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    2021年, 第4期
    刊出日期:2021-04-20
    黄河三角洲盐沼湿地盐地碱蓬群落(韩广轩摄)。韩广轩等综述了氮输入对植物光合固碳、植物-土壤系统碳分配、土壤有机碳分解、土壤可溶性有机碳释放、盐沼湿地土壤碳库5个方面的影响,探讨了氮输入对滨海盐沼湿地碳循环关键过程的影响及机制 (本期321–333页)。

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    综述
    氮输入对滨海盐沼湿地碳循环关键过程的影响及机制
    韩广轩, 李隽永, 屈文笛
    植物生态学报. 2021, 45(4):  321-333.  doi:10.17521/cjpe.2020.0353
    摘要 ( 384 )   全文 ( 11 )   PDF (1423KB) ( 35 )   知识图谱   收藏
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    滨海盐沼湿地是缓解全球变暖的有效蓝色碳汇, 但是近岸海域富营养化导致的大量氮输入对盐沼湿地稳定性和碳汇功能构成严重威胁。潮汐作用下大量氮输入对盐沼湿地植物光合碳输入、植物-土壤碳分配和土壤碳输出等碳循环关键过程产生深刻影响, 进而影响盐沼湿地碳汇功能评估的准确性。该文从植物光合固碳、植物-土壤系统碳分配、土壤有机碳分解、土壤可溶性有机碳释放、盐沼湿地土壤碳库5个方面综述了氮输入对盐沼湿地碳循环关键过程的影响。在此基础上, 针对当前研究的不足, 提出今后的研究中, 需要进一步探究氮输入对盐沼湿地植物光合固碳及碳分配过程的影响、盐沼湿地土壤有机碳分解的微生物机制、盐沼湿地土壤可溶性有机碳产生和横向流动的影响、以及氮类型对盐沼湿地土壤碳库的影响。以期为揭示氮输入对盐沼湿地碳汇形成过程与机制提供基础资料和理论依据, 为评估未来近岸海域水体富营养化影响下滨海盐沼湿地碳库的潜在变化提供新思路。

    研究论文
    早春和夏季氮磷添加对内蒙古典型草原退化群落碳交换的影响
    吕亚香, 戚智彦, 刘伟, 孙佳美, 潘庆民
    植物生态学报. 2021, 45(4):  334-344.  doi:10.17521/cjpe.2020.0277
    摘要 ( 247 )   全文 ( 4 )   PDF (1927KB) ( 27 )   知识图谱   收藏
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    过度放牧导致的养分“入不敷出”是我国天然草地大面积退化的主要原因之一, 而草地退化又显著影响了草原生态系统的固碳功能。能否通过补充土壤养分来恢复退化草地的固碳功能, 迄今相关研究较少。净生态系统碳交换(NEE)、生态系统呼吸(ER)和生态系统总初级生产力(GEP)是表征生态系统碳循环的重要指标。氮(N)和磷(P)是中国典型草原的主要限制性养分元素, 而草地退化进一步加剧了养分的限制。在退化草地上添加氮磷对碳循环的上述过程(NEEERGEP)有何影响, 以及两种养分之间是否存在互作, 目前尚不清楚。为此, 该研究以内蒙古典型草原的退化草地为研究对象, 选择早春融雪期(4月)和夏季生长期(7月)两个时间节点, 设置不施肥(CK)、N添加(10.5 g·m-2·a-1, CO(NH2)2)、P添加(7 g·m-2·a-1, KH2PO4)和N、P共同添加((10.5 g N + 7 g P)·m-2·a-1) 4个养分处理, 探究早春和夏季氮磷添加对内蒙古典型草原退化群落碳交换的影响及其互作机制。结果表明: 1)在早春和夏季两个时期, 单独添加N或P对生态系统碳交换过程的影响均未达到显著水平, 而氮磷共同添加可显著提高NEEGEP。2)早春(4月份)氮磷共同添加对NEEERGEP的互作机制表现为正协同效应, 而夏季(7月份)氮磷共同添加对NEEERGEP的互作机制表现为加性效应。为了恢复退化的典型草原的固碳功能, 氮磷共同添加比单一元素添加效果好, 且早春添加优于夏季添加。该研究对指导退化草地的恢复具有参考价值。

