利用LI-8100土壤呼吸测定系统, 在室内控制温度条件下测定了长白山高山苔原季节性雪斑大白花地榆(Sanguisorba sitchensis (=S. stipulata))群落土壤呼吸对温度的响应过程, 并根据野外连续测定的全年温度, 估算了雪斑群落土壤呼吸的季节变化, 同时模拟气温升高对土壤呼吸的影响。雪斑土壤温度全年大部分时间维持在0 ℃以上, 极端温度变动幅度不超过20 ℃。模拟计算了10 cm深土壤的呼吸强度, 海拔2 036 m处为307.1 g C·m^-2·a^-1, 海拔2 260 m处的呼吸量为270.9 g C·m^-2·a^-1。由于积雪时间长, 冬季呼吸占很大比例, 而且随着海拔的升高比例加大。从海拔2 036 m到2 260 m, 积雪期土壤呼吸分别占全年的42.5% (125.4 g C·m^-2·a^-1)和49.7% (128.7 g C·m^-2·a^-1)。模拟气温升高1 ℃并假设积雪时间减少20天, 冬天的呼吸量减少8%左右, 但全年总呼吸量增加8%左右。升温后, 平均增加的呼吸量为0.25 g C·kg^-1·a^-1 (或22.65 g C·m^-2·a^-1), 冬季呼吸量减少0.118 g C·kg^-1·season^-1 (或10.81 g C·m^-2·season^-1)。

在野外自然条件下采用开顶式生长室模拟增温的方法, 研究了增温对川西北高寒草地3种主要植物(单子叶草本植物垂穗披碱草(Elymus nutans)和双子叶草本植物尼泊尔酸模(Rumex acetosa)和鹅绒委陵菜(Potentilla anserina))的生长及物质分配的影响。研究结果表明, 增温对3种植物的生长产生了显著影响, 垂穗披碱草和尼泊尔酸模的比叶面积和生物量积累在增温后显著增加, 而鹅绒委陵菜在增温后显著减少。在各组分中, 增温处理使尼泊尔酸模的叶生物量显著增加, 根生物量却显著下降, 而鹅绒委陵菜叶和茎的生物量在增温后显著减少, 根生物量却显著增加。增温对尼泊尔酸模各组分的养分含量产生了显著影响, 其中, 根部碳含量在增温后显著增加, 而氮含量在增温后显著减少。增温对尼泊尔酸模和鹅绒委陵菜的生物量在各组分中的分配产生了显著影响, 增温显著增加了尼泊尔酸模的叶重比(LMR)、根重比(RMR)和地下生物量/地上生物量(R/S), 而茎重比(SMR)在增温后却显著降低; 增温显著增加了鹅绒委陵菜的RMR和R/S, 而SMR和LMR在增温后却显著降低。增温对尼泊尔酸模和鹅绒委陵菜各组分中的碳、氮分配产生了显著影响, 增温显著增加了碳、氮在尼泊尔酸模叶片的分配比例, 并且使尼泊尔酸模根部的碳分配比例也显著增加, 而茎部的碳、氮分配比例却显著减少; 增温显著减少了碳在鹅绒委陵菜叶片的分配比例, 而根部的碳、氮分配比例却显著增加。

土壤养分影响植物生长, 进而影响凋落物质量和产量; 凋落物质量和产量影响凋落物分解过程。基于一个生长实验和一个相同环境分解实验, 研究了冬小麦(Triticum aestivum)生境中养分可利用性对凋落物碳(C)和氮(N)释放的影响。结果显示: (1)冬小麦凋落物产量、叶/根C:N比、C释放量和N释放量随土壤养分梯度呈单调变化; (2)土壤养分影响叶凋落物丢失率而不影响根凋落物丢失率; (3)初始叶/根C:N比与其C、N释放量之间存在负相关关系; (4)分解过程降低叶C:N比和根C:N比。结果表明: 生境中土壤养分的提高可加速凋落物C、N归还, 这反过来可能促进冬小麦生长, 因此这种效应是正反馈; 初始C:N比可预测凋落物C、N释放量。

