生理信息对GPP估算的贡献比例仍不明晰。该研究使用位于河南商丘的野外定点的冠层光谱和涡度协方差通量观测数据, 对小麦(Triticum aestivum)和玉米(Zea mays)这两种典型的C₃和C₄作物进行研究。通过对比基于近红外植被反射率指数(NIRv)和荧光校正植被指数(FCVI)拆分SIF的辐射、结构和生理组分的方法, 改进留一法量化了这些组分对GPP估算的贡献, 并分析了作物类型和时间分辨率对SIF与GPP关系的影响。研究表明, 作物类型差异及时间分辨率的降低显著影响SIF与GPP之间的关系; 在较短的时间尺度如0.5 h和1 d内, 辐射组分是SIF与GPP关系的主要驱动力。然而, 随着时间尺度延长到一周或更长, 结构和生理组分的影响逐渐显著; 基于NIRv和FCVI的方法在拆分SIF的辐射、结构和生理组分时表现出高度的一致性。通过深入理解并精确量化SIF与GPP的关系, 该研究有助于优化全球植被监测及碳循环研究中的遥感技术和模型。

研究叶片和细根功能性状的协调性及差异, 有助于从植物整体的角度更好地认识植物的生态策略。为此, 该研究通过对福建省万木林自然保护区天然常绿阔叶林内20种木本植物(10种乔木、10种灌木)的叶片与根性状进行测定与分析, 探讨亚热带天然常绿阔叶林乔木与林下灌木树种根叶功能性状协调性及生存策略的差异。研究发现, 叶片与1级根相似性状间, 仅叶氮浓度和根氮浓度间存在较强的相关性, 且不受系统发育影响。群落内叶性状存在一个叶经济轴和叶组织密度-叶厚度变异轴, 1级根性状存在一个合作轴(由负相关的根直径-比根长表示)和根经济轴(由负相关的根氮浓度-根组织密度表示)。根叶经济轴之间无显著相关性。乔木和灌木间仅在根系合作轴上存在显著差异, 乔木具有较大的根直径, 而灌木具有较高的比根长。除此之外, 灌木的比叶面积显著大于乔木。研究结果表明, 亚热带天然常绿阔叶林群落内叶性状与根性状呈现复杂的整合关系, 乔木和灌木间采取不同的地上和地下策略来适应群落内的生境异质性。该研究结果扩充了对局部尺度上根叶性状间协调性的认识, 有助于深入理解群落内的生态过程和物种共存机制。

植物根系分泌物在植物-土壤-微生物互馈过程中发挥重要作用, 然而对长期围封后青藏高原高寒草原植物根系分泌物碳、氮、磷分泌速率和化学计量特征及其与环境因子之间的关系仍知之甚少。该研究以青海湖流域紫花针茅(Stipa purpurea)高寒草原为研究对象, 基于放牧和长期围封处理的野外实验样地, 在植物群落水平和物种水平进行根系碳、氮、磷分泌速率及其化学计量特征研究, 并进一步解析根系分泌物特征与植物群落特征和土壤因子的关系。主要结果: (1)长期围封显著降低了高寒草原群落水平根系碳、氮分泌速率以及分泌物碳磷比和氮磷比, 对磷分泌速率和分泌物碳氮比无显著影响; (2)整体上, 长期围封对高寒草原植物根系碳、氮、磷分泌速率具有显著的负效应, 同时, 除了分泌物氮磷比以外, 长期围封对分泌物碳氮比和碳磷比也表现出显著的处理效应, 特别是赖草(Leymus secalinus)的分泌物碳氮比和碳磷比在长期围封后显著下降; (3)高寒草原杂类草物种的根系分泌物能力整体上表现出高于禾草和莎草的模式, 其中阿尔泰狗娃花(Aster altaicus)根系碳、氮、磷分泌速率远高于其他物种; (4)高寒草原群落水平根系碳、氮分泌速率和分泌物氮磷比与植物群落多样性、群落组成以及土壤含水量和氮含量显著相关。进一步分析表明了高寒草原群落水平根系碳、氮、磷分泌速率的主导因子不同, 根系碳分泌速率受土壤因子影响最大, 根系氮、磷分泌速率受植物群落组成影响最大。总的来看, 长期围封对于高寒草原根系分泌速率及其化学计量特征具有显著影响, 该结果对于进一步认识草地围封管理后的其他生态系统功能变化具有重要意义。

百山祖冷杉(Abies beshanzuensis)是国家一级重点保护野生植物, 目前仅存3株母树, 分布于浙江省庆元县百山祖西南坡海拔1 750 m左右的常绿落叶阔叶混交林中。为深入了解不同海拔高度下环境因子变化对百山祖冷杉幼苗生长的影响, 在庆元县山区设置11个不同海拔高度(500-1 500 m)实验点, 对移植的百山祖冷杉幼苗进行生长监测, 并结合土壤和空气温湿度、土壤微生物和土壤理化性质等环境因子的变化, 探究百山祖冷杉幼苗生长对海拔高度变化的响应机制。研究结果表明: (1) 海拔过低(500 m)导致百山祖冷杉幼苗存活率下降50%。幼苗的高度、冠宽、基径和其对应的增长率随海拔的升高先上升后下降, 在海拔700-1 100 m区域生长最佳。(2)真菌Simpson多样性指数增加对幼苗基径增长率有显著正向作用。(3)幼苗生长与空气和土壤温度存在显著的正相关关系, 而与空气和土壤湿度存在显著的负相关关系。土壤和空气温度在11-19 ℃范围内升高以及土壤和空气湿度在10%-25%范围降低能够促进幼苗生长。(4)土壤营养元素如铵态氮含量和碳氮比对幼苗高度、基径和冠宽的增长率具有显著正向作用。总之, 海拔、真菌多样性、土壤和空气温湿度以及土壤营养元素是影响百山祖冷杉幼苗生长的关键环境因子, 今后进行迁地保护时可重点考虑。