    基于日光诱导叶绿素荧光的北半球森林物候研究
    周稳, 迟永刚, 周蕾
    植物生态学报. 2021, 45(4):  345-354.  doi:10.17521/cjpe.2020.0376
    摘要 ( 307 )   全文 ( 3 )   PDF (714KB) ( 46 )   知识图谱   收藏
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    植被物候是反映植被生长规律的重要指标, 对气候的反馈具有重要意义。日光诱导叶绿素荧光(SIF)通过复杂的能量耗散机制与光合作用相关联, 提供了从空间直接探测大范围植被物候的可能性。为了探究气候变化背景下SIF反演不同森林类型物候的适用性, 该文以北半球35个全球通量网(FLUXNET)森林站点为研究对象, 利用2007-2014年SIF值和总初级生产力(GPP)通过双逻辑生长模型和动态阈值法来估算3种典型森林类型的物候, 并采用相关性分析等方法评价SIF在估算不同森林类型物候时的差异性。主要结果为: 1) SIF对生长季开始时间(SOS)的估算精度高于生长季结束时间(EOS); 2) SIF能够更准确地估算混交林(MF)的SOS, 但是不能精确追踪落叶阔叶林(DBF)和常绿针叶林(ENF)的SOS; 3)春季季前短波辐射是驱动SOS的主要气候因素。综上, 建议在将来的研究中将SIF数据与其他遥感指数整合, 应用于不同植物类型的物候监测。

    基于稠密Landsat数据的邛崃山大熊猫栖息地植被变化研究
    周明星, 李登秋, 邹建军
    植物生态学报. 2021, 45(4):  355-369.  doi:10.17521/cjpe.2020.0226
    摘要 ( 173 )   全文 ( 6 )   PDF (2816KB) ( 29 )   附录附件    知识图谱   收藏
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    深入理解大熊猫栖息地植被变化过程及其驱动力, 是开展大熊猫栖息地保护和管理的重要基础。该研究利用1986- 2018年所有可用的Landsat TM/ETM/OLI影像构建长时间序列归一化植被指数(NDVI), 采用BFAST (Breaks For Additive Seasonal and Trend)方法实现大熊猫栖息地植被变化历史检测, 从植被累积突变、累积渐变和总变化3个指标揭示植被变化空间分布特征; 运用地理探测模型定量评价不同因子(年降水量、年平均气温、高程、坡度、坡向、与河流距离、土壤类型、土地覆盖类型、与道路的距离、与工程扰动区距离)对3种植被变化空间分布的影响。结果表明: 1)研究区内植被突变面积比例为9.13%, 主要分布于栖息地东部边界附近, 2011和2013年植被突变面积较大; 2)植被累积突变表现为退化面积占植被累积突变面积的40.17%, 植被累积渐变和总变化表明研究区植被呈现改善趋势, 改善面积比例分别占研究区的94.58%和97.02%; 3) 3种植被变化的空间分布主要受年降水量、年平均气温、高程、土壤类型4种因子的影响, 植被累积突变、累积渐变和总变化空间分布的最强解释因子分别为年降水量、高程和土壤类型, 驱动因子之间的交互作用为相互增强、非线性增强关系。

    不同灌溉条件下杨树人工林蒸腾过程及环境响应
    赵文芹, 席本野, 刘金强, 刘洋, 邹松言, 宋午椰, 陈立欣
    植物生态学报. 2021, 45(4):  370-382.  doi:10.17521/cjpe.2020.0343
    摘要 ( 202 )   全文 ( 5 )   PDF (869KB) ( 11 )   知识图谱   收藏
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    研究不同土壤水分阈值灌溉下毛白杨(Populus tomentosa)生长季蒸腾与环境因子的关系, 对于科学制定毛白杨高效水分管理策略至关重要。该研究以毛白杨人工林为研究对象, 设置不同灌溉处理: 充分灌溉(DF, 当滴头正下方20 cm处的土壤水势达到-18 kPa时灌溉)、控水灌溉(DC, 当滴头正下方20 cm处的土壤水势达到-45 kPa时灌溉)和无灌溉(CK, 空白对照)。采用热扩散技术, 对毛白杨生长季树干液流通量进行连续观测, 并同步监测太阳辐射(SR)、空气温度(Ta)、空气湿度(RH)、土壤体积含水率(SWC)和风速(WS)等环境因子。结果显示: 1)不同灌溉处理下毛白杨树干液流通量日变化趋势相似, 呈现单峰型, 并存在显著的夜间液流活动。灌溉处理不会影响树干液流的启动时间, 但会造成树干液流峰值时间出现差异, 充分灌溉会使液流峰值到达时间提前。灌溉会增大毛白杨蒸腾量, 毛白杨的蒸腾量随着土壤水分灌溉阈值的减小而增大。2)毛白杨树干液流密度与SR和空气水汽压亏缺(VPD)存在明显的时滞现象, 树干液流通量变化提前于VPD, 而滞后于SR。不同灌溉处理对时滞现象无显著影响。3) 3个处理下, 蒸腾与VPDSRSWC具有显著正相关关系, 与风速具有显著负相关关系, 且对气象因子的响应程度不同。综上所述, 灌溉能够有效调节人工林水分生理对环境因子的适应过程, 但增加灌溉未必会造成蒸腾相应增加。根据林分蒸腾需水和自然降雨的关系, 生长季前期(该研究为4-7月)进行灌溉有利于毛白杨人工林水分生理活动的进行。

