从国内外生态区划、生态土地分类和生态 生产范式的研究和发展入手, 从生态利用的角度出发, 在西北干旱区生态区域分异规律的基础上, 结合当地的社会经济发展特点, 全面完成了西北干旱区的生态区划方案。本着既尊重自然规律又符合可持续发展的生态 生产范式的原则, 在西北干旱区的生态区划过程中, 主要考虑以下几个方面:气候与巨地形系统、地貌与基质、植被与土壤以及土地利用与产业发展方向;区划方法是以经验判别和地理信息系统 (GIS) 相结合进行的, 过去发表的多种尺度的图件和区划方案均作为分区过程的辅助材料和新区划方案的校正材料;根据气候、巨地形系统、地貌、基质、植被、土壤以及土地利用和产业 发展方向等特征, 该生态区划的 3级分区指标如下:一级分区, 主要依据气候和巨地形系统, 并充分考虑该高级分区在生态环境建设和产业结构调整中的作用;二级分区, 主要根据次级地形和地貌系统以及大尺度植被类型;三级分区, 主要依据基质和土壤的差异所造成的局域植被类型的差异, 以及其生态 生产范式和将来的发展方向。根据以上区划的原则和指标体系, 西北干旱区的生态区划采用 3级区划制:生态域 (Ecodomain) 、生态区 (Ecoregion) 、生态小区 (Ecodistrict), 最后将西北干旱区划分为 3个生态域、2 3个生态区和 80个生态小区, 并利用GIS绘制了 1∶10 0万比例尺的西北干旱区生态区划图。西北干旱区生态区划的目的不仅在于发展独特的干旱区生态区划/生态分类的方法和理论体系, 建立生态区划的方案和生态 生产范式, 更重要的是要运用这些方法、规律和范式来指导当地的生态环境建设和产业结构调整, 促进当地的土地资源合理配置, 实现西北干旱区的可持续发展。

着重探讨了建立中国东北样带 (NortheastChinatransect, NECT) 土地覆盖特征数据集的原理、方法及其在全球变化研究方面的重要应用。NECT土地覆盖特征数据集是以多时相的 1km分辨率的NOAA/AVHRR归一化植被指数NDVI (Normalizeddifferencevegetationindex) 数字影像为基础, 同时采用高程、气候、土壤、植被、土地利用、土地资源、生态区域、行政边界、经济、社会等多源数据作为数据源, 并经过标准化处理 (如数字化、空间插值、几何配准、投影转换 ) 集成而成。在土地覆盖特征数据集的主要应用方面, 如 :1) 利用多时相、1km分辨率的NOAA/AVHRR影像完成了中国东北样带土地覆盖分类图。一级分类系统包括森林、草原、荒漠和沙地、灌丛、农田、混合覆盖 类型、城镇和水体等 8类, 二级分类体系包括 12类。经过地面采样进行精度检验, 分类精度达到 81.6 1%。 2 ) 对主要植被类型的植物生长季变化进行的研究。利用多时相的遥感影像构造了能够反映植被年际、季节生长变化的遥感植被指数ND VImax、NDVI变幅xam以及NDVI的标准偏差x′s 等, 分析这 3个参数 1983~ 1999年的 17年中的变化情况。该数据集的建立是研究该样带土地覆盖特征及其变化规律的基础, 对基于样带的全球变化研究有重要的意义。

地形是环境异质性产生的原因之一。受技术条件的限制, 以往研究中地形因子只能作为背景因子介入, 无法分析地形的细微变化对植物分布格局的影响。该文将数字高程模型引入群落内物种多样性研究, 以神农架米心水青冈 (Fagusengleriana) _曼青 冈 (Cyclobalanopsisoxyodon) 群落固定样地的地形分析为例, 介绍DEM的建立及地形因素的提取。摸拟 0.96hm2 样地的地形变化, 发现样地总坡向为西偏北 30°, 总坡度为 4 0.0 1°, 最大坡度为74.6°, 最小坡度为 18.2°, DEM的精度为 0.4m。选择群落中 2 4种植物与坡度、坡向及坡位等地形因素进行相关分析, 发现不同的种对地形变化的反应不同。该次研究中, DEM量化了地形数据, 使之可以参与到生物多样性研究中, 为在连续面上分析地形因素对群落内植物分布的影响提供了极大的便利。DEM在小尺度中应用的主要问题是原数据的采集, 该次研究中的地形数据为人工野外测量, 研究规模受到一定限制。