在九龙山国家级自然保护区内, 针对濒危植物南方铁杉(Tsuga chinensis var. tchekiangensis)的分布特点, 设置了40个具有代表性的样地。采用群落分类的双向指示种分析法(TWINSPAN)进行群落类型的划分, 并在此基础上, 研究了不同群落类型下南方铁杉植株和土壤中金属元素的含量差异及其与土壤养分因子的关系。结果表明: 1) TWINSPAN分类将九龙山南方铁杉群落分为5种类型, 代表5种不同生境和物种组成的群落类型。2)不同群落类型下南方铁杉植株和土壤中的金属元素存在一定的差异, 在群落类型II和V中, 植株金属元素总量相对较高, 且K、Ca、Fe、Mg、Ba和Cr 6种元素含量也较高, 大部分土壤金属元素以群落类型II为最高。3)不同金属元素在南方铁杉植株和土壤中的含量具有很大差异, 植株中Ca、K、Mg、Fe和Mn含量较高, 土壤中Al和Fe的含量较高。4)南方铁杉不同器官金属元素的含量存在一定的差异, 各元素在不同器官中的排列顺序和变异程度不一致。5)富集系数和相关性分析表明, 南方铁杉对Mg和Zn的吸收具有相似性, 对Fe和Al的吸收也相似。6) 南方铁杉植株的大多数金属元素与土壤金属元素没有相关性, 究其原因可能是植株元素虽主要来源于土壤, 但受植物种类和生长发育状况、林地土壤类型、肥力及pH等因素的影响。

选择青海省同德县南部河北林场的一个连续坡面, 根据不同海拔和坡向设置4个采样点, 采集祁连圆柏(Sabina przewalskii)树轮数据, 分析不同海拔和坡向对树木生长的影响。结果表明: 坡面上部3个采样点的树轮年表特征值均呈一定的变化规律——平均敏感值(MS)和标准差(SD)随海拔升高而增大, 一阶自相关(AC)随海拔升高而递减, 下限年表特征值均表现出与其他3点的不同, 都是最值(MS和SD均最大, AC最小); 年表间相关和主成分分析结果都显示出海拔梯度上的变化规律, 但下限差异显著; 树轮指数与当年6-8月平均气温的相关系数呈增强趋势, 森林上限受当年7、8月平均气温影响较大, 下限树轮指数不仅与当年6月和前一年11月的气温显著负相关, 而且受前一年8月和当年5月的月降水量影响显著。与通常情况“下限树木生长受降水制约”比较, 这里的温度作用增强而降水限制减弱。显然, 坡向扭转是海拔梯度上影响祁连圆柏生长变化的重要因子。

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要组成部分。随着全球气候变暖趋势逐渐明显, 土壤呼吸的时空变异及其对温度变化的响应已成为生态学研究的重要内容之一。利用LI-8100自动土壤CO₂通量测量系统, 连续两年生长季测定了准噶尔盆地新垦绿洲杨树(Populus sp.)、榆树(Ulmus pumila)人工防护林地土壤呼吸的时间动态, 并分析了土壤水热因子及光合作用对土壤呼吸的影响。研究结果表明: 两种林分土壤呼吸日变化波动呈现一定的不规则性; 季节变化表现为明显的单峰格局。杨树林地土壤呼吸速率显著高于榆树林地, 生长季平均土壤呼吸速率分别为3.71和1.82 μmol CO₂·m^-2·s^-1。两种林分土壤呼吸的季节变化与气温、不同深度层次土壤温度间均呈显著的指数相关, 而与土壤含水量之间相关不显著。50和35 cm土壤温度可以分别解释两种林分土壤呼吸时间变化的78.5%和64.4%, 与土壤温度和含水量的共同解释率接近。林分间土壤呼吸速率差异受到林木生长状况、光合作用及土壤盐分等的影响。研究结果初步阐明了准噶尔盆地干旱区典型绿洲防护林植被土壤呼吸的季节动态特征及主要影响因子, 为进一步揭示该区域林地土壤碳循环特点提供了一定的理论基础。