    亚热带6个典型树种吸收细根寿命与形态属性格局
    王奕丹, 李亮, 刘琪璟, 马泽清
    植物生态学报. 2021, 45(4):  383-393.  doi:10.17521/cjpe.2021.0001
    摘要 ( 255 )   全文 ( 4 )   PDF (4770KB) ( 28 )   知识图谱   收藏
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    根周转是地下生态过程的主要驱动力, 根属性指征了物种生态策略, 根寿命与属性是理解生态系统碳氮循环和群落多样性的关键。目前对亚热带常绿阔叶林根周转等生态过程的直接观测资料缺乏。该研究对中亚热带江西樟树试验林场6个树种吸收细根动态进行了2年观测, 获取了2.8万张微根管照片, 分析了吸收细根寿命年际和季节变化特征及其与根形态属性的关系。结果显示: 1)亚热带6个树种间吸收细根寿命变异为4.6倍, 变异系数可达73%。中值寿命排序为: 红豆杉(Taxus wallichiana)(426天) >复羽叶栾树( Koelreuteria bipinnata)(155天) >竹柏( Nageia nagi)(145天) >樟( Cinnamomum camphora)(126天) >东京樱花( Cerasus yedoensis)(93天) >深山含笑( Michelia maudiae)(92天); 2)树木吸收细根寿命年际、季节变异较大, 可能是适应伏秋旱、雨热不同期、年际变化大的亚热带季风气候的结果; 3)吸收细根寿命与直径呈显著正相关关系, 与比根长呈显著负相关关系, 表明根的构建成本可以在一定程度上预测寿命。这些结果为预测亚热带地下生态过程、揭示亚热带常绿阔叶林碳氮循环、物种共存机制提供依据。

    中亚热带喀斯特常绿落叶阔叶混交林典型树种的木质部解剖与功能特征分析
    倪鸣源, ARITSARAAmyNyAina, 王永强, 黄冬柳, 项伟, 万春燕, 朱师丹
    植物生态学报. 2021, 45(4):  394-403.  doi:10.17521/cjpe.2020.0367
    摘要 ( 250 )   全文 ( 6 )   PDF (3134KB) ( 49 )   附录附件    知识图谱   收藏
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    树木木质部主要由导管、纤维和薄壁组织组成, 分别具有运输、支撑和贮存的生理功能。由于木质部空间限制, 一种组织比例的增加会导致其他组织比例的降低, 因而可能表现出权衡关系。分析木质部组织比例和权衡关系有助于了解植物的生理生态适应性。该研究选择中亚热带喀斯特常绿落叶阔叶混交林21种典型树种(10种落叶树种, 11种常绿树种), 测定枝条木质部各组织比例, 计算水力相关指标并分析性状之间的相关性。结果表明: (1)与全球木质部解剖数据对比分析, 喀斯特树种木质部趋向具有较高比例的薄壁组织; (2)喀斯特树种导管组织比例与薄壁和纤维组织比例之间没有显著的相关性, 但是薄壁和纤维组织比例之间有显著的权衡关系; (3)常绿和落叶树种的木质部水力运输安全性(导管壁加固系数)和效率性(理论导水率)均具有显著的权衡关系, 但是这两个类群线性回归的截距存在显著差异, 即在相同的理论导水率条件下, 落叶树种比常绿树种具有较高的导管壁加固系数(安全性), 可能与常绿树种具有更多的轴向薄壁组织有关。喀斯特树种木质部解剖特征表明薄壁组织的贮存功能对喀斯特树种(尤其是常绿树种)的干旱适应具有重要作用。