利用 2002~2003年典型中亚热带森林地区 (千烟洲站 ) 通量观测资料, 运行FSAM (Flux_source_area_mod el) 解析模型初步确定该站的通量源面积。结果表明 :通量源面积随测量高度、测量时间和大气稳定度变化 ;风向的季节变化, 使得通量源面积分布方向也变化 ;该测站有足够大的风距, 测量结果能代表仪器所在地的现场特征, 即森林下垫面特征。另外, 相同时间的风向和通量数据绘图表明 :在Z/L满足模型运行要求时, 通量数据几乎集中在一个方向上 (随风向变化 ) 。模型结果在水平均匀湍流下得到, 满足模型基本要求。在该测站中, FSAM模型只能模拟昼夜层结稳定, 湍流不活跃时的通量源面积。今后重点是进一步查明森林内、外湍流特点, 改进模型, 使之对该测站的适用性更广。

分析鼎湖山3种植被类型生态系统水文的长期连续观测资料,采用时空互代的方法,得到如下一些结果:1)鼎湖山自然保护区东沟集水区产水量达到降水量的66.5%,日径流量高峰的出现相对降水的发生滞后1d左右。2)地下水位平均稳定在2.22m,最低为2.84m,最高为1.14m。1999、2000、2001、2002和2003年地下水位平均值分别为2.38,2.27,2.08,2.13和2.11m。鼎湖山东沟集水区每日地下水位与前16d每一天的降水量相关。3)随着时间推移3种不同的植物群落中土壤含水量都有减少的趋势。季风林(p<0.01)和混交林(p<0.05)的土壤含水量减少趋势具有统计上的显著性,松林除外。4)鼎湖山3个处于不同演替阶段的植物群落其穿透水量与大气降水皆呈线性相关,它们的R2值随演替的进展而减小。穿透水占大气降水的比例也随演替进展而减少,松林、混交林和季风林分别为83.4%、68.3%和59.9%。松林、混交林和季风林的树干茎流占大气降水的比例分别为1.9%、6.5%和8.3%。树干茎流和胸径的关系受控于整个群落整体的影响而不仅仅是某个单一物种,并且群落的郁闭程度和结构是影响降水在林内再次分配的关键因素。季风林2月大气降水28.7mm林冠截流率为83.3%,而在大气降水为297.8mm的6月林冠截留率仅为18.9%,并且随着植物群落的演替,从松林、混交林到季风林的过程中林冠截留逐渐增大。

2001年2月~ 2002年3月在鼎湖山季风常绿阔叶林对大气降水、穿透水、土壤水 (30和 80cm层 ) 和溪水中的沉积元素进行监测, 拟通过不同水相元素浓度的比较及相关关系分析, 揭示系统的营养循环功能状况以及对区域化学条件变化的响应, 阐明因素在环境中的迁移转化规律。结果表明 :林冠与大气间强烈的相互作用, 极大地提高穿透水中Mn2 + 、Sr2 + 、K+ 、Mg2 + 、Ca2 + 浓度。水与土壤作用后, 极大地提高水相中Al3 + 的浓度。 30cm土壤溶液和溪水中的Al3 + 浓度分别是大气降水 (0.32 9mg·L-1) 的 4.8和 3.7倍。溪水中的Al3 + 主要来源于土壤的淋溶。大气降水平均Pb2 + 浓度为 0.0 6 2mg·L-1, 存在着一定程度的Pb2 + 污染, 其浓度分别是穿透水和溪水的 5倍和 10倍。林冠吸收和土壤过滤吸附是森林生态系统净化Pb2 + 等重金属污染物的主要过程。大气降水、穿透水、土壤水和溪水中Na+的浓度逐步增加, 但增幅不大。元素浓度的变异系数在 5 1.1%~ 2 36.7%之间。水相中的离子浓度与雨量有关, 大气降水、穿透水、土壤水中的沉积元素浓度大部分是干季大于湿季, 而溪水中是干季小于或近等于湿季。元素相关分析发现, 与元素Mg相关的元素最多, 穿透水所含相关元素对最多, 不同水相间元素相关状况差异与其元素的来源和外部环境条件有关系。Pb与金属元素Al、Mn在大气降水中极显著相关, Mn_Al、Mn_Mg、Mg_K在所有水相中显著相关, Al_Sr、Mn_Sr、Ca_K、Ca_Mg在除溪水外的所有水相中显著相关, Na_K、Na_Mg在除大气降水外的所有水相中显著相关, 而Pb_Na、Pb_K在所有水相中都无相关关系。结果说明, 季风常绿阔叶林系统已经遭受一定的外界环境压力, 但是其物质循环功能依然稳定。

