为了评价不同森林类型的生态化学计量特征的差异, 以吉林长白山温带针阔混交林、广东鼎湖山亚热带常绿阔叶林、云南西双版纳热带季雨林和江西千烟洲亚热带人工针叶林为研究对象, 通过对2007年4月-2008年5月4种典型区域森林植物叶片和凋落物的碳(C)氮(N)磷(P)元素质量比与N、P再吸收率的分析, 探讨了4种森林类型N、P养分限制和N、P养分再吸收的内在联系。结果表明: 1)从森林类型上看, 温带针阔混交林叶片的C : N : P为321 : 13 : 1, 亚热带常绿阔叶林叶片的C : N : P为561 : 22 : 1, 热带季雨林叶片的C : N : P为442 : 19 : 1, 亚热带人工针叶林叶片的C : N : P为728 : 18 : 1; 凋落物的C : N : P也是亚热带人工林最高, 达1 950 : 27 : 1, 温带针阔混交林的最低, 为552 : 14 : 1, 热带季雨林的为723 : 24 : 1, 亚热带常绿阔叶林的为1 305 : 35 : 1, 不同森林类型凋落物的C : N : P的计量大小关系与叶片的结果一致; 2)从植物生活型上看, 常绿针叶林叶片的C : N均显著高于常绿阔叶林及落叶阔叶林; 叶片C : P与森林类型的关系并不十分密切; 常绿阔叶林叶片的N : P最高, 常绿针叶林次之, 落叶阔叶林最低; 3)植物叶片的N : P与月平均气温有显著的负相关关系, 但叶片的C : P基本不受月平均气温影响, 叶片的C、N、P计量比与降水的线性关系不显著; 4)高纬度地区的植物更易受N元素限制, 而低纬度地区植物更易受P元素的限制; 但受N或P限制的植物并不一定具有高的N或P再吸收率。研究结果表明, 不同类型森林的叶片与凋落物的化学计量特征具有一致性, 但是环境因子对不同类型植物化学计量比的影响并不相同。

选取甘肃、宁夏及内蒙古油松(Pinus tabulaeformis)10个天然种群, 通过测定油松叶片稳定碳同位素组成(δ¹³C)和元素含量等特征, 分析了油松叶片δ¹³C特征及其与环境气候因子和叶片矿质元素含量之间的关系。研究结果表明, 油松叶片δ¹³C的变化范围在-28.68‰ - -25.02‰之间, 平均值为-26.82‰; 油松叶片δ¹³C值与海拔、经度之间相关性不显著, 与纬度之间呈显著正相关, 与年降水量、年平均温度之间均呈显著负相关, 说明年平均温度和年降水量是决定油松¹³C分馏能力差别及生长的主要限制因子; 叶片元素N、P、K、Si、Ca、Fe含量与δ¹³C值有明显的相关性, 其中叶片N、P、K含量与δ¹³C值显著负相关, Si、Ca、Fe含量与δ¹³C值显著正相关, 可见不同种群间δ¹³C组成差异可反映植物营养元素含量的变化状况。不同生境条件下环境气候因子和矿质元素含量的这种响应模式在一定程度上反映和影响了以油松为建群种和优势种的生态系统的δ¹³C变化特性。

根据Hutchinson的n维超体积概念以及物种与资源利用之间的关系, 构建了青海云杉(Picea crassifolia)在三维环境资源空间中的生物-地理模型, 并利用该模型模拟了青海云杉的潜在分布及其对环境资源的利用状况。结果表明: 青海云杉在生长季平均气温、多年平均降水量及太阳直接辐射三维环境资源空间上的最佳配置为9 ℃、360 mm和1.9 × 10³ kW·h·m^-2; 用三元方程式的拟合结果在大范围上预测了青海云杉的潜在分布区, 并给出了其在对应地理位置上的生长状况。

以内蒙古锡林浩特市南部中国科学院草原生态系统定位研究站周围的草场为研究对象, 分析比较了统计模型和亚像元分解模型进行草地植被覆盖度(vegetation coverage, VC)遥感估算的适用性。结果表明, 根据Landsat-5 TM影像数据计算的比值植被指数(simple ratio vegetation index, SR)与观测的VC的相关性最高(R² = 0.761); 统计模型和亚像元分解模型生成的VC空间分布特征相似, 但亚像元分解模型得到的VC平均值比统计模型的结果高0.091; 在VC的低值和高值区, 两种方法得到的VC结果相似; 但在VC的中值区, 亚像元模型得到的结果较统计模型的结果偏高。