夜间液流有助于树木物质运输及其体内水分的补充(water recharge), 它不仅对植物的生长发育具有重要的生理生态学意义, 而且对大尺度植物蒸腾耗水的估算可能产生重要影响。2008年6月1日至8月31日, 以热扩散探针(thermal dissipation probe, TDP)技术对大连市劳动公园内的雪松(Cedrus deodara)、大叶榉(Zelkova schneideriana)、丝棉木(Euonymus bungeanus)和水杉(Metasequoia glyptostroboides) 4种乔木树种的不同径阶样木树干边材液流进行了测定, 并结合同步土壤水分与小气候观测结果分析了树木夜间(18:00至次日5:00)液流特征。实验结果表明, 树木普遍存在可感夜间液流, 夜间液流总量占观测期液流总量的比例在样木个体间呈现显著差异, 其变化范围为0.44%-75.96%; 观测期雨天夜间液流波动活跃, 显著高于晴天, 其单日夜间液流总量可持平, 甚至高于日间液流。相关分析表明: 水汽压亏缺(vapor pressure deficit, VPD)和风速的变化与夜间蒸腾显著相关, 它们能够较好地解释液流变化(R² > 0.6); 树木夜间液流主要用于夜间蒸腾和自身水分补充, 夜间液流现象主要发生在前半夜, 后半夜液流平稳且极接近0, 夜间液流量与相应的日间流量(R² = 0.356, p = 0.00)及胸径(R²_Spearman > 0.80)显著相关, 说明植物本身的结构和生理特点也是影响树木夜间液流的重要因子。单株样木夜间液流占全天总蒸腾量的比例低于14.4%, 如不考虑夜间液流的影响, 根据日间液流通过尺度扩展推算的森林生态系统年蒸腾量可能偏低。

选择具有典型连作障碍效应的药用植物地黄(Rehmannia glutinosa)为试验材料, 以正茬地黄为对照, 研究连作条件下地黄植株的生理生态特性变化。结果表明, 该试验条件下地黄的连作障碍效应起始于苗期, 在栽种后60天时, 连作引起植株细胞膜质过氧化作用, 使膜的正常结构和功能受到损伤; 重茬地黄的光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)和胞间CO₂浓度(C_i)显著低于对照, 而气孔限制值(L_S) 33.97%, 显著高于对照, 同期重茬地黄叶绿素含量(Chl)也开始显著低于对照。相关分析表明, P_n与G_s、Chl含量相关(相关系数分别为0.977和0.814)。对植株叶片叶肉细胞的电镜观察显示, 连作条件下地黄光合细胞结构在其生长中期开始发生变化。因此, 在地黄生长早期由于(连作)环境胁迫植株叶片细胞内活性氧、自由基积累所带来的膜结构损伤, 导致了叶绿素含量的降低, 而气孔关闭以及叶绿素含量的降低共同造成连作地黄早期光合能力降低, 生长受阻, 从而表现出明显的障碍效应。

以抗旱性强的‘石家庄8号’和抗旱性弱的‘偃麦20’冬小麦(Triticum aestivum)为材料, 在田间遮雨棚条件下, 研究返青-拔节期、拔节-开花期和灌浆后期3个生育期不同干旱程度对冬小麦产量、氮素吸收、分配和利用的影响。结果表明, 在干旱条件下, 抗旱性强的‘石家庄8号’产量高于抗旱性弱的‘偃麦20’, 并且其3个生育时期轻度干旱均可提高产量。拔节-开花期干旱对两个冬小麦品种氮素的吸收和运转影响均最大, 其次为返青-拔节期, 而灌浆后期影响较小。不同生育期中度和重度干旱均降低了花前贮藏氮素向籽粒中的转移, 并且氮肥利用效率和生产率也较低, 而在返青-拔节和灌浆后期轻度干旱有利于营养器官的氮素向籽粒中转移, 提高了氮肥利用效率和生产率。在干旱条件下, 抗旱性强的‘石家庄8号’籽粒氮素积累对花前贮藏氮素再运转的依赖程度高, 而‘偃麦20’对花后氮素的积累和转移依赖较高。综合产量和氮素的转移特点, 在生产实践中, 返青-拔节期和灌浆后期要注意对小麦进行适度的干旱处理, 在拔节-开花期要保证冬小麦的充分灌溉, 从而有利于氮素的积累和分配。