采用 2× 2列联表, 应用Fisher精确检验法研究了新疆塔里木河中下游荒漠河岸林群落种间关系, 测定了16种植物、共 12 0个种对的种间联结性。研究结果表明 :1) 12 0个种对中有 17个种对分别在不同的样方尺度中表现出显著或极显著的种间联结, 约占总数的 14.2 % ;其中 13个种对为正关联, 4个种对为负关联 ;2 ) 不同取样面积对种间联结性分析的有效性有影响, 不同种对表现出种间联结的最小样方尺度不同 ;3) 随着样方面积的增大, 各种对自有不同的种间联结变化规律, 可归纳为 4种类型 ;4 ) 17个具种间联结的种对以灌木草本和草本草本的种对居多, 占总数的 76.5 % ;主要乔木树种胡杨 (Populuseuphratica) 与灌木之间、灌木和灌木之间趋向独立分布。

种群分布格局的分析对于了解种群空间分布规律以及种内与种间关系具有重要的意义。最近邻体分析方法 (Nearestneighboranalysis, NNA) 作为种群空间分布格局的重要分析方法, 仅局限于种群格局的单尺度分析。改进NNA方法以应用于种群格局的多尺度分析, 将有助于解决种群格局的尺度依赖性。该文在前人研究的基础上提出扩展最近邻体分析方法 (Extendednearestneighboranalysis, ENNA), 也即在传统Clark_Evans指数公式的基础上增加一个距离尺度参数d (m), 并定义其所对应的Clark_Evans 指数CE (d) 的计算公式及其相应的显著性检验计算公式 (u (d) ) 分别为 :CE (d) =rdA/rdE= (1Nd∑Ndi=1 rdi) / (0.5Ad/Nd+0.0 5 14Pd/Nd+0.0 4 1Pd/Nd3 /2 ) 和u (d) = (rdA-rdE) /σd, 在距离尺度d (m) 范围内, 参数rdA指样地内各个体与其最近邻体间距离的平均值 (m) 、rdE指相同环境中个体呈随机状态时最近邻体距离的平均值 (m) 、Nd 为样地内个体总数、rdi为第i个个体与其最近邻体间的距离 (m) 、Ad 为样地面积 (m2 ) 、Pd 为样地周长 (m) 和σd 代表标准差。ENNA尺度变换采用与分形理论中计算沙盒维数相类似的过程, 而格局类型判断的标准与传统最近邻体分析方法相同。传统最近邻体分析结果是EN NA中距离尺度d取最大值dmax时的一个特例。以广东省黑石顶自然保护区针阔叶混交林中的马尾松 (Pinusmas soniana) 、黄牛奶树 (Symplocoslaurina) 、水栗 (Castanopsisnigrescens) 、鼠刺 (Iteachinensis) 和桃金娘 (Rhodomyrtustomentosa) 等 5个代表性种群为例, 在地理信息系统软件ArcViewGIS技术平台上进行的实例研究显示, 5个种群均表现出不同程度的尺度相关性。由此表明, 该文提出的新方法ENNA能够检测出种群空间分布格局的尺度依赖性, 获得关于种群空间分布格局的多尺度信息, 是进行种群空间格局多尺度分析的有效方法。