以21世纪初近10年的冬小麦(Triticum aestivum)生育期调研数据和气象站点数据为基础, 利用“多元逐步回归分析+残差插值”方法, 绘制了2000年后华北地区冬小麦生育期等值线图, 通过研究两个时期(1971-1980年和21世纪初近10年)华北地区气候资源及冬小麦生育期的变化, 探讨了气候变化对华北地区冬小麦生育期的影响。结果表明: (1)华北地区北部年均气温及≥10 ℃积温增加显著, 但降水减少, 暖干趋势明显, 中部和南部年平均气温和≥10 ℃积温也呈现增加趋势, 但降水增多, 日照下降, 出现暖湿趋势; (2)除南部江苏、安徽两省冬小麦播种期无明显变化外, 华北地区冬小麦播种期普遍推迟, 一般在7-10天; 冬小麦返青期变化较为复杂, 西部地区的冬小麦返青期推迟2-10天, 而东南部的山东、安徽及江苏地区冬小麦返青期明显提前, 一般在5-7天; 华北地区冬小麦的拔节期提前, 北部地区幅度较大, 为5-10天; 冬小麦抽穗期推迟明显, 以华北中部和北部最为明显, 为10-15天; 除华北南部胶东半岛外, 华北大部分地区冬小麦成熟期推迟, 一般在5-10天; (3)气候要素的波动是引起华北地区冬小麦生育期变化的主要原因: 日照时数与冬小麦返青期和拔节期呈显著相关, 日照时数减少, 冬小麦返青期和拔节期提前, 而受年平均气温升高的影响, 冬小麦抽穗期有所推迟, 积温的增加对冬小麦成熟期有推迟作用, 同时降水对冬小麦生长的拔节和抽穗有促进作用。

土壤有效磷(P)含量低是限制植物生长的主要因素之一。根形态变化和根系大量分泌以柠檬酸为主的有机酸是植物适应土壤P素缺乏的重要机制。以广泛分布于我国北方的重要豆科牧草黄花苜蓿(Medicago falcata)和豆科模式植物蒺藜苜蓿(M. truncatula)为材料, 采用砂培方法, 研究了低P胁迫对其植株生长、根系形态和柠檬酸分泌的影响, 对比了两种苜蓿适应低P胁迫的不同策略。结果表明: 1)低P处理显著抑制了蒺藜苜蓿与黄花苜蓿的地上部生长, 而对地下部生长影响较小, 从而导致根冠比增加。2)低P胁迫显著降低黄花苜蓿的总根长和侧根长, 而对蒺藜苜蓿的上述根系形态指标没有显著影响。3)低P胁迫促进两种苜蓿根系的柠檬酸分泌, 无论是在正常供P还是低P胁迫条件下, 黄花苜蓿根系分泌柠檬酸量显著高于蒺藜苜蓿根系。上述结果表明, 黄花苜蓿和蒺藜苜蓿对低P胁迫的适应策略不同, 低P胁迫下, 黄花苜蓿主要通过根系大量分泌柠檬酸, 活化根际难溶态P来提高对P的吸收, 而蒺藜苜蓿维持较大的根系是其适应低P胁迫的主要策略。

通过对青海海北高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸进行为期3年的野外控制试验, 研究了刈割(留茬1 cm、3 cm及不刈割)、施肥(2.5 g·m^-2尿素+ 0.6 g·m^-2磷酸二胺、不施肥)和浇水(20.1 kg·m^-2、不浇水)处理对矮嵩草补偿生长(包括分株密度、株高和分株地上生物量)的影响, 及其比叶面积、叶片净光合速率和相对增长率的变化, 探讨矮嵩草补偿生长的机制。研究结果表明: 刈割后, 矮嵩草的补偿生长高度和比叶面积显著降低; 分株密度有增加的趋势, 但会随刈割强度的增加而下降; 株高和生物量的相对增长率随刈割强度的增加而呈上升趋势; 补偿地上生物量在重度刈割处理下最高。施肥能显著增加矮嵩草的补偿高度、分株密度、补偿地上生物量、株高相对增长率、生物量相对增长率、比叶面积和净光合速率; 与不浇水处理相比, 浇水处理对重度刈割处理下的分株地上生物量、密度相对增长率、比叶面积和净光合速率无影响, 而显著降低了中度刈割处理下的补偿高度和株高相对增长率, 提高了不刈割处理下的分株密度和重度刈割处理下的生物量相对增长率。刈割、施肥和浇水处理的交互作用也显示出刈割与施肥对矮嵩草补偿生长具有拮抗效应, 而刈割与浇水具有协同效应。上述结果说明, 矮嵩草在刈割后可通过增加分株密度和相对增长率等途径来提高补偿能力, 弥补在生长高度上出现的低补偿, 而施肥可显著抵消刈割的不利影响, 提高矮嵩草的补偿能力。

通过盆栽实验, 对干旱胁迫下黄土高原地区冰草(Agropyron cristatum)叶片的抗坏血酸和谷胱甘肽合成及循环代谢相关酶及物质含量进行了研究。结果表明: 冰草可以通过增强叶片的抗坏血酸和谷胱甘肽合成及循环代谢酶: 抗坏血酸过氧化物酶、谷胱甘肽还原酶、脱氢抗坏血酸还原酶、单脱氢抗坏血酸还原酶、L-半乳糖酸-1, 4-内酯脱氢酶和γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶活性, 维持植物体内抗坏血酸和谷胱甘肽水平及氧化还原状态, 从而抵御干旱造成的氧化胁迫。但叶片抗坏血酸和谷胱甘肽合成及循环代谢对不同水平干旱胁迫的响应, 随胁迫时间的延长而不同。在胁迫24天以前, 严重干旱下叶片的抗坏血酸和谷胱甘肽合成及循环代谢增强较显著; 在胁迫24天后, 由于该胁迫下植物所遭受的氧化胁迫较为严重, 叶片中上述6种酶的活性均呈降低趋势。而在中度干旱下叶片抗坏血酸和谷胱甘肽合成及循环代谢相关的6种酶在整个胁迫过程中均保持较高的活性。这说明, 冰草能够长时间有效地抵御中度干旱所造成的氧化胁迫, 但只能在一定时间范围内有效地抵御严重干旱所造成的氧化胁迫, 胁迫时间延长则会降低其抵御严重干旱的能力。