以不同盐分强度处理欧美107杨(Populus × euramericana ‘Neva’) (Wt)和转拟南芥液泡膜Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因AtNHX1欧美107杨新品系(Tr)幼苗, 揭示Tr和Wt两品系幼苗耐盐性的差异, 探索拟南芥液泡膜Na⁺/H⁺逆向转运蛋白基因AtNHX1对提高杨树耐盐能力的效应。结果表明: 低盐处理下, Wt植株生长明显受到抑制, 其干重显著低于对照, 盐分强度加大后, 抑制作用更大, 其干重只有对照的50%; 而Tr植株在低盐处理下干重与对照差异不显著, 高盐处理时其干重为对照的74%。同时, 不同盐度处理下, Tr的干重均显著高于Wt, 且随着盐度升高, 两品系间植株干重差异增大。盐处理后, Tr植株叶片叶绿素和类胡萝卜素的含量均显著高于Wt, 并能维持较高的净光合速率(P_n)和PSII最大光化学效率(F_v/F_m); 在盐处理下虽然Tr叶片和根系均较Wt积累了更多的Na⁺, 但同时也维持了更高的K⁺和K⁺/Na⁺比率, 而且叶片对K⁺选择性的运输明显高于Wt; 同时, Tr叶片MDA含量和电解质渗漏率显著低于Wt。可见, 在盐处理下转AtNHX1植株较未转基因植株维持了更高的生长量、光合色素、光合能力和叶片质膜稳定性, 说明AtNHX1的转入能够显著提高欧美107杨的耐盐性。

雷击火的发生与气象因子之间存在着密切的关系。该文选用符合大兴安岭地区林火发生数据结构的负二项(negative binomial, NB)和零膨胀负二项(zero-inflated negative binomial, ZINB)两种模型对大兴安岭林区1980-2005年间雷击火的发生与气象因素间的关系进行建模分析, 并与以往研究中所使用的最小二乘(OLS)回归方法相对比。使用SAS和R-Project统计软件进行模型拟合运算, 计算得出模型各参数。结果表明, NB和ZINB模型对数据拟合较好, 模型内各气象因子显著性水平较高, 对雷击火发生次数均具有较好的预测能力。运用AIC和Vuong等检验方法, 进一步比较了NB和ZINB模型对数据的拟合水平以及模型预测水平, 结果表明ZINB模型无论在数据拟合还是模型预测上都要优于NB模型。提出了大兴安岭地区林火发生与气象因子关系的最优模型。

种子异型性是指同一植株产生不同形状或行为种子的现象。根据异型种子在植株上的生长位置, 种子异型性可划分为地上下结实性和地上种子异型性两类。此现象已在26科129属292种被子植物中报道。异型性种子植物主要分布于干旱半干旱区、荒漠和盐渍土地区等干扰强烈的环境, 在菊科和藜科中最为常见, 主要出现在一年生植物中。种子异型性在避免密集负效应、减弱同胞子代间的竞争、采取两头下注策略以适应时空异质性环境等方面具有重要的进化生态意义。该文系统总结了国内外种子异型性的研究工作, 主要内容包括: 1)种子异型性的概念、类型和种类, 2)具有异型种子植物的生境和生活型, 3)异型种子的生态学特性, 4)种子异型性的理论模型, 5)种子异型性的生态意义。在综述文献的基础上, 对今后的研究进行了展望。针对国内外的研究现状, 提出两点建议: 1)系统调查具有种子异型性现象的植物种类, 摸清其生物学特性; 2)确定研究种子异型性现象的模式植物, 从生态学、生理学和分子生物学等学科角度来研究种子异型性的个体发育机制及分子调控机理。