采用逐步扩大范围的方法确定影响对象木 (Objectivetree) 的最佳竞争范围, 利用单木竞争指数的改进模型对太白红杉 (Larixchinensis) 种内和种间竞争强度进行了定量分析, 并讨论了不同竞争强度下太白红杉的形态变化。结果表明 :随对象木胸径的增大, 由于太白红杉种群自然稀疏过程中密度调节作用, 植株距离增加, 种内竞争强度降低 ;太白红杉主要分布于亚高山地段, 群落内其它物种较少, 个体普遍较小, 结果种间竞争相对较弱, 种内与种间竞争关系顺序为 :太白红杉 太白红杉 >巴山冷杉 (Abiesfargesii) 太白红杉 >牛皮桦 (Betulaplatyphylla) 太白红杉 >其它树种 太白红杉 ;竞争强度和对象木胸径的关系服从幂函数关系 (CI =AD-B), 当太白红杉胸径达到 35cm以上时, 竞争强度几乎没有变化, 所得的预测模型能很好地预测太白红杉种内和种间的竞争强度 ;不同竞争强度下, 太白红杉主茎各层的分枝角度、总分枝数、当年生枝条长、平均枝长和活枝数均表现出显著的差异。表明采用逐步扩大范围的方法能有效地确定竞争木范围, 较好地反应太白红杉种内和种间的竞争关系。同时, 太白红杉通过自身形态变化, 提高了对光的截获能力和对不同竞争强度的适应能力。

秦岭冷杉 (Abieschensiensis) 是松科冷杉属常绿乔木, 为我国特有珍稀濒危植物。该文在秦岭冷杉分布最为集中的秦岭地区分高、低 2个海拔高度采集当年球果和种子, 通过野外观察、室内实验和对比分析, 研究秦岭冷杉的结实特征以及球果和种子的基本性状, 并探讨这些特征在不同海拔高度的差异。结果表明, 与冷杉属其它树种相比, 秦岭冷杉球果和种子较大、单果种子数较多, 但空粒多、饱满度低。自然状况下饱满度为 12.0 %, 人工目视分选后饱满度 2 1.6 %, 风选后可达到 38.1%, 其余种子大部分为空粒、涩粒, 有少量虫粒。随海拔高度增加, 秦岭冷杉天然群体成龄个体中结实母树比例降低, 结实量减少。秦岭冷杉总体结实母树比例为 5 5 %, 低海拔处结实母树比例较高, 为 76 %, 高海拔结实母树比例为 34%。秦岭冷杉单株母树的平均结实量为 113个, 结实量小于 10 0个的母树占 6 4.5 %, 其中 5 0 %的母树结实量在 5 0~ 10 0个, 结实量在 10 0~ 2 0 0个的占 16.1%, 2 0 0个以上的占 19.4 %。 2 0 0个以上球果的个体均生长在低海拔区间, 高海拔处结实量多在 10 0个以下。方差分析表明, 两个海拔高度间球果和种子特征差异是显著的, 绝大部分球果和种子性状指标的平均值在低海拔处大于高海拔处。因此, 从结实特性以及球果和种子的特征来看, 低海拔处秦岭冷杉生殖生长好于高海拔处。

毛柄小勾儿茶 (Berchemiellawilsoniivar.pubipetiolata) 为我国分布于浙江、安徽局部地区的特有珍稀物种, 由于自身和人为干扰的原因, 该种受到灭绝威胁。该文在 2× 2联列表基础上, 应用 χ2 检验、联结系数 (AC) 分别检测了毛柄小勾儿茶在 4个分布点与群落中乔、灌两层植物的种间联结性。综合比较 χ2 检验与AC值的测定结果, 在 4个分布点, 毛柄小勾儿茶与群落中其它种群的关联情况十分相似 :1) 绝大多数种群与毛柄小勾儿茶的AC值在 - 0.2至 0.2之间, 即无关联 ;2 ) 与毛柄小勾儿茶存在显著关联的种群仅有一个或无 ;3) 优势种群与毛柄小勾儿茶关联小。这说明 4个分布点毛柄小勾儿茶在群落中都具有很大的独立性或随机性, 它只是群落的伴生种或偶见种。研究结果对为该物种制定合适的就地保护措施和恢复计划具有参考价值。