    短期生长环境光强骤增导致典型阴生植物三七光系统受损的机制
    武洪敏, 双升普, 张金燕, 寸竹, 孟珍贵, 李龙根, 沙本才, 陈军文
    植物生态学报. 2021, 45(4):  404-419.  doi:10.17521/cjpe.2021.0013
    摘要 ( 159 )   全文 ( 3 )   PDF (1348KB) ( 10 )   知识图谱   收藏
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    阴生植物突然暴露在强光下造成光损伤的情况时有发生, 但其对高光敏感的潜在机制尚不十分清楚。为阐明阴生植物无法在自然全光照环境下生存的相关机制, 该研究以典型阴生植物三七(Panax notoginseng)为材料, 将遮阴环境下(10%透光率)生长的植株转移到全日光环境下3天, 研究其相对叶绿素含量(SPAD值)、光合参数以及叶绿素荧光参数的变化。结果表明, 全光环境下三七光合日变化呈现“双峰”曲线特征, 且净光合速率在处理期间逐日降低。全日光下三七叶片SPAD值、水分利用率和光能利用率显著降低; 叶片光系统I (PSI)反应中心P700最大荧光信号、光系统II (PSII)电子传递速率、暗适应下PSII最大量子效率和光下PSII最大量子效率显著低于遮阴环境下的植株, 且至傍晚不能完全恢复。而参与调节性能量耗散的量子产量、PSI受体侧限制引起的非光化学量子产量、环式电子流则显著高于遮阴环境下的三七。此外, 生长环境光照强度骤增导致荧光诱导动力学曲线发生明显变化, 并显著升高了PSII供体侧和受体侧的荧光产量。当阴生植物三七突然暴露于全光环境下时, 强烈的光照会导致PSII供体侧的放氧复合体活性受损, 抑制受体侧的电子传递, 过度还原PSI的受体侧进而引发PSI光抑制。该研究结果揭示, 全日光导致的PSII不可逆损伤和PSI光抑制可能是典型阴生植物三七为什么不能在全日照光环境下存活的重要原因。

    植物气孔导度对CO2响应模型的构建
    叶子飘, 于冯, 安婷, 王复标, 康华靖
    植物生态学报. 2021, 45(4):  420-428.  doi:10.17521/cjpe.2020.0326
    摘要 ( 203 )   全文 ( 2 )   PDF (444KB) ( 21 )   知识图谱   收藏
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    构建一个普适性的植物叶片气孔导度(gs)对CO2浓度响应(gs-Ca)的模型, 对定量研究植物叶片gs对CO2浓度的响应变化尤为必要。该研究运用便携式光合仪(LI-6400)测量了大豆(Glycine max)和小麦(Triticum aestivum)光合作用对CO2的响应曲线(An-Ca), 在比较传统的Michaelis-Menten模型(M-M模型)和叶子飘构建的CO2响应模型拟合大豆和小麦An-Ca效果的基础上, 构建了gs-Ca响应新模型。然后用新构建的模型拟合大豆和小麦的gs-Ca曲线, 并将拟合结果与传统模型的拟合结果, 以及与其对应的观测数据进行比较, 以判断所构建模型是否合理。结果显示: 叶子飘构建的An-Ca模型可较好地拟合大豆和小麦的An-Ca曲线, 确定系数(R2)均高达0.999。M-M模型拟合大豆和小麦的An-Ca曲线时的R2虽然也较高, 但在较高CO2浓度时的拟合曲线偏离观测曲线。因此, 基于叶子飘的An-Ca模型构建gs-Ca模型更为可行。新构建的gs-Ca模型可较好地拟合大豆和小麦的gs-Ca曲线, R2分别为0.995和0.994, 而且还可以直接给出最大气孔导度(gs-max)、最小气孔导度(gs-min), 以及与gs-min相对应的CO2浓度值(Cs-min)。拟合得到大豆和小麦的gs-max分别为0.686和0.481 mol·m-2·s-1, 与其对应的观测值(分别为0.666和0.471 mol·m-2·s-1)之间均不存在显著差异; 同样, 拟合得到的大豆和小麦的gs-min分别为0.271和0.297 mol·m-2·s-1, 与其对应的观测值(分别为0.279和0.293 mol·m-2·s-1)之间也均不存在显著差异; 此外, 新构建的gs-Ca模型给出大豆和小麦的Cs-min值分别为741.45和1 112.43 μmol·mol -1, 与其对应的观测值(732.78和1 200.34 μmol·mol -1)也不存在显著差异。由此可见, 该研究新构建的gs-Ca模型可作为定量研究植物叶片气孔导度对CO2浓度变化的有效数学工具。


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