疏齿千里光(Senecio subdentatus)是分布在新疆北部古尔班通古特沙漠中的一种具异形瘦果的菊科一年生短命植物。将野外观测与室内实验相结合, 对该物种异形瘦果的形态、扩散和萌发特性, 以及异形瘦果产量与植株大小的关系进行了研究, 并对其生态学意义进行了探讨。结果表明: 疏齿千里光果序中的外围果和中央果均为柱形, 但前者为淡黄色, 后者为褐色, 且二者在大小、冠毛长度及果皮微形态等方面均存在明显差异。两种瘦果均以单个果实为扩散单元, 且在静止空气中的降落速度和在1 m·s^-1与2 m·s^-1风速下的扩散距离无显著差异, 说明虽然果实大小和冠毛长度对瘦果扩散具有不同的影响, 但对其整体扩散能力无明显影响。在各温变周期(5/2、15/2、20/10、25/15和30/15 ℃)处理中, 淡黄色外围果的萌发率均高于褐色中央果的, 且不同温度间两种瘦果的萌发率均存在显著差异, 但光照条件对其无显著影响。果序中的中央瘦果数明显多于外围果的, 且植株中外围果所占比例与植株大小间呈显著负相关关系, 而中央果所占比例与植株大小间呈显著正相关关系。这些特点说明, 该物种的小植株倾向于产生较多较易萌发的外围果, 大植株倾向于产生较多不易萌发的中央果。在古尔班通古特沙漠不可预测的极端环境中, 疏齿千里光可通过异形瘦果间的萌发差异及调节其不同大小植株中异形瘦果的比例, 来减少同胞后代之间的竞争, 增加其对不同微环境条件的生态适应性。

昆仑山前山牧场海拔较高, 策勒绿洲海拔相对较低, 两者生境差异较大。以昆仑山前山牧场和策勒绿洲边缘两种不同生境条件下生长的6种牧草: 冰草(Agropyron cristatum)、无芒雀麦(Bromus inermis)、矮生高羊茅(Festuca elata)、披碱草(Elymus dahuricus )、红豆草(Onobrychis pulchella)及和田大叶(Medicago sativa var. luxurians)为试验材料, 研究了不同生境条件下牧草叶片叶绿素含量及叶绿素荧光动力学参数的变化情况。结果显示: (1)在两种生境条件下, 昆仑山前山牧场生境生长的牧草叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素的含量明显较高, 生长在策勒绿洲生境的牧草品种叶绿素a/b值较高; (2)昆仑山前山牧场生境牧草最大荧光、光系统II (PSII)最大光化学效率、PSII潜在活性和单位面积反应中心的数量的值明显高于策勒绿洲生境品种, 而初始荧光、单位反应中心吸收的光能、单位反应中心捕获的能量、单位反应中心耗散的能量、荧光诱导曲线初始斜率值则低于策勒绿洲生境品种。因此, 两种生境下环境因子发生了改变, 对牧草产生综合的胁迫作用; 策勒绿洲生境明显对牧草生长产生了抑制, 策勒绿洲生境牧草的色素含量降低以及PSII的机构遭到损坏, 导致反应中心一部分失活或裂解, 剩余有活性的反应中心的效率增加, 昆仑山生境则相对比较适宜牧草生长; 两种生境不同牧草叶绿素含量和叶绿素荧光参数的变化幅度不同。

快速叶绿素荧光动力学可以在无损情况下探知叶片光合机构的损伤程度, 快速叶绿素荧光测定和分析技术(JIP-test)将测量值转化为多种具有生物学意义的参数, 因而被广泛应用于植物光合机构对环境的响应机制研究。该文研究了超大甜椒(Capsicum annuum)幼苗在强光及不同NaCl浓度胁迫下的荧光响应情况。与单纯强光胁迫相比, NaCl胁迫引起了叶绿素荧光诱导曲线的明显改变, 光系统II (PSII)光抑制加重, 同时PSII反应中心和受体侧受到明显影响, 而且高NaCl浓度胁迫下PSII供体侧受伤害明显, 同时PSI反应中心活性(P700⁺)在盐胁迫下明显降低。这些结果表明, NaCl胁迫会增强强光对超大甜椒光系统的光抑制, 并且浓度越高抑制越明显, 但对PSI的抑制作用低于PSII。高NaCl浓度胁迫易对PSII供体侧造成破坏, 且PSI光抑制严重。