结合田间根钻取样和图像扫描分析方法, 研究了不同棉花品种根系的长度、直径和表面积动态及 0~ 10 0cm深和 0~ 4 0cm宽土壤范围内的空间分布特征。该方法与常规直尺测量结果相比相关系数R2 达到 0.899 (n =1318), 显示了较好的可靠性。研究结果表明, 棉花平均根长密度 (RLD) 在花铃期为 1.2 1~ 1.2 7mm·cm-3, 吐絮后降至 1.0 4~ 1.12mm·cm-3, 收花时为 0.76mm·cm-3 。棉花根平均直径在不同基因型间存在显著差异, 抗虫杂交棉的根直径最粗, 平均为 0.5 2mm ;早熟类型品种根直径较细, 平均为 0.36mm。在土壤深度上根直径的差异不显著, 但距棉行距离越远, 根的平均直径越小。在明确根系长度和直径动态规律的基础上, 提出了根表面积指数 (RAI) 的概念, 与地上部叶面积指数具有相似的含义和生物学意义, 且呈较好的指数相关关系 (R2 =0.779) 。RAI在生理发育时间 (PDT) 小于等于 4 0前, 其增长动态符合LOGISTIC生长规律 (R2 =0.84 9), 在PDT大于 4 0后, 呈线性递减趋势 (R2 =0.5 70~ 0.895 ), 且杂交抗虫棉的RAI在全生育期内均明显高于其它类型品种, 而早熟类型品种相对略低。RAI空间分布特征表现为, 开花前在浅根层内 (0~ 30cm) 分布最多, 花铃期以中层根系 (40~ 6 0cm) 为主, 吐絮后主要以深层 (70~ 10 0cm) 和距棉行较远的行间较多。研究结果为制定合理的施肥、灌溉措施提供了理论依据, 并量化了棉花根系的时空变化, 为进一步提高生长发育模拟模型的精度奠定了基础。

依靠动物传粉的植物, 其繁殖成功 (胚珠受精与花粉散布 ) 很大程度上取决于访花动物的种类和拜访行为, 而访花动物的种类和行为又受植物提供给传粉者的回报, 主要是花蜜分泌格局的影响。通过对姜科山姜属植物云南草蔻 (Alpiniablepharocalyx) 花蜜分泌量及糖分含量的测定, 拜访动物种类、传粉昆虫拜访频率及停留时间的调查, 主要盗蜜者花松鼠 (Tamiopsswinhoei) 的盗蜜行为观察, 植物的结实率以及结籽量的分析等, 探讨花蜜分泌与传粉昆虫的关系以及盗蜜对果实及种子生产的影响。研究表明 :云南草蔻的两种花型花蜜的分泌量在一天的单花开花过程中呈现相反的格局, 花柱上举型花下午的花蜜分泌量高于上午, 而花柱下垂型花则上午略高于下午 ;两种花型花蜜的糖分浓度都随着开花时间而下降 ;共有 17种访花动物拜访云南草蔻的花, 其中 8种具有传粉作用 ;传粉昆虫的停留时间随拜访频率的不断增加而缩短 ;被盗蜜植株与未被盗蜜植株的结实率差异不显著而结籽量差异显著。