飞机草(Chromolaena odorata)是世界公认的多年生入侵性杂草, 原产于中、南美洲, 现已扩散至非洲、亚洲、大洋洲和西太平洋群岛的大部分热带及亚热带地区, 严重威胁着入侵地本地植物的生长、生物多样性和生态安全。由于其蔓延速度快, 及其对农、林、牧业等的巨大危害, 引起了社会各界的广泛关注。揭示飞机草的入侵机制, 对于遏制其扩散速度, 最终消除或降低其危害, 恢复生态系统平衡, 具有十分重要的现实意义和科学价值。该文介绍了飞机草的生物学特性、地理分布、入侵后果及防治措施等。鉴于目前对飞机草的入侵路线和入侵机制还没有全面系统的认识, 该文重点介绍了其在世界范围内的传播路线及其成功入侵机制, 旨在为飞机草的防治工作提供科学依据。最后提出有关飞机草生理生态学和分子生物学方面的一些展望, 并强调对其适应性进化遗传基础的研究可能为探讨其成功的入侵机制带来新突破。

土壤呼吸是当前区域碳收支及全球变化研究中的一个热点问题。降雨作为一个重要的扰动因子, 对准确估算土壤呼吸具有重要影响, 这在干旱和半干旱地区尤为明显。尽管关于土壤呼吸对降雨响应过程与规律的研究已取得了较大进展, 但是对于其机制的解释仍然存在较大的争议, 集中体现在对“Birch效应” (降雨强烈激发土壤呼吸的现象)的解释上, 即到底是“底物供应改变机制”还是“微生物胁迫机制”在调控该过程。该文综述了土壤呼吸对降雨事件、降雨量及降雨格局的响应过程与规律; 阐述了土壤呼吸各组分对降雨响应的差异, 分析了雨后物理替代与阻滞、底物供应、根系和微生物活性、微生物群落结构与功能等一系列过程引起土壤呼吸改变的机制; 重点阐述了微生物对土壤水分波动的响应与适应机制。在此基础上提出了今后需重点关注的4个方面：1) “底物供应改变机制”与“微生物胁迫机制”的区分; 2)土壤呼吸各组分对降雨响应的差异; 3)不同时空尺度上土壤呼吸对降雨响应的模拟与估算; 4)降雨带来的外援N和H⁺的作用。

在贵州茂兰喀斯特森林国家自然保护区内, 选取2种立地条件上(岩石和土壤分别占优势)的5个植被恢复阶段(草本群落、灌草群落、灌木群落、次顶极常绿落叶阔叶林和顶极常绿落叶阔叶林)共10个样地, 利用平均标准木机械布点法对根系进行采集, 分析了其生物量总量、不同根系径级的分配格局和地下空间的分布规律。结果表明: 1)喀斯特植物群落的正向植被恢复进程极显著地增加了地下生物量(p < 0.001), 从草本群落的2.63 Mg·hm^-2增加到顶极森林群落的58.15 Mg·hm^-2; 同一恢复阶段的石生和土壤立地上根系生物量的差异不显著(p > 0.05), 在顶极和次顶极常绿落叶阔叶林阶段, 石生立地的根系生物量高于土壤立地, 而灌木、灌草和草本群落阶段则相反。2)同一恢复阶段的石生立地的粗根生物量均高于土壤立地, 但差异不显著(p > 0.05), 而细根和小根生物量则从石生到土壤立地显著增加(p < 0.05); 随着喀斯特植被的恢复, 石生和土壤立地上粗根占总根系生物量的比例均逐渐增加。3)石生立地根系的分布以水平扩散和穿梭为主, 无垂直层次分布; 而土壤立地各恢复阶段的根系生物量主要集中在地面到地下10 cm的垂直空间内; 在不同的土层深度, 粗根占所有根径级生物量的80%, 且随土层加深, 其比例降低。该研究不仅填补了喀斯特植被根系生物量观测的空白, 为估算我国西南喀斯特地区植被的总生物量和生产力提供了本底数据, 也为进一步研究喀斯特森林稳定性维持机制和喀斯特石漠化防治与植被适应性修复奠定了基础。