利用大型环境生长箱研究了两种幼龄沙地优势灌木柠条 (Caraganaintermedia) 和羊柴 (Hedysarummon golicum) 对CO2 浓度倍增和土壤干旱交互作用的响应。CO2 浓度倍增并没有改善两种沙生灌木叶片的水分状况, 而土壤干旱使叶片的相对含水量 (RWC) 显著降低。在土壤水分充足条件下, CO2 浓度倍增促进两种沙生灌木植株生长, 在干旱条件下则主要促进根的生长, 提高根冠比。土壤干旱显著减少了植株生物量, 但相对促进了根的生长, 特别是显著提高了羊柴的根冠比。CO2 倍增使稳定性碳同位素组分 (δ13 C) 降低, 但土壤干旱使之增加。两种沙生灌木叶片与根部的δ13 C值呈极显著线性关系, 羊柴的斜率大于柠条的, 表明前者叶片与根部在光合产物分配上具有较高的生态可塑性, 这和干旱条件下羊柴的根冠比增加相关联。羊柴的“源库”调节特性反映了对土壤水分胁迫具有较高的耐性。

对黄土高原地区 4种典型C3 植物狼牙刺 (Sophoraviciifolia) 、辽东栎 (Quercusliaotungensis) 、虎榛子 (Os tryopsisdavidiana) 和酸枣 (Zizyphusjujubavar.spinosa) 样品稳定性碳同位素组分 (δ¹³ C) 进行分析, 研究了从 2 0世纪 30年代至今近 70年中不同年代植物δ¹³ C值的变化。结果表明, 在近 70年中, 4种植物δ¹³ C值变化范围为- 2 5.0 5‰~ - 2 9.75‰, 平均值为 - 2 7.0 4‰。 4种植物叶片δ¹³ C值均呈下降趋势, 表明随气候环境变化, 近 70年4种植物的水分利用效率 (WUE) 均呈降低趋势。但不同植物叶片δ¹³ C值下降幅度不同 :狼牙刺和辽东栎叶片δ¹³ C值下降非常明显, 虎榛子叶片δ¹³ C值下降也较明显, 而酸枣叶片δ¹³ C值下降不明显。 4种植物δ¹³ C值的降低率分别为 14.6 5 %、14.4 6 %、11.99%和 2.4 4 %, 说明不同植物对气候环境因子的敏感性不同, 具有不同的适应环境变化的策略, 酸枣是 4种植物中耐旱能力较强, WUE较高的物种。

由于温室气体的大量排放引起的全球气候变暖等环境问题日益严重, 近年来人们开始考虑通过植被和土壤的碳固存, 以缓解大气中CO2 浓度的升高速度, 减缓温室效应的影响。有研究表明, 热带原始森林的保护和人工林的建立能有效地固存大气中的碳。但是, 在建立热带种植园和人工林以固存大气CO2 的可行性及其碳的固存潜力大小等方面还存在较大争议。云南省西双版纳自治州是我国重要的热带地区之一, 目前橡胶 (Heveabrasiliensis) 园的面积为 1.3× 10 5hm2, 约占该地区林地面积的 14 %。在本研究中, 选择 11块在弃耕后的农田上建立的橡胶园 (定植年限为3至 38年 ), 初步探讨了橡胶园建立后植被和土壤中碳的固存规律。两个生物量模型 (唐建维等的模型和Brown模型 ) 的模拟结果显示, 橡胶园建立后植被中生物量的平均增长速率分别为 10.2× 10 3 和 9.4× 10 3 kg·hm-2 ·a-1, 4 0和10 0cm表层土壤碳的平均固存速率分别为 0.6 1× 10 3 和 0.72× 10 3 kgC·hm-2 ·a-1, 植被和 10 0cm表层土壤中碳的平均固存速率为 5.82× 10 3 和 5.4 2× 10 3 kgC·hm-2 ·a-1, 而定植 4 0年后植被和 10 0cm表层土壤碳的固存潜力为 2 32.8× 10 3 和 2 16.8× 10 3 kgC·hm-2 。对两个模型的比较结果显示, 唐建维等的模型生物量计算结果明显高于Brown模型, 尤其是在对中幼龄橡胶园生物量估算时更是如此。

川西北地区是我国的主要牧区之一。草地承包后, 草地建设中出现了各种草地经营管理方式———围栏、翻耕和完全的人工建设。采用常规化学分析和气压过程分离 (BarometricProcessSeparation, BaPS) 法, 对不同类型草地 (天然放牧草地、围栏草地、翻耕草地和人工草地 ) 的土壤氮、碳库以及反硝化速率、总硝化速率、N2 O和CO2 排放速率进行了研究。结果表明 :研究地点土壤有机质、全氮含量分别为 10 1.8和 5.1g·kg-1, 比典型的亚高山土壤有机质和全氮含量 (分别是 181.3和 7.4 g·kg-1) 明显低, 而且, 与通常的观念不同的是, 土壤NO3 - N含量是NH4+ N含量的 3~11倍。这可能是由于研究地过度的人为干扰造成的。研究还发现, 不同管理措施对土壤氮、碳库, 氮转化速率和土壤呼吸有显著影响。天然放牧草地围栏后, 土壤有机质和全氮含量明显升高, 比如, 围栏草地和翻耕草地的有机质、全氮含量分别比天然放牧草地高 6 1%、5 8%和 4 6 %、5 1%。氮转化速率和土壤呼吸大大加快, 尤其是在翻耕草地, 比如, 翻耕草地的总硝化速率和N2 O排放速率分别是天然放牧草地的 5.1和 2.4倍。因此, 虽然春季翻耕可能提高作物 (包括牧草 ) 产量, 但它同时也承担了巨大的生态学风险, 包括增加排放到大气中的CO2 和N2 O的量以及淋溶到地下水的NO3 -的量。因此, 建议在川西北亚高山区的人工草地建设中慎重选择翻耕措施。研究还发现, 研究地土壤的总硝化速率是净硝化速率的 2 0~ 93倍, 净硝化速率不能反映高海拔地区土壤硝化的准确状况。

为了研究氮素对内蒙古典型草原植物种群的影响, 在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站, 实施了长期的氮素添加试验。就两年来不同梯度氮素处理对羊草 (Leymuschinensis) 种群的影响进行了分析。结果表明, 氮素对羊草种群具有显著的调节效应, 随着氮素梯度的增加, 羊草种群密度、种群高度、地上生物量、地下生物量、总生物量均显著增加, 羊草种群地下生物量 /地上生物量比值逐渐降低。氮素对羊草种群构件的生物量分配有显著影响, 随着氮素梯度的增加, 羊草种群生物量向根茎的分配比例显著降低, 向叶片和根系的分配比例显著提高。羊草种群的相对密度和相对生物量也随着氮素梯度的增加而显著提高。

研究了不同土壤水氮条件下水稻 (Oryzasativa) 冠层光谱反射特征和植株水分状况的量化关系。结果表明, 水稻冠层近红外光谱反射率随土壤含水量的降低而降低, 短波红外光谱反射率随土壤含水量的降低而升高。相同土壤水分条件下, 高氮水稻的冠层含水率高于低氮水稻的冠层含水率 ;同一水分条件下, 高氮处理的可见光区和短波红外波段光谱反射率低于低氮处理, 近红外波段光谱反射率高于低氮处理。发现拔节后比值植被指数 (R810 /R460 ) 与水稻叶片含水率和植株含水率呈极显著的线性相关, 模型的检验误差 (RootmeansquareError, RMSE) 分别为 0.93和 1.5 0。表明比值植被指数R810 /R460 可以较好地监测不同生育期水稻叶片和植株含水率。

以‘鲁玉 14号玉米’ (‘Zeamayscv.Luyu 14’) 为材料, 研究了Ca2 + 对NaCl胁迫下玉米叶片的气孔导度、净光合速率、Mehler反应及其对超氧化物歧化酶SOD和抗坏血酸过氧化物酶APX活性的影响, 探讨了Ca2 + 在盐胁迫中的可能作用及其作用机制。正常生长条件下外施 2~ 16mmol·L-1Ca2 + 造成气孔导度下降, 但在盐胁迫条件下外施 2~ 8mmol·L-1Ca2 + 却能降低盐胁迫造成的气孔导度下降。另外, 无论正常生长条件下还是盐胁迫下, 依赖Mehler反应的电子传递都会因Ca2 + 的加入而增强, 但后者的增强程度较大。对照植株经 2~ 8mmol·L-1Ca2 + 处理后总电子传递明显降低, 而外施 2~ 8mmol·L-1Ca2 + 对盐胁迫植株的总电子传递却有明显的促进作用。8mmol·L-1Ca2 + 显著地提高了盐胁迫下SOD和APX的活性, 相比之下, Ca2 + 对APX活性的促进作用更加显著。Ca2 + 的加入明显减轻了盐胁迫对玉米的抑制作用, 这主要归因于Ca2 + 降低了盐胁迫造成的气孔关闭, 改善了光合作用, 并通过促进Mehler反应一方面直接耗散过剩的激发电子避免了电子传递链的过度还原, 另一方面建立跨膜的 pH梯度刺激依赖叶黄素循环的热耗散来耗散过剩光能, 从而缓解了盐胁迫下过剩光能对玉米造成的伤害。而Mehler反应产生的活性氧可以被活性提高的抗氧化酶所清除。

以分布于乌鲁木齐河源区天山中段不同海拔高度的四裂红景天 (Rhodiolaquadrifida) (35 0 0~ 380 5m) 及长鳞红景天 (R.gelida) (380 5~ 4 0 10m) 为试材, 通过对比分析两种红景天在一连续的海拔梯度上种内及种间叶片膜脂过氧化及抗氧化保护系统的变化, 初步探讨植物对于高山极端环境的适应机制。结果显示, 分布于海拔较高的长鳞红景天其叶片中膜脂过氧化产物丙二醛 (MDA) 的含量明显高于分布海拔较低的四裂红景天, 而两种红景天种内膜脂过氧化水平则没有随海拔升高呈现出明显差异。此外, 抗氧化保护酶CAT, POD, SOD, GR和ASA_POD 的活性与非酶促抗氧化剂ASA、GSH的含量不仅在种间存在有明显差异, 长鳞红景天中明显高于四裂红景天, 而且在两种红景天种内亦随海拔升高有不同程度地提高。表明当海拔升高时, 虽然环境条件渐趋恶劣, 对植物造成的氧化胁迫增强, 但红景天脂膜保护系统的功能亦相应加强, 从而增强了其抵抗逆境胁迫的能力。其中以过氧化物酶POD的活性变化最为显著 :在 380 5m以下海拔区, 于四裂红景天叶片中均未检测到该酶活性, 而分布海拔较高的长鳞红景天叶片中该酶活性则随海拔升高明显增强, 推测POD可能在红景天适应特殊生境中起着重要的作用, 亦可能与高海拔区长鳞红景天取代四裂红景天有关。

谷氨酰胺合成酶 (Glutaminesynthetase, GS, E.C.6.3.1.2 ) 是植物氨同化过程中的关键酶, 对植物的氮素吸收和代谢起着至关重要的作用。谷氨酰胺合成酶还是除草剂草胺膦 (Phosphinothricin (PPT) 或Basta) 的靶标酶。前期工作已从我国特有的豌豆 (Pisumsatium) 品种中克隆了细胞质型谷氨酰胺合成酶 (GS1) cDNA和叶绿体型谷氨酰胺合成酶 (GS2 ) cDNA。为了验证谷氨酰胺合成酶的功能, 构建了同时含有GS1cDNA和GS2cDNA的植物表达载体p2GS。以该表达载体通过农杆菌介导法, 转化小麦 (Triticumaestivum) 的未成熟胚愈伤组织, 经PPT筛选及分化再生培养, 获得了抗PPT的转基因小麦植株 4 1株。PCR和基因组Southern杂交分析证实了GS1和GS2基因已经整合到转基因小麦的基因组。用除草剂草胺膦Basta溶液涂抹转p2GS小麦 叶片, 结果证明GS转基因植株可以抗高达 0.3%的Basta溶液, 而对照植株叶片逐渐变黄直至枯死。转基因小麦植株能正常结实。上述实验结果表明 :1) GS基因在小麦植株中获得了有效表达, 从而赋予小麦植株抗PPT特性 ;2 ) GS基因能够作为研究小麦遗传转化的筛选标